БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛ

БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ, биогеохимический круговорот веществ, обмен веществом и энергией между различными компонентами биосферы, обусловленный жизнедеятельностью организмов и носящий циклический характер. Термин «биогеохимические циклы» введён в 10-х годах 20 века В. И. Вернадским, разработавшим теоретические основы биогеохимической цикличности в учении о биосфере и трудах по биогеохимии. Все биогеохимические циклы в природе взаимосвязаны, составляют динамическую основу существования жизни, а некоторые из них (циклы C, O, H, N, S, Р, Ca, K, Si и других так называемых биогенных элементов) являются ключевыми для понимания эволюции и современного состояния биосферы. Движущими силами биогеохимических циклов служат потоки энергии Солнца (более широко — космоса) и деятельность живого вещества (совокупности всех живых организмов), приводящие к перемещению огромных масс химических элементов, концентрированию и перераспределению аккумулированной в процессе фотосинтеза энергии. Благодаря фотосинтезу и непрерывно действующим циклическим круговоротам биогенных элементов создаётся устойчивая организованность биосферы Земли, осуществляется её нормальное функционирование. Нормальные (ненарушенные) биогеохимические циклы в биосфере не являются замкнутыми, хотя степень обратимости годичных циклов важнейших биогенных элементов достигает 95—98%. Неполная обратимость (незамкнутость) — одно из важнейших свойств биогеохимических циклов, имеющее планетарное значение. За всю историю развития биосферы (3,5—3,8 млрд. лет) доля вещества, выходящая из биосферного цикла (длительностью от десятков и сотен до нескольких тысяч лет) в геологический цикл (длительностью в млн. лет), обусловила биогенное накопление кислорода и азота в атмосфере, различных химических элементов и соединений в земной коре. Особенно показателен биогеохимический цикл углерода. Ежегодно из биосферного биогеохимического цикла наземных экосистем выходит («сбрасывается») в геологический цикл около 130 т углерода, что составляет всего 10^-7 — 10^-8% от запасов углерода, находящихся в обращении в современной биосфере. В течение фанерозоя (около 600 млн. лет) за счёт неполной обратимости цикла углерода в ископаемых осадках накопились огромные запасы углеродистых отложений (известняков, битумов, углей, нефтей и др.), оцениваемые в 10¹⁶ —10¹⁷ т.

Сложившаяся в ходе развития биосферы направленность планетарных и региональных биогеохимических циклов привела к созданию устойчивого биогеохимического (так называемого нормального) фона, характерного для той или иной местности. Этот фон различается для определённых регионов биосферы, в пределах которых по недостатку или избытку определённых химических элементов выделяются естественные геохимические аномалии — биогеохимические провинции. С вариациями исторически сложившегося общего геохимического фона территории и естественными биогеохимическими аномалиями, отражающими реально существующую неоднородность химического состава биосферы, связаны многие эндемичные болезни животных и человека. Глобальный характер хозяйственной деятельности человека приводит к качественным изменениям в естественной биогеохимической цикличности природных процессов биосферы. По ряду параметров масштабы антропогенных воздействий сопоставимы с количеством веществ, вовлечённых в нормальные биогеохимические циклы. Техногенные продукты, поступающие в биосферу, перегружают нормальное её функционирование и выпадают частично или полностью из системы устойчивых биогеохимических циклов. Возникает новый тип техногенных геохимических аномалий, называемыми «неоаномалиями» или «антропоаномалиями». Они формируются на нормальном биогеохимическом фоне в чрезвычайно короткие сроки и охватывают не только живое вещество, но и биокосные тела биосферы (атмосферу, почвы, природные воды), проникают в глубокие горизонты земной коры. Происходит нарушение отлаженных во времени природных биогеохимических циклов биосферы. Для ряда элементов и соединений биогеохимические циклы становятся природно-антропогенными (циклы тяжёлых металлов, азота, серы, фосфора, калия и др.). Некоторые создаваемые человеком материалы (пластмассы, детергенты и другие продукты химического синтеза — так называемые ксенобиотики) не включаются в природные и природно-антропогенные циклы и не перерабатываются в биосфере. Меры борьбы с нарушением биогеохимических циклов связаны с природоохранной деятельностью, созданием малоотходных технологий, широкой реутилизацией продуктов промышленного и сельскохозяйственного производства, с поисками путей оптимизации основных характеристик биогеохимических циклов и возможностью разумного управления ими.

См. также: Биосфера