2 Биогеохимические циклы
В экосистеме происходит постоянный круговорот элементов питания с участием биотического и абиотического компонентов.
Биогеохимические циклы – циркуляция в биосфере химических элементов и неорганических соединений по характерным путям из внешней среды в организмы, и из организмов во внешнюю среду. Такое перемещение элементов и неорганических соединений, необходимых для жизни, можно назвать круговоротом элементов питания.
При изучении круговорота удобно выделять две части, или два фактора:
· резервный фонд – большая масса медленно движущихся веществ, в основном небиологический компонент;
· подвижный, или обменный, фонд, для которого характерен быстрый обмен между органической и неорганической средой.
Для биосферы в целом можно выделить два основных типа биогеохимических циклов:
· круговорот газообразных веществ, с резервным фондом в атмосфере или гидросфере;
· осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.
Газовые циклы
Круговорот воды Различают несколько видов круговоротов воды в природе:
Большой, или мировой, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная — очищается.
Малый, или океанический, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.
Внутриконтинентальный круговорот — вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.
Биогеохимический цикл азота.
Цикл азота характеризуется обширным резервным фондом в атмосфере. Но лишь немногие микроорганизмы могут использовать газообразный азот из атмосферы. К
счастью, фиксирующие азот микроорганизмы преобразуют молекулярный азот в доступные растениям ионы аммония. Кроме того, в атмосфере постоянно происходит образование нитратов неорганическим путем, но это явление играет лишь вспомогательную роль по сравнению с деятельностью нитрифицирующих организмов.
Безусловно, цикл азота — один из самых сложных и одновременно самых уязвимых круговоротов. Как правило, в количественном отношении азот следует за углеродом, вместе с которым он участвует в образовании белковых соединений. Азот, входящий в состав белков,нуклеиновых и других азотсодержащих соединений, переводится из органической формы в неорганическую в результате деятельности ряда хемотрофных бактерий. Каждый вид бактерий выполняет свою часть работы, окисляя аммоний до нитритов и далее до нитратов. Однако нитраты, доступные для растений, «ускользают» от них в результате деятельности денитрифицирующих бактерий*, которые восстанавливают нитраты до молекулярного азота.
Биохимический цикл углерода.
Углерод — основной строительный материал молекул важных для жизни органических соединений (углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др.). Этот биоэлемент участвует в цикле с небольшим, но подвижным резервным фондом в атмосфере, откуда растения получают его в форме диоксида углерода. Именно диоксид углерода, атмосферный и растворенный в воде, — единственный источник неорганического углерода, из которого в процессе фотосинтеза вырабатываются все органические соединения, составляющие живую клетку. Движение углерода по цепям питания экосистемы тесно связано с переносом энергии — недаром конечными продуктами жизнедеятельности служат диоксид углерода и вода. В почве очень часто цикл углерода замедляется. Органические вещества минерализуются не полностью, а трансформируются в сложный комплекс производных органических кислот, образующих массу темного цвета, так называемый гумус. При любых условиях органический комплекс не может быть полностью минерализован аэробным путем и поэтому накапливается в различных осадочных породах. Тогда наблюдается стагнация, или блокирование, круговорота углерода — примером тому служат накопления угля, нефти и других углеводородных ископаемых. Твердые формы углерода продуценты усваивать не могут, поэтому единственным его источником для растений служит атмосферный воздух. Сейчас запасы углерода в атмосфере в виде С02 относительно невелики. Благодаря буферной системе карбонатного цикла моря круговорот углерода приобретает устойчивость, но он все-таки уязвим из-за небольшого объема резервного фонда.