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
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
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
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
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
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.