Биогеохимические циклы в биосфере

Согласно учению Вернадского о биосфере, живое и неживое вещество биосферы связаны между собой биогеохимическими циклами.

Биогеохимический цикл - процесс обмена веществом и энергией между компонентами биосферы, носящий циклический характер и обусловленный жизнедеятельностью живых организмов, поглощающих из внешней среды одни вещества и выделяющих в нее другие.

Основным энергетическим источником биогеохимических циклов служит излучение Солнца в видимой части спектра, используемое в процессе фотосинтеза зелеными растениями для создания органических веществ, обеспечивающих пищей и энергией все остальные живые организмы.

Биогеохимические циклы наиболее важных для живых организмов элементов, т.н. биогенных элементов, - углерода, азота, кислорода, водорода, серы, фосфора, кальция, калия, кремния - являются ключевыми для понимания современного состояния биосферы.

Биогеохимический цикл углерода начинается с фиксации атмосферного диоксида углерода зелеными растениями в процессе фотосинтеза. Часть образовавшихся при этом углеводов используется самими растениями для получения энергии, а часть потребляется животными. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод их тканей окисляется и в виде диоксида поступает в атмосферу. Диоксид углерода выделяется также в процессе дыхания животных и растений. При разложении мертвых организмов без доступа кислорода образуются торф, каменный уголь, нефть. Человек использует их для получения энергии; диоксид углерода при этом возвращается в атмосферу. Таким образом, круг замыкается и начинается новый цикл включения углерода в органические соединения.

Биогеохимический цикл азота включает в себя несколько основных этапов:

• фиксация азота воздуха живыми организмами (бактериями и водорослями), обогащающими почву азотом при их минерализации;

• поглощение азота корнями растений и транспортировка его в стебли и листья, где в процессе биосинтеза строятся белки;

• использование белков растений в качестве питания животными;

• разложение животных остатков с выделением аммиака, используемого бактериями, и образование нитратов, частично восстанавливаемых до элементарного азота, возвращаемого в атмосферу.

Одновременно с круговоротом веществ в биосфере идет и превращение энергии. Биосфера в целом является открытой системой, постоянно принимающей солнечную энергию. В процессе фотосинтеза солнечная энергия превращается в химическую. Энергия используется растениями на процессы жизнедеятельности, а часть переходит к растительноядным организмам. Последние расходуют ее на процессы жизнедеятельности, частично она поступает к плотоядным животным и т. д. Таким образом, энергия запасается в тканях растений и животных в виде органических соединений, потребляемых другими животными и человеком. Часть энергии консервируется в нефти, угле, сланцах, торфе.

Наряду с накоплением энергии в живых организмах происходит почти равное ему по масштабам выделение энергии при разрушении органических веществ в процессе дыхания, брожения и гниения. Так в биосфере поддерживается баланс энергии. Во время этих превращений происходят затраты энергии на процессы жизнедеятельности организмов. Потери энергии постоянно восполняются за счет световой энергии Солнца.