Примеры круговоротов веществ в биосфере

Круговорот углерода. Из рис. 1 видно, что углерод, включающийся в процессы биологического круговорота, содержится в основном в атмосфере в виде двуокиси (СО₂). В состав органического вещества он включается в процессе фотосинтеза растений. Затем основная масса его поступает в пищевые цепи животных и накапливается в их телах в виде различного рода углеводов.

Для обеспечения процессов жизнедеятельности значительная часть органических веществ растений и животных разлагается в процессе дыхания с выделением СО₂ в атмосферу. Мертвое органическое вещество разлагается особой группой организмов (в основном микробами и грибами) до исходных минеральных веществ и углекислоты (СО₂), которая также возвращается в атмосферу. Некоторая часть углерода включается в большой, или геологический круговорот между сушей и океаном. В последнем она также включается в круговорот, начинающийся с фотосинтезирующих организмов (в основном, фитопланктона). Небольшая доля органического вещества и содержащегося в нем углерода, по выражению В. И. Вернадского, ускользает от круговорота (прежде всего в бескислородной среде) и уходит в геологию (в ископаемое состояние) в виде угля, торфа, нефти и других горючих соединений. Другая часть таким же образом концентрируется в донных карбонатных отложениях океана. Этот углерод, как и углерод горючих ископаемых, в настоящее время в значительной мере высвобождается человеком, использующим эти вещества в качестве энергетических, строительных и других ресурсов. Некоторое количество углерода высвобождается из твердых отложений (карбонатов) непосредственно организмами, особенно при выходе этих соединений из подводного состояния на сушу.

Круговорот азота. Схема круговорота азота представлена на рис. 2. Основным источником данного элемента является атмосфера, откуда в почву, а затем в растительные организмы азот попадает только в результате превращения в усвояемое соединение — нитраты (NO₃). Последние образуются в основном в результате деятельности орга-низмов-азотофиксаторов. К ним относятся отдельные виды бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов (актиномице-тов). Частично нитраты образуются при грозовых разрядах и при фотохимических реакциях в атмосфере, откуда с осадками они попадают в почву.

Второй источник азота для растений — результат разложения органических веществ и, в частности, белков (протеинов) особой группой организмов-аммонификаторов. При этом в начале образуется аммиак (NH,), который в результате деятельности бактерий-нитрификаторов преобразуется в нитриты (МО,) и нитраты (NO₃). Часть азота растениями усваивается в виде ионов аммония и мочевины, образующихся в результате разложения органических веществ.

Возвращение азота в атмосферу происходит в результате Деятельности бактерий-денитрификаторов. разлагающих нитраты до свободного азота и кислорода.

Значительная часть азота, попадая в океан (в основном со стоком вод с континентов), используется водными фотосинтезирующими организмами (прежде всего фитопланктоном), а затем, попадая в цепи питания животных, частично возвращается на сушу с продуктами морского промысла или птицами. Небольшая часть азота, как и углерод, попадает в осадочные соединения.

Круговорот серы. Сера является одним из наиболее опасных загрязнителей. Ее круговорот представлен на рис. 3.

Круговорот фосфора. Иной цикл характерен для фосфора (рис. 4), в круговороте которого отсутствует газообразная фаза. После неоднократного потребления его организмами на суше и в водной среде он в конечном счете выводится в донные осадки. Возвращение фосфора с организмами океана не компенсирует его потребности на суше. Не компенсируются эти потребности и в результате использования природных минеральных соединений. В данном случае односторонний процесс, заканчивающийся осадочным циклом, грозит дефицитом фосфора для организмов. Последний в значительной мере восполняется человеком через внесение минеральных удобрений, представляющих в основном продукты переработки морских осадочных пород.

Таким образом, среда, в которой мы живем, — результат прежде всего функционирования живых организмов, а последние, в свою очередь, — продукт той среды, которая ими создана, результат их медленной постоянной адаптации к изменявшейся среде. В связи с этим стабильность и устойчивость биосферы возможна при выполнении условий для сохранения всего многообразия организмов и их деятельности.