Биогеохимические циклы в биосфере

Биогеохимический круговорот (биогеохимические циклы) — часть биологического круговорота, составленная обменными циклами воды, углерода, азота, кислорода, фосфора, серы и других биогенных элементов.

Цикл углерода. Образующийся в результате процессов жизнедеятельности организмов всех уровней углекислый газ фиксируется зелёными растениями в виде углеводов. Часть этих углеводов используется для построения тканей растений, другая часть в виде «топлива» для функционирования растений посредствам их клеточного дыхания. Консументы первого уровня усваивают ткани растений, частично формируя их в свои клеточные структуры, частично используя как энергетический ресурс для своего функционирования. Аналогичные процессы происходят на остальных трофических уровнях. Отмершие организмы всех уровней, а также выделяемые ими продукты жизнедеятельности представляют собой детрит – мёртвую органическую материю, которая перерабатывается редуцентами в СО₂ и Н₂О. Важная особенность круговорота углерода состоит в том, что в далёкие геологические эпохи значительная часть фотосинтезируемого материала использовалась не консументами и редуцентами, а накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в земле миллионы лет, этот детрит под воздействием высокой температуры и давления превращался в нефть, природный газ и уголь.

Цикл азота. Движение азота представляет собой достаточно сложный и отличительный от круговорота других биогенов процесс, так как включает в себя газообразную и минеральную фазу. Атмосфера содержит 78% азота (N₂). Биогеохимический круговорот азота не менее сложен, чем углерода и кислорода, и охватывает все области биосферы. Поглощение его растениями ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединения его с водородом и кислородом. И это притом, что запасы азота в атмосфере неисчерпаемы (78% от ее объема). Редуценты (деструкторы), а конкретно почвенные бактерии, постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды и загрязняет их.

Цикл серы. Основным резервуаром серы является литосфера, так как из атмосферы и гидросферы она быстро мигрирует. Круговорот серы включает восстановительные и окислительные звенья, а также превращения без изменения валентности:

· восстановительная фаза (переход от сульфатов к сульфидам) реализуется преимущественно биотой с доминирующей ролью прокариот;

· окислительная фаза (переход от сульфидов к сульфатам) протекает как чисто химически, так и с участием микроорганизмов.

Процессы окисления или восстановления не всегда завершаются до конца. В природе нередки не полностью окисленные продукты: элементная сера, сульфиты и др.

Цикл фосфора. Круговорот фосфора проявляется в разрушении горных пород, последующем растворении фосфатов в кислых растворах и постепенном накоплении фосфора в донных отложениях. Цикл фосфора – пример простого осадочного цикла с несовершенной регуляцией, так как газообразных соединений он не образует. В биогеохимический круговорот фосфор включается при выветривании пород.

По пищевым цепям поступает от растений к другим организмам. При каждом переходе возможно окисление или гидролиз соединений фосфора для получения организмом энергии. Продукты окисления и гидролиза (фосфаты) поступают в окружающую среду, после чего могут снова поглощаться растениями. Растения успевают перехватить только часть фосфатов. Оставшаяся часть вымывается и постепенно накапливается во внутренних водоемах, перенасыщая их. Рано или поздно фосфор поступает в воды Мирового океана, используется фитопланктоном и другими организмами. Таким образом, основной поток фосфора направлен из литосферы в гидросферу и далее в донные отложения, а потому в биосфере он часто дефицитен.