Как осуществляется круговорот веществ и энергии в биосфере (на примере любого химического элемента)?
В телах живых организмов преобладают одни и те же элементы (углерод, азот, водород, кислород, сера). Из неживой природы они переходят в состав растений, из растений в животных и человека. Атомы переходят из организма в организм и удерживаются в круге жизни сотни миллионов лет.
Круговорот углерода. В неживой природе углерод содержится в основном в виде углекислого газа, угольной кислоты и ее нерастворимых солей, чаще всего карбоната кальция (мел, известняк). Часть углерода в виде карбонатов может надолго выключаться из круговорота. Живые организмы, накапливая углерод, создают его скопления, которые используются человеком в качестве энергетических ресурсов (нефть, каменный уголь, торф, древесина). До начала индустриальной деятельности человека эти запасы, особенно нефть и уголь, были почти исключены из круговорота. Теперь же их использование приводит к активному выбросу углерода в атмосферу с выхлопными газами машин, дымом индустриальных предприятий и т.п.
Круговорот азота. Азот наряду с углеродом, кислородом и водородом является одним из главных элементов, входящих в состав живых организмов. Он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Его содержание в атмосфере в газообразном виде составляет 79%. Частично азот поступает из атмосферы благодаря образованию оксида азота (IY) из азота и кислорода под действием электрических разрядов во время гроз. Однако основная масса атмосферного азота поступает в воду и почву благодаря жизнедеятельности микроорганизмов — бактерий и водорослей. Наиболее активно поглощают азот клубеньковые бактерии, живущие в корнях бобовых растений. Затем азот через корни растений проникает в их стебли и листья, где включается в состав растительных белков. В тела животных азот поступает в результате поедания ими растений. После смерти животных и растений белки разлагаются редуцентами с выделением аммиака, а затем, в результате жизнедеятельности некоторых бактерий — в нитраты. Аммиак и нитраты могут усваиваться растениями. А часть нитратов, тоже под воздействием бактерий, восстанавливается до газообразного азота, который выделяется в атмосферу. Цикл замыкается.
Круговорот веществ, как и все происходящие в природе процессы, требует постоянного притока энергии. Основу биологического круговорота, обеспечивающего существование жизни, составляют солнечная энергия и улавливающий ее хлорофилл зеленых растений. В круговороте веществ и энергии участвует каждый живой организм, поглощая из внешней среды одни вещества и выделяя в нее другие. Так как биосфера получает энергию извне — от Солнца, ее называют открытой системой.