Біотичний круговорот: опис і значення процесу

Що являє собою біотичний круговорот? В якості замкнутої системи він успішно функціонує протягом декількох мільярдів років.

Спробуємо розібратися в тому, що являє собою біотичний круговорот.

Особливість

Мертві рослини і останки організмів переробляють комахи, гриби, бактерії, найпростіші. Тварини і рослини поступово перетворюються в елементарні органічні і мінеральні сполуки. Біотичний круговорот передбачає надходження цих речовин в грунт, подальше споживання їх рослинами. Для процесу характерна замкнутість, безперервність, розпад, розкладання кінцевих з`єднань. Це безперервне коло, яке регулює життя на планеті.

Значимість

Біотичний кругообіг вуглецю в наземних екосистемах розглянемо на прикладі фосфору. Достатня кількість даного елемента знаходиться в гумусових горизонтах непорушених грунтів, а також в лісовій підстилці. Завдяки круговороту вдається накопичувати близько 106-107 тонн фосфору в біосфері. У фітомасі природних лугових степів знаходиться близько 30 кг / га даного елемента, чого цілком достатньо для ссавців.

Обмін енергії

Біотичний круговорот передбачає енергетичний обмін. Суть його зводиться до того, що в ланцюзі харчових (трофічних) перетворень не зникає енергія, а спостерігається її перетворення з одного виду в іншу.

Сонячна енергія трансформується в рамках подібного процесу на кожному його рівні. Безпосереднє споживання енергії Сонця характерно тільки для зелених рослин в рамках фотосинтезу.

Ними створюється органічна сполука (глюкоза) з вуглекислого газу і води, здійснюється акумулювання енергії. Листя рослин включаються в подібний хімічний процес тільки при наявності сонячного світла і хлорофілу.

Особливості процесу

В деякі періоди існування людства порушувався біотичний круговорот речовин. Здійснювався висновок тільки надлишків, які відкладалися в якості газу, кам`яного вугілля, нафти, вапняків, інших мінералів органічного виду.

В ході спалювання нафти або кам`яного вугілля в печах (моторах) вивільняється і застосовується енергія, яка накопичувалася біосферою протягом мільйонів років. У минулому такі надлишки не засмічували біосферу, не спостерігалося їх негативного впливу на біотичний круговорот. Сьогодні все інакше.

Специфіка

Для успішного здійснення кругообігу важливо різноманітність тварин. Один вид не зможе розщепити в біогеоценозі до кінцевих продуктів органічні речовини рослин. Він розщеплює тільки частину їх, а також деякі органічні сполуки, що знаходяться в них. Подібним чином формуються мережі і ланцюги харчування.

У біоценозі атмосфера має важливе значення. Вона сприяє підтримці біологічного кругообігу енергії і речовин, а також забезпечення водного балансу.

Забруднювач може розкладатися до форм, які можуть залучатися в наступні етапи кругообігу і засвоюватися живими організмами.

Базується цикл на розкладанні і поглинанні забруднювачів мікроорганізмами, залежить він від активності і кількісного показника хімічних елементів, які беруть безпосередню участь в круговороті.

Екосистемою називають суму неорганічних і органічних компонентів, всередині якої відбувається біотичний круговорот речовин.

Схема процесу

Рослини, отримуючи постійний потік енергії Сонця, формують з неорганічної матерії первинну продукцію. В інших ланках кругообігу спостерігається зміна і втрата енергії. Продуценти, консументи, редуценти в екосистемі споживають живу речовину первісної продукції. Тваринами споживається для подібного процесу у багато разів більше живої речовини нижчого рівня, знижуючи і сумарні енергетичні запаси. Забезпечується круговорот завдяки взаємодії трьох груп.

Першу групу складають продуценти. До них відносяться зелені рослини, які беруть активну участь у фотосинтезі. Такими речовинами є і бактерії, які здатні до хемосинтезу. Саме вони формують первинну органічну речовину.

Друга група-консументи першого порядку. Вони є споживачами органічної речовини. До них зараховуються хижаки, а також найпростіші. Тварини, яких зараховують до хижаків, близько 250 різних видів.

Третя група-деструктори (редуценти), які розкладають мертву органіку до мінеральних речовин. До них зараховують гриби, бактерії, а також найпростіші. Акумулювання енергії Сонця здійснюється на висхідній гілці кругообігу завдяки фотосинтезу. Рослини на даному етапі синтезують з азоту, води, вуглекислого газу органічні речовини.

Витрачання енергії

Що ще розглядає Біологія? Дихання рослин в ній займає важливе місце, так як при цьому процесі відбувається окислення майже половини органічної речовини до вуглекислого газу, повернення його в атмосферу.

Другий за масштабністю варіант витрачання органічної сполуки і накопиченої енергії-вживання консументами першого порядку рослин. Енергія, яка запасається фітофагами з їжею, витрачається на життєдіяльність, дихання, розмноження. Вона виділяється з екскрементами.

Рослиноїдні тварини - це їжа для м`ясоїдних (консументів вищого трофічного рівня). Вони, в свою чергу, витрачають енергію, накопичену з їжею, подібно до рослиноїдних тварин.

Взаємозв`язок елементів

Окрема Ланка екосистеми в навколишнє середовище постачає органічні залишки. Вони і служать джерелом енергії і їжі для тварин-сапрофагів (грибів, бактерій). Завершальним етапом перетворення вуглеводу є процес гуміфікації, подальше окислення гумусу до вуглекислого газу, мінералізація зольних фрагментів. Вони потім знову потрапляють в атмосферу і в грунт, будучи їжею для рослин.

Біотичний круговорот є безперервним процесом створення і руйнування органічних сполук. Реалізується він за допомогою всіх трьох груп організмів. Неможливий життя без продуцентів, так як саме вони є основою життя. Тільки у них є здатність створювати первинне органічна речовина, без якого не буде протікати подальший круговорот.

Завдяки споживанню консументів різних порядків первинної та вторинної продукції, перекладу з одного виду в інший, на Землі можливе різноманіття форм. Редуценти, які розкладають органіку, повертають його до першого етапу кругообігу.

Масштабні цикли міграції хімічних компонентів пов`язують зовнішні оболонки планети в одне ціле, вони пояснюють безперервність еволюції.

В якості рушійної сили біотичного кругообігу виступає енергія Сонця. Основний процес, сприяє отриманню органічної речовини, є фотосинтез. Він можливий тільки при застосуванні зеленими рослинами сонячної енергії.

Листя рослин( автотрофів), які синтезують глюкозу « "консервують" сонячну енергію в органічну сполуку. Потрапляючи в біосферу з космосу, енергія накопичується і в рослинах, і в гірських породах, і в грунті. Сонце забезпечує круговорот хімічних елементів, дозволяє утворювати по черзі неорганічні або органічні речовини.

Що важливо знати

У біотичному круговороті крім вуглецю, кисню, водню, також участь беруть і інші біологічно важливі елементи: кальцій, азот, фосфор, кремній, калій, натрій, сірка. Неможливий даний процес і без мікроелементів: йоду, цинку, брому, молібдену, срібла, нікелю, свинцю, магнію. У списку елементів, які поглинаються живою речовиною, присутні навіть отрути - миш`як, селен, ртуть, а також радіоактивні компоненти (радій, уран).

Швидкість кругообігу

Енергообмін має циклічний характер. Оновлення живої речовини біосфери здійснюється приблизно через 8 років. Набагато швидше процес протікає в океані (через 33 дні). В атмосфері Заміна кисню відбувається за дві тисячі років, а оксиду вуглецю-за 6 років. Повна заміна води в гідросфері відбувається за 2800 років.

Хімічні сполуки, доступні для компонентів біосфери, обмежені. Через їх вичерпності гальмується розвиток деяких груп організмів в океані і на суші.

Варіанти кругообігу

Тільки завдяки кругообігу енергії і речовин підтримується стійкий стан біосфери. Виділяють два варіанти-геологічний (великий) і біогеохімічний (малий).

Розглянемо перший варіант кругообігу. Магматичні гірські породи під дією біологічних, хімічних, фізичних факторів перетворюються в осадові породи, зокрема, в глину і пісок. Вони можуть виникати також при синтезі біогенних мінералів (відмерлих мікроорганізмів) з вод морів і океанів. Водянисті пухкі опади поступово накопичуються на дні водойми, тверднуть, формують щільні гірські породи.

Потім йде їх перетворення, спостерігаються процеси метаморфізму. Під дією порцій ендогенної енергії шари переплавляються, формуючи магму. При піднятті на поверхню землі під дією вивітрювання, перенесення вони знову трансформуються в осадові породи.

Великий круговорот характеризується взаємодією екзогенної (сонячної) енергії з ендогенної (глибинної) енергією землі. Завдяки такому процесу перерозподіляється речовина між глибокими горизонтами і біосферою планети.

До нього відноситься і рух води між літосферою, атмосферою, гідросферою, що акумулюється сонячною енергією. Спочатку вода випаровується з поверхні океану (моря, озера, річки), далі у вигляді опадів повертається на землю. Компенсують такі процеси річкові стоки. Рослинність відіграє важливу роль у кругообігу води.

Малий круговорот характерний тільки для біосфери. Створюються кругообіги в масштабах планети з циклічних багаторазових рухів атомів, а також тих переміщень, що викликані вулканізмом, рухом морського дна, енергією вітру, підземними стоками.

Підбити підсумок

У біосфері речовини циркулюють, формуючи біогеохімічні круговороти. Для них у великих кількостях потрібні наступні елементи: кисень, азот, вуглець, водень. Циркуляція їх можлива завдяки саморегулюючим процесам, в яких активними учасниками стають інші компоненти екосистем.

На всіх етапах розвитку біосфери діє закон глобального замикання кругообігу. Основою подібного процесу є сонячна енергія, а також хлорофіл зелених рослин.

Для повного розкладання органічної речовини, яке створюється зеленими рослинами, необхідно стільки ж кисню, скільки і виділяється в ході фотосинтезу. Завдяки похованню органіки в торфі, вугіллі, осадових породах в атмосфері підтримується обмінний фонд кисню.

В результаті збільшення кількості транспорту, промислове підприємство порушується кругообіг кисню в природі. Це негативно відбивається на життєздатності біосистеми, призводить до мутацій і повного вимирання деяких видів живих рослин і тварин.