Круговорот углерода, азота, фосфора, кислорода, воды в природе

Воздействие человека на Биосферу

Человек воздействует на развитие биосферы не только как биологический вид. Существенное влияние на окружающую среду оказывает и результат его производственной и хозяйственной деятельности.

В процессе своей жизнедеятельности человек постоянно воздействует на биосферу: вырубка лесов, осушение болот, загрязнение мирового океана, отстрел и отлов животных и рыб, постоянное и чрезмерное сжигание топлива и т.д. Это приводит к нарушению равновесия круговоротов веществ в экосистемах. И последствия этих воздействий порой крайне губительны. На уровне отдельно взятой особи данное влияние индивидуально и имеет необратимые последствия. Например, одни группы организмов могут приспособиться и мутировать, а другие – гибнут.

Таким образом, человек стал основной силой, изменяющей процессы в биосфере. И сейчас главная задача человека научиться гармонично взаимодействовать с природой, не нарушая её гармоничное развитие.

Углерод

– основной элемент жизни – содержится в атмосфере в виде диоксида углерода. В океане и пресных водах Земли углерод находится в двух главных формах: в составе органического вещества и в составе взаимосвязанных неорганических частиц: гидрокарбонат-иона НСО 3 – , карбонат иона СО 3 2– и растворенного диоксида углерода СО 2 . Большое количество углерода сосредоточено в виде органических соединений в животных и растениях. Много «неживого» органического вещества имеется в почве. Углерод литосферы содержится также в карбонатных минералах (известняк, доломит, мел, мрамор). Часть углерода входит в состав нефти, каменного угля и природного газа.

Связующим звеном в природном круговороте углерода является диоксид углерода (рис. 1).

Рис. 1. УПРОЩЕННАЯ СХЕМА
глобального цикла углерода. Числа в рамках отражают размеры резервуаров в миллиардах тонн – гигатоннах (Гт). Стрелки показывают потоки, а связанные с ними числа выражены в Гт/год.

Самыми крупными резервуарами углерода являются морские отложения и осадочные породы на суше. Однако бoльшая часть этого вещества не взаимодействует с атмосферой, а подвергается круговороту через твердую часть Земли в геологических временных масштабах. Поэтому эти резервуары играют лишь второстепенную роль в сравнительно быстром цикле углерода, протекающем с участием атмосферы. Следующим по величине резервуаром является морская вода. Но и здесь глубинная часть океанов, где содержится основное количество углерода, не взаимодействует с атмосферой так быстро, как их поверхность. Самыми маленькими резервуарами являются биосфера суши и атмосфера. Именно небольшой размер последнего резервуара делает его чувствительным даже к незначительным изменениям процентного содержания углерода в других (больших) резервуарах, например, при сжигании ископаемых топлив.

Современный глобальный цикл углерода состоит из двух меньших циклов. Первый из них заключается в связывании диоксида углерода в ходе фотосинтеза и новом образовании его в процессе жизнедеятельности растений и животных, а также при разложении органических остатков. Второй цикл обусловлен взаимодействием диоксида углерода атмосферы и природных вод:

СО 2 + Н 2 О Н 2 СО 3

Н 2 СО 3 НСО 3 – + Н +

НСО 3 – СО 3 2– + Н +

СО 3 2– + Са 2+ = СаСО 3 Ї

В последнее столетие в углеродный цикл существенные изменения внесла хозяйственная деятельность человека. Сжигание ископаемого топлива – угля, нефти и газа – привело к увеличению поступления диоксида углерода в атмосферу. Это не очень сильно влияет на распределение масс углерода между оболочками Земли, но может иметь серьезные последствия из-за усиления парникового эффекта.

Значение биологического круговорота для экосистем

Биологический круговорот лежит в основе поддержания жизни и функционирования всех живых систем на планете. Эти круговороты обеспечивают постоянное обновление и циркуляцию критически важных химических элементов, таких как углерод, азот, кислород и фосфор, между организмами и окружающей их средой.

Вот несколько основных аспектов, иллюстрирующих значение биологического круговорота для экосистем:

Поддержание жизнедеятельности: Через процессы, такие как фотосинтез, дыхание и минерализация, биологический круговорот возвращает в экосистему важные для жизни элементы в доступной для организмов форме. Так, растения поглощают углекислый газ и воду для производства органического вещества, которое затем используется животными и микроорганизмами.

Устойчивость экосистем: Биологический круговорот помогает поддерживать баланс экосистемы, предотвращая избыток или недостаток важных элементов, что может приводить к нарушению экологического равновесия и сокращению биоразнообразия

Почвообразование: Микроорганизмы, действуя в качестве редуцентов, разлагают органические вещества до минералов, обогащая почву и способствуя ее плодородию, что важно для роста растений и сельского хозяйства. 4

Рециркуляция питательных веществ: Круговорот веществ предотвращает «истощение» экосистемы, так как питательные вещества, использованные одними организмами, возвращаются в среду и снова становятся доступными для других организмов

Регулирование климата: Например, углеродный круговорот имеет решающее значение для регулирования уровня углекислого газа в атмосфере, который влияет на глобальный климат и парниковый эффект.

Самоочищение водных систем: Круговороты помогают поддерживать качество воды, удаляя отходы и токсины через естественные биохимические процессы.

Какую функцию выполняет круговорот веществ в биосфере?

Единство биосферы поддерживается круговоротом вещества и энергии. Постоянное их взаимодействие поддерживает жизнь на всей планете. Углерод — один из незаменимых элементов живых существ. Круговорот углерода поддерживается за счет деятельности представителей растительного мира.

Углерод вступает в круговорот веществ в биосфере и завершает его в форме углекислого газа. Во время фотосинтеза из атмосферы поглощается диоксид углерода, который превращается фотосинтезирующими организмами в углеводы. Назад возвращается CO₂ в процессе дыхания.

Азот — важный элемент, структурная часть ДНК, АТФ, белков. Он в большей мере представлен молекулярным азотом, и в таком виде не усваивается растениями. Круговороту азота способствуют бактерии и цианобактерии. Они могут переводить молекулы N в соединения, которые доступны для растений. После гибели органика поддается действию сапрогенных бактерий и расщепляется до аммиака. Часть которого подымается в верхние слои атмосферы и вместе с диоксидом углерода удерживает тепло планеты.

Функции живого вещества в биосфере

Остановимся подробнее на функциях живого вещества в биосфере:

Энергетическая функция выражается в улавливании живым веществом энергии, а также передача ее внутри пищевой цепи.Примером этой функции живого вещества в биосфере может служить фотосинтетическая деятельность растений. Результатом является первичная продукция, составляющая 98%, которая потребляется животными.

Осуществление предыдущей функции живого вещества сопровождается трансформацией газов. В процессе деятельности организмов происходит выделение и поглощение кислорода, углекислого газа и некоторых других соединений. Благодаря газовой функции живого вещества сформировался современный состав атмосферы, сильно отличающийся от добиосферного периода.
Концентрационная функция проявляется в извлечении и избирательном накоплении организмами химических элементов окружающей среды. Примером этой функции живого вещества в биосфере могут служить накопления соединений кальция в раковинах моллюсков, минеральных включений в тканях растений, кремнезема в панцирях диатомовых одноклеточных существ.

Раковины моллюсков Источник

В результате трансформации органических веществ произошло накопление залежей полезных ископаемых. К примеру, известняк, торф, каменный уголь представляют собой концентрацию различных соединений в телах отмерших организмов. Доказательством этому служат находки окаменелостей в осадочных породах.

Окаменелости в известняке Источник

Окислительно-восстановительная функция тесно связана с биологическим круговоротом веществ. Многие вещества в природе крайне устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях.Например, молекулярный азот – один из важнейших биогенных элементов. Усваивается он живыми организмами в виде различных соединений. В клетках расщепление соединений происходит очень быстро под влиянием ферментов, и молекулярный азот используется для процессов жизнедеятельности. В природе же образование свободного азота происходит очень медленно.

Если бы живые организмы не могли осуществлять данные процессы, то они ощутили бы нехватку многих элементов.

Одной из важнейших функций является средообразующая. Деятельность живых существ преобразует среду обитания. Живое вещество в биосфере способствовало формированию современного состава атмосферы, благодаря организмам создается почва и поддерживается ее плодородие.

Растительный покров определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности территории. Благодаря трансформации веществ и энергии происходит поддержание на постоянном уровне основных параметров окружающей среды, например, содержание газов в атмосфере.

Деструкционная функция обусловливает процессы разложения организмов после их смерти. Редуценты разрушают отмершее органическое вещество до минеральных соединений. Далее эти вещества вновь включаются в биологический круговорот.

Выполняя все эти функции, живые организмы являются важной составной частью в биологическом круговороте веществ

Круговорот вещества и энергии

Круговорот биогенных элементов, обусловленный синтезом и распадом органических веществ в экосистеме, называют биотическим круговоротом веществ.

Помимо этого в круговороте участвуют различные минеральные элементы, поэтому весь процесс химических превращений в биосфере принято именовать биогеохимическим круговоротом веществ в природе.

Остановимся подробнее на основных типах круговорота наиболее важных веществ в биосфере.

1. Для жизни на планете самым необходимым веществом является вода.Все организмы используют ее для процессов жизнедеятельности. Круговорот воды в природе в большей степени является физическим процессом, однако организмы принимают в нем значительное участие. Познакомимся с круговоротом воды на схеме.

Мировой круговорот воды начинается испарением влаги с поверхности водных объектов под воздействием солнечной энергии. Влага в атмосфере трансформируется в облака, которые переносятся ветром на значительные расстояния. Попадая в местность с низкими температурами, облака охлаждаются, что вызывает выпадение осадков. Влага в виде осадков поглощается почвой или стекает по ее поверхности, возвращаясь в моря и океаны. В круговороте воды следует учитывать и роль организмов. Ведь испарение влаги происходит и с поверхности листьев, а в процессах фотосинтеза принимает участие вода.

Главным участником биотического круговорота является углерод как основа органических веществ. Познакомимся с круговоротом углерода в природе на схеме.

Природным источником углерода является углекислый газ. Именно с него начинается круговорот углерода в биосфере. Он содержится в воздухе, а также в растворенном состоянии в воде. В атмосферу этот газ попадает при выдыхании всеми организмами, при извержении вулканов, сжигании ископаемого топлива и лесов. Осадки разрушают породы, вынося растворенный углерод в океан, где происходит поглощение его морскими организмами. В процессе фотосинтеза углекислота превращается в органические вещества, которые используются животными для питания. Органические останки затем разлагаются редуцентами и углерод остается в почве в виде полезных ископаемых или используется растениями при минеральном питании. По подсчетам ученых, время оборота углерода в круговороте веществ составляет около 10 лет.

Немаловажным элементом считается азот, который входит в структуру всех белков. Рассмотрим схему круговорота азота.

Круговорот азота в природе начинается с атмосферы, где его содержится до 80%. Частично азот поступает в экосистемы в виде оксида азота, образующегося под действием электрических разрядов во время грозы. Основная часть поступает в воду и почву в результате деятельности микроорганизмов – фиксаторов азота. К ним относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Эффективны бактерии, живущие в симбиозе с бобовыми растениями в клубеньках, развивающихся на корнях этих растений.

Азот из разных источников поступает к корням растений в форме нитратов, которые затем используются для минерального питания. Круговорот азота заканчивается деятельностью аммонифицирующих организмов или редуцентов. Они способствуют разложению продуктов жизнедеятельности живых существ и органических останков. В процессе их деятельности образуется аммиак и освобождается свободный азот.

Круговорот фосфора во многом отличается от других элементов, таких как, например, азот. Рассмотрим особенности круговорота фосфора в природе.

Фосфор совершает круговорот в наземных экосистемах в качестве составной части клеток живых организмов.Редуценты минерализуют органические соединения фосфора отмерших организмов в фосфаты, которые затем потребляются корнями растений. Большие запасы фосфора содержатся в горных породах, которые при разрушении отдают наземные фосфаты экосистемам. Часть фосфатов вовлекается в круговорот воды и уносится в воды Мирового океана.

Получается, что круговорот фосфора разомкнут, так как значительная часть континентального стока фосфатов остается в океане. Эта разомкнутость существенно усилена антропогенным вмешательством, поскольку человек нарушил многие естественные пути возврата фосфора в почву, а их замена применением фосфорных удобрений недостаточна.

Все рассмотренные вещества включаются в глобальный круговорот веществ и энергии в биосфере. Основой этого круговорота является энергия Солнца.

Обобщенно важнейшие круговороты веществ и энергии можно представить в виде схемы.

Вода

В биосфере нет более распространенного вещества. Его запасы в основном в солено-горьком виде вод морей и океанов – это около 97%. Остальное пресные воды, ледники и подземные и грунтовые воды.

Круговорот воды в биосфере условно начинается с ее испарения с поверхности водоемов и листьев растений и составляет примерно 500 000 куб. км. Обратно она возвращается в виде осадков, которые попадают либо непосредственно обратно в водоемы, либо, пройдя через почву и подземные воды.

Роль воды в биосфере и истории ее эволюции такова, что вся жизнь с момента своего появления, была полностью зависима от воды. В биосфере вода многократно через живые организмы прошла циклы разложения и рождения.

Кругооборот воды имеет под собой в большей степени физический процесс

Однако, животный и, особенно, растительный мир принимает в этом немаловажное участие. Испарения воды с поверхностных участков листьев деревьев таков, что, например, гектар леса испаряет в сутки до 50 тонн воды. Если испарение воды с поверхностей водоемов естественно для ее кругооборота, то для континентов с их лесными зонами, такой процесс – единственный и главный способ его сохранения

Здесь кругооборот идет как бы в замкнутом цикле. Осадки образуются из испарений с поверхностей почвы и растений

Если испарение воды с поверхностей водоемов естественно для ее кругооборота, то для континентов с их лесными зонами, такой процесс – единственный и главный способ его сохранения. Здесь кругооборот идет как бы в замкнутом цикле. Осадки образуются из испарений с поверхностей почвы и растений.

В процессе фотосинтеза растения используют водород, содержащийся в молекуле воды, для создания нового органического соединения и выделения кислорода. И, наоборот, в процессе дыхания, живые организмы, происходит процесс окисления и вода образуется снова.

Описывая кругооборот различный видов химических веществ, мы сталкиваемся с более активным влиянием человека на эти процессы. В настоящее время природа, за счет многомиллиардной истории своего выживания, справляется с регулированием и восстановлением нарушенных балансов. Но первые симптомы «болезни» уже есть. И это «парниковый эффект». Когда две энергии: солнечная и отраженная Землей, не защищают живые организмы, а, наоборот, усиливают одна другую. В результате чего повышается температура окружающей среды. Какие последствия такого повышения могут быть, кроме ускоренного таяния ледников, испарения воды с поверхностей океана, суши и растений?

Круговорот азота

Свободный молекулярный азот составляет сегодня большую часть атмосферного воздуха (около $78$%). Из-за своих химических свойств он без помощи катализаторов практически не взаимодействует с другими веществами. Из атмосферы часть азота в составе оксидов и аммиака, образованных под воздействием космического излучения и грозовых разрядов, попадает в воду и почву. Но основная масса азота попадает в почву и воду благодаря деятельности азотофиксирующих бактерий.

Определение 1

Азот, находящийся в составе химических соединений, которые могут быть использованы живыми организмами, называется фиксированным.

Фиксированный азот усваивается из почвы растениями непосредственно или благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями. Азот входит в состав аминокислот и, соответственно, — белков. В ходе обмена веществ азотосодержащие соединения распадаются до аммиака, мочевины, мочевой кислоты, которые выделяются в окружающую среду. Некоторые редуценты разлагают эти соединения до образования молекулярного азота, попадающего в атмосферу, другие – образуют оксиды азота, усваиваемых растениями. И цикл круговорота азота в биосфере начинается снова.

Круговорот элемента в природе

В результате постоянного круговорота веществ происходит непрерывный процесс миграции различных элементов. Например, из окружающей среды животные и растения потребляют необходимые для своей жизнедеятельности элементы, которые потом при разложении этих организмов возвращаются обратно.

Дыхательный обмен

Для жизнедеятельности живых организмов необходимо дыхание, которое осуществляется благодаря биогеохимическому циклу кислорода, углерода и других веществ.

Данный цикл наиболее совершенен, имеет высокую способность к быстрой саморегуляции и большие запасы в атмосфере. Например, кислород участвующий в дыхательном обмене, полностью оборачивается через организмы за 2 тысячи лет, а скорость оборота СО₂ составляет порядка 300 лет.

Основными поставщиками кислорода и резервуарами биологически связанного CO2 являются зеленые насаждения и леса.

Деятельность микроорганизмов

Деятельность микроорганизмов выполняет первостепенную роль в круговороте веществ. Особенно явно она проявляется в биохимических процессах круговорота:

образование (синтез) органических веществ из минеральных;
расщепление органических соединений до минеральных.

Из этого можно сделать вывод о незаменимости и высокой важности микроорганизмов в круговороте веществ в биосфере

Углерод в воде и на суше

В основном на нашей планете углерод находится в виде соединения СО₂, которое содержится как в воде, так и на суше.

Биогенный круговорот углерода в воздухе и воде схожи, но имеют некоторые отличия.

Первым этапом углеродного цикла в атмосфере является его поглощение живыми организмами. Дальнейшую роль в круговороте данного вещества играет фотосинтез, в результате которого в растениях происходит разделение CO2. Частично он переходит в воздух. Остальная часть накапливается в растениях, после отмирания которых, попадает в грунт. Ещё один цикл круговорота может происходить, когда растительный организм попадает на большую глубину почвы, там он после разложения превращается в полезное ископаемое на основе углерода (уголь).

В водной среде круговорот происходит за счет циркуляции растворенного в воде углерода между воздухом и водой. А также за счет распада живых организмов, которые преобразуются после смерти в известняк, отдавая углерод в воду.

Роль людей

Человек играет важную роль в круговороте веществ в биосфере. Можно сказать, что она отрицательна. В результате своей деятельности человек постоянно нарушает естественный цикл.

Вырубка лесов уменьшает объемы производимого кислорода и снижает уровень потребления углерода. Постоянное сжигание различных видов топлива (уголь, нефть, газ и т.д.) приводит к увеличению выброса CO2 в воздух. Получается человек увеличивает количество углерода в атмосфере и уничтожает места, где он мог бы переработаться в кислород, что приводит к дефициту последнего.

Также люди своими производственными процессами нарушают такие циклы, как: круговорот азота, серы, свинца, ртути и т.д.

Типы биогеохимических циклов

Биогеохимические циклы в основном делятся на два типа:

Газовые циклы — включают циклы углерода, кислорода, азота и воды
Осадочные циклы — включают циклы серы, фосфора, горных пород и т. д.

Давайте кратко рассмотрим каждый из этих биогеохимических циклов:

Круговорот воды

Схема круговорота воды в природе

Вода из разных водоемов испаряется, охлаждается, конденсируется и снова падает на землю в виде дождя.

Этот биогеохимический цикл отвечает за поддержание погодных условий. Вода в различных формах взаимодействует с окружающей средой и изменяет температуру и давление атмосферы.

Есть еще один процесс, называемый эвапотранспирацией (т. е. пар, производимый листьями), который помогает круговороту воды. Это испарение воды из листьев, почвы и водоемов в атмосферу, которая снова конденсируется и выпадает в виде осадков.

Углеродный цикл

Схема круговорота углерода показывает количество углерода в атмосфере, гидросфере и геосфере Земли, а также годовой перенос углерода между ними. Все величины в гигатоннах (миллиардах тонн). В результате сжигания ископаемого топлива, человечество ежегодно добавляет 5,5 гигатонн углерода в атмосферу. Изображение: Wikimedia Commons

Это один из биогеохимических циклов, в котором углерод обменивается между биосферой, геосферой, гидросферой, атмосферой и педосферой.

Все зеленые растения используют углекислый газ и солнечный свет для фотосинтеза. Таким образом, углерод накапливается в растении. Умершие растения разлагаются и выделяют углекислый газ обратно в атмосферу.

Кроме того, животные, потребляющие растения в пищу, получают хранящийся в них углерод. Этот углерод возвращается в атмосферу после смерти животных. Углерод также возвращается в окружающую среду через клеточное дыхание животных.

Огромное количество углерода запасено в ископаемом топливе (уголь, нефть и т. п.) Когда заводы и фабрики используют это топливо в своей деятельность, при его сгорании углекислый газ попадает в атмосферу.

Азотный цикл

Схема круговорота азота в природе. Изображение: Translated by Stefan Parviainen, based on image by Johann Dréo (User:Nojhan) / Wikimedia Commons

Это биогеохимический цикл азота, в ходе которого азот преобразуется в несколько форм и циркулирует в атмосфере и различных экосистемах, таких как наземные и морские экосистемы.

Азот — важный элемент жизни. Азот из атмосферы фиксируется азотфиксирующими бактериями, присутствующими в корневых клубеньках бобовых, и поступает в почву и растения.

Бактерии, присутствующие в корнях растений, превращают этот газообразный азот в полезное соединение, называемое аммиаком. Аммиак также поступает в растения в виде удобрений. Этот аммиак превращается в нитриты и нитраты. Денитрифицирующие бактерии превращают нитраты в азот и возвращают его в атмосферу.

Кислородный цикл

Схема круговорота кислорода. Изображение: Eme Chicano / Wikimedia Commons

Биогеохимический цикл кислорода проходит через атмосферу, литосферу и биосферу. Кислород — это распространенный элемент на Земле. До 21% атмосферы состоит из кислорода.

Кислород выделяется растениями во время фотосинтеза. Люди и другие животные вдыхают кислород, выдыхают углекислый газ, который снова поглощается растениями. Они используют этот углекислый газ в фотосинтезе для производства кислорода, и цикл продолжается.

Цикл фосфора

Схема цикла фосфора. Изображение: Bonniemf / Wikimedia Commons

В этом биогеохимическом цикле фосфор перемещается через гидросферу, литосферу и биосферу. Фосфор выветривается из горных пород. Из-за дождей и эрозии фосфор попадает в почву и водоемы. Растения и животные получают этот фосфор из почвы и воды. Микроорганизмам также необходим фосфор для своего роста. Когда растения и животные умирают, они разлагаются, а накопленный фосфор возвращается в почву и водоемы, которые снова потребляются растениями и животными, и цикл продолжается.

Цикл серы

Схема цикла серы. Изображение: Pashute / Wikimedia Commons

Этот биогеохимический цикл проходит через горные породы, водоемы и живые системы. Сера выбрасывается в атмосферу в результате выветривания горных пород и превращается в сульфаты. Эти сульфаты поглощаются микроорганизмами и растениями и превращаются в органические формы. Органическая сера потребляется животными с пищей. Когда животные умирают и разлагаются, сера возвращается в почву, которую снова используют растения и микробы, и цикл продолжается.

Мне нравится3Не нравится

Закономерности фотосинтеза

Несмотря на важность процесса фотосинтеза, долгое время он оставался неизученным. Лишь в начале XX века английский ученый Фредерик Блэкман поставил несколько экспериментов, при помощи которых удалось установить этот процесс. Ученый выявил и некоторые закономерности фотосинтеза: оказалось, что он запускается при слабом освещении, постепенно усиливаясь с потоками света

Однако это происходит только до определенного уровня, после которого усиление света уже не ускоряет фотосинтез. Блэкман также установил, что постепенное повышение температуры при усилении освещения способствует фотосинтезу. Повышение температуры при слабом освещении не ускоряет этот процесс, как и усиление освещения при низкой температуре

Ученый выявил и некоторые закономерности фотосинтеза: оказалось, что он запускается при слабом освещении, постепенно усиливаясь с потоками света. Однако это происходит только до определенного уровня, после которого усиление света уже не ускоряет фотосинтез. Блэкман также установил, что постепенное повышение температуры при усилении освещения способствует фотосинтезу. Повышение температуры при слабом освещении не ускоряет этот процесс, как и усиление освещения при низкой температуре.

Круговорот веществ

В зависимости от расположения веществ в природе выделяют два типа круговорота:

газовый – происходит в гидросфере и атмосфере (кислород, азот, углерод);
осадочный – происходит в земной коре (кальций, железо, фосфор).

Круговорот веществ и энергии в биосфере на примере нескольких элементов описан в таблице.

Вещество	Цикл	Значение
Вода	Большой круговорот. Испаряется с поверхности океана или суши, задерживается в атмосфере, выпадает в виде осадков, возвращаясь в водоёмы и на поверхность Земли	Формирует природные и климатические условия планеты
Углерод	На суше – малый круговорот веществ. Получают продуценты, передают редуцентам и консументам. Возвращается в виде углекислого газа. В океане – большой круговорот. Задерживается в виде осадочных пород	Является основой всех органических веществ
Азот	Азотфиксирующие бактерии, находящиеся в корнях бобовых растений, связывают свободный азот из атмосферы и закрепляют в растениях в виде растительного белка, который передаётся дальше по пищевой цепочке. Детрифицирующие бактерии, которые участвуют в процессах детрификации – разложения мочевины и других продуктов жизнедеятельности.	Входит в состав белков и азотистых оснований
Кислород	Малый круговорот – поступает в атмосферу в процессе фотосинтеза, потребляется аэробными организмами. Большой круговорот – образуется из воды и озона под действием ультрафиолета	Участвует в процессах окисления, дыхания
Сера	Находится в атмосфере и почве. Усваивают бактерии и растения. Часть оседает на морском дне	Необходима для построения аминокислот
Фосфор	Большой и малый круговороты. Содержится в горных породах, потребляется растениями из почвы и передаётся по цепи питания. После разложения организмов возвращается в почву. В водоёме усваивается фитопланктоном и передаётся рыбам. После отмирания рыб часть остаётся в скелете и оседает на дно	Входит в состав белков, нуклеиновых кислот

Прекращение круговорота веществ в природе означает нарушение хода жизни. Чтобы жизнь продолжалась, необходимо, чтобы энергия проходила цикл за циклом.

Что мы узнали?

Из урока узнали о сущности большого и малого круговорота веществ в биосфере, взаимодействии неживой природы с живыми организмами, а также рассмотрели круговорот воды, углерода, азота, кислорода, серы и фосфора.

/10

Вопрос 1 из 10

Что такое круговорот веществ?
- Превращение одного вещества в другое
- Участие одних и тех же веществ в процессах литосферы, гидросферы, атмосферы
- Потребление энергии живыми существами
- Процесс фотосинтеза

Структура природного цикла

Вся жизнь на планете подчиняется законам одного глобального круговорота, который можно разделить на две основные составляющие. Они отличаются структурами и характером протекающих в них процессах. Различают такие основные циклы:

Большой либо геологический
Малый либо биологический

Геологический

Этот вид еще зовется круговоротом воды в природе, где жидкость постоянно циркулирует между сушей и океаном.Это — сложный геологический процесс и основными его элементами являются:

Испарение влаги;
Ее передвижение с воздушными потоками в состоянии пара;
Формирование облаков;
Осадки;
Подземный и поверхностный сток воды в Мировой океан.

Все звенья круговорота имеют однотипный характер, за исключением осадков. Выпадая, они распределяются по трем категориям:

По поверхности земной коры. Сток наполняет материковые водоемы, чьи воды стекаются в океаны. Эта вода содержит в себе растворенные химические элементы, частички почвы и гумуса.

Оседает в верхних слоях земной коры. Вода впитывается и сохраняется на некоторое время в почвах для питания растений. Спустя время, переработанная в процессе фотосинтеза, она переходит в атмосферу в парообразном состоянии.
Проникает в более глубокие слои коры и образует подземные воды. Попадая в глубины Земли и заполняя ее трещины, вода вымывает растворенные минеральные вещества и доставляет их в океан.

Рис. 3. Круговорот водорода в природеМатерики на данный момент находятся значительно выше уровня моря, потому рано или поздно вся влага с территории суши попадает в его воды. При этом, в литосфере Земли происходит преображение и вынос веществ, которые, оседая в океане, наполняют его осадочными породами.Совершая полный цикл, вода проделывает определенную работу по пути:

Разрушает твердые породы;
Растворяет минеральные вещества;
Доставляет видоизмененные частички в океан.

Кора Земли пребывает в постоянном движении. Одни участки материковых плит, опускаясь, заливаются водами океанов. Другие — поднимаются, и те вещества, что образовались и накопились в водоемах за долгие годы, оказываются на поверхности. Есть предположение, что через сотни тысяч лет кора двинется в обратном направлении. Это будет свидетельством того, что большой геологический цикл завершен и начался новый.

Малый

Он представляет собой обмен полезными веществами в пределах всей биосферы Земли с компонентами веществ из литосферы, атмосферы и гидросферы.Этот цикл вмещает в себя такие составляющие:

Продуценты
Консументы
Запас энергии и полезных веществ
Редуценты

Продуценты преобразуют простые неорганические вещества в сложные органические соединения. Консументы модифицируют более сложные вещества. Редуценты выделяют химические элементы, которые образуют сложную органику и освобожденные ею вещества опять включаются в оборот.
Рис. 4. Круговорот углерода в природеБиологический круговорот — это циркуляция химических элементов и полезных веществ между живыми организмами и неживой природой. Весь процесс можно разделить на такие составляющие:

Все организмы вбирают в себя атомы биогенных веществ из гидросферы, литосферы и атмосферы;
В телах организмов проходят химические реакции с участием этих веществ;
После переработки микроэлементы выделяются в виде продуктов распада в окружающую среду;
Окружающий мир и все живые организмы планеты, черпая из него питательные вещества и выделяя их обратно в виде продуктов жизнедеятельности, создают общую экосистему.

На устойчивость экосистемы влияет и круговорот нисходящего и восходящего потоков, где:

Восходящий поток образуется, благодаря взаимодействию окружающей среды с растениями. На этом этапе создается первичный продукт.
Нисходящий поток генерируется всеми уровнями экосистемы, которые преобразуют синтезированную продукцию в неорганические вещества.

Таким образом, каждая живая субстанция поддерживает жизнь на Земле, создавая круговорот.
Рис. 5. Круговорот веществ в природе