Круговороты элементов в биосфере

В трофической структуре экосистемы связаны и четко взаимодействуют друг с другом продуценты, консументы, детритофаги и редуценты: органика и кислород, образуемые растениями, это то, что нужно консументам для питания и дыхания, а выделяемые консументами углекислый газ и минеральные вещества - как раз те биогены, которые необходимы продуцентам. В этой связи реализуется закон сохранения вещества: атомы в химических реакциях никогда не исчезают, не образуются и не превращаются друг в друга, они только перегруппировываются с образованием различных молекул и соединений. Именно это происходит в экосистемах в виде круговоротов элементов. Различают большой геологический и малый биотический круговороты. Большой круговорот длится сотни тысяч или миллионы лет. Он заключается в постоянном превращении материковой коры в океаническую. Продукты разрушения и выветривания горных пород переносятся водами в Мировой океан, а поднятие морского дна и опускание материков приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу. Малый круговорот заключается втом, что углекислый газ, вода, минеральные вещества аккумулируются растениями и расходуются консументами, а продукты распада органического вещества вновь разлагаются детритофагами и редуцентами до минеральных компонентов, доступных растениям и вовлекаемых ими в поток вещества. Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы снова в неорганическую среду с использованием энергии солнца и энергии химических реакций носит название биогеохимического цикла. Наиболее значимыми для функционирования биосферы являются круговороты основных элементов, входящих в состав живого вещества: углерода, кислорода, азота, фосфора и серы.

Круговорот углерода.

Главным участником биотического круговорота является углерод как основа органических веществ. Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой – углекислым газом. Миграция углекислого газа в биосфере Земли протекает двумя путями. Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных cланцев, рассеянной органики, осадочных горных пород. Так, в далекие геологические эпохи сотни миллионов лет назад значительная часть фотосинтезируемого органического вещества не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в породах миллионы лет. этот детрит под действием высоких температур и давления (процесс метаморфизации) превращался в нефть, природный газ и уголь, во что именно - зависело от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в породах.

По второму пути миграция углерода, осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где СО₂ переходит в

Н₂СО₃, НСО₃ ^-, СО₃^2- . Затем с помощью растворенного кальция происходит осаждение карбонатов СаСО₃, возникают мощные толщи известняков. В дневное время углекислый газ поглощается в процессе фотосинтеза, в ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных происходит окисление органических веществ с образованием СО₂. Массовое антропогенное сжигание органических веществ приводит к постепенному возрастанию содержания углекислого газа в атмосфере.

Круговорот кислорода.

Свободный кислород современной земной атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений и его общее количество отражает баланс между продуцированием кислорода и процессами окисления и гниения различных веществ. В истории биосферы Земли наступило такое время, когда количество свободного кислорода достигло определенного уровня и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода. В отличие от углерода резервуары доступного для биоты кислорода по сравнению с его потоками огромны. Поэтому отпадает проблема глобального дефицита О₂ и замкнутости его круговорота.

С круговоротом кислорода тесно связано образование озона. В высоких слоях атмосферы под влиянием жесткой ультра- фиолетовой части солнечного спектра происходят ионизация и диссоциация части молекул кислорода, образуется атомарный кислород, который немедленно присоединяется к возбужденным молекулам кислорода, образуя озон — трехатомный кислород: