Круговороты калия, магния и кальция

Эти элементы в виде ионов попадают в живом веществе в процессе поглощения воды растениями, а также во время употребления питьевой воды.Они выполняют разнообразные функции. Например, калий необходим для работы калий-натриевого насоса клеток, магний - обязательная составляющая хлорофилла, кальций необходим для поддержания постоянного рН цитоплазмы, является главным компонентом панцирей, домиков, скелетов многих животных.Подобно азота, фосфора и серы, эти элементы мигрируют трофическими цепями от продуцентов через консументы к редуцентов. После гибели организма они быстро переходят в водные растворы и вновь становятся пригодными для дальнейшего использования.

В морях кальций и магний частично изымаются из биологического круговорота и консервируются в осадочных породах. Например, микроскопические морские водоросли кокколитофорид перевидкладають кальций в виде карбонатов на поверхности клеток, образуя так называемые кокколитов. После отмирания клеток кокколитов не успевают полностью раствориться в воде и оседают на дно, формируя меловые осадочные породы. Лишь в геологическом масштабе времени, после поднятия определенных участков дна, кальций, накопленный в мелу, высвобождается в процессе выветривания и снова становится доступным для биоты.

Великий круговорот веществ и влияние на него антропогенного фактора Энергия Солнца и силы гравитации движут два круговороты веществ: биологический и геологический. Биологический круговорот быстрый и разомкнут: начальная и конечная звена замыкаются через доступные неорганические вещества. Геологический круговорот медленный и замкнут. Часть веществ из биологического круговорота поступает в геологический в виде отмерших остатков, образуя осадочные породы, которые со временем под действием давления, температуры и других факторов трансформируются в граниты. Тектонические поднятия вызывают вынесения части гранитных пород на поверхность. Граниты выветриваются, и, как следствие, создается фонд доступных веществ, в дальнейшем снова вовлекаются в биологического круговорота.

Процессы круговорота веществ в биосфере осуществляются сбалансировано.Подавляющее большинство веществ, вовлеченных в биологического круговорота, возвращается в минеральный состояние и становится доступной для повторного использования живым веществом. Лишь небольшая часть откладывается в осадочных породах, но эти потери компенсируются веществами, которые высвобождаются из горных пород в результате процессов выветривания.

Баланс и согласованность биологического и геологического циклов достигаются благодаря живом веществе: за счет длительных процессов видообразования в случае появления новых ресурсов или новых условий среды и за счет формирования многочисленных прямых, обратных и косвенных связей между различными организмами и факторами среды. Обычно ускорение выветривания горных пород приводит к росту количества биогенных веществ, в свою очередь стимулирует увеличение количества живого вещества и в конце концов повышает интенсивность процессов вынесения веществ в Мировой океан. Это приводит к интенсивному накоплению донных осадков. Количество доступных веществ в биосфере начинает быстро уменьшаться. Биосфера переходит на «голодный» режим, сопровождающийся массовым вымиранием видов, усилением конкурентной борьбы за ресурсы и ускорением процессов образования новых, более конкурентоспособных и «экономных» видов. Однако вымирание происходит гораздо быстрее, чем видообразования. Примером могут служить каменноугольный и меловой периоды, когда чрезвычайно быстро накапливались осадочные породы в результате катастрофического вымирания многих видов палеозойской и ранньомезозойськои флоры и фауны. Вымирание завершалось появлением на планете новых классов и типов (отделов) животных и растений. Еще продолжаются дискуссии о причинах нарушения баланса между биологическим и геологическим крутообигамы, однако катастрофические последствия этого и медленные темпы их устранения очевидны.

Сегодня ситуация аналогичная, но, в отличие от предыдущих эпох, причина ее известна: это деятельность человека - так называемый антропогенный фактор

Во-первых, это довольно сильное искусственное ускорение процессов выветривания осадочных и гранитных пород, связанное с добычей и переработкой полезных ископаемых, сжиганием угля, нефти, торфа, природного газа. В результате в атмосфере увеличивается содержание углекислого газа, оксидов серы, через кислотные дожди уменьшается рН почвы, что приводит к переходу многих элементов в растворенное состояние. Некоторые из них в больших концентрациях токсичны и опасны для живого (например, тяжелые металлы - медь, цинк, свинец). Процессы круговорота веществ в биологическом цикле замедляются - ведь гибнут носители живого вещества. Но чем больше элементов переходит в раствор, тем больше их вымывается в Мировой океан. Ускоренные темпы гибели биоты, замедленные темпы повторного использования доступных минеральных веществ, рост скорости их вымывание вызывают переобогащения Мирового океана биогенными элементами. Вследствие этого учащаются вспышки «цветение» океана микроскопическими водорослями, которые нередко бывают токсическими и подавляют развитие консументов, которые их потребляют. Так, по сравнению с прошлыми веками частота вспышек «цветения» в Мировом океане возросла в 50-130 раз! Все это ускоряет процессы извлечения из биосферы доступных биогенных веществ их консервации в донных отложениях.

Во-вторых, человек в процессе своей хозяйственной деятельности создает многочисленные вещества (например, пластмассы), которые в дальнейшем не могут быть ни использованы продуцентами, ни разложены доступные минеральных веществ редуцентами. Они образуют особую группу антропогенных «осадочных» пород - отходы нашей цивилизации, археологи почему-то назвали «культурным слоем». Эти отходы итоге будут трансформированы в литосфере в граниты и затем в процессе выветривания снова станут доступными для живого вещества, но произойдет это в геологических измерениях времени - через миллионы лет. Поэтому есть реальная угроза того, что доступные ресурсы биосферы могут быть переработаны на отходы быстрее, чем завершится цикл геологического круговорота. Что в этом случае произойдет с биосферой (в том числе и с человеком), предугадать несложно.

Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах, т. е. существование экосистем, зависит от постоянного притока энергии, необходимой всем организмам для их жизнедеятельности и самовоспроизведения