Круговорот веществ

Выделяют два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биогеохимический).

Большой круговорот длится миллионы лет. Горные породы разрушаются, выветриваются и потоками вод сносятся в Мировой океан. Крупные медленные геотектонические изменения, процессы опускания материков и поднятие морского дна и т. д.

Малый круговорот, являясь частью большого, происходит на уровне биогеоценоза и заключается в том, что питательные вещества почвы, воды, воздуха аккумулируются в растениях, расходуются на создание их массы и жизненные процессы в них. Продукты распада органического вещества под воздействием бактерий, грибов и т. д. Разлагаются до минеральных компонентов, доступных растениям и вовлекаются ими в поток вещества.

Возврат химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и химических реакций называется биогеохимическим циклом.

Здесь реализуется закон сохранения вещества: атомы в химических реакциях никогда не исчезают, не образуются и не превращаются друг в друга; они только перегруппировываются с образованием различных молекул и соединений. В силу этого атомы могут использоваться в самых различных соединениях, и запас их никогда не истощается.

Итак, экосистема - это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией, веществом и информацией друг с другом и с окружающей средой. Жизнь в экосистемах поддерживается за счет энергии, передаваемой от одного трофического уровня к другому.

Таким образом, любая живая система поддерживает свою жизнедеятельность за счет, в первую очередь энергии Солнца, находящейся в окружающей среде в избытке, во-вторых, способности за счет устройства составляющих ее компонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав – рассеивать в окружающую среду. При этом если энергию солнечного излучения принять за 100%, то лишь 15% ее достигает поверхности Земли и лишь 1% связывается в виде органического вещества растительности, а из этого процента только половина составляет рост биомассы (0,5%) за счет фотосинтеза.

Законы функционирования экосистем.

1. природные экосистемы существуют за счет не загрязняющей солнечной энергии, количество которой избыточно и относительно постоянно.

2. Перенос энергии и вещества через сообщество живых организмов в экосистеме происходит по пищевой цепи.

3. Природные экосистемы благодаря своей биотической структуре неопределенно долго поддерживают устойчивое состояние, не страдая от истощения ресурсов и загрязнения собственными отходами. Получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

Биосфера

Самой крупной и стабильной экосистемой, предельной по размерам и масштабам, является биосфера.

Биосфера – «область жизни», пространство на поверхности земного шара, в котором распространены живые существа. Термин был введен в 1875 г. австрийским геологом Эдуардом Зюссом. Зюсс рассматривал биосферу в чисто топологическом смысле – как пространство, заполненное жизнью. Развернутое учение о биосфере создано и разработано ак. Вернадским В.И. опубликовавшем в 1926 г. свой классический труд «Биосфера». Он рассматривал биосферу с одной стороны как оболочку Земли, в которой существует жизнь, состоящую из газовой (атмосфера), водной (гидросфера) и каменной (литосфера) оболочек земного шара, области распространения жизни. С другой стороны Вернадский подчеркивал, что биосфера не просто пространство, в котором обитают живые организмы, ее состав определяется деятельностью живых организмов, представляет собой результат их совокупной химической активностью в настоящем и в прошлом. Итак, биосфера – это активная оболочка Земли, включающую все живые организмы Земли и находящуюся во взаимодействии с неживой средой (химической и физической) нашей планеты, с которой они составляют единое целое.

Границы биосферы определяются в атмосфере примерно на высоте 15-20 км т.е. на границах озонового слоя, глубиной в гидросфере 11 км, в литосфере следы жизни обнаружены на глубине чуть более 100 м.

В целом биосфера занимает слой примерно 30 км, в то время как средний радиус Земли составляет 6371 км.

Рассмотрим подробнее оболочки Земли.

Гидросфера – водная оболочка Земли, которая включает Мировой океан, воды суши (реки, озера, болота, ледники), подземные воды. Основная масса 94% сосредоточена в морях и океанах.

Площадь гидросферы составляет 70,8 % площади поверхности земного шара, а объем 0,1 % от объема Земли.

Происхождение воды на Земле до сих пор полностью не объяснено. Отдельные специалисты считают, что она образовалась в результате синтеза из водорода и кислорода при выделении их из недр Земли на первых этапах ее существования, а другие вслед за ак. Шмидтом О.Ю. предполагают, что вода попала на Землю при формировании планеты из космического пространства.

Современная атмосфера Земли по химическому составу относится к азотно-кислородному типу и этим качественно отличается от газовых оболочек всех известных ныне небесных тел. 78 % азота, 21 % кислорода.

Атмосфера защищает живые организмы от воздействия УФ-го излучения, предохраняет Землю от метеоритов и космической пыли, отражает тепло, излучаемое Землей в пространство, является источником дыхания живого вещества.

Литосфера – это каменная оболочка Земли, верхняя часть земной коры. Земная кора имеет два основных источника тепла от Солнца и от распада радиоактивных веществ, сосредоточенных на границе с верхней мантией. Выделяют 3 температурные зоны: переменных температур, постоянных температур, нарастания температур.

В зоне переменных температур диапазон колебаний определяется во многом климатом местности. Суточные колебания затухают на глубинах около 1,5 м, а сезонные – на глубинах 20-30 м.

На глубинах 20-40 м находится зона постоянной температуры, которая соответствует среднегодовой температуре данной местности. Далее температуры растут более или менее закономерно.

За миллионы лет существования биосферы должны были исчерпаться запасы химических элементов, поскольку их на Земле вполне конкретное количество. Но все вещества на нашей планете находятся в процессе биохимического круговорота.