Біологічний кругообіг в екосистемі

В кожній екосистемі кругообіг речовин відбувається в резуль-таті взаємодії автотрофів та гетеротрофів.

Вуглець, водень, кисень, азот, сірка і фосфор та біля 30 простих речовин, що необхідні для утворення живої речовини, безпе-рервно перетворюються в органічні речовини або поглинаються у вигляді неорганічних компонентів автотрофами, а автотрофи використовуються гетеротрофами (спочатку консументами, а потім деструкторами).

Суть кругообігу в тому, що утворення живої речовини і роз-клад органічної речовини - два боки єдиного процесу. В процесі біологічного кругообігу атоми поглинаються живою речовиною і заряджаються енергією, а потім залишають живу речовину, віддаючи енергію, в оточуюче середовище. За рахунок біоген-ної енергії відбувається більшість хімічних реакцій. Біологічні кругообіги можуть бути різних масштабів і різної тривалості - від швидкого кругообігу в ґрунті, річці, озері до тривалого, який обіймає всю біосферу. Близько 40 хімічних елементів, що входять до складу біомаси, постійно циркулюють між живими та нежи-вими компонентами екосистеми. Наведемо приклади кругообігу найбільш розповсюджених хімічних елементів.

Кругообіг Нітрогену. Нітроген (азот) у вигляді газоподібних сполук (N2, NH3, N2O, NO, NO2) знаходиться в повітрі, в живих організмах переважно у вигляді білків, нуклеїнових кислот, ферментів; у ґрунті - у вигляді солей амонію, нітратів і нітри-тів; тут завдяки численним мікроорганізмам - азотфіксато-рам, нітрифіксаторам, денітрифікаторам відбуваються найріз-номанітніші біохімічні процеси. В біосфері фіксація нітрогену з повітря відбувається переважно біологічним шляхом і лише незначна кількість (менш як 35 мг/мз) - у результаті фізико-хімічних процесів в атмосфері (електричні розряди та фотохі-мічні процеси).

Нітроген вступає в кругообіг виключно через кореневу систему у вигляді нітратів чи солей амонію або за допомогою симбіотичного зв'язку через бактерії, гриби та синьо-зелені водо-рості, які здатні фіксувати атмосферний азот.

Органічні сполуки, що містять нітроген, при розщепленні в організмі виділяються у вигляді аміаку чи солей амонію в при-родне середовище. В природі поклади КЫОз (чилійської селітри) є лише в Чилі, де практично не буває дощів.

Кругообіг Карбону (вуглецю). В атмосфері міститься оксид карбону (IV) або вуглекислий газ (об'ємна частка становить 0,03 %), оксид карбону (II) або чадний газ, як малі компоненти - вуглеводні, зокрема метан, та інші органічні сполуки. Карбон - основний хімічний елемент живої речовини, оскільки входить до складу білків, жирів, вуглеводів та інших речовин. При окис-ленні в процесі метаболізму органічних сполук утворюється оксид карбону (IV), що підтримує в крові сталу кислотність (кар-бонатна буферна система).

Сполуки карбону (у вигляді горючих корисних копалин і кар­бонатів, а також алотропних форм - алмазу і графіту) знаходяться в літосфері. У воді - карбонати і гідрокарбонати переважно каль-цію імагнію, розчинений СО2, на дні - карбонатні мули, утворені хімічним шляхом чи внаслідок накопичення мертвих решток організмів, що будують своє тіло з карбонату кальцію.

Сполуки карбону у ґрунті - це переважно органічні речовини - рештки організмів, продукти їх метаболізму та СО2, що виділя-ється під час дихання організмів і розкладання органічних речо-вин в аеробних умовах. Оксид карбону(М) рослини поглинають листям і кореневою системою для синтезу органічних сполук.

Людська діяльність значно впливає на кругообіг цього біо-фільного хімічного елемента. Сполуки карбону у вигляді оксидів потрапляють в атмосферу при спалюванні горючих корисних копалин, що їх запасла біосфера; вуглеводні - під час нафтовидо-бутку та нафтопереробки; численні нові органічні сполуки утво-рюються в процесах органічного синтезу.

Кругообіг Фосфору.

Мінералами є апатит Ca5X(PO4)3, де X - F-, Cl-, ОН- і фосфорит Ca3(PO4)2∙ У ґрунті фосфор входить до складу решток мертвих організмів та їхніх екскрементів. Поширеним фосфоровмісним добривом є гуано-послід морських птахів.

Для підвищення родючості ґрунтів на поля вносять добрива, зокрема, фосфорні. Змивання їх у водойми спричинює евтрофі-кацію водойм (підвищення біологічної продуктивності екосис-теми внаслідок нагромадження біогенних елементів, головним чином нітрогену і фосфору). Сполуки фосфору накопичуються на дні водойм і в прибережній зоні морів та океанів у вигляді решток живих організмів і фосфатів. На суходіл потрапляють з рибою та під час видобування корисних копалин.

Кислотні дощі прискорюють міграцію фосфору завдяки роз­чиненню фосфатів.

Кругообіг Сульфуру (лат. sulfphur - сірка). Цей хімічний еле-мент має газоподібні сполуки: гідрогеносульфур та оксиди суль-фуру (IV) і (7І).Більшість сульфатів розчинні у воді, тоді як суль-фіди (крім лужних металів і амонію) малорозчиннізо.

Сульфур у складі органічних сполук міститься в живих орга-нізмах, горючих корисних копалинах. У ґрунті діють численні мікроорганізми, що перетворюють сульфіди на сульфати та сірку і навпаки. Під час гниття органічних решток виділяється токсичний гідрогеносульфур (сірководень, H2S), що отруює водні організми; з іншого боку, H2S може осаджувати катіони важких металів у вигляді малорозчинних сульфідів, сприяючи самоочищенню водойм.

Великі кількості оксидів сульфуру утворюються при спалю-ванні сміття, добуванні металів із сульфідів, у виробництві та використанні сульфатної кислоти.

У літосфері існує самородна сірка, малорозчинні у воді суль-фіди багатьох металів у вигляді мінералів: свинцевий блиск PbS,

зо Сульфати - це солі сірчаної кислоти, сульфіди - з'єднання сульфуру з іншими елемента-ми. Більшість сульфідів є природними мінералами і часто використовуються для отримання відповідних металів, а також сірчаної кислоти.

пірит FeS2, цинкова обманка ZnS, кіновар HgS, реальгар Ag2S; розчинні сульфати: №2SQ4 • 10Н2О - мірабіліт, СаSО4 • 2Н2О гіпс, СаSО4 - ангідрид.

Значні кількості сульфат-іонів містяться в природних водах, особливо мінералізованих; деякі мінеральні води збагачені гід- рогенсульфуром (сірководнем). Сірководневі зони існують і в моряхзі та океанах - це мертві зони, хоча гідрогенсульфур і є дже-релом енергії для хемосинтезуючих організмів.

Таким чином, для всіх без винятку екосистем характерний кругообіг речовин.