Материал: Рындевич. Основы экологии
161
В
результате
образуются
биогенное
и
биокосное
вещества
биосферы
.
Другими
словами
,
благодаря
этой
функции
в
биосфере
существует
круговорот
веществ
.
Для
существования
и
развития
(
эволюции
)
жизни
на
планете
крайне
важно
,
чтобы
происходил
круговорот
биологически
важ
-
ных
веществ
,
т
.
е
.
после
использования
они
должны
вновь
пере
-
ходить
в
окружающую
среду
,
а
затем
снова
усваиваться
организ
-
мами
.
Этот
переход
может
осуществляться
только
при
опреде
-
ленных
затратах
энергии
.
Источником
этой
энергии
в
основном
является
Солнце
.
Благодаря
ему
в
биосфере
протекают
процессы
,
которые
воздействуют
на
развитие
биосферы
и
эволюцию
ее
со
-
ставляющих
.
Этими
процессами
являются
геологический
и
био
-
логический
круговороты
веществ
.
5.1.5
Геологический
круговорот
веществ
в
биосфере
Геологический
(
абиотический
,
большой
)
круговорот
веществ
возник
задолго
до
появления
жизни
на
Земле
.
Геологический
круговорот
веществ
—
процесс
циркуляции
воды
,
ми
-
неральных
веществ
и
газов
между
сушей
,
атмосферой
и
Мировым
океаном
.
В
процессе
геологического
круговорота
с
одного
места
в
другое
в
масштабе
всей
Земли
перемещаются
минеральные
соединения
,
вода
,
газы
,
а
также
изменяется
агрегатное
состояние
воды
(
жидкая
;
твердая
—
снег
,
лед
;
газообразная
—
пар
).
В
основе
этого
кругово
-
рота
лежит
абиотический
круговорот
воды
,
который
происходит
без
участия
живых
организмов
.
Наиболее
интенсивно
вода
цирку
-
лирует
в
газообразном
состоянии
.
Источником
энергии
для
большого
круговорота
выступает
Солнце
.
Геологический
круговорот
очень
энергоемкий
процесс
.
На
Землю
ежегодно
поступает
примерно
21 · 10
20
кДж
солнечной
энергии
.
Около
половины
ее
расходуется
на
испарение
воды
.
До
30%
солнечной
энергии
отражается
облаками
и
поверхностью
Земли
,
около
20%
поглощается
в
верхних
слоях
атмосферы
обла
-
ками
и
пылевыми
частицами
,
содержащимися
в
воздухе
.
Солнце
нагревает
поверхность
Мирового
океана
,
и
вода
испаря
-
ется
.
В
процессе
этого
она
меняет
свое
агрегатное
состояние
,
т
.
е
.
из
Ре
по
зи
то
ри
й
Ба
рГ
У
162
жидкого
состояния
переходит
в
газообразное
—
пар
(
рис
. 5.1.3).
В
атмосфере
водяной
пар
конденсируется
в
мельчайшие
капель
-
ки
воды
,
из
которых
состоят
облака
.
Затем
вода
выпадает
в
виде
осадков
(
дождь
,
град
,
снег
)
на
землю
.
Испарение
воды
происхо
-
дит
и
с
поверхности
суши
,
хотя
и
в
значительно
меньших
количе
-
ствах
,
чем
с
поверхности
океана
.
Круговорот
воды
в
биосфере
ос
-
нован
на
том
,
что
ее
суммарное
испарение
с
поверхности
Земли
компенсируется
выпадением
осадков
.
При
этом
из
океана
испаря
-
ется
воды
больше
(
что
объясняется
большей
площадью
),
чем
воз
-
вращается
с
осадками
.
На
суше
,
наоборот
,
больше
выпадает
осад
-
ков
,
чем
испаряется
воды
.
Излишки
ее
стекают
в
водоемы
и
водо
-
токи
,
а
оттуда
снова
попадают
в
океан
.
Вместе
с
водой
в
биосфере
осуществляется
интенсивная
мигра
-
ция
газов
.
Благодаря
круговороту
воды
с
суши
в
Мировой
океан
в
растворенном
виде
попадает
масса
минеральных
веществ
.
В
обрат
-
ном
направлении
минеральные
вещества
из
океана
мигрируют
на
сушу
в
результате
приливов
.
Рисунок
5.1.3 —
Схема
геологического
круговорота
веществ
в
биосфере
Ре
по
зи
то
ри
й
Ба
рГ
У
163
5.1.6
Биологический
круговорот
веществ
в
биосфере
Биологический
круговорот
веществ
(
биотический
,
малый
)
воз
-
ник
на
основе
геологического
в
период
зарождения
жизни
на
Земле
.
Биологический
круговорот
веществ
—
процесс
циркуляции
биологически
важных
химических
соединений
между
живыми
орга
-
низмами
и
окружающей
средой
в
пределах
экосистем
и
биосферы
.
В
биологическом
круговороте
самыми
важными
моментами
яв
-
ляются
синтез
и
разрушение
органических
веществ
.
Эти
два
про
-
цесса
находятся
в
определенном
сбалансированном
отношении
.
Баланс
между
образованием
и
минерализацией
органических
ве
-
ществ
относителен
.
Это
своеобразный
фактор
,
обусловливающий
разнообразие
живого
вещества
биосферы
.
Увеличение
количества
первичного
органического
вещества
способствует
увеличению
раз
-
нообразия
живых
организмов
и
,
соответственно
,
темпов
эволюции
.
В
противоположность
геологическому
,
биологический
круговорот
не
является
энергоемким
процессом
.
На
создание
первичного
органи
-
ческого
вещества
затрачивается
всего
0,1—0,2%
падающей
на
Землю
солнечной
энергии
.
Больше
половины
аккумулированной
в
процессе
фотосинтеза
энергии
расходуется
продуцентами
на
дыхание
и
другие
жизненные
процессы
,
а
остальная
часть
поступает
в
пищевые
цепи
.
Малый
круговорот
в
биосфере
представляет
собой
комплекс
биогеохимических
циклов
(
круговороты
углерода
,
азота
,
кислоро
-
да
,
фосфора
,
серы
и
т
.
п
.).
Процессы
перехода
различных
химических
элементов
в
био
-
сфере
протекают
с
разной
скоростью
.
Так
,
кислород
,
содержащий
-
ся
в
атмосфере
,
поступает
в
организмы
и
обратно
в
окружающую
среду
,
связываясь
с
углеродом
при
дыхании
и
высвобождаясь
при
фотосинтезе
,
за
2 000
лет
.
Углекислый
газ
совершает
круговорот
в
обратном
направлении
за
300
лет
,
а
вода
разлагается
и
воссоздается
путем
фотосинтеза
и
дыхания
за
2 000 000
лет
(
рис
. 5.1.4).
Миграцию
веществ
в
биогеохимических
циклах
можно
рас
-
смотреть
на
примере
круговорота
углерода
и
азота
.
В
атмосфере
углерод
содержится
в
виде
углекислого
газа
.
Кру
-
говорот
углерода
начинается
с
фиксации
углекислого
газа
фото
-
синтезирующими
растениями
,
зелеными
и
пурпурными
бактерия
-
ми
,
а
также
цианобактериями
в
процессе
фотосинтеза
.
Ре
по
зи
то
ри
й
Ба
рГ
У
164
Рисунок
5.1.4 —
Круговорот
воды
,
кислорода
и
углекислого
газа
(
по
П
.
Кла
-
уду
и
А
.
Джибору
[16])
Углерод
,
входящий
в
состав
молекул
углекислого
газа
,
идет
на
построение
молекул
первичного
органического
вещества
проду
-
центов
,
при
этом
высвобождается
кислород
.
Частично
,
в
виде
угле
-
кислого
газа
,
углерод
выделяется
из
организма
продуцентов
во
время
дыхания
растений
.
Фиксированный
в
молекулах
органиче
-
ского
вещества
продуцентов
углерод
потребляется
консументами
,
которые
в
ходе
миграции
веществ
по
пищевым
цепям
перераспре
-
деляют
это
вещество
между
собой
.
Консументы
при
дыхании
так
-
же
выделяют
углекислый
газ
.
Умершие
продуценты
и
консументы
разлагаются
редуцентами
,
в
результате
чего
углерод
мертвого
ор
-
ганического
вещества
окисляется
до
углекислого
газа
и
снова
по
-
падает
в
атмосферу
.
Подобный
круговорот
углерода
совершается
и
на
суше
(
рис
. 5.1.5),
и
в
водной
среде
.
Ре
по
зи
то
ри
й
Ба
рГ
У
165
Рисунок
5.1.5 —
Круговорот
углерода
в
наземных
экосистемах
[16])
Круговорот
азота
,
как
и
другие
биогеохимические
циклы
,
охва
-
тывает
все
среды
жизни
в
биосфере
.
Наиболее
интенсивно
он
идет
в
наземных
экосистемах
.
В
круговорот
азота
вовлечены
и
водные
экосистемы
.
Азот
,
которого
очень
много
в
атмосфере
,
усваивается
растениями
лишь
после
соединения
его
с
водородом
или
кислоро
-
дом
(
рис
. 5.1.6).
Существует
ювенильная
фиксация
азота
в
процессе
изверже
-
ния
вулканов
,
а
также
фотохимическая
и
электрохимическая
фик
-
сация
молекулярного
азота
под
действием
солнечной
радиации
и
атмосферных
процессов
.
Это
—
абиотическая
фиксация
.
Кроме
этого
,
в
биосфере
происходит
и
биотическая
фиксация
(
благодаря
живым
организмам
).
Фиксировать
свободный
азот
могут
свободно
живущие
азот
-
фиксирующие
бактерии
(Azotobacter, Clostridium)
,
клубеньковые
бактерии
,
которые
являются
симбионтами
ряда
растений
,
и
циано
-
бактерии
(
Nostoc, Anabaena
и
др
.).
Способностью
фиксировать
Ре
по
зи
то
ри
й
Ба
рГ
У