Круговорот вещества и энергии в географической оболочке

Одно из основных свойств географической оболочки - круговорот энергии. Основной источник энергии Земли это Солнце, оно даёт 99,8% всего получаемого тепла. Большая часть солнечной энергии отражается уже верхними слоями атмосферы, и только примерно 40% достигает земной поверхности. Солнечные лучи нагревают поверхность суши и Океана, от этого нагревается воздух, образуются облака, на высоте воздух охлаждается, образуются осадки. В результате неравномерного освещения Земли, её поверхность нагревается по-разному, образуются области низкого и высокого атмосферного давления, возникает ветер, происходит перемещение воздушных масс. Под влиянием солнечных лучей возникают тропические циклоны, ураганы, смерчи. Под действием Солнца происходят процессы выветривания, изменяется рельеф планеты. Только при солнечном свете происходит фотосинтез у зелёных растений. Географическая оболочка способна накапливать солнечную энергию (дрова, торф, уголь и т.д.). Другим источником энергии на Земле является её собственная внутренняя энергия, этого тепла поступает примерно в 5 тыс. раз меньше, чем солнечного. Но именно благодаря ему происходит перемещение литосферных плит, медленные колебания земной коры, извержение вулканов, землетрясения.

Ещё одно из основных свойств географической оболочки - круговорот веществ. Круговорот веществ - закономерный процесс многократного участия веществ в явлениях, протекающих в атмосфере, гидросфере, литосфере и др. Вещество, вовлеченное в круговорот, не только перемещается, но и испытывает трансформацию и нередко меняет свое физико-химическое состояние. Особенно активную роль в ускорении и трансформации веществ играют живые организмы. Основные круговороты веществ в биосфере: большой геологический, биологический, круговорот воды, биогеохимические (азота, углерода, кислорода, серы, фосфора и др.), циркуляция вод в океане, атмосферная циркуляция и т. д.

Продуценты (от лат. - производящий, создающий) - автотрофные (фотосинтезирующие) организмы, которые производят сложные органические вещества из простых неорганических соединений. Это в основном зеленые растения, составляющие первый трофический уровень в экосистеме.

Консументы (лат. - потребляю) - организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые фотосинтезирующими видами (продуцентами). К ним относятся все животные, включая человека, часть микроорганизмов, паразитические и насекомоядные растения. Отличают консументы: первичные (первого порядка), питающиеся растительной нищей (травоядные животные), и вторичные (второго, третьего и последующих порядков), питающиеся животной пищей, а также растительноядными организмами, т. е. первичными консументами.

Редуценты (от лат. - восстанавливающий), деструкторы - организмы, разлагающие мертвое органическое вещество и превращающие его в неорганическое вещество, усваиваемое другими организмами. К ним относятся: бактерии, грибы, микроорганизмы; их еще называют организмами-разрушителями.

Эффективность круговоротов в природе колоссальна, так как они обеспечивают многократность одних и тех же процессов и явлений, высокую суммарную эффективность при ограниченном объёме исходного вещества, участвующего в этих процессах. Примеры: большой и малый круговорот воды; циркуляция атмосферы; морские течения; круговороты горных пород; биологические круговороты.

По степени сложности круговороты различны: одни сводятся преимущественно к кругообразным механическим перемещениям, другие сопровождаются сменой агрегатного состояния вещества, третьи сопровождаются химической трансформацией.

Оценивая круговорот по его исходному и конечному звену, видим, что вещество, вступившее в круговорот, испытывает нередко перестройку в промежуточных звеньях. Поэтому представление о круговороте входит в понятие взаимообмена вещества и энергии.

Все круговороты не являются круговоротами в точном смысле слова. Они не вполне замкнуты, и конечная стадия круговорота вовсе не тождественна его начальной стадии.

За счёт поглощения солнечной энергии зелёное растение осуществляет ассимиляцию молекул углекислого газа и воды. В результате такой ассимиляции образуется органическое вещество и одновременно выделяется свободный кислород.

Разрыв между конечной и начальной стадиями круговорота образует вектор направленного изменения, то есть развития.

Основой всех круговоротов в природе является миграция и перераспределение химических элементов. Способность элементов к миграции зависит от их подвижности.

Известен порядок воздушной миграции: водород > кислород > углерод > азот. Он показывает, как быстро атомы элементов могут вступать в химические соединения. Исключительно активен O2, поэтому от него зависит миграция большинства других элементов.

Степень подвижности водных мигрантов не всегда объясняется их собственными свойствами. Существенны и другие причины. Ослабляет миграционную способность элементов поглощение их организмами в ходе биогенной аккумуляции, поглощение почвенными коллоидами, то есть процессы адсорбции (лат. - поглощение) и осаждения. Усиливают миграционную способность процессы минерализации органических соединений, растворение и десорбция (процесс, обратный адсорбции).