Биотический круговорот как основа эволюции биосферы

Главная функция биосферы заключается в осуществлении круговорота химических элементов. Глобальный биотический круговорот совершается при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов.

В круговороте веществ, как в многократном участии веществ в процессах, протекающих в атмосфере, литосфере, гидросфере, различают малый круг биотического обмена (био-геоценотический) и большой (биосферный).

Большой круг биотического обмена —это безостановочный планетарный процесс циклического, неравномерного во времени и пространстве перераспределения вещества, энергии и информации, многократно входящих в непрерывно обновляющиеся экологические системы биосферы.

Большой круг биотического обмена наиболее ярко проявляется в круговороте воды и циркуляции атмосферы.

Малый биотический круговорот происходит на основе большого и заключается в циркуляции веществ между растениями, животными и микроорганизмами.

Оба круговорота взаимосвязаны и представляют собой как бы единый процесс. Втягивая в свои многочисленные орбиты косную среду, биотический круговорот веществ обеспечивает воспроизводство живого вещества и оказывает активное влияние на облик биосферы.

В основе круговорота веществ лежит наличие в биосфере двух основных типов питания: аутотрофного и гетеротрофного.

Аутотрофы извлекают необходимые для жизни химические вещества из окружающей среды и при помощи солнечной энергии включают их в органическое вещество.

Гетеротрофы разлагают органическое вещество до углекислого газа, воды и минеральных солей и возвращают их в окружающую среду. Этим обеспечивается круговорот веществ, который возник в процессе эволюции как необходимое условие существование жизни. При этом световая энергия солнца трансформируется живыми организмами в другие формы энергиихимическую, механическую, тепловую. Определенная часть солнечной энергии рассеивается в виде тепла.

Деятельность и взаимоотношения всех живых существ в природе основываются на односторонне направленном потоке энергии и круговороте веществ.

Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии солнца создают органические вещества, которые другими живыми существами (гетеротрофами — потребителями и деструкторами) разрушаются с тем, чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы для новых органических синтезов.

Важная роль в глобальном круговороте веществ принадлежит воде, ее циркуляции между океаном, атмосферой и верхним слоем литосферы. Вода испаряется и воздушными течениями переносится на огромные расстояния. Выпадая на поверхности суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делая их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в океаны и моря. Подсчитано, что с поверхности Земли за минуту испаряется около 1 млрд. тонн воды. На образование 1 г водяного пара затрачивается 2,248 кДж энергии, которая возвращается в атмосферу. Циркуляция воды между океа-ном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании биотического круговорота и жизни на Земле, а так же является важнейшим условием взаимодействия растений и животных с неживой природой. Благодаря этому процессу происходит постепенное разрушение литосферы, перенос компонентов в глубины Мирового океана.

Энергия биотического круговорота невелика по сравнению с энергией, расходуемой в абиотических биогеохимических процессах. Благодаря ей осуществляется значительный объем работы по перемещению химических элементов.

Примерами биотического круговорота могут служить круговорот углерода и азота в биосфере.

Круговорот азота также охватывает все области биосферы. Хотя его запасы в атмосфере практически неисчерпаемы, высшие растения могут использовать азот только после его соединения с водородом или кислородом. Важнейшую роль при этом играют азотфиксирующие бактерии. Азот вовлекается в биогенный круговорот двумя путями: 1) путем растворения разных оксидов азота в дождевой воде и поступления его таким образом в почвы, воду и океан; 2) путем биологической фиксации азота клубеньковыми бактериями, свободными азотфиксирующими микроорганизмами. Азот в живых организмах занимает очень важное место, он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Молекулярный азот атмосферы могут усваивать лишь некоторые микроорганизмы и сине-зеленые водоросли, переводя его в азо-тистые соединения. Азотфиксация является важнейшим биологическим процессом, играющим важную роль в круговороте азота в природе и обогащающим почву и водоемы связанным азотом.

Остатки организмов на поверхности Земли и погребенные в толще пород подвергаются разрушению при участии многочисленных микроорганизмов. В этих процессах органический азот подвергается многочисленным превращениям. В результате процесса денитрификации при участии бактерий вновь образуется элементарный азот, возвращающийся непосредственно в атмосферу.

При разложении белков образуются также аммиак и его производные, попадающие также в воздух и воду океана. В биосфере в результате нитрификации — окисления аммиака и других азотсодержащих органических соединений при участии бактерий — образуются различные оксиды азота, которые являются основой образования азотной кислоты. Азотная кислота, соединяясь с металлами, дает соли. В ре-зультате деятельности денитрофицирующих бактерий соли азотной кислоты восстанавливаются до азотистой кислоты и далее до свободного азота.