Круговорот воды, водорода, кислорода и углерода.
Круговорот воды. Вода – необходимое вещество в составе любых живых организмов. Так же как и биогенные элементы, вода в биосфере находится в процессе постоянной циркуляции. Круговорот воды происходит по следующей схеме. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана, переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Круговорот воды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности океана – конденсация водяного пара – выпадение осадков на эту же водную поверхность океана. На основе геологического круговорота воды с появлением на Земле живого вещества появился биотический круговорот. Большое значение в биотическом круговороте воды имеют процессы транспирации. С влагой растения потребляют из почвы минеральные и органические вещества, процесс транспирации регулирует температуру растений, предохраняя их от перегрева.
Круговорот кислорода.Кислород является побочным продуктом фотосинтеза. Скорость оборота кислорода (через процесс фотосинтеза) составляет около 2000 лет. Основной поставщик кислорода на Земле – зеленые растения. Главный потребитель кислорода – животные, почвенные организмы и растения, использующие его в процессе дыхания. Интенсивное сжигание органического топлива приводит к вмешательству человека в процесс круговорота кислорода. Следует заметить, что во многих государствах мира кислорода расходуется больше, чем выделяется при фотосинтезе в соответствующих регионах. Это свидетельствует о локальном нарушении баланса кислорода в атмосфере на этих территориях, что может иметь серьезные экологические последствия.
Круговорот углерода. Углерод, содержащийся в атмосфере в виде углекислого газа, служит сырьем для фотосинтеза растений. Затем углерод с органическим веществом поступает к другим живым организмам. При дыхании растений и животных, а также при разложении мертвой органики в почве выделяется углекислый газ, в форме которого углерод и возвращается в атмосферу. Скорость оборота CO2 составляет порядка 300 лет (полная его замена в атмосфере). Основная масса углерода накоплена в карбонатных отложениях дна океанов, в кристаллических породах, в угле и нефти. Этот углерод принимает участие в большом геологическом круговороте. Антропогенное воздействие на цикл углерода связано со сжиганием топлива, выращиванием сельскохозяйственных растений и разведением домашних животных. Содержание CO2 в атмосфере продолжает расти в основном за счет увеличения сжигания ископаемого топлива. Увеличение концентрации CO2в атмосфере способствует развитию парникового эффекта, что может привести к глобальным изменениям климата.
Круговорот азота и серы.
Круговорот азота. Азот участвует в образовании белковых структур. Большая часть биосферного азота содержится в атмосфере. Это главный источник азота для органических соединений. Переход его в доступные живым организмам формы может осуществляться разными способами. Например, электрические разряды при грозах способствуют синтезу оксидов азота, которые затем с дождевыми водами попадают в почву в виде селитры или азотной кислоты и усваиваются растениями. Усваивать непосредственно атмосферный азот способны только некоторые виды организмов: сине-зеленые водоросли, бактерии. Отмирая, они обогащают почву органическим азотом, который быстро минерализуется. Наиболее эффективная фиксация осуществляется бактериями, формирующими симбиоз с бобовыми растениями. Они способны фиксировать атмосферный азот и делать его доступным корням растений. Круговорот азота в биосфере – процесс медленный, скорость его по некоторым оценкам составляет 108 лет. Воздействие человека на цикл азота, во-первых, связано с производством азотных удобрений. Воздействие их на экосистемы аналогично воздействию фосфора: большое количество азота в водоемах способствует усиленному росту сине-зеленых водорослей и последующему заболачиванию водоема. Во-вторых, в в результате сжигания органического топлива в продуктах сгорания оказывается большое количество оксидов азота. Последние, поступая в атмосферу, взаимодействуют с водой и другими веществами, образуя кислотные дожди, смог.
Круговорот серы. Содержание серы в живых организмах незначительно, но она входит в состав белка и тем самым играет существенную роль в протекании биохимических процессах. Основная часть серы зафиксирована в литосфере в виде различных соединений. Источником серы в геологическом прошлом служили продукты извержения вулканов, содержащие SO2 и H2S. Растения усваивают раствор сульфатов в воде, и, таким образом, сера попадает в состав белков. Животные получают серу, входящую в состав готовых органических соединений, с пищей. В наземных экосистемах сера возвращается в почву при отмирании растений, захватывается микроорганизмами, которые восстанавливают ее до H2S. Другие организмы и воздействие кислорода приводят к окислению этих продуктов. Круговорот серы также находится под влиянием антропогенной деятельности. В органическом топливе всегда, хотя и в малых количествах, содержится сера, при сжигании которого она переходит в диоксид серы – токсичное для живых организмов вещество. Диоксид серы может подавлять процесс фотосинтеза, а при взаимодействии с водой атмосферы, образовывать сернистую кислоту, увеличивая кислотность осадков.