Общие положения. Круговорот углерода и кислорода

Круговорот углерода и кислорода

Связь между биогеохимическими циклами в биосферной системе осуществляется серией частных реакций в этих циклах. Система биогеохимических циклов (рис. 1) определяется ведущим циклом органического углерода Сорг и сопряженными с ним в эквимолекулярном отношении 1:1:1 циклами углекислоты СО₂ и кислорода О₂- Эквимолярное сотношение между этими циклами следует из хорошо известного уравнения, описывающего фотосинтез (слева направо) и дыхание (в обратном направлении):

СО₂ + Н₂О = [СН₂О] + О₂

Циклические превращения углерода и кислорода осуществляются главным образом в результате двух процессов — кислородного фотосинтеза, с одной стороны, и дыхания и горения — с другой (рис 2).

Рисунок 2 - Круговорот углерода. Жирными стрелками показан преобладающий путь (из двух возможных).

Именно путем кислородного фотосинтеза основная часть окисленной формы углерода (СО₂) переходит в восста­новленное состояние, в котором он находится в органических соединениях, а вос­становленная форма кислорода (Н₂О) окисляется до молекулярного кислорода (О₂). Хотя другие автотрофы могут восстанавливать СО₂ до органического вещества, окисляя соединения, отличные от воды (NH₃, Н₂, Fe²⁺ и восстановленные формы серы), вклад этих процессов в общую фиксацию СО₂ незначителен. (Фиксация - это процесс превращения газообразного соединения в твёрдое.)

Рисунок – 3

Гетеротрофный метаболизм, прямо или косвенно сопряженный с восста­новлением молекулярного кислорода, завершает этот цикл путем генерации ос­новных пищевых субстратов для кислородного фотосинтеза: СО₂ и Н₂О. Водоросли и растения, а также питающиеся ими животные вносят свой вклад в этот процесс за счет дыхательной активности. Однако основную массу органического вещества окисляют бактерии и грибы. Таким образом, циклические превращения углерода и кислорода облигатно связаны между собой посредством кислородного фотосинтеза, с одной стороны, и аэробного дыхания — с другой.

Хотя кислородный фотосинтез несомненно является наиболее важным способом восстановления СО₂ до органического вещества, определенную, хотя и небольшую, роль в этом, играют и другие процессы. Это фотосинтез, осуществляемый пурпурными и зелеными бактериями, восстановление СО₂ хемоавтотрофами и гетеротрофная фиксация следовых количеств СО₂ в ходе метаболизма большинством организмов.

Дата добавления: 2014-01-05