Круговорот веществ

Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ:

- большой, или геологический это круговорот воды, циркуляции атмосферы

- и малый (биологический или биотический).

Оба круговорота взаимосвязаны друг с другом и представляют как бы единый процесс.

Подсчитано, что весь кислород, содержащийся в атмосфере, оборачивается через живые организмы (то есть связывается при дыхании и высвобождается при фотосинтезе) за 2 тысячи лет, углекислота атмосферы совершает круговорот в обратном направлении за 300 лет, а все воды на Земле разлагаются и воссоздаются путем фотосинтеза и дыхания за 2 миллиона лет.

Круговорот воды – это самый значительный попереносимым массам и затратам энергии круглворот. В каждую секунду в него вовлекается 16, 5 миллионов кубических метров воды, при этом тратится более 40 миллиардов мегаватт солнечной энергии.

Вода – это самая распространенная неорганическая составляющая живой материи. В жидком, твердом и парообразном состояниях вода присутствует во всех трех главных составляющих частях биосферы- атмосфере, гидросфере и литосфере.

Все воды объединяются общим понятием гидросферы, составные части которой связаны между собой постоянным обменом и взаимодействием. Вода, непрерывно переходя из

одного состояния в другое, совершает малый и большой круговороты.

Испарение воды с поверхности океана, затем конденсация водяного пара в атмосфере с последующим выпадением осадков на поверхность океана образует малый круговорот.

Когда водяной пар переносится воздушными течениями на сушу круговорот воды значительно расширяется. При этом часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая – питает водоемы, однако в итоге вновь возвращается в океан – завершая тем самым большой круговорот.

Несмотря на относительно малую толщину слоя водяного пара в атмосфере (а его толщина составляет 0, 03м) именно атмосферная влага играет огромную роль в циркуляции воды и ее биохимическом круговороте.

Данные по круговороту воды на земном шаре позволяют вычислить активность водообмена в различных частях гидросферы.

Наиболее замедленной частью круговорота воды является деятельность полярных ледников. Здесь круговорот совершается за 8 тысяч лет, что связано с медленным движением и таянием ледников.

Подземные воды обновляются за 5 тысяч лет. Наибольшей активностью обмена отличаются речные воды, которые сменяются в среднем за 11 суток.

Чрезвычайно быстрая возобновляемость основных источников пресных вод и опреснение вод в процессе круговорота является отражением глобального процесса динамики вод на земном шаре.

Биотический (биологический) круговорот. – это циркуляция веществ между почвой, растениями, животными и микроорганизмами.

В современном представлении биотический круговорот – это поступление химических элементов из почвы, воды и атмосферы в живые организмы, превращение в них поступающих элементов в новые сложные соединения и возвращение их обратно в процессе жизнедеятельности с ежегодным опадом части органического вещества или с полностью отмершими организмами, входящими в состав экосистемы.

Все организмы занимают определенное место в биотическом круговороте и выполняют свои функции по трансформации потока энергии и по передаче биомассы.

Наиболее важной составляющей биотического круговорота является фотосинтез.

Фотосинтез – это мощный естественный процесс вовлекающий в круговорот огромные массы вещества биосферы и определяющий ее высокий кислородный потенциал. Он выступает регулятором основных геохимических процессов в биосфере, а также фактором определяющим наличие свободной энергии верхних оболочек земного шара.

Как известно, фотосинтез представляет собой химическую реакцию протекающую за счет солнечной энергии при участии хлорофила зеленых растений и может быть предствален в виде следующей схематической реакции:

nСО2 + nН20 + энергия -> Сn Н2nОn + nO2

За счет углекислоты и воды синтезируется органическое вещество и выделяется свободный кислород.

Фотосинтез происходит практически на всей поверхности земли, создает огромное количество органического вещества всей биосферы.

При гибели живого организма происходит обратный процесс – разложение органического вещества путем окисления, гниения и так далее.

Поэтому общую реакцию фотосинтеза в глобальном масштабе можно выразить следующим образом:

mCO2 + nH2O == Cm(H2O)n + mO2

В биосфере Земли этот процесс приводит к тому, что количество биомассы живого вещества приобретает тенденцию к определенному постоянству.

Растения земли ежегодно продуцируют органическое вещество в количестве около 8% от биомассы экосферы. Деструкторы перерабатывают эту массу органического вещества

в среднем за 12, 5 лет то есть происходит глобальный биотический круговорот.

Этот круговорот подчиняется Закону биогенной миграции атомов В.И. Вернадского, сущность которого состоит в следующем:

Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном

участии живого вещества (это биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, которое в настоящее время населяет биосферу или которое действовало на земле в течение всей геологической истории.