Круговорот веществ в биосфере

Основной принцип функционирования экосистем — получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов.

Рассмотрим такой круговорот для основных компонентов, вхо­дящих в состав биосферы.

Круговорот углерода

Для примера рассмотрим круговорот углерода. В атмосфере запа­сы углерода в виде СО₂ невелики, в земной коре они присутству­ют в виде ископаемого топлива. Когда около 2 млрд лет назад на Земле появилась жизнь, атмосфера в основном состояла из СО₂. Первые организмы были анаэробными, т.е. жили в отсутствие ки­слорода. Накопление кислорода обусловлено существованием зе­леных растений. Сейчас его запасы на Земле оцениваются в 1,6-10⁵т. Эту массу зеленые растения могут создать за 10 тыс. лет. Поступивший в атмосферу по разным причинам углерод усваивает­ся зелеными растениями, выделяющими в процессе своей жизне­деятельности кислород. А в результате потребления животными ор­ганических соединений происходит окисление органических веществ до углекислого газа, который поступает в атмосферу. Иными словами, углерод — главный участник биотического круговорота. Человек ак­тивно вмешивается в этот круговорот, что может в ближайшие 100 лет привести к изменениям климата, подъему океана, уменьшению количества кислорода в составе атмосферы и пр.

Круговорот серы

Сера преобразуется в различные соединения и циркулирует в биосфере. Из природных источников она попадает в атмосферу в сле­дующем виде:

сероводород (H₂S) — бесцветный, дурно пахнущий ядовитый газ — при извержении вулканов, при разложении органических ве­ществ в болотах и затапливаемых приливами низинах;

диоксид серы (SO;) — бесцветный, удушливый газ при извер­жении вулканов;

частицы сульфатных солей (например, сульфат аммония) - из мельчайших брызг океанической воды.

Около трети всех соединений серы и 99 % диоксида серы, по­падающих в атмосферу, имеют антропогенное происхождение. Сжи­гание серосодержащих углей и нефти для производства электроэнер­гии дает примерно две трети всех антропогенных выбросов двуокиси серы в атмосферу. Остальная треть приходится на такие технологиче­ские процессы, как переработка нефти, выплавка металлов из серосо­держащих медных, свинцовых и цинковых руд.

В атмосфере двуокись серы окисляется кислородом до газооб­разного триоксида серы, который при реакции с водяным паром обра­зует мельчайшие капельки серной кислоты (H₂SO₄). Взаимодействуя с другими атмосферными компонентами, триоксид серы может образо­вывать мельчайшие частицы сульфатных солей. Серная кислота и сульфатные соли вносят свой вклад в образование кислотных осад­ков, нарушающих жизнедеятельность лесных и водных экосистем.

Круговорот воды

Гидрологический цикл, в процессе которого происходит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса воды, состоит в следующем. Солнечная энергия и земное притяжение непрерывно перемещают воду между океанами, атмосферой, сушей и живыми организмами. Важнейшими процессами этого круговорота являются испарение, конденсация, осадки и сток воды назад в море для возобновления цикла.

Под воздействием поступающей солнечной энергии вода испаряется с поверхности океанов, рек, озер, почв и растений и поступает в атмосферу. Ветры и воздушные массы переносят водяной пар в различные районы Земли. Понижение температуры в отдельных частях атмосферы приводит к конденсации водяного пара, образованию облаков и туманов и выпадению атмосферных осадков.

Часть пресной воды возвращается на поверхность земли в виде осадков, замерзает в ледниках. Однако в основном она заполняет понижения и ложбины и стекает в ближайшие озера, ручьи и реки, которые несут ее назад в океан, тем самым, замыкая кольцо круговорота. Такой сток пресных вод с поверхности суши вызывает также эрозию почв, которая приводит к перемещению различных химических веществ в рамках других биогеохимических циклов.

Значительная часть возвращаемой на сушу воды просачивается глубоко в фунт. Там происходит накопление фунтовых вод в водоносных горизонтах — подземных резервуарах. Подземные источники и водотоки в итоге возвращают воду на поверхность суши и в реки, озера, ручьи, откуда она вновь испаряется или стекает в океан. Одна­ко циркуляция подземных вод происходит несравнимо медленнее, чем циркуляция поверхностных и атмосферных вод.