19. Круговорот веществ и поток энергии в экосистеме.

Круговорот веществ в экосистеме представляет собой циклический процесс преобразования организмами неорганических веществ в органические, последующего перераспределения их между звеньями пищевых цепей, разрушения мертвой органики до неорганических соединений и возврата последних в окружающую среду.

Продуценты потребляют энергию Солнца, поглощают из окружающей среды углекислый газ, воду и растворенные в ней минеральные вещества. В процессе фотосинтеза образуется первичное органическое вещество, в котором запасется солнечная энергия. Затем продуценты передают органическое вещество консументам, другими словами, консументы поедают продуцентов и перераспределяют органическое вещество между собой.

После смерти консументов мертвое органическое вещество потребляется редуцентами, которые минерализуют (разрушают до неорганических составляющих) его. При минерализации мертвой органики выделяется углекислый газ и неорганические вещества.

Эти неорганические вещества опять в свою очередь потребляются продуцентами. Последние могут передавать мертвое органическое вещество непосредственно редуцентам, минуя консументов. Что мы наблюдаем, например, в процессе листопада осенью, когда листья не поедаются фитофагами.

Таким образом, основная последовательность круговорота веществ замыкается. Кроме того, следует заметить, что в процессе дыхания все функциональные компоненты экосистемы потребляют кислород и выделяют углекислый газ. Углекислый газ в окружающую среду выделяется также и продуцентами, и консументами в процессе дыхания, как продукт окисления органических веществ. Энергия, высвобождаемая при окислении органических веществ, используется организмами для обеспечения своей жизнедеятельности, и после преобразования выделяется в окружающую среду в виде тепла.

В пределах экосистемы и биосферы можно говорить только о потоке энергии, но не о круговороте энергии. Круговорот энергии в этих случаях не идет, так как происходит постоянное поступление энергии из космоса, от Солнца и рассеивание тепловой энергии, уходящей в космическое пространство.

Круговорот веществ в отдельной экосистеме не абсолютен. Между экосистемами происходит постоянный обмен веществом и энергией. В этом обмене активную роль играют живые организмы наряду с абиотическими обменными процессами в биосфере.

20. Понятие биосферы, ее состав и строение. Живые организмы как геологический фактор.

Термин «биосфера», как «область жизни», впервые употребил французский биолог Жан-Батист Ламарк в начале XIX в. В. И. Вернадский назвал биосферой ту оболочку Земли, в формировании которой живые организмы играли и играют основную роль.

Биосфера — живая оболочка Земли, включающая верхнюю часть литосферы, всю гидросферу, нижнюю часть атмосферы, в формировании которой живые организмы играли и играют основную роль, представляет собой совокупность всех экосистем планеты.

Биосфера является областью существования живого вещества Вернадский выделил в ней три главных компонента: живые организмы (вся их совокупность, так называемое живое вещество); минеральные вещества, включенные живым ве-ом в биогенный круговорот; продукты деятельности живого вещества, временно не участвующие в биогенном круговороте.

Таким образом, биосфера состоит из компонентов живой (живые организмы) и неживой (верхняя часть литосферы, гидросфера, нижняя часть атмосферы) природы. Элементарной единицей биосферы выступает экосистема.

Обозначения границ биосферы, как глобальной экосистемы, в разных литературных источниках иногда значительно разнятся. Большинство ученых сходятся во мнении, что верхним пределом биосферы является озоновый экран Земли, т. е. биосфера простирается на высоту 22—25 км. На этой высоте еще были отмечены споры грибов и бактерий. Гидросфера заселена организмами полностью. Нижним пределом биосферы принято считать в гидросфере дно океана, а именно самую глубокую его точку – 11 045 м, а в литосфере – верхнюю ее часть, ограничиваемую изотермой 100°С (на глубине 5000 – 6000 м, где еще встречаются следы жизнедеятельности организмов).

По Вернадскому, живое вещество – мощный геологический фактор.

Как геологический фактор живое вещество выполняет ряд функций: энергетическую, газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную и деструкционную.

Энергетическая функция — обеспечение потока энергии через живые организмы.

В основе этой функции лежит фотосинтетическая деятельность растений и фотосинтезирующих бактерий, в процессе которой происходит аккумуляция солнечной энергии и ее перераспределение между отдельными компонентами биосферы. За счет накопленной солнечной энергии протекают практически все жизненные явления на Земле.

Газовая функция — осуществление миграции газов и их превращения, обеспечение газового состава биосферы.

В процессе функционирования живого вещества создается основная масса газов в биосфере. Биогенное происхождение имеют азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и др.

Реализация газовой функции живого вещества указывает на его могущественность как геохимического фактора. Ведь именно живые организмы изменили химический состав атмосферы Земли, насытив ее кислородом, содержание которого в настоящее время составляет в среднем около 21%. До появления жизни доля кислорода в атмосфере составляла всего лишь десятитысячные процента.

Концентрационная функция — извлечение и накопление живыми организмами биогенных элементов окружающей среды. Состав живого вещества существенно отличается от состава косного вещества планеты. В живом веществе преобладают атомы водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, калия, кальция, магния, алюминия, кремния, серы, хлора и т. п. Они входят, к примеру, в состав клеточных мембран и цитоплазмы, ферментов и гормонов, различных пигментов, например хлорофилла (магний), гемоглобина (железо), скелетных образований (кальций, кремний). Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни, а иногда и в тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объяснятся неоднородность химического состава биосферы.

Окислительно-восстановительная функция. Благодаря данной функции происходит превращение большинства химических соединений. На поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления, которые происходят либо при участии организмов, либо внутри них.

Деструкционная функция обусловливается разложением организмов после их смерти и минерализацией органического вещества. В результате образуются биогенное и биокосное вещества биосферы. Другими словами, благодаря этой функции в биосфере существует круговорот веществ.