Кръговрат на веществата

Какво е кръговрат на веществата?

Екосистемата има структура, която позволява през нея да се извършва кръговрат на веществата. Кръговратът на веществата е непрекъснатото синтезиране от неорганични вещества на органични от продуцентите, при което те ползват енергия от Слънцето, после тези вещества под формата на храна се използват от консументите от първи ред, с тях преминават в консументите от втори ред, понякога и в консументите от трети ред и накрая се разграждат от редуцентите отново до изходните неорганични вещества. Това явление наричаме биогенен кръговрат на веществата, тъй като една и съща материя се използва многократно от живите организми, преминавайки от биотопа през организмите отново в биотопа.

Какво се случва с веществата в природата?

Не всички вещества преминават през етапи на биогенния кръговрат. Много от тях се освобождават в околната среда периодично от организмите на отделните равнища. Листата на дърветата окапват, животните отделят различни вещества и т.н.

Материалните ресурси на Земята са ограничени. Химичните елементи, които изграждат телата на организмите, се намират в средата под формата на съединения или самостоятелно. Техният брой е голям, но едни от тях участват в по-големи, други - в по-малки количества. Кислородът, въглеродът, водородът, сярата, фосфорът и други са застъпени в по-големи количества в организмите, отколкото желязото, калият, натрият, манганът, цинкът и така нататък. Тяхното количество на Земята, макар и голямо, е ограничено и ако чрез биогенния кръговрат не се използваха многократно, биха се изчерпали.
Изчислено е например, че ако водата, която се намира в огромни количества на Земята се използваше еднократно, тя би стигнала на организмите за около 2 млн години. Кислородът би се изчерпал за около 2 000 години, а CO₂, който използват растенията - само за 300 години. Ясно е, че животът би бил невъзможен без кръговрата на веществата в природата.

Кръговрат на въглерода в природата

Въглеродът участва в един от най-важните биогеохимични цикли, в които елементът се движи в кръг между живите организми и неживата околна среда. Въглеродът участва в изграждането на всички органични вещества. Той може да се използва от растенията само под формата на CO₂, а от останалите организми - само в готови органични вещества. Количествата въглероден диоксид, които растенията използват при процеса фотосинтеза, могат да бъдат складирани в растенията или използвани за дишане, освобождавайки част от въглерода обратно в атмосферата под формата на въглероден двуокис.

Въглеродът в атмосферата и хидросферата

Изчислено е, че в атмосферата на Земята има около 700 милиарда тона CO₂. В хидросферата той е значително повече - около 50 000 милиарда тона. Ето защо хидросферата има значение за поддържане на почти постоянен състав на CO₂ във въздуха. Това е много важно, тъй като през последните десетилетия промишлеността произвежда и изхвърля в атмосферата огромни количества CO₂.

Растенията използват CO₂ при фотосинтезата за синтезиране на органични вещества. По хранителните вериги тези органични вещества преминават през различните трофични равнища. На всяко равнище част от тях се разлагат при дишането и се отделя и CO₂. На равнището на редуцентите органичните вещества окончателно се разлагат, при което се отделят и последните количества CO₂.

Известна част от въглерода обаче не се превръща в CO₂, а се "консервира" под формата на въглища, нефт, варовити черупки, които образуват скални пластове и т.н. Този въглерод не остава завинаги неизползван, тъй като рано или късно, със или без помощта на човека, той отново се включва в кръговрата на веществата.

Кръговрат на кислорода в природата

Първичната атмосфера на Земята е съдържала много малко кислород, но с еволюцията на фотосинтезиращите организми той се е превърнал във важна част от атмосферата. В продължение на няколко милиона години концентрацията му е нараствала постепенно до съвременното ниво от 21 %. Фактически цялото количество кислород е било образувано в резултат на фотосинтезата, осъществявана от цианобактериите, а по-късно и от зелените растения. Кръговратът на кислорода протича в много отношения успоредно с кръговрата на въглерода.

Кислородът е важен за живите организми. Той се използва при дишането за окисляване на органичните вещества, при което се отделя енергия. Тази енергия се използва за изпълнение на всички функции на организма и за синтеза на собствени органични вещества, които изграждат тялото му. Тези организми са аеробни.

Организми, които не използват кислород

Има организми, които не използват кислород. Това са анаеробните организми, при които освобождаването на енергия става, като се отнеме водородът от органичните вещества - например при ферментацията.

Организмите използват при дишането свободния кислород, който се намира в атмосферата или е разтворен във водата. Приема се, че този кислород има биогенен произход. Той се освобождава от растенията при фотосинтезата. В течение на много милиони години се е установило равновесие между произвеждания и употребявания кислород. Едва в последно време дейността на човека застрашава това равновесие, като, от една страна, увеличава консумацията на кислород за промишлени цели, а от друга - унищожава кръговратът на растенията, които го произвеждат.

Кръговрат на азота в природата

Кръговратът на азота в природата е термин, използван за означаване на биогеохимичен цикъл, включващ азота, който формира около 78% от атмосферата, но е интертен газ и може да се използва непосредствено от малко организми. Тези организми са способни да превръщат азота в амоняк (NH3), който използват за изграждане на аминокиселини, белтъци, нуклеинови киселини и други азотсъдържащи съединения. Бобови растения като грах, фасул и детелина участват в симбионтни взаимоотношения с бактерии от род Rbizobium. Те образуват коренови грудки, в които могат да живеят тези азотфиксиращи бактерии. Азотфиксация протича също по време на гръмотевични бури, когато светкавиците генерират азотен окис (NO) и азотен диоксид (NO2) във въздуха; газовете се разтварят в дъждовната вода и образуват нитрати (NO3) в почвата.

Как азотът се връща в почвата?

Всички растения приемат нитрати, от които те образуват важните за тях азотни съединения. Част от този азот се губи, когто опадат листата, семената и плодовете, но по-голямата част остава свързан, докато растенията умрат или бъдат изядени. Животните получават своите азотни съединения директно или индиректно от растенията и отделят излишния азот и екскрементите и урината си. Тези вещества и телата на мъртвите организми се разграждат от нитрифициращи бактерии, които превръщат амоняка в нитрити и така се връщат нитратите в почвата. Денитрифициращите бактерии, които обитават заблатени почви, използват нитратите за дишане, произвеждайки газообразен азот, който се отделя в атмосферата и по този начин цикълът се затваря. Съвременното селско стопанство може да доведе до нарушаване на естественото равновесие чрез внасяне на нитратни торове в почвата, по-голямата част от които се отмива и се отнася в реките.

Ролята на човека

Човекът произвежда огромно количество азотни торове за нуждите на селското стопанство. Освен това чрез методите на генното инженерство могат да бъдат създадени сортове растения, които да усвояват азота от въздуха.

Често задавани въпроси