🗊 Колообіг речовин і потоки енергії як основні системоутворювальні чинники

Колообіг речовин і потоки енергії як основні системоутворювальні чинники

Колообіги речовин Колообіг речовин виявляється у багаторазовій участі речовин у процесах, які відбуваються в атмосфері, гідросфері, літосфері і в тому числі у тих їх шарах, що входять до складу біосфери. Розрізняють два основних колообіги речовин: великий (геологічний) та малий (біологічний, або біотичний), які охоплюють усю планету.

Великий колообіг Геологічний (великий) колообіг - це обмін речовинами між сушею та Світовим океаном. Насамперед відбувається глобальна циркуляція води, тобто спочатку випадання атмосферних опадів, потім - поверхневий та підземний стік, інфільтрація, випаровування і врешті-решт - конденсація; потім знову випадають опади. На колообіг води витрачається майже третина усієї сонячної енергії, що надходить до Землі. Разом з водою рухаються величезні маси розчинених у ній хімічних речовин, які в океані осідаються на дно у вигляді делювіальних відкладів або осаду. Вода - основний елемент, необхідний для життя. Кількісно це найбільш поширена неорганічна складова живої матерії.

Наприклад, у людини вода займає 70 % маси тіла, у грибів - 80 %, у деяких видів медуз - 98 %. Гідросфера охоплює близько 75 % поверхні земної кулі (363 млн км2). Припускають, що сумарне випаровування врівноважується випаданням опадів. З океану випаровується більше води, ніж потрапляє у нього з опадами; на суші навпаки, менше. Так звані зайві опади суші потрапляють у льодовики, поповнюють ґрунтові води і врешті-решт опиняються в озерах і річках, повертаючись поступово зі стоком в океан. Отже, кругообіг води між океаном і сушею є обов'язковою умовою обміну речовин між органічної та неорганічною природою. Наприклад, у людини вода займає 70 % маси тіла, у грибів - 80 %, у деяких видів медуз - 98 %. Гідросфера охоплює близько 75 % поверхні земної кулі (363 млн км2). Припускають, що сумарне випаровування врівноважується випаданням опадів. З океану випаровується більше води, ніж потрапляє у нього з опадами; на суші навпаки, менше. Так звані зайві опади суші потрапляють у льодовики, поповнюють ґрунтові води і врешті-решт опиняються в озерах і річках, повертаючись поступово зі стоком в океан. Отже, кругообіг води між океаном і сушею є обов'язковою умовою обміну речовин між органічної та неорганічною природою.

Активно переміщується течіями океанічна вода, в океані немає таких зон, де б вона тривалий час перебувала в застійному стані. Уся прісна вода суші стікає в океан за 14 діб, у льодовиках вода оновлюється за 15 тис. років. Активно переміщується течіями океанічна вода, в океані немає таких зон, де б вона тривалий час перебувала в застійному стані. Уся прісна вода суші стікає в океан за 14 діб, у льодовиках вода оновлюється за 15 тис. років.

Великий кругообіг речовин не є замкнутим: певна кількість речовин вилучається з кругообігу і зберігається в осадових породах у вигляді вапняків, торфу, нафти та інших порід і мінералів. Цим забезпечується поступальний розвиток земної кори і біосфери. Згідно з концепцією великого кругообігу речовин та енергії в біосфері, вивержені глибинні породи мантійного походження (наприклад, базальти) тектонічними процесами виводяться з надр Землі у біосферу. Великий кругообіг речовин не є замкнутим: певна кількість речовин вилучається з кругообігу і зберігається в осадових породах у вигляді вапняків, торфу, нафти та інших порід і мінералів. Цим забезпечується поступальний розвиток земної кори і біосфери. Згідно з концепцією великого кругообігу речовин та енергії в біосфері, вивержені глибинні породи мантійного походження (наприклад, базальти) тектонічними процесами виводяться з надр Землі у біосферу.

Далі за рахунок тектонічних рухів осадові породи потрапляють у зони високих тисків і температур Землі, де з них вивільняється сонячна енергія, відбуваються процеси метаморфозу й переплавлення, що призводить до утворення гранітних порід. Далі за рахунок тектонічних рухів осадові породи потрапляють у зони високих тисків і температур Землі, де з них вивільняється сонячна енергія, відбуваються процеси метаморфозу й переплавлення, що призводить до утворення гранітних порід. Кристалізовані вивержені породи знову за рахунок висхідних тектонічних рухів потрапляють у біосферу. Таким чином цикл завершується, але вже на новому рівні, адже з вихідних базальтів утворилися вивержені породи гранітного складу. Отже, великий кругообіг речовин та енергії в біосфері можна також визначити як еволюцію земної кори від океанічного типу (базальтової) до материкового типу (гранітної).

Для біосфери в цілому, як і для земної кори, характерні ритмічність і циклічність розвитку, що виявляється в усьому: у процесах магматизму, осадоутворення, змінах клімату та ін. Найбільш ритмічний, поступальний розвиток властивий живим організмам. Встановлені ритми й цикли різної тривалості: від 11-річного, зумовленого сонячною активністю, до мегациклу у 180-240 млн років, що збігається з Галактичним роком, тобто часом оберту Землі разом із Сонячною системою навколо центра Галактики. Для біосфери в цілому, як і для земної кори, характерні ритмічність і циклічність розвитку, що виявляється в усьому: у процесах магматизму, осадоутворення, змінах клімату та ін. Найбільш ритмічний, поступальний розвиток властивий живим організмам. Встановлені ритми й цикли різної тривалості: від 11-річного, зумовленого сонячною активністю, до мегациклу у 180-240 млн років, що збігається з Галактичним роком, тобто часом оберту Землі разом із Сонячною системою навколо центра Галактики.

Малий колообіг Малим, або біологічним, кругообігом речовин називають обмін хімічними елементами між живими організмами та неживими (косними) компонентами біосфери - атмосферою, гідросферою і літосферою. Іншими словами, це два боки єдиного процесу - утворення живої речовини та її розклад. Цей кругообіг характеризується тим, що спочатку жива речовина заряджається енергією, а потім у процесі розкладу органічних решток енергія повертається у навколишнє середовище.

Кругообіг карбону Вуглець – основний біогенний елемент. Він відіграє важливу роль в утворенні живої речовини біосфери. Вуглекислий газ із атмосфери в процесі фотосинтезу, який здійснюють зелені рослини, асимілюється і перетворюється на численні різноманітні органічні сполуки рослин. Рослинні організми, особливо нижчі мікроорганізми, морський фітопланктон,

Колообіг азоту Незважаючи на велику складність, цей колообіг здійснюється досить швидко і безперешкодно. У повітрі міститься 78% азоту і воно служить одночасно і великим вмістищем і запобіжним клапаном системи, безперервно і в різних формах живить колообіг азоту.    Крім, того електричні розряди синтезують із атмосферного азоту і кисню окисли азоту, а останні, попадаючи в грунт з дощовими водами, нагромаджують у формі селітри або HNO3від 4 до 10 кг (N2 на 1 га/рік).

Колообіг азоту Інші бактерії, що фіксують атмосферний азот, також живуть в симбіозі з вищими рослинами. Азот може вийти з колообігу, потрапивши в глибоководні океанічні осадки. Але перш ніж туди потрапити, частина N2 буде захоплена організмами морського фітопланктону, в той же час він, як і фосфор ввійде в цикл живлення м'ясоїдних, що закінчується рибами, які служать поживою птахам і ссавцям. Ця частина N2 потрапляє із екскрементами птахів і ссавців на поверхню материків (гуано), хоча даний процес має значення в умовах сухого клімату. 

Колообіг фосфору  Запаси фосфору, що доступні живим організ­мам повністю зосереджені в літосфері. Найбільше фосфору в апати­тах і фосфоритах. Неорганічний фосфор з порід земної кори втягує­ться в циркуляції вилуговуванням і розчиненням і таким чином потрапляє в екосистеми, поглинається рослинами, що синтезують за його участю різні органічні сполуки.

Колообіг фосфору Колообіг фосфору в біосфері не замикається. В океані дещо інакше. Це пов'язане з безперервною седиментацією органіки, зокрема збагачення фосфором трупів риб, рештки яких постійно накопичую­ться на дні. Отже, фосфати, що відклались на великих глибинах, виключаються з кругообігу. Від стану кругообігу фосфору залежить кількість нітратів у воді і О2 в атмосфері.

Колообіг сірки Переважна частина колообігу відбувається у грунті і воді. Основним джерелом для живих організмів є сульфіди і сульфати (пірит – FeS2, халькопірит —CuFeS2, гіпс, ангідрит) та продукти розкладу органіки рослин. Більшість сульфатів добре розчиняється у воді і це полегшує доступ S в екосистеми. Поглинаючи сульфати з грунту, рослини виробляють сірковмісні амінокислоти (цистин, цистеїн). Відмираючи, органіка розкладається гетеротрофними бактеріями, які в кінці кінців виробляють H2S і з сульфопротеїнів, що містяться в грунті.

Колообіг біогенних елементів Крім C, N, H, O2, P, S організмам необхідні катіони K, Ca, Mg, іноді Na-макроелементи. Fe, Br, Zn, Cu ,Mn, Mo і аніон Cl-мікроелементи, вони потрібні лише в мільйонних частках сухої речовини. На суші головним джерелом біогенних катіонів служить грунт, де катіони адсорбуються корінням, а потім розподіляються по різних частинах рослин, в найбільшій кількості в листі. Вони входять таким чином в корм рослиноїдним і споживачів інших порядків в ланці живлення. Мінералізація екскрементів і трупів повертає біогенні катіони в грунт на рівень розташування коріння. У той же час у вологому кліматі цикл може бути дуже протирічливим, внаслідок вилуговування грунту дощами води переносять катіони в систему підземного стоку.

Геологічний і біологічний колообіги тісно взаємопов'язані, взаємодіють між собою, іноді зливаючись воєдино. Але все ж таки структурно і функціонально вони істотно відрізняються. Біологічному колообігу притаманні такі характерні особливості порівняно з геологічним: Геологічний і біологічний колообіги тісно взаємопов'язані, взаємодіють між собою, іноді зливаючись воєдино. Але все ж таки структурно і функціонально вони істотно відрізняються. Біологічному колообігу притаманні такі характерні особливості порівняно з геологічним: - його дія відбувається, як правило, у межах біогеоценозу, тоді як геологічний відбувається на великих територіях - материках та прилеглих до них частинах океану; головною причиною і рушійною силою біологічного колообігу є різний характер живлення продуцентів, консументів і редуцентів, а геологічного - колообіг води між океаном і сушею; у малому колообігу беруть участь тільки біогенні елементи, тоді як у великому - всі хімічні елементи, які є у земній корі; тривалість циклів хімічних елементів у біологічному колообігу є короткочасною (рік, декілька років, десятки і сотні років), а тривалість циклу у геологічному становить десятки і навіть сотні тисяч років.

Процеси колообігу речовин у біосфері здійснюються збалансовано. Переважна більшість речовин, залучених до біологічного колообігу, повертається у мінеральний стан і стає доступною для повторного використання живою речовиною. Лише невелика їх частина відкладається у осадових породах, але ці втрати компенсуються речовинами, які вивільняються з гірських порід у результаті процесів вивітрювання. Процеси колообігу речовин у біосфері здійснюються збалансовано. Переважна більшість речовин, залучених до біологічного колообігу, повертається у мінеральний стан і стає доступною для повторного використання живою речовиною. Лише невелика їх частина відкладається у осадових породах, але ці втрати компенсуються речовинами, які вивільняються з гірських порід у результаті процесів вивітрювання. Зазвичай прискорення вивітрювання гірських порід спричиняє зростання кількості біогенних речовин, що, у свою чергу, стимулює збільшення кількості живої речовини і підвищує інтенсивність процесів винесення речовин у Світовий океан.

Вимирання відбувається набагато швидше, ніж видоутворення. Наприклад, внаслідок катастрофічного вимирання багатьох видів флори і фауни у палеозої й ранньому мезозої відбувалося надзвичайно швидке нагромадження осадових порід протягом кам'яновугільного і крейдового періодів. Вимирання відбувається набагато швидше, ніж видоутворення. Наприклад, внаслідок катастрофічного вимирання багатьох видів флори і фауни у палеозої й ранньому мезозої відбувалося надзвичайно швидке нагромадження осадових порід протягом кам'яновугільного і крейдового періодів. Вимирання завжди завершувалося появою на планеті нових класів і типів (відділів) тварин і рослин. Ще й досі тривають дискусії учених про причини порушення балансу між біологічним і геологічним кругообігами, однак катастрофічні наслідки цього очевидні.

Вплив господарської діяльності

Забруднення водойм: промисловими стічними водами внаслідок впливу комунально–побутових вод транспортними засобами радіоактивне забруднення

Висновки : Колообіги речовин і потоки енергії в природі є системоутворювальними процесами,оскільки вони пов’язують у єдине ціле компоненти природнього середовища. Сукупність колообігів формує так звані біогеохімічні цикли – незамкнуті і незворкотні потоки енергії і колообіги речовин між основними компонентами природного середовища . Зміна ланок колообігів речовин і потоків енергії процесами господарської діяльності спричиняє зміну геохімічної ситуації в середовищі енергетичного,водного,теплового балансів,призводить до формування геохімічних аномалій,скорочення запасів підземних вод,поживних речовин тощо.