Планетарный процесс, который является объединяющим элементом для атмосферы, гидросферы и литосферы, называется биогеохимическим циклом. Биогеохимические циклы и круговоротные принципы функционирования в геосфере Земли подразделяются на два основных типа:
1)круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере
игидросфере;
2)осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.
5.2.Круговороты основных биогенов
5.2.1.Круговорот углерода
Вкруговороте углерода (рис. 1) четко прослеживается следующая трофическая цепь: продуценты, улавливающие углерод из атмосферы при фотосинтезе, → консументы, поглощающие углерод вместе с телами продуцентов и консументов низших порядков, → редуценты, возвращающие углерод вновь в круговорот (скорость оборота СО2 составляет 300 лет).
Рис. 1. Круговорот углерода в природе
18
Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса. Они содержат 500 млрд т этого элемента, что составляет 2/3 его запаса в атмосфере. Вмешательство человека в круговорот углерода приводит к возрастанию содержания СО2 в атмосфере.
5.2.2. Круговорот фосфора
Фосфор, главным образом в виде фосфат-ионов ( PO34− и НPO24− ), являет-
ся важным питательным элементом как для растений, так и для животных. Он входит в состав молекул ДНК, несущих генетическую информацию; молекул АТФ и АДФ, в которых запасается необходимая для организмов химическая энергия, используемая при клеточном дыхании; молекул жиров, образующих клеточные мембраны в растительных и животных клетках; веществ, содержащихся в костных и зубных тканях. Общий круговорот фосфора (рис. 2) можно разделить на две части — водную и наземную.
Рис. 2. Круговорот фосфора в природе
Фосфор медленно перемещается из фосфатных месторождений на суше и мелководных океанических осадков к живым организмам и обратно. Высвобождаемый при медленном разрушении или выветривании фосфатных руд, он растворяется почвенной влагой и поглощается корнями растений.
Животные получают необходимый им фосфор, поедая растения или других растительноядных животных. Значительная часть этого фосфора в виде экскрементов и продуктов разложения животных и растений возвращается в почву, реки, а затем на дно океана в виде нерастворимых фосфатных осадочных пород.
5.2.3. Круговоротазота
Круговорот азота (рис. 3) охватывает все области биосферы. Поглощение его растениями ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединения с водородом (NO3) и кислородом (NH4). При этом запасы азота в атмосфере неисчерпаемы (78 %).
19
Рис. 3. Круговорот азота в природе
Почвенные бактерии постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды и загрязняет их.
Азот возвращается в атмосферу вновь с выделенными при гниении газами. Стоит отметить, что часть его окисляется в воздухе (во время грозовых разрядов) и поступает в почву с дождевой водой, но таким способом его фиксируется в 10 раз меньше, чем с помощью бактерий.
5.2.4. Круговорот кислорода
Преобладающей формой кислорода в атмосфере является молекула О2. В свободной форме кислород — это не только продукт жизнедеятельности, но и элемент, поддерживающий жизнь. Его круговорот в биосфере представляет собой сумму весьма сложных процессов, так как он входит в состав многих органических и неорганических соединений. Однако главным является обмен кислородом между атмосферой и живыми организмами.
5.2.5. Круговоротводы
Круговорот воды представляет собой процесс непрерывного, взаимосвязанного ее перемещения в глобальных масштабах. Он осуществляется под влиянием солнечной энергии, гравитации, жизнедеятельности организмов.
20
Можно выделить малый и большой круговороты воды. При малом круговороте вода, испарившаяся с поверхности океана, вновь возвращается в него
ввиде атмосферных осадков. При большом круговороте часть испарившейся с водной поверхности влаги выпадает не только на океан, но и на сушу, где питает реки и другие водоемы, но в конечном счете с подземным или поверхностным стоком возвращается в океан.
Значимую роль в процессе круговорота воды играет эвапотранспирация, которая представляет собой количество влаги, переходящее в атмосферу
врезультате испарения с поверхности почвы (эвапорации) и испарения зелеными частями растений (транспорации), при котором вода испаряется со всей наружной и всех внутренних поверхностей растений, соприкасающихся с воздухом. Общая транспирация зависит от многих экологических факторов (освещенности, сухости воздуха, ветра, рельефа и др.).
21