О.А. Барабанова, І.М. Безкоровайна, О. Б. Бухарова [и др.]
Екологія: курс лекцій
Красноярськ: Сибірський федеральний університет, 2010. - 325 с.

Життя, виникнувши на Землі, протягом мільярдів років знаходиться в постійному розвитку. Це відбувається завдяки тому, що елементи живої речовини, що надходять з навколишнього середовища, пройшовши через ряд організмів, знову повертаються в навколишнє середовище, а потім знову включаються до складу живої речовини (рис. 8). Таким чином, кожен елемент використовується живою матерією багаторазово.

Саме кругообігом речовин обумовлено необмежену часом існування, постійний розвиток і вдосконалення життя на Землі.

Мал. 8. Схема біологічного кругообігу

Всі процеси на Землі на вихідному етапі забезпечуються енергією Сонця. Наша планета отримує від Сонця 4-5 · 1013 ккал / с. Тільки 0,1-0,2% сонячної енергії поглинається рослинами, проте ця енергія робить величезну роботу: вона «запускає» процеси біосинтезу і трансформується в енергію хімічних зв'язків синтезованих органічних речовин. Біогенні елементи на відміну від енергії утримуються в екосистемі, де вони здійснюють безперервний кругообіг, в якому беруть участь як живі організми, так і фізичне середовище.

Оскільки рослини і тварини можуть використовувати тільки ті біогенні елементи, які знаходяться на поверхні Землі або поблизу неї, для збереження життя необхідно, щоб речовини, асимільовані живими організмами, в кінцевому рахунку ставали доступними іншим організмам.

Кожен хімічний елемент, здійснюючи кругообіг в екосистемі, слід за своїм особливим шляхом, але все кругообіг наводяться в рух енергією, і беруть участь в них елементи поперемінно переходять з органічної форми в неорганічну і навпаки.

Енергія Сонця викликає рух двох круговоротов - великого геологічного і малого біологічного. Великий, або геологічний, кругообіг - круговорот речовин в системі: геохімічний потік суші - гідрографічна мережа - океан - повітряні маси - аерозолі - геохімічний потік суші. Найбільш яскраво проявляється у кругообігу води і циркуляції атмосфери. Малий, біологічний (біотичний), - надходження хімічних елементів з грунту і атмосфери в живі організми; перетворення в них надходять елементів в нові складні з'єднання і повернення їх в грунт і атмосферу в процесі життєдіяльності з щорічним опадом частини органічної речовини або з повністю відмерлими організмами, що входять до складу екосистеми.

Обидва кругообігу взаємно пов'язані і являють собою єдиний процес руху речовини на нашій планеті.

Як було відзначено в лекціях 1-5, для будь-якої екосистеми (основний структурної одиниці біосфери) характерний постійний обмін речовиною, енергією та інформацією між окремими її компонентами. Обмін біогенними елементами між живими організмами і неживими компонентами в більшості співтовариств збалансований. Екосистему можна представити у вигляді ряду блоків, через які проходять різні речовини і в яких ці речовини можуть залишатися на протязі тривалого часу. У кругообігу мінеральних речовин в екосистемі в більшості випадків беруть участь три активних блоку: живі організми, мертвий органічний детрит і доступні неорганічні речовини. Два додаткових блоку - побічно доступні неорганічні речовини і осідають органічні речовини - пов'язані з круговоротами біогенних елементів в якихось периферичних ділянках, проте обмін між цими блоками і решті екосистемою уповільнений у порівнянні з обміном, що відбувається між активними блоками.

Живі організми і біосфера в цілому складаються з тих же хімічних елементів, які зустрічаються в навколишньому середовищі. Для синтезу біомаси необхідно близько 40 елементів, з яких найважливішими є вуглець, азот, кисень, водень, фосфор і сірка. Їх називають біогенними елементами. Основну біомасу дають вуглець, кисень, водень. Вони складають 99,9% ваги живих організмів, утворюють 99% ваги всієї земної кори нашої планети і тим самим забезпечують стійкість життя на Землі. Всі інші хімічні елементи знаходяться в розсіяному стані. Більшу частину ваги живих організмів дають О2 і С. Вони складають від 50 до 90% їх сухого абсолютного ваги.

Біогенні елементи, поперемінно переходячи з живої матерії в неорганічну, беруть участь в різних біогеохімічних циклах.

Біогеохімічні цикли - круговорот хімічних елементів: з неорганічної природи через рослинні і тваринні організми назад у неорганічне. Здійснюється з використанням сонячної енергії та енергії хімічних реакцій.

Відповідно до закону біогенної міграції атомів В. І. Вернадського «міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється або за безпосередньої участі живої речовини (біогенна міграція), або ж вона протікає в середовищі, геохімічні особливості якої обумовлені живою речовиною, як тим , яке в даний час населяє біосферу, так і тим, яке діяло на Землі протягом всієї геологічної історії ».

Біогеохімічні цикли можна розділити на дві групи:

- круговорот газів, в яких атмосфера служить головним резервуаром елемента (вуглець, азот, кисень, вода);

- кругообіг осадові, елементи яких в твердому стані входять до складу осадових порід (фосфор, сірка та ін.).

Обмін біогенними елементами між живими організмами і неорганічної середовищем в більшості співтовариств збалансований.

В результаті кількість біомаси живої речовини біосфери Землі набуває тенденцію до певного сталості. Біомаса біосфери (2 · 1012 г) на сім порядків менше маси земної кори (2 · 1019 т). Рослини Землі щорічно продукують органічну речовину, що дорівнює 1,6 · 1011 т, або 8% біомаси біосфери. Деструктори, що складають менше 1% від сумарної біомаси організмів планети, переробляють масу органічної речовини, в 10 разів перевищує їх власну біомасу. В середньому період поновлення біомаси дорівнює 12,5 року.

Існування біогенних круговоротов створює можливість для саморегуляції (гомеостазу) системи, що надає екосистемі стійкість - сталість процентного вмісту різних елементів. Таким чином, діє основний принцип функціонування екосистем: отримання ресурсів і позбавлення від відходів відбувається в рамках кругообігу всіх елементів.

Розглянемо більш докладно цикли основних біогенних елементів. Почнемо з круговороту води, оскільки в екосистемах він надає вирішальне значення на пересування кисню і водню. Організми швидко втрачають воду шляхом випаровування і виділення, за час життя особини вода, що міститься в організмі, може оновлюватися сотні і тисячі разів.

Параграфи лекції:
6.1. кругообіг води
6.2. кругообіг кисню
6.3. кругообіг вуглецю