Довідник з біології

ЗАГАЛЬНА БІОЛОГІЯ

ЛЮДИНА І БІОСФЕРА

КРУГООБІГ РЕЧОВИН І ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ У БІОСФЕРІ

Головна функція біосфери полягає в забезпеченні кругообігів хімічних елементів. Глобальний біотичний кругообіг здійснюється за участю всіх організмів, що населяють планету. Він полягає в циркуляції речовин між ґрунтом, атмосферою, гідросферою і живими організмами.

Завдяки біотичному кругообігу можливе тривале існування й розвиток життя при обмеженому запасі доступних хімічних елементів. Використовуючи неорганічні речовини, зелені рослини за рахунок енергії Сонця створюють органічну речовину, яка іншими живими істотами (гетеротрофами-споживачами та деструкторами) руйнується, з тим щоб продукти цього руйнування могли бути використані рослинами для нових органічних синтезів.

Важлива роль у глобальному кругообігу речовин належить циркуляції води між океаном, атмосферою та верхніми шарами літосфери. Вода випаровується і повітряними течіями переноситься на багато кілометрів. Випадаючи на поверхню суші у вигляді опадів, вона сприяє руйнуванню гірських порід, роблячи їх доступними для рослин і мікроорганізмів, розмиває верхній ґрунтовий шар і проникає разом із розчиненими в ньому хімічними сполуками та зваженими органічними частинками в океани та моря.


Рис. 182. Кругообіг води в біосфері.


Підраховано, що з поверхні Землі за 1 хв. випаровується близько 1 млрд. т. води (на утворення 1 г. водяної пари затрачується 2,248 кДж). Енергія, затрачувана на випаровування води, повертається в атмосферу. Циркуляція води між світовим океаном і сушею є найважливішою ланкою в підтримці життя на Землі й основною умовою взаємодії рослин і тварин з неживою природою. Завдяки цьому процесу відбувається поступове руйнування літосфери, перенесення її компонентів у глибини морів і океанів.

На створення органічної речовини витрачається всього 0,1- 0,2 % сонячної енергії, котра досягає поверхні планети. Енергія біотичного кругообігу мала в порівнянні з енергією, що витрачається в абіотичних геохімічних процесах. Завдяки їй здійснюється значний об'єм роботи з переміщення хімічних елементів. Близько 40 хімічних елементів залучаються живими організмами в активний кругообіг. Найбільше значення має кругообіг вуглецю, азоту, кисню, водню, заліза, фосфору, сірки, калію, кальцію, магнію та кремнію.

Кругообіг вуглецю починається з фіксації атмосферного двоокису вуглецю в процесі фотосинтезу. Частина вуглеводів, які утворилися при фотосинтезі, використовується самими рослинами для отримання енергії, а частина споживається тваринами. Вуглекислий газ виділяється в процесі дихання рослин і тварин. Мертві рослини і тварини розкладаються, вуглець їх тканин окислюється і повертається в атмосферу. Аналогічний процес відбувається і в океані.


Рис. 183. Кругообіг вуглецю в біосфері.


Кругообіг азоту також охоплює всі області біосфери (рис. 184). Хоча його запаси в атмосфері практично невичерпні, вищі рослини можуть використовувати азот тільки після сполуки його з воднем або киснем. Виключно важливу роль у цьому процесі відіграють азотфіксуючі бактерії. При розпаді білків цих мікроорганізмів азот знову повертається в атмосферу.

Показником масштабів біотичного кругообігу слугують темпи обороту вуглекислого газу, кисню та води, що весь кисень атмосфери проходить через організми приблизно за 2 тис. років, вуглекислий газ — за 300 років, а вода повністю розкладається та відновлюється в біотичному кругообізі за 2000 років.


Рис. 184. Кругообіг азоту в біосфері.


Кругообіг сірки. Сірка входить до складу білків і також є життєво важливим елементом. У вигляді сполук з металами — сульфідів — вона залягає у вигляді руд на суші та входить до складу глибоководних відкладень. У доступну для засвоєння розчинну форму ці сполуки перетравлюються хемосинтезуючими бактеріями, здатними одержувати енергію шляхом окислення відновлених сполук сірки. У результаті створюються сульфати, які використовуються рослинами. Сульфати, що глибоко залягають, залучаються до кругообігу іншою групою мікроорганізмів, які поновлюють сульфати до сірководню.

Кругообіг фосфору. Резервуаром фосфору є поклади його сполук у гірських породах. Унаслідок вимивання він потрапляє в річкові системи й частково використовується рослинами, а частково несеться в море, де осідає в глибоководних відкладеннях. Крім того, в світі щорічно видобувається від 1 до 2 млн. т. фосфоровмісних порід. Велика частина цього фосфору також, вимивається та включається до кругообігу. Завдяки лову риби частина фосфору повертається на сушу в невеликих розмірах (близько 60 тис. т. елементарного фосфору на рік).


Рис. 185. Темпи циркуляції речовин у біосфері.


Одночасно з круговоротом речовин в біосфері йде і перетворення енергії. Біосфера в цілому є відкритою системою, що постійно приймає сонячну енергію. У процесі фотосинтезу сонячна енергія перетворюється на хімічну. В живій речовині Землі зв'язано 4,19 х 1018 Дж. енергії; при цьому щорічно виробляється та витрачається 4,19 х 1017 Дж. Енергія використовується рослинами на процеси життєдіяльності, а частина її переходить до рослиноїдних організмів. Останні витрачають енергію на процеси життєдіяльності, а частково вона поступає до м'ясоїдних тварин тощо. Таким чином, енергія запасається в тканинах рослин і тварин у вигляді органічних сполук, які споживаються іншими тваринами й людиною. Частина енергії консервується в нафті, сланцях, торфі.

Разом з накопиченням енергії в живих організмах відбувається майже рівне йому за масштабами виділення енергії при руйнуванні органічних речовин у процесі дихання, бродіння та гниття. Так у біосфері підтримується баланс енергії. Під час цих перетворень відбуваються витрати енергії на процеси життєдіяльності організмів. Утрати енергії постійно заповнюються за рахунок світлової енергії Сонця.

Отже, біосфера є складною екологічною системою, яка працює в стаціонарному режимі. Стабільність біосфери зумовлена тим, що результати активності трьох груп організмів, які виконують різні функції в біотичному кругообігу — продуценти (автотрофи), споживачі (гетеротрофи) і деструктори (минералізуючі органічні залишки), — взаємозрівноважуються. Гомеостатичний стан біосфери не виключає здатності її до еволюції.






Personalised Essay Writing Service for You

Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити