Кругообіг вуглецю

Майже увесь природний азот перебуває у вільному стані в атмосферному повітрі, де його вміст становить 78 %. Але його частка у загальній масі хімічних елементів на планеті дуже незначна - 0,04 %. Цей вільний азот, необхідний кожній живій клітині, може засвоюватися лише азотфіксувальними мікроорганізмами (головним чином, бульбочковими бактеріями), які мешкають на коріннях бобових рослин. Азот входить до складу всіх білків та нуклеїнових кислот, і разом з тим він є найбільш лімітуючим з усіх інших біогенних елементів. Бактерії (анаеробні та ціанобактерії) переводять вільний азот у сполучену форму: амоній NH3, нітрити NO2, нітрати NO3. Вони є основою живлення рослин, грибів і мікроорганізмів, які утворюють амінокислоти, пептиди і білки. Таким чином азот переходить у всі живі організми, де становить 1 % сухої біомаси (рис. 4.3).

Отже, джерелом азоту у біосфері є сполуки азоту (нітрати і нітрити), які поглинаються рослинами з ґрунту і води. У кругообігу сполук азоту головне значення мають мікроорганізми: азот-фіксатори, нітрифікатори та денітрифікатори. Щорічно азотфіксувальні організми суші уловлюють приблизно 4,4 * 109 т, а у водному середовищі щорічна біологічна фіксація становить 1 * 109 т, тобто всього у 4,4 рази менше, порівняно із сушею. Сучасні порушення у циклі азоту в біосфері є наслідком антропогенної діяльності - спалювання мінерального палива (на транспорті, у теплоенергетиці) та виробництва азотних добрив.

Кругообіг фосфору

вуглець азот фосфор кругообіг

Біогеохімічний цикл фосфору істотно відрізняється від циклів вуглецю та азоту. По-перше, джерелом фосфору є не атмосфера, а земна кора; по-друге, фосфор не відіграє ролі одного з найголовніших елементів земних оболонок. Але органічні сполуки фосфору мають дуже важливе значення у процесах життєдіяльності всіх рослин і тварин, оскільки входять до складу нуклеїнових кислот, складних білків та є основою біоенергетичних процесів. Джерелом фосфору слугує літосфера, зокрема гірські породи, які містять фосфор, - фосфорити, апатити тощо. У процесі вивітрювання гірських порід фосфор переходить у ґрунтовий розчин і стає доступним для рослин.

На суші відбувається інтенсивний кругообіг фосфору в системі ґрунт - рослини - тварини - ґрунт. Редуценти мінералізують органічні сполуки фосфору у неорганічні форми - фосфати, які знов споживаються коріннями рослин. Фосфати виносяться з річковим стоком, взаємодіють з кальцієм; утворюються фосфорити, поклади яких з часом виходять на поверхню та за допомогою тварин знов включаються до міграційних процесів (рис. 4.4). Також кругообіг фосфору відбувається і у системі суша - Світовий океан. За підрахунками, щорічно у Світовий океан виноситься 1,4 * 107 т фосфору, а повертається назад на сушу (в основному із продуктами морського промислу) десь приблизно 10Б т. Тому проблема дефіциту фосфорного живлення є проблемою практично всіх екосистем.

У природі найчастіше саме нестача фосфору стримує розвиток біоти. З одного боку, фосфорні сполуки швидко вимиваються у Світовий океан внаслідок процесів ерозії ґрунту. Багато фосфору виноситься в океан і з неочищеними стічними водами. В океані цей фосфор частково використовується водоростями, а потім споживається морськими консументами і редуцентами. Деяка частина фосфору може перевідкладатися на суші. Наприклад, послід морських рибоїдних птахів, який містить багато фосфору, нагромаджується в пташиних колоніях і на пташиних базарах, утворюючи так зване гуано - корисну копалину, що інтенсивно добувається в деяких країнах (у Чилі) і використовується для виробництва фосфатних мінеральних добрив. Але більша частина фосфору нагромаджується на дні з відмерлими рештками морської біоти. Цей фосфор може знову стати доступним для біоти тільки з часом у геологічному вимірі, наприклад, після підняття певних ділянок морського дна (щоправда, сьогодні людина вже почала розробляти й морські родовища фосфоритів). З іншого боку, на суші значна частина мінерального фосфору утворює нерозчинні комплекси з ґрунтовими частинками і стає недоступною для продуцентів, а отже, і для інших ланок трофічних ланцюгів. Лише деякі ґрунтові гриби здатні вилучати фосфорні сполуки з цих комплексів.

На відміну від циклів вуглецю, кисню та азоту цикл фосфору в біосфері істотно розімкнений, оскільки значна частина континентального стоку фосфатів потрапляє в глибинні океанічні осадки і накопичується там, виходячи із кругообігу. У ґрунті та природних водах фосфор постійно перебуває у дефіциті. Крім того, в результаті господарської діяльності людини (особливо виробництва фосфорних добрив) ланцюг кругообігу фосфору в біосфері порушений. Тому фосфор вважається найслабшою ланкою біотичного кругообігу біосфери.

Кругообіг води

Вода є найпоширенішою речовиною у біосфері. Кругообіг води в природі - це безперервний замкнутий процес переміщення води між гідросферою, атмосферою і літосферою на Землі. Це стає можливим, завдяки здатності води змінювати свій стан. На нашій планеті вода існує в трьох агрегатних станах - твердому, рідкому і газоподібному.

Основні запаси води - це солоні води морів і океанів (97%). Тільки 3% води із загального обсягу гідросфери - прісні. Причому 70% прісної води

знаходиться в твердому стані в льодовиках (2,24%). На грунтові води доводиться 0,61% прісної води, а на води озер, річок та атмосферної вологи, відповідно, - 0,016%, 0,0001% і 0,001%. Через безперервну циркуляцію води на земній кулі її загальна кількість залишається постійною.

Кругообіг води здійснюється, завдяки випаровуванню, пересуванню водяної пари в атмосфері, конденсації її, випадання опадів і наявності стоків. Починається кругообіг із випаровування води з підстильної поверхні водойм. Із повітряними течіями водяні пари переміщуються з однієї області в іншу. Велика частина води випаровується з поверхні Світового океану і при конденсації у вигляді опадів повертається назад. Менша частка води, що випарувалася, переноситься на сушу повітряними течіями. Обсяг води, яка випаровується над сушею і виноситься повітряними течіями в океан, незначний. Таким чином, при випаровуванні моря і океани втрачають значно більше води, ніж отримують вологи при випаданні опадів, на суші - навпаки. Але в моря й океани з материків постійно надходить стік річкової води. Це забезпечує сталість обсягу води на планеті.

У зв'язку з процесами конденсації вологи відбувається випадання опадів. Частина вологи атмосферних опадів випаровується, частина утворює тимчасові або постійні водостоки і водойми. Певна масова частка вологи атмосферних опадів просочується в грунт, формуючи підземні води.

У природі розрізняють декілька типів кругообігів води в залежності від місця, де волога випарувалася, і де випали опади. Виділяють великий (світовий) і малі (океанічний і континентальний) кругообіги води. При великому кругообігу водяний пар, що утворився над морями і океанами, переноситься повітряними течіями на континенти, конденсується там з випаданням опадів, і волога знову потрапляє в океан у вигляді стоків. Даний вид кругообігу супроводжується зміною якості води, так як при випаровуванні солона вода стає прісною, а брудна вода очищається.

В процесі малого океанічного кругообігу водяні пари, що сформувалися над океаном, піддаються конденсації, і у вигляді опадів повертаються в океан. Малий внутрішньоконтинентальний кругообіг - це конденсація над поверхнею суші води, що випарувалася, і наступне випадання опадів над материками. Кінцевий етап малого континентального кругообігу - також Світовий океан.

Швидкості транспортування води в різних станах відрізняється, так само, як різні часові проміжки витрат води і час її оновлення. Найвища швидкість водообміну - в живих організмах (кілька годин). В льодовиках полярних областей кругообіг води протікає тисячі років. Води Світового океану повністю оновлюються за 2,7 тисячі років.

Кругообіг сірки