Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ.

Наиболее жизненно важными можно считать вещества из которых в основном состоят белковые молекулы. К ним отно­сятся углерод, азот, кислород, фосфор, сера.

Биогеохимические циклы углерода, азота и кислорода (рис.6.12 ) наиболее совершенны. В кру­говоротов углерода, а точнее —наиболее подвижной его фор­мы —СО₂, четко прослеживается трофическая цепь: продуцен­ты, улавливающие углерод из атмосферы при фотосинтезе, консументы — поглощающие углерод вместе с телами проду­центов и консументов низших порядков, редуцентов — возвра­щающих углерод вновь в круговорот. Скорость оборота СО₂составляет порядка 300лет (полная его замена в атмосфере) (рис. 6.11). В Мировом океане трофическая цепь: продуценты (фито­планктон) —консументы (зоопланктон,рыбы) —редуценты (микроорганизмы) —осложняется тем, что некоторая часть уг­лерода мертвого организма, опускаясь на дно, «уходит» в оса­дочные породы и участвует уже не в биологическом, а в геоло­гическом круговороте вещества.

Резервуаром биологически связанного углерода яв­ляются леса, они содержат до 500млрд т этого элемента, что составляет 2/3его запаса в атмосфере. Вмешательство челове­ка в круговорот этого элемента приводит к возрастанию содер­жания СО₂в атмосфере.

Скорость круговорота кислорода — 2тыс. лет (рис. 6.9), именно за это время весь кислород атмосферы проходит через живое вещество. Основной поставщик кислорода на Земле — зеленые растения. Ежегодно они производят на суше 53-10⁹т кислорода, а в океанах — 414-10⁹т.

Главный потребитель кислорода —животные, почвенные организмы и растения, использующие его в процессе дыхания. Процесс круговорота кислорода в биосфере весьма сложен, так как он содержится в очень многих химических соединениях.

Подсчитано, что на промышленные и бытовые нужды еже­годно расходуется 23%кислорода, который освобождается в процессе фотосинтеза.

Биогеохимический круговорот азота не менее сложен, чем углерода и кислорода, и охватывает все области биосферы. По­глощение его растениями ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединения его с водородом и кислоро­дом. Редуценты, а конкретно почвенные бактерии, постепенно разлагают белковые вещест­ва отмерших организмов и превращают их в аммонийные со­единения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в про­цессе круговорота в подземные воды и загрязняет их.

Опасность заключается также и в том, что азот в виде нит­ратов и нитритов усваивается растениями и может передавать­ся по пищевым цепям. Азот возвращается в атмосферу вновь с выделенными при гниении газами. Роль бактерий в цикле азота такова, что если будет уничтожено только двенадцать их видов, участвующих в круговороте азота, жизнь на Земле прекратится. Так считают американские ученые.

Биогеохимический круговорот в биосфере, помимо кисло­рода, углерода и азота, совершают и многие другие элементы, входящие в состав органических веществ, —сера, фосфор, же­лезо и др.

Биогеохимические циклы фосфора и серы, важней­ших биогенных элементов, значительно менее совершенны, так как основная их масса содержится в резервном фонде зем­ной коры.

Круговорот серы и фосфора — осадочный био­геохимический цикл. Такие циклы легко нарушаются от раз­личного рода воздействий и часть обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться опять в круговорот она может лишь в результате геологических процессов или путем извлечения живым веществом.

Фосфор содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический кругово­рот он может попасть в случае подъема этих пород из глубины земной коры на поверхность суши, в зону вывет­ривания. Эрозионными процессами он выносится в море в виде минерала —апатита.

Общий круговорот фосфора можно разделить на две час­ти —водную и наземную. В водных экосистемах он усваива­ется фитопланктоном и передается по трофической цепи вплоть до консументов третьего порядка —морских птиц.

В наземных экосистемах фосфор извлекают растения из почв и далее он распространяется по трофической сети. Воз­вращается в почву после отмирания животных и растений и с их экскрементами. Теряется фосфор из почв в результате эрозии. Повышенное содержание фосфора на водных вызывает бурное увеличение биомассы вод­ных растений, «цветение» водоемов. Боль­шая же часть фосфора уносится в море и там теряется без­возвратно.

Сера также имеет основной резервный фонд в отложени­ях и почве, но в отличие от фосфора имеет резервный фонд и в атмосфере (рис. 6.15).В обменном фонде главная роль при­надлежит микроорганизмам. Одни из них восстановители, другие —окислители.

В горных породах сера встречается в виде сульфидов (FeS₂и др.), в растворах —в форме иона (SO₄^2-), в газообразной фазе в виде сероводорода (H₂S) или сернистого газа (50д). В некото­рых организмах сера накапливается чистом виде (S₂) и при их отмирании на дне морей образуются залежи самородной серы.

В морской среде сульфат-ион занимает второе место по со­держанию после хлора и является основной доступной формой серы, которая восстанавливается автотрофами и включается в состав аминокислот. «Кольцо» в центре схемы иллюстрирует процесс окисления (О) и восстановление (R), благодаря которым происходит обмен серы между фондом доступ­ного сульфата (SO₄,) и фондом сульфидов железа, находящихся глубоко в почве и в осадках вернет на сушу «потерян­ные отложения».

Круговорот серы,содержится в организмах в неболь­ших количествах, но является ключевым в общем процессе про­дукции и разложения.В наземных экосистемах сера возвращается в почву при от­мирании растений, захватывается микроорганизмами, которые восстанавливают ее доH₂S. Другие организмы и воздействие самого кислорода приводят к окислениюэтих продуктов. Об­разовавшиеся сульфаты растворяются и поглощаются растения­ми из поровых растворов почвы —так продолжается кругово­рот.

Однако круговорот серы, так же как и азота, может быть нарушен вмешательством человека.Причиной тому пре­жде всего сжигание ископаемого топлива, а особенно угля. Сер­нистый газ (SO_2­)нарушает процессы фотосинтеза и приводит к гибели растительности.

Биогеохимические циклы легко нарушаются человеком. Так, добывая полезные ископаемые человек, загрязняет воду и воздушную среду и др. Круговорот становится не циклическим, а ацикличе­ским. Охрана природных ресурсов должна быть, в частности, направлена на то, чтобы ациклические биогеохимические про­цессы превратить в циклические.

Пресноводные экосистемы.

Реки, озера, пруды. Они снабжают водой города, села, деревни. В них водятся ценные виды рыб.

Морские экосистемы.

Одни из крупнейших водных экосистем Земли. Они включают в себя океаны, солончаки, зоны приливов, лиманы, лагуны, мангровые заросли, коралловые рифы, глубокое море и морское дно. Морские воды занимают две трети поверхности Земли. Подобные места считаются экосистемами, потому что жизнь растений поддерживает жизнь животных и наоборот.