Схема биологического круговорота для биосферы

Особенности биологического круговорота

1. Замкнутый характер. Биологический круговорот подразумевает постоянное перемещение веществ и энергии между живыми организмами и окружающей средой. Все процессы трансформации и обмена происходят внутри данной системы и не покидает ее пределов.

2. Разнообразие путей перемещения. Вещества, участвующие в биологическом круговороте, могут перемещаться по разным маршрутам и циклическим путям. Например, углерод проходит через процессы фотосинтеза, дыхания растений и животных, гниения органических остатков, образования гумуса и его восстановления растениями.

3. Участие всех компонентов биосферы. Биологический круговорот включает в себя все живые организмы и окружающую их среду. Все компоненты, начиная с растений и заканчивая микроорганизмами, выполняют определенные функции в цикле обмена веществ и энергии.

4. Равновесие и динамичность. Биологический круговорот характеризуется динамическим равновесием: поступление веществ и энергии должно соответствовать их потреблению и утилизации живыми организмами. В случае нарушения этого равновесия, могут возникнуть различные экологические проблемы и последствия.

5. Взаимосвязь с другими процессами. Биологический круговорот тесно связан с другими процессами, происходящими в биосфере. Например, процессы поглощения и выброса углерода связаны с изменением климата и глобальным потеплением. Поэтому понимание и изучение биологического круговорота является важным для понимания и решения различных экологических проблем.

Влияние человека

Человек, как существо биологическое, непосредственно втянут в круговорот веществ. Однако ему все труднее соблюдать баланс и кодекс невмешательства в основные природные процессы. Бесконтрольно потребляя ресурсы планеты, заполняя неперерабатываемыми отходами ее атмосферу и биосферу, человек неблагоприятно влияет на естественный круговорот. Таким образом он наносит вред себе в первую очередь. Так, излишки азотных удобрений, которыми люди щедро посыпают почвы, впитываются в глубокие слои почвы и смываются дождями с полей, попадая в воду. Так или иначе, нитраты попадают в организм человека через пищу и воду, вызывая рак и другие сбои в процессах жизнедеятельности.Необходимо помнить, что все на Земле взаимосвязано. Для гармоничной и продолжительной жизни нужно поддерживать баланс веществ в природе, учитывая особенности естественного круговорота.Для лучшего восприятия всей изложенной информации смотрите тематическое видео.

Круговорот углерода

Углерод в атмосфере содержится в основном в составе углекислого газа. Первичный источник углекислого газа — вулканическая деятельность. Биосферный цикл углерода начинается с процесса фотосинтеза. Ежегодно в него вовлекается до 50 млрд т углерода. Растения поглощают его в составе углекислого газа. Продуцируемые ими органические вещества содержат значительное количество углерода (более 50 % углерода биосферы заключено в целлюлозе, составляющей основу клеточных стенок растений). Эти вещества используют сами растения и животные (консументы) для получения энергии. Кроме того, соединения углерода используются морскими организмами для построения раковин и скелетных образований. Одновременно с этим происходит обратный процесс. Углерод возвращается в среду, замыкая цикл, двумя путями. Первый путь — в виде углекислого газа, который образуется в процессе дыхания живых организмов. Второй путь — разложение (минерализация) детрита редуцентами. Один цикл круговорота углекислого газа проходит за 300 лет.

Однако цикл круговорота углерода замкнут не полностью. Часть углерода, как мы уже отмечали, на продолжительное время выводится из круговорота, концентрируясь в залежах торфа, каменного угля, нефти и горючих сланцев, образующихся при разложении детрита без доступа кислорода, а также в мощных отложениях известняков на дне морей и океанов, образованных из остатков раковин и скелетов отмерших морских организмов.

Взаимосвязь уровней организации биосистем

Критерием для выделения уровней организации биосистем является степень сложности структуры, то есть расположение взаимосвязанных компонентов. Для характеристики уровней организации жизни применяют еще и такой критерий, как процесс (от лат. prōcēssus — перемещение, движение), что означает определенные закономерные функциональные изменения и явления. Выделять уровень организации целесообразно в том случае, если на нем возникают новые (эмергентные) свойства, при том, что их нет в системах более низкого уровня.

Представление о структурных уровнях организации сложилось в 20-х годах XX в. (Л. фон Берталанфи, Г. Ч. Браун), а в середине 40-х годов XX в. сформировалась теория уровней организации (Р. Джерард, А. Эмерсон) как конкретное выражение упорядоченности живого.

Как вы уже знаете, различают молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный (биогеоценотический) и биосферный уровни организации биосистем. При необходимости, которая определяется особенностями изучаемого объекта, можно выделять дополнительные уровни: тканевый, уровень органов, уровень систем органов, биоценотический уровень.

Молекулярный уровень жизни связан с организацией специфических для живых организмов органических соединений, их взаимодействием между собой и с неорганическими веществами. При этом происходят химические реакции и физические процессы преобразования энергии, веществ и информации. На молекулярном уровне организации находятся бесклеточные (вирусы, прионы, вироиды).

Клеточный уровень жизни представлен свободноживущими одноклеточными организмами и клетками многоклеточных организмов. Компонентами структуры клеток является вещества и их комплексы. На клеточном уровне происходят процессы разделения и передачи информации, стероидов и катаболизма.

Организменный уровень жизни определяется клетками у одноклеточных и колониальных организмов; тканями, органами и системами органов — у многоклеточных организмов. Элементарной единицей уровня являются отдельные клеточные организмы с определенными особенностями строения, жизнедеятельности (питание, дыхание, выделение, размножение и т.д.) и поведения.

Популяционно-видовой уровень жизни представлен популяциями и видами, которые являются надорганизменными биологическими системами. Структурными компонентами являются группы родственных особей, объединенные определенным генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой. На этом уровне формируются микро-эволюционные процессы адаптациогенеза, регуляции численности популяций, видообразования и тому подобное.

Экосистемный (биогеоценотический) уровень жизни представлен разнообразием природных и искусственных экосистем. Компонентами являются живые группировки (биоценозы) и условия среды обитания. На этом уровне осуществляются взаимодействие организмов разных популяций между собой, а также влияние экологических факторов, определяющих их численность, видовой состав и производительность.

Биосферный уровень жизни объединяет все экосистемы Земли. На этом уровне происходят биогенная миграция живого вещества, биологический круговорот веществ и превращения энергии.

Основой взаимосвязи всех уровней организации биосистем является потоки веществ, энергии и информации и принцип структурной иерархии систем, согласно которому любая биосистема является компонентом биосистемы высшего ранга, и, в свою очередь, состоит из подчиненных ей биосистем низшего ранга.

Итак, уровни организации биосистем — это определенный тип взаимодействия структурных и функциональных компонентов биологических систем.

Круговорот воды

Вода – это наша альфа и омега. В среднем все живые тела на 80% состоят из этого вещества, а наша планета на две трети покрыта Мировым океаном.

Вот так распределяется вода на нашей планете

Вот так распределяется вода на нашей планете

Вода испаряется с поверхности морей и океанов под воздействием солнечных лучей. Эти испарения переносятся ветром на материки, где испарения в виде осадков выпадают на землю.

Выпадая в жидком виде, вода сразу становится доступной живым организмам или же стекает к рекам и грунтовым водам, возвращаясь обратно в океаны. Если же вода выпадает в виде связанных осадков (снег и лед), то некоторое время она будет недоступной для организмов.

В таком виде происходит круговорот воды

В таком виде происходит круговорот воды

Из почвы вода поглощается растениями, частично расходуясь на фотосинтез, а частично испаряясь с поверхности листьев. К животным вода поступает в виде еды и пищи, а выходит из их организмов при дыхании, выделении пота и в составе других продуктов жизнедеятельности.

Круговорот азота

Главный источник азота в биосфере – атмосферный азот в форме газа. В небольшом объеме азот и кислородный воздух связывается в нитраты в процессе образования грозовых разрядов.

Разряды молнии помогают молекулам азота связываться с нитратами

А вот схема круговорота азота в биосфере:

Отсюда становится ясно, что главным связующим звеном азота с биосферой являются азотофиксирующие бактерии, которые живут в почве

Отсюда становится ясно, что главным связующим звеном азота с биосферой являются азотофиксирующие бактерии, которые живут в почве.

Когда азот становится частью органических соединений (от процессов жизнедеятельности животных или растений), он поступает в почву в виде аммиачных соединений, которые окисляются и становятся нитратами и нитритами, после чего снова используются животными и растениями.

Вот, пожалуй, самое основное, что вам нужно знать об основах биосферы и о биогеохимическом круговороте. Для понимания этого вполне хватит, чтобы сдать зачет или небольшой экзамен. А если вам вдруг понадобится написать сложный реферат или контрольную работы на тему Основы экологии, наши авторы не только помогут с подбором актуальной и полезной информации, но и грамотно оформят работу согласно требованиям вашего учебного заведения! 

Типы биогеохимических циклов

Биогеохимические циклы в основном делятся на два типа:

• Газовые циклы — включают циклы углерода, кислорода, азота и воды
• Осадочные циклы — включают циклы серы, фосфора, горных пород и т. д.

Давайте кратко рассмотрим каждый из этих биогеохимических циклов:

Круговорот воды

Схема круговорота воды в природе

Вода из разных водоемов испаряется, охлаждается, конденсируется и снова падает на землю в виде дождя.

Этот биогеохимический цикл отвечает за поддержание погодных условий. Вода в различных формах взаимодействует с окружающей средой и изменяет температуру и давление атмосферы.

Есть еще один процесс, называемый эвапотранспирацией (т. е. пар, производимый листьями), который помогает круговороту воды. Это испарение воды из листьев, почвы и водоемов в атмосферу, которая снова конденсируется и выпадает в виде осадков.

Углеродный цикл

Схема круговорота углерода показывает количество углерода в атмосфере, гидросфере и геосфере Земли, а также годовой перенос углерода между ними. Все величины в гигатоннах (миллиардах тонн). В результате сжигания ископаемого топлива, человечество ежегодно добавляет 5,5 гигатонн углерода в атмосферу. Изображение: Wikimedia Commons

Это один из биогеохимических циклов, в котором углерод обменивается между биосферой, геосферой, гидросферой, атмосферой и педосферой.

Все зеленые растения используют углекислый газ и солнечный свет для фотосинтеза. Таким образом, углерод накапливается в растении. Умершие растения разлагаются и выделяют углекислый газ обратно в атмосферу.

Кроме того, животные, потребляющие растения в пищу, получают хранящийся в них углерод. Этот углерод возвращается в атмосферу после смерти животных. Углерод также возвращается в окружающую среду через клеточное дыхание животных.

Огромное количество углерода запасено в ископаемом топливе (уголь, нефть и т. п.) Когда заводы и фабрики используют это топливо в своей деятельность, при его сгорании углекислый газ попадает в атмосферу.

Азотный цикл

Схема круговорота азота в природе. Изображение: Translated by Stefan Parviainen, based on image by Johann Dréo (User:Nojhan) / Wikimedia Commons

Это биогеохимический цикл азота, в ходе которого азот преобразуется в несколько форм и циркулирует в атмосфере и различных экосистемах, таких как наземные и морские экосистемы.

Азот — важный элемент жизни. Азот из атмосферы фиксируется азотфиксирующими бактериями, присутствующими в корневых клубеньках бобовых, и поступает в почву и растения.

Бактерии, присутствующие в корнях растений, превращают этот газообразный азот в полезное соединение, называемое аммиаком. Аммиак также поступает в растения в виде удобрений. Этот аммиак превращается в нитриты и нитраты. Денитрифицирующие бактерии превращают нитраты в азот и возвращают его в атмосферу.

Кислородный цикл

Схема круговорота кислорода. Изображение: Eme Chicano / Wikimedia Commons

Биогеохимический цикл кислорода проходит через атмосферу, литосферу и биосферу. Кислород — это распространенный элемент на Земле. До 21% атмосферы состоит из кислорода.

Кислород выделяется растениями во время фотосинтеза. Люди и другие животные вдыхают кислород, выдыхают углекислый газ, который снова поглощается растениями. Они используют этот углекислый газ в фотосинтезе для производства кислорода, и цикл продолжается.

Цикл фосфора

Схема цикла фосфора. Изображение: Bonniemf / Wikimedia Commons

В этом биогеохимическом цикле фосфор перемещается через гидросферу, литосферу и биосферу. Фосфор выветривается из горных пород. Из-за дождей и эрозии фосфор попадает в почву и водоемы. Растения и животные получают этот фосфор из почвы и воды. Микроорганизмам также необходим фосфор для своего роста. Когда растения и животные умирают, они разлагаются, а накопленный фосфор возвращается в почву и водоемы, которые снова потребляются растениями и животными, и цикл продолжается.

Цикл серы

Схема цикла серы. Изображение: Pashute / Wikimedia Commons

Этот биогеохимический цикл проходит через горные породы, водоемы и живые системы. Сера выбрасывается в атмосферу в результате выветривания горных пород и превращается в сульфаты. Эти сульфаты поглощаются микроорганизмами и растениями и превращаются в органические формы. Органическая сера потребляется животными с пищей. Когда животные умирают и разлагаются, сера возвращается в почву, которую снова используют растения и микробы, и цикл продолжается.

Мне нравится3Не нравится

Резервный и обменный фонды

В биологическом круговороте веществ участвуют 30-40 элементов периодической системы. Некоторые из них, включая углерод, азот, кислород, нужны организмам в значительных количествах, другие – в самых минимальных.

Необходимые вещества практически никогда не бывают распределены в природе равномерно, нередко они находятся в малопригодной форме. Элементы, участвующие в процессе круговорота веществ, могут быть в составе одного из двух фондов:

Первый обладает значительной массой, но практически не связан с биосферой. Второй – имеет меньший объем, но непосредственно связан с живыми организмами и энергично взаимодействует с ними. Газообразные вещества имеют резервный фонд в воде и атмосфере, а элементы осадочного цикла – в коре.

Схема биологического круговорота

Биологический круговорот представляет собой сложный и взаимосвязанный процесс, в результате которого живые организмы и компоненты экосистемы обмениваются энергией и веществами.

Основные принципы биологического круговорота включают следующие:

1. Продуценты – растения и некоторые микроорганизмы, способные осуществлять фотосинтез. Они преобразуют солнечную энергию в органические вещества, такие как глюкоза.
2. Консументы – животные, которые питаются растениями или другими организмами. Они получают энергию, необходимую для жизнедеятельности, из органических веществ продуцентов.
3. Декомпозеры – грибы, бактерии и другие микроорганизмы, которые разлагают органические вещества, такие как мертвые растения и животные, и возвращают их в виде неорганических веществ в почву или воду.

Таким образом, схема биологического круговорота выглядит следующим образом:

Солнце → Продуценты (растения, микроорганизмы) → Консументы (животные) → Декомпозеры (грибы, бактерии) → Неорганические вещества (в почве или воде) → Солнце

Этот круговорот энергии и веществ позволяет поддерживать равновесие в экосистемах и обеспечивает жизнедеятельность всех живых организмов на Земле.

Круговорот фосфора

Биологическое значение фосфора в жизнедеятельности организмов исключительно велико. Его соединения входят в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, систем переноса энергии, в состав мозга и костной ткани. Содержание фосфора в тканях растений составляет 250—350, морских животных — 400—1800, наземных животных — 170—4400, бактерий — около 3000 мг на 100 г сухого вещества. Как и углерод, фосфор участвует в биологическом и геологическом круговороте вещества.

Резервуаром фосфора в биологическом круговороте служит литосфера, в частности фосфорсодержащие горные породы, какими являются фосфориты, апатиты, нефелиновые сиениты. В процессе выветривания соединения фосфора попадают в почвенный покров, выносятся поверхностными водами в конечные бассейны стока, где они или медленно оседают на дно и литифицируются, или рассеиваются глубинными водами.

Из почвы фосфор извлекается растениями в виде растворимых фосфатов, которые поглощаются с почвенными растворами и превращаются в ионы РO₄-2. Скорость усвоения растениями фосфора зависит от кислотности почвенного раствора. В щелочной среде фосфаты кальция и натрия практически нерастворимы, а в нейтральной — малорастворимы. По мере повышения кислотности они превращаются в хорошо растворимую фосфорную кислоту. Находящийся в растительности фосфор переходит к животным, потребляющим растительную пищу.

Органический фосфор, находящийся в растительном опаде, отмерших растительных и животных остатках в результате бактериальных преобразований в почве, трансформируется в фосфаты. Воздействующие на них фосфаторазрушающие бактерии продолжают биологический круговорот фосфора, переводя его в растворимую форму, которая, попадая в водную среду, принимает участие в геологическом круговороте.

Круговорот фосфора в биосфере не замкнут, так как часть его поступает в литосферу. Лишь небольшое количество фосфора безвозвратно теряется при геологических процессах, а часть — аккумулируется вместе с осадками. С речными стоками, согласно сделанным подсчетам, в Мировой океан поступает ежегодно около 3-4 млн. т. фосфора, который исключается из круговорота.

В морях и океанах фосфор концентрируется в виде фосфатных конкреций, которые в процессе седиментогенеза с течением времени превращаются в фосфориты. В зоне апвеллинга, когда происходит подъем глубинных вод, фосфор вместе с другими биогенными элементами и питательными веществами выносится на поверхность и поэтому зоны апвеллинга необычайно богаты организмами.

В почве и природных водах фосфор всегда находится в дефиците. Соотношение фосфора и азота в природных водах составляет в среднем 1:23 (в реках и ручьях 1:28), в биомассе 1:16. Это определенным образом тормозит биологическую продуктивность Земли. Хотя часть фосфора из Мирового океана естественным путем возвращается на сушу птицами и с выловленной рыбой, общий объем возврата фосфора явно меньше количества выноса его в гидросферу.

В течение XX в. в результате хозяйственной деятельности человека цепочка круговорота фосфора в биосфере оказалась нарушенной. Этому способствовали производство фосфорных удобрений и широкое их применение в сельском хозяйстве, получение в промышленных масштабах различных фосфорсодержащих препаратов, производство продовольствия и кормов, развитие рыбного промысла, добыча морских моллюсков и водорослей. Эти действия прямым образом отразились на круговороте фосфора и привели к перераспределению содержания фосфатов на суше и в гидросфере. Наблюдается также крайне неравномерная концентрация фосфора на земной поверхности. Его больше в местах развития сельского хозяйства, где происходит малообратимая аккумуляция органических соединений фосфора. Эрозия почв, смыв удобрений, органических отходов и экскрементов поверхностными водами, сбросы канализационных стоков приводят к сильнейшему фосфорному загрязнению рек, озер и прибрежных областей Мирового океана. Происходит фосфатизация почв, рек, водоемов суши, прибрежных участков морей, особенно в области дельт, заливов и эстуариев.

Круговорот кислорода

Запасы кислорода в биосфере очень большие, примерно 50% ее массы. В ней он самый распространенный элемент. Основное количество связанного кислорода приходится на гидросферу и литосферу. В песке его около 53%, глине 56%, воде — 89%. Свободный кислород содержится в атмосфере в количестве 1 200 000 млрд т, что составляет лишь 0,01% его общего количества. Большая часть атмосферного кислорода — продукт фотосинтеза растений.

Схема круговорота кислорода: а) генерация растениями в процессе фотосинтеза (около 16 млрд т/год); б) потребление живыми организмами при дыхании; в) расход на окисление биогенного вещества.

Для высших форм жизни (растения, животные) пригодно аэробное дыхание — прямое окисление кислородом органики, например, глюкозы:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ — 6CO₂ + 6H₂O + 2880 кДж/моль. (1.4)

Большое количество энергии, которая выделяется при дыхании и окислении веществ в организме с участием кислорода, идет на поддержание жизнедеятельности высших организмов, которая требует значительных энергетических затрат, например, при перемещениях. Для низших организмов большое выделение тепла опасно. Они приспособились проводить окисление органики в анаэробных условиях (без О₂) с помощью ферментов (см. выше).

Скорость круговорота кислорода в биосфере в нашу эпоху составляет около 2500 лет.

Небольшая часть кислорода постепенно уходит в осадочные породы: карбонаты, сульфаты. Однако эти процессы идут весьма медленно и в целом не влияют на главный круговорот атмосферного кислорода. Опасность представляет антропогенный фактор. Так, за последние 100 лет человеком при сжигании топлива изъято из атмосферы около 250 млрд т кислорода и добавлено около 380 млрд т СО₂. Ежегодный прирост расхода кислорода человеком около 5%.

Функции живого вещества в биосфере

Остановимся подробнее на функциях живого вещества в биосфере:

1. Энергетическая функция выражается в улавливании живым веществом энергии, а также передача ее внутри пищевой цепи.Примером этой функции живого вещества в биосфере может служить фотосинтетическая деятельность растений. Результатом является первичная продукция, составляющая 98%, которая потребляется животными.

2. Осуществление предыдущей функции живого вещества сопровождается трансформацией газов. В процессе деятельности организмов происходит выделение и поглощение кислорода, углекислого газа и некоторых других соединений. Благодаря газовой функции живого вещества сформировался современный состав атмосферы, сильно отличающийся от добиосферного периода.
3. Концентрационная функция проявляется в извлечении и избирательном накоплении организмами химических элементов окружающей среды. Примером этой функции живого вещества в биосфере могут служить накопления соединений кальция в раковинах моллюсков, минеральных включений в тканях растений, кремнезема в панцирях диатомовых одноклеточных существ.

Раковины моллюсков Источник

В результате трансформации органических веществ произошло накопление залежей полезных ископаемых. К примеру, известняк, торф, каменный уголь представляют собой концентрацию различных соединений в телах отмерших организмов. Доказательством этому служат находки окаменелостей в осадочных породах.

Окаменелости в известняке Источник

4. Окислительно-восстановительная функция тесно связана с биологическим круговоротом веществ. Многие вещества в природе крайне устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях.Например, молекулярный азот – один из важнейших биогенных элементов. Усваивается он живыми организмами в виде различных соединений. В клетках расщепление соединений происходит очень быстро под влиянием ферментов, и молекулярный азот используется для процессов жизнедеятельности. В природе же образование свободного азота происходит очень медленно.

Если бы живые организмы не могли осуществлять данные процессы, то они ощутили бы нехватку многих элементов.

5. Одной из важнейших функций является средообразующая. Деятельность живых существ преобразует среду обитания. Живое вещество в биосфере способствовало формированию современного состава атмосферы, благодаря организмам создается почва и поддерживается ее плодородие.

Растительный покров определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности территории. Благодаря трансформации веществ и энергии происходит поддержание на постоянном уровне основных параметров окружающей среды, например, содержание газов в атмосфере.

6. Деструкционная функция обусловливает процессы разложения организмов после их смерти. Редуценты разрушают отмершее органическое вещество до минеральных соединений. Далее эти вещества вновь включаются в биологический круговорот.

Выполняя все эти функции, живые организмы являются важной составной частью в биологическом круговороте веществ

Пищевая цепь, резервный и обменный фонд

Некоторые органические вещества в процессе своего «путешествия» вступают в реакции и взаимодействия с другими веществами. В результате образуются смеси, которые в том виде, в каком они есть, не могут быть переработаны редуцентами. Такие смеси остаются «храниться» в земле. Не все органические вещества, попадающие на «стол» могильщиков, не могут ими переработаться. Не все могут перегнить при помощи бактерий. Такие неперегнившие остатки попадают на хранение. Все, что остается на хранении или в резерве, выбывает из процесса и в круговорот веществ в биосфере не входят.

Таким образом, в биосфере круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов, можно разделить на две составляющие. Одна – резервный фонд – это часть вещества, которая не связана с деятельностью живых организмов и до времени в обороте не участвует. И вторая – это оборотный фонд. Он представляет собой лишь небольшую часть вещества, которая активно используется живыми организмами.

Атомы каких основных химических элементов столь необходимы для жизни на Земле? Это: кислород, углерод, азот, фосфор и некоторые другие. Из соединений, основным в кругообороте, можно назвать воду.

Основа существования биосферы

Основу стабильного существования биосферы обеспечивает множество компонентов, а не какой-то один. Все эти компоненты неразрывно связаны друг с другом. И то, как они сотрудничают, влияет на общую стабильность системы и непрерывное превращение энергии.

В основе существования биосферы лежит круговорот. А вот круговорот чего – это уже другой вопрос. Круговоротов существует множество, все они отличаются и по масштабу, и по качеству протекающих в них явлений (к примеру, круговорот углерода, воды, азота). Но в каждом из них обязательно принимают участие ВСЕ компоненты биосферы, так как все эти компоненты входят в состав одного общего биогеохимического круговорота.

Круговорот ртути

Этот редко встречаемый химический элемент очень токсичен. Сильной токсичностью обладают и соединения ртути. В природе ртуть рассеяна в земной коре и очень редко встречается в таких минералах, как киноварь, где она содержится в концентрированном виде. Ртуть участвует в круговороте веществ, мигрируя в газообразном состоянии и в водных растворах.

В атмосферу ртуть поступает из гидросферы при испарении, вместе с вулканическими газами и газами из термальных источников. Часть газообразной ртути переходит в твердую фазу и удаляется из воздушной среды. Выпавшая вместе с атмосферными осадками ртуть поглощается почвенными растворами и глинистыми породами. Ртуть в небольших количествах содержится в нефти и каменном угле (до 1 мг/кг). В водной массе океанов ее количество составляет около 1,6 млрд. т., в донных осадках заключено около 500 млрд. т., а в планктонных организмах находится до 2 млн. т. ртути и ее соединений. Речными водами ежегодно с суши выносится около 40 тыс. т. ртути, что на порядок меньше, чем поступает в атмосферу при испарении.

В результате усилившихся техногенных выбросов в атмосферу и гидросферу ртуть из естественного компонента природной среды, участвующего во всех круговоротах, превратилась в весьма опасный компонент для здоровья человека и живого вещества. Ртуть применяют в металлургической, химической, электротехнической, электронной, целлюлозно-бумажной и фармацевтической промышленности, используют для производства взрывчатых веществ, люминесцентных ламп, лаков и красок. Промышленные стоки и атмосферные выбросы, горно-обогатительные фабрики при ртутных рудниках, теплоэнергетические установки, использующие минеральное топливо, являются главными источниками загрязнения биосферы этим токсичным компонентом. Кроме того, ртуть входит в состав некоторых пестицидов, которые используют в сельском хозяйстве для протравливания семян и защиты их от вредителей. В организм человека ртуть и ее соединения поступают вместе с пищей.

Возникновение круговоротов

Важнейший источник жизни и энергии на Земле, Солнце, и активная энергия живых организмов активизирует процесс возникновения круговоротов. Она перемещает, распределяет и формирует в определенных местах огромное количество элементов, необходимых для процессов жизнедеятельности растений и животных. Такой процесс постоянного совместного существования биотической и абиотической среды называется биогеоценозом.

Следуя закону сохранения энергии, она, возникая где-то, не исчезает в никуда, а переходит в другое состояние, расходуясь для жизни на Земле. Таким образом, формируются круговороты. Круговорот веществ не бывает замкнутый полностью, так как некоторая часть элементов выносится из системы или наоборот добавляется в нее. В результате этого действия накапливаются полезные ископаемые.

*Круговорот азота

Запасы азота в атмосфере практически неисчерпаемы (около 78 % по объему). Однако большинство живых организмов не  могут использовать его непосредственно. Поэтому важным звеном в круговороте азота является его фиксация и перевод в доступную для организмов форму. Различают три пути фиксации азота.

Биологическая (почвенная) фиксация осуществляется микроорганизмами. Азотфиксирующие бактерии могут превращать биологически недоступный молекулярный азот атмосферы в соединения, доступные для зеленых растений.

!  Это интересно

Азотфиксирующие микроорганизмы делятся на две группы: живущие самостоятельно и симбионты высших растений. Свободноживущие азотфиксаторы — цианобактерии. Самые известные азотфиксаторы-симбионты, связывающие азот, находятся в клубеньках бобовых растений. Клубеньковые бактерии являются основными поставщиками фиксированного азота на суше. На использовании клубеньковых бактерий основан традиционный метод повышения плодородия почвы. На поле сначала выращивают горох или другие бобовые культуры, потом их запахивают в землю, и накопленный в их клубеньках связанный азот переходит в почву. Затем поле засевают другими культурами, которые могут использовать азот для построения аминокислот, белков и  своего роста.

Азот в составе растений попадает в организм травоядных животных, а затем — хищных. После отмирания живых организмов (растений, животных) детрит разлагается редуцентами с выделением аммиака NH₃. Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитритов и нитратов, которые усваиваются растениями, а денитрифицирующие бактерии при разложении детрита возвращают молекулярный азот обратно в атмосферу.

Часть фиксированного азота почвы выносится в реки, а из них в моря и океаны, вызывая их загрязнение.

!  Это интересно

Если нитратов и нитритов в почвенных растворах много, их много и в растительных продуктах питания. Нередко их концентрация в десятки раз превышает предел, установленный Всемирной организацией здравоохранения (45 мг/л).Зарегистрированы случаи заболевания людей и животных, связанные с высоким содержанием нитратов в растительных пищевых продуктах, кормах и воде. Существуют рекомендации, позволяющие снизить содержание нитратов в пищевых продуктах.

Атмосферная фиксация. В атмосфере связанный азот образуется при разрядах молний, вызывающих взаимодействие азота с кислородом с образованием оксида азота, а затем диоксида азота. Диоксид азота растворяется в водяных парах, образуя азотную кислоту (HNO₃), которая вместе с осадками попадает в почву. На долю атмосферной фиксации азота приходится около 3 % ежегодной азотфиксации в биосфере.

Промышленная фиксация. Цивилизация существенно усилила поступление связанного азота  в биосферу. При высокотемпературных процессах сгорания топлива на электростанциях и в транспортных двигателях азот воздуха окисляется и в виде оксидов попадает в атмосферу. Большое количество азота ежегодно связывается промышленным путем при производстве минеральных азотных удобрений. Азот из таких удобрений усваивается растениями в аммонийной и нитратной формах.

В результате антропогенные потоки связанного азота стали примерно равны природным. Уже сейчас это приводит к серьезным локальным и региональным последствиям.