Роль живых организмов в биосфере

Функции живого вещества в биосфере. Благодаря способности к размножению и расселению, в результате обмена веществ и преобразования энергии живые организмы способствуют миграции химических элементов в биосфере. Различий между химическими элементами, входящими в состав неорганических и органических веществ, не существует, все они неоднократно проходили через тела бесчисленных поколений организмов, населяющих Землю. Главная функция биосферы, таким образом, заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.

Живое вещество биосферы выполняет ряд важных функций. Одной из важнейших является энергетическая функция. Она заключается в способности живых организмов связывать и запасать солнечную энергию в виде энергии химических связей. В настоящее время огромное энергии Солнца запасено в виде месторождений топливных полезных ископаемых (газа, угля, нефти, торфа).

Газовая функция живого вещества тесно связана с процессами фотосинтеза и дыхания.

Процессы окисления и восстановления элементов с переменной валентностью (сера, азот, железо, марганец), которые осуществляются бактериями, позволяют выполнять живому веществу биосферы окислительно-восстановительную функцию.

Многие организмы обладают способностью накапливать в себе определённые химические элементы, выполняя тем самым концентрационную функцию. Например, морские водоросли накапливают в своих клетках йод, а хвощи — кремний.

Круговорот воды. Вода испаряется с поверхности открытых водоёмов и листьев растений. Воздушными течениями она переносится на большие расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делает их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворёнными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в моря и океаны (рис. 203).

Циркуляция воды между океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле. Благодаря этому процессу происходит постепенное разрушение литосферы, компоненты которой переносятся в воды Мирового океана.

Круговорот углерода. Углерод входит в состав разнообразных органических веществ, из которых состоит всё живое, поэтому его круговорот полностью зависит от жизнедеятельности организмов. В процессе фотосинтеза зелёные растения используют углерод диоксида углерода для синтеза органических соединений, а освободившийся в ходе этого процесса кислород поступает в атмосферу. Им дышат различные животные и растения, а конечный продукт дыхания — углекислый газ — выделяется в атмосферу (рис. 204).
Углерод, растворённый в воде, используется некоторыми животными для формирования своего скелета. Мёртвое вещество впоследствии оседает на дно, и углерод накапливается там в виде карбонатов. На суше некоторое количество углерода изымается из круговорота вследствие образования торфа. Однако при сжигании топливных полезных ископаемых большое количество углерода в виде углекислого газа выделяется в атмосферу, поэтому каждый год количество углерода в атмосфере увеличивается, что может привести к нарушению экологического равновесия.

Круговорот азота. Атмосферный азот включается в круговорот благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий и водорослей, синтезирующих нитраты, пригодные для использования растениями (рис. 205). Часть азота фиксируется в результате образования оксидов во время электрических разрядов в атмосфере. Соединения азота из почвы поступают в растения и используются для построения белков. После отмирания живых организмов гнилостные бактерии разлагают органические остатки до аммиака. Хемосинтезирующие бактерии превращают аммиак в азотистую, а затем в азотную кислоту. Некоторое количество азота благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий поступает в воздух.

Круговорот серы. Сера входит в состав ряда аминокислот и также представляет собой важный элемент для живых организмов. Находящиеся глубоко в почве и в морских осадочных породах соединения серы с металлами — сульфиды — переводятся микроорганизмами в доступную форму — сульфаты, которые и поглощаются растениями. С помощью бактерий осуществляются отдельные реакции окисления — восстановления. Глубоко залегающие сульфаты восстанавливаются до сероводорода, который поднимается вверх и окисляется аэробными бактериями до сульфатов. Разложение трупов животных или растений обеспечивает возврат серы в круговорот.

Круговорот фосфора. Фосфор сосредоточен в отложениях, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. Постепенно он вымывается из них и попадает в экосистемы или вносится на поля как удобрение. Растения используют только часть этого фосфора; много его уносится реками в моря и снова накапливается в осадках. Вместе с выловом рыбы, содержащей этот элемент, на сушу возвращается примерно 60 тыс. т элементарного фосфора, добывается же ежегодно 1—2 млн т фосфорсодержащих пород. Хотя их запасы велики, в будущем придётся предпринимать специальные меры для возвращения фосфора в круговорот веществ.