Круговороты веществ - фундаментальные процессы, без которых невозможна жизнь на Земле. Рассмотрим подробно, как устроены эти важнейшие механизмы природы.
1. Общие сведения о круговоротах веществ
Круговорот веществ - это замкнутый цикл превращений химических элементов из неорганических соединений в органические и обратно. Этот процесс поддерживает баланс химических элементов в природе и обеспечивает питание живых организмов.
Различают два основных круговорота:
- Большой геологический круговорот, длительностью в миллионы лет. Он охватывает литосферу, гидросферу и атмосферу.
- Малый биологический круговорот, продолжительностью от дней до столетий. Он протекает в пределах биосферы.
Без круговоротов веществ жизнь на планете была бы невозможна - организмам постоянно требуются элементы питания, которые возвращаются в среду после их гибели. Круговороты поддерживают необходимый для жизни баланс газов в атмосфере, воды в гидросфере и химических элементов в почвах.
В круговоротах участвуют продуценты (растения), консументы (животные), редуценты (грибы и бактерии). Важную роль играют процессы фотосинтеза у растений, дыхания у живых организмов и разложения органики редуцентами.
2. Круговорот воды
Вода - важнейшее вещество для всех форм жизни на Земле. Рассмотрим подробно ее круговорот в природе.
Основные источники воды на планете - Мировой океан (97%) и ледники (около 2%). Небольшая часть содержится в подземных водах, почве, озерах и реках.
Из океанов, рек и с суши вода испаряется, образуя водяной пар, который поднимается в атмосферу. Далее часть пара конденсируется с образование облаков и выпадает на поверхность суши и воды в виде осадков - дождя или снега.
Ежегодно на поверхность суши выпадает около 113 тыс. км3 осадков.
Часть выпавшей на сушу воды сразу же испаряется, другая просачивается в почву и питает подземные воды, третья стекает по поверхности в виде ручьев и рек, пополняя запасы озер и водохранилищ. Сток с суши составляет около 40 тыс. км3 в год.
Растения играют важную роль в круговороте воды. Они поглощают ее из почвы своими корнями, а затем часть воды испаряется через устьица листьев в процессе транспирации.
За вегетационный период одно дерево может испарить до 1000 л воды.
Животные также потребляют воду и выделяют ее в процессе дыхания, потоотделения и выведения продуктов обмена.
Таким образом, круговорот воды обеспечивает ее постоянное движение между океаном, сушей и атмосферой и поддерживает водный баланс на планете.
Круговороты веществ в природе - это фундаментальные процессы, без которых невозможна жизнь на Земле. Мы рассмотрели основные сведения о круговоротах и более подробно - круговорот воды. Далее изучим другие важные круговороты нашей планеты.
3. Круговорот кислорода
Кислород - один из важнейших газов для поддержания жизни на Земле. Рассмотрим его круговорот.
Основные запасы кислорода сосредоточены в атмосфере (21% по объему) и литосфере. Небольшое количество растворено в гидросфере.
Кислород расходуется при дыхании аеробных организмов, окислении органических веществ, горении, а также при образовании озонового экрана в стратосфере.
Потребленный кислород возмещается в процессе фотосинтеза зелеными растениями и фотосинтезирующими бактериями. Ежегодно они вырабатывают около 200 млрд тонн кислорода, компенсируя его расходование в биосфере.
Полный цикл круговорота кислорода занимает около 2000 лет.
Таким образом, круговорот кислорода поддерживает его содержание в атмосфере на уровне, необходимом для дыхания живых организмов.
4. Круговорот углерода
Углерод - элемент, который входит в состав всех органических веществ. Рассмотрим особенности его круговорота.
В атмосфере углерод присутствует главным образом в виде углекислого газа CO2. Его источник - вулканические выбросы и дыхание живых организмов.
Растения поглощают CO2 и в процессе фотосинтеза включают углерод в состав органических веществ - углеводов, жиров, белков.
Потребляя растительную пищу, животные также накапливают углерод в своих тканях. После отмирания организмов и разложения останков углерод в виде CO2 снова возвращается в атмосферу.
Полный цикл круговорота углерода занимает около 300 лет.
Так замыкается круговорот этого важного биогенного элемента в биосфере.
5. Круговорот азота
Хотя азота в атмосфере практически неисчерпаемые запасы (78% по объему), в доступной для живых организмов форме его очень мало. Поэтому азотфиксация имеет большое значение.
Различают несколько способов фиксации азота:
- Биологическая фиксация свободноживущими и симбиотическими почвенными бактериями.
- Фиксация молниями в атмосфере.
- Промышленная фиксация в производстве удобрений.
Фиксированный азот усваивается растениями, затем переходит по пищевым цепям к животным. После разложения останков микроорганизмами азот возвращается в атмосферу.
Таким образом поддерживается круговорот этого элемента, необходимого для жизни.
