Круговорот веществ в биосфере
Взаимодействие всех компонентов биосферы осуществляется посредством обмена веществом и энергией. В основе этого взаимодействия лежит круговорот веществ – это повторяющиеся процессы трансформации и миграции веществ в природе, имеющие циклический характер разной степени выраженности. Эти процессы происходят при участии солнечной энергии и внутренней энергии Земли.
Выделяется геологический (большой) круговорот и входящие в его состав биологический (малый) и антропогенный круговороты.
Геологический круговорот веществ – это перераспределение элементов между биосферой и литосферой, происходящее под влиянием эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов. В течение миллионов лет горные породы разрушаются, а продукты выветривания переносятся водными потоками в Мировой океан. Незначительная часть минеральных веществ возвращается на сушу в результате испарения влаги и выпадения осадков, и круговорот замыкается. Основная же масса продуктов выветривания остается на океаническом дне, где происходит осадконакопление. Сменяются геологические эпохи, происходят регрессии морей, движение тектонических плит, горообразование, и эти напластования вновь оказываются на суше – геологический круговорот веществ начинает новый виток. Следует отметить, что символом данного круговорота является не круг, а спираль, поскольку в силу растянутости временных рамок каждый новый цикл существенно отличается от предыдущего.
Огромное значение в жизни биосферы играет так называемый гидрологический цикл, в котором участвуют суша, атмосфера и океан. Это круговорот воды, который также относится к геологическому (большому) круговороту. Его движущей силой является энергия Солнца, под воздействием которой происходит испарение. Молекулы воды в виде газа поднимаются в атмосферу, где происходит их охлаждение и конденсация. Образуются облака, которые дают атмосферные осадки. Если осадки попадают в океан, круговорот замыкается (испарение и т. д.).
Вода, попадающая на землю, имеет два пути: поверхностный сток и инфильтрация. В первом случае она возвращается в океан, замыкая цикл, а во втором ее ждет долгий и интересный путь. Просачиваясь вниз по трещинам и порам, она достигает водоупорного слоя, пополняя запасы грунтовых вод, а затем движется в горизонтальном направлении до тех пор, пока не найдет выход на поверхность. Так образуются источники, питающие реки, озера, пруды, болота. Во время этого «путешествия» часть воды остается в приповерхностном слое почвы (капиллярная влага), откуда она испаряется в атмосферу, а часть используется растениями, на листьях которых также происходит испарение (транспирация).
Еще одной составляющей геологического круговорота является биологический круговорот веществ, движущая сила которого – деятельность живых организмов. Выглядит этот цикл следующим образом.
- Вода, углерод и питательные вещества аккумулируются растениями (автотрофами) и животными (гетеротрофами), которые питаются этими растениями.
- Живые организмы погибают, и под воздействием сапрофитов (грибы, бактерии, черви) продукты распада разлагаются до минеральных составляющих.
- Неорганические вещества снова используются автотрофами для синтеза органических – биогеохимический круговорот веществ продолжается.
Такие процессы происходят в каждой экосистеме и включают круговороты отдельных элементов: кислорода, азота, углерода, серы, фосфора, железа и т. д. В них участвуют все живые организмы, существующие на планете. Велика роль бактерий в круговороте веществ – они участвуют в почвообразовании, очистке воды, накоплении некоторых элементов (азотфиксирующие бактерии), разложении органических веществ (деструкторы), окислительно-восстановительных реакциях (аэробные бактерии) и многих других процессах, протекающих в биосфере.