Здійснення живою речовиною нашої планети своїх функцій пов’язане з міграцією атомів у процесі колообігу речовин у біосфері. В ній постійно відбувається колообіг усіх хімічних елементів, які входять до складу живих істот. Міграцію хімічних елементів з участю організмів називають біогенною (від грец. біос - життя), а ту, що відбувається поза ними - абіогенною (від грец. а - частинка, що означає заперечення, та біос).

Як відбувається колообіг води в біосфері? Вода - найпоширеніша хімічна сполука в біосфері. Сумарні запаси води нашої планети становлять приблизно 1,5 млрд км3. Ви пам’ятаєте, що вода може перебувати не лише в рідкому, а й у твердому (лід) чи газоподібному станах. Водяна пара надходить в атмосферу внаслідок випаровування з поверхні водойм, живими організмами тощо. З атмосфери вода випадає у вигляді дощу або снігу. Це може відбуватись поблизу місця випаровування або ж за тисячі кілометрів від нього. Перебування молекул води в атмосфері триває від кількох годин до тижнів.

У морях і океанах запас води поповнюється завдяки стокам річок, які в них впадають, і опадам. Морські течії переносять теплу або холодну воду на значні відстані, впливаючи на клімат певних ділянок суходолу; вода переміщується і завдяки течії річок. З нею пов’язані такі геологічні явища, як вимивання певних сполук, їхнє перенесення і відкладення.

Вода поглинається живими організмами і включається в їхній обмін речовин: реакції синтезу, гідролізу тощо. Організми виділяють воду в довкілля з продуктами обміну речовин, у процесі дихання, випаровування.

Як відбувається колообіг Оксигену в біосфері? Ви вже знаєте, що Оксиген відіграє в біосфері виняткову роль. Споживаючи кисень у процесі дихання, організми забезпечують свої енергетичні потреби. Але молекулярний кисень у надлишковій кількості небезпечний для живої матерії, оскільки здатний окиснювати органічні сполуки клітини. Тому живі організми мають захисні системи, здатні зв’язувати вільний кисень. Атмосферний і розчинений у воді кисень здатний окиснювати і неорганічні сполуки Землі.

Слід зазначити, що майже весь атмосферний кисень біогенного походження: він утворився внаслідок фотосинтезу, який здійснюють зелені рослини і ціанобактерії. Вміст кисню в нижніх шарах атмосфери становить приблизно 21% і знижується зі збільшенням висоти над рівнем моря. Частина молекулярного кисню атмосфери під дією ультрафіолетових сонячних променів і електричних розрядів перетворилася на озон, з якого сформувався озоновий екран.

Що характерно для колообігу Карбону? Карбон, як відомо, входить до складу органічних сполук, що постійно синтезуються, перетворюються і розщеплюються всіма організмами. Автотрофи здатні засвоювати вуглекислий газ з атмосфери і синтезувати різноманітні органічні речовини, які згодом ланцюгами живлення передаються гетеротрофним організмам (мал. 151).

Карбон накопичується в живих організмах у вигляді синтезованих органічних сполук, а також солей карбонатної кислоти (переважно в скелетах або черепашках), а поза живими організмами - в органічних речовинах ґрунту, вуглекислому газі та різноманітних осадочних породах (мармур, вапняк, крейда тощо). На певний час Карбон, який міститься в цих сполуках, вилучається з біогенної міграції. Але внаслідок процесів життєдіяльності організмів (дихання, виділення тощо), біогенного розкладання мертвої органіки (процеси мінералізації, бродіння), хімічних перетворень осадочних порід (розчинення, вивітрювання) він знову включається в біогеохімічні процеси.

Мал. 151. Колообіг Карбону в біосфері

На колообіг Карбону впливає господарська діяльність людини. Розвиток промисловості, інтенсивне споживання енергоносіїв зумовлюють зростання концентрації вуглекислого газу в атмосфері. Масове вирубування лісів призводить до того, що рослинність Землі зв’язує меншу кількість атмосферного вуглекислого газу. Це порушує рівновагу в обміні сполуками карбону між живою речовиною нашої планети і оболонками Землі.

Як відбувається колообіг Нітрогену? Вміст вільного газоподібного азоту в атмосфері становить приблизно 79%. З атмосфери азот надходить у ґрунт і водойми у вигляді оксидів і у складі інших сполук (аміаку тощо), які утворюються під впливом космічних променів, грозових розрядів та ін. Проте основна частина сполук нітрогену надходить у воду і ґрунт завдяки фіксації атмосферного азоту прокаріотами (азотфіксуючі бактерії, деякі ціанобактерії) (мал. 152).

Нітроген у складі хімічних сполук, які можуть бути використані живими організмами, називають фіксованим. Фіксований нітроген з ґрунту зелені рослини можуть засвоювати або безпосередньо, або завдяки симбіозу з бульбочковими бактеріями. Зі сполук нітрогену рослини синтезують амінокислоти, з яких складаються білки. Далі нітрогенвмісні органічні сполуки передаються ланцюгами живлення. В організмах складні сполуки нітрогену розщеплюються до простих (аміак, сечовина, сечова кислота, гуанін тощо) і виділяються в довкілля з видихуваними газами, потом, сечею, екскрементами.

Складні органічні сполуки нітрогену (білки, нуклеїнові кислоти) надходять у навколишнє середовище із рештками організмів. Вони розкладаються редуцентами, які здійснюють денітрифікацію - процес відновлення нітритів або нітратів до газоподібних сполук - молекулярного азоту (N2) чи двооксиду нітрогену (NO2). Інші мікроорганізми забезпечують процеси нітрифікації, завдяки яким іони амонію (NH4+) окиснюються до нітритів (NO2-), а останні - до нітратів (NO3-). Так, завдяки діяльності редуцентів нітрогенвмісні органічні сполуки розкладаються до простих, і колообіг Нітрогену в біосфері поновлюється.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що таке біогенна та абіогенна частини колообігу хімічних сполук? 2. Як відбувається колообіг води в біосфері? 3. Як відбувається колообіг Оксигену в біосфері? 4. Якими шляхами сполуки карбону можуть надходити до живих організмів?

Мал. 152. Колообіг Нітрогену в біосфері

5. Які організми можуть накопичувати в собі сполуки карбону? 6. Як відбувається колообіг Нітрогену в біосфері? 7. Які організми здатні фіксувати атмосферний азот?

ПОМІРКУЙТЕ

Як людина впливає на колообіг речовин у біосфері?