Переміщення води з місця на місце в масштабах планети від-бувається головним чином між океаном і сушею. При цьому змінюється її агрегатний стан (перетворення рідкої фази в тверду, пароподібну, і на-впаки), що дає змогу підтримувати рівновагу між сумарним випарову-ванням і випаданням опадів на планеті. Підраховано, що з поверхні Землі лише за 1 хв випаровується близько 1 млрд т води і стільки ж випадає назад у вигляді опадів. Відзначимо, що понад 86% вологи надходить в атмосферу за рахунок випаровування із поверхні Світового океану і менше 14% — за рахунок випаровування із суші.

Опади, які випадають на поверхню суші, перевищують випаровування і транспірацію в наземних місцезростаннях. Відповідно кількість опадів, які випадають на поверхню океанів, менша тієї кількості води, яка випаровується з їхньої поверхні. Більша частина водяних парів, перенесених вітрами із океанів на сушу, конденсується над гірськими районами і в тих місцях, де швидке нагрівання і охолодження суші створює вертикальні потоки повітря. Чистий потік атмосферних водяних парів від океанів до суші утворюється водою, яка стікає із суші у басейн океанів.

Виходячи з екологічних позицій, слід звернути особливу увагу на роль транспірації в гідрологічному циклі. Відомо, що первинна продукція наземних місцезростань становить приблизно 1.1-1017г сухої речовини на рік, а на кожний грам продукції транспірується приблизно 500 г води. Отже, наземна рослинність транспірує щорічно 55-1018г води, що майже відповідає загальній евапотранспірації із суші. На малюнку зображена структура водного режиму екосистеми хвойної тайги.

Для того щоб "запустити" гідрологічний кругообіг, необхідна енергія, її можна підрахувати, перемноживши енергію, яка потрібна для випаро-вування 1 г води (0,536 ккал), на сумарне річне випаровування із поверхні Землі (378- 1018г). Одержаний результат (2-1022 ккал) відповідає приблизно 1/5 частині загального надходження сонячної енергії на Землю.

Важливим показником кругообігу води є водообмін. В океанах, наприклад, він відбувається під впливом течій. Вважають, що для повного водообміну у Світовому океані потрібно приблизно 60 років, Атлантич-ному — 50, Індійському — 40, а Тихому океані найбільше — 100 років.

Надзвичайно активний водообмін у ріках. Одноразовий обіг води в руслах рік Землі оцінюється приблизно в 1200 км3, а сумарний річний стік - 38800 км3/рік.

Таким чином, обмін руслових стічних вод відбувається кожні 0,031 року, тобто кожні 11 діб, або 32 рази протягом року. Якщо врахувати, що ріки сполучують багато озер і водосховищ, які сповільнюють водообмін, то загальна активність обміну поверхневих вод суші буде становити 7 років.

Життя на Землі підтримується не лише за рахунок води, що знаходиться у рідкому стані, але й тієї, що сконцентрована у вигляді атмосферної пари. Вода, яка міститься в повітрі у вигляді пари, відповідає в середньому шару завтовшки 2,5 см, рівномірно розподіленому по всій поверхні Землі. Кількість річних опадів становить в середньому 56 см, що в 25 разів більше тієї кількості вологи, яка міститься в атмосфері. Отже, водяні пари, які постійно знаходяться в атмосфері, — так званий атмос-ферний фонд, — щорічно здійснюють кругообіг 25 разів. Вміст води в ґрунті, ріках, озерах, і океанах в сотні тисяч разів більший, ніж в атмосфері. Однак вода протікає через обидва ці середовища із однаковою швидкістю, оскільки випаровування дорівнює випаданню опадів. Серед-ня тривалість переносу води у її рідкій фазі поверхнею Землі стано-вить 3650 років, тобто в 100 тис. разів більше, ніж тривалість перене-сення її в атмосфері.

Слід пам'ятати, що на основі кругообігу води із розчиненими в ній мінеральними сполуками, а також компонентів атмосфери закономірно виникла жива речовина, а з нею і біохімічний кругообіг. Тому антропо-генне вилучення води з природного кругообігу, а воно щорічно зростає, негативно впливає на функціонування живої речовини. На малюнку зображені схеми використання світових запасів води та прогнози водних ресурсів до 2000 р.

Кругообіг вуглецю

Вуглець входить до складу всіх органічних речовин, а тому його кругообіг найбільш поширений у природі. Він здійснюється за допомо-гою трьох груп організмів: продуцентів, консументів, редуцентів. Органічна речовина синтезується зеленими рослинами в процесі фотосинтезу з вуглекислого газу атмосфери, вміст якого дорівнює лише 0,03-0,04%

Якби вуглекислий газ не поповнювався за рахунок надходження із Землі, то його запаси вичерпалися б за 4-35 років. У найближ-чі 50-60 років завдяки зростанню спалювання горючих речовин вміст вуглекислого газу в атмосфері подвоїться. Такі швидкі зміни вмісту вуглекислого газу в атмосфері, внаслідок якого відбувається так званий парниковий ефект (нагрівання атмосфери інфрачервоним промінням завдяки вмісту в ній CO2), може призвести до перегрівання географічної оболонки. Частина СО2 утворюється при виверженні вулканів і надхо-дить зі збагачених ним водних джерел. Головний споживач CO2, — фо-тосинтетичний апарат рослин.

Кількість вуглекислого газу в біосфері, кг

Кількість C2 | За Ю.Саксом

2500-1012 |

За Г.Грелером 2100-1012 |

За Е.Рейнау

1530-1012

Засвоюється рослинами

за рік

За скільки років рослини вичерпали б запаси CO2, в

атмосфері |

48- 1012

4 |

60- 1012

35 |

86,5-1012

18

Варто нагадати, що про явище фотосинтезу, яке є головним чинником руху речовини й енергії в біосфері, стало відомо лише в другій половині XVIII ст. В 1772-1782 pp. Д.Прістлі, Я.Інгенхауз і Ж.Сенсб'є, доповнюю-чи один одного, описали процес повітряного вуглецевого живлення, або фотосинтез. Через століття К.А.Тимірязєв (1843-1920) розкрив енергетичну закономірність фотосинтезу як процесу використання світла для утворення органічної речовини в рослинах. Механізм фотосинтезу був розкритий американським біохіміком Кальвіном, за що йому було присуджено Нобелівську премію. Сьогодні під фотосинтезом розуміють перетворення зеленими рослинами і фотосинтезуючими організмами променистої енергії