Экология: биология взаимодействия. 2.05. Источники энергии для БГХ-циклов

2.04. Биогеохимические циклы

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 2. Биосферология

2.06. Биогеохимический цикл углерода

2.05. Источники энергии для БГХ-циклов

Мы не находим следов начала, и не имеем надежд конца.
Джеймс Геттон (Хаттон)

Перемещение элементов в биосфере обеспечивается благодаря трем основным источникам энергии («приводным ремням» для БГХ-циклов):

— энергия Солнца, преобразованная гидросферой и атмосферой в гидрологическом цикле (рис. 2.5.1);

— энергия Солнца, накопленная в органических веществах в ходе фотосинтеза (рис. 2.5.2);

— хтоническая энергия материнская энергия Земли; перемещение тектонических плит, а также поднятие пород при горообразовании и вулканических извержениях, делающее их доступными для водной, ветровой и биологической эрозии; рис. 2.5.3).

Рассмотрим эти «приводные ремни» подробнее.

Гидрологический цикл. Солнечные лучи нагревают земную поверхность (рис. 2.5.1). При этом часть их энергии тратится на испарение воды, а другая часть — на нагревание воздуха. Неравномерное нагревание воздушных масс вызывает их циркуляцию. Образующиеся над океанами и богатые водными парами воздушные массы с помощью ветров оказываются над континентами. Выпав в виде осадков, вода возвращается обратно в океаны через реки и подземные воды. Это движение потоков воды обеспечивает разрушение горных пород (водную эрозию) и перенос значительных количеств вещества в океаны.

Рис. 2.5.1. Глобальный гидрологический цикл (круговорот воды в природе). Цифры — геограммы (1020 г), для фондов — в среднем, для потоков — в год

Гидрологический цикл преобразует намного большее количество энергии, чем запасается в ходе фотосинтеза. На самом деле, приведенная на рисунке схема сделана для равновесной ситуации и не соответствует нынешнему состоянию дел, так как на данное время человек изымает воду из подземных резервуаров существенно быстрее, чем эти резервуары пополняются за счет естественных процессов.

Биогенный круговорот. Важнейшим процессом, накапливающим в биосфере доступную для живых организмов энергию, является фотосинтез. Благодаря ему доступные для растений неорганические питательные вещества ассимилируются в первичной продукции (растительной биомассе, рис. 2.5.2). Аналогичную роль в ряде экосистем выполняет бактериальный и архебактериальный хемосинтез. Энергия, запасенная в органических веществах продуцентов, передается гетеротрофным организмам, обеспечивая их жизнедеятельность. Химические реакции в живых организмах и перенос ими разнообразных веществ, протекающие за счет накопленной при фотосинтезе энергии, являются одним из «приводных ремней» БГХ-циклов.

Рис. 2.5.2. Роль биологических процессов в биогеохимических процессах

Хтоническая энергия движет осадочный цикл, который является следствием тектоники плит (шире — активности литосферы). Пионером изучения тектоники литосферных плит греч. tektonike — строительное искусство) был немецкий метеоролог Альфред Вегенер, предложивий в 1915 году гипотезу дрейфа континентов. Современники высмеяли эту идею, но полученные в середине XX века новые данные неожиданно заставили к ней вернуться. Сейчас известно, что, в отличие от представлений Вегенера, движутся не континенты, а литосферные плиты, на которых расположены материки. Данные по изучению океанского дна показали, что новая земная кора образуется в срединно-океанических хребтах и раздвигается от них в обе стороны, неся на себе континенты. Выделяют около десятка крупных плит и большее количество мелких; скорость движения — от 1 до 20 см в год. Там, где плиты сталкиваются, одна начинает «подлазить» под другую, приподнимая ее вверх. Богатые водой осадочные породы попадают на глубину, в область высокого давления и температуры. Наличие воды снижает температуру плавления горных пород, и в таких местах наблюдается активный вулканизм. Напряжения, возникающие в горных породах, снимаются при помощи землетрясений. Поднятие горных пород в результате горообразования и вулканизма приводит к тому, что они подвергаются выветриванию и содержащиеся в них элементы становятся доступными для организмов, которые живут на поверхности планеты (рис. 2.5.3).

Рис. 2.5.3. Осадочный цикл. Цифры — геограммы (1020 г) в миллион лет. Материки — покрытые отложениями гранитные блоки, плавающие на слое базальта, подстилающем океаны. Подъем пород происходит вследствие вулканической деятельности и горообразования при столкновении континентов. Гранит — светлый, базальт — темная вулканическая порода

Итак, осадочный цикл — это перемещение биогенов из живого вещества в осадочные породы, образующиеся на дне океанов, с их последующим подъемом над поверхностью океана благодаря тектонике плит и вулканизму, а также дальнейшим выветриванием биогенов и их повторным попаданием в состав живого вещества.

 

Дополнительные материалы:

Учебная модель: Гидрологический цикл

Учебная модель: Тектоника плит

Учебная модель: Источники энергии для БГХ-циклов на примере цикла фосфора

Колонка: Диета без фосфора?

 

2.04. Биогеохимические циклы

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 2. Биосферология

2.06. Биогеохимический цикл углерода