Биосфера: состав и круговорот веществ

Впервые понятие биосфера, как «область жизни», было введено в науку Ж.Б. Ламарком в начале 19 века, а в геологию Э. Зюссом в 1875 г. Он понимал под этим термином совокупность всех организмов. Это определение близко к современному понятию биота.

Вернадский пошел значительно дальше. Его «биосфера не есть только так называемая область жизни». Это единство живого и косного вещества планеты. Но не только. Это еще и связь с космосом, с космическими излучениями, принимаемыми нашей планетой, строящими ее биосферу.

Биосфера составляет верхнюю оболочку или геосферу, одной из больших концентрических областей нашей планеты Земли.

Если с понятием «биосферы» по Зюссу связывалось только наличие в трех сферах земной оболочки (твердой, жидкой, газообразной) живых организмов, то по В.И. Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимической силы.

В таком случае под понятием биосферы понимается все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.

Биосфера охватывает часть атмосферы, верхнюю часть литосферы и гидросферу. Верхняя граница биосферы проходит на высоте примерно 20 км над поверхностью Земли, а нижняя на 6-7-километровой глубине. Биосфера принципиально отличается от прочих земных оболочек поскольку является «комплексной». Она не только «покров» из живого вещества, но и среда обитания миллионов видов живых существ, в том числе и человека.

Вернадский не только сконкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической средообразующей) силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время обычно называют современной биосферой, или необиосферой, а древние биосферы относят к палеобиосферам, или к белым биосферам.

 

1.1. Границы биосферы

Биосфера в атмосфере простирается примерно д озонового экрана (у полюсов – 8-10 км, у экватора – 17-18 км, над остальными территориями – 20-25 км).

Гидросфера практически вся, в том числе и самая глубокая впадина (Марианская) Мирового океана (11022 м) занята жизнью. К необиосфере следует относить также и донные отложения, где возможно существование живых организмов.

В литосферу жизнь проникает на несколько километров, но в основном ограничивается почвенным слоем, но по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров.

Границы палеобиосферы в атмосфере примерно совпадают с необиосферой, под водами к палеобиосфере следует относить и осадочные породы, которые практически полностью претерпели переработку живыми организмами. Это толща от сотен метров до десятков километров. Это применимо и к литосфере, пережившей водную стадию функционирования.

Таким образом, границы биосферы определяются наличием живых организмов или «следами» их жизнедеятельности.

Живое вещество образовало ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли. Его масса составляет 2420 млрд. тонн, что более чем в 2 тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки Земли – атмосферы. Но эта ничтожная масса живого вещества встречается практически повсюду – в настоящее время живые существа отсутствуют лишь в областях обширного оледенения и в кратерах действующих вулканов.

«Всюдность жизни» в биосфере обязана потенциальным возможностям и масштабу приспомобляемости организмов, которые постепенно, захватив моря и океаны, вышли на сушу и захватили ее. В.И. Вернадский считал, что этот захват продолжается.

На рис. 4. наглядно показаны границы биосферы от высот атмосферы, где царят холод и низкое давление, до глубин океана, где давление достигает 12 тысяч атмосфер. Это стало возможным, потому что пределы толерантности температур у различных организмов – от абсолютного 0 до +180°С, а некоторые бактерии могут существовать в вакууме. Широк диапазон химических условий среды для ряда организмов – от жизни в уксусе до жизни под действием ионизирующей радиации (бактерии в котлах ядерных реакторов). Более того, выносливость некоторых живых существ  по отношению к отдельным факторам выходит  даже за пределы биосферы, то есть у них есть еще определенный «запас прочности» и потенциальные возможности к распространению. Однако все организмы выживают еще и потому, что везде, где бы ни было их место обитания, существует биогенный ток атомов. Этот ток не смог бы иметь места, во всяком случае, в наземных условиях, если бы не было почвы.

В целом экологический диапазон распространения живого вещества очень велик.

В 1977 г. в океане на глубине нескольких километров были обнаружены горячие вулканические зоны, в которых при температуре 350°С существуют многочисленные термофильные бактерии.

В экспериментах американского исследователя Камерона сине-зеленые водоросли на протяжении нескольких месяцев не теряли жизнеспособности в условиях, которые соответствовали марианским.

Живое вещество не гибнет в жидком азоте.

Некоторые виды, например, те же сине-зеленые водоросли, не гибнут под действием мощного ионищирующего излучения и поселяются в эпицентре ядерного взрыва уже после нескольких дней его действия.

Живое вещество может сохраняться даже в условиях открытого космоса. Так, третья экспедиция американских астронавтов забыла на Луне телекамеру. Когда через полгода ее возвратили на Землю, на внутренней стороне крышки были обнаружены земные бактерии, которые без каких-либо вредных последствий пережили длительное нахождение за пределами родной планеты.

 

1.2. Состав и свойства биосферы

Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.

Абиотическая часть представлена:

Почвой и подстилающими ее породами до глубины, где еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой порового пространства.

Атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни.

Водной средой – океаны, реки, озера и т.п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которых не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы.

В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:

стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;

обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.

Эти закономерности проявляются прежде всего в стремлении живых организмов «захватить» все мало-мальски приспособленные к их жизни пространства, создавала экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет границы, имеет свои границы в планетарном масштабе и биосфера.

При общем рассмотрении биосферы, как планетарной экосистемы, особое значение приобретает представление о ее живом веществе, как о некой общей живой массе планеты.

Под живым веществом В.И. Вернадский понимает все количество живых организмов планеты как единое целое.

Его химический состав подтверждает единство природы – он состоит из тех же элементов, что и неживая природа, только соотношение этих элементов различное и  строение молекул иное.

Свойства биосферы

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них.

Биосфера – централизованная система.

Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество).

Биосфера – открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии из вне.

Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности.

3. Биосфера – саморегулирующаяся система, для которой, как отмечал Вернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство называется гомеостазом, понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов. Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, справляясь о *** (извержение вулканов, встречи с астероидами, землетрясения, горообразование и т.п.), благодаря действию гомеостатических механизмов и, в частности, принципа Ле-Гиателье-Брауна при действии на систему сил, выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется.

Опасность современной экологической ситуации связана прежде всего с тем, что нарушается линия механического гомеостаза и принцип Ле-Гиателье-Брауна, если не в планетарных, то в крупных региональных масштабах. Результат – распад экосистем, либо появление неустойчивых, практически лишенных свойств гомеостаза систем типа агроценоза или урбанизированных комплексов.

4. Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием.

Разнообразие – важнейшее свойство всех экосистем. Биосфера как глобальная экосистема, характеризующаяся максимальным среди других систем разнообразием. Разнообразие рассматривается как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом. Это условие так универсально, что сформировалось в качестве закона.

5. Важнейшее свойство биосферы – наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот вещества и связанного с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.

 

Глава 2. Живое вещество биосферы

«На земной поверхности нет химической силы, могущественней по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».

Что принципиально отличает нашу планету от какой-либо другой планеты Солнечной системы? Наявность жизни. «Если бы на Земле не было жизни, лицо ее было бы точно также неизменным и химическим инертным, как недвижимое лицо Луны, как инертные обломки небесных светил».

Живое вещество биосферы есть совокупность всех ее живых организмов. Как ученый В.И. Вернадский понимает, что объект  его исследований требует некоторых характеристик, а поэтому отмечает: «Я буду называть совокупность организмов, сведенных к массе, химического состава и энергии, живым веществом». Живое вещество в его понимании – это форма активной материи, и ее энергия тем больше, чем больше масса живого вещества. Понятие «живое вещество» ввел в науку В.И. Вернадский и понимал над ним совокупность всех живых организмов планеты.

Какие же свойства живого вещества?

Свойства живого вещества

Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией, которую можно было бы сравнить разве что с огненным потоком лавы, но энергия лавы не долговременна.

В живом веществе, благодаря присутствию ферментов, химические реакции происходят в тысячи, а иногда и в миллионы раз быстрее, чем в неживой. Для жизненных процессов характерно то, что полученные организмом вещества и энергия перерабатываются и отдаются в значительно больших количествах. Например, масса насекомых, которых съедает синица за день, равна ее собственной массе, а некоторые гусеницы употребляют и перерабатывают за сутки в 200 раз больше еды, чем весят сами.

Индивидуальные химические элементы (белки, ферменты, а иногда и отдельные минеральные соединения синтезируются только в живых организмах).

Живое вещество стремится заполнить собой все возможное пространство. В.И. Вернадский называет две специфические формы движения живого вещества:

а) пассивную, которая осуществляется размножением, и присуща как животным, так и растительным организмам;

б) активную, которая осуществляется за счет направленного движения организмов (меньшей мерой характера для растений).

Живое вещество проявляет значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. В природе известно более 2 млн. органических соединений, которые входят в состав живого вещества, тогда когда количество минералов неживого вещества составляет около 2 тыс., то есть на три порядка ниже.

Живое вещество представлено дисперсными телами – индивидуальными организмами, каждый из которых имеет свой собственный генезис, свой генетический состав. размеры индивидуальных организмов колеблется от 2 нм у  наименьших до 100 м (диапазон более 109). Крупнейшими из растений считаются секвойи, а из животных – киты. По мнению Вернадского, минимальные и максимальные размеры организмов определяются граничными возможностями их газового обмена со средой.

Будучи дисперсным, живое вещество никогда не попадается на Земле в морфологически чистой форме, например в виде популяционного вида. Она может существовать только в виде биоценоза: «… даже простенький биоценоз какого-то сухого соснячка на песочке есть группировка, которая состоит приблизительно из тысячи видов живых организмов».

Принцип Реди (флорентийский академик, врач и натуралист, 1626-1697: «все живое из живого» — является отличительной особенностью живого вещества, которое существует на Земле в форме беспрерывного чередования поколений и характеризуется генетической связью с живым веществом всех прошлых геологических эпох. Неживые абиогенные вещества, как известно, поступают в биосферу из космоса, ним же выносятся порциями из оболочки земного шара. Они могут быть аналогичными по составу, но генетической связи в общем случае у них нет. «Принцип Реди … не указывает на невозможность абиогенеза вне биосферы или при установлении наличия в биосфере (теперь или раньше) физико-химических явлений, не принятых при научном определении этой формы организованности земной оболочки» [8].

Живое вещество в лице конкретных организмов, в отличие от неживого, осуществляет на протяжении своей исторической жизни грандиозную работу. По сути, только биогенные вещества метабиосферы – это интеграл массы живого вещества, тогда как масса неживого вещества земного происхождения является величиной постоянной в геологической истории: 1 г архейского гранита и сегодня остается 1 г того же вещества, а та же масса живого вещества, то есть 1 г, на протяжении миллиардов лет существовала за счет изменения поколений и все это время выполняла геологическую работу.

 

2.2. Функции живого вещества

Какие же функции живого вещества в биосфере?

В.И. Вернадский называет такие: а) газовая; б) кислородная; в) описательная; г) кальционная; д) восстановительная; е) концентрационная; ж) разрушения органических веществ; з) восстановительного распада; и) метаболизма и дыхания организмов.

А.В. Лапо перегруппировал названные Вернадским функции (табл. 1).

Таблица 1.

Основные функции живого вещества в биосфере

Функции	Краткая характеристика процессов
Энергетическая	Поглощение солнечной энергии в процессе фотосинтеза, а химической энергии путем распада энергонасыщенных веществ; передача энергии пищевыми цепями разнородного живого вещества
Концентрационная	Выборочное накопление в ходе жизнедеятельности отдельных видов вещества: а) использованной для создания тела организма; б) выделенной из него в процессе метаболизма
Деструкционная	Минерализация небиогенного органического вещества (1); разложение неживого неорганического вещества (2); всасывание созданных веществ в биохимический круговорот (3)
Средообразующая	Превращение физико-химических параметров среды (главным образом за счет небиогенного вещества)
Транспортная	Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении

 

Первой названа энергетическая функция. «Только жизнь с его морфологическим осложнением может удерживать солнечное излучение на Земле миллионы лет, как мы увидим на примере каменного угля. Действительно, только благодаря «зеленому экрану» биосферы – фотоавтотрофам – солнечная энергия не просто отбивается от поверхности планеты, нагревая только поверхностный слой, а глубоко проникает в толщи земной коры и является энергетическим источником, по сути, для всех экзогенных процессов» [9].

 

Глава 3. Геохимические циклы, круговороты кислорода, углекислого газа, азота

В отличие от энергии, поступающей от Солнца, дополнительному количеству дефицитного вещества взять его неоткуда. Единственный возможный вариант – использовать вещество многократно, иначе говоря, включить его в круговорот. Конечно, ни одна отдельно взятая группа организмов не может сама «организовать» круговорот нужного элемента. Обязательно требуется несколько организмов, выполняющих совершенно разные операции, но всегда извлекающих для себя пользу. «Жизнь есть способ существования баиновых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой, причем с прекращением этого обмена веществ, прекращается и жизнь» [10].

К примеру есть организмы, не использующие солнечную энергию для построения сложных органических веществ из воды и углекислого газа – фотоавтотрофы. После их отмирания образуется запас органического вещества, представляющий немалую энергетическую ценность. Таким образом создаются условия для появления существ, которые могли бы жить за счет данного запаса (хемогетеротрофов). То, что в результате жизнедеятельности последней группы организмов получаются простые минеральные вещества (в первую очередь углекислый газ), использующиеся фотоавтотрофами в качестве строительных блоков, скорее счастливая случайность. Однако именно эта случайность обеспечила замыкание цикла миграции химических элементов.

Современные круговороты тех или иных элементов, протекающие с активным участием организмов, родилась не на пустом месте. Круговорот вещества существовал на Земле и до возникновения жизни, и определялся он исключительно физико-химическими процессами. Живые же вещества вне зависимости от того, как и когда они появились, должны были встраиваться в уже существующий круговорот. При этом движение химических элементов становилось более интенсивным и сложным.

Правда, иногда организмы, призванные разлагать органическое вещество до простых компонентов, не могли с этим справиться по каким-либо причинам (например, было слишком холодно для обмена вещества). В таком случае часть вещества надолго выпадала из круговорота. Уголь, нефть и газ – продукты подобных сбоев.

3.1. Круговорот углекислого газа

Углекислый газ входит в состав всех органических веществ, а поэтому его круговорот наиболее распространен в природе (рис. ). Он осуществляется при помощи трех групп организмов: продуцентов, консументов, редуцентов. Органическое вещество синтезируется зелеными растениями в процессе фотосинтеза из углекислого газа атмосферы, содержание которого равно лишь 0,03-0,04%.

Если бы углекислый газ пополнялся за счет поступления с Земли, то его запасы исчерпались бы за 4-35 лет.

В ближайшие 50-60 лет благодаря увеличению сгорания горючих веществ содержание углекислого газа в атмосфере удвоится. Такие быстрые изменения содержания углекислого газа в атмосфере, вследствие которого происходит так называемый парниковый эффект (нагревание атмосферы инфракрасными лучами, благодаря содержанию в ней СО2), может привести к перегреву географической оболочки. Часть СО2 появляется при извержении вулканов и поступает из обогащенных или водных источников. Главный потребитель СО2 – фотосинтетический аппарат растений (рис. ).

Следует напомнить, что проявление фотосинтеза, которое является главным компонентом движения вещества и энергии в биосфере, стало известно только во второй половине 18 века. В 1772-1782 гг. Д.Пристли, Я. Ингенхауз и Ж. Сеисбье, дополняя друг друга, описали процесс воздушного углеродного поглощения, или фотосинтеза. Через столетие К.А.Тимирязев (1843-1920) раскрыл энергетическую закономерность фотосинтеза как процесса использования света для образования органического вещества в растениях. Механизм фотосинтеза был раскрыт американским биохимиком Кальвином, за что ему была присвоена Нобелевская премия. Сегодня под фотосинтезом понимают превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими организмами лучистой энергии Солнца. Процесс фотосинтеза происходит при участии поглощающих свет пигментов (кислород и др.).

Попадая в клетку зеленого листа углекислый газ присоединяется к акцептору, с которым продолжает дальнейшие движения и превращения. Благодаря ферменту альдолязы образуется простой сахар – глюкоза, а из него – сахароза и крахмал. Часть синтезированного вещества в этом процессе переходит снова в акцептор – так образуется саморегулированный цикличный процесс. Далее с участием других ферментов сахара превращаются в белки, жиры и другие органические вещества, необходимые для жизни растений.

За год растения суши и океана усваивают почти 51010 т углерода, разлагают 1,31011 т воды, выделяют 1,21011 т молекулярного кислорода и запасают 41017 ккал энергии продуктов фотосинтеза, что в 100 раз превышает производство энергии всеми электростанциями мира.

Годовой круговорот массы СО2 на суше определяется как массой складывающих его звеньев биосферы, так и количеством, которое захватывает каждое звено (т/год):

Суммарный захват фотосинтезом                                                                      60109

Возвращение от дыхания                                                                                       48109

Поступления в гумосферу и консервация в многогодовых

фитоценозах                                                                                                                10109

Захоронение в осадочной толще литосферы, включая реакцию СО2 1109

Поступление от сгорания топлива                                                                                     9109

В гидросфере круговорот СО2 значительно сложнее, чем на суше. Решительную роль тут играет Мировой океан, который аккумулирует вынесенный реками с суши углерод в форме карбонатных и органических соединений. Возвращение углерода с океана или суши происходит с большим дефицитом, главным образом, воздушными потоками в виде СО2. Наличие углекислого газа в гидросфере зависит от поступления кислорода в верхние слои как из атмосферы, так и из нижних слоев воды. В общем выражении годовой круговорот массы углерода в Мировом океане почти вдвое меньше, чем на суше:

Суммарный захват в процессе фотосинтеза                                  30109

Возврат в водную среду от дыхания и распада

органического вещества                                                                                         26109

Выпадение в донный осадок                                                                                1,5109

Поступление из атмосферы от сгорания топлива                                      1109

То же с речным стоком                                                                                                            0,6109

Переход в растворе органического соединения                                        10,9109

Много углерода изымается с биологического круговорота вещества и попадает в океан в виде углекислых солей. Эти соли, особенно САСО3, тратятся на построение панцирей животных, очень много их и в морской воде. Если в атмосфере возрастает содержание СО2, часть его растворяется в воде, вступает в реакцию с карбонатом кальция, образуя растворенный в воде бикарбонат кальция. И, наоборот, при снижении содержания углекислого газа в атмосфере бикарбонаты, которые всегда содержаться в морской воде, превращаются в карбонаты кальция, которые выпадают с раствора, используются организмами для построения скелетов или панцирей, оседают на морское дно. Реакция имеет такой вид: Са(НСО3)2=СаСО3+Н2О+СО2.

Суммарное количество углекислого газа на планете составляет не меньше 2,31012 т, тогда как содержание его в Мировом океане оценивает в 1,31012 т. В литосфере в связанном состоянии находится 21017 т углекислого газа. В живом веществе биосферы содержится около 1,51017 т (почти столько, сколько во всей атмосфере). Углекислый газ атмосферы и гидросферы обменивается и обрабатывается живыми организмами за 300 лет (рис.)

 

3.2.  Круговорот азота

Азот, который является олицетворением белковой жизни в биосфере в основном сосредоточенный в атмосфере, где его часть составляет около 78%. То есть на 1 га поверхности Земли приходится толща воздуха с приблизительно 80 тыс. т азота. Однако в таком виде он недоступен растениям. В круговороте соединений азота очень большое значение отводится микроорганизмам и азотофиксаторам. Только благодаря им элементарный азот с воздуха поступает в почву.

Наибольшую роль в этих процессах играют пузырчатые бактерии, которые тесно сотрудничают с бобовыми растениями. При высоком урожае этих растений можно обогатить почву около 400 кг азота на 1 га. Если даже урожай этих растений будет вывезен с поля, значительная часть азота останется с корнями в почве.

Количество азота, свзанного биологическим круговоротом, является неодинаковым в разных экосистемах. Например, на пропаханной земле – 7-28 кг/га за год, на сенокосах с участием злаковых трав и бобовых – 73-865, а в лесах – 58-594 кг/га за год. Подобным образом некоторые лишайники фиксируют азот при помощи симбиотических сине-зеленых водорослей.

Известно, что Ю. Либих (1843) сформулировал утверждение, согласно которому растения могут полностью обеспечить свои потребности азотом, который поступает в землю вместе с атмосфреными осадками (27 кг/га). Однако уже через несколько лет В.И. Лавес и И.Г. Гильберт, изучив баланс азота в плодоношении, доказали, что дополнительный внос азота в почву является необходимым, что признал и сам Ю. Либих.

Возникновение в атмосфере окисей азота связано с газовыми электрическими разрядами. Окиси азота образуют с водой азотную и азотистую кислоту: N2+O22NO, 2NO+O22NO2, 2NO2+H2OHNO2+HNO3.

Эти кислоты вместе с атмосферными осадками попадают в почву. Количество азота, которое она получает, является очень разным и зависит, прежде всего, от климатических условий, особенно от количества и частоты осадков, времен года, температуры и др. В умеренном климате это количество составляет несколько килограммов за год, а в тропическом, где наблюдается частые бури, его значительно больше, но в среднем не более 10 кг.

В атмосферу азот в определенных количествах поступает с почв. Это происходит с участием микроорганизмов во время минерализации органической материи, когда в процессе аммонификации выделяется аммиак. Биологическая фиксация молекулярного азота микроорганизмами, как теми, что свободно передвигаются, так и симбионтами (пузырчатыми), происходит в автотрофном и гетеротрофном блоках биогеоценозов. Для круговорота азота необходимыми является молибден, который в отдельных случаях выступает как лимитирующий фактор. Несмотря на огромные запасы этого элемента в атмосфере и в осадочной оболочке литосферы, в круговороте принимает участие только фиксированный микроорганизмами азот.

К этой категории азота обменного фонда входят: а) азот годовой продукции биомассы; б) азот биологической фиксации бактериями и другими организмами; в) вулканический азот; г) атмосферный (фиксированный в момент грозового разряда); д) техногенный.

В большой круговорот в се время поступает часть азота в виде разных соединений, которые реками выносятся в моря. Содержание соединений азота наибольшей в районах, где в океан впадают большие реки, наименьший – в центральных частях океанов. Азотосодержащие соединения используются водорослями для синтеза органических веществ и поступает в круговорот океана, часть постепенно оседает на дно. То есть вынос азота на суше не увеличивает его концентрации в морской воде.

Граница азота, связанного в биомассе суши, составляет 14020 млн. т, а в зольных элементах – 34062 млн. т азота и 2762 млн. т зольных элементов. В биомассе Мирового океана этих элементов в 1000 раз меньше. Однако, благодаря многоразовому воспроизводству организмов планктона через них на протяжении года проходит азота и зольных элементов больше, чем на суше: азота – 2762 млн. т, зольных элементов – 12274 млн. т.

Если рассматривать круговорот азота в масштабах биосферы, то благодаря саморегулирующим механизмам и обратной связи он считается достаточно идеальным (рис. ). Часть азота, который производится в густонаселенных районах, в пресной воде и мелководных морях, выносится в глубоководные океанические отложения и остается там, исключаясь на миллионы лет с круговорота. Эти потери компенсируются поступлением азота в воздух с вулканическими газами.

 

3.3 Круговорот кислорода и водорода

Кислород и водород входят в состав всех органических соединений. Они поглощаются продуцентами в составе воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза, всеми другими организмами, с органическим веществом, созданным продуцентами, во время дыхания (из атмосферы или водного раствора) и потребления питьевой воды. как конечные продукты биологического круговорота, водород и часть кислорода возвращается в неживую среду так же в виде воды, а кислород, кроме того, выделяется в молекулярной форме в атмосферу растениями-продуцентами как один из конечных продуктов фотосинтеза.