Цикл круговорота  углерода замкнут не полностью. Углерод  может выходить из него на довольно длительный срок в виде залежей каменного  угля, известняков, торфа, сапропелей, гумуса и др.

Человек нарушает отрегулированный круговорот углерода в ходе интенсивной хозяйственной  деятельности. За счет сжигания огромного  количества ископаемого топлива  содержание углекислого газа в атмосфере  за XX в. возросло на 25%. Последствием этого может стать усиление парникового эффекта.

Круговорот азота. Азот — необходимый компонент  важнейших органических соединений: белков, нуклеиновых кислот, АТФ  и др. Основные его запасы сосредоточены  в атмосфере в форме молекулярного  азота, недоступного для растений, так  как они способны использовать его  только в виде неорганических соединений.

Пути поступления  азота в почву и водную среду  различны. Так, небольшое количество азотистых соединений образуется в  атмосфере во время гроз. Вместе с дождевыми водами они поступают  в водную или почвенную среду. Небольшая часть азотистых соединений поступает при извержениях вулканов.

К прямой фиксации атмосферного молекулярного азота  способны лишь некоторые прокариотические организмы: бактерии и цианобактерии. Наиболее активными азотфиксаторами являются клубеньковые бактерии, поселяющиеся в клетках корней бобовых растений. Они переводят молекулярный азот в соединения, усваиваемые растениями. После отмирания растений и разложения клубеньков почва обогащается органическими и минеральными формами азота. Значительную роль в обогащении водной среды азотистыми соединениями играют цианобактерии.

Азотсодержащие  органические вещества отмерших растений и животных, а также мочевина и  мочевая кислота, выделяемые животными  и грибами, расщепляются гнилостными  {аммонифицирующими) бактериями до аммиака. Основная масса образующегося аммиака окисляется нитрифицирующими бактериями до нитритов и нитратов, после чего вновь используется растениями. Некоторая часть аммиака уходит в атмосферу и вместе с углекислым газом и другими газообразными веществами выполняет функцию удержания тепла планеты.

Различные формы  азотистых соединений почвы и  водной среды могут восстанавливаться  некоторыми видами бактерий до оксидов  и молекулярного азота. Этот процесс  называется денитрификацией. Его результатом является обеднение почвы и воды соединениями азота и насыщение атмосферы молекулярным азотом.

Процессы нитрификации и денитрификации были полностью  сбалансированы вплоть до периода интенсивного использования человеком азотных  минеральных удобрений в целях  получения больших урожаев сельскохозяйственных растений.

Таким образом, роль живых организмов в круговороте  азота является основной.

Эволюция биосферы. Современная структура биосферы и границы обитания современных  организмов формировались постепенно. Они являются результатом долгой истории Земли, начиная с ее возникновения  и до настоящего времени.

Доказательства  развития биосферы многочисленны и  бесспорны. Это прежде всего ископаемые остатки древних организмов. Изучая их, ученые установили главные этапы в истории развития органической жизни планеты. Предполагают, что за всю историю биосферы ее населяли, сменяя друг друга, примерно 500 млн. видов организмов.

Важнейший этап развития жизни на Земле тесно  связан с изменением содержания кислорода  в атмосфере и становлением озонового  экрана. Древние фототрофные цианобактерии насытили кислородом первичный океан, благодаря которому водные организмы получили возможность осуществлять аэробное дыхание. Поступление кислорода в атмосферу обусловило образование мощного озонового слоя, поглощающего коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Формирование озонового слоя позволило организмам выйти на сушу и заселить ее разнообразные местообитания. Это стало возможным тогда, когда содержание кислорода в атмосфере достигло величины, составляющей 10% от его современной концентрации. К концу палеозоя, в пермском периоде, концентрация кислорода в атмосфере достигла современного уровня.

Каждый период развития биосферы характеризовался свойственным ему комплексом условий среды  и живых организмов. В кайнозойскую эру произошло становление человека, который в начале своей эволюции хорошо вписывался в природу. Перейдя  к активной трудовой деятельности, человек вырвался из плена естественной природной зависимости. Человеческое общество с течением времени усиливало  свое воздействие на природную среду. В настоящее время в эпоху  НТР, совпавшей с бурным ростом численности  населения планеты (демографический  взрыв), деятельность человека соизмерима по своим последствиям на природную  среду с действием самых мощных природных явлений.

БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ  ЦИКЛЫ

биогеохимический  круговорот веществ, обмен веществом  и энергией между разл. компонентами биосферы, обусловленный жизнедеятель ностью организмов и носящий циклич. характер. Термин «Б. п.» введён в 10-х гг. 20 в. В. И. Вернадским, разработавшим теоретич. основы биогеохимич. цикличности в учении о биосфере и трудах по биогеохимии. Все Б. ц. в природе взаимосвязаны, составляют динамич. основу существования жизни, а нек-рые из них (циклы С, О, Н, N, S, Р, Са, К. Si и др. т. н. биогенных элементов) являются ключевыми для понимания эволюции и совр. состояния биосферы. Движущими силами Б. ц. служат потоки энергии Солнца (более широко — космоса) и деятельность живого вещества (совокупности всех живых организмов), приводящие к перемещению огромных масс химич. элементов, концентрированию и перераспределению аккумулированной в процессе фотосинтеза энергии. Благодаря фотосинтезу и непрерывно дейстнующим циклич. круговоротам биогенных элементов создаётся устойчивая организованность биосферы Земли, осуществляется её нормальное функционирование. Нормальные (ненарушенные) Б. ц. в биосфере не являются замкнутыми, хотя степень обратимости годичных циклов важнейших биогенных элементов достигает 95—98%. Неполная обратимость (незамкнутость) — одно из важнейших свойств Б. ц., имеющее планетарное значение. За всю историю развития биосферы (3,5—3.8 млрд. лет) доля вещества, выходящая из биосферного цикла (длительностью от десятков и сотен до неск. тыс. лет) в геол. цикл (длительностью в млн. лет), обусловила биогенное накопление кислорода и азота в атмосфере, разл. химич. элементов и соединений в земной коре. Особенно показателен Б. ц. углерода. Ежегодно и:) биосферного Б. ц. наземных экосистем выходит («сбрасывается») в геол. цикл ок. 130 т углерода, что составляет всего 10 — 18% от запасов углерода, находящихся в обращении в совр. биосфере. В течение фанерозоя (ок. 600 млн. лет) за счёт неполной обратимости цикла углерода в ископаемых осадках накопились огромные запасы углеродистых отложений (известняков, битумов, углей, нефтей и др.), оцениваемые в 1016 —1017 т. Сложившаяся в ходе развития биосферы направленность планетарных и региональных Б. ц. привела к созданию устойчивого биогеохимич. (т. н. нормального) фона, характерного для той или иной местности. Этот фон различается для определённых регионов биосферы, в пределах к-рых по недостатку или избытку определённых химич. элементов выделяются естественные геохимич. аномалии — биогеохимич. провинции. С вариациями исторически сложившегося общего геохимич. фона территории и естественными биогеохимич. аномалиями, отражающими реально существующую неоднородность химич. состава биосферы, связаны мн. эндемичные болезни животных и человека. Глобальный характер хоз. деятельности человека приводит к качественным изменениям в естественной биогеохимич. цикличности природных процессов биосферы. По ряду параметров масштабы антропогенных воздействий сопоставимы с кол-вом веществ, вовлечённых в нормальные Б. ц. Техногенные продукты, поступающие в биосферу, перегружают нормальное её функционирование и выпадают частично или полностью из системы устойчивых Б. ц. Возникает новый тип техногенных геохимич. аномалий, наз. «неоаномалиями» или «антропоаномалиями». Они форми руются на нормальном биогеохимич. фоне в чрезвычайно короткие сроки и охватывают не только живое вещество, но и биокосные тела биосферы (атмосферу, почвы, природные воды), лроникают в глубокие горизонты земной коры. Происходит нарушение отлаженных во времени природных Б. ц. биосферы. Для ряда элементов и соединений Б. ц. становятся природно-антропогенными (циклы тяжёлых металлов, азота, серы, фосфора, калия и др.). Нек,-рые создаваемые человеком материалы (пластмассы, детергенты и др. продукты хим. синтеза — г. н. ксенобиотики) не включаются в природные и природно-антропогенные циклы и не перерабатываются в биосфере. Меры борьбы с нарушением Б. ц. связаны с природоохранной деятельностью, созданием малоотходных технологий, широкой реутилизацией продуктов пром. и с.-х. произ-ва, с поисками путей оптимизации осн. характеристик Б. ц. и возможностью разумного управления ими. 

Круговорот биогенных  элементов совершается по циклу. Они необходимы в метаболических процессах живых организмов. Одни из них содержатся в довольно значительных количествах, их называют макроэлементы (натрий, кальций, магний). Другие биогенные  элементы имеются в малых количествах, это микроэлементы (железо, цинк, медь, марганец). Главным источником биогенных  элементов в виде катионов является почва. Они через корневую систему  попадают в растения и дальше через  пищевые цепи до высших организмов. При минерализации экскрементов и мертвых организмов возвращаются биогенные элементы в почву, что  делает возможным включение их в  повторный круговорот. Часть катионов выносится с поверхностным стоком в реки и моря. В сельском хозяйстве  биогенные элементы уходят из почвы  вместе с урожаем.  
Запасы биогенных элементов на Земле непостоянны. В процессе связывания некоторой части в живой биомассе снижается их количество для сообщества. И если бы в конечном счете органическое вещество не разлагалось, то запас химических элементов, необходимых для живых организмов, исчерпался бы и жизнь на Земле прекратилась. Высвобождение биогенов в форме простых неорганических соединений осуществляется в основном редуцентами и лишь в небольшой доле - консументами. Круговорот биогенных элементов никогда не бывает безупречным, могут быть потери и дополнительные поступления. 
В экосистемах могут быть дополнительные поступления биогенных элементов с осадками, при выпадении пыли, а также при внесении удобрений и загрязнений. Но всеобщий гомеостаз зависит от стабильности биогеохимических циклов и устойчивости природных систем.

СТАБИЛЬНОСТЬ  БИОСФЕРЫ

способность биосферы противостоять внешним (космическим) и внутренним возмущениям, включая  любые антропогенные воздействия.

Биосфера является огромной, чрезвычайно сложной экологической  системой, функционирующей в стационарном режиме на основе регуляции всех составляющих ее частей и процессов. Стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живых организмов, отдельные группы которых выполняют различные  функции в поддержании общего потока вещества и распределении  энергии; на теснейшем переплетении и взаимосвязи биогенных и  абиогенных процессов, на согласованности  циклов отдельных элементов. В биосфере действуют сложные системы обратных связей и зависимостей.

Последние 600 млн. лет, начиная с кембрия, характер основных круговоротов на Земле существенно  не менялся (см. Круговорот веществ). Происходили фундаментальные геохимические процессы, характерные и для современной эпохи: накопление кислорода, связывание инертного азота, осаждение кальция, образование кремнистых сланцев, отложение железных и марганцевых руд и сульфидных минералов, накопление фосфора и т. д. Предполагается, что масса живого вещества оставалась приблизительно постоянной, начиная с карбона, менялись лишь скорости этих процессов. Стабильность биосферы обусловлена, прежде всего, деятельностью самого живого вещества, обеспечивающей определенную скорость фиксации солнечной энергии и биогенной миграции атомов.

Таким образом, жизнь на Земле сама стабилизирует  условия своего существования, что  дает ей возможность развиваться  бесконечно долго. Однако стабильность биосферы имеет определенные пределы  и нарушение ее регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями.

Современное человечество использует не только огромные энергетические ресурсы биосферы, но и небиосферные источники энергии (например, атом), ускоряя геохимические преобразования природы. Некоторые процессы, вызванные технической деятельностью человека, направлены противоположно по отношению к естественному их ходу в биосфере (рассеивание биогенных элементов, освобождение законсервированного углерода и его окисление, нарушение крупномасштабных процессов в атмосфере, влияющих на климат, и т. п.). В. И. Вернадский считал возможным говорить даже об автотрофной роли человечества, понимая под этим возрастающие масштабы искусственного синтеза органических материалов, различных полимеров и др. веществ, часто не имеющих аналогов в живой природе.

Современная деятельность человека наносит ущерб окружающей среде, что, в итоге, угрожает дальнейшему  развитию самого человечества. По-видимому, эти изменения пока еще не стали  необратимыми, поэтому одна из основных задач современной экологии - изучение регуляторных процессов в биосфере, создание научного фундамента ее рационального  использования. В настоящее время  перед человечеством стоит ряд  глобальных проблем, в частности, предотвращение обезлесения, уменьшение химического  загрязнения среды, сокращение выбросов парниковых газов, сохранение биологического разнообразия и др., решение которых  будет способствовать поддержанию  стабильности биосферы. Мировым сообществом  предпринимаются попытки решения  этих проблем в рамках международных  конвенций и соглашений (Конвенция  о переносе загрязнения атмосферным  воздухом, Рамочная конвенция ООН  об изменении климата и Киотский протокол, Конвенция о биологическом  разнообразии и др.).

3Биосфера характеризуется  разнообразием природных условий,  зависящих от широты и рельефа  местности, от сезонных изменений  климата. Но основная причина  этого разнообразия — деятельность  самих живых организмов. Между организмами и окружающей их неживой природой происходит непрерывный обмен веществ, и поэтому разные участки суши и моря отличаются друг от друга по физическим и химическим показателям. 
Ученые считают, что на Земле обитает около 2 млн (а реально — до 5 млн) видов живых организмов; каждый вид объединяет миллионы и миллиарды особей, определенным образом распределенных в пространстве. Каждый вид по-своему взаимодействует с окружающей средой. Деятельность живых организмов создает удивительное разнообразие окружающей нас природы. Это разнообразие служит гарантией сохранения жизни на Земле. 
Жизненные среды. В пределах биосферы можно выделить четыре основные среды обитания. Это водная среда, на-земно-воздушная среда, почва и среда, образуемая самими живыми организмами.

Среда обитания - совокупность условий и предметов, необходимых для существования какого-либо организма.

На нашей планете  живые организмы в ходе длительного  исторического развития освоили  четыре среды жизни, которые распределились соответственно минеральным оболочкам: гидросфера, литосфера, атмосфера .

Водная среда  жизни была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В дальнейшем, в ходе исторического развития, организмы  начали заселять наземно - воздушную среду жизни. Появились наземные растения и животные, бурно эволюционируя, адаптируясь к новым условиям жизни. Функционирование живого вещества на суше привело к постепенному преобразованию поверхностного слоя литосферы в почву, по выражению В. И. Вернадского (1978), в своеобразное биокосное тело планеты. Почву заселили как водные, так и наземные организмы, создав специфический комплекс ее обитателей. 
Четвертой средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых является целым миром для населяющих его паразитов и симбионтов.

Основные среды  жизни :

водная среда  жизни

наземно-воздушная  среда

почвенная среда  жизни

4Основные  виды загрязнений  окружающей

Источники загрязнения  биосферы принято разделять на природные и промышленные. Природные источники загрязнения вызваны естественными процессами (извержением вулканов, почвенной пылью и др.), такие источники, как правило, локализованы и не являются определяющими для биосферы в целом. Промышленные источники загрязнения биосферы могут оказывать длительное разрушительное действие. Эти источники разделяют на материальные (вещества), включающие механические, химические и биологические загрязнения, и энергетические (физические).

Непосредственными объектами загрязнения служат основные сферы обитания биотического сообщества: атмосфера, вода, почва. Жертвами загрязнения  являются составляющие биоценоза: растения, животные, микроорганизмы. Всякое загрязнение, как правило, не всегда ощущается  сразу и часто имеет скрытый  характер, причем это может быть и необязательно прямой выброс в  природную среду вредных веществ. Например, такой «безобидный процесс, как отвод воды из водоемов для  различных хозяйствен ных нужд, приводит к изменению естественного режима темпера туры (тепловое загрязнение), что затрагивает целый ряд взаимосвязанных процессов, характеризующих данную экологическу систему, вплоть до полного ее уничтожения (например, катастр фа Аральского моря). Опасным при изменении любой экологи ской системы является появление не свойственных ей веществ.