Відмінник

Вчимося на відмінно

Кругообіг речовин і енергії в біосфері

Біотичний кругообіг хімічних елементів — це постійна циркуляція речовин між ґрунтом, гідросферою, атмосферою і живими організмами. Він відбувається за участю всіх живих організмів, які населяють Землю. Завдяки кругообігу можливе існування і розвиток життя при обмеженому запасі речовин, необхідних для забезпечення життєдіяльності.
На Землі запаси необхідних і доступних організмам хімічних елементів не нескінченні. Якби вони тільки споживалися, життя рано чи пізно повинно було б припинитися. Проте в природі відбувається природний кругообіг. Зелені рослини утворюють органічні речовини, а інші організми їх руйнують. З мінеральних сполук, що утворилися, зелені рослини будують нову органічну речовину.
Головним джерелом енергії, що забезпечує кругообіг речовин на Землі, є Сонце. Близько 42 % його енергії відбивається в космос; 58 % поглинається атмосферою і ґрунтом, з них 20 % випромінюється у вигляді теплоти, а 10 % витрачається на випаровування води. Випаровуючись з поверхні водоймищ і ґрунту, вода переноситься повітряними потоками на великі відстані й випадає у вигляді опадів, які руйнують поверхневий шар гірських порід, сприяючи ґрунтоутворенню. Опади вимивають з ґрунту водорозчинні хімічні сполуки, які переміщаються річками на великі відстані і потрапляють в моря й океани. Тут ці речовини беруть участь у життєдіяльності морських організмів і накопичуються в глибинах. Незважаючи на те, що циркуляція води в біосфері в цілому пов’язана з такими фізичними явищами, як випаровування за рахунок енергії Сонця і конденсації, кругообіг води між сушею і Світовим океаном має вигляд найважливішої ланки в підтримці життя на Землі.

Та частина сонячної енергії, яка витрачається на нагрівання атмосфери, гідросфери і ґрунту, створює сприятливі умови для життя організмів. Близько 0,1—0,2 % сонячної енергії, що досягла поверхні Землі, використовується земними рослинами в процесі фотосинтезу.
У кругообігу речовин беруть участь основні компоненти екосистеми — консументи, продуценти та редуценти. Особливу роль виконують бактерії. Ці мікроорганізми мають унікальні ферментні системи, завдяки яким вони здатні руйнувати практично всі органічні сполуки, брати участь у циклах біологічно важливих елементів і забезпечувати ключові реакції кругообігу речовин у біосфері (нітрифікація, окиснення і відновлення сполук Сульфуру).
Кругообіг Карбону
Єдиним джерелом Карбону, який використовується автотрофними організмами для синтезу органічної речовини, є вуглекислий газ СО2, що входить до складу атмосфери або розчинений у воді. У процесі фотосинтезу СО2 засвоюється зеленими рослинами — продуцентами, перетворюється на органічні речовини (вуглеводи, білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти), які переходять по ланках ланцюгів живлення до консументів і редуцентів. Гниття рослинних і тваринних залишків при обмеженому доступі повітря й під тиском призводить до утворення пластів кам’яного вугілля, торфу, нафти. Повернення СО2 в атмосферу відбувається під час дихання, бродіння і спалювання палива.
Кругообіг Нітрогену
Основними формами Нітрогену на Землі є газоподібний молекулярний азот атмосфери і зв’язаний азот літосфери. Молекулярний азот не засвоюється вищими рослинами, але може переходити в доступну для них форму завдяки діяльності азотфіксуючих бактерій. Ці бактерії вступають з рослинами (переважно з родини бобових) в симбіотичні взаємовідношення. Рослини поставляють бактеріям поживні речовини, а бактерії фіксують атмосферний азот Кругообіг речовин і енергії в біосфері, переводять його в розчинну форму Кругообіг речовин і енергії в біосфері, яка поглинається корінням. Дуже незначна частина газоподібного азоту може перетворюватися на катіони амонію Кругообіг речовин і енергії в біосфері або нітрати Кругообіг речовин і енергії в біосфері в результаті електричних розрядів в атмосфері й потрапляти в ґрунт з атмосферними опадами.
Лише невелика частина літосферного Нітрогену зосереджена в ґрунті і доступна рослинам. Цей Нітроген представлений іонами амонію і нітратами. Органічний азот рослинних і тваринних залишків (основна частина ґрунтового азоту) не може поглинатися корінням рослин і повинен бути заздалегідь перетворений на форму Кругообіг речовин і енергії в біосфері. Такі реакції здійснюються амоніфікуючими бактеріями. При цьому Нітроген органічних сполук спочатку перетворюється на амоніакКругообіг речовин і енергії в біосфері, далі на нітрити Кругообіг речовин і енергії в біосфері і нітрати Кругообіг речовин і енергії в біосфері. Нітроген, поглинений рослинами у складі розчинних солей, включається в структуру амінокислот, нуклеотидів, коферментів, хлорофілу та інших сполук. Із тканин рослин у складі нітрогенвмісних органічних сполук Нітроген потрапляє до організму тварин. При розпаді білків і амінокислот він виводиться в навколишнє середовище у вигляді сечовини, сечової кислоти або амоніаку. Діяльність денітрифікую­чих бактерій, у протилежність фіксаторам, спрямована на перетворення нітратів і нітриту у вільну форму — Кругообіг речовин і енергії в біосфері. Цей азот повертається в атмосферу.
Кругообіг Фосфору
Основні запаси Фосфору містяться в гірських породах, які поступово віддають свої фосфати наземним біогеоценозам. Фосфати споживаються рослинами (продуцентами) і використовуються ними для синтезу органічних речовин. В організм первинних консументів фосфоровмісні сполуки (АТФ, фосфатна кислота, нуклеїнові кислоти, фосфоліпіди) потрап-ляють з тканин рослин. Вторинні консументи одержують Фосфор при поїданні первинних. При розкладанні трупів організмів бактеріями (редуцентами) фосфати повертаються в ґрунт і знову використовуються рослинами. Частина фосфатів виноситься в гідросферу, де забезпечує розвиток планктону й існування ланцюгів живлення, які залежать від нього. Частина Фосфору гідросфери може повернутися на сушу по ланцюгах живлення.