Тема12.Круговорот веществ и основные биогеохимические законы В.И. Вернадского

1. Круговорот веществ в природе
2. Биогеохимические законы В.И. Вернадского

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 веществ между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.
Большой круговорот – это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн. лет. 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. Круговорот отдельных веществ В. И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощённые организмом, впоследствии его покидают, уходя в абиотическую среду, затем, через какое-то время, снова попадают в живой организм и т.д. Такие элементы называют биофильными. Наиболее жизненно важными можно считать вещества, из которых в основном состоят белковые молекулы. К ним относятся углерод, азот, кислород, фосфор, сера. Биогеохимические циклы углерода, азота и кислорода наиболее совершенны. Благодаря большим атмосферным резервам, они способны к быстрой саморегуляции. В круговороте углерода, а точнее – наиболее подвижной его формы – углекислый газ, чётко прослеживается трофическая цепь: продуценты, улавливающие углерод из атмосферы при фотосинтезе, консументы – поглощение углерода вместе с телами продуцентов и консументов низших порядков, редуцентов – возвращающих углерод вновь в круговорот. Скорость оборота углекислого газа составляет порядка 300 лет (полная его замена в атмосфере). Скорость круговорота кислорода – 2 тыс. лет. Биогеохимический круговорот азота не менее сложен, чем углерода и кислорода, и охватывает все области биосферы. Поглощение его растениями ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединения его с водородом и кислородом. Редуценты постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды и загрязняет их, а также азот в виде нитратов и нитритов усваивается растениями и может передаваться по пищевым (трофическим) цепям. Биогеохимические циклы фосфора и серы, важнейших биогенных элементов, значительно менее совершенны, так как находятся в «недоступном» фонде. Круговорот серы и фосфора – типичный осадочный биохимический цикл. Такие циклы легко нарушаются от различного рода воздействий, и часть обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться опять в круговорот сера может лишь в результате геологических процессов или путём извлечения живым веществом биофильных компонентов. Сера является одним из наиболее опасных загрязнителей. Сера также имеет основной резервный фонд в отложениях и почве, но в отличие от фосфора имеет резервный фонд и в атмосфере. В обменном фонде главная роль принадлежит микроорганизмам. Одни из них восстановители, другие – окислители. В круговороте фосфора отсутствует газообразная фаза. После неоднократного потребления его организмами на суше и водной среде он, в конечном счете, выводится в донные осадки. Возвращение фосфора с организмами океана не компенсирует его потребности на суше. Общий круговорот фосфора можно разделить на две части – водную и наземную. В водных экосистемах он усваивается фитопланктоном и передаётся по трофической цепи вплоть до консументов третьего порядка – морских птиц. Их экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают круговорот, либо накапливаются на берегу и смываются в море. Биосфере, как и составляющим её другим экосистемам, более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают её функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них: Биосфера – централизованная система. Биосфера – открытая система. Биосфера – саморегулирующая система. Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием. Закон целостности биосферы можно сформулировать так: биогенный ток атомов между компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение даже одного звена влечёт за собой сопряжённое изменение всех остальных.

Литература: 1. Коробкин В.И. и др. Экология. – М., 2003. с.164-176. 2. Николайкин Н.И. и др. Экология. – М., 2004. с.276-309. 3. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. – М., 1998. с. 105-114.

Тема 13. Природные ресурсы и рациональное природопользование, как один из аспектов устойчивого развития

Дата добавления: 2014-11-06