Колообіг речовин. Матеріал для учнів 11 класу.

                                                        Колообіг речовин у біосфері.

Розрізняють два основні кругообіги: великий (геологічний) і малий (біотичний)

Великій кругообіг, триває мільйони років і полягає в тому, що гірські породи підлягають руйнуванню, а продукти вивітрювання (в тому числі розчинні у воді поживні речовини) сносятся потоками води у Світовий океан, де вони утворюють морські напластування і лише частково повертаються на сушу із опадами. Геотектонічні зміни, процеси опускання материків і подняття морського дна, переміщення морів та океанів на протязі тривалого часу призводять до того, що ці напластування повертаються на сушу і процес починається знов.

Малий кругообіг (частина великого) відбувається на рівні екосистеми і полягає в тому, що поживні речовини, вода і вуглець акумулюються в речовині рослин, витрачаються на побудову тіла і на життєві процеси як самих цих рослин, так і інших організмів (як правило тварин), що з’їдають ці рослини (консументи). Продукти розпаду органічної речовини під дією деструкторів та мікроорганізмів (бактерії, гриби, черві) знов розлагаются до мінеральних компонентів, доступних рослинам і що втягуються ними у потоки речовини. Кругообіг хімічних речовин з неорганічного середовища через рослинні та тваринні організми назад у неорганічне середовище з використанням сонячної енергії та енергії хімічних реакцій називається біогеохімічним циклом. У такі цикли втягнуті практично всі хімічні елементи і насамперед ті, що беруть участь в побудові живої клітини. Так, тіло людини складається з кисня (62.8%), вуглецю (19.37%), водорода (9.31%), азоту (5.14%), кальцію (1.38%), фосфору (0.64%) та ще приблизно з 30 елементів.

Визначальною характеристикою життя є обмін речовин. Обмін речовин живих організмів з навколишнім середовищем здійснюється в процесі подиху, харчування, різноманітних виділень. У більш загальному випадку, кругообіг у екосистемах і біосфері в цілому можливий лише в процесі використання і передачі енергії.

Потоки енергії і кругообіги речовини основні складові, необхідні для функціонування біосфери. Живі організми відіграють основну роль у процесах, які підтримують функціонування біосфери. Основні функції живої речовини наступні: енергетична, деструктивна, концентраційна, формування складу навколишнього середовища.

Неживою частиною біосфери, її неживою речовиною керують продуценти, ними - консументи, діяльність яких визначають зворотні зв'язки, що йдуть від продуцентів. У результаті здійснюється біотичний кругообіг речовини у біосфері приблизно за такою схемою:

1. Продуценти (рослини) за допомогою механізму фотосинтезу виробляють органічну речовину, споживаючи сонячну енергію, воду, вуглекислий газ і мінеральні солі.

2. Консументи (тварини) живляться біомасою рослин та інших тварин.

3. Редуценти споживають частину споживних речовин, розкладають мертві тіла рослин і тварин до простих хімічних сполук (води, вуглекислого газу та мінеральних солей), замикаючи таким чином кругообіг речовин у біосфері.

Таким чином, енергетична функція виконується перш за все рослинами, які в процесі фотосинтезу акумулюють сонячну енергію у вигляді хімічної енергії різноманітних органічних сполук.

Деструктивна функція виконується редуцентами. Вона полягає у розкладанні, мінералізації мертвої органічної речовини, хімічному розкладанні гірських порід, залученні мінералів, які виникають у біотичному кругообігу.

Концентраційна функція полягає у виборчому накопиченні, при життєдіяльності організмів, атомів речовини, розсіяних у природі.

Функція формування стану навколишнього середовища полягає у трансформації фізико-хімічних параметрів середовища (атмосфери, гідросфери, літосфери) в умови, сприятливі для існування живих організмів.

Крім енергетичних, харчових і хімічних зв'язків, величезну роль у біосфері відіграють інформаційні. Живі істоти Землі освоїли всі види інформації - зорову, звукову, хімічну, електромагнітну. Російський біолог О. Прєсман визначив біосферу як систему, в якій речовинно-енергетичні взаємодії підпорядковані інформаційним.

Всі функції живих організмів у біосфері не можуть виконуватися організмами якогось одного виду, а лише їх комплексом.

Звідси випливає надзвичайно важливе положення, розроблене В 1 Вернадським: біосфера Землі сформувалася з самого початку як складна система з великою кількістю видів організмів, кожен з яких виконує свою роль у загальній системі. Без цього біосфера взагалі не могла б існувати.

а) сонячна енергія;

б) енергія земних надр;

в) кінетична енергія оберту Землі та її супутника Місяця як космічних тіл

Найголовнішою частиною в системі керування біосферою є енергія Сонця. Всю біосферу можна розцінювати як єдине природне утворення, що поглинає енергію з космічного простору та направляє її на внутрішню роботу. У біосфері енергія тільки переходить з однієї форми до іншої та розсіюється у вигляді тепла. Особливістю поведінки енергії в біосфері є її одностороння спрямованість - концентрована енергія, пройшовши ряд перетворень, розсіюється у вигляді тепла. Основними перетворювачами енергії в біосфері є живі організми. Продуценти перетворюють вільну променеву енергію Сонця (концентрована енергія) в хімічно зв'язану, яка потім переходить (по харчових ланцюгах) від одних біосферних структур до інших.

Доля річного притоку сонячної енергії така:

1) відбивається-30%;

2) прямо перетворюється в тепло - 40/о,

3) випар, опади-23%;

4) вітер, хвилі-0,2%;

5) фотосинтез-0,08%.

Таким чином, тільки невеличка частина сонячної енергії И %) витрачена на фотосинтез,але саме вона є джерелом усього життя на Землі. Проте, ті приблизно 70% енергії Сонця, що перетворюються в тепло, ідуть на випар, вітер, не губляться даремно, тому що ця енергія підтримує потрібну для життя температуру, пускає в хід системи погоди, забезпечує кругообіг води, без чого неможливе життя на Землі. Нормальне функціонування біосфери можливе лише за умов, коли нічим не стримується надходження та передача концентрованої енергії, та стік теплової енергії.

Біохімічні кругообіги речовин

З потоками енергії тісно пов'язані потоки речовини. За рахунок процесів міграції хімічних елементів усі геосфери Землі пов'язані єдиним циклом кругообігу цих елементів. Кругообіг, рушійною силою якого є тектонічні процеси і сонячна енергія, одержав назву великого (геологічного) кругообігу.

Схематично це можна уявити так. Вивержені глибинні породи мантійного походження (базальта) тектонічними процесами виводяться з надр Землі в біосферу. Під дією сонячної енергії і живої речовини вони вивітрюються, переносяться, перетворюються у різноманітні осадкові породи. Потім за рахунок тектонічних рухів знову потрапляють у зону великих тисків і температур Землі, де з них звільняється сонячна енергія, здійснюється метаморфізм і створення гранітних порід. Гранітні породи знову за рахунок тектонічних рухів потрапляють у біосферу. Таким чином, великий кругообіг речовини можна розглядати як еволюцію земної кори від океанічного (базальтового) типу до материкового (гранітного). Потужність великого кругообігу приблизно 2 х 10¹⁶ т/рік.

Виникнення життя на Землі сприяло появі нової форми міграції хімічних елементів — біогенної. На великий (геологічний) наклався малий (біогенний) кругообіг речовини. У малому кругообігу переміщуються в основному вуглець (2 х 10" т/рік) і фосфор ( 10⁸ т/рік). Обидва кругообіги протікають зараз одночасно і тісно пов'язані між собою.

Живі організми в біосфері ініціюють кругообіг речовин і призводять до виникнення біогеохімічних циклів. Біохімічні цикли — це циклічне переміщення біогенних елементів: вуглецю, кисню, водню, азоту, сірки, фосфору, кальцію, калію й ін. від даного компонента біосфери до інших так, що на визначених ділянках цього кругообігу вони входять до складу живої речовини.

Переміщення речовини в біохімічних циклах одночасно забезпечує життєдіяльність живих організмів.

Головними оціночними параметрами ефективності і напрямку роботи біогеохімічного циклу є кількість біомаси, її елементарний склад і активне функціонування живих організмів.

Хімічні елементи, що беруть участь у будівництві живої речовини і необхідні для його синтезу, одержали назву біогенних.

Склад абіотичної частини нашої планети приблизно такий: Fe -36%, 0₂- 25%, Si * 23%, Mg " 10%, S * 3%, Ni * 2%, інші - 15%.. Склад біомаси зовсім інший: О₂"70%, С" 15%, Н = 11%, інші = 4%.

Принцип циклічності в перетвореннях і переміщеннях речовини в біосфері є основоположним. Зберігання циклічності - умова існування біосфери.

Центральне місце в біосфері посідають біохімічні цикли: вуглецю, води, азоту, та фосфору. Ці цикли в найбільшій мірі зазнали трансформації при формуванні техносфери та агросфери, і вивчення їх стало важливим завданням екології.

Біохімічний цикл вуглецю базується на атмосферному депо, яке утримує його в кількості, приблизно рівній 700 млрд. тонн у формі вуглекислого газу (рис.3.3). Цей цикл ініціюється фото синтезом та диханням, обидва процеси йдуть так інтенсивно,що у рослин та тварин на долю вуглецю припадає до 40-50% загальної маси. Залишки відмерлих рослин та тварин сприяють утворенню гумусу. Аналогічно утворюється і торф. У цих двох формах вміщується до 99% вуглецю нашої планети. Швидкість кругообігу вуглецю обчислюється в середньому від 300 до 1000 років.

Мінеральні речовини, які утворюються під час розкладу живими організмами органічних решток, недовго затримуються в ґрунті, воді тощо. Інші мікроорганізми та вищі рослини і тварини перетворюють їх на органічні сполуки. Саме так у природі відбувається біологічний кругообіг речовини і енергії, коли живі організми, використовуючи сонячну енергію, перетворюють її в енергію геохімічних процесів, зумовлюючи цим особливості руху хімічних речовин у певних природних умовах і визначаючи характер взаємозв'язку літосфери, гідросфери та атмосфери. У біологічному кругообігу бере участь величезна кількість хімічних елементів, особливо вуглець, кисень, азот, фосфор та сірка. Біологічний кругообіг речовин і енергії відбувається в більшості існуючих ландшафтів, але його інтенсивність для кожного ландшафту різна. В одних може нагромаджуватися велика кількість живих організмів, а кругообіг відбуватиметься повільно, в інших, навпаки, швидко. Біологічний кругообіг речовин і енергії впливає на формування грунтів і на всі геохімічні процеси, які відбуваються в грунті, воді, повітрі та глибинних (до 2-3 км) шарах земної кори.

Рис. Кругообіг фосфору (згідно з Ф Рамад, 1981)

Біогеохімічний цикл азоту

Це один із найбільш швидких кругообігів речовин. Реалізується він, в основному, за рахунок діяльності різних груп живих організмів і, в першу чергу, при активній участі мікробів. Основним депо азоту є газоподібний азот атмосфери. Його зв'язування здійснюється вільно існуючими азотфіксаторами (Azotobacter, Clostridium, Nostoc, Rhizobium). Органічні речовини, які вміщують зв'язаний азот, мінералізуються за рахунок амоніфікації та нітрофікації, що робить доступним для вищих рослин нітратний та амонійний азот. Загальні оцінки фіксації атмосферного азоту суперечливі і в середньому для планети складають від 100-170 мг/м² на рік до 1-20г/м²нарік. Це відповідає приблизно 126 млн. тонн азоту в рік.

В антропогенну епоху на кругообіг азоту великий вплив має виробництво синтетичних азотних добрив. Воно полягає у зв'язуванні азоту повітря та поетапного його перетворення спочатку в аміак, потім в азотну кислоту, необхідну для отримання нітратів. Цей процес став широкомасштабним та залучив у біогеохімічний цикл азоту з атмосферного депо велику його кількість. Введення антропогенного азоту в його біогеохімічний цикл дорівнює 6,4 х 10⁷ т азоту в рік (Garrels et al., 1973)

З усіх синтетичних мінеральних добрив азотні добрива вимагають найбільш енергетичних витрат при їх виробництві і тому є найдорожчими. Однак, в сільському господарстві не розроблені технології безвідходного застосування азотних добрив. Нітрати не повністю використовуються культурними рослинами і суттєво забруднюють ґрунтові води та водойми. Проблема нітратного забруднення навколишнього середовища в наш час стала однією з найбільш актуальних.

Біогеохімічний цикл фосфору

Цей цикл має найбільш простий характер (рис.). Основний запас фосфору зосереджений на планеті у вигляді гірських порід та мінералів. При їх вивітрюванні створюються фосфати, які використовуються рослинами для побудови органічних речовин свого тіла. Після відмирання рослин фосфор мінералізують мікроорганізми-редуцента. Втрати фосфору з біохімічного циклу пов'язані в основному з винесенням фосфору в моря та океани. Звідти назад на суходіл він може потрапити тільки через рибу або гуано.

Фосфорні добрива виробляють в основному з гірських порід. Таке переведення фосфору з депо в активну частину біохімічного циклу так само, як у випадку з азотом, має негативні наслідки. Не використаний культурними рослинами фосфор у результаті вітрової ерозії надходить до водойм, що призводять до авторіфікаії. Чудовою особливістю природних екосистем є повторне використання біогенних речовин. Хоча в біогеохімічних циклах деякі з таких елементів і губляться, надходячи в депо, і робляться доступними для рослин, у природних екосистемах масштаб цих процесів незначний.

Біосфера володіє потужною буферною дією щодо багатьох зовнішніх впливів. Це забезпечує загальну стійкість та створює сприятливі стабільні умови існування організмів. У межах біосфери пом'якшується дія вітру, посушливість повітря та ґрунту, підтримується певне співвідношення між концентрацією кисню та вуглекислого газу в атмосфері, звужується амплітуда коливань температури. Але всі ці якості біосфери не можуть протистояти нерозумним діям людини і різко падають при антропогенних впливах. Так, посухи порівняно безпечні для природних екосистем, але вони наносять відчутні збитки агроекосистемам. Зберегти ґрунтово - кліматичні умови великих регіонів планети та забезпечити їх стійкість можна тільки при наявності в цих регіонах досить великих за площами природних біомів.

Для стійкості біогеохімічних циклів велике значення мають депо біогенних хімічних речовин в ґрунті. Ґрунт - це зовсім особливе за своїми властивостями природне тіло. У біосфері ґрунт виконує безліч специфічних функцій. Він забезпечує рослини всіма необхідними поживними речовинами, утримує в собі велику кількість вологи, перешкоджає її швидкому стіканню до рік. У сільському господарстві ґрунт є компонентом виробництва.

Рис. Біогеохімічний цикл фосфору

Важливими учасниками біогеохімічних циклів є ґрунтові мікроорганізми. Ґрунт одночасно служить депо для багатьох речовин, за рахунок якого гасяться флуктуації, що виникають при переході речовини з однієї ланки біогеохімічного циклу до другої. Особливо важливий щодо цього гумус ґрунту. У ньому продукти розкладу органічних речовин утримуються тривалий час. Антропогенне природокористування вносить у біогеохімічні цикли чимало перешкод. Так, поширеність спалювання палива призводить до надходження до атмосфери близько 20 млрд. тонн вуглекислого газу та 700 млн. тонн інших газів і твердих часток. Вирубка лісів призводить до винесення з екосистеми лісу тисячі тонн азоту, кремнію, фосфору.

Ці процеси ведуть до появи нового техногенного типу кругообіг; хімічних елементів. Перенесені в урбанізовані райони або в агроекосистеми, ці речовини виявляються або зовсім або тимчасово виключеними з природного їх кругообігу. Нормальне функціонування біосфери можливе, якщо антропогенна діяльність не перешкоджає здійсненню природних біогеохімічних циклів, руйнація яких може призвести до деградації біосфери.

Кругообіг вуглецю  

Самий інтенсивний біогеохімічний цикл – кругообіг вуглецю. В природі вуглець існує в двох основних формах – в карбонатах (вапняках) та вуглекислому газі. Вміст останнього в 50 раз більше, ніж в атмосфері. Вуглець бере участь в утворенні вуглеводів, жирів, білків та нуклеїнових кислот. Основна маса акумульована в карбонатах на дні океану (1016 т), в кристалічних породах (1016 т), кам'яному вугіллі та нафті (1016 т) і бере участь в великому циклі кругообіга. Основна ланка великого кругообігу вуглецю - взаємозв'язок процесів фотосинтезу і аеробного дихання (мал. 1). Інша ланка великого циклу кругообіга вуглецю уявляє собою анаеробне дихання (без доступу кисня); різноманітні види анаеробних бактерій перетворюють органічні сполуки в метан та інші речовини (наприклад, в болотних екосистемах, на смітниках відходів). В малому циклі кругообіга бере участь вуглець, що міститься в рослинних тканинах (около 1011 т) та тканинах тваринних (около 109 т). Більш докладна схема кругообігу представлена на мал. 2.

Енергія сонця

За останні 200 років відбулися значні зміни в континентальних екосистемах в результаті збільшуючогося антропогенного впливу. Коли землі, зайняті лісами та трав’янистими спільнотами, пертворюються в сільськогосподарські угіддя, органічна речовина, тобто жива речовина рослин і мертва органічна речовина грунтів, окислюється і потрапляє до атмосфери у вигляді . Деяка кількість елементарного вуглеця може також захоронюватись в грунті у вигляді древесного вугілля (як продукт, що залишився від спалювання лісу) і, таким чином, вилучається зі швидкого обігу в вуглецевому циклі. Вміст вуглецю в різних компонентах екосистем змінюється, оскільки поновлення органічної речовини залежить від географічної широти та типа рослинності.

В кількісному відношенні головною складовою живої матерії є кисень, кругообіг якого ускладнений його здатністю вступати в різні хімічні реакції, головним чином реакції окислення. В результаті виникає безліч локальних циклів, що відбуваються між атмосферою, гідросферою та літосферою, які в свою чергу можуть бути порушені антропогенним фактором. Кисень, що міститься в атмосфері і в поверхевих мінералах (осадові кальцити, залізні руди), має биогенное походження і повинно розглядатися як продукт фотосинтезу. Цей процес протилежний процесу споживання кисня при диханні, який супроводжується руйнуванням органічних молекул, взаємодією кисня із водородом (отщепленим від субстрата) та утворенням води. В деякому відношенні кругообіг кисня нагадує зворотний кругообіг вуглекислого газу. В основному він відбувається між атмосферою та живими організмами. Споживання атмосферного кисня та його відшкодування рослинами в процесі фотосинтезу здійснюється досить швидко. Розрахунки показують, що для повного поновлення всього атмосферного кисня вимагається біля двох тисяч років. З іншого боку, для того, щоб всі молекули води гідросфери були підвержені фотолизу і знов синтезовані живими організмами, необхідно два мільйони років. Більша частина кисня, що виробляється на протязі геологічних епох, не залишалася в атмосфері, а фіксувалася літосферою у вигляді карбонатів, сульфатів, оксидів заліза, і її маса складає 5,9*1016 т. Маса кисня, що циркулює в біосфері у вигляді газу або сульфатів, розчинених в океанських та континентальних водах, в декілька разів менша (0,4*1016 т).

Відзначимо, що, починаючи з певної концентрації, кисень дуже токсичний для клітин і тканин (навіть у аеробних організмів). А живий анаеробний організм не може витримати ( це було доведене ще в минулому сторіччі Л. Пастером) концентрацію кисня, що перевищує атмосферну на 1%.

Кругообіг азоту

Газоподібний азот виникає в результаті реакції окислення аміаку, який утворюється при виверженні вулканів та розкладені біологічних відходів: 4 NH3 + 3 O2 ® 2 N2 + 6 H2O.

Кругообіг азоту – один з самих складних, але водночас самих ідеальних кругообігів. Незважючи на те, що азот складає біля 80% атмосферного повітря, в більшості випадків він не може бути безпосередньо використаний рослинами, так як вони не засвоюють газоподібний азот. Втручання живих істот у кругообіг азоту підпорядковане суворій иєрархії: лише певні категорії організмів можуть виявляти вплив на окремі фази цього циклу. Газоподібний азот беззупинно надходить до атмосфери в результаті роботи деяких бактерій, тоді як інші бактерії – фіксатори (разом з синьо-зеленими водоростями) постійно поглинають його, преобразуючи в нітрати. Неорганічним шляхом нітрати утворюються й в атмосфері в результаті електричних розрядів під час гроз. Найбільш активні споживачі азоту – бактерії на кореневій системі рослин сімейства бобових. Кожному виду цих рослин притаманні свої особливі бактерії, що перетворюють азот в нітрати. В процесі біологічного циклу нітрат – іони (NO3-) та іони амонію (NH4+), поглинаємі рослинами з грунтової вологи, перетворюються у білки, нуклеїнові кислоти і так далі. Потім утворяться відходи у вигляді загиблих організмів, що є об'єктами життєдіяльності інших бактерій та грибів, перетворюючих їх в аміак. Так виникає новий цикл кругообіга. Існують організми, здатні перетворювати аміак у нітріти, нітрати і в газоподібний азот. Основні ланки кругообіга азоту в біосфері представлені схемою на мал. 3. Біологічна активність організмів доповнюється промисловими засобами отримання азотомістящих органічних та неорганічних речовин, багато з яких застосовуються в якості добрив для підвищення продуктивності та росту рослин. Антропогенний вплив на кругообіг азоту визначається наступними процесами:

1. Спалювання палива призводить до утворення оксида азоту, а після цього до реакцій:

2NO + O₂ ® 2NO₂ ,

4NO₂ + 2H₂O.+ O₂ ® 4HNO₃, сприяючи випаданню кислотних дощів;

2. В результаті впливу деяких бактерій на добрива і відходи тваринництва утворюється оксид азото – один з компонентів, утворюючих парниковий ефект;

3. Видобуток корисних копалин, що містять нітрат – іони і іони аммонія, для виробництва мінеральних добрив;

4. При збиранні врожаю з трунту виносяться нітрат – іони і іони аммонія;

5. Стоки з полів, ферм та каналізацій збільшують кількість нітрат – іонів і іонів аммонія в водных екосистемах, що прискорює ріст водоростей і інших рослин; при розкладанні яких витрачається кисень, що в кінцевому рахунку призводить до загибелі риб.

Кругообіг фосфору.

Фосфор – один з основних компонентів (головним чином у вигляді ) живої речовини і входить у склад нуклеїнових кислот (ДНК і РНК), кліточних мембран, аденозінтрифосфата (АТФ) и аденозіндифосфата (АДФ), жирів, кісток і зубів. Кругообіг фосфора, як і інших біогенних елементів, відбувається по великому и малому циклам.

Запаси фосфора, доступні живим істотам, повністю сконцентровані в літосфері. Основні джерела неорганічного фосфора – виверження вулканів або осадові породи. В земній корі вміст фосфора не перевищує 1%, що лімітуює продуктивність екосистем. З пород земної кори неорганічний фосфор залучається в циркуляцію континентальними водами. Він поглинається рослинами, которі при його участі синтезують різні органічні сполуки і таким чином включаються в трофічні ланцюги. Потім органічні фосфаты разом з трупами, відходами та виділеннями живих істот повертаються в землю, де знов підвергаються впливу мікроорганізмів і претворюються в мінеральні форми, які використовуються зеленими рослинами.

В екосистемі океану фосфор приноситься текучими водами, що сприяє розвитку фітопланктона і живих організмів.

В наземних системах кругообіг фосфора проходить в оптимальних природніх умовах із мінімумом втрат. В океані справа відбувається інакше. Це пов’язано з постійним осіданням (седиментацією) органіческих речовин. Осівший на невеликій глибині органічний фосфор повертається в кругообіг. Фосфати, відкладені на великих морських глибинах не приймають участь в малому кругообігу. Однак тектонічні рухи сприяють підйому осадових порід на поверхню.

Таким чином фосфор повільно переміщується з фосфатних родовищ на суші і мілководних океанічних осадів до живих організмів назад (мал. 4).

Запаси фосфору на землі малі. Тому вважається, що фосфор – основний фактор, лімітуючий зростання первинної продукції біосфери. Вважають навіть, що фосфор – головний регулятор всіх інших біогеохімічних циклів, це – найбільш слабка ланка в життєвому ланцюзі, що забезпечує існування людини.

Антропогенний вплив на кругообіг фосфору полягає в наступному:

1. Видобуток великих кількостей фосфатних руд для мінеральних добрив та миючих засобів призводить до зменшення кількість фосфору в біотичному кругообігу;

2. Стоки з полів, ферм та комунальні відходи призводять до збільшення фосфат – іонів у водосховищах, до різкого зростання водних рослин і порушення рівноваги в водних екосистемах.

Кругообіг сірки.

З природних джерел сірка потрапляє до атмосфери у вигляді сірководню, діоксиду сірки і часток сульфатних солей (мал. 5). Біля однієї третини сполук сірки і 99% діоксиду сірки – антропогенного походження. В атмосфері протікають реакції, що призводять до кислотних опадів:

2SO₂ + O₂ ® 2SO₃ , SO₃ + H₂O ® H₂SO₄ .

Кругообіг води

Вода, як і повітря – основний компонент, необхідний для життя. В кількісному співвідношенні це найбільш розповсюджена неорганічна складова живої матерії. Насіння рослин, в яких вміст води не перевищує 10%, відноситься до форм уповільненого життя. Таке ж явище (ангідробіоз) спостерігається у деяких видів тварин, які при несприятливих зовнішніх умовах можуть втрачати велику частину води в своїх тканинах. Вода в трьох агрегатних станах присутня в усіх складових біосфери: атмосфері, гідросфері та літосфері. Якщо воду, яка знаходиться в різних гидрогеологічних формах, рівномірно розподілити по відповідним областям земної кулі, то утворяться шари такої товщини: для Світового океану 2700 м, для льодовиків 100 м, для підземних вод 15 м, для поверхневих прісних вод 0.4 м, для атмосферної вологи 0.03 м. Основну роль в циркуляції та біогеохімічному кругообігу води відіграє атмосферна волога, незважючи на відносно малу товщину її шару.

Атмосферна волога розподілена по Землі нерівномірно, що обумовлює великі розбіжності в кількості опадів в різних районах біосфери. Середній вміст водянї пари в атмосфері змінюється в залежності від географічної широти. Наприклад, на Північному полюсі воно рівно 2.5 мм (в стовпі повітря із поперечним перетином 1 см2), на екваторі - 45 мм. Вода, випавша на сушу, після цього витрачається на просочування (або інфільтрацію), випаровування та сток. Просочування особливо важливо для наземних екосистем, бо сприяє постачанню грунтів водою. В процесі інфільтрації вода надходить у водоносні горизонти та підземні ріки. Випаровування з поверхні грунту також відіграє важливу роль у водному режимі місцевості, але більш значну кількість води виділяють самі рослини своїм листям. Причому кількість води, що виділяється рослинами, тим більше, чим краще вони нею постачаються. Рослини, що виробляють одну тону рослинної маси, поглинають як мінімум 100 т води. Головну роль в круговороті води на континентах відіграє сумарне випаровування (дерева і грунт). Остання складова кругообігу води на суші – сток. Поверхневий сток та ресурси підземних водоносних шарів забезпечують живлення водних потоків. Разом з тим при зменшенні щільності рослинного покрову сток стає основною причиною ерозії грунту. Як вже відмічалося, вода бере участь і в біологічному циклі, являючись джерелом кисня та водорода. Однак фотоліз її при фотосинтезі не відіграє суттєвої ролі в процесі кругообіга.