Солнце как источник энергии Первоисточником энергии для экосистем служит

70% всей солнечной энергии, доходящей до Земли отражается, поглощается атмосферой,

излучается в виде длинноволнового ИФ излучения. Падающая на поверхность Земли солнечная радиация составляет 1,54 млн. ЭДж в год.
Это огромное количество энергии в 5000 раз превышает всю энергетику человечества конца XX столетия и в 5,5 раза – энергию всех доступных ресурсов ископаемого топлива органического происхождения, накопленных в течение, как минимум, 100 млн. лет.

В. В. Хаскин, 1994)
Примечание: энергия в ЭДж/год. 1 ЭДж =

1018 Дж; горизонтальное сечение потока энергии - логарифмическое. На каждом из этапов трансформации большая часть энергии теряется.

тепло, нагревая воду или почву, от которых в свою очередь

нагревается воздух. Это тепло служит движущей силой круговорота воды, воздушных потоков и океанических течений, определяющих погоду, постепенно отдается в космическое пространство, где и теряется.
Основной принцип функционирования экосистем: они существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

достигающею Земли. Поступающего на землю количества солнечной энергии достаточно для

удовлетворения потребностей человечества, а так как она в конце концов превращается в тепло, то увеличение ее использования не окажет влияния на динамику биосферы.
2. Чистота. Солнечная энергия - «чистая», хотя ядерные реакции, идущие в недрах Солнца и служащие источником ею энергии, и сопровождаются радиоактивным загрязнением, все оно остается в 150 млн. км от Земли.
3. Постоянство. Солнечная энергия всегда будет доступна в одинаковом, безграничном количестве.

погаснет. Однако для нас это не имеет практического значения, так

как люди, по современным данным, существуют только около 3 млн лет. Это всего 0,3% миллиарда. Если даже через 1 млрд. лет жизнь на Земле станет невозможной, у человечества в запасе еще 99,7% этого срока.

большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и

циркуляции атмосферы;
2. малый, биологический (биотический), развивающийся на основе большого и состоящий в непрерывном, циклическом, но неравномерном во времени и пространстве, и сопровождающийся более или менее значительными потерями закономерного перераспределения вещества, энергии и информации в пределах экологических систем различного уровня организации.

оборачивается через организмы (связывается при дыхании и высвобождается при фотосинтезе)

за 2000 лет;
СО2 атмосферы совершает круговорот в обратном направлении за 300 лет;
Вода на Земле разлагается и воссоздаётся путем фотосинтеза и дыхания за 2 000 000 лет.
Биогеохимический круговорот (биогеохимический цикл) – обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой, между биотопом и биоценозом экосистемы в виде чередующихся то органических, то минеральных соединений.

Джибор, 1972).

экосистеме устойчивость: постоянство процентного содержания различных элементов.
Принцип функционирования экосистем:

получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

затратам энергии круговорот на Земле - планетарный гидрологический цикл.
Рис.

Общая схема круговорота воды (Ф. Рамад, 1981) Примечание: цифры - толщина слоя в метрах.

фотосинтеза, а также разнообразные химические реакции. Вода – основной элемент,

необходимый для жизни.
Самая распространенная неорганическая составляющая живой материи:
у человека вода – 63% массы тела,
грибов – 80%,
растений – 80-90%,
некоторые медузы – 98%.

трех главных составных частях биосферы: атмосфере, гидросфере, литосфере.
Малый круговорот

воды – испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана.
Большой круговорот воды – водяной пар переносится воздушными течениями на сушу, часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая – питает реки и водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоками.

2/9.
Вода, выпавшая на сушу, в процессе фильтрации через почву

обогащается минеральными и органическими веществами, образуя подземные воды. Вместе с поверхностными стоками она поступает в реки, а затем в океаны.

ее биогеохимическом круговороте. Толщина слоя водяного пара в атмосфере 0,03

м. На Земле существует один источник притока воды – атмосферные осадки и один источник расхода – испарение.
В жизнедеятельности растений вода участвует в фотосинтезе и транспирации. Суммарное испарение – масса воды, испаряемая растительностью и с поверхности почвы, играет важную роль в круговороте воды на континентах.
Грунтовые воды, проникая в ткани растений при транспирации, приносят мин.соли, необходимые для жизнедеятельности растений.

совершается за 8,0 тыс. лет, что отражает медленное движение и

процесс таяния ледниковых масс. Подземные воды обновляются за 5,0 тыс. лет, воды океанов – за 3,0 тыс. лет, атмосферные воды – за 10 суток. Речные воды сменяются в среднем каждые 11 суток. Происходящий в природе круговорот самоочищающейся воды - вечное движение, обеспечивающее жизнь на Земле.

микроорганизмами.
Биотический (биологический) круговорот –поступление химических элементов из почвы, воды

и атмосферы в живые организмы, превращение в них поступающих элементов в новые сложные соединения и возвращение их обратно в процессе жизнедеятельности с ежегодным опадом части органического вещества или с полностью отмершими организмами, входящими в состав экосистемы (Н. Ф. Реймерс, 1990).

Н. 3. Харитонова, 1979)

Хаскин, 1994) Пояснения: внутреннее малое кольцо - первичный биотический круговорот

с участием примитивных продуцентов (П) и редуцентов-деструкторов (Д); Р - растения; Т - первичные консументы (растительноядные животные); X, и X, - вторичные и третичные консументы (хищники). Все циклы замыкаются редуцентами

редуцентов-деструкторов (Д).
Микроорганизмы быстро размножаются и приспосабливаются к разным условиям:

используют для питания всевозможные источники углерода.
Высшие организмы такими способностями не обладают. В целостных экосистемах они существуют в виде надстройки на фундаменте микроорганизмов.

в процессе фотосинтеза органическое вещество, используя энергию солнца.
Затем подключаются

первичные консументы – растительноядные животные (Т) и плотоядные консументы.
Все организмы занимают определенное место в биотическом круговороте и выполняют свои функции по трансформации достающихся им ветвей потока энергии и по передаче биомассы. Всех объединяет, обезличивает их вещества и замыкает общий круг система одноклеточных редуцентов (деструкторов). В абиотическую среду биосферы они возвращают все элементы, необходимые для новых и новых оборотов.

вещества биосферы и определяющий ее высокий О2 потенциал. Регулятор основных

геохимических процессов в биосфере и фактор, определяющий наличие свободной энергии верхних оболочек Земли. Фотосинтез – химическая реакция, протекающая за счет солнечной энергии при участии хлорофилла зеленых растений:
nCO2 + nH2О + энергия = СnH2nOn + nO2

свободный О2. Прямые продукты Ф. - различные орг. соединения.
Глюкоза –

простейший продукт Ф.:
6СО2 + 6Н2O = С6Н12O6 + 6O2.
Ф. с участием О2 (кислородный фотосинтез) существует и бескислородный Ф., или хемосинтез.
К хемосинтезирующим организмам относятся нитрификаторы, карбоксидобактерии, серобактерии, тионовые железобактерии, водородные бактерии. Называются по субстратам окисления – NH3, NO2, CO, H2S, S, Fe2+, H2.
Некоторые – облигатные хемолитоавтотрофы, другие – факультативные (карбоксидобактерии и водородные бактерии). Хемосинтез характерен для глубоководных гидротермальных источников.

огромный геохимический эффект и может быть выражен как количество всей

массы углерода, вовлекаемой ежегодно в построение органического - живого вещества всей биосферы.
В общий круговорот материи, связанной с построением путем Ф. органического вещества, вовлекаются химические элементы, как N, P, S, а также металлы – К, Са, Mg, Na, Al.
При гибели организма происходит обратный процесс - разложение органического вещества путем окисления, гниения и т. п. Общая реакция Ф. : 
                          mCO2 + nH2O= Cm×n(H2O) + mO2.

биомассы живого вещества постоянно. Биомасса экосферы (2×1012 т) на семь

порядков меньше массы земной коры (2×1019 т). Растения Земли ежегодно продуцируют органическое вещество, равное 1,6×1011 т, или 8% биомассы экосферы.
Деструкторы, составляющие менее 1% суммарной биомассы организмов планеты, перерабатывают массу органического вещества, в 10 раз превосходящую их собственную биомассу.
В среднем период обновления биомассы равен 12,5 годам. Допустим, что масса живого вещества и продуктивность биосферы были такими же от кембрия до современности (530 млн. лет), то суммарное количество органического вещества, которое прошло через глобальный биотический круговорот и было использовано жизнью на планете, составит 2×1012×5,3×108/12,5 =8,5×1019 т, что в 4 раза больше массы земной коры.

можем утверждать, что атомы, составляющие наши тела, побывали в древних

бактериях, и в динозаврах, и в мамонтах».

на земной поверхности и в биосфере осуществляется или при непосредственном

участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории.

Большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. Подземные горючие газы

являются продуктами разложения органических веществ растительного происхождения, захороненных ранее в осадочных толщах. Наиболее распространенный - болотный газ метан (СН4,).
2. Концентрационная. Содержание углерода в углях по степени концентрации в тысячи раз больше, чем в среднем для земной коры. Нефть - концентратор углерода и водорода, имеет биогенное происхождение. Среди металлов по концентрации 1-е место - кальций. Целые горные хребты сложены остатками животных с известковым скелетом. Концентраторами Si являются диатомовые водоросли, радиолярии и некоторые губки, йода – ламинарии, железа и марганца – бактерии. Позвоночные накапливают Р в костях.

жизнедеятельности и после гибели регулируют кислородный режим и тем самым

создают условия, благоприятные для растворения или же осаждения ряда металлов с переменной валентностью (V, Mn, Fe).
4. Биохимическая. Связана с ростом, размножением и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов, распространению живого вещества в разные географические области.

коры для нужд промышленности, транспорта, с/х.
Таким образом, живое вещество

находится в постоянном круговороте биофильных химических элементов. Биологический круговорот веществ в биосфере связан с большим геологическим круговоротом.

геологическим круговоротом.

различными неорганическими средствами и через посредство пищевых сетей внутри сообществ

живых организмов.

первичной углекислоты биосферы является вулканическая деятельность, связанная вековой дегазацией мантии

и нижних горизонтов земной коры.
Пути миграции СО2 в биосфере:
1. Поглощение С при Ф. с образованием глюкозы и др. орг. веществ. Они переносятся по пищевым цепям и образуют ткани живых существ экосистемы. Вероятность отдельно взятого С «побывать» в течение одного цикла в составе многих организмов мала, т.к. при каждом переходе с одного трофического уровня на другой содержащая его органическая молекула будет расщеплена в процессе клеточного дыхания для получения энергии. Атомы С вновь поступают в окружающую среду в составе СО2, завершив один цикл и готовы начать следующий. В пределах суши с растительностью СО2 атмосферы при Ф. поглощается в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление орг. веществ с образованием СО2.

В геологические эпохи, сотни миллионов лет назад, значительная часть орг.

вещества, созданного при Ф., не использовалась, а накапливалась в литосфере в виде ископаемого топлива; нефти, угля, горючих сланцев, торфа и др. Это ископаемое топливо добывается в огромных количествах для обеспечения энергетических потребностей индустриального общества. Сжигая его, мы в определенном смысле завершаем круговорот С.

переходит в Н2СО3, НСО13, СО23. С помощью растворенного в воде

Са (или Mg) происходит осаждение карбонатов (СаСО3) биогенным и абиогенным путями. Образуются толщи известняков. По А. Б. Ронову, отношение захороненного С в продуктах Ф. к С карбонатных пород составляет 1:4. Существует наряду с большим круговоротом С и ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане.

и детрит), осадочных породах, атмосфере и гидросфере, - сохраняется с

высокой степенью постоянства.
Постоянный обмен С, с одной стороны, между биосферой, а с другой – между атмосферой и гидросферой, обусловлен газовой функцией живого вещества – процессами Ф., дыхания и деструкции, и составляет 6×1010 т/год.

деятельности в среднем 4,5×106 т/год. Общая масса С в ископаемом

топливе (нефть, газ, уголь и др.) – 3,2×1015 т, что соответствует средней скорости накопления 7 млн.т/год. Это количество по сравнению с массой циркулирующего С незначительное и как бы выпадало из круговорота, терялось в нем. Степень разомкнутости (несовершенства) круговорота составляет 10-4, или 0,01%, а соответственно степень замкнутости – 99,99%. Каждый атом С принимал участие в цикле десятки тысяч раз, прежде чем выпал из круговорота в недры. С другой стороны – потоки синтеза и распада орг. веществ в биосфере с высокой точностью подогнаны друг к другу.