Процессы круговорота веществ в биосфере

Понятие круговорота веществ

Для нормального осуществления жизнедеятельности организмам требуется вещество. Оно поступает из окружающей среды. Ведь живые организмы – это открытые системы. Но если учесть все количество существовавших когда-либо организмов, то возникает вопрос:

«Как может хватить вещества ограниченной в размерах планеты для развития жизни?».

Ответ предельно прост. Все вещество, идущее на формирование организмов, рано или поздно возвращается обратно в среду. Это постоянный процесс получил название круговорота веществ в природе. Круговорот веществ не является единым процессом. Это совокупность отдельных и взаимосвязанных процессов, которые происходят в процессе жизнедеятельности организмов. Вот некоторые из них.

Круговорот воды

Самым распространенным химическим соединением в природе является вода. Ее совокупные запасы оцениваются учеными в $1,5 \ млрд \ км^3$. Водяной пар поступает в атмосферу в результате испарения с поверхности водоемов, транспирации растений, дыхания. Из атмосферы вода в виде осадков (дождь, снег, роса, иней) снова попадает на земную поверхность, в водоемы. Там она поглощается живыми организмами, и процесс повторяется снова. Кроме того вода является первичной средой обитания живых организмов (жизнь зародилась в гидросфере).

Круговорот кислорода

Все мы знаем, что кислород выполняет в биосфере уникальную роль. В процессе дыхания поглощенный кислород принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях и обеспечивает энергетические потребности организмов.

Но озон и молекулярный кислород, накопленные в организмах в больших количествах, могут быть опасными для живой материи. Кислород, растворенный в воде и находящийся в атмосфере, может окислять неорганические соединения оболочек Земли.

Круговорот углерода

При дыхании организмы выдыхают углекислый газ (оксид углерода). Фотосинтезирующие организмы (растения и сине-зеленые водоросли) поглощают углекислый газ из атмосферы и в процессе фотосинтеза образуют разнообразные органические вещества (углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты).

Накопленные автотрофами органические вещества служат пищей для гетеротрофных организмов. Грибы и бактерии разлагают органические вещества до неорганических. Цикл обмена веществ повторяется многократно.

При отмирании организмов часть углерода попадает в земную кору и принимает участие в формировании горных пород (осадочные горные породы биологического происхождения):

• углей,
• сланцев,
• торфа,
• нефти,
• газа.

В настоящее время на круговорот углерода сильное влияние оказывает человеческая деятельность. Добыча горючих полезных ископаемых и их использование усиливает приток углерода в атмосферу. А вырубка лесов и загрязнение поверхности Мирового океана уменьшают интенсивность поглощения углекислого газа и производство кислорода фотосинтетиками. Таким образом человек нарушает естественное равновесие в обмене углеродом между биосферой и другими оболочками Земли.

Круговорот азота

Свободный молекулярный азот составляет сегодня большую часть атмосферного воздуха (около $78$%). Из-за своих химических свойств он без помощи катализаторов практически не взаимодействует с другими веществами. Из атмосферы часть азота в составе оксидов и аммиака, образованных под воздействием космического излучения и грозовых разрядов, попадает в воду и почву. Но основная масса азота попадает в почву и воду благодаря деятельности азотофиксирующих бактерий.

Фиксированный азот усваивается из почвы растениями непосредственно или благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями. Азот входит в состав аминокислот и, соответственно, - белков. В ходе обмена веществ азотосодержащие соединения распадаются до аммиака, мочевины, мочевой кислоты, которые выделяются в окружающую среду. Некоторые редуценты разлагают эти соединения до образования молекулярного азота, попадающего в атмосферу, другие – образуют оксиды азота, усваиваемых растениями. И цикл круговорота азота в биосфере начинается снова.