Круговорот веществ в природе

Благодаря жизнедеятельности живых организмов химические элементы беспрерывно циркулируют в биосфере, переходя из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Такая циркуляция по более или менее замкнутым путям называется биологическим (малым) круговоротом вещества.

Химический элемент, участвуя в биологическом круговороте, может оказаться во внешней среде, а уже здесь включиться в большой геологической круговорот. Пройдя через геологический цикл химический элемент опять может быть вовлеченным в биологический круговорот, тем самым, замкнув новый круговорот, который принято назвать биогеохимическим циклом.

Все вещества на Земле находятся в биохимическом круговороте - большом (геологическом) и малом (биотическом). В большом круговороте, длящемся миллионы лет, участвуют горные породы, которые выветриваются, сносятся в Мировой океан, образуют напластования и в процессе перемещения морей, океанов, материков могут возвратиться на сушу, где снова подвергаются выветриванию. Необходимым условием существования геологического круговорота является наличие атмосферы. Луны, например, инертна (на ней нет воздуха, осадков коррозии) у неё нет геологической жизни. Породы, которые находятся на поверхности сейчас, миллиарды лет находились на этой поверхности.

С появлением на Земле живой материи химические элементы непрерывно циркулируют в биосфере, переходя из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. В этом малом круговороте, являющемся частью большого, участвуют питательные вещества почвы, вода, углерод, которые используются растениями для построения их тела и жизненных процессов, а затем - на те же задачи животных-консументов; далее, продукты распада всего органического вещества разлагаются почвенной микрофлорой и мезофауной (бактерий, грибы, черви и др.) до минеральных компонентов и снова поступают в растения. Этот круговорот называется биогеохимическим циклом. Основными биогеохимическими циклами являются круговороты кислорода, углерода, воды, азота, фосфора, серы и других биогенных элементов.

Из всех элементов периодической системы Д.И. Менделеева только углерод обладает свойствами, которые позволяют ему быть основой жизни. Он может создавать как цепочки, так и двойные связи. Поэтому он способен моделировать разнообразные структуры. Азот тоже может создавать двойные связи, но не может цепочки, кремний может цепочки, но не может двойные связи. Кроме углерода важен водород. Это единственный элемент, способный к образованию мягких водородных связей, обеспечивающих функционирование трёхмерных органических структур. Важная роль у воды, которая имея соответствующую полярность, позволяет всем этим соединениям находится в «расхлябанном» состоянии. Когда соединения лабильны они могут вступать во взаимодействие друг с другом. Именно эти вещества сыграли главную роль в образовании аминокислот и нуклеотидов, из которых, в свою очередь, состоят белки, ДНК и РНК, то есть ключевые соединения в функционировании живых организмов.

В формировании и специфике функционирования современных круговоротов химических элементов важнейшую роль сыграло накопление в атмосфере сильного окислителя - кислорода, который в свою очередь явился побочным продуктом фотосинтезирующих организмов. Так само живое вещество стало мощной геологической силой, в значительной мере определившей своеобразие состояния земной коры, воды и атмосферы.

Несоответствие между наличием и доступностью химических элементов в земной коре, с одной стороны, и потребностями живых организмов, с другой, породило проблему дефицита некоторых элементов в биосфере и привело к ограничению живого вещества на Земле. Единственным выходом из этого положения оказалось использование химических элементов по типу круговоротов.

В настоящее время биогенные элементы земной коры охвачены глобальными и локальными круговоротами, причем движущей силой являются сами живые организмы.