Основи екології - Олійник Я.Б. - Кругообіг кисню

У цьому кругообігу чітко виражені активна геохімічна діяльність живої речовини та її першорядна роль у цьому процесі. Біогеохімічний цикл кисню є планетарним процесом, що пов'язує атмосферу і гідросферу із земною корою. Він відбувається у такій послідовності:

- утворення вільного кисню у процесі фотосинтезу в зелених рослинах;

- споживання утвореного кисню для виконання дихальних функцій усіма живими організмами, а також у реакціях окиснення органічних решток і неорганічних речовин;

- інші хімічні перетворення, що приводять до утворення таких окиснених сполук, як двоокис вуглецю та вода, та послідовного їх залучення у новий цикл фотосинтетичних перетворень.

Щорічно зелена рослинність нашої планети продукує приблизно 300 * 109 т кисню. Близько 75 % цієї кількості виділяється рослинами суші і трохи більше 25 % - фотосинтезуючими організмами Світового океану. З кругообігом кисню тісно пов'язане утворення озону. У високих шарах атмосфери під впливом ультрафіолетової частини сонячного спектра відбувається іонізація частини молекул кисню й утворюється атомарний кисень, котрий негайно приєднується до збуджених молекул кисню, утворюючи озон - трьохатомний кисень. Поглинаючи у процесі утворення значну частину жорсткого ультрафіолетового випромінювання, озон відіграє величезну захисну роль для всієї біосфери, оскільки багато з молекулярних структур живих організмів руйнуються під дією жорсткого ультрафіолету.

Кругообіг азоту

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.

Рис. 4.3. Біогеохімічний цикл азоту в біосфері

Кругообіг фосфору

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 кон

Рис. 4.4. Кругообіг фосфору в біосфері

тинентального 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.