Екологія: біологія взаємодії. 2.05. Джерела енергії для БГХ-циклів

Українська / Русский

2.04. Біогеохімічні цикли

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії

Розділ  2. Біосферологія

2.06. Біогеохімічний цикл Карбону

2.05. Джерела енергії для БГХ-циклів

Ми не знаходимо слідів початку, і не маємо надій кінця.
Джеймс Геттон (Хаттон)

Переміщення елементів в біосфері забезпечується завдяки трьом основним джерелам енергії ( «приводним ременям» для БГХ-циклів):

— енергія Сонця, перетворена гидросферою і атмосферою в гідрологічному циклі (рис. 2.5.1);

— енергія Сонця, накопичена в органічних речовинах в ході фотосинтезу (рис. 2.5.2);

— хтонічна енергія, тобто материнська енергія Землі; переміщення тектонічних плит, а також підняття порід при гороутворенні і вулканічних виверженнях, що робить їх доступними для водної, вітрової та біологічної ерозії (рис. 2.5.3).

Розглянемо ці «приводні ремені» докладніше.

Гідрологічний цикл. Сонячні промені нагрівають земну поверхню (рис. 2.5.1). При цьому частина їх енергії витрачається на випаровування води, а інша частина — на нагрівання повітря. Нерівномірне нагрівання повітряних мас викликає їх циркуляцію. Утворені над океанами і багаті водними парами повітряні маси внаслідок дії вітрів опиняються над континентами. Випавши у вигляді опадів, вода повертається назад в океани через ріки та підземні води. Цей рух потоків води забезпечує руйнування гірських порід (водну ерозію) і перенесення значних кількостей речовини в океани.

Рис. 2.5.1. Глобальний гідрологічний цикл (круговорот води в природі). Цифри - геограмми (1020 р), для фондів - в середньому, для потоків - в рік

Гідрологічний цикл перетворює набагато більшу кількість енергії, ніж запасається в ході фотосинтезу. Насправді, наведена на рис. 2.5.1 схема зроблена для рівноважної ситуації і не відповідає нинішньому стану справ, так як на даний час людина вилучає воду з підземних резервуарів істотно швидше, ніж ці резервуари поповнюються за рахунок природних процесів.

Біогенний круговорот. Найважливішим процесом, що накопичує в біосфері доступну для живих організмів енергію, є фотосинтез. Завдяки йому доступні для рослин неорганічні поживні речовини асимілюються в первинній продукції (рослинній біомасі, рис. 2.5.2). Аналогічну роль в ряді екосистем виконує бактеріальний і архебактеріальний хемосинтез. Енергія, запасена в органічних речовинах, утворених продуцентами, передається гетеротрофним організмам, забезпечуючи їх життєдіяльність. Хімічні реакції в живих організмах і перенесення ними різноманітних речовин, що протікають за рахунок накопиченої при фотосинтезі енергії, є ще одним з «приводних ременів» БГХ-циклів.

Рис. 2.5.2. Головні біологічні процеси, що рушать БГХ-цикли

Поняття «хтонічна енергія» ми використовуємо для позначення енергії земних надр, материнської енергії Землі. Використане слово походить від одного з імен Геї — Хтонія. Хтоничні божества (і, ширше — хтоничні істоти) в міфології — це сили, які уособлюють природну міць Землі.

Хтонічна енергія рухає осадовий цикл, який є наслідком тектоніки плит (ширше — активності літосфери). Піонером вивчення тектоніки літосферних плит (грец. tektonike — будівельне мистецтво) був німецький метеоролог Альфред Вегенер, який запропонував в 1915 році гіпотезу дрейфу континентів. Сучасники висміяли цю ідею, але отримані в середині XX століття нові дані несподівано змусили до неї повернутися. Зараз відомо, що, на відміну від уявлень Вегенера, рухаються не континенти, а літосферні плити, на яких розташовані материки. Дані з вивчення океанського дна показали, що нова земна кора утворюється в серединно-океанічних хребтах і розсувається від них в обидві сторони, несучи на собі континенти. Виділяють близько десятка великих плит і більшу кількість дрібних; швидкість руху — від 1 до 20 см в рік. Там, де плити стикаються, одна починає «підлазити» під іншу, піднімаючи її вгору. Багаті водою осадові породи потрапляють  на глибину, в область високого тиску і температури. Наявність води знижує температуру плавлення гірських порід, і в таких місцях спостерігається активний вулканізм. Напруження, що виникають в гірських породах, знімаються за допомогою землетрусів. Підняття гірських порід в результаті горотворення та вулканізму призводить до того, що вони піддаються вивітрюванню і елементи, що в них містяться, стають доступними для організмів, які живуть на поверхні планети (рис. 2.5.3).

Рис. 2.5.3. Осадовий цикл. Цифри - геограмми (1020 р) в мільйон років. Материки — покриті відкладеннями гранітні блоки, що розташовані над шаром базальту. Континентальна кора товще за океанічну і плаває у в'язкій мантії. Підйом порід відбувається внаслідок вулканічної діяльності і горотворення при зіткненні континентів

Отже, осадовий цикл — це переміщення біогенів із живої речовини в осадові породи, що утворюються на дні океанів, з їх подальшим підйомом над поверхнею океану завдяки тектоніці плит і вулканізму, а також подальшим вивітрюванням биогенов і їх повторним потраплянням до складу живої речовини.

 

Додаткові матеріали:

Учебная модель: Гидрологический цикл

Учебная модель: Тектоника плит

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

Колонка: Диета без фосфора?

 

Українська / Русский

2.04. Біогеохімічні цикли

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії

Розділ  2. Біосферологія

2.06. Біогеохімічний цикл Карбону