ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕОСФЕР ЗЕМЛИ. ГЛОБАЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ ВЕЩЕСТВА

Круговорот веществ — многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в биосферу планеты, при непрерывном притоке энергии.

Несмотря на то что всем хорошо известно о существовании круговорота веществ в природе, позволим себе напомнить о некоторых аспектах этого явления в биосфере в современных условиях глобального загрязнения окружающей среды, общепланетарного потепления климата и надвигающегося экологического кризиса.

Жизнь на Земле с самого начала стала возможной благодаря притоку космической энергии, прежде всего энергии Солнца. Наиболее общий механизм ее фиксации, накопления и перераспределения связан с жизнедеятельностью растительных фотосинтезирующих организмов и их взаимодействием с животными, микроорганизмами и неживой природой. Они неутомимо аккумулируют энергию в органических соединениях, из которых складывается биомасса живого вещества суши и Мирового океана, в гумусе почв и торфяных отложениях, во взвешенном и донном органическом веществе рек, озер, океана. Наконец, ископаемые ресурсы энергии все того же биогеннокосмического происхождения, но образовавшиеся в далеком геологическом прошлом, заключены в нефти, горючих газах и сланцах, в битумах и каменных углях. И все эти фантастические массы энергии постоянно перемещаются, что предопределено различными мировыми экологическими системами.

В первую экологическую систему входят растения, животные и почвенный покров. В ее пределах формируется биомасса, связываются и перераспределяются солнечная энергия, влага, углерод атмосферы, кислород, водород, азот, фосфор, сера, кальций, калий и другие «строители жизни», выделяется в атмосферу свободный кислород.

Вторую мировую экологическую систему образуют в совокупности с океаном высшие и низшие водные растения. Они также связывают солнечную энергию, углерод, азот, фосфор и другие биофилы, образуя растительную биомассу и освобождая кислород, поступающий в атмосферу. При этом растительные организмы и пищевые цепи связанных с ними животных и бактерий вовлекают в свои ткани многие элементы (водород, кислород, азот, фосфор, серу, кальций, калий, магний, кремний, алюминий, марганец) и микроэлементы (йод, кобальт, медь, цинк), одновременно отделяя легкие изотопы углерода, водорода, кислорода, азота и серы от более тяжелых форм.

Организмы суши, водной и воздушной среды, непрерывно (прижизненно и посмертно) обмениваясь со своим окружением, воспринимают и отдают широкий разнообразный спектр минеральных и органических соединений в виде газов, растворов и твердых тел.

Нагревание водных масс, образование и конденсация паров, выпадение атмосферных осадков и движение поверхностных и подземных вод (по уклону — от областей питания к областям испарения) — все это является второй важной формой накопления, удержания и перераспределения космической энергии Солнца на планете и в ее биосфере.

Третью экологическую систему образуют в совокупности эрозия, химические трансформации, транспорт, перераспределение, осаждение и накопление химических и механических осадков на суше и в океане — это звенья единой цепи передачи и превращения энергии и работы, выполняемой мировым и локальными круговоротами воды. Неравномерное нагревание воздуха и воды вызывает планетарные перемещения водных и воздушных масс, формирует перепады плотности и давления, океанические течения и грандиозные процессы атмосферной циркуляции, которые носят сезонный характер.

В реальной жизни Земли эти три планетарных процесса тесно переплетаются, образуя общеземной и локальные круговороты веществ, направляя и перераспределяя энергию, поступающую от Солнца.

С момента зарождения жизни за 2,5—3,0 млрд лет ее истории земная кора, атмосфера и гидросфера были глубоко биологизированы. На планете оформилась биосфера, построенная бесчисленными и разнообразными мозаиками биогеоценозов (совокупность растений и животных на определенном геологическом участке Земли) и экосистем. Почвенный покров и биоценозы суши тесно связаны с атмосферой и находятся в постоянном и закономерном взаимообмене с ней веществами в твердых, жидких и газообразных формах. Мировой океан и атмосферная оболочка, в свою очередь, связаны потоками энергии, газов, аэрозолей, выпадением и испарением влаги.

Наконец, экосистемы суши и Мирового океана связаны между собой через бесчисленные водные стоки и воздушную миграцию. Их обеспечивают образование, перенос и выпадение атмосферных осадков, аэросуспензий и аэрозолей, а также обмен массами живого и мертвого материала. Имеются в виду питание и миграция птиц, а также водных и сухопутных животных, приливы и отливы, подъемы и опускания суши.

Круговорот веществ и энергии в природе складывается из нескольких взаимосвязанных процессов:

  • • регулярно повторяющегося или непрерывного притока энергии, а также образования и синтеза новых соединений;
  • • постоянного или периодического переноса и перераспределения энергии, выноса и направленного перемещения синтезированных соединений под влиянием физических, химических и биологических агентов;
  • • направленного ритмического или периодического последовательного преобразования, разложения и деструкции (разрушения) синтезированных ранее соединений под влиянием биогенных или абиогенных воздействий среды;
  • • постоянного или периодического образования простейших минеральных и органо-минеральных компонентов в газообразном, жидком или твердом состоянии, которые играют роль составных компонентов для новых — очередных — синтетических циклов круговорота веществ.

Биологические циклы обусловлены жизнедеятельностью организмов в самом широком смысле: питанием, пищевыми связями, размножением, ростом, передвижением, выделением метаболитов, смертью, разложением, минерализацией. Разумеется, абиогенные циклы сложились намного раньше биологических; они включают в себя весь комплекс геологических, геохимических, гидрологических и атмосферных процессов.

На протяжении нескольких сотен миллионов лет круговорот веществ в природе направлялся совместным действием биологических, геохимических и геофизических факторов. В последние 50—100 лет многосторонняя хозяйственная деятельность человека возвысила роль антропогенных факторов до уровня биогеохимических воздействий, а в некоторых звеньях, причем не только локально или регионально, но и глобально, приобрела главное значение. В результате антропогенные факторы стали нарушать и изменять прежде нормальные био- геохимические циклы.

Установившиеся в процессе эволюции природные биогеохими- ческие циклы носят круговой, почти замкнутый характер. Благодаря этому поддерживается постоянство и динамическое равновесие состава, количества и концентрации вовлеченных в круговорот компонентов, а также генетическая и физиологическая приспособленность, «гармоничность» организмов и окружающей биосферы. Однако гармоничность и равновесие могут сдвигаться в ту или иную сторону, в результате чего в атмосфере накапливаются азот и кислород, а в земной коре — соединения углерода (нефть, известняк, уголь). По той же причине постепенно уменьшается содержание углекислого газа в воздухе, а в океан и пустыни выносятся легкорастворимые соли.

Состояние биосферы характеризуется величиной биомассы, количеством углерода и связанной в биомассе (на поверхности и в почве) энергии, годичным приростом и количеством минеральных веществ, вовлеченных в состав биомассы.

В настоящее время показатели естественных процессов в биосфере соизмеримы с количественными показателями хозяйственной деятельности.

Показатели естественных процессов

Биомасса суши, т.........................................................(3—10)-1012

Продукты фотосинтеза на суше, т/год........................10ю—1011

Масса веществ в речных стоках, т/год:

растворенных............................................................3 • 109

взвешенных...............................................................(1 — 6) - 10ю

Показатели хозяйственной деятельности

Вносимые удобрения, т/год..........................................3-108

Пыль индустриальная, т/год.........................................0,25 • 109

Мусор и отходы, т/год...................................................20 • 109

Добытые полезные ископаемые, т/год.........................5 • 109

Индустриальные и городские сбросные воды, м3/год ...< 55 • 1011 Газовые выбросы, м3/год...............................................< 109

Все эти величины подсчитаны весьма приближенно, так как работа по оценке размеров биомассы и ее состава весьма сложна и трудоемка, но она необходима для ответа на важный вопрос: уменьшается или увеличивается биомасса и в каких частях планеты в связи с существованием современного человеческого общества?

Приведенные характеристики отражают жизнедеятельность растений, животных и микроорганизмов, непрерывный прижизненный и посмертный обмен составляющих их веществ со средой, а также перераспределение и рассеивание энергии, предварительно связанной процессами фотосинтеза, что и является основным содержанием круговорота веществ в биосфере.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >