Круговорот углерода
Круговорот углерода является наиболее интенсивным из всех известных биогеохимических циклов, продолжительность которого составляет всего 300 лет. Его запасы на Земле представлены в виде углеродсодержащих горных пород, залегающих на дне океана и в земной коре, а также в виде ископаемых видов топлива.
Углерод является основой всех органических веществ, таких как белки, жиры, углеводы и других соединений, необходимых для жизнедеятельности живых организмов.
В состав органического вещества углерод включается в процессе фотосинтеза, который затем передаётся по трофическим цепям. Ежегодно таким образом растениями усваивается порядка 46 млрд. т данного вещества. Большинство наземных растений получает необходимый им углерод, поглощая через поры в своих листьях углекислый газ из атмосферы. Фитопланктон получает углерод из атмосферного углекислого газа, растворенного в воде.
Скорость циркуляции углерода между компонентами живой и неживой природы достаточно высока, при этом наибольшей подвижностью характеризуется углекислый газ, роль которого в круговороте углерода наиболее высока. Углекислый газ поступает в атмосферу вследствие дыхания живых организмов, сжигания топлива и разложения мёртвой органики. Велики объёмы поступления углерода в атмосферу и вследствие извержений вулканов. Важную роль в процессе выделения углекислого газа в атмосферу играют и вертикальные движения земной коры, которые способствуют поднятию блоков осадочных пород и образованию островов, на которых происходит их химическое разрушение с выделением $CO_2.$
В процессе круговорота часть углерода "теряется" и подвергается минерализации, а также участвует в образовании ископаемых видов топлива. Помимо этого значительная часть углерода в виде карбонатных соединений оседает на дне океана.
Стоит отметить, что деятельность человека в последние сто лет направлена на разработку углеродных "захоронений", что в свою очередь способствует его повторному вовлечению в глобальный круговорот, приводя к существенному повышению концентрации углекислого газа в атмосфере. Чрезмерное накопление в атмосфере Земли данного соединения приводит к нарушению равновесных процессов в биосфере, главным из которых является образование парникового эффекта.
Круговорот азота
Не менее сложным, чем круговорот углерода является биогеохимический круговорот азота. Азот является важной структурной единицей аминокислот, выступающих строительным материалом для белков. Его основным источником является атмосфера, которая представлена им на 78%. Преобладающее количество живых организмов может использовать азот только в виде сложных соединений с другими элементами.
Основную роль в круговороте азота играют азотфиксирующие и денитрифицирующие бактерии, которые участвуют в процессе его перевода из неорганических соединений (оксиды азота, нитраты, нитриты, аммиак, соли аммония) в другие формы.
Из воздуха азот поглощается азотфиксирующими бактериями, которые переводят его в легко усваиваемые растениями формы. Поглощенные растениями соединения азота синтезируются в более сложные органические соединения, передача которых осуществляется по трофической цепи к консументам. Образующиеся в процессе жизнедеятельности продуцентов и консументов соединения азота со временем попадают в почву, где под действием аммонифицирующих бактерий они восстанавливаются до аммиака и солей аммония.
Преобразование ионов аммония в нитрат-ионы, потребляемые растениями происходит в почве под действием нитратных и нитритных бактерий. А в процессе денитрифицирующих бактерий растворимые соединения азота переходят в газообразные формы, пополняющие атмосферу азотом.
Стоит отметить, что определенная часть азота на долгое время выключается из круговорота, переходя в глубинные отложения в литосфере. Однако в результате вулканической и антропогенной деятельности эти потери азота полностью компенсируются.
