Значение круговоротов в биосфере

Каково значение круговорота веществ в биосфере, Вы узнаете из этой статьи.

Значение круговоротов в биосфере

Круговорот веществ представляет собой повторяющееся участие одинаковых веществ в тех процессах, которые происходят в гидросфере, литосфере и атмосфере. 

В биосфере все химические соединения, доступные живым организмам, ограничены. Это тормозит развитие разных групп организмов, как суше, так и в океане. И единственный способ придать этому конечному процессу бесконечности – заставить вращаться его по замкнутой кривой. Иными словами благодаря потокам энергии и круговороту веществ поддерживается устойчивость биосферы. Выделяют 2 основных круговорота: геологический (большой) и биогеохимический (малый). 

Значение круговорота веществ в биосфере

• Большой круговорот

Под воздействием химических, физических и биологических факторов кристаллические горные породы преобразуются в осадочные породы. Глина и песок являются типичными осадками, продуктами преобразования глубинных пород. Формирование осадков также происходит за счет синтеза биогенных минералов: скелетов микроорганизмов, а также природных ресурсов океана, морей и озер. Водянистые рыхлые осадки, постепенно погружаясь на глубину, попадают в новые термодинамические условия с более высокими температурами и давлением.  Они теряют воду и отвердевают, при этом преобразовываясь в горные осадочные породы. Со временем породы погружаются еще глубже. Там происходят глубинные процессы метаморфизма – породы под действием потоков эндогенной энергии переплавляются и образовывают магму, то есть магматические породы. С их поднятием на поверхность планеты они вновь поддаются процессам выветривания и переноса, проходя повторную трансформацию в новые осадочные породы. И так по кругу. Проще говоря, большой круговорот перераспределяет вещества между самой биосферой и глубокими горизонтами планеты. Еще один пример большого круговорота – круговорот воды между атмосферой, гидросферой и литосферой, который осуществляется за свет энергии Солнца.  Вода, испаряясь с суши и поверхности водоемов, вновь поступает на Землю. Испарения над океаном превышает осадки, а над сушей наоборот. Подобные круговороты планетарного характера создаются из бесчисленных циклических локальных перемещений атомов, которые двигаются за счет жизнедеятельности организмов в отдельных экосистемах и разнообразных перемещений, вызванных действием геологических, ландшафтных причин (например, ветровая эрозия, подземный и поверхностный сток, вулканизм, движение морского дна, горообразование). 

• Малый круговорот

В биогеохимическом круговороте важную роль играют такие элементы как водород, кислород, углерод, азот, фосфор и сера. Вот какие организмы биосферы участвуют в круговороте веществ. Их круговороты осуществляются за счет тех саморегулирующих процессов, в которых берут участие все части экосистем. Основа каждого из них — энергия Солнца, а также  хлорофилл зеленых растений. Рассмотрим их ближе:

1. Круговорот кислорода. Земля своей уникальной атмосферой и содержанием свободного кислорода во всем обязана процессу фотосинтеза. С ним связано образование в высоких слоях атмосферы озона. По сути, кислород является побочным продуктом фотосинтетической активности растений, так как он освобождается из молекул воды.  В верхних слоях атмосферы кислород абиотическим путем возникает за счет фотодиссоциации водных паров. Выделившись, он быстро расходуется на дыхательные процессы аэробных организмов,  а также на окисление минеральных соединений. Аналогичные процессы осуществляются в почве, воде, атмосфере, горных породах и илах. Растения вновь вырабатывают кислород. Также обменный фонд кислорода сосредоточен в захороненной органике в углях, торфах и осадочных породах. 
2. Круговорот углерода. Углерод это химический элемент и основа жизни. Разными способами он может соединиться с другими элементами, а также образовывать сложные и простые органические молекулы, которые входят в состав живых клеток. Самое большое количество его сосредоточено в гидросфере. Углекислый газ являет собой обменный фонд в круговороте углерода, откуда черпают его водоросли и наземные растения. В основе биологических круговоротов лежит процесс фотосинтеза. Высвобождение углерода происходит за счет дыхательной активности организмов и всех гетеротрофов (грибов, бактерий, животных, которые питаются живым или мертвым органическим веществом). Активный возврат углерода в атмосферу происходит из почвы, где сосредоточилась  деятельность организмов, которые способствуют разложению остатков отмерших животных и растений. Вместе с минерализацией органического вещества происходит образование гумуса – богатого углеродом сложного и устойчивого молекулярного комплекса. Поэтому гумус почвы является самым важным резервуаром углерода на суше. В малом круговороте берут участие только доли процента углерода от общей массы на планете. Он проходит через живые организмы много раз и компенсируется выделением из недр планеты в качестве вулканических газов.
3. Круговорот азота. Азот поддерживает жизнь на Земле и входит в состав молекул белков, ДНК, липопротеидов, хлорофилла и АТФ. Атмосферный азот вовлечен в биосферный круговорот благодаря деятельности бактерий-азотфиксаторов. В круговороте азота также принимают участие аммонифицирующие микроорганизмы, которые разлагают белки до аммиака.  Корни растений и нитрифицирующие микроорганизмы поглощают азот и круг повторяется. В целом цикл азота полностью зависит от деятельности бактерий. Если уничтожить только их 20 видов, то жизнь на планете сойдет к нулю. 
4. Круговорот фосфора. Элемент необходимый для синтеза органических веществ. Круговорот данного элемента в рамках биосферы незамкнут. Основной резервный фонд – горные породы. В процессе их выщелачивания часть фосфора переходит в почву, вымываясь в водоемы.  В гидросфере они используются в пищу фитопланктоном или захоранивается на дне океана с последующим переходом в большой круговорот. 
5. Круговорот серы. Круговорот серы ответствен за широкий спектр трехмерной структуры белков и за поддержание бактерий в биосфере. Основной источник – Мировой океан. В процессе испарения часть серы возвращается в атмосферу, окисляется до диоксида и в виде дождевой воды выпадает на сушу. Через почву сера попадает в реки, дальше вновь в океан и круговорот повторяется. 

Надеемся, что из этой статьи Вы узнали, какое значение круговорота веществ для существования биосферы.