Корсак М.Н., Мошаров С.А. и др. Учебное пособие по экологии. Под ред. С.В.Белова (2006) (1092088), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Существуют многочисленные газообразные соединениясеры, например сероводород (H2S) и сернистый ангидрид (SO3).Однако преобладающая часть круговорота этого элемента имеет осадочнуюприроду и происходит в почве и воде.Подробная схема круговорота серы приведена на рис. 10.4.Рис 10.4. Схема круговорота серыОсновной источник серы, доступный живым организмам, - сульфаты (SO42). Многие сульфаты растворимы в воде, и это определяет доступность неорганической серы для растений, так как многие элементы (в том числе и сера) могутпоступать в живые организмы только в растворенном виде. Растения, поглощаясульфаты, восстанавливают их и вырабатывают незаменимые серосодержащиеаминокислоты (метионин, цистеин, цистин), играющие важную роль в созданиитретичной (пространственной) структуры белков.
Животные и микроорганизмы,потребляя растительную биомассу в пищу, усваивают серосодержащие органические соединения.При разложении мертвого органического вещества (опавшая листва, погибшие организмы, продукты выделения) гетеротрофными бактериями сера вновьпереходит в неорганическую форму (преимущественно в виде сероводорода H2S).Некоторые бактерии могут вырабатывать сероводород из сульфатов в анаэробных(бескислородных) условиях. Другая немногочисленная группа бактерий можетвосстанавливать сероводород до элементарной серы (S).С другой стороны, существуют бактерии, опять окисляющие сероводороддо сульфатов, благодаря чему вновь увеличивается запас серы в доступной длярастений форме. Подобные бактерии называются хемосинтезирующими, так какони синтезируют органические вещества за счет энергии окисления простых химических веществ (в данном случае сероводорода).
Этим обстоятельством ониотличаются от фотосинтезирующих организмов, создающих органические вещества за счет энергии света.Последняя фаза круговорота серы полностью осадочная (проходящая в осадочных породах). Она характеризуется выпадением в осадок этого элемента ванаэробных условиях в присутствии железа. Таким образом, процесс заканчивается медленным и постепенным накоплением серы в глубоко лежащих осадочныхпородах.В целом экосистеме, по сравнению с азотом и фосфором, требуется значительно меньше серы. Поэтому сера реже является лимитирующим фактором дляразвития растений и животных.
Вместе с тем круговорот серы относится к ключевым в общем процессе создания разложения органического вещества биомассы вбиосфере. К примеру, при образовании в осадках сульфидов железа фосфор изнерастворимой формы переходит в растворимую и становится доступным для фотосинтезирующих организмов. Это служит наглядным подтверждением того, чтоодин круговорот связан с другим и регулируется им.Круговорот углерода. Углерод в качестве важнейшего структурного элемента входит в состав любого органического вещества, поэтому его круговоротво многом определяет интенсивность образования и разрушения органическоговещества в различных частях биосферы. В природе углерод существует в двухнаиболее распространенных минеральных формах - в виде карбонатов (известняков) и в виде подвижной формы углекислого газа (yглекислоты, СО2).
В биохимическом круговороте углерода атмосферный фонд углекислого газa относительноневелик (711 млрд. т) в сравнении с запасами углерода в океанах (39000 млрд. т),в ископаемом топливе (12000 млрд. т) и наземных экосистемах (3100 млрд. т).Приблизительно 93 % углекислого газа находится в океане, который способен удерживать намного больше этого химического соединения, чем другие резервуары. Большая часть углекислоты, поступающей из атмосферы в поверхностные слои морской воды, взаимодействует с водой с образованием угольной кислоты и продуктов ее диссоциации. Таким образом, в океане постоянно существует карбонатная система - сумма всех неорганических растворенных соединенийуглерода (углекислый газ СО2, угольная кислота Н2СО3 и продукты ее диссоциации).Все эти соединения связаны между собой и могут превращаться друг в друга в процессе химических реакций при изменении условий окружающей среды.Например, в случае увеличения кислотности воды (при низких значениях рН) молекулы угольной кислоты распадаются на воду Н2О и углекислый газ СО2, приэтом последний может удаляться из океана в атмосферу.
Щелочные условия, наоборот, способствуют образованию карбонат -ионов (СОз2-), труднорастворимыхкарбонатов кальция (СаСО3) и магния (MgCO3), которые в виде осадка опускаются на дно и на какое-то время выводят углерод из круговорота в океане.Как видно из рис. 10.5, содержащийся в атмосфере или гидросфере углерод(в виде углекислого газа СО2) в процессе фотосинтеза включается в органическоевещество растений и далее по пищевой цепи попадает в организмы животных имикроорганизмы. Обратный процесс перехода углерода из органической формы вминеральную происходит во время дыхания всех организмов животных, и растений (окисление органического вещества до углекислого газа (СО2) и воды (Н2О)).Процесс высвобождения углекислого газа из органического вещества происходитне сразу, а постепенно, частями на каждом трофическом уровне.
В почве оченьчасто биогеохимический цикл углерода замедляется, так как органические вещества минерализуются не полностью, а трансформируются в органические комплексы - гумус.Особенность функционирования наземных экосистем - значительное и относительно долговременное накопление органической формы углерода в биомассе растений и животных, а также в гумусе. Таким образом, биомасса наземныхэкосистем также может рассматриваться как значительный запас углерода в биосфере.Рис. 10.5.
Схема круговорота углерода (серые прямоугольники - резервныефонды углерода)Океаническая ветвь биогеохимического цикла углерода имеет свои особенности, которые, учитывая значительный объем содержащегося в воде углерода,определяют важную роль Мирового океана в круговороте данного элемента. Вводной среде в отличие от наземных экосистем основными фотосинтезирующимиорганизмами являются одноклеточные микроскопические водоросли, парящие вводной толще (фитопланктон).Жизнедеятельность организмов фитопланктона достаточно активна и сопровождается как накоплением органического углерода в виде биомассы, так ивыделением растворенного органического углерода. Животные и бактерии потребляют эти органические формы углерода.Особенностью функционирования водной экосистемы является быстрыйпереход органических форм углерода по пищевой цепи от одних организмов кдругим.
В отличие от наземных экосистем в океане не образуются значительныезапасы органического углерода в биомассе живых организмов. Большая часть органического углерода в гидросфере вновь потребляется и в конце концов окисляется до минеральной формы - углекислого газа (СО2). Другая часть мертвого органического вещества (детрит) под действием силы тяжести оседает в глубокиеслои водной толщи и откладывается на дне, где может долгое время сохраняться ввиде органических осадков.Небольшая часть органического вещества и содержащегося в нем углерода,по терминологии В.И. Вернадского, ускользает от круговорота и «уходит в геологию» - в отложения в виде торфа, угля, нефти и известняка в водных экосистемах.Современный баланс углекислого газа в атмосфере представлен в табл.
10.1.Таблица 10.1Ежегодный баланс СО2 в атмосфереСоставляющие балансаПоступление в атмосферу:индустриальные выбросыв процессе вырубки лесовпри эрозии почвПоглощение из атмосферы:экосистемами суши (фотосинтез)Мировым океаном («карбонатная система»)СО2, остающийся в итоге ежегодно в атмосфереЕжегодные поступления/убывания СО26,411,080,914,051,053,3Источник: Тарко А.М. Устойчивость биосферных процессов и принципов Ле Шателье// Доклады РАН. 1995.
Т. 343. № 3. С. 123.Таким образом, около из 6,41 млрд. т углекислого газа, ежегодно выбрасываемых промышленностью, 3,3 млрд. т, т.е. более 50% остается и атмосфере. Запоследние 150 лет это уже привело к увеличению содержания углекислоты в атмосфере более чем на 25% и вызвало стимуляцию парникового эффекта. В своюочередь изменение климатического режима Земли может привести и уже приводит к глобальному изменению климата.В целом в биосфере в постоянном круговороте находится около 0,2% мобильного запаса углерода.
Углерод биомассы обновляется за 12 лет, атмосферы за 8 лет, что подтверждает высочайшую сбалансированность биогеохимическогоцикла углерода.Контрольные вопросы и задания.1. Что называется биогеохимическими циклами и как они связаны с экосистемами?2. Охарактеризуйте резервный и обменный фонд в круговороте химическихэлементов.3. Укажите блоки экосистем, через которые проходят биогеохимическиециклы элементов.4. В круговороте каких биогенных элементов ключевая роль принадлежитмикроорганизмам?5.
Для каких элементов атмосфера является резервным фондом?11. ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙКаждый биологический вид, существующий в природе, - это сложный комплекс внутривидовых групп организмов с однотипными чертами строения, физиологией и образом жизни. Такими внутривидовыми группами организмов являются популяции.Популяция - группа организмов одного вида, способная поддерживатьсвою численность длительное время, занимающая определенное пространство и функционирующая как часть биотического сообщества экосистемыБиотическое сообщество представляет собой совокупность популяций организмов разных видов, функционирующих как целостная система в определенном физико-географическом пространстве среды обитания.Приспособительные возможности у популяции значительно выше, чем услагающих ее индивидов. Популяция как биологическая единица обладает определенной структурой и функциями.Популяция обладает биологическими свойствами, присущими как популяции в целом, так и составляющим ее организмам, и групповыми свойствами, проявляющимися только в целой группе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
