Лекции по экологии

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Лекции по экологии

Лекции по экологии

2.6. КРУГООБОРОТЫ ВЕЩЕСТВ В БИОСФЕРЕ

Основой динамического равновесия и стойкости биосферы является

кругооборот веществ и превращения энергии, который состоит из многообразных

процессов. Хорошо известны глобальные процессы кругооборота воды,

кислорода, углерода, азота, фосфора, микроэлементов на Земле. В.Р. Вильямс

писал, что единственный способ придать чему-то конечному свойства

бесконечного – это заставить конечное вращаться по замкнутой кривой, то

есть вовлечь его в кругооборот. В этом высказывании есть доля философского

и религиозного понимания сути кругооборотов веществ и превращения энергии.

Выделяют два основных кругооборота: большой (геологический) и малый

(биологический). Геологический кругооборот веществ имеет наибольшую

скорость в горизонтальном направлении между сушей и морем. Смысл большого

кругооборота в том, что горные породы подвергаются разрушению,

выветриванию, а продукты выветривания, в том числе растворимые в воде

питательные вещества, сносятся потоками воды в Мировой океан с образованием

морских напластований и возвращаются на сушу лишь частично, например, с

осадками или с извлеченными человеком из воды организмами. Далее в течение

длительного временного отрезка протекают медленные геотектонические

изменения – движение материков, поднятие и опускание морского дна,

вулканические извержения и т.д., в результате которых образовавшиеся

напластования возвращаются на сушу и процесс начинается вновь. Малый

кругооборот, являясь частью большого, происходит на уровне биогеоценоза. Он

состоит в том, что питательные вещества почвы, вода, CO2 и другие вещества

из атмосферы за счет фотосинтеза аккумулируются в веществе продуцентов

(растений и некоторых бактерий), расходуются на построение тел и жизненные

(обменные) процессы продуцентов и консументов. Затем в основном за счет

редуцентов органические вещества разлагаются и частью минерализуются, вновь

становятся доступными растениям и снова ими вовлекаются в поток вещества

(кругооборот). Скорость перемещения веществ при биологическом кругообороте

значительно выше, чем при геологическом. Кругооборот (перемещение)

химических веществ из неорганической среды через растительные и животные

организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии

с протеканием биохимических превращений (реакций) носит название

биогеохимического цикла. Годичные биогеохимические циклы приводят в

движение примерно 480 млрд т веществ, в основном биофильных элементов –

углерода, азота, водорода, кислорода и др.

2.6.1. Кругооборот углерода

Этот кругооборот, как и большая часть других кругооборотов, может быть

представлен в виде упрощенной схемы (рис. 2.5.):

[pic]

Рис. 2.5. Кругооборот углерода

Кругооборот углерода, как и любого другого элемента, совершается как

по большому, так и по малому циклам.

Большой (геологический) кругооборот углерода можно представить в виде

схемы (рис. 2. 6.).

В атмосфере и водных источниках присутствует углекислый газ СО2. Под

его действием, а также при участии ветра и воды (Н2О) частью изменяется

состав горных пород (например, карбонатных: известняка СаСО3, магнезита

МgCO3, доломита СаСО3(МgCO3):

СаСО3 + СО2 + Н2О ( Са(НСО3)2

МgCO3 + СО2 + Н2О ( Мg(НСО3)2 .

Образующиеся растворимые соли (гидрокарбонаты) вымываются и выносятся

в океан, частью насыщает воду океана. Частью же под воздействием

неорганических условий и фильтрации воды через живые организмы (например,

моллюски) эта соль преобразуется и отлагается на дне океана в виде

осадочных пород (того же, например, СаСО3, частью представленного в виде

ракушечника, как остатки раковин умерших моллюсков) (пункты 6, 7 рис.

2.5.). Осадочные породы претерпевают метаморфоз (различные превращения), а

также под действием тектонических сил перемещаются в глубину земной коры,

откуда частью через длительный период поднимаются на поверхность, а быстрее

идут процессы под действием вулканических извержений, которые являются

вновь источниками углерода в атмосфере в виде СО2, а иногда и СО,

окисляющегося до СО2.

Биотический кругооборот углерода – составная часть большого

кругооборота, он связан с жизнедеятельностью организмов.

[pic]

Рис. 2.6. Большой (геологический) кругооборот углерода

Запасы углерода, содержащегося в виде СО2, в атмосфере составляют

23,5(1011 т. Органическое вещество синтезируется зелеными растениями из СО2

атмосферы (пункт 1, рис. 2.5.), содержание которого там лишь 0,03 – 0,04 %

(табл.2.8), а затем вместе с веществом растений (продуцентов) потребляется

консументами разных трофических уровней (пункт 2, рис. 2.5.).

Синтез органических