3.1.2 Поняття про Великий геологічний кругообіг речовин

Кількість атомів на Землі постійна. Величезні маси елементів залучаються у процеси, що протікають на земній кулі, вони переміщуються і трансформуються, таким чином утворюються міграційно-трансформаційні цикли. У безжиттєвий період геолічної історії це були геохімічні цикли; з появою життя на Землі – біогеохімічні; з появою людини і утворенням техносфери – технобіогеохімічні. Тому глобальні цикли вуглецю, води, сірки, азоту та інших елементів у великій мірі визначаються діяльністю людини.

Загальний цикл технобіогеохімічного кругообігу речовин складається із ряду самостійних біогенних і абіотичних: геологічних, техногенних циклів, що утворюють ВГк. Він включає такі етапи:

• появу вивержених порід на земній поверхні;

• вивітрювання;

• грунтоутворення;

• ерозію і денудацію;

• накопичення континентальних та океанічних осадів;

• метаморфізм осадів;

• вихід осаджених порід на поверхню з новим циклом вивітрювання, ґрунтоутворення, денудації, осадонакопичення.

Денудація – винос речовини з суші в річки, моря, океани, атмосферу.

Денудація є показником швидкості та інтенсивності кругообігу речовин

суші.

Денудація включає геологічний кругообіг речовин і процеси вивітрювання гірських порід. Загальна денудація суші оцінюється денудаційним балансом, який виражається в млрд. т/рік.

Загальний винос речовини з суші приблизно 53 млрд. т/рік.

Загальний привніс речовин на сушу приблизно 4 млрд. т/рік.

Денудаційний баланс складає приблизно 49 млрд. т/рік.

Діяльність людини збільшила денудацію у 1000 разів у порівнянні з дотехногенним періодом.

Модуль твердого стоку в т/км² рік складає:

р. Єнісей – 4 т/км² рік

р. Колорадо – 380 т/км² рік

р. Хуанхе – 2600 т/км² рік

на орних землях – 5000 т/км² рік

на пасовищах – 3600 т/км² рік

на покинутих полях – 29 т/км² рік

у соснових лісах – 4.5 т/км² рік

Вивітрювання не встигає за денудацією, а антропогенна денудація (ерозія) знищує поверхневі горизонти, багаті гумусом і елементами живлення

3.1.3 Малий біологічний кругообіг речовин

Для ґрунтоутворення особливе значення має малий біологічний кругообіг речовин. Він забезпечує цикли біогеохімії. При цьому зольні елементи поглинаються рослинами з грунту. В подальшому вони беруть участь у біохімічних процесах рослин, повертаються знову в грунт після їх відмирання. Частина забирається тваринними організмами і повертається після їх відмирання. Цикли вуглецю, азоту більш складні, вони зачіпають також атмосферу. Частина елементів звільняється, після відмирання повертається у великий геологічний кругообіг через атмосферу і гідросферу.

Антропогенна діяльність змінює хід біологічного кругообігу речовин за рахунок:

• зниження природної біоти і заміни її на культуру сільськогосподарських полів;

• внесення добрив;

• зміни грунтових режимів, тощо.

Інтенсивність біологічного кругообігу речовин (елементів) або його швидкість – це час (вегетаційний період, декілька місяців, діб, хвилин) упродовж якого елемент поглинається живим організмом, трансформується і повертається в середовище.

У формуванні МБК речовин велику роль відіграють живі організми. В першу чергу – мікробні популяції, оскільки біомаса мікробів практично така ж, як біомаса рослин. Але головне не в кількості, а в тій роботі, яку мікроорганізми проводять з мінералізації речовин, особливо у процесах перетворення азоту, сірки, заліза, марганцю. Відмираючи вони звільняють 6-7% від своєї біомаси різних зольних елементів.

Безхребетні організми переробляють органічні рештки у грунтах і трансформують хімічні елементи у водоймищах. Наземні біогеоценози (лісовий, трав’яний) – найважливіший фактор формування біологічного кругообігу речовин. Щорічно на суходолі в процесі фотосинтезу зеленими рослинами залучається 35 млрд. тонн СО₂ з атмосфери; 10 млрд. тонн повертається в атмосферу в результаті дихання; 25 млрд. тонн після відмирання рослин надходить у грунт і використовується для утворення гумусу та його акумуляції.

Біологічний кругообіг речовин складається з циклів окремих елементів.

Цикли азоту. 75% азоту зосереджено в атмосфері в молекулярній формі (N₂). Живі організми (рослини) поглинають азот у вигляді , за участю якого утворюються білки. Після відмирання рослин йде трансформація азотовмісних сполук. Частина азоту використовується рослинами для своєї життєдіяльності, частина іде на утворення гумусу, решта азоту вимивається з грунту. У гумусі азот складає 3-10%. Втрата азоту з грунту веде до забруднення водоймищ.

Цикли вуглецю. СО₂ в атмосфері міститься до 0.03%, найбільше вуглецю в живій речовині до 18%. Він є основою життя. У процесі дихання рослин частина вуглецю повертається в атмосферу. Після відмирання рослин частина вуглецю закріплюється в гумусі, в осадових породах (карбонати), частина повертається в атмосферу. Викиди вуглецю під час спалюваннянафти, газу, вугілля складають від 6 до 10% об’єму біогеохімічного циклу.

Антропогенний вплив веде до зменшення об’єму фотосинтезу і збільшення надходження СО₂ в атмосферу. Існують суттєві відмінності між біологічними кругообігами в природних і антропогенних екосистемах. Встановлено, що за останні сто років чорноземи втратили одну третину своїх гумусових запасів. Головні причини цього:

• інтенсивні прийоми землеробства (меліорація, хімізація, механізація);

• ерозія грунтів.

Живі організми утворюють інтенсивні потоки хімічних елементів,

вони проводять велику геохімічну роботу, беруть участь у процесах вивітрювання і ґрунтоутворення. Грунти є компонентами біосфери і об’єктами дії живої речовини. В гумусному горизонті жива речовина складає 40% маси грунту. Жива речовина в грунті виконує наступні функції:

• газообміну: метаболізм, дихання, обмін СО₂, NH₃, H₂O;

• окиснення: процес вивітрювання суттєво змінює сполуки таких елементів як Mn, C, N, S, P;

• відновлення: денітрифікація, десульфофікація;

• концентрації і акумуляції хімічних елементів із розсіяного стану: карбонати, фосфати;

• синтезу і мінералізації гумусу, гумінових і фульвокислот грунту, грунтового покриву.