4. Круговороты веществ в природе

Основные круговороты веществ в природе: круговорот воды, геологический (большой) и биологический (малый).

Круговорот воды. На Земле постоянно происходит перенос воды в масштабе всей планеты, главным образом между океаном и сушей.

Вода испаряется с поверхности океанов, морей, рек, озер, суши и возвращается на эти же территории или переносится воздушным потоком на большие расстояния и выпадает в виде осадков.

В целом на планете общий объем осадков равен объему испарившейся воды. На континенте выпадает больше осадков, чем испаряется, разность составляет речной сток. С поверхности океана больше испаряется воды, чем выпадает осадков, разница пополняется речным стоком. Весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается ~ за 2 млн. лет.

Вода, выпадая в виде осадков на континенте, способствует разрушению горных пород, делает их доступными для растений и микроорганизмов, выносит растворимые вещества в гидросферу.

Осадки, выпадающие на землю, разделяются на три части:

Первая часть стекает по поверхности земли и образует поверхностный сток, который стекает в ручьи, реки, направляющиеся в океан. Поверхностный сток содержит в своем составе частицы почвы, растворенные химические элементы, детрит, гумус, иногда он очень загрязнен, но в природных экосистемах величина его невелика. В связи с хозяйственной деятельностью (вырубка лесов, распашка степей и т. д.) величина поверхностного стока значительно увеличилась, что вызвало массу экологических проблем.

Вторая часть осадков впитывается в почву, удерживается в ее капиллярах, и используется растительностью в процессе фотосинтеза или испаряется в атмосферу наземной частью растений (транспирация).

Третья часть осадков впитывается почвой, просачивается на глубину, заполняет трещины, поры грунтов и образует подземные воды, которые вымывают растворимые минералы горных пород и выносят их в водные объекты.

Круговорот воды постоянно очищает и пополняет пресноводные системы

т. к. с осадками выпадает пресная вода, очищенная при испарении.

Геологический круговорот веществ обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение веществ между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.

Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму – источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы. Геологический круговорот происходит не по кругу, а по спирали, т. е. новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит изменения (рис. 2.3.).

Рис. 2.3 – Большой геологический круговорот

Биологический круговорот, в отличие от геологического, совершается лишь в пределах биосферы.

Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и вода, воздух, минералы горных пород и почв. В живых организмах их обнаружено более 30. Преобладают в составе живых организмов кислород, водород, углерод, кальций, сера и другие химические элементы. Разница лишь в сложности молекул и количестве химических элементов: одних больше в живых организмах, других – во внешней среде.

Молекулы воды, составляющих воздуха, почвенных минералов, относительно просты, а живых организмов – очень сложны, некоторые состоят из миллионов атомов.

Биологический круговорот – это круговая циркуляция химических элементов между живыми организмами и внешней средой. Заключается она в поступлении химических элементов из почвы, гидросферы и атмосферы в живые организмы; превращении в них поступивших элементов в сложные органические соединения, а затем возврат этих элементов с отмершими организмами в почву, атмосферу и гидросферу через звено редуцентов.

Продуценты строят свой организм из простых неорганических соединений, преобразуют их в сложные органические соединения; консументы аналогичные преобразования начинают с более сложных соединений; редуценты высвобождают химические элементы, связанные в сложной органике, благодаря чему они снова могут включаться в круговорот.

Этот круговорот для жизни биосферы – является главным, живое вещество поддерживает жизнь на нашей планете, обеспечивая круговорот веществ.

В качестве примера на рис. 2.4 приведен круговорот азота.

Каждый химический элемент, входящий в состав живых организмов, совершает биологический круговорот в биосфере.