Круговорот веществ в биосфере — это важный процесс, который обеспечивают обмен веществ между живыми организмами, атмосферой, водой и почвой. Он включает в себя различные биогеохимические циклы, такие как углеродный, азотный, водный, кислородный и фосфорный. Эти циклы позволяют поддерживать баланс экосистем и обеспечивать непрерывное существование жизни на Земле.
Давай разберемся, как происходят основные круговороты веществ:
1. Углеродный цикл
Углерод — один из важнейших элементов, входящих в состав всех живых организмов, и его цикл играет ключевую роль в поддержании жизни.
Фиксация углерода: В атмосферу углерод в основном попадает в виде углекислого газа (CO₂). Растения и водоросли в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ из атмосферы и, используя солнечную энергию, преобразуют его в органическое вещество — углеводы (глюкозу), которые становятся основой для дальнейшего обмена углерода.
Передача углерода через пищевые цепочки: Углерод, заключенный в органических веществах, переходит в живые организмы, когда растения потребляют травоядные, а травоядные — хищники. Это преобразует углерод из органических соединений в новые формы.
Дыхание: Все живые организмы (от бактерий до животных) в процессе дыхания выделяют углекислый газ в атмосферу, распадая органические вещества с помощью кислорода.
Разложение: Мертвые организмы и их отходы подвергаются разложению микроорганизмами. Этот процесс разложения также выделяет углекислый газ в атмосферу и возвращает углерод в почву.
Поглощение углерода морскими организмами: Вода в океанах также служит важным «резервуаром» углерода. Микроорганизмы, такие как фитопланктон, используют углекислый газ для фотосинтеза, а потом углерод передается по пищевой цепочке морских экосистем.
Углерод в почвах: Часть углерода, особенно в виде органического вещества, может накапливаться в почвах. Со временем этот углерод может быть выделен в атмосферу через процесс минерализации или храниться в виде органических отложений.
Геологический процесс: Часть углерода, через осадочные породы и образующиеся ископаемые угли, может оставаться в земле в течение миллионов лет, образуя запасы углерода в виде угля, нефти или природного газа. Со временем этот углерод может высвобождаться в атмосферу в результате вулканической активности или сжигания ископаемых топлив.
2. Азотный цикл
Азот является важнейшим элементом для всех живых существ, так как он является компонентом аминокислот и нуклеиновых кислот.
Азот в атмосфере: Азот (N₂) составляет 78% атмосферного воздуха, но для большинства живых существ он недоступен в своей молекулярной форме. Однако с помощью азотфиксирующих бактерий (например, в корнях бобовых растений) азот может быть преобразован в аммиак (NH₃) или нитраты (NO₃⁻), которые усваиваются растениями.
Синтез органических соединений: Растения используют аммиак или нитраты для синтеза аминокислот и других органических соединений. Когда травоядные потребляют растения, азот переходит в их организмы.
Реакции денитрификации: В почвах или в водоемах азот может быть преобразован обратно в атмосферный азот (N₂) с помощью бактерий, которые восстанавливают нитраты в атмосферный газ. Этот процесс завершает цикл азота.
Выделение азота в атмосферу: При разложении мертвых организмов или через экскременты животных азот снова поступает в почву в виде аммиака или нитратов, которые могут быть использованы растениями или преобразованы обратно в атмосферный азот.
3. Круговорот воды
Вода является основным компонентом всех живых существ и важнейшим фактором для жизни на Земле. Круговорот воды включает в себя следующие стадии:
Испарение и транспирация: Вода с поверхности рек, озер, океанов и с поверхности растений испаряется в атмосферу. Это также включает транспирацию, когда растения выделяют воду через свои листья.
Конденсация: Влага в атмосфере конденсируется, образуя облака.
Осадки: Вода, которая выпадает из облаков в виде дождя, снега или града, снова возвращается на Землю.
Процесс инфильтрации: Часть осадков поглощается почвой и просачивается в подземные воды, образуя запасы воды в водоносных слоях.
Повторное испарение: Из водоемов, рек, озер и океанов вода снова испаряется, начиная новый цикл.
4. Кислородный цикл
Кислород необходим для дыхания всех аэробных организмов, и его цикл тесно связан с углеродным.
Фотосинтез: В процессе фотосинтеза растения и водоросли поглощают углекислый газ и выделяют кислород в атмосферу. Этот кислород является важнейшим источником для дыхания живых существ.
Дыхание и разложение: Все аэробные организмы (включая растения, животных и микроорганизмы) потребляют кислород для дыхания, в ходе которого они выделяют углекислый газ. Разлагающиеся органические вещества также могут поглощать кислород.
Поглощение кислорода в воде: Водные растения и животные также участвуют в обмене кислородом с атмосферой. Рыбы и другие водные организмы поглощают кислород из воды, а растения выделяют его в процессе фотосинтеза.
5. Фосфорный цикл
Фосфор важен для образования клеточных мембран, ДНК, РНК и других биомолекул.
Выветривание горных пород: Фосфор в почву попадает через выветривание горных пород, которые содержат фосфаты.
Поглощение растениями: Растения поглощают фосфор в виде фосфат-ионов из почвы, и он становится частью их клеток.
Цепь питания: Фосфор передается через пищевые цепочки — растения потребляют травоядные, а травоядные — хищники.
Разложение и возвращение в почву: После смерти организмов фосфор возвращается в почву через разложение и переработку органических остатков.
Заключение
Круговороты веществ в биосфере создают замкнутые системы, где элементы, такие как углерод, азот, вода, кислород и фосфор, постоянно циркулируют между живыми существами, почвой, водоемами и атмосферой. Эти процессы обеспечивают устойчивость экосистем и поддерживают баланс жизни на Земле. Каждый цикл поддерживает не только жизнь, но и гармонию экосистем, не позволяя каким-либо веществам слишком долго накапливаться в одном месте, что могло бы привести к дисбалансу в природе.
