Взаимосвязь эволюции земной коры, гидросферы, атмосферы и биосферы, геохимические признаки эволюции

Главная функция биосферы заключается в осуществле­нии круговорота химических элементов. Глобальный био­тический круговорот совершается при участии всех населя­ющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живы­ми организмами. Благодаря биотическому круговороту воз­можно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов.

В круговороте веществ, как в многократном участии ве­ществ в процессах, протекающих в атмосфере, литосфере, гидросфере, различают малый круг биотического обмена (био-геоценотический) и большой (биосферный).

Большой круг биотического обмена — это безостановоч­ный планетарный процесс циклического, неравномерного во времени и пространстве перераспределения вещества, энер­гии и информации, многократно входящих в непрерывно обновляющиеся экологические системы биосферы. Большой круг биотического обмена наиболее ярко проявляется в кру­говороте воды и циркуляции атмосферы.

Малый биотический круговорот происходит на основе большого и заключается в циркуляции веществ между рас­тениями, животными и микроорганизмами.

Оба круговорота взаимосвязаны и представляют собой как бы единый процесс. Втягивая в свои многочисленные орби­ты косную среду, биотический круговорот веществ обеспе­чивает воспроизводство живого вещества и оказывает ак­тивное влияние на облик биосферы.

В основе круговорота веществ лежит наличие в биосфере двух основных типов питания: аутотрофного и гетеротроф­ного.

Аутотрофы извлекают необходимые для жизни химиче­ские вещества из окружающей среды и при помощи солнеч­ной энергии включают их в органическое вещество.

Гетеротрофы разлагают органическое вещество до угле­кислого газа, воды и минеральных солей и возвращают их в окружающую среду. Этим обеспечивается круговорот ве­ществ, который возник в процессе эволюции как необходи­мое условие существования жизни. При этом световая энер­гия солнца трансформируется живыми организмами в дру­гие формы энергии — химическую, механическую, тепло­вую. Определенная часть солнечной энергии рассеивается в виде тепла.

Деятельность и взаимоотношения всех живых существ в природе основываются на односторонне направленном пото­ке энергии и круговороте веществ.

Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии солнца создают органические вещества, ко­торые другими живыми существами (гетеротрофами — по­требителями и деструкторами) разрушаются с тем, чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы для новых органических синтезов.

Важная роль в глобальном круговороте веществ принад­лежит воде, ее циркуляции между океаном, атмосферой и верхним слоем литосферы. Вода испаряется и воздушными течениями переносится на огромные расстояния. Выпадая на поверхности суши в виде осадков, она способствует раз­рушению горных пород, делая их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соеди­нениями и взвешенными органическими частицами в океа­ны и моря. Подсчитано, что с поверхности Земли за минуту испаряется около 1 млрд тонн воды. На образование 1 г водяного пара затрачивается 2,248 кДж энергии, которая возвращается в атмосферу. Циркуляция воды между океа­ном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддер­жании биотического круговорота и жизни на Земле, а также является важнейшим условием взаимодействия расте­ний и животных с неживой природой. Благодаря этому про­цессу происходит постепенное разрушение литосферы, пе­ренос компонентов в глубины Мирового океана.

Энергия биотического круговорота невелика по сравне­нию с энергией, расходуемой в абиотических биогеохими­ческих процессах. Благодаря ей осуществляется значитель­ный объем работы по перемещению химических элемен­тов.

Примерами биотического круговорота могут служить круговорот углерода и азота в биосфере.

Круговорот азота также охватывает все области биосфе­ры. Хотя его запасы в атмосфере практически неисчерпае­мы, высшие растения могут использовать азот только после его соединения с водородом или кислородом. Важнейшую роль при этом играют азотфиксирующие бактерии.

Азот вов­лекается в биогенный круговорот двумя путями:

1) путем растворения разных оксидов азота в дождевой воде и по­ступления его таким образом в почвы, воду и океан;

2) пу­тем биологической фиксации азота клубеньковыми бакте­риями, свободными азотфиксирующими микроорганизмами.

Азот в живых организмах занимает очень важное место, он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Молекуляр­ный азот атмосферы могут усваивать лишь некоторые мик­роорганизмы и сине-зеленые водоросли, переводя его в азо­тистые соединения. Азотфиксация является важнейшим биологическим процессом, играющим важную роль в круговороте азота в природе и обогащающим почву и водоемы связанным азотом.

Остатки организмов на поверхности Земли и погребен­ные в толще пород подвергаются разрушению при участии многочисленных микроорганизмов. В этих процессах орга­нический азот подвергается многочисленным превращени­ям. В результате процесса денитрификации при участии бактерий вновь образуется элементарный азот, возвращающийся непосредственно в атмосферу.

При разложении белков образуются также аммиак и его производные, попадающие в воздух и воду океана. В биосфере в результатенитрификации (окисления аммиака и других азотсодержащих органических соединений при участии бактерий) образуются различные оксиды азота, которые являются основой образования азотной кислоты. Азотная кислота, соединяясь с металлами, дает соли. В ре­зультате деятельности денитрифицирующих бактерий соли азотной кислоты восстанавливаются до азотистой кислоты и далее до свободного азота.

Будет полезно почитать по теме: