Кругообіг речовин в біосфері

Циркуляція хімічних елементів (речовин) в біосфері називається биогеохимическими циклами. Живі організми відіграють у цих процесах вирішальну роль.
Необхідні для життя елементи умовно називають біогенними (що дають життя) елементами, або поживними речовинами. Розрізняють дві групи поживних речовин.
До макротрофним речовин відносяться елементи, які складають хімічну основу тканин живих організмів. Це вуглець, водень, кисень, азот, фосфор, калій, кальцій, магній, сірка.
Мікротрофние речовини включають в себе елементи та їх сполуки, також необхідні для існування живих систем, але у виключно малих кількостях. Такі речовини часто називають мікроелементами. Це залізо, марганець, мідь, цинк, бор, натрій, молібден, хлор, ванадій і кобальт. Недолік мікроелементів може чинити сильний вплив на живі організми (зокрема, обмежувати зростання рослин), так само як і брак біогенних елементів.
Циркуляція біогенних елементів зазвичай супроводжується їх хімічними перетвореннями. Нітратний азот, наприклад, може перетворюватися на білковий, потім переходити в сечовину, перетворюватися на аміак і знову синтезуватися в нітратну форму під впливом мікроорганізмів. У біохімічному циклі азоту діють різні механізми, як біологічні, так і хімічні. Схема циркуляції азоту в біосфері представлена на малюнку 68. На відміну від енергії біогенні елементи завдяки участі у кругообігу можуть використовуватися неодноразово. Запаси біогенних елементів непостійні: деяка їх частина пов'язана і входить до складу живої біомаси, що знижує кількість, яке залишається в середовищі екосистеми. І якби рослини і інші організми в кінцевому рахунку не розкладалися, запас поживних речовин вичерпався б і життя на Землі припинилася. Звідси можна зробити висновок, що активність гетеротрофних організмів, в першу чергу редуцентов, – вирішальний фактор підтримки круговороту біогенних елементів і збереження життя.


Розглянемо біогеохімічний цикл вуглецю. Природним джерелом вуглецю, використовуваного рослинами для синтезу органічної речовини, служить вуглекислота, що входить до складу атмосфери або що знаходиться в розчиненому стані у воді. Основні ланки кругообігу вуглецю показані на малюнку 69.
У процесі фотосинтезу вуглекислота перетворюється на органічну речовину, що служить їжею тваринам. Дихання, бродіння і згоряння палива повертають вуглекислоту в атмосферу.
Запаси вуглецю в атмосфері оцінюються в 700 млрд т, а в гідросфері – у 50 ТОВ млрд т. Згідно з розрахунками, за рік у результаті фотосинтезу приріст рослинної маси на суші і у воді дорівнює відповідно 50 і 180 млрд т.
Одним з найбільш простих циклів є цикл фосфору (рис. 70). Основні запаси фосфору містять різні гірські породи, які поступово (в результаті руйнування та ерозії) віддають свої фосфати наземним екосистемам. Фосфати споживають рослини і використовують їх для синтезу органічних речовин. При розкладанні трупів тварин мікроорганізмами фосфати повертаються в грунт і потім знову використовуються рослинами. Крім цього частина фосфатів виноситься з потоком води в море. Це забезпечує розвиток фітопланктону і всіх харчових ланцюгів за участю фосфору. Частина фосфору, що міститься в морській воді, може знову повернутися на сушу у вигляді гуано – екскрементів морських птахів. Там, де вони утворюють великі колонії, гуано видобувають як дуже цінне добриво.