40. Глобальный круговорот вещества (большой круговорот).
С точки зрения переноса вещества Землю можно назвать закрытой системой, т.к. источниками чужеродного вещества являются лишь метеориты (мало поступлений, всего 40 000 тонн/год, что в 2 тыс. раз меньше, чем переносится с суши в море), а отток вещества происходит только в виде ионов Н+ с верхней границы атмосферы при диссоциации молекул Н2О.
Глобальный круговорот вещества – многократный процесс участия вещества в процессах, протекающих в атмосфере(АС), гидросфере(ГС), литосфере(ЛС) и биосфере(БС).
Глобальный круговорот = большой био-гео-химический круговорот.
Существует так же малый биохимический круговорот и биохимические циклы различных элементов.
Схема глобального круговорота с пояснениями:
1) Глобальный круговорот (ГК) начинается с поступления магмы из астеносферы: в зонах спрединга, районах СОХов, в вулканических зонах Беньофа,
2) В процессе кристаллизации магмы из нее образуется г/п, формирующие земную кору, газы, поступающие АС, воды и соли, поступающие в ГС.
3) Биогенные элементы в процессе миграции из изверженных пород АС и ГС поступают в БС и включаются в биохимический круговорот вещества.
4) При биохимическом метаболизме образуются биогенные осадки.
5) При выветривании и эрозии всех трех типов пород образуются терригенные осадки.
6) При диагенезе рыхлые осадки под влиянием давления и температуры преобразуются в осадочные породы.
7) Осадочные породы в процессе метаморфизма преобразуются в метаморфические.
8) Метаморфические породы расплавляются в магму в зонах субдукции и геосинклинальных областях Земли.
41. Общая схема биохимического круговорота вещества (малый круговорот).
1) Круговорот начинается с первичных продуцентов, которые в процессе фотосинтетического и минерального питания при участии солнечной энергии из воды H2O и биогенных веществ (СО2, N, P) формируют валовую первичную продукцию.
2) Органические вещества первичных продуцентов ассимилируют консументы, образующие трофические цепи (фитофаги, зоофаги различных уровней).
3) В процессах экологического метаболизма (естественная смертность, экскреция, линька, опад, внутриклеточные выделения) ОВ переходит в детрит.
4) Детрит разлагается деструкторами до растворенного органического вещества (РОВ) и биогенных элементов (БЭ).
5) Труднорастворимое ОВ образует гумус почв и водный гумус.
6) Захороненное терригенными осадками ОВ на геологических интервалах времени образует углеводородное топливо.
7) Образовавшиеся при минеральном разложении биогенные элементы вновь поступают к растениям на нужды биосинтеза (фотосинтеза и минерального питания).
8) Недостатки БЭ пополняются из резервов АС, ГС и БС.
42. Круговорот углерода в природе.
Углерод относится к категории биогенных элементов, тесно связанных с жизнью.
Углерод входит в состав минеральных и органических соединений.
Преобладают 2 минеральные формы углерода: углекислый газ CO2 и карбонаты известняков.
Угарный газ имеет небольшое распространение (загрязнитель атмосферы).
Углерод входит в состав органических соединений, образующих живые клетки и составляет до 50% сухого веса клеток.
(С) содержится во всех геосферах. В АС: в минеральной форме в виде СО2, в педосфере в виде РОВ и гумуса, определяющего плодородие почв, в ЛС: в виде углеводородсодержащих неорганических соединений – СО2, карбонаты, известняки, органическое топливо и т.д. Основной резервуар – мировой океан. В МО углерод содержится в виде: а) Растворенный в воде СО2, б) карбонатные и гидрогордонатные ионы, в) на дне в нерастворенном виде – водный гумус, г) РОВ, д) в виде ЖО и продуктов метаболизма (детрит).
Углекислый газ АС и МО является единственным источником неогранического С, из которого в процессе фотосинтеза вырабатываются все биохимические субстанции, составляющие живую клетку.
Растения и животные постоянно совершают электрическую, химическую, механическую работу, необходимую для их существования, роста и размножения. На выполнение этой работы затрачивается энергия, которая называется энергией трат на обмен.
Основная часть энергии составляет траты на дыхание (процесс, обратный фотосинтезу).
Во время дыхания атмосферный O2 вступает в реакцию с CH2 и отщепляется от органического вещества.
В процессе сложных биохимических реакций при разложении высвобождается CO2, который вновь поступает в окружающую среду.
Т.О., 2 основных биологических процесса: фотосинтез и дыхание обуславливают циркуляцию углерода в биосфере.
В природных экосистемах созданная автотрофами первичная продукция ассимилируется гетеротрофами и движется по трофическим цепям.
Утилизация продукции происходит не только в процессе дыхания, но и в результате ассимиляции, выделениях животных и трупов.
В аэробных условиях выделения и трупы подвергаются минерализации и разложению бактериями-деструкторами. В среду выделяется CO2.
В природе встречается и другой вид органики – ферментация. В ходе этого процесса органика разлагается в анаэробных условиях, и в среду также выделяется CO2.
Если органическое вещество не полностью минерализовано, то она накапливается в осадочных породах – блокирование круговорота С.
Углерод с суши попадает в МО в виде карбонатных и органических соединений.
Биокруговороты (С) на суше и в МО аналогичны биохимическому круговороту.
Недостаток СО2 для для фотосинтеза пополняется из резервного фонда АС и ГС, куда он поступает в процессе дыхания ЖО, вулканической деятельности, из трещин земной коры, при сжигании топлива (оно, кстати, ведет к парниковому эффекту → глобальное изменение климата)