Круговорот веществ в природе - БИОСФЕРА, ЕЕ СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.

Круговорот воды. Вода испаряется и воздушными течениями переносится на большие расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делает их недоступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в моря и океаны (рис. 24.2). Циркуляция воды между океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле. Благодаря этому процессу происходит постепенное разрушение литосферы, компоненты которой переносятся в моря и океаны.

Рис. 24.2. Схема круговорота воды в биосфере

Круговорот углерода. Углерод входит в состав разнообразных органических веществ, из которых состоит все живое. В процессе фотосинтеза зеленые растения используют углерод диоксида углерода и водород воды для синтеза органических соединений, а освободившийся кислород поступает в атмосферу. Им дышат различные животные и растения, а конечный продукт дыхания — СO₂выделяется в атмосферу (рис. 24.3).

Круговорот азота. Атмосферный азот включается в круговорот благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий и водорослей, синтезирующих нитраты, пригодные для использования растениями (рис. 24.4). Часть азота фиксируется в результате образования оксидов во время электрических разрядов в атмосфере. Соединения азота из почвы поступают в растения и используются для построения белков. После отмирания живых организмов гнилостные бактерии разлагают органические остатки до аммиака. Хемосинтезирующие бактерии превращают аммиак в азотистую, затем в азотную кислоту. Некоторое количество азота благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий поступает в воздух. Часть азота оседает в глубоководных отложениях и на длительный срок выключается из круговорота; эта потеря компенсируется поступлением азота в воздух с вулканическими газами.

Рис. 24.3. Схема круговорота углерода в биосфере

Рис. 24.4. Схема круговорота азота в биосфере

Круговорот серы. Сера входит в состав ряда аминокислот и также представляет собой жизненно важный элемент. Находящиеся глубоко в почве и в морских осадочных породах соединения серы с металлами — сульфиды — переводятся микроорганизмами в доступную форму — сульфаты, которые и поглощаются растениями. С помощью бактерий осуществляются отдельные реакции окисления-восстановления. Глубоко залегающие сульфаты восстанавливаются до Н₂S, который поднимается вверх и окисляется аэробными бактериями до сульфатов. Разложение трупов животных или остатков растений обеспечивает возврат серы в круговорот. В результате деятельности человека движение многих веществ резко ускоряется, при этом в одних местах возникает недостаток, а в других — избыток каких-то веществ. Примером служит повышенный выброс SO₂ в атмосферу при сжигании топлива. В окрестностях медеплавильных заводов избыток SO₂ в воздухе вызывает гибель растительности вследствие нарушения процесса фотосинтеза.

Круговорот фосфора. Фосфор сосредоточен в отложениях, образовавшихся в прошлые геологические эпохи (рис. 24.5). Постепенно он вымывается из них и попадает в экосистемы или вносится на поля как удобрение. Растения используют только часть этого фосфора; много его уносится реками в моря и снова отлагается в осадках. Вместе с выловом рыбы, содержащей этот элемент, на сушу возвращается примерно 60 тыс. т элементарного фосфора, добывается же ежегодно 1 — 2млнт фосфорсодержащих пород. Хотя запасы фосфорсодержащих пород велики, в будущем придется предпринимать специальные меры для возвращения фосфора в круговорот веществ.

Рис. 24.5. Схема круговорота фосфора в биосфере

Опорные точки

• Циркуляция воды между океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле.

• Углерод входит в состав разнообразных органических веществ, из которых состоит все живое.

• Атмосферный азот включается в круговорот благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий и водорослей, синтезирующих нитраты, пригодные для использования растениями.

• Сера входит в состав ряда аминокислот и представляет собой жизненно важный элемент.

Вопросы и задания для повторения

1. В чем заключается главная функция биосферы?

2. Расскажите о круговороте воды в природе.

3. Какие организмы поглощают диоксид углерода из атмосферы?

4. Каким путем связанный углерод вновь возвращается в атмосферу?

5. Опишите круговорот азота в природе.

6. Какую роль играют микроорганизмы в круговороте серы?

7. Как деятельность человека влияет на круговорот серы, фосфора?

8. Каким образом формируется биокосное вещество биосферы?

9. Как скоро образуются скопления биокосного вещества?

10. В чем заключается влияние изменений компонентов атмосферы, литосферы и гидросферы на гомеостаз биосферы в целом?

11. В чем заключается геохимическая роль живых организмов? Приведите примеры.

12. Как и почему изменяется плотность жизни в различных частях биосферы?

13. Охарактеризуйте верхние и нижние пределы распространения жизни в биосфере.

14. Каким образом живые организмы влияют на круговорот воды и других веществ, и элементов?

15. В чем заключается влияние человеческой деятельности на глобальные круговороты веществ в биосфере? Проиллюстрируйте ответ примерами.

16. Насколько, по вашему мнению, велика опасность антропогенного воздействия на биосферу?

17. Как вы думаете, в чем заключается необходимость знаний особенностей и закономерностей биогенной миграции атомов?

18. Повторите материал настоящей главы и четко сформулируйте основные понятия.