Біогеохімічні цикли
Біогеохімі́чні ци́кли (від біо…, геохімія та цикл) — повторюване поетапне перетворення хімічних елементів (речовин) із неорганічного середовища через живу речовину (біоту) знов у неорганічне середовище з використанням енергії сонячної або енергії хімічних реакцій.
Історична довідка
Термін уведено В. Вернадським у 1910-х під час дослідження історії утворення мінералів, яке спонукало вченого до вивчення природних процесів на атомному рівні. Розробленню вчення про трансформацію хімічних елементів у природі передували дослідження й відкриття А. Лавуазьє, Ж.-Б. Дюма, Ж. Бусcенго, Ю. Лібіха, В. Докучаєва та ін. учених. Ю. Лібіх не лише окреслив шляхи експериментального вивчення міграції більшості хімічних елементів, а й показав, що циклами можна управляти штучно з уведенням додаткових кількостей речовин.
Характеристика
Незворотні циклічні переміщення біогенних елементів здійснюються в межах усіх оболонок Землі. З біосфери хімічні елементи переходять до складу атмосфери, гідросфери, літосфери. Для біосфери виділяють 2 основних типи біогеохімічних циклів:
- колообіг газоподібних речовин з резервом в атмосфері або гідросфері;
- осадовий цикл із запасом в літосфері.
Рушійною силою переміщень речовин в біогеохімічних циклах є сонячна енергія, частково енергія геологічних процесів Землі. Витрати енергії необхідні як для переміщення речовин, так і для подолання біогеохімічних бар’єрів. На різних рівнях бар’єрами є клітинні мембрани, власне живі організми (зокрема особини рослин і тварин) тощо. Переміщення речовин у біогеохімічних циклах одночасно забезпечує життєдіяльність живих організмів. Головними параметрами оцінки ефективності біогеохімічного циклу є кількість біомаси, її елементарний склад, активне функціонування живих організмів.
У повному біогеохімічному циклі умовно виділяють життєвий і посмертний типи біогенної міграції. Життєвий тип обміну речовин спрямований на синтез 38 органічних сполук і формування живих організмів у процесі їх росту й розвитку. Включає такі процеси:
- споживання хімічних елементів з навколишнього середовища;
- часткове їх повернення у середовище існування у вигляді ензимів, кореневих виділень, екскрементів.
До посмертного типу обміну речовин належать розкладання органічних речовин і повернення хімічних елементів у навколишнє середовище. У межах повного біологічного циклу цей тип обміну нетривалий.
У рослинних і тваринних біоценозах обидва типи обміну речовин відбуваються постійно. Неперервність біогенної міграції характерна для всього періоду існування біосфери. Біогенна міграція хімічних елементів є частиною великого геохімічного колообігу речовин. Повнота біологічного циклу становить 90−98 % від геологічного, решту 2−10 % — втрати внаслідок біохімічної міграції хімічних елементів за межі ландшафту.
Повнота біогеохімічного циклу забезпечує його стійкість у часі, рівновагу у просторі та гармонійну взаємодію живих організмів з довкіллям. Біогеохімічна роль окремих живих організмів зумовлена не лише тривалістю їхнього біологічного циклу, а й швидкістю розселення на суходолі та в океані.
Визначальну роль у біосфері відіграють біогеохімічні цикли карбону, води, азоту й фосфору. Ці цикли зазнали значної трансформації під час формування техносфери й агросфери, їх вивчення є важливим завданням екології.
Значення
Біогеохімічні цикли є основною функцією біосфери, що забезпечує тривале існування та розвиток життя за обмежених запасів доступних хімічних елементів.
Принцип циклічності перетворення та міграції речовин у біосфері є засадничим для її існування. Для біосфери характерна висока замкненість біогеохімічних циклів, втрати речовин в них не перевищують 3–5 %. Уведення людиною односпрямованих процесів для конструювання техно- й агросфери спричиняють небезпечні та згубні зміни в біосфері.
Усі біогеохімічні цикли дають певну кількість природних відходів, нешкідливих для біосфери. Такі природні відходи акумулюють атмосфера та літосфера. Відходи окремих біогеохімічних циклів забезпечують виникнення й підтримку існування багатьох груп живих організмів. Біогенне походження має увесь кисень атмосфери, що виникає в результаті фотосинтезу. Завдяки відходам біогеохімічного циклу карбону в земній корі накопичено великі запаси вуглецевмісних покладів кам’яного вугілля, нафти, вапняків, загальна кількість яких сягає 1016 –1017 тонн.
Біогеохімічні цикли зазнають змін у процесі еволюції біосфери. Реалізація окремих біогеохімічних циклів та накопичення відходів є основою виникнення біогеохімічних циклів нового типу або ускладнення наявних. Накопичення в атмосфері вільного кисню створило передумови для виникнення великої групи організмів, які використовують вільний кисень для дихання.
Література
- Вернадський В. І. Вибрані наукові праці академіка В. І. Вернадського : в 10 т. Київ : Інститут геологічних наук НАН України, 2012. Т. 6. Кн. 1–2.
- Fenchel T., King G., Blackburn T. Bacterial Biogeochemistry. 3rd ed. London : Academic Press, 2012. 312 p.
- Бедернічек Т. Ю. Резервуари і потоки карбону у наземних екосистемах України // Вісник Національної академії наук України. 2017. № 1. С. 98–104.
- Schlesinger W. H., Bernhardt E. S. Biogeochemistry. An Analysis of Global Change. 4th ed. London : Academic Press, 2020. 762 p.
- Schlesinger W. H. Some Thoughts on the Biogeochemical Cycling of Potassium in Terrestrial Ecosystems // Biogeochemistry. 2021. № 154. P. 427–432. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s10533-020-00704-4
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Біогеохімічні цикли // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Біогеохімічні цикли (дата звернення: 10.10.2026).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 08.08.2024
