Біологічний і геологічний кругообіг речовин - основи екології

У природі існує два основних кругообігу речовин: великий (геологічний) і малий (біогеохімічний).

Геологічний -великий круговорот речовин (Додаток А), обумовлений, взаємодією сонячної енергії з глибинної енергією Землі і здійснює перерозподіл речовини між біосферою і більш глибокими горизонтами Землі. Осадові гірські породи, утворені за рахунок вивітрювання магматичних порід, в рухливих зонах земної кори знову занурюються в зону високих температур і тисків. Там вони переплавляються і утворюють магму - джерело нових магматичних порід. Після підняття цих порід на земну поверхню, і дії процесів вивітрювання знову відбувається трансформація їх в нові осадові породи. Символом кругообігу речовин є спіраль, а не коло. Це означає, що новий цикл кругообігу не повторює в точності старий, а вносить щось нове, що з часом призводить до дуже значних змін.

Великий кругообіг - це і круговорот води між сушею і океаном через атмосферу. Волога, що випарувалася з поверхні Світового океану, переноситься на сушу, де випадає у вигляді опадів, які знову повертаються в океан у вигляді поверхневого і підземного стоку.

Кругообіг води відбувається і по більш простою схемою: випаровування вологи з поверхні океану - конденсація водяної пари - випадання опадів на цю ж водну поверхню океану.

Підраховано, що в кругообігу води на Землі щорічно бере участь більше 500 тис. Км3 води. Кругообіг води в цілому відіграє основну роль у формуванні природних умов на нашій планеті. З урахуванням транспірації води рослинами, і поглинання її в біогеохімічному циклі, весь запас води на Землі розпадається і відновлюється за 2 мільйони років.

Малий кругообіг речовин в біосфері (біогеохімічний) (Додаток Б). На відміну від великого кругообігу, відбувається лише в межах біосфери. Сутність його в утворенні живої речовини з неорганічних сполук в процесі фотосинтезу і в перетворенні органічної речовини при розкладанні знову в неорганічні сполуки. Цей круговорот для життя біосфери - головний, і він сам є породженням життя. Змінюючись, народжуючись і вмираючи, жива речовина підтримує життя на нашій планеті, забезпечуючи биогеохимический круговорот речовин. Головним джерелом енергії кругообігу є сонячна радіація, яка породжує фотосинтез. Ця енергія досить нерівномірно розподіляється по поверхні земної кулі. Наприклад, на екваторі кількість тепла, що припадає на одиницю площі, в три рази більше, ніж на архіпелазі Шпіцберген (80 ° пн.ш.). Крім того, вона втрачається шляхом відображення, поглинається грунтом, витрачається на транспірацію води. Як ми вже відзначали, на фотосинтез витрачається не більше 5% від всієї енергії, але найчастіше 2-3%.

У ряді екосистем перенесення речовини і енергії здійснюється переважно за допомогою трофічних ланцюгів.

Такий кругообіг зазвичай називають біологічним. Він передбачає замкнутий цикл речовин, багаторазово використовуваний трофічної ланцюгом. Він є у водних екосистемах, особливо в планктоні з його інтенсивним метаболізмом, але не в наземних екосистемах, за винятком дощових тропічних лісів, де може бути забезпечена передача поживних речовин "від рослини до рослини", коріння яких на поверхні грунту.

Однак в масштабах всієї біосфери такий круговорот неможливий. Тут діє биогеохимический круговорот, що представляє собою обмін макро- і мікроелементів і простих неорганічних речовин з речовиною атмосфери, гідросфери і літосфери.

Кругообіг окремих речовин - В.І. Вернадський назвав биогеохимическими циклами. Головне в тому, що хімічні елементи, поглинені організмом, згодом його залишають, йдучи в абиотическую середу, потім, через якийсь час, знову потрапляють в живий організм. Такі елементи називають біофіл'нимі. Цими циклами і кругообігом в цілому забезпечуються найважливіші функції живого речовини в біосфері. В. І. Вернадський виділяє п'ять таких функцій:

- перша функція - газова - основні гази атмосфери Землі, азот і кисень, біогенного походження, як і всі підземні гази - продукт розкладання відмерлої органіки;

- друга функція - концентраційна - організми накопичують у своїх тілах багато хімічні елементи, серед яких на першому місці стоїть вуглець, серед металів - перший кальцій, концентраторами кремнію є діатомові водорості, йоду - водорості (ламінарія), фосфору - скелети хребетних тварин;

- третя функція - окислювально-відновна - організми, що живуть у водоймах, регулюють кисневий режим і створюють умови для розчинення або ж осадження ряду металів (V, Mn, Fe) і неметалів (S) зі змінною валентністю;

- четверта функція - біохімічна -размноженіе, зростання і переміщення в просторі ( "розповзання") живої речовини;

- п'ята функція - биогеохимическая діяльність людини - охоплює всі розростається кількість речовин земної кори.

Отже, слід зазначити лише один-єдиний на Землі процес, який не витрачає, а, навпаки, пов'язує сонячну енергію і навіть накопичує її - це створення органічної речовини в результаті фотосинтезу. У зв'язуванні і запасанні сонячної енергії і полягає основна планетарна функція кругообігу речовин на Землі.