1.4.3. Миграционные циклы в биосфере

Циклический обмен химическими элементами между литосферой, гидросферой и атмосферой претерпел определенную эволюцию от момента их обособления до настоящего времени. До появления жизни на Земле протекали только геохимические процессы. Основным источником энергии геохимических процессов на поверхности планеты служила энергия Солнца. Миграция химических элементов была геохимически связующим звеном, объединяющим земную кору, поверхность суши, океан, атмосферу в единый цикл круговорота химических элементов. Этот круговорот, получивший название большого геологического круговорота, продолжается и сейчас, однако главной энергетической силой является энергия живого вещества. Возникновение жизни на Земле привело к появлению нового типа миграции химических элементов - биогенной миграции.

Поскольку практически вся первичная продукция живого вещества минерализуется потребителями (частично в результате сжигания), освобождаемые химические элементы находятся в состоянии наиболее благоприятном для нового их использования продуцентом. В результате осуществляется биогенный геохимический круговорот веществ внутри биоценоза (биома, биоты). Это представляет исключительную возможность экономно многократно использовать ограниченные запасы элементов питания.

Глобальная емкость этого круговорота равна массе первичной продукции живого вещества около 8,810¹¹т/год. Она продуцируется примерно поровну в океане и на суше. Если учесть, что общая живая биомасса Земли около 6,510¹²т, то обновление ее в результате биогенного круговорота между продуцентами и консументами происходит за 7,4 года. Естественно, что в разных биоценозах интенсивность биогенного круговорота неодинакова.

Рассмотренный выше биогенный (биоценологический) круговорот не замкнут. Он пополняется за счет атомов окружающей среды и, в первую очередь, теряет часть химических элементов в окружающую среду.

Одна из основных геохимических функций живого вещества заключается в осуществлении особого биогенного круговорота атомов и в общей интенсификации обмена атомов между литосферой, гидросферой и атмосферой Земли.

Круговорот атомов между живым веществом и окружающей средой, как и круговорот внутри биоценоза, представляет саморегулирующуюся систему. Рост массы живого вещества сокращает количество элементов питания в окружающей среде, что, в свою очередь, начинает тормозить, а затем и сокращать биомассу, возвращая систему в исходное положение.

Совокупность процессов образования, отмирания и разложения живого вещества, обусловливающих круговорот химических элементов в системе «среда - живое вещество - среда» называют малым биологическим круговоротом веществ (рис. 1.9).

Биологический круговорот нередко называют биогеохимическим круговоротом веществ. Во времени он представляет собой полный (замкнутый) цикл, называемый биологическим или биогеохимическим циклом. В результате биологического круговорота происходит распределение химических элементов, перенесение их из исходных горных пород в почву, растения и животные организмы.

Обмениваясь атомами с окружающей средой, растения кардинально меняют ее состав. Выделяя в окружающую среду свободный кислород, ионы водорода и другие «геохимические диктаторы», растения определяют окислительно-восстановительные и кислотно-щелочные условия миграции остальных элементов.

В биосфере имеют место и глобальные циклы отдельных химических элементов (углерода, кислорода, водорода, азота, серы, хлора и др.). Причем данные геохимические циклы захватывают не всю кору выветривания континентов, а лишь зону гипергенеза (поверхностную часть) и, главным образом, педосферу.

К циклам элементов, поступивших в географическую оболочку в результате выветривания литосферы, относятся: кальций, натрий, калий, кремний, фосфор, тяжелые металлы и др.