Дополнительные материалы. Библиографический список

Библиографический список

1. Цветкова Л.И., Алексеев М.И., Усанов Б.П. и др. Экология / Под ред. Л.И. Цветковой. – М.: Изд-во АСВ; СПб.: Химиздат, 1999. – 488 с.

По В. Р. Вильямсу, солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ – геологический и биологический. На геологический круговорот расходуется около 50% поступающей на Землю солнечной энергии. Ежегодно на Землю поступает около 21^.10²⁰ кДж солнечной энергии, из них около половины расходуется на испарение воды, обеспечивая геологический круговорот воды. На создание органического вещества в процессе фотосинтеза в среднем расходуется 1% фотосинтетически активной радиации Солнца, за счет этой энергии существуют все живые организмы, то есть биотический круговорот обладает более низкой энергией по сравнению с геологическим круговоротом.

Большой и малый круговороты веществ взаимно связаны и представляют как бы единый процесс. Основными элементами глобального круговорота являются углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера. Круговороты этих и других элементов называют биогеохимическими циклами. В ходе таких циклов большинство элементов проходят через живое вещество огромное число раз. Круговороты различных элементов имеют разную скорость (см. рис.). Например, весь кислород атмосферы проходит через живое вещество (связывается при дыхании и высвобождается при фотосинтезе) за 2000 лет. Вся вода на Земле разлагается и воссоздается путем фотосинтеза и дыхания за 2 000 000 лет. Атмосферный углекислый газ обновляется более быстро – за 300 лет.

Круговороты воды, кислорода и углекислого газа (по П. Клауду и А. Джибору, 1972)

Круговороты различных химических элементов в природе осуществляются c разной скоростью.

Круговорот веществ – это циклический процесс химических превращений и перемещений вещества в природе, который идет с затратами энергии. Большой (геологический) круговорот веществ обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму – источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы. Символом круговорота веществ является спираль, а не круг. Это значит, что новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что со временем приводит к весьма значительным изменениям в природе.

Азот – незаменимый биогенный элемент, так как он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Круговорот азота один из самых сложных, поскольку включает как газовую, так и минеральную фазу (см. рис.).

Круговорот азота (по Ф. Рамаду, 1981)
Атмосферный воздух, содержащий 78% азота является неисчерпаемым резервуаром. Однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот, он должен быть предварительно связан в виде доступных химических соединений. Например, для усвоения азота растениями необходимо, чтобы он входил в состав ионов аммония или нитрата Бактерии из рода Rhizobium, живущие в клубеньках на корнях бобовых растений (см. рис.), осуществляют азотофиксацию и превращают газообразный азот в аммонийную форму, делая его доступным для растений и тем самым способствуя вовлечению азота в биотический круговорот. От бобовых растений по пищевым цепям азот в составе органических соединений передается другим организмам экосистемы. В процессе клеточного дыхания белки и другие содержащие азот органические соединения расщепляются, азот выделяется в среду большей частью в аммонийной форме

В биогеохимическом цикле азота выделяют резервный и обменный фонд. Резервным фондом свободного азота является атмосфера, в которой содержится 78% свободного азота. Резервуарами связанного азота являются почва и вода. В биотический круговорот включается лишь небольшая часть свободного азота. Азот входит в состав белков и нуклеиновых кислот всех живых организмов. Общее соотношение связанного азота к свободному азоту в природе составляет 1: 100 000. К азотфиксации свободного азота способны лишь некоторые группы бактерий и цианобактерий благодаря высокой эффективности биокатализа. Непосредственный продукт биофиксации – аминогруппа NH₂ включается в биотический круговорот, в котором участвуют все организмы.

Циркуляция химических элементов между почвой, растениями, животными и микроорганизмами называется биотическим круговоротом.

Биотический круговорот углерода в наземных экосистемах начинается с фиксации углекислого газа растениями в процессе фотосинтеза.

Элементарный состав живого вещества биосферы отличается от состава литосферы и гидросферы высоким содержанием углерода.

Главными составными частями живого вещества являются широко распространенные в природе химические элементы: водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера, атомы которых в соединении с водой и минеральными веществами создают в живых организмах сложные молекулы – белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. Однако средний элементарный состав живого вещества отличается от состава земной коры и гидросферы высоким содержанием углерода (см. рис.).

Соотношение химических элементов в живом веществе, гидросфере, литосфере и в массе Земли в целом
Живые организмы не повторяют состава среды своего обитания, они избирательно поглощают элементы, необходимые для построения своих тканей.

Круговорот химических элементов, обусловленный синтезом и распадом органических веществ в экосистеме, называется биотическим круговоротом веществ.

В экосистемах продуценты в процессе фотосинтеза и хемосинтеза создают первичное органическое вещество из неорганических соединений, вовлекая в круговорот многие химические элементы (углерод, азот, фосфор, калий, серу и др.) Первичное органическое вещество, созданное продуцентами, используется и преобразуется в пищевых цепях экосистемы. Мертвое органическое вещество (опавшие листья, трупы животных, отходы жизнедеятельности и др.) разлагается деструкторами в неорганические соединения (углекислый газ, сероводород, аммиак и др.). Таким образом, живые организмы в процессе метаболизма осуществляют синтез и распад органического вещества в экосистеме, порождая биотический круговорот химических элементов. Процессы синтеза и распада органических соединений находятся в определенном соотношении, что лежит в основе жизни и составляет одну из главных ее особенностей.

Дата добавления: 2014-01-04