§ 6. Большой круговорот веществ

Определения и обозначения

Круговорот веществ — непрерывное перемещение и превращение веществ между природными объектами и организмами. Например, вещество может перейти из почвы в растение, затем в животное и снова в почву. Это понятие помогает проследить, куда попадают вещества и как они возвращаются в природные системы.

Большой круговорот веществ — обмен веществ между крупными частями Земли: сушей, океаном и атмосферой, связанный с геологическими процессами. Перенос воды, разрушение пород и накопление осадков связывают разные части планеты. Это понятие показывает перемещение вещества в масштабе всей Земли.

Малый круговорот веществ — перемещение веществ между организмами и окружающей средой, прежде всего через питание и разложение остатков. Растение поглощает вещества, животное получает их с пищей, а после отмирания остатки разлагаются. Понятие помогает увидеть, как жизнь участвует в обмене веществ.

Геологический круговорот — медленное перемещение вещества земной коры при разрушении, переносе и образовании горных пород. Одни породы разрушаются, их материал переносится и со временем становится частью новых отложений. Это понятие нужно, чтобы различать длительные изменения земной коры и быстрые процессы в жизни организмов.

Как это устроено

В природе вещество не пропадает бесследно: после каждого изменения оно оказывается в другом месте или принимает другую форму. Так происходит потому, что природные оболочки Земли связаны обменом: вода переносит растворённые частицы, воздух перемещает вещества, а организмы получают их из среды. Вещество может задержаться в организме, воде или породе, но со временем снова включиться в обмен. Поэтому круговорот — это цепочка переходов, а не движение по идеальному кругу.

Вода и выветривание помогают переносить вещества с суши. Выветриванием называют разрушение горных пород под действием воды, воздуха и перепадов температуры. Когда вода просачивается в породу или стекает по её поверхности, часть веществ растворяется, а мелкие частицы отделяются. Реки собирают эту воду и материал с больших территорий и несут их в океан, связывая сушу с водоёмами.

Попавшие в океан частицы могут осесть на дне, потому что течение замедляется или вода меняет условия переноса. Со временем новые слои покрывают осадки, и они уплотняются, образуя горные породы. Вещества оказываются запасёнными в земной коре и могут долго не участвовать в обмене с поверхностью. Движения земной коры поднимают участки пород, а вулканизм выносит вещество из глубин; после этого выветривание снова делает его доступным для переноса.

Живые организмы включаются в обмен веществ более быстрым путём. Растения поглощают минеральные вещества из почвы и получают вещества из воздуха, а животные приобретают их, поедая растения или других животных. Когда организмы отмирают, их остатки разлагаются, и вещества возвращаются в почву, воду и воздух. Так питание и разложение соединяют живую природу с окружающей средой.

Малый и большой круговороты не существуют отдельно друг от друга. Организмы быстро перемещают вещества между собой и средой, а вода, осадки и движения земной коры переносят и накапливают их в гораздо большем масштабе. Например, вещества из разложившихся остатков могут попасть в почву, затем в реку и океан, а позднее оказаться в породах. Геологические процессы возвращают часть таких веществ на поверхность, где они снова могут стать доступными организмам.

Сравнение малого и большого круговоротов веществ

Сравнивай круговороты по месту, участникам и основным процессам, а не только по скорости. Если в цепочке главное — питание и разложение, это малый круговорот; если перенос затрагивает крупные части Земли и породы, речь идёт о большом. При этом один и тот же путь вещества может включать этапы обоих круговоротов.

Разбор задач

Задача 1. Растение поглотило из почвы минеральные вещества, затем его съело животное. Определите, какой круговорот описан.

1. Сначала найдём, откуда вещество попало в организм: растение взяло его из почвы. Значит, вещество перешло из окружающей среды в живой организм.

2. Затем проследим следующий шаг: животное съело растение и получило те же вещества с пищей. Переход происходит между организмами, а не через перенос пород или накопление осадков.

3. Сопоставим эту цепочку с определениями: обмен через питание и участие организмов характерны для малого круговорота. В условии не описаны реки, океан или геологические процессы.

Ответ: это малый круговорот веществ.

Задача 2. Река переносит растворённые вещества с суши в море, где они оседают на дне. Объясните, какие этапы большого круговорота здесь показаны.

1. Определим начало пути: вещества находятся на суше, а вода реки переносит их в сторону моря. Растворение позволяет им двигаться вместе с водой.

2. Назовём этот этап: это перенос веществ водой с суши в океан. Река связывает разные части Земли, поэтому процесс относится к большому круговороту.

3. Теперь рассмотрим, что происходит в море: вещества оседают на дне и накапливаются в осадках. При длительном накоплении и уплотнении осадки могут участвовать в образовании горных пород.

Ответ: показаны перенос растворённых веществ рекой с суши в море и их накопление в донных осадках.

Задача 3. Сопоставьте разложение опавших листьев и возвращение веществ из глубин Земли при вулканизме. Определите, к каким круговоротам они относятся и как связаны.

1. Опавшие листья — остатки живых организмов. При разложении содержащиеся в них вещества возвращаются в почву и становятся частью обмена организмов со средой.

2. Значит, разложение листьев относится к малому круговороту. Этот процесс происходит в живой природе и обычно быстрее, чем изменения земной коры.

3. Вулканизм выносит вещества из глубин на поверхность. Это геологический процесс, связанный с большим круговоротом; после выхода вещества могут попасть в почву и воду, а затем стать доступными организмам.

Ответ: разложение листьев относится к малому круговороту, а вулканизм — к большому. Они связаны тем, что геологические процессы возвращают вещества в среду, откуда их могут поглотить организмы.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что вещества в круговороте исчезают. Так можно подумать, если вещество перестало быть заметным или перешло в другую форму. Проверь себя: выясни, куда оно могло попасть — в воду, воздух, организм или породу. Обычно оно не исчезло, а продолжило путь.

Ошибка: смешивать малый и большой круговороты. Их путают, потому что оба описывают перемещение одних и тех же веществ. Для проверки спроси, что главное в примере: обмен через организмы и разложение или перенос между крупными частями Земли и геологические процессы.

Ошибка: представлять круговорот как движение только в одном направлении. Такой вывод возникает, если замечать лишь один этап, например перенос рекой. Проследи путь дальше: вещества могут осесть, стать частью пород, вернуться на поверхность и снова попасть в природные системы.

Ошибка: считать, что все этапы идут одинаково быстро. Обычно отдельные события легче заметить, чем очень медленные изменения пород. Проверь себя, сравнив сроки: питание и разложение могут происходить быстро, а накопление осадков и движения земной коры требуют длительного времени.

Связь с другими темами

Чтобы понять большой круговорот, пригодятся знания о природных оболочках Земли, выветривании, реках и горных породах: они объясняют, откуда берётся переносимый материал и куда он попадает. Малый круговорот связан с питанием организмов, фотосинтезом и разложением органических остатков. Позднее эти знания помогут разбираться в экосистемах и природных циклах, а также оценивать, как деятельность человека меняет перенос и накопление веществ.

Что запомнить

• Вещества в природе не исчезают, а перемещаются и превращаются.
• Большой круговорот охватывает сушу, океан и атмосферу.
• Вода переносит вещества с суши в океан.
• Осадки и горные породы накапливают вещества.
• Геологические процессы возвращают вещества из глубин Земли.
• Малый круговорот связан с жизнью и разложением организмов.
• Малый и большой круговороты взаимосвязаны.