Що таке біогеохімічний цикл
Біогеохімічний цикл — це перетворення і переміщення хімічного елемента за спільної дії біотичних та абіотичних компонентів біосфери.
Термін «біогеохімічні цикли» увів у науку В. І. Вернадський у 1910 р.
Рушійні сили біогеохімічних циклів:
- енергія Сонця;
- енергія геологічних процесів, що відбуваються на планеті.
Структура біогеохімічного циклу
У біогеохімічних циклах розрізняють дві частини.
Резервний фонд:
- більша кількість речовини або елемента;
- повільний обмін;
- менш доступний для живих організмів.
Обмінний фонд:
- менша частка елемента;
- швидке переміщення по етапах циклу;
- безпосередньо доступний для організмів.
Два основні типи біогеоциклів
Цикли з резервним фондом в атмосфері або гідросфері:
- цикли Карбону, Нітрогену, Оксигену;
- здатні до швидкої саморегуляції;
- основне депо — газуваті речовини атмосфери.
Цикли з резервним фондом у літосфері (осадові цикли):
- цикли Фосфору, Сульфуру, Кальцію, Калію, Феруму;
- нижчий рівень саморегуляції;
- речовини перебувають у малодоступній формі, надходження повільне.
Порушення біогеохімічних циклів через діяльність людини
Упродовж еволюції біогеоцикли стали збалансованими, але сучасна людська діяльність їх порушує.
Основні напрями впливу:
- видобування і переробка корисних копалин, спалювання вугілля, нафти, торфу, газу, використання добрив;
- вирубування лісів, що зменшує фіксацію Карбону; знищення видів, яке порушує перетворення в циклах;
- накопичення пластмас і штучних сполук, які не розкладаються редуцентами і не засвоюються продуцентами.
Біогеохімічний цикл Карбону
Карбон є основою органічних речовин усіх живих організмів.
Резервний фонд Карбону:
- CO2, CH4, CO в атмосфері;
- вапняки, крейда, торф, вугілля, нафта в літосфері.
Біотичні перетворення:
- фотосинтез;
- дихання;
- біоакумуляція;
- мінералізація.
Абіотичні перетворення:
- розчинення;
- окиснення;
- горіння.
Біогеохімічний цикл Нітрогену
Нітроген входить до складу амінокислот, білків і нуклеїнових кислот.
Резервний фонд:
- атмосферний азот N2.
Доступна форма:
- нітрати.
Основні перетворення відбуваються за участю мікроорганізмів у ґрунті.
Ключові процеси циклу:
- азотофіксація — бульбочкові бактерії та ціанобактерії переводять N2 у доступну форму;
- амоніфікація — розклад органічних речовин до NH3 (аміак), який переходить у NH4+ (амоній);
- нітрифікація — окиснення амонію до нітритів і нітратів;
- денітрифікація — перетворення нітратів і нітритів у молекулярний N2, що повертається в атмосферу.
Біогеохімічний цикл Фосфору
Резервний фонд:
- гірські породи і мінерали.
Доступна форма:
- фосфати.
Фосфор у живих організмах:
- входить до складу нуклеїнових кислот, АТФ, білків і ліпідів;
- надходить до рослин після вивітрювання порід.
Повернення в цикл:
- після відмирання організмів редуценти мінералізують залишки і перетворюють Фосфор на фосфати, які знову використовуються рослинами.
Втрати з циклу:
- фосфор виноситься в моря й океани, де формує нові породи.
Біогеохімічний цикл Сульфуру
Сульфур є макроелементом для синтезу амінокислот метіоніну і цистеїну, вітаміну B1 та деяких ферментів. У живленні рослин він посідає третє місце після Нітрогену і Фосфору.
Резервний фонд:
- осадові породи, мінерали, горючі копалини;
- доступні форми — сульфати і H2S;
- рослини поглинають Сульфур у вигляді сульфат-іонів.
Біотичні перетворення:
- сіркобактерії (аеробні й анаеробні пурпурні);
- сульфатвідновлювальні бактерії, що перетворюють сполуки Сульфуру на сульфати.
Абіотичні перетворення:
- H2S і газуваті оксиди Сульфуру в атмосфері перетворюються на сульфати, які з опадами потрапляють у ґрунт і океан.