Біологія. Довідник школяра та абітурієнта

Кругообіг речовин та потоки енергії в біосфері як необхідні умови її існування

У біосфері, як і в кожній підпорядкованій їй екосистемі, між собою та з навколишнім середовищем взаємодіють продуценти, консумента, детритофаги й редуцента. У процесі цієї взаємодії живі організми створюють певний потік речовин та енергії від одних компонентів системи до інших, чим і забезпечується цілісність та стійке підтримування життя біосфери як глобальної екосистеми. Тобто з різних хімічних елементів та їхніх сполук, що підтримують життя окремих видів, у біосфері формується загальний (глобальний) кругообіг речовин та енергії.

У біосферних геохімічних процесах беруть участь найбільш здатні до хімічних реакцій елементи. Чотири елементи (Н₂, О₂, N₂, С) утворюють майже всю масу наземних рослин, на які припадає близько 99 % усієї живої речовини. Крім С, Н₂, N₂, О₂ організми використовують зольні елементи — Са, К, Mg, Fe та мікроелементи — Zn, Мо, В тощо. Атмосфера насичена Карбоном, у літосфері переважають алюмосилікати й трапляється незначна кількість металів.

Елементи, представлені в живих і мертвих організмах, називають біогенними. Однак немає в біосфері елементів, яких би бракувало в органічній матерії, тому практично всі елементи можна називати біогенними. Навіть такі небіогенні елементи, як Вольфрам і Кобальт, переходять у своїй міграції через органічну матерію.

Колообіг речовин — це їхня багаторазова участь у процесах, які відбуваються в біосферних шарах атмосфери, гідросфери і літосфери. Тобто повний кругообіг здійснюють не речовини, а певні елементи, а тому слід розглянути їхній колоообіг. Атоми різних елементів нерівномірно представлені у вулканічних породах, морській воді, органічній матерії.

Материнська порода, гідросфера, атмосфера і світ організмів пов’язані між собою міграцією атомів, яка може відбуватися циклічно або ациклічно. Згідно з В. Енгельгардтом (1959), міграцію можна назвати циклічною, якщо середній уміст хімічних елементів у вулканічних породах, з одного боку, та в осадових породах і морській воді — з іншого, є однаковими. Елементи, які мігрують циклічно, обертаються в біохімічних процесах двох рівнів: біогеоценозу і біосфери. Великий головний кругообіг відбувається у біосфері. Здійснюючи кругообіг в біогеоценозі, кожний хімічний елемент рухається завдяки енергетичному потоку чітко визначеним шляхом, раз у раз переходячи з органічної форми в неорганічну і навпаки. Здебільшого обмін біогенних елементів між живими організмами і неорганічним середовищем є збалансованим. Такий стан екосистеми називають стаціонарним: відтік біогенних елементів із системи врівноважується притоком їх з інших систем — з атмосфери й підстильної поверхні. Ці більш-менш замкнуті шляхи руху речовини називають біохімічними кругообігами. Основою динамічної рівноваги й стійкості біосфери є кругообіг речовин і перетворення енергії, які складаються з багатьох процесів, до того ж окремі циклічні процеси є послідовним рядом змін речовини, що відповідає тимчасовому стану рівноваги. Добре відомі глобальні процеси кругообігу води, Оксигену, Карбону, Нітрогену, Фосфору, мікроелементів.