Файл: Рындевич. Основы экологии.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 30.09.2020

Просмотров: 5121

Скачиваний: 27

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

 

161

В

 

результате

 

образуются

 

биогенное

 

и

 

биокосное

 

вещества

 

биосферы

Другими

 

словами

благодаря

 

этой

 

функции

 

в

 

биосфере

 

существует

 

круговорот

 

веществ

.  

Для

 

существования

 

и

 

развития

  (

эволюции

жизни

 

на

 

планете

 

крайне

 

важно

чтобы

 

происходил

 

круговорот

 

биологически

 

важ

-

ных

 

веществ

т

е

после

 

использования

 

они

 

должны

 

вновь

 

пере

-

ходить

 

в

 

окружающую

 

среду

а

 

затем

 

снова

 

усваиваться

 

организ

-

мами

Этот

 

переход

 

может

 

осуществляться

 

только

 

при

 

опреде

-

ленных

 

затратах

 

энергии

Источником

 

этой

 

энергии

 

в

 

основном

 

является

 

Солнце

Благодаря

 

ему

 

в

 

биосфере

 

протекают

 

процессы

которые

 

воздействуют

 

на

 

развитие

 

биосферы

 

и

 

эволюцию

 

ее

 

со

-

ставляющих

Этими

 

процессами

 

являются

 

геологический

 

и

 

био

-

логический

 

круговороты

 

веществ

.  

 
 

5.1.5 

Геологический

 

круговорот

 

веществ

  

в

 

биосфере

 

 

Геологический

  (

абиотический

большой

круговорот

 

веществ

 

возник

 

задолго

 

до

 

появления

 

жизни

 

на

 

Земле

 

Геологический

 

круговорот

 

веществ

 — 

процесс

 

циркуляции

 

воды

ми

-

неральных

 

веществ

 

и

 

газов

 

между

 

сушей

атмосферой

 

и

 

Мировым

 

океаном

 

В

 

процессе

 

геологического

 

круговорота

 

с

 

одного

 

места

 

в

 

другое

 

в

 

масштабе

 

всей

 

Земли

 

перемещаются

 

минеральные

 

соединения

вода

газы

а

 

также

 

изменяется

 

агрегатное

 

состояние

 

воды

 (

жидкая

твердая

 — 

снег

лед

газообразная

 — 

пар

). 

В

 

основе

 

этого

 

кругово

-

рота

 

лежит

 

абиотический

 

круговорот

 

воды

который

 

происходит

 

без

 

участия

 

живых

 

организмов

Наиболее

 

интенсивно

 

вода

 

цирку

-

лирует

 

в

 

газообразном

 

состоянии

.  

Источником

 

энергии

 

для

 

большого

 

круговорота

 

выступает

 

Солнце

Геологический

 

круговорот

 

очень

 

энергоемкий

 

процесс

На

 

Землю

 

ежегодно

 

поступает

 

примерно

 21 · 10

20

 

кДж

 

солнечной

 

энергии

Около

 

половины

 

ее

 

расходуется

 

на

 

испарение

 

воды

До

 

30% 

солнечной

 

энергии

 

отражается

 

облаками

 

и

 

поверхностью

 

Земли

около

 20% 

поглощается

 

в

 

верхних

 

слоях

 

атмосферы

 

обла

-

ками

 

и

 

пылевыми

 

частицами

содержащимися

 

в

 

воздухе

.  

Солнце

 

нагревает

 

поверхность

 

Мирового

 

океана

и

 

вода

 

испаря

-

ется

В

 

процессе

 

этого

 

она

 

меняет

 

свое

 

агрегатное

 

состояние

т

е

из

 

Ре

по

зи

то

ри

й

 

Ба

рГ

У


background image

 

162 

жидкого

 

состояния

 

переходит

 

в

 

газообразное

 — 

пар

  (

рис

. 5.1.3).  

В

 

атмосфере

 

водяной

 

пар

 

конденсируется

 

в

 

мельчайшие

 

капель

-

ки

 

воды

из

 

которых

 

состоят

 

облака

Затем

 

вода

 

выпадает

 

в

 

виде

 

осадков

 (

дождь

град

снег

на

 

землю

Испарение

 

воды

 

происхо

-

дит

 

и

 

с

 

поверхности

 

суши

хотя

 

и

 

в

 

значительно

 

меньших

 

количе

-

ствах

чем

 

с

 

поверхности

 

океана

Круговорот

 

воды

 

в

 

биосфере

 

ос

-

нован

 

на

 

том

что

 

ее

 

суммарное

 

испарение

 

с

 

поверхности

 

Земли

 

компенсируется

 

выпадением

 

осадков

При

 

этом

 

из

 

океана

 

испаря

-

ется

 

воды

 

больше

  (

что

 

объясняется

 

большей

 

площадью

), 

чем

 

воз

-

вращается

 

с

 

осадками

На

 

суше

наоборот

больше

 

выпадает

 

осад

-

ков

чем

 

испаряется

 

воды

Излишки

 

ее

 

стекают

 

в

 

водоемы

 

и

 

водо

-

токи

а

 

оттуда

 

снова

 

попадают

 

в

 

океан

.  

Вместе

 

с

 

водой

 

в

 

биосфере

 

осуществляется

 

интенсивная

 

мигра

-

ция

 

газов

Благодаря

 

круговороту

 

воды

 

с

 

суши

 

в

 

Мировой

 

океан

 

в

 

растворенном

 

виде

 

попадает

 

масса

 

минеральных

 

веществ

В

 

обрат

-

ном

 

направлении

 

минеральные

 

вещества

 

из

 

океана

 

мигрируют

 

на

 

сушу

 

в

 

результате

 

приливов

.  

 
 

 

 

Рисунок

 5.1.3 — 

Схема

 

геологического

 

круговорота

 

веществ

 

в

 

биосфере

 

Ре

по

зи

то

ри

й

 

Ба

рГ

У


background image

 

163

5.1.6 

Биологический

 

круговорот

 

веществ

  

в

 

биосфере

 

 

Биологический

 

круговорот

 

веществ

  (

биотический

малый

воз

-

ник

 

на

 

основе

 

геологического

 

в

 

период

 

зарождения

 

жизни

 

на

 

Земле

.  

Биологический

 

круговорот

 

веществ

 — 

процесс

 

циркуляции

 

биологически

 

важных

 

химических

 

соединений

 

между

 

живыми

 

орга

-

низмами

 

и

 

окружающей

 

средой

 

в

 

пределах

 

экосистем

 

и

 

биосферы

.  

В

 

биологическом

 

круговороте

 

самыми

 

важными

 

моментами

 

яв

-

ляются

 

синтез

 

и

 

разрушение

 

органических

 

веществ

Эти

 

два

 

про

-

цесса

 

находятся

 

в

 

определенном

 

сбалансированном

 

отношении

Баланс

 

между

 

образованием

 

и

 

минерализацией

 

органических

 

ве

-

ществ

 

относителен

Это

 

своеобразный

 

фактор

обусловливающий

 

разнообразие

 

живого

 

вещества

 

биосферы

Увеличение

 

количества

 

первичного

 

органического

 

вещества

 

способствует

 

увеличению

 

раз

-

нообразия

 

живых

 

организмов

 

и

соответственно

темпов

 

эволюции

.  

В

 

противоположность

 

геологическому

биологический

 

круговорот

 

не

 

является

 

энергоемким

 

процессом

На

 

создание

 

первичного

 

органи

-

ческого

 

вещества

 

затрачивается

 

всего

 0,1—0,2% 

падающей

 

на

 

Землю

 

солнечной

 

энергии

Больше

 

половины

 

аккумулированной

 

в

 

процессе

 

фотосинтеза

 

энергии

 

расходуется

 

продуцентами

 

на

 

дыхание

 

и

 

другие

 

жизненные

 

процессы

а

 

остальная

 

часть

 

поступает

 

в

 

пищевые

 

цепи

.  

Малый

 

круговорот

 

в

 

биосфере

 

представляет

 

собой

 

комплекс

 

биогеохимических

 

циклов

  (

круговороты

 

углерода

азота

кислоро

-

да

фосфора

серы

 

и

 

т

п

.).  

Процессы

 

перехода

 

различных

 

химических

 

элементов

 

в

 

био

-

сфере

 

протекают

 

с

 

разной

 

скоростью

Так

кислород

содержащий

-

ся

 

в

 

атмосфере

поступает

 

в

 

организмы

 

и

 

обратно

 

в

 

окружающую

 

среду

связываясь

 

с

 

углеродом

 

при

 

дыхании

 

и

 

высвобождаясь

 

при

 

фотосинтезе

за

 2 000 

лет

Углекислый

 

газ

 

совершает

 

круговорот

 

в

 

обратном

 

направлении

 

за

 300 

лет

а

 

вода

 

разлагается

 

и

 

воссоздается

 

путем

 

фотосинтеза

 

и

 

дыхания

 

за

 2 000 000 

лет

 (

рис

. 5.1.4).  

Миграцию

 

веществ

 

в

 

биогеохимических

 

циклах

 

можно

 

рас

-

смотреть

 

на

 

примере

 

круговорота

 

углерода

 

и

 

азота

.  

В

 

атмосфере

 

углерод

 

содержится

 

в

 

виде

 

углекислого

 

газа

Кру

-

говорот

 

углерода

 

начинается

 

с

 

фиксации

 

углекислого

 

газа

 

фото

-

синтезирующими

 

растениями

зелеными

 

и

 

пурпурными

 

бактерия

-

ми

а

 

также

 

цианобактериями

 

в

 

процессе

 

фотосинтеза

.  

Ре

по

зи

то

ри

й

 

Ба

рГ

У


background image

 

164 

 

 

Рисунок

 5.1.4 — 

Круговорот

 

воды

кислорода

 

и

 

углекислого

 

газа

  

(

по

 

П

Кла

-

уду

 

и

 

А

Джибору

 [16]) 

 

 
 

Углерод

входящий

 

в

 

состав

 

молекул

 

углекислого

 

газа

идет

 

на

 

построение

 

молекул

 

первичного

 

органического

 

вещества

 

проду

-

центов

при

 

этом

 

высвобождается

 

кислород

Частично

в

 

виде

 

угле

-

кислого

 

газа

углерод

 

выделяется

 

из

 

организма

 

продуцентов

 

во

 

время

 

дыхания

 

растений

Фиксированный

 

в

 

молекулах

 

органиче

-

ского

 

вещества

 

продуцентов

 

углерод

 

потребляется

 

консументами

которые

 

в

 

ходе

 

миграции

 

веществ

 

по

 

пищевым

 

цепям

 

перераспре

-

деляют

 

это

 

вещество

 

между

 

собой

Консументы

 

при

 

дыхании

 

так

-

же

 

выделяют

 

углекислый

 

газ

Умершие

 

продуценты

 

и

 

консументы

 

разлагаются

 

редуцентами

в

 

результате

 

чего

 

углерод

 

мертвого

 

ор

-

ганического

 

вещества

 

окисляется

 

до

 

углекислого

 

газа

 

и

 

снова

 

по

-

падает

 

в

 

атмосферу

Подобный

 

круговорот

 

углерода

 

совершается

 

и

 

на

 

суше

 (

рис

. 5.1.5), 

и

 

в

 

водной

 

среде

.  

Ре

по

зи

то

ри

й

 

Ба

рГ

У


background image

 

165

 

 

Рисунок

 5.1.5 — 

Круговорот

 

углерода

 

в

 

наземных

 

экосистемах

 [16]) 

 

 
 

Круговорот

 

азота

как

 

и

 

другие

 

биогеохимические

 

циклы

охва

-

тывает

 

все

 

среды

 

жизни

 

в

 

биосфере

Наиболее

 

интенсивно

 

он

 

идет

 

в

 

наземных

 

экосистемах

В

 

круговорот

 

азота

 

вовлечены

 

и

 

водные

 

экосистемы

Азот

которого

 

очень

 

много

 

в

 

атмосфере

усваивается

 

растениями

 

лишь

 

после

 

соединения

 

его

 

с

 

водородом

 

или

 

кислоро

-

дом

 (

рис

. 5.1.6).  

Существует

 

ювенильная

 

фиксация

 

азота

 

в

 

процессе

 

изверже

-

ния

 

вулканов

а

 

также

 

фотохимическая

 

и

 

электрохимическая

 

фик

-

сация

 

молекулярного

 

азота

 

под

 

действием

 

солнечной

 

радиации

 

и

 

атмосферных

 

процессов

Это

 — 

абиотическая

 

фиксация

Кроме

 

этого

в

 

биосфере

 

происходит

 

и

 

биотическая

 

фиксация

 (

благодаря

 

живым

 

организмам

).  

Фиксировать

 

свободный

 

азот

 

могут

 

свободно

 

живущие

 

азот

-

фиксирующие

 

бактерии

 

(Azotobacter, Clostridium)

клубеньковые

 

бактерии

которые

 

являются

 

симбионтами

 

ряда

 

растений

и

 

циано

-

бактерии

  (

Nostoc,  Anabaena 

 

и

  

др

.).  

Способностью

  

фиксировать

 

Ре

по

зи

то

ри

й

 

Ба

рГ

У