Биогеохимический круговорот атомов в ландшафте

В целом водооборот относится к сравнительно хорошо изученным процессам в природно- территориальных комплексах. Все процессы влагооборота ( выпадение осадков и их перехват растительностью, фильтрация в почву, поверхностный и подземный сток, физическое испарение и транспирация, затраты влаги на фотосинтез и другие процессы) представляют собой постоянное перемещение и количественное перераспределение потоков различных гидромасс в природно-территориальном комплексе.

 

При рассмотрении химических процессов в ландшафтах и биосфере в целом с позиций миграции атомов химических элементов можно установить их цикличность и значительную роль живого вещества в них.

Такие циклические химические процессы в биосфере и в природно- территориальных комплексах получили название биогеохимических круговоротов.

Основными химическими элементами, участвующими в биогеохимических круговоротах, являются водород, кислород, углерод, азот, кальций, калий, кремний, фосфор, сера, стронций, барий, железо, марганец, цинк, молибден, медь и никель.

Биогеохимические круговороты элементов в биосфере не являются замкнутыми. Степень воспроизводства отдельных циклов достигает 90 - 98% . В масштабе геологического времени неполная замкнутость биогеохимических циклов приводит к дифференциации элементов и накоплении их в атмосфере, гидросфере и метабиосфере (кора выветривания, осадочные породы) Земли [ 21- 23 ].

Непрерывному круговороту в биосфере подвергаются только вещества, в то время как для энергии можно говорить лишь о направленном потоке. Поступающая в биосферу солнечная энергия частично расходуется на синтез органического вещества растений: фотоавтотрофные организмы (растения), поглощая солнечную энергию, путем фотосинтеза превращают низкомолекулярные, бедные энергией неорганические вещества в высокомолекулярные, богатые энергией органические соединения и снабжают ими все живое. Передаваясь затем с одного трофического ( пищевого ) уровня на другой, энергия постепенно рассеивается [20 ].

Часто биогеохимический круговорот сравнивают с колесом водяной мельницы - колесо ее вертится и вертится, оставаясь на месте, и символизирует запас вещества в биосфере. Однако для того, чтобы колесо вертелось, нужен постоянный приток воды. Поток солнечной энергии, поступающий из Космоса в биосферу, вращает "колесо жизни" на Земле.

Биогеохимический круговорот включает два одновременно протекающих, взаимообусловленных круговорота:

· биологический, протекающий в среде живого вещества фотоавтотрофов (зеленые растения) и гетеротрофов (животные, насекомые, микроорганизмы);

· геохимический (геологический), проходящий через другие структурные единицы ландшафтов и биосферы (литомассы, педомассы, гидромассы, аэромассы).

Геохимический круговорот связан с образованием устойчивых в условиях конкретных природно-территориальных комплексов химических соединений . При этом часть химических элементов изымается из круговорота и " захоранивается" в биосфере на длительное время (от сотен до миллионов лет).

Биологические круговороты протекают с большими скоростями. Так, вся масса живого вещества биосферы обновляется полностью за 8 лет. Для Мирового океана скорость обмена живого вещества составляет всего 33 дня. Процесс полной смены вод в гидросфере составляет 2800 лет, в атмосфере смена кислорода происходит за несколько тысяч лет, углекислого газа - за 6.3 года. Эти цифры показывают, что геохимическая деятельность живого вещества в биологических круговоротах проявляется не только в течение геологического времени (миллионы и миллиарды лет), но ясно выражена и в пределах исторического времени ( тысячи лет и менее) [ 23 ].

В пределах ландшафтов биогеохимические круговороты обычно характеризуются значительной незамкнутостью за счет постоянного выноса или привноса вещества воздушными, водными и биологическими миграционными потоками.