Круговороты веществ

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический).

Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.

Малый круговорот веществ в биосфере (биогеохимический), в отличие от большого, совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.

Наиболее значимыми для  функционирования биосферы являются круговороты  основных элементов, входящих в состав живого вещества: углерода, кислорода, азота, фосфора и серы, поскольку  они являются компонентами для построения основных молекул живого вещества –  углеводов, липидов, белков и нуклеиновых  кислот

Все вещества на нашей планете  находятся в процессе биохимического кругооборота веществ. Выделяют 2 основных кругооборота большой или геологический и малый или химический.

Большой кругооборот длится миллионы лет. Он заключается в том, что горные породы подвергаются разрушению, продукты разрушения сносятся потоками воды в Мировой океан или частично возвращаются на сушу вместе с осадками. Процессы опускания материков и  поднятия морского дна в течении длительного времени приводят к возвращению на сушу этих веществ. И процессы начинаются вновь.

Малый кругооборот, являясь  частью большого, происходит на уровне экосистемы и за-ключается в том, что питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и жизненные процессы. Продукты распада почвенной микрофлоры вновь разлагаются до минеральных компонентов, доступных растениям и вновь вовлекаются в поток вещества.

Углерод - составная часть скальных пород и в виде СО - часть атмосферного воздуха. Источники СО - вулканы, дыхание, лесные пожары, сжигание топлива, промышленность и др. Атмосфера интенсивно обменивается СО с мировым океаном, где его в 60 раз больше, чем в атмосфере, т.к. СО хорошо растворяется в воде (чем ниже температура - тем выше растворимость, т.е. СО больше в низких широтах). Океан действует как гигантский насос: поглощает СО в холодных областях и частично "выдувает" в тропиках.

 Избыточное количество  СО2в океане соединяется с водой, образуя угольную кислоту. Соединяясь с Са, К, Na, образует стабильные соединения в виде карбонатов, которые осе-дают на дно.

 Фитопланктон в океане  в процессе фотосинтеза поглощает  СО . Умирая, организмы попадают на дно и становятся частью осадочных пород. Это показывает взаимодействие большого и малого кругооборота веществ. Углерод С из молекулы СО2 в ходе фотосинтеза включается в состав глюкозы, а затем в состав более сложных соединений, из которых построены растения. В дальнейшем они переносятся по пищевым цепям и образуют ткани всех остальных живых организмов в экосистеме и возвращаются в окружающую среду в составе СО2.

 Также углерод присутствует  в нефти и угле. Сжигая топливо,  человек также завершает цикл  углерода, содержащегося в топливе  - так возникает био- технический кругооборот углерода.

 Оставшаяся масса углерода  находится в карбонатных отложениях  дна океана (1,3-10 т), в кристаллических  породах (1-10 т), в угле и нефти  (3,4- 10 т). Этот углерод принимает  участие в экологическом кругообороте. Жизнь на Земле и газовый  баланс ат-мосферы поддерживается относительно небольшим количеством углерода (5-10 т).

Круговорот фосфора

В природе фосфор в больших  количествах содержится в ряде горных пород. В процессе разрушения этих пород  он попадает в наземные экосистемы или выщелачивается осадками и в конце концов оказывается в гидросфере. В обоих случаях этот элемент вступает в пищевые цепи. В большинстве случаев организмы-редуценты минерализуют органические вещества, содержащие фосфор, в неорганические фосфаты, которые вновь могут быть использованы растениями и таким образом снова вовлекаются в круговорот.

В океане часть фосфатов с  отмершими органическими остатками  попадает в глубинные осадки и  накапливается там, выключаясь из круговорота. Процесс естественного круговорота  фосфора в современных условиях интенсифицируется применением  в сельском хозяйстве фосфорных  удобрений, источником которых служат залежи минеральных фосфатов. Это  может быть поводом для тревоги, поскольку соли фосфора при таком  использовании быстро выщелачиваются, а масштабы эксплуатации минеральных  ресурсов все время растут, составляя  в настоящее время около 2 млн. т/год.

^ Круговорот серы

Сера попадает в почву  в результате естественного разложения некоторых горных пород (серный колчедан FeS2, медный колчедан CuFeS2), а также  как продукт разложения органических веществ (главным образом растительного  происхождения). Через корневые системы  сера поступает в растения, в организме  которых синтезируются содержащие этот элемент аминокислоты цистин, цистеин, метионин. В организме животных сера содержится в очень малых количествах и попадает в них с кормом.

Сера из органических соединений попадает в почву благодаря разложению мертвых органических остатков микроорганизмами. В этом процессе органическая сера может быть восстановлена в H2S и  минеральную серу или же окислена в сульфаты, которые поглощаются  корнями растений, т. е. вновь вступают в круговорот. В наше время в  круговорот вовлекается и сера промышленного  происхождения (дымы), переносимая с  дождевой водой.