Экология: биология взаимодействия. 2.05. Источники энергии для БГХ-циклов

Українська мова (найновіша версія) / Російська мова (оновлення припинено)

2.04. Біогеохімічні цикли

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії
Розділ 2. Біосферологія

2.06. Біогеохімічний цикл вуглецю

2.05. Джерела енергії для БГХ-циклів
Ми не знаходимо слідів початку і не маємо надії на кінець.
Джеймс Геттон (Гаттон)
Переміщення елементів у біосфері забезпечується завдяки трьом основним джерелам енергії («приводним ременям» для БГХ-циклів):
— енергія Сонця, перетворена гідросферою й атмосферою в гідрологічному циклі (рис. 2.5.1);
— енергія Сонця, накопичена в органічних речовинах у ході фотосинтезу (рис. 2.5.2);
— хтонічна енергія, тобто материнська енергія Землі; завдяки їй переміщення тектонічних плит і вулканізм забезпечують цикл перетворення гірських порід, піднімають речовину надр туди, де вона стає доступною для водної, вітрової та біологічної ерозії; рис. 2.5.3).
Розгляньмо ці «приводні ремені» докладніше.
Гідрологічний цикл. Сонячні промені нагрівають земну поверхню (рис. 2.5.1). При цьому частина їхньої енергії витрачається на випаровування води, а інша частина — на нагрівання повітря. Нерівномірне нагрівання повітряних мас спричиняє їхню циркуляцію. Повітряні маси, що утворюються над океанами і багаті на водяну пару, за допомогою вітрів опиняються над континентами. Випавши у вигляді опадів, вода повертається назад в океани через річки та підземні води. Цей рух потоків води забезпечує руйнування гірських порід (водну ерозію) і перенесення значних кількостей речовини в океани.

Рис. 2.5.1. Глобальний гідрологічний цикл (колообіг води в природі). Цифри — геограми (1020 г), для фондів — у середньому, для потоків — за рік
Гідрологічний цикл перетворює набагато більшу кількість енергії, ніж запасається в ході фотосинтезу. Насправді наведена на рисунку схема зроблена для рівноважної ситуації і не відповідає нинішньому стану справ, оскільки зараз людина вилучає воду з підземних резервуарів істотно швидше, ніж ці резервуари поповнюються за рахунок природних процесів.
Біогенний колообіг. Найважливішим процесом, що накопичує у біосфері енергію, доступну для живих організмів, є фотосинтез. Завдяки йому доступні для рослин неорганічні поживні речовини асимілюються в первинній продукції (рослинній біомасі, рис. 2.5.2). Аналогічну роль у низці екосистем виконує бактеріальний і архебактеріальний хемосинтез. Енергія, запасена в органічних речовинах продуцентів, передається гетеротрофним організмам, забезпечуючи їхню життєдіяльність. Хімічні реакції в живих організмах і перенесення ними різноманітних речовин, що відбуваються за рахунок енергії, накопиченої під час фотосинтезу, є одним із «приводних ременів» БГХ-циклів.

Рис. 2.5.2. Головні біологічні процеси, що рухають БГХ-цикли
Поняття «хтонічна енергія» ми використовуємо для позначення енергії земних надр, материнської енергії Землі. Саме використане слово походить від одного з імен Геї — Хтонія. Хтонічні божества (і, ширше, хтонічні істоти) в міфології — це сили, що 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 1915 року гіпотезу дрейфу континентів. Сучасники висміяли цю ідею, але нові дані, отримані в середині XX століття, 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 океанічного дна показали, що нова земна кора утворюється в серединно-океанічних хребтах і розсувається від них у обидва боки, несучи на собі континенти. Виділяють близько десятка великих плит і більшу кількість дрібних; швидкість руху — від 1 до 20 см на рік. Там, де плити зіштовхуються, одна починає «підлазити» під іншу, підіймаючи її вгору.
Гірські породи можна поділити на осадові, метаморфізовані й магматичні. Осадові породи утворюються на дні водойм. Унаслідок тектоніки плит багаті на воду осадові породи потрапляють на глибину, у ділянку високого тиску й температури. Там вони перетворюються на метаморфізовані породи. Наявність води знижує температуру плавлення гірських порід, і в таких місцях спостерігається активний вулканізм. Напруження, що виникають у гірських породах, знімаються за допомогою землетрусів. Вулканізм забезпечує підняття розплавлених порід у вигляді магми; у результаті утворюються магматичні породи. Крім того, тектоніка плит забезпечує підняття на денну поверхню і метаморфізованих порід. Підняття гірських порід унаслідок горотворення й вулканізму призводить до того, що вони зазнають вивітрювання; елементи, які в них містяться, знову стають доступними для організмів, що живуть на поверхні планети (рис. 2.5.3).

Рис. 2.5.3. Цикл перетворення гірських порід. Цифри — геограми (1020 г) за мільйон років. Материки — вкриті відкладами гранітні блоки, розташовані над шаром базальту. Континентальна кора товстіша за океанічну і плаває у в'язкій мантії. Підняття порід відбувається внаслідок вулканічної діяльності та горотворення під час зіткнення континентів
Отже, осадовий цикл — це переміщення біогенів із живої речовини в осадові породи, що утворюються на дні океанів, із їхнім подальшим підняттям над поверхнею океану завдяки тектоніці плит і вулканізму, а також подальшим вивітрюванням біогенів і їхнім повторним потраплянням до складу живої речовини.
Додаткові матеріали:
Навчальна модель: Гідрологічний цикл
Навчальна модель: Тектоніка плит
Навчальна модель: Джерела енергії для БГХ-циклів на прикладі циклу фосфору
Колонка: Дієта без фосфору?
Українська / Російська

2.04. Біогеохімічні цикли

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії
Розділ 2. Біосферологія

2.06. Біогеохімічний цикл вуглецю