§ 53. Кругаварот рэчываў у біясферы

Прэамбула

Асновай жыцця на Зямлі з’яўляюцца кругавароты рэчываў у біясферы і пастаянны прыток сонечнай энергіі. Кругаварот рэчываў — цыклічны, шматразова паўтаральны працэс перамяшчэння і пераходу хімічных элементаў з жывых цел у злучэнні нежывой прыроды і наадварот. З выкарыстаннем сонечнай энергіі на планеце працякае два ўзаемазвязаныя кругавароты рэчываў: вялікі — геалагічны і малы — біялагічны.

Геалагічны (вялікі) кругаварот рэчываў — працэс міграцыі рэчываў і прыродных вод, які адбываецца ў выніку ўздзеяння абіятычных фактараў (фактараў нежывой прыроды). Пры вялікім геалагічным кругавароце, які праходзіць мільёны гадоў, горныя пароды разбураюцца, выветрываюцца, рэчывы раствараюцца і трапляюць у Сусветны акіян. Менавіта вялікі кругаварот пастаўляе жывым арганізмам элементы харчавання і шмат у чым вызначае ўмовы іх існавання.

Біялагічны (малы) кругаварот рэчываў — працэс цыркуляцыі рэчываў паміж раслінамі, жывёламі, грыбамі, мікраарганізмамі, атмасферай і глебай. Усе хімічныя элементы, што выкарыстоўваюцца ў працэсах жыццядзейнасці арганізмаў, увесь час перамяшчаюцца, пераходзячы з жывых цел у злучэнні нежывой прыроды і наадварот. Так, у прыродзе з неарганічных рэчываў аўтатрофамі сінтэзуюцца арганічныя рэчывы. Вылучаныя ў працэсе жыццядзейнасці ці пасля гібелі арганізмаў (як аўтатрофаў, так і гетэратрофаў) арганічныя рэчывы праходзяць мінералізацыю, гэта значыць ператварэнне ў неарганічныя рэчывы. Гэтыя неарганічныя рэчывы могуць быць зноў выкарыстаны аўтатрофамі для сінтэзу арганічных рэчываў. Магчымасць шматразовага выкарыстання рэчываў робіць жыццё на Зямлі практычна вечным пры ўмове пастаяннага прытоку патрэбнай колькасці энергіі Сонца.

Геалагічны і біялагічны кругавароты ў сукупнасці фарміруюць агульны біягеахімічны кругаварот рэчываў, аснову якога складаюць цыклы вады, вугляроду, кіслароду і азоту.

Кругаварот вады

Большая частка біясфернай вады прадстаўлена водамі Сусветнага акіяна і вадой вечных ільдоў. Больш за 99 % усіх запасаў вады ў біясферы знаходзіцца ў цвёрдым стане. Нязначная частка вады знаходзіцца ў газападобным стане — гэта атмасферная вадзяная пара. На выпарэнне вады з паверхні акіянаў і сушы затрачваецца каля паловы ўсёй сонечнай энергіі, што паступае на Зямлю. Пасля выпарэння вада струменямі паветра пераносіцца на розныя адлегласці. Большая яе частка ў выглядзе ападкаў выпадае ў акіян, адкуль інтэнсіўна выпараецца, меншая — на сушу. Лішкі сцякаюцца ў рэкі, азёры, а з іх у Сусветны акіян. Вада, якая выпала на паверхню сушы, спрыяе разбурэнню горных парод, размывае верхні пласт глебы і вяртаецца разам з растворанымі і суспензаванымі ў ёй рэчывамі ў рэкі, моры і акіяны. Такім чынам, вада пераносіць вялізную колькасць неарганічных і арганічных злучэнняў.

У кругавароце вады важную ролю адыгрываюць жывыя арганізмы. Расліны здабываюць ваду з глебы і выпараюць яе ў атмасферу. Маса вады, што пры гэтым выпараецца, можа быць вельмі значная. Так, з 1 га лесу выпараецца 20—50 т вады ў суткі.

Жывёльныя арганізмы таксама актыўна ўдзельнічаюць у кругавароце вады. Яны спажываюць ваду для падтрымання працэсаў жыццядзейнасці  і вылучаюць яе з прадуктамі абмену рэчываў.

Кругаварот вады ў цэлым адыгрывае асноўную ролю ў фарміраванні прыродных умоў на нашай планеце.

Кругаварот кіслароду

У функцыянаванні біясферы кісларод адыгрывае выключна важную ролю. Практычна ўвесь атмасферны кісларод мае біягеннае паходжанне і праходзіць праз жывое рэчыва за 2000 гадоў.

Асноўная частка ўтворанага кіслароду ўдзельнічае ў працэсах дыхання аэробных арганізмаў і ў абмене рэчываў. Невялікая частка кіслароду атмасферы ўдзельнічае ў працэсах утварэння азонавага экрана.

Памяншэнне колькасці кіслароду адбываецца ў атмасферы ў выніку працэсаў дыхання, акіслення горных парод, гарэння пры лясных пажарах, спальвання чалавекам паліва. Дадзенае памяншэнне кіслароду кампенсуецца ў працэсе фотасінтэзу. Такім чынам, у прыродзе бесперапынна здзяйсняецца кругаварот кіслароду.

Кругаварот вугляроду

Вуглярод у атмасферы змяшчаецца галоўным чынам у складзе вуглякіслага газу. Першасная крыніца вуглякіслага газу — вулканічная дзейнасць. Біясферны цыкл вугляроду пачынаецца з працэсу фотасінтэзу. Штогод у яго ўцягваецца да 50 млрд т вугляроду. Расліны паглынаюць яго ў складзе вуглякіслага газу. Арганічныя рэчывы, якія імі прадуцыруюцца, змяшчаюць значную колькасць вугляроду (больш за 50 % вугляроду біясферы змяшчаецца ў цэлюлозе раслін). Гэтыя рэчывы выкарыстоўваюць самі расліны і жывёлы (кансументы) для атрымання энергіі. Акрамя таго, злучэнні вугляроду выкарыстоўваюцца марскімі арганізмамі для пабудовы ракавін і шкілетных утварэнняў. Адначасова з гэтым адбываецца адваротны працэс. Вуглярод вяртаецца ў асяроддзе, замыкаючы цыкл, двума шляхамі. Першы шлях — у выглядзе вуглякіслага газу, які ўтвараецца ў працэсе дыхання жывых арганізмаў. Другі шлях — раскладанне (мінералізацыя) дэтрыту рэдуцентамі. Адзін цыкл кругавароту вуглякіслага газу праходзіць за 300 гадоў.

Аднак цыкл кругавароту вугляроду замкнуты не цалкам. Частка вугляроду, як ужо адзначалася, на працяглы час выводзіцца з кругавароту, канцэнтруючыся ў залежах торфу, каменнага вугалю, нафты і гаручых сланцаў, якія ўтвараюцца пры раскладанні мёртвых арганізмаў без доступу кіслароду. Вуглярод таксама фарміруе магутныя адклады вапнякоў на дне мораў і акіянаў, якія ўтварыліся з рэшткаў ракавін і шкілетаў адмерлых марскіх арганізмаў.

Пры спальванні выкапнёвага паліва, якое выкарыстоўваецца чалавекам для атрымання энергіі, утвараецца вуглякіслы газ, які вяртаецца ў атмасферу. За кошт гэтага за апошнія сто гадоў яго ўтрыманне ў атмасферы ўзрасло на 25 %, што парушае адрэгуляваны стагоддзямі кругаварот вугляроду. 

*Кругаварот азоту

Запасы азоту ў атмасферы практычна невычэрпныя (каля 78 % па аб’ёме). Аднак большасць жывых арганізмаў не могуць выкарыстоўваць яго непасрэдна. Таму важным звяном у кругавароце азоту з’яўляецца яго фіксацыя і перавод у даступную для арганізмаў форму. Адрозніваюць тры шляхі фіксацыі азоту.

Біялагічная (глебавая) фіксацыя ажыццяўляецца мікраарганізмамі. Азотфіксуючыя бактэрыі могуць ператвараць біялагічна недаступны малекулярны азот атмасферы ў злучэнні, даступныя для зялёных раслін.

Азот у складзе раслін трапляе ў арганізм траваедных жывёл, а затым — драпежных. Пасля адмірання жывых арганізмаў (раслін, жывёл) дэтрыт раскладаецца рэдуцэнтамі з вылучэннем аміяку NH₃. Нітрыфікуючыя бактэрыі акісляюць аміяк да нітрытаў і нітратаў, якія засвойваюцца раслінамі, а дэнітрыфікуючыя бактэрыі пры раскладанні дэтрыту вяртаюць малекулярны азот назад у атмасферу.

Частка фіксаванага азоту глебы выносіцца ў рэкі, а з іх у моры і акіяны, выклікаючы іх забруджванне.

Атмасферная фіксацыя. У атмасферы звязаны азот утвараецца пры разрадах маланак, якія выклікаюць узаемадзеянне азоту з кіслародам з утварэннем аксіду азоту, а затым дыяксіду азоту. Дыяксід азоту раствараецца ў вадзяных парах, утвараючы азотную кіслату (HNO₃), якая разам з ападкамі трапляе ў глебу. На долю атмасфернай фіксацыі азоту прыпадае каля 3 % штогадовай азотфіксацыі ў біясферы.

Прамысловая фіксацыя. Цывілізацыя істотна ўзмацніла паступленне звязанага азоту ў біясферу. Пры высокатэмпературных працэсах згарання паліва на электрастанцыях і ў транспартных рухавіках азот паветра акісляецца і ў выглядзе аксідаў трапляе ў атмасферу. Вялікая колькасць азоту штогод звязваецца прамысловым шляхам пры вытворчасці мінеральных азотных угнаенняў. Азот з такіх угнаенняў засвойваецца раслінамі ў аманійнай і нітратнай формах.

У выніку антрапагенныя патокі звязанага азоту сталі прыкладна роўныя прыродным. Ужо зараз гэта прыводзіць да сур’ёзных лакальных і рэгіянальных наступстваў.

Праверым веды