39, Биогеохимические циклы
Совместная деятельность различных живых организмов определяет круговорот отдельных элементов и химических соединений. Она включает в себя введение отдельных элементов в состав живых клеток, преобразование химических веществ в процессе метаболизма, выведение в окружающую среду и деструкцию органических веществ.
Все вещества на нашей планете находятся в процессе круговорота. Солнечная энергия вызывает на Земле два круговорота веществ: большой (биосферный) и малый (биологический, который происходит внутри экосистем). Значительную роль в этих процессах играют термические свойства поверхности суши и воды: поглощение и отражение солнечных лучей, теплопроводность и теплоемкость. Со становлением биосферы в большой круговорот включились продукты жизнедеятельности организмов. В результате большого круговорота на большие расстояния переносятся загрязняющие вещества, такие как оксиды серы и азота, пыль, радиоактивные примеси. Малый круговорот веществ развертывается на фоне большого, охватывающего биосферу в целом. Он не замкнут, что связано с поступлением веществ и энергии в экосистему извне и с выходом части их в биосферный круговорот. Растения, животные и почвенный покров на суше образуют сложную систему, которая формирует биомассу, связывает и перераспределяет солнечную энергию, углерод атмосферы, влагу, кислород, азот и другие элементы, участвующие в жизнедеятельности организмов.
Суть биологического круговорота заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных процессов – создания органического вещества и его разрушения.
В отличие от большого малый круговорот имеет разную длительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые малые круговороты.
Обмен веществом и энергией, осуществляющийся между различными структурными частями биосферы и определяющийся жизнедеятельностью микроорганизмов, называется биогеохимическим циклом. Именно с введением Вернадским понятия биогеохимического цикла перестало существовать представление о круговороте веществ как о замкнутой системе.
Отдельные циклические процессы, слагающие общий круговорот веществ в биосфере, не являются полностью обратимыми. Одна часть веществ рассеивается или связывается в новых системах, другая возвращается в круговорот, но уже с новыми качественными и количественными признаками.
Главный источник энергии – солнечное излучение. Поэтому первый этап использования и преобразования энергии в цепях круговорота – фотосинтез. Накопленная в результате фотосинтеза биомасса растений (первичная продукция) используется в качестве пищи гетеротрофами (консументами I-го порядка).
Энергия, накопленная в тканях тела, составляет вторичную продукцию экосистемы, которая может быть использована в пищу консументами высших порядков.
Подобным образом энергия расходуется на всех гетеротрофных этапах круговорота. В результате количество энергии, доступной для потребления, падает с повышением трофического уровня.
В цепях разложения деструкция органических веществ связана с высвобождением энергии, которая частично рассеивается, а частично аккумулируется в составе тканей редуцентов. После гибели их тела также поступают в цикл редукции.