•  
Нравится
Google+

Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере

Глобальный биотический круговорот веществ осуществляется при участии всех организмов, населяющих биосферу. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни, при ограниченном запасе элементов в природе.

Важная роль в глобальном круговороте веществ принадлежит циркуляции воды. Вода испаряется с поверхности водоемов и воздушными течениями переносится на большие расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, размывает верхний слой почвы и возвращается вместе с растворенными и взвешенными в ней веществами в реки, моря и океаны. Круговорот воды является необходимым условием существования жизни на Земле. Растения извлекают воду из почвы и испаряют ее в атмосферу; часть воды в процессе фотосинтеза расщепляется на водород и кислород. Водород используется для синтеза органических соединений, а кислород выделяется в атмосферу. Животные потребляют воду для поддержания осмотического давления и выделяют ее с продуктами диссимиляции.

Около 40 химических элементов вовлекается живыми организмами в активный круговорот. Наибольшее значение имеет круговорот углерода, азота, кислорода, водорода, железа, фосфора, серы, калия, кальция, магния и кремния.

Круговорот углерода начинается с фиксации атмосферного диоксида углерода зелеными растениями в процессе фотосинтеза. Часть образовавшихся при этом углеводов используется самими растениями для получения энергии, а часть потребляется животными. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод их тканей окисляется и в виде диоксида поступает в атмосферу. Диоксид углерода выделяется также в процессе дыхания животных и растений. При разложении мертвых организмов без доступа кислорода образуются торф, каменный уголь, нефть. Человек использует их для получения энергии; диоксид углерода при этом возвращается в атмосферу. Таким образом круг замыкается и начинается новый цикл включения углерода в органические соединения.

Основные запасы азота содержатся в атмосфере. Однако высшие растения могут использовать его только в виде химических соединений. Связывание атмосферного азота производят азотфиксирующие бактерии. Связанный азот усваивается зелеными растениями и идет на построение белков, которые затем употребляются в пищу животными и человеком. В процессе жизнедеятельности белковые молекулы расщепляются до конечных продуктов – аммиака и мочевины, выделяющихся во внешнюю среду. При гниении погибших животных и растений также образуется аммиак. Аммиак может переводиться бактериями в усвояемые растениями формы или в свободный азот, поступающий в атмосферу.

Практически весь кислород атмосферы имеет биогенное происхождение. Пополнение его содержания в атмосфере происходит благодаря процессу разложения воды при фотосинтезе. Свободный кислород при дыхании используется аэробными организмами для окисления органических соединений. Одним из конечных продуктов окисления является диоксид углерода, поступающий в атмосферу.

Показателями величины биотического круговорота служат темпы оборота диоксида углерода, кислорода и воды. Весь кислород атмосферы проходит через организмы за 2000 лет, диоксид углерода – за 300 лет, вода полностью разлагается и восстанавливается в биотическом круговороте примерно за 2 млн лет.

Одновременно с круговоротом веществ в биосфере идет и превращение энергии. Биосфера в целом является открытой системой, постоянно принимающей солнечную энергию. В процессе фотосинтеза солнечная энергия превращается в химическую. В живом веществе Земли связано 4,19×1018 Дж энергии; при этом ежегодно вырабатывается и расходуется 4,19×1017 Дж. Энергия используется растениями на процессы жизнедеятельности, а часть ее переходит к растительноядным организмам. Последние расходуют энергию на процессы жизнедеятельности, а частично она поступает к плотоядным животным и т. д. Таким образом, энергия запасается в тканях растений и животных в виде органических соединений, потребляемых другими животными и человеком. Часть энергии консервируется в нефти, угле, сланцах, торфе.

Наряду с накоплением энергии в живых организмах происходит почти равное ему по масштабам выделение энергии при разрушении органических веществ в процессе дыхания, брожения и гниения. Так в биосфере поддерживается баланс энергии. Во время этих превращений происходят затраты энергии на процессы жизнедеятельности организмов. Потери энергии постоянно восполняются за счет световой энергии Солнца.



Опубликовал(а) Денис Колесниченко | Последнее обновление 4 декабря 2011 г. | В раздел Биология - 2246 просмотров #Круговорот веществ #превращение энергии в биосфере