Що являє собою біотичний кругообіг? В якості замкнутої системи він успішно функціонує протягом кількох мільярдів років. Спробуємо розібратися в тому, що являє собою біотичний кругообіг.

Особливості

Мертві рослини, рештки організмів переробляють комахи, гриби, бактерії, найпростіші. Тварини і рослини поступово перетворюються в елементарні органічні і мінеральні сполуки. Біотичний кругообіг передбачає надходження цих речовин у ґрунт, подальше споживання їх рослинами. Для процесу характерна замкнутість, безперервність, розпад, розкладання кінцевих сполук. Це безперервний коло, що регулює життя на планеті.

Значимість

Біотичний кругообіг вуглецю в наземних екосистемах розглянемо на прикладі фосфору. Достатня кількість цього елемента знаходиться у гумусових горизонтах непорушених ґрунтів, а також в лісовій підстилці. Завдяки кругообігу вдається накопичувати порядку 106-107 тонн фосфору в біосфері. У фитомассе природних лучних степів знаходиться близько 30 кг/га цього елемента, чого цілком достатньо для ссавців.

Обмін енергії

Біотичний кругообіг передбачає енергетичний обмін. Суть його зводиться до того, що у ланцюгу харчових (трофічних) перетворень не зникає енергія, а спостерігається її перетворення з одного виду в інший. Сонячна енергія трансформується в рамках подібного процесу на кожному його рівні. Безпосереднє споживання енергії Сонця характерно тільки для зелених рослин в рамках фотосинтезу. Ними створюється органічне з'єднання (глюкоза) з вуглекислого газу і води, здійснюється акумулювання енергії. Листя рослин включаються в подібний хімічний процес тільки при наявності сонячного світла і хлорофілу.

Особливості процесу

В деякі періоди існування людства порушувався біотичний кругообіг речовин. Здійснювався висновок тільки надлишків, які відкладалися в якості газу, кам'яного вугілля, нафти, вапняків, інших мінералів органічного виду.


В ході спалювання нафти або кам'яного вугілля в печах (моторах) вивільняється і використовується енергія, яка накопичувалася біосферою протягом мільйонів років. В минулому такі надлишки не засмічували біосферу, не спостерігалося їх негативного впливу на біотичний кругообіг. Сьогодні все інакше.

Специфіка

Для успішного здійснення кругообігу важливо різноманітність тварин. Один вид не зможе розщепити в биогеоценозе до кінцевих продуктів органічні речовини рослин. Він розщеплює тільки частина їх, а також деякі органічні сполуки, що знаходяться в них. Подібним чином формуються мережі і ланцюга живлення. В біоценозі атмосфера має важливе значення. Вона сприяє підтримці біологічного кругообігу енергії і речовин, а також забезпечення водного балансу. Забруднювач може розкладатися до форм, які можуть залучатися в наступні етапи кругообігу і засвоюватися живими організмами. Базується цикл на розкладанні і поглинання забруднювачів мікроорганізмами, залежить від активності та кількісного показника хімічних елементів, які беруть безпосередню участь у кругообігу.
Екосистемою називають суму неорганічних і органічних компонентів, всередині якої відбувається біотичний кругообіг речовин.

Схема процесу

Рослини, отримуючи постійний потік енергії Сонця, формують з неорганічної матерії первинну продукцію. В інших ланках кругообігу спостерігається зміна і втрата енергії. Продуценти, консументы, редуценты в екосистемі споживають жива речовина первісної продукції. Тваринами споживається для подібного процесу у багато разів більше живої речовини нижчого рівня, знижуючи і сумарні енергетичні запаси. Забезпечується кругообіг завдяки взаємодії трьох груп. Першу групу складають продуценти. До них належать зелені рослини, які беруть активну участь у фотосинтезі. Такими речовинами є і бактерії, які здатні до хемосинтезу. Саме вони формують первинне органічна речовина. Друга група — консументы першого порядку. Вони є споживачами органічної речовини. До них належать: хижаки, а також найпростіші. Тварини, яких зараховують до хижаків, близько 250 різних видів. Третя група — деструктори (редуценты), які розкладають мертву органіку до мінеральних речовин. До них зараховують гриби, бактерії, а також найпростіші. Акумулювання енергії Сонця здійснюється на висхідної гілки кругообігу завдяки фотосинтезу. Рослини на даному етапі синтезують з азоту, води, вуглекислого газу органічні речовини.

Витрачання енергії

Що ще розглядає біологія? Дихання рослин в ній займає важливе місце, так як при цьому процесі відбувається окислення майже половини органічної речовини до вуглекислого газу, повернення його в атмосферу. Другий за масштабністю варіант витрачання органічного з'єднання і накопиченої енергії — вживання консументами першого порядку рослин. Енергія, яка запасається фітофагами з їжею, витрачається на життєдіяльність, дихання, розмноження. Вона виділяється з екскрементами. Рослиноїдні тварини — це їжа для м'ясоїдних (консументов вищого трофічного рівня). Вони, у свою чергу, витрачають енергію, накопичену з їжею, аналогічно растительноядным тваринам.

Взаємозв'язок елементів

Окрему ланку екосистеми в навколишнє середовище постачає органічні залишки. Вони і служать джерелом енергії і їжі для тварин-сапрофагов (грибів, бактерій). Завершальним етапом перетворення вуглеводів є процес гуміфікації, подальше окислення гумусу до вуглекислого газу, мінералізація зольних фрагментів. Вони потім знову потрапляють в атмосферу і ґрунт, будучи їжею для рослин. Біотичний кругообіг є безперервним процесом створення і руйнування органічних сполук. Реалізується він за допомогою всіх трьох груп організмів. Неможливе життя без продуцентів, так як саме вони є основою життя. Тільки у них є здатність створювати первинне органічна речовина, без якого не буде протікати подальший кругообіг.

Завдяки споживанню консументов різних порядків первинної і вторинної продукції, переведення з одного виду в інший, на Землі можливе різноманіття форм. Редуценты, які розкладають органіку, повертають його до першого етапу кругообігу. Масштабні цикли міграції хімічних компонентів пов'язують зовнішні оболонки планети в одне ціле, вони пояснюють безперервність еволюції. В якості рушійної сили біотичного кругообігу виступає енергія Сонця. Основним процесом, що сприяє отриманню органічної речовини, є фотосинтез. Він можливий тільки при застосуванні зеленими рослинами сонячної енергії. Листя рослин (автотрофов), які синтезують глюкозу, «консервують» сонячну енергію в органічне з'єднання. Потрапляючи в біосферу з космосу, енергія накопичується і в рослинах, і в гірських породах, і в грунті. Сонце забезпечує кругообіг хімічних елементів, дозволяє утворювати почергово неорганічні або органічні речовини.

Що важливо знати

У біотичному кругообігу крім вуглецю, кисню, водню, також беруть участь і інші біологічно важливі елементи: кальцій, азот, фосфор, кремній, калій, натрій, сірка. Неможливий даний процес і без мікроелементів: йоду, цинку, брому, молібдену, срібла, нікелю, свинцю, магнію. У списку елементів, які поглинаються живою речовиною, присутні навіть отрути - миш'як, селен, ртуть, а також радіоактивні компоненти (радій, уран).

Швидкість кругообігу

Енергообмін має циклічний характер. Оновлення живої речовини біосфери здійснюється приблизно через 8 років. Набагато швидше процес протікає в океані (через 33 дні). В атмосфері заміна кисню відбувається за дві тисячі років, а оксиду вуглецю — за 6 років. Повна заміна води в гідросфері відбувається за 2800 років.
Хімічні сполуки, які доступні для компонентів біосфери, обмежені. З-за їх вичерпності гальмується розвиток деяких груп організмів в океані і на суші.

Варіанти кругообігу

Тільки завдяки кругообігу енергії і речовин підтримується стійкий стан біосфери. Виділяють два варіанти - геологічний (великий) і біогеохімічний (малий). Розглянемо перший варіант кругообігу. Магматичні гірські породи під дією біологічних, хімічних, фізичних факторів перетворюються в осадові породи, зокрема, у глину і пісок. Вони можуть виникати також при синтезі біогенних мінералів (відмерлих мікроорганізмів) з вод морів і океанів. Водянисті пухкі опади поступово накопичуються на дні водойми, тверднуть, формують щільні гірські породи. Потім йде їх перетворення, спостерігаються процеси метаморфізму. Під дією порцій ендогенної енергії шари переплавляються, формуючи магму. При піднятті на поверхню Землі під дією вивітрювання, переносу вони знову трансформуються в осадові породи. Великий кругообіг характеризується взаємодією екзогенної (сонячної) енергії з ендогенною (глибинної) енергією Землі. Завдяки такому процесу перерозподіляється речовина між глибокими горизонтами та біосферою планети. До нього відноситься і рух води між літосферою, атмосферою, гідросферою, аккумулируемое сонячною енергією. Спочатку вода випаровується з поверхні океану (моря, озера, річки), далі у вигляді опадів повертається на землю. Компенсують такі процеси річкові стоки. Рослинність відіграє важливу роль у кругообігу води. Малий кругообіг характерний лише для біосфери. Створюються кругообіги в масштабах планети з багаторазових циклічних рухів атомів, а також тих переміщень, що викликані вулканізмом, рухом морського дна, енергією вітру, підземними стоками.

Підведемо підсумки

В біосфері речовини циркулюють, формуючи біогеохімічні кругообіги. Для них у великих кількостях потрібні наступні елементи: кисень, азот, вуглець, водень. Циркуляція їх можлива завдяки саморегулюючим процесам, в яких активними учасниками стають інші компоненти екосистем. На всіх етапах розвитку біосфери діє закон глобального замикання кругообігу. Основою такого процесу є сонячна енергія, а також хлорофіл зелених рослин. Для повного розкладання органічної речовини, яка створюється зеленими рослинами, необхідно стільки ж кисню, скільки і виділяється в ході фотосинтезу. Завдяки захоронення органіки в торфі, вугіллі, осадових породах в атмосфері поддерживаетсяобменный фонд кисню. В результаті збільшення кількості транспорту, промислових підприємств порушується кругообіг кисню в природі. Це негативно відбивається на життєздатності біосистеми, призводить до мутацій і повного вимирання деяких видів живих рослин і тварин.