Круговорот веществ в природе — это взаимосвязанные биологические, химические, физиологические процессы движения и видоизменения соединений, которые имеют повторяющийся характер.
Биогенные элементы
Для благоприятного функционирования всей биосферы и непрерывности ее процессов, внутри нее должны постоянно осуществляться обмены биогенных веществ, все элементы которых важны для жизни как таковой. В организмы живых существ входят те же составляющие, что и в воздух, воду, почву и минералы. Отличие только в том, что молекулы неживой природы просты и однотипны, а живые организмы состоят из множества атомов разных типов.
Рис. 1. Классификация биогенных элементов
К биогенным относятся все элементы из таблицы Менделеева, но особенно важны следующие:
- водород
- кислород
- сера
- фосфор
- углерод
- азот
- железо
Важно! Все процессы на планете взаимосвязаны, и основным условием существования жизни на планете является непрерывный оборот биогеохимических веществ.
Возникновение круговоротов
Активность живого вещества и энергетические потоки Солнца выступают движущими силами этого процесса. Они перераспределяют, концентрируют и перемещают огромное количество жизненно необходимых веществ между растениями, их корневыми системами и всеми существами на планете.
Важно! Энергия заключена в химических связях органических веществ, которая поглощена продуцентом, вследствие чего она циркулирует в круговороте.
Возникает циклический оборот энергии потому, что действует закон ее сохранения. Она не исчезает бесследно, а расходуется для жизни биосферы Земли, переходя из одного состояния в другое.
Рис. 2. Круговорот азота в природе
Все химические составляющие окружающей среды проходят многократно приблизительно такой путь:
- Переходят в виде пищи от организма к организму;
- Выделяются в окружающий мир;
- Снова приобщаются автотрофами в процессы жизнедеятельности организмов.
Появляется круговорот, и так вещества движутся многократно. Все биологические процессы напоминают беспрерывное циклическое вращение лопастей ветряной мельницы, где лопасти — это круговорот веществ, а ветер — поток энергии, который проходит через всю экосистему.
Структура природного цикла
Вся жизнь на планете подчиняется законам одного глобального круговорота, который можно разделить на две основные составляющие. Они отличаются структурами и характером протекающих в них процессах.
Различают такие основные циклы:
- Большой либо геологический
- Малый либо биологический
Геологический
Этот вид еще зовется круговоротом воды в природе, где жидкость постоянно циркулирует между сушей и океаном.
Это — сложный геологический процесс и основными его элементами являются:
- Испарение влаги;
- Ее передвижение с воздушными потоками в состоянии пара;
- Формирование облаков;
- Осадки;
- Подземный и поверхностный сток воды в Мировой океан.
Все звенья круговорота имеют однотипный характер, за исключением осадков. Выпадая, они распределяются по трем категориям:
- По поверхности земной коры. Сток наполняет материковые водоемы, чьи воды стекаются в океаны. Эта вода содержит в себе растворенные химические элементы, частички почвы и гумуса.
Важно! По причине неконтролируемой вырубки лесов и безответственной деятельности человека в отношении ресурсов Земли, количество вод поверхностного стока растет с каждым годом. Это стало причиной многих экологических отклонений.
- Оседает в верхних слоях земной коры. Вода впитывается и сохраняется на некоторое время в почвах для питания растений. Спустя время, переработанная в процессе фотосинтеза, она переходит в атмосферу в парообразном состоянии.
- Проникает в более глубокие слои коры и образует подземные воды. Попадая в глубины Земли и заполняя ее трещины, вода вымывает растворенные минеральные вещества и доставляет их в океан.
Рис. 3. Круговорот водорода в природе
Материки на данный момент находятся значительно выше уровня моря, потому рано или поздно вся влага с территории суши попадает в его воды. При этом, в литосфере Земли происходит преображение и вынос веществ, которые, оседая в океане, наполняют его осадочными породами.
Совершая полный цикл, вода проделывает определенную работу по пути:
- Разрушает твердые породы;
- Растворяет минеральные вещества;
- Доставляет видоизмененные частички в океан.
Кора Земли пребывает в постоянном движении. Одни участки материковых плит, опускаясь, заливаются водами океанов. Другие — поднимаются, и те вещества, что образовались и накопились в водоемах за долгие годы, оказываются на поверхности.
Есть предположение, что через сотни тысяч лет кора двинется в обратном направлении. Это будет свидетельством того, что большой геологический цикл завершен и начался новый.
Важно! Большой цикл круговорота никогда не повторяется в точности, как предыдущий, и проходит по спирали, а не по кругу.
Малый
Он представляет собой обмен полезными веществами в пределах всей биосферы Земли с компонентами веществ из литосферы, атмосферы и гидросферы.
Этот цикл вмещает в себя такие составляющие:
- Продуценты
- Консументы
- Запас энергии и полезных веществ
- Редуценты
Продуценты преобразуют простые неорганические вещества в сложные органические соединения. Консументы модифицируют более сложные вещества. Редуценты выделяют химические элементы, которые образуют сложную органику и освобожденные ею вещества опять включаются в оборот.
Рис. 4. Круговорот углерода в природе
Биологический круговорот — это циркуляция химических элементов и полезных веществ между живыми организмами и неживой природой. Весь процесс можно разделить на такие составляющие:
- Все организмы вбирают в себя атомы биогенных веществ из гидросферы, литосферы и атмосферы;
- В телах организмов проходят химические реакции с участием этих веществ;
- После переработки микроэлементы выделяются в виде продуктов распада в окружающую среду;
- Окружающий мир и все живые организмы планеты, черпая из него питательные вещества и выделяя их обратно в виде продуктов жизнедеятельности, создают общую экосистему.
Важно! Организованная таким образом жизнь на Земле продолжается уже миллионы лет. Если внести даже незначительные изменения в структуру, массу и в исходный химический состав живого вещества, можно необратимо повлиять на весь характер биологического цикла.
На устойчивость экосистемы влияет и круговорот нисходящего и восходящего потоков, где:
- Восходящий поток образуется, благодаря взаимодействию окружающей среды с растениями. На этом этапе создается первичный продукт.
- Нисходящий поток генерируется всеми уровнями экосистемы, которые преобразуют синтезированную продукцию в неорганические вещества.
Таким образом, каждая живая субстанция поддерживает жизнь на Земле, создавая круговорот.
Рис. 5. Круговорот веществ в природе
Основные отличия круговоротов
Все в мире связано между собой и это обеспечивает слаженную работу всех уровней на планете. Большой и малый обороты в этом процессе сливаются и функционируют совместно для поддержания жизни на планете.
Однако у них разная структура, и специалисты выделяют характерные особенности:
- Составляющими компонентами. В геологическом круговороте принимают участие химические вещества со всех уровней земной коры. Биологический — отличается взаимодействием только между биогенными элементами.
- Длительностью. Цикл Малого оборота длится от года до сотни лет. Период Большого — тянется до сотен тысяч лет.
- Движущей силой. Импульсом для геологического круговорота выступает вода, которая “путешествует” между сушей и водоемами. В Малом круговороте в этой роли выступают живые организмы, их продукты жизнедеятельности и питание.
Вот такое слаженное взаимодействие всех элементов на Земле обеспечивает гармоничное и сбалансированное существование всех структур на планете.
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.
