Биогеохимические круговороты - Основы географии

Основной химический элемент живой субстанции - Углерод (С). Источником углерода на поверхности Земли является дегазация магмы - значительная его часть вбрасывается в атмосферу при извержениях вулканов. Круговорот С может идти тремя путями. Во-первых, после гибели органики он высвобождается с помощью редуцентов и вновь попадает в атмосферу. Это обращаемая часть круговорота. Во-вторых, часть С захораняется вместе с отмершей органикой в литосфере в виде углей, нефти, битумов и др. При этом углерод может высвобождаться и вновь принимать участие в круговороте лишь при сгорании каустобилитов. В-третьих, часть С растворяется в воде, а затем с участием кальция осаждается биогенным путем в виде карбонатных толщ. В этом случае углерод может высвобождаться только в процессе метаморфизации горных пород. Очевидно, что в двух последних ветвях период полного круговорота С растягивается на сотни миллионов лет.

Круговорот Кислорода заключается в образовании его при фотосинтезе, отчасти непосредственно при дегазации магмы и потреблениями его гетеротрофами при дыхании, а также связывается при реакциях окисления. В первом варианте кислород в составе СО2 Вновь участвует в фотосинтезе, во втором - связывается в горных породах. В начале развития атмосферы почти весь свободный кислород связывался ГП; примерно начиная с девона, существует динамическое равновесие между потребляемым и высвобождающимся кислородом.

Круговорот Азота также происходит в основном с биохимической составляющей. Он осуществляется с помощью азотфиксирующих бактерий и водорослей почвы, получающих азот из атмосферы. Они строят с его участием аминогруппы белков (-NH2). После гибели животных и растений связанный азот возвращается в почву. Оттуда он либо вновь поступает в состав организмов, либо в результате процессов нитрификации (возникновения нитратов) и денитрификации (восстановление свободного азота) снова оказывается в атмосфере в молекулярном виде.

Благодаря вертикальным и горизонтальным движениям блоков земной коры и магматической деятельности, процессам сноса происходит обмен веществом земной поверхности с мантией. Наиболее яркие проявления этого обмена - вулканизм и землетрясения. Вулканизм играл и играет большую роль в развитии природы земной поверхности. Вулканы извергают от 3 до 6 млрд. тонн вещества в год. Это пеплы, шлаки, лавовые потоки андезитового состава, газы и водяной пар. Водяной пар содержит все компоненты, составляющие атмосферу и гидросферу. Твердое вещество, выделяющееся при извержениях, формирует атмосферный аэрозоль, который, в свою очередь, является одним из факторов климатообразования. Предполагается, что земная кора слагается из вулканических пород и продуктов их метаморфизации. Другие типы движений в земной коре менее заметны, но их суммарный эффект значителен. Это медленные колебательные движения и горизонтальные перемещения. Горизонтальные движения блоков земной коры признаются в настоящее время большинством исследователей. Наибольшей популярностью для объяснения этого перемещения пользуется теория тектоники плит (новая глобальная тектоника). Согласно теории, литосфера состоит из шести основных плит. Плиты изостатически уравновешены на веществе астеносферы и перемещаются в горизонтальном направлении благодаря тепловой конвекции в мантии. В местах схождения плит в одних случаях происходит погружение одной плиты под другую (субдукция) и возникновение глубоководных желобов, сопровождающихся цепочками островов, в других - наблюдается столкновение плит и их взаимная деформация. Результатом такого столкновения, например, считают образование Гималаев при надвигании Индостана на Евразийскую плиту. В местах расхождения плит располагаются срединно-океанические хребты. В срединной зоне каждого хребта имеется грабен или рифт - место растяжения или разрыва литосферы. Одним из подтверждений расхождения плит в зоне срединно-океанических хребтов является разновозрастность осадочных отложений океанического дна: возраст увеличивается от хребтов к краям океанов. Общую схему круговорота минерального вещества в ГО и его обмена с мантией можно представить следующим образом. Осадочные породы, образующиеся на земной поверхности в результате процессов выветривания, переотложения и седиментации, при тектонических опусканиях попадают сначала в нижние слои земной коры и подвергаются там воздействию высокого давления и температур. В результате они превращаются в метаморфические породы. Последние, погружаясь все глубже, переплавляются и превращаются во вторичную магму. Одновременно магма поднимается вверх, происходят вулканические излияния и интрузивные внедрения, дифференциация и кристаллизация вещества магмы, его переработка экзогенными процессами и преобразование в осадочные породы. Так осуществляется главный литосферный круговорот. Обмен веществом с мантией - необходимое условие нормального функционирования ГО. Благодаря такому обмену происходит обогащение земной поверхности СО2 ("строительный камень" органического вещества наряду с водой). При изучении истории формирования ГО было выяснено, что периоды интенсивного накопления органического вещества по времени совпадают с эпохами интенсивного вулканизма. Эти данные послужили А. Б. Ронову сформулировать геохимический принцип сохранения жизни: жизнь на Земле и других планетах возможна лишь до тех пор, пока эти планеты активны и происходит обмен энергией и веществом между их недрами и поверхностью.

Похожие статьи




Биогеохимические круговороты - Основы географии

Предыдущая | Следующая