Что представляет собой биотический круговорот? В качестве замкнутой системы он успешно функционирует на протяжении нескольких миллиардов лет.
Попробуем разобраться в том, что представляет собой биотический круговорот.
Особенности
Мертвые растения и останки организмов перерабатывают насекомые, грибы, бактерии, простейшие. Животные и растения постепенно превращаются в элементарные органические и минеральные соединения. Биотический круговорот предполагает поступление этих веществ в почву, последующее потребление их растениями. Для процесса характерна замкнутость, непрерывность, распад, разложение конечных соединений. Это непрерывный круг, регулирующий жизнь на планете.
Значимость
Биотический круговорот углерода в наземных экосистемах рассмотрим на примере фосфора. Достаточное количество данного элемента находится в гумусовых горизонтах ненарушенных почв, а также в лесной подстилке. Благодаря круговороту удается накапливать порядка 106-107 тонн фосфора в биосфере. В фитомассе естественных луговых степей находится порядка 30 кг/га данного элемента, чего вполне достаточно для млекопитающих.
Обмен энергии
Биотический круговорот предполагает энергетический обмен. Суть его сводится к тому, что в цепи пищевых (трофических) превращений не исчезает энергия, а наблюдается ее превращение из одного вида в другую.
Солнечная энергия трансформируется в рамках подобного процесса на каждом его уровне. Непосредственное потребление энергии Солнца характерно только для зеленых растений в рамках фотосинтеза.
Ими создается органическое соединение (глюкоза) из углекислого газа и воды, осуществляется аккумулирование энергии. Листья растений включаются в подобный химический процесс только при наличии солнечного света и хлорофилла.
Особенности процесса
В некоторые периоды существования человечества нарушался биотический круговорот веществ. Осуществлялся вывод только излишков, которые откладывались в качестве газа, каменного угля, нефти, известняков, иных минералов органического вида.
В ходе сжигания нефти или каменного угля в печах (моторах) высвобождается и применяется энергия, которая накапливалась биосферой на протяжении миллионов лет. В прошлом такие излишки не засоряли биосферу, не наблюдалось их негативного влияния на биотический круговорот. Сегодня все иначе.
Специфика
Для успешного осуществления круговорота важно разнообразие животных. Один вид не сможет расщепить в биогеоценозе до конечных продуктов органические вещества растений. Он расщепляет только часть их, а также некоторые органические соединения, находящиеся в них. Подобным образом формируются сети и цепи питания.
В биоценозе атмосфера имеет важное значение. Она способствует поддержанию биологического круговорота энергии и веществ, а также обеспечению водного баланса.
Загрязнитель может разлагаться до форм, которые могут вовлекаться в последующие этапы круговорота и усваиваться живыми организмами.
Базируется цикл на разложении и поглощении загрязнителей микроорганизмами, зависит он от активности и количественного показателя химических элементов, принимающих непосредственное участие в круговороте.
Экосистемой называют сумму неорганических и органических компонентов, внутри которой происходит биотический круговорот веществ.
Схема процесса
Растения, получая постоянный поток энергии Солнца, формируют из неорганической материи первичную продукцию. В остальных звеньях круговорота наблюдается изменение и потеря энергии. Продуценты, консументы, редуценты в экосистеме потребляют живое вещество первоначальной продукции. Животными потребляется для подобного процесса во много раз больше живого вещества низшего уровня, понижая и суммарные энергетические запасы. Обеспечивается круговорот благодаря взаимодействию трех групп.
Первую группу составляют продуценты. К ним относятся зеленые растения, которые принимают активное участие в фотосинтезе. Такими веществами являются и бактерии, которые способны к хемосинтезу. Именно они формируют первичное органическое вещество.
Вторая группа — консументы первого порядка. Они являются потребителями органического вещества. К ним причисляются хищники, а также простейшие. Животные, которых причисляют к хищникам, около 250 разных видов.
Третья группа — деструкторы (редуценты), которые разлагают мертвую органику до минеральных веществ. К ним причисляют грибы, бактерии, а также простейшие. Аккумулирование энергии Солнца осуществляется на восходящей ветви круговорота благодаря фотосинтезу. Растения на данном этапе синтезируют из азота, воды, углекислого газа органические вещества.
Расходование энергии
Что еще рассматривает биология? Дыхание растений в ней занимает важное место, так как при этом процессе происходит окисление почти половины органического вещества до углекислого газа, возврат его в атмосферу.
Второй по масштабности вариант расходования органического соединения и накопленной энергии — употребление консументами первого порядка растений. Энергия, которая запасается фитофагами с пищей, расходуется на жизнедеятельность, дыхание, размножение. Она выделяется с экскрементами.
Растительноядные животные — это пища для плотоядных (консументов высшего трофического уровня). Они, в свою очередь, тратят энергию, накопленную с пищей, аналогично растительноядным животным.
Взаимосвязь элементов
Отдельное звено экосистемы в окружающую среду поставляет органические остатки. Они и служат источником энергии и пищи для животных-сапрофагов (грибов, бактерий). Завершающим этапом превращения углевода является процесс гумификации, последующее окисление гумуса до углекислого газа, минерализация зольных фрагментов. Они потом снова попадают в атмосферу и в почву, являясь пищей для растений.
Биотический круговорот является непрерывным процессом создания и разрушения органических соединений. Реализуется он посредством всех трех групп организмов. Невозможна жизнь без продуцентов, так как именно они являются основой жизни. Только у них есть способность создавать первичное органическое вещество, без которого не будет протекать последующий круговорот.
Благодаря потреблению консументов разных порядков первичной и вторичной продукции, перевода из одного вида в другой, на Земле возможно многообразие форм. Редуценты, которые разлагают органику, возвращают его к первому этапу круговорота.
Масштабные циклы миграции химических компонентов связывают наружные оболочки планеты в одно целое, они объясняют непрерывность эволюции.
В качестве движущей силы биотического круговорота выступает энергия Солнца. Основным процессом, способствующим получению органического вещества, является фотосинтез. Он возможен только при применении зелеными растениями солнечной энергии.
Листья растений (автотрофов), которые синтезируют глюкозу, «консервируют» солнечную энергию в органическое соединение. Попадая в биосферу из космоса, энергия скапливается и в растениях, и в горных породах, и в почве. Солнце обеспечивает круговорот химических элементов, позволяет образовывать поочередно неорганические или органические вещества.
Что важно знать
В биотическом круговороте кроме углерода, кислорода, водорода, также участие принимают и иные биологически важные элементы: кальций, азот, фосфор, кремний, калий, натрий, сера. Невозможен данный процесс и без микроэлементов: йода, цинка, брома, молибдена, серебра, никеля, свинца, магния. В списке элементов, которые поглощаются живым веществом, присутствуют даже яды - мышьяк, селен, ртуть, а также радиоактивные компоненты (радий, уран).
Скорость круговорота
Энергообмен имеет циклический характер. Обновление живого вещества биосферы осуществляется примерно через 8 лет. Гораздо быстрее процесс протекает в океане (через 33 дня). В атмосфере замена кислорода происходит за две тысячи лет, а оксида углерода — за 6 лет. Полная замена воды в гидросфере происходит за 2800 лет.
Химические соединения, которые доступны для компонентов биосферы, ограничены. Из-за их исчерпаемости тормозится развитие некоторых групп организмов в океане и на суше.
Варианты круговорота
Только благодаря круговороту энергии и веществ поддерживается устойчивое состояние биосферы. Выделяют два варианта - геологический (большой) и биогеохимический (малый).
Рассмотрим первый вариант круговорота. Магматические горные породы под действием биологических, химических, физических факторов превращаются в осадочные породы, в частности, в глину и песок. Они могут возникать также при синтезе биогенных минералов (отмерших микроорганизмов) из вод морей и океанов. Водянистые рыхлые осадки постепенно скапливаются на дне водоема, отвердевают, формируют плотные горные породы.
Затем идет их преобразование, наблюдаются процессы метаморфизма. Под действием порций эндогенной энергии слои переплавляются, формируя магму. При поднятии на поверхность Земли под действием выветривания, переноса они снова трансформируются в осадочные породы.
Большой круговорот характеризуется взаимодействием экзогенной (солнечной) энергии с эндогенной (глубинной) энергией Земли. Благодаря такому процессу перераспределяется вещество между глубокими горизонтами и биосферой планеты.
К нему относится и движение воды между литосферой, атмосферой, гидросферой, аккумулируемое солнечной энергией. Сначала вода испаряется с поверхности океана (моря, озера, реки), далее в виде осадков возвращается на землю. Компенсируют такие процессы речные стоки. Растительность играет важную роль в круговороте воды.
Малый круговорот характерен только для биосферы. Создаются круговороты в масштабах планеты из циклических многократных движений атомов, а также тех перемещений, что вызваны вулканизмом, движением морского дна, энергией ветра, подземными стоками.
Подведем итоги
В биосфере вещества циркулируют, формируя биогеохимические круговороты. Для них в больших количествах нужны следующие элементы: кислород, азот, углерод, водород. Циркуляция их возможна благодаря саморегулирующимся процессам, в которых активными участниками становятся другие компоненты экосистем.
На всех этапах развития биосферы действует закон глобального замыкания круговорота. Основой подобного процесса является солнечная энергия, а также хлорофилл зеленых растений.
Для полного разложения органического вещества, которое создается зелеными растениями, необходимо столько же кислорода, сколько и выделяется в ходе фотосинтеза. Благодаря захоронению органики в торфе, угле, осадочных породах в атмосфере поддерживаетсяобменный фонд кислорода.
В результате увеличения количества транспорта, промышленных предприятий нарушается круговорот кислорода в природе. Это негативно отражается на жизнеспособности биосистемы, приводит к мутациям и полному вымиранию некоторых видов живых растений и животных.
