Кругообіг речовин в біосфері вуглецю, азоту, води, кисню, фосфору, сірки

Поняття і короткий опис

Кругообіг речовин в біосфері - це «подорож» певних хімічних елементів по харчовому ланцюгу живих організмів, завдяки енергії Сонця. У процесі «подорожі» деякі елемент, з різних причин, випадають і залишаються як правила, в землі. Їх місце займають такі ж, які, зазвичай, потрапляють з атмосфери. Це максимально спрощений опис того, що є гарантією життя на планеті Земля. Якщо таку подорож чомусь перерветься, то й існування всього живого припиниться.

Щоб описати коротко круговорот речовин в біосфері необхідно поставити кілька відправних точок. По-перше, з більш ніж дев'яноста хімічних елементів, відомих і зустрічаються в природі, для живих організмів, необхідно близько сорока. По-друге, кількість цих речовин обмежена. По-третє, мова йде тільки про біосферу, тобто про життя містить шарі грунту, а, значить, про взаємодії між живими організмами. По-четверте, енергією, яка сприяє круговороту, є енергія, яка надходить від Сонця. Енергія, яка народжується в надрах Землі в результаті різних реакцій, в даному процесі участі не бере. І останнє. Необхідно випередити точку відліку цього «подорожі». Вона умовна, так як не може бути кінця і початку у кола, але це необхідно для того, щоб з чогось почати описувати процес. Почнемо з самого нижньої ланки трофічного ланцюга - з редуцентов або могильників.

Ракоподібні, черв'яки, личинки, мікроорганізми, бактерії та інші могильники, споживаючи кисень і використовуючи енергію, переробляють неорганічні хімічні елементи в органічну субстанцію, придатну для живлення живими організмами і подальшого її руху по харчовому ланцюгу. Далі ці, вже органічні речовини, їдять консументи або споживачі, до яких належать не тільки тварини, птахи, риби тощо, а й рослини. Останні є продуцентами або виробниками. Вони, використовуючи ці поживні речовини і енергію, виробляють кисень, який є основним елементом, придатним для дихання всього живого на планеті. Гетеротрофи, продуценти і, навіть редуценти гинуть. Їх останки, разом з органічними речовинами, що знаходяться в них, «падають» в розпорядження могильників.

Харчова ланцюг, резервний і обмінний фонд

Деякі органічні речовини в процесі свого «подорожі» вступають в реакції і взаємодії з іншими речовинами. В результаті утворюються суміші, які в тому вигляді, в якому вони є, не можуть бути перероблені редуцентамі. Такі суміші залишаються «зберігатися» в землі. Не всі органічні речовини, що потрапляють на «стіл» могильників, не можуть ними переробити. Не всі можуть перегнити за допомогою бактерій. Такі неперегнівшіх залишки потрапляють на зберігання. Все, що залишається на зберіганні або в резерві, вибуває з процесу і в круговорот речовин в біосфері не входять.

Таким чином, в біосфері круговорот речовин, рушійною силою якого є діяльність живих організмів, можна розділити на дві складові. Одна - резервний фонд - це частина речовини, яка не пов'язана з діяльністю живих організмів і до часу в обороті не бере. І друга - це оборотний фонд. Він являє собою лише невелику частину речовини, яка активно використовується живими організмами.

Атоми яких основних хімічних елементів настільки необхідні для життя на Землі? Це: кисень, вуглець, азот, фосфор і деякі інші. З сполук, основним в кругообігу, можна назвати воду.

Кругообіг кисню в біосфері слід почати з процесу фотосинтезу, в результаті якого мільярди років тому він і з'явився. Він виділяється рослинами з молекул води під впливом сонячної енергії. Кисень утворюється також у верхніх шарах атмосфери в ході хімічних реакцій в парах води, де хімічні сполуки розкладаються під вплив електромагнітного випромінювання. Але це незначне джерело кисню. Основним є фотосинтез. Кисень міститься і в воді. Хоча його там, в 21 разів менше, ніж в атмосфері.

Утворився кисень використовується живими організмами для дихання. Він також є окислювачем для різних мінеральних солей.

І людина є споживачем кисню. Але з початком науково-технічної революції, це споживання в кілька разів зросла, так як кисень спалюється або зв'язується при роботі численних промислових виробництв, транспорту, для задоволення побутових та інших потреб в ході життєдіяльності людей. Донедавній так званий обмінний фонд кисню в атмосфері в розмірі 5% загального його обсягу, тобто вироблялося в процесі фотосинтезу стільки кисню, скільки його споживалося. То тепер цього обсягу ставати катастрофічно мало. Відбувається споживання кисню, так би мовити, з недоторканного запасу. Звідти, куди його вже нікому додати.

Незначно пом'якшує цю проблему, що деяка частина органічних відходів не переробляється і не потрапляє під вплив гнильних бактерій, а залишається в осадових породах, утворюючи торф, вугілля і тому подібні копалини.

Якщо результатом фотосинтезу є кисень, то його сировиною - вуглець.

Кругообіг азоту в біосфері пов'язаний з утворенням таких найважливіших органічних сполук, як: білки, нуклеїнові кислоти, ліпопротеїди, АТФ, хлорофіл та інші. Азот, в молекулярній формі, міститься в атмосфері. Разом з живими організмами - це всього близько 2% всього, що має на Землі азоту. У такому вигляді він може вживатися тільки бактеріями і синьо-зеленими водоростями. Для решти рослинного світу в молекулярній формі азот не може служити харчуванням, а може перероблятися лише у вигляді неорганічних сполук. Деякі види таких з'єднань утворюються під час гроз і з дощовими опадами потрапляють у воду і грунт.

Найактивнішими «переробниками» азоту або азотофіксаторів є бульбочкові бактерії. Вони поселяються в клітинах коренів бобових і перетворюють молекулярний азот в його сполуки, придатні для рослин. Після їх відмирання, азотом збагачується і грунт.

Гнильні бактерії розщеплюють азотовмісні органічні сполуки до аміаку. Частина його йде в атмосферу, а інша іншими видами бактерій окислюється до нітритів і нітратів. Ті, в свою чергу, надходять в якості харчування для рослин і нітріфіцірующімі бактеріями відновлюються до оксидів і молекулярного азоту. Які знову потрапляють в атмосферу.

Таким чином, видно, що основну роль в кругообігу азоту, грають різні види бактерій. І якщо знищити хоча б 20 таких видів, то життя на планеті припиниться.

І знову встановлений кругообіг був розірваний людиною. Він для цілей збільшення врожайності сільськогосподарських культур, став активно застосовувати азотовмісні добрива.