Роль геохимических циклов в биосфере
оды при уплотнении глинистых пород,
превращения их в сланцы.
С другой стороны, в биосфере протекают многочисленные процессы
гидратации, связывающие воду в составе различных глинистых и прочих
минералов. При прогибании земной коры в геосинклинальных зона эти
гидратированные толщи оказываются на больших глубинах вне биосферы, и воды
надолго изымаются из круговорота.
Круговорот воды
7. Геохимический цикл азота
В круговороте соединений азота чрезвычайно большую роль играют
микроорганизмы: азотфиксаторы, нитрификаторы, денитрификаторы. Все
остальные организмы влияют на цикл азота только после ассимиляции его в
состав своих клеток.
Бобовые и представители некоторых родов других сосудистых растений,
например ольха (Alnus), казуарина (Casuarina), араукария (Araucaria),
гинкго (Ginkgo), лох (Eleganus), фиксируют азот только с помощью бактерий-
симбионтов. Подобным же образом некоторые лишайники фиксируют азот с
помощью симбиотических сине-зеленых водорослей.
Таким образом, биологическая фиксация молекулярного азота
свободноживущими и симбиотическими микроорганизмами происходит и в
автотрофном, и гетеротрофном ярусах экосистем.
Для круговорота азота необходим микроэлемент молибден, входящий в
состав системы азотфиксирующих ферментов. В некоторых условиях молибден
служит лимитирующим фактором. Фиксировать азот способны лишь немногие роды
микроорганизмов, весьма широко распространенных в природе: свободноживущие
аэробные бактерии рода азотобактер (Azotobacter) и анаэробные виды рода
клостридиум (Clostridium); симбиотические клубеньковые бактерии бобовых
растений (Rhizobium); сине-зеленые водоросли: виды родов анабена (Anabaena)
и носток (Nostoc). Азот фиксируют также пурпурные и зеленые
фотосинтезирующие бактерии, различные почвенные бактерии.
Общее количество азота в атмосфере оценивается приблизительно в
3,8?1015 т., тогда как в водах Мирового океана – в 2,0?1013 т.
Азотфиксирующие организмы суши ежегодно улавливают около 4,4?109 т., а в
водной среде ежегодная биологическая фиксация составляет 1,0?109 т. Надо
отметить, что количество ежегодно фиксируемого живыми организмами азота в
океане и на суше различается лишь в 4 с небольшим раза. В то же время
содержание азота в наземных организмах (моментальная масса) составляет
1,22?1010 т. а в донных организмах – всего 0,025?1010 т. (в 50 раз меньше).
В биосфере в целом фиксация азота из воздуха составляет в среднем за год
140-700 мг/ м2. В основном это биологическая фиксация, а лишь небольшое
количество азота (в умеренных областях не более 35 мг/ м2 в год)
фиксируется в результате электрических разрядов и фотохимических процессов.
Круговорот азота в биосфере
В фотической зоне небольших озер фиксация азота происходит со скоростью 1-
50 мкг/ л в день; высокая интенсивность фиксации отмечена также в некоторых
загрязненных озерах с множеством сине-зеленых водорослей. В океане, где
продуктивность ниже, интенсивность фиксации азота в расчете на 1 м2 меньше,
чем на суше, однако общее количество фиксированного азота является
значительным и весьма важным для глобального круговорота.
В круговороте азота из огромного запаса этого элемента в атмосфере и
осадочной оболочке литосферы принимает участие только фиксированный азот,
усваиваемый живыми организмами суши и океана. В эту категорию азота
обменного фонда входят: азот годичной продукции биомассы, азот
биологической фиксации бактериями и другими организмами, ювенильный
(вулканогенный) азот, атмосферный (фиксированный при грозах) и техногенный.
На огромных массивах, где деятельность человека почти отсутствует,
растения берут необходимый им азот из вносимого в почву азота извне
(нитратов с дождями, аммиака из воздуха), из возвращаемого в почву азота
(остатков животных, растений, экскрементов животных), а также из
разнообразных азотфиксирующих организмов. Особое внимание привлекают
несимбиотические свободноживущие так называемые олигонитрофильные
микроорганизмы, способные расти при ничтожно малом содержании связанного
азота в среде. Многие исследователи находят их в почве и ризосфере в
довольно больших количествах. Например, в почве и ризосфере растительных
сообществ сухопутной и пустынно-степной подзон Центрального Казахстана и
МНР содержится достаточно много олигонитрофильных микроорганизмов. При
анализе почв создается впечатление о значительном преобладании
олигонитрофильных бактерий над другими в засушливые периоды, что
свидетельствует о высокой устойчивости их к недостатку влаги.
8. Круговорот фосфора
Геохимический цикл фосфора в большой мере отличается от циклов углерода
и азота. Кларк этого элемента в земной коре равен 0,093%. Это в несколько
десятков раз больше кларка азота, но в отличие от последнего фосфор не
играет роли одного из главных элементов оболочек Земли. Тем не менее его
геохимический цикл включает в себя разнообразные пути миграции в земной
коре, интенсивный биологический круговорот и миграцию в гидросфере.
Фосфор является одним из главных органогенных элементов. Органические
соединения фосфора играют важную роль в процессах жизнедеятельности всех
растений и животных, входят в состав нуклеиновых кислот, сложных белков,
фосфолипидов мембран, являются основой биоэнергетических процессов. Фосфор
концентрируется живым веществом, где его содержание примерно в 10 раз
больше, чем в земной коре.
На поверхности суши протекает интенсивный круговорот фосфора в системе
почва > растения > животные > почва. В связи с тем, что минеральные
соединения фосфора труднорастворимы и содержащийся в них элемент почти
недоступен растениям, последние преимущественно используют его
легкорастворимые формы, образующиеся при разложении органических остатков.
Круговорот фосфора происходит и в системе суша > Мировой океан, основой
которого является вынос фосфатов с речным стоком, взаимодействие их с
кальцием, образование фосфоритов, залежи которых со временем выходят на
поверхность и снова включаются в миграционные процессы.
Круговорот фосфора в биосфере
9. Круговорот серы
В биосфере существует хорошо развитый процесс циклических превращений
серы и ее соединений. На рисунке приведена схема биогеохимического
круговорота серы.
Круговорот серы в биосфере
Здесь хорошо видны многие основные черты круговорота, например,
обширный резервный фонд в почве и отложениях и меньший – в атмосфере.
Основную роль в обменном фонде серы играют специализированные
микроорганизмы, каждый вид которых выполняет определенную реакцию окисления
или восстановления. На схеме представлена также микробная регенерация серы
из глубоководных отложений, в результате которой к поверхности перемещается
сероводород (H2S); взаимодействие геохимических и метеорологических
процессов (эрозия, осадкообразование, выщелачивание, дождь, адсорбция,
десорбция и т.д.); биологические процессы (продукция биомассы и ее
разложение); взаимосвязь воздуха, воды и почвы в регуляции круговорота серы
в глобальном масштабе. Сульфат (SO2-4) аналогично нитрату и фосфату –
основная доступная форма серы, которая восстанавливается автотрофами и
включается в белки (сера входит в состав ряда аминокислот).
На круговоротах азота и серы все больше сказывается промышленное
загрязнение воздуха. Сжигание ископаемого топлива значительно увеличило
содержание летучих окислов азота (NO и NO2) и серы (SO2) в воздухе,
особенно в городах; концентрации их уже становятся опасными для биотических
компонентов экосистем.
10. Эпилог
Иногда, когда удается отвлечься от мирских забот и проблем, всего лишь
на миг выпрыгнуть из бесконечного круговорота жизни, то задумываешься над
тем как ничтожна частичка единого целого по сравнению с ним самим: как мал
человек по сравнению с человечеством, как мал химический элемент по
сравнению со всем, что имеет его в своем составе, как мала планета по
сравнению со вселенной. В итоге приходишь к выводу о бесполезности одной
человеческой жизни. Тогда начинает казаться, что стоит выпасть один раз из
бесконечной жизненной карусели, как окажешься не у дел, и мир благополучно
забудет о твоем существовании. Конечно останутся связанные с тобой частички
– родственники, друзья, знакомые, но карусель не остановится и "Life goes
on", как пели легендарные Beatles.
Поразительно, как много страховочных тросов протянула природа в своем
мире. Везде, где только можно существует определенный запас прочности:
человек может жить и без руки или ноги, на подстриженном газоне вырастет
новая трава, река может течь и по измененному руслу. Наш Творец устроил все
до гениального просто и одновременно чрезвычайно сложно. Извлеки одну
шестеренку из механизма и на ее место найдется другая. Мир просто нельзя
разрушить, уничтожив какие-то простейшие его элементы.
С другой стороны, все в природе построено на простейших элементах,
уничтожив которые можно разрушить целую экосистему. Понимание того, что и
как происходит в жизни "простейших", человек скапливал и анализировал
веками. Жаль, что поняв законы природы или, хотя бы малую их часть он не
всегда следовал им, ломая прочную и одновременно хр
| |  скачать работу |
Роль геохимических циклов в биосфере |
