Біохімічні та геохімічні кругообіги речовин у біогеоценозі

Хімічні елементи циркулюють у біосфері з навколишнього середовища в організми, а з організмів знову у навколишнє середовище. Ці замкнуті шляхи називаються біогеохімічними кругообігами. Кругообіг, рушійною силою якого є тектонічні процеси та сонячна енергія, отримав назву великого (геологічного) кругообігу. Цей кругообіг має абіотичний характер. Тривалість його існування – близько 4 млрд. років. Потужність великого (геологічного) кругообігу речовин в атмосфері, гідросфері та літосфері оцінюється в 2·10¹⁶ тонн/рік.

Виникнення життя на Землі спричинило нову форму міграції хімічних елементів – біогенної. За рахунок біологічної міграції на великий кругообіг нашарувався малий (біогенний) кругообіг речовин. У малому біологічному кругообігу переміщуються в основному вуглець (10¹¹ тонн/рік), кисень (2·10¹¹ тонн/рік), азот (2·10¹¹ тонн/рік) та фосфор (10⁸ тонн/рік).

Живі організми в біосфері ініціюють кругообіг речовин та призводять до виникнення біогеохімічних циклів. Пріоритетні дослідження біогеохімічних циклів були розпочаті В. І. Вернадським ще на початку 20-х років XX ст.

Біогеохімічний цикл - циклічне, поетапне перетворення речовин та зміна потоків енергії з просторовим масоперенесенням, яке здійснюється спільною дією біотичної та абіотичної трансформації речовин. Рушійною силою всіх речовин в біогеохімічних циклах є потік сонячної енергії або частково енергії геологічних процесів Землі. Головними параметрами ефективності та напрямку роботи біогеохімічного циклу є кількість біомаси, її елементарний склад та активне функціонування живих організмів.

У просторовому переміщенні речовин у межах геосфер або, іншими словами, у їхній міграції виділяють п'ять основних типів:

1. Механічне перенесення (йде без зміни хімічного складу речовин).

2. Водне (розчинені речовини переміщуються у формі іонів або колоїдів). Це один із найважливіших видів переміщення речовин у біосфері.

3. Повітряне (переміщення речовин у формі газів, пилу або аерозолів із потоками повітря).

4. Біогенне (переміщення відбувається за активної участі живих організмів).

5. Техногенне (є наслідком господарської діяльності людини).

На основі біогеохімічних циклів В.І. Вернадський виявив концентраційну функцію живої речовини. Вона вибірково поглинає з навколишнього середовища хімічні елементи. У структурі нашої планети переважають сполуки заліза, нікелю, магнію, сірки, кисню. Біомаса утворена з вуглецю, водню за малої кількості інших елементів. Хімічні елементи, що беруть переважну участь у побудові живої речовини та необхідні для його синтезу, отримали назву біогенних. Концентраційна функція тварин та рослин по-різному реалізується щодо різних їхніх видів. У перетвореннях та переміщенні речовин в біосфері визначальним є принцип циклічності. Збереження циклічності – це умова існування біосфери.

Усі наземні екосистеми виробляють близько 50 млрд. т. органічної речовини у рік. Приблизно така ж первинна продуктивність океанів. Отже, щорічно в біосфері утворюється приблизно 100 млрд. т. органічної речовини.

Рух елементів і неорганічних сполук, які необхідні для життя, називається кругообігом поживних речовин. У будь-якому кругообігу розрізняють дві частини, або два “фонди”:

1) резервний фонд – велика маса речовин, які рухаються повільно, і, в основному, не зв’язані з організмами;

2) обмінний фонд – менший, але активніший, із швидким обміном між організмами та їхнім безпосереднім оточенням.

Біогеохімічні кругообіги можна розділити на два основні типи:

1) кругообіг газоподібних речовин із резервним фондом в атмосфері або гідросфері (океан);

2) осадовий цикл із резервним фондом у земній корі.