Естественные и антропогенные круговороты химических элементов

Использование человеком и хозяйством природного потенциала не ограничивается только освоением природных ресурсов. Не менее серьезные последствия — антропогенное вторжение и трансформация естественных биогеохимических циклов вещества и энергии, представляющих основу функционирования глобальной геосистемы Земли.

На планете существуют два естественных круговорота веществ: большой, или геологический (абиотический), и малый, или биологический (биотический). Энергетически оба круговорота обеспечиваются солнечной энергией и происходят независимо от деятельности человека.

Большой круговорот — это перенос вещества, главным образом в процессе циркуляции воздушных, водных или твердых масс из одного места в другое в масштабе планеты. В переносе участвуют вещества в виде минеральных соединений. К циркуляции воздушных и водных масс, обусловленной приходом солнечной энергии, присоединяются также вещества, попадающие на поверхность Земли в результате землетрясений и вулканических извержений, и таким образом в большом круговороте участвует и геоэнергетическая составляющая.

На основе большого геологического круговорота развит круговорот органических веществ, или малый, биологический (биотический) круговорот. Его составляют процессы синтеза и деструкции органических соединений, обеспечивающих наличие живых организмов на Земле. В отличие от геологического биологический круговорот расходует очень малое количество энергии. На создание органического вещества затрачивается всего около 1% падающей на Землю лучистой энергии Солнца. Однако эта энергия, вовлеченная в биологический круговорот, совершает огромную работу по созиданию живого вещества. При этом химические элементы должны не просто постоянно мигрировать из одних организмов в другие, но и приобретать усвояемую для них форму.

Практически все химические элементы участвуют и в большом, и в малом круговороте веществ, перемещаясь из неживой, абиотической среды в живые организмы и обратно, образуя биогеохимические циклы.

Биогеохимические циклы — это относительно замкнутые пути движения химических элементов в живых организмах («био»), в твердых породах, воздухе и воде («гео»). В круговороте элементов различают две части: резервный фонд — большая небиологическая часть медленно движущихся веществ и обменный фонд — меньшая, но более подвижная часть, которая быстро обменивается между организмами и окружающей их средой. Резервный фонд называют недоступным, а обменный — доступным.

Химические элементы необходимы живым организмам в разной степени. Наиболее необходимы так называемые биогенные элементы: это углерод, водород, кислород, азот, фосфор, которых требуется много, и поэтому их называют макроэлементами. Другие элементы нужны в ничтожных количествах — это микроэлементы.

Главными биогеохимическими циклами газообразных веществ, обеспечивающими жизнь на планете, являются циркуляции углерода, кислорода, азота, фосфора, серы и других биогенных макроэлементов. Особо следует рассматривать круговорот воды, участвующей во всех прочих циклах.

При анализе основных глобальных геоэкологических проблем неизбежно возникает необходимость оценить вклад антропогенной составляющей в естественные круговороты (циклы) биогенных элементов. Этот вклад количественно различен, но всегда значителен. Он определяется тем, насколько значим для человека и его хозяйственных структур данный элемент, насколько он обеспечивает уровни его существования, жизнедеятельности и благополучия. Например, столь необходимая человечеству энергия, производимая при освоении месторождений топливного минерального сырья, сопровождается выбросами в атмосферу С02, создающими дополнительный поток миграции углерода; или в результате внесения в почву искусственных азотных удобрений появляются новые миграционные ячейки в биогеохимическом цикле азота.

Антропогенные причины, вызывающие трансформацию отдельных циклов веществ (углерода, кислорода, азота, воды), различны, поэтому их вклад в соответствующие круговороты рассматривается в дальнейших главах учебного пособия.

Примерная тематика рефератов и контрольных работ

• 1. Составные части геоэкологического анализа природных комплексов.
• 2. В чем состоит отличие ландшафтного комплекса от ландшафтно-геоэкологической системы?
• 3. Охарактеризуйте различия между глобальными, макрорегиональными, региональными и локальными геологическими проблемами.
• 4. Из каких частей состоит ландшафтно-геоэкологическая система?
• 5. Что такое экосистемные услуги?
• 6. Экологический след, его структура и современная динамика.