Круговорот веществ в природе

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции вещества между. атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами. Иными словами, идет постоянный обмен веществом, непрерывный поток атомов из живого вещества в косное вещество и обратно. Вызывается этот поток живым веществом и выражается в непрекращающемся никогда дыхании, размножении, метаболизме и прочих функциях живых организмов.

Необходимость биотического круговорота неразрывно связана с существованием самой жизни. На Земле запасы доступных минеральных элементов, необходимых для осуществления жизненных функций, не могут быть бесконечными. Поэтому если бы они только использовались, жизнь достаточно быстро исчерпала свою материальную базу. А в биотическом круговороте эти вещества вновь и вновь воспроизводятся и используются в жизненных циклах. В связи с этим любой организм использует в качестве средств, своего существования тела или продукты распада одних организмов и сам отдает в окружающую среду то, что могут использовать другие организмы.

В круговороте веществ принимают участие различные химические элементы и соединения, которые используются для построения тканей живыми организмами. Среди них важнейшее место занимает круговорот воды в природе. Испарение воды наземными частями растений создает силу, способствующую подъему из почвы по сосудам почвенного раствора, обеспечивающего растения как водой, так и минеральными солями. При испарении вода 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.

Перенос влаги осуществляется воздушными массами. Это один из основных факторов, определяющих климат. От атмосферных процессов зависит выветривание, также являющееся важным элементом круговорота веществ в природе.

Очень важна циркуляция кислорода. Кислород атмосферы накоплен в результате деятельности живых организмов на Земле, прежде всего, растений. У верхней границы тропосферы из кислорода под влиянием космических лучей образуется озоновый экран, защищающий жизнь от губительной ультрафиолетовой радиации Солнца. Таким образом, жизнь сама защищает себя от смерти.

В природе идет круговорот углерода, который входит в состав разнообразных органических веществ, являющихся составной частью всего живого. В процессе фотосинтеза зеленые растения используют углерод углекислого газа и водород воды для синтеза органических соединений, а освободившийся кислород поступает в атмосферу. Им дышат различные животные и сами растения, а конечный продукт дыхания – углекислый газ вновь попадает в атмосферу.

Циркуляция азота осуществляется благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий и водорослей, синтезирующих нитраты, пригодные для использования растениями. Соединения азота из почвы поступают в растения и используются для построения белков. После отмирания живых организмов гнилостные бактерии разлагают органические останки до аммиака, а хе-мосинтезирующие бактерии превращают аммиак 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 веществ, но эта потеря компенсируется поступлением азота в атмосферу с вулканическими газами.

Круговорот серы, входящей в состав ряда аминокислот и представляющей жизненно важный элемент, также осуществляется благодаря деятельности бактерий. Они переводят соединения серы с металлами (в таком виде сера хранится в почве и морских осадочных породах) в сульфаты, которые поглощаются растениями. Разложение трупов животных или остатков растений обеспечивает возврат серы в круговорот. К сожалению, в результате деятельности человека происходит повышенный выброс двуокиси серы в атмосферу при сжигании топлива. Это вызывает гибель растений вследствие нарушения процесса фотосинтеза.

Жизнь также невозможна без фосфора, который в основном сосредоточен в отложениях, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. Оттуда он постепенно вымывается и попадает в экосистемы или вносится на поля как удобрение. Растения используют только часть этого фосфора, остальное уносится реками в моря и снова отлагается в осадках.

В целом биотический круговорот веществ является замкнутой системой. В упрощенном виде он выглядит так: зеленые растения используют солнечную энергию, создают первичную продукцию живого вещества, потребляют углекислый газ и выделяют кислород. Животные поедают растения, потребляют кислород и выделяют углекислый газ. Мертвые растения и животные перерабатываются насекомыми, простейшими, грибами, которые разрушают их, превращая в минеральные или простейшие органические соединения. Те вновь поступают в почву и потребляются растениями. Непрерывность и замкнутость этого процесса обеспечивается распадом и разложением конечных продуктов.

Стабильность постоянного режима биотического круговорота сложилась на основе высокого видового разнообразия живых организмов. Хотя в определенные периоды сбалансированность его нарушалась. При этом из круговорота «выводились» излишки, которые откладывались в виде нефти, каменного угля, газа, известняков и других минералов органического происхождения. Эти отложенные в прошлом излишки не засоряли биосферу и не оказывали вредного влияния на развитие жизни. Сейчас эти «излишки» вновь вовлекаются в биотический круговорот благодаря активной человеческой деятельности. Это является одной из причин тех серьезных экологических проблем, с которыми столкнулось человечество.

Основы экологии

Экология– наука об отношениях организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой. Точный перевод греческого слова «экология» означает изучение собственного дома, то есть биосферы, в которой мы живем и частью которой мы являемся.

Термин «экология» возник в рамках биологии. Его автором стал профессор Йенского университета Э. Геккель. Вначале под экологией понимали часть биологии, изучающую взаимодействие живых организмов. Но благодаря работам академика В.Н. Сукачева, который ввел понятия «биоценоза» и «биогеоценоза», (на Западе они называются экосистемами) экология стала пониматься более широко.

Сегодня экология вышла из рамок чисто биологической дисциплины и стала междисциплинарной наукой, соединяющей естествознание с общественными и гуманитарными науками.