|
|
|||
|
БІОСИСТЕМИ. БІОСФЕРА
ЕКОСИСТЕМИ. ПОПУЛЯЦІЇ
ОРГАНІЗМИ У ДОВКІЛЛІ
ЛЮДСТВО ТА ЙОГО ДОЛЯ
|
|||
|
II-05. Джерела енергії для БГХ-циклів |
|||
II-05. Джерела енергії для БГХ-циклів
Ми не знаходимо слідів початку, і не маємо надій кінця.
Джеймс Геттон (Хаттон)
Переміщення елементів в біосфері забезпечується завдяки трьом основним джерелам енергії («приводним ременям» для БГХ-циклів, рис. 2.5.1):
— енергія Сонця, перетворена гідросферою та атмосферою в гідрологічному циклі (рис. 2.5.2);
— енергія Сонця, накопичена в органічних речовинах в ході фотосинтезу (рис. 2.5.3);
— хтонічна енергія, тобто материнська енергія Землі; завдяки їй переміщення тектонічних плит і вулканізм забезпечують цикл перетворення гірських порід, підіймають речовину надр туди, де вона стає доступною для водної, вітрової та біологічної ерозії (рис. 2.5.4).
Рис. 2.5.1. Три «приводні ремені» біогеохімічних циклів
Розглянемо ці «приводні ремені» докладніше.
Гідрологічний цикл. Сонячні промені нагрівають земну поверхню (рис. 2.5.2). При цьому частина їх енергії витрачається на випаровування води, а інша частина — на нагрівання повітря. Нерівномірне нагрівання повітряних мас викликає їх циркуляцію. Утворені над океанами й багаті водними парами повітряні маси внаслідок дії вітрів опиняються над континентами. Випавши у вигляді опадів, вода повертається в океани через ріки та підземні води. Цей рух потоків води забезпечує руйнування гірських порід (водну ерозію) і перенесення значних кількостей речовини в океани.
Рис. 2.5.2. Глобальний гідрологічний цикл (колообіг води в природі). Цифри — геограми (1020 г), для фондів — в середньому, для потоків — в рік
Гідрологічний цикл перетворює набагато більшу кількість енергії, ніж запасається в ході фотосинтезу. Насправді наведена на рис. 2.5.2 схема зроблена для рівноважної ситуації та не відповідає нинішньому стану справ, через те, що на даний час людина вилучає воду з підземних резервуарів істотно швидше, ніж ці резервуари поповнюються внаслідок природних процесів.
Біогенний круговорот. Найважливішим процесом, що накопичує в біосфері доступну для живих організмів енергію, є фотосинтез. Завдяки йому доступні для рослин неорганічні поживні речовини асимілюються в первинній продукції (рослинній біомасі, рис. 2.5.3). Аналогічну роль в ряді екосистем виконує бактеріальний і архебактеріальний хемосинтез. Енергія, запасена в органічних речовинах, утворених продуцентами, передається гетеротрофним організмам, забезпечуючи їх життєдіяльність. Хімічні реакції в живих організмах і перенесення ними різноманітних речовин, що протікають коштом накопиченої при фотосинтезі енергії, є ще одним з «приводних ременів» БГХ-циклів.
Рис. 2.5.3. Головні біологічні процеси, що рушать БГХ-цикли
Поняття «хтонічна енергія» ми використовуємо для позначення енергії земних надр, материнської енергії Землі. Використане слово походить від одного з імен Геї — Хтонія. Хтоничні божества (і, ширше — хтоничні істоти) в міфології — це сили, які уособлюють природну міць Землі.
Хтонічна енергія рухає цикл перетворення гірських порід, який є наслідком тектоніки плит (ширше — активності літосфери). Піонером вивчення тектоніки літосферних плит (грец. tektonike — будівельне мистецтво) був німецький метеоролог Альфред Вегенер, який запропонував в 1915 році гіпотезу дрейфу континентів. Сучасники висміяли цю ідею, але отримані в середині XX століття нові дані несподівано змусили до неї повернутися. Зараз відомо, що, на відміну від уявлень Вегенера, рухаються не континенти, а літосферні плити, на яких розташовані материки. Дані з вивчення океанського дна показали, що нова земна кора утворюється в серединно-океанічних хребтах і розсувається від них в обидві сторони, несучи на собі континенти. Виділяють близько десятка великих плит і більшу кількість дрібних; швидкість руху — від 1 до 20 см в рік. Там, де плити стикаються, одна починає «підлазити» під іншу, піднімаючи її вгору.
Гірські породи можна розділити на осадові, метаморфізовані та магматичні. Осадові породи утворюються на дні водойм. Внаслідок тектоніки плит багаті водою осадові породи потрапляють на глибину, в область високого тиску і температури. Там вони перетворюються у метаморфізовані породи. Наявність води знижує температуру плавлення гірських порід, і в таких місцях спостерігається активний вулканізм. Напруження, що виникають в гірських породах, знімаються за допомогою землетрусів. Вулканізм забезпечує підйом розплавлених порід у вигляді магми; внаслідок цього утворюються магматичні породи. Крім того, тектоніка плит забезпечує підйом на денну поверхню й метаморфізованих порід. Підняття гірських порід в результаті горотворення та вулканізму призводить до того, що вони піддаються вивітрюванню; елементи, що в них містяться, знову стають доступними для організмів, які живуть на поверхні планети (рис. 2.5.4).
Рис. 2.5.4. Цикл перетворення гірських порід. Цифри — геограми (1020 г) в мільйон років. Материки — покриті відкладеннями гранітні блоки, що розташовані над шаром базальту. Континентальна кора товще за океанічну і плаває у в'язкій мантії. Підйом порід відбувається внаслідок вулканічної діяльності і горотворення при зіткненні континентів
Отже, цикл перетворення гірських порід — це переміщення біогенів із живої речовини в осадові породи, що утворюються на дні океанів, з їх подальшим підйомом над поверхнею океану завдяки тектоніці плит і вулканізму, а також подальшим вивітрюванням біогенів і їх повторним потраплянням до складу живої речовини.
Додаткові матеріали: