Разложение органических веществ в ландшафте. Минерализация органических веществ.

Наряду с биогенной аккумуляцией элементов в ландшафте протекают противоположные процессы разложения органических веществ – переход химических элементов из органических соединений в неорганические, сопровождающийся выделением энергии. По своим масштабам процесс разрушения органического вещества значительно уступает его образованию.

Разложение органического вещества происходит и в самих растениях, когда в результате дыхания сложные органические соединения разлагаются до простых минеральных веществ, как углекислый газ и вода. Однако в растениях синтез органических веществ намного превышает их разложение и в целом растения накапливают эти вещества. Значительно интенсивнее разлагают органические вещества животные, для которых растения являются единственным первоисточником химической энергии. В организме животных окисляется большое количество органических веществ, конечными продуктами разложения которых является углекислый газ и вода. Однако углекислый газ, выделяемый животными при дыхании, не компенсирует поглощение его растениями из атмосферы при фотосинтезе. Основную роль в разложении остатков растений и животных играют микроорганизмы. Особенно много их в почвах и илах (местами до миллиарда в одном грамме), меньше в поверхностных водах, еще меньше в подземных водах и воздухе. За миллиарды лет микроорганизмы приспособились к самым различным условиям – они живут и в горячих источниках, и в холодных мерзлых почва, и в сильнокислых и в сильнощелочных водах. Некоторым микроорганизмам необходим для дыхания свободный кислород (аэробные бактерии), другие существуют в бескислородной среде, используя для дыхания кислород химических соединений (анаэробные бактерии).

Микроорганизмы, используя химическую энергию, заключенную в органических соединениях, превращают белки, жиры, углеводы и другие богатые энергией органические соединения в более простые, бедные энергией, вплоть до конечных продуктов – углекислого газа и воды. Суммарная разлагающая способность микроорганизмов значительно выше, чем у растений и животных.

С той или иной скоростью все органические вещества поддаются разложению, даже такие устойчивые как смолы, воск, хитин и т.д. Тем самым микроорганизмы очищают ландшафт от остатков организмов. При этом образуются новые формы живого вещества в виде самих микроорганизмов. Однако общее количество органического вещества сильно уменьшается, так как часть их минерализуется полностью.

Совокупность процессов разложения органических веществ, в ходе которых химические элементы высвобождаются из состава сложных, богатых энергией органических соединений, и снова образуют более простые и более бедные энергией минеральные соединения (углекислый газ, вода, СаСО3 и т.д.), называется минерализацией органического вещества. В результате минерализации часть энергии выделяется в виде тепла, в связи с чем температура разлагающихся органических веществ повышается. Другая часть энергии выделяется в форме, способной совершать химическую работу. Носителями этой работоспособной энергии является преимущественно природные воды, которые обогащаясь такими продуктами минерализации, как углекислый газ, органические кислоты и др., приобретают высокую активность и выполняют в ландшафте большую работу (растворение, гидролиз и т.д.). Так, процессы минерализации обогащают ландшафт свободной энергией и делают его неравновесной системой.

Процессы разложения органических веществ и обусловленная ими водная миграция значительно однообразнее процессов образования живого вещества. То есть, как ни разнообразны живые организмы, после смерти их остатки превращаются в одни и те же простые минеральные соединения – углекислый газ, кислород и т.д., а также вещества гумусового типа.

Накопление в ландшафтах мертвых органических веществ полуразложившихся и разложившихся остатков растений и животных) М.А.Глазовская назвала детритогенезом. Его количественные характеристики О (опад) имеют важное геохимическое значение. Это следующие показатели – О1- ежегодный растительный опад в целом, его количество колеблется от 765 ц/га в тугаях и 250 ц/га во влажных тропиках до 10 ц/га в арктических тундрах и 1 ц/га – на такырах. О2 – зеленая часть опада (от 10 до 90 % от О1). О3- лесная подстилка и степной войлок (15 ц/га в сухих степях, 20 – во влажных тропиках, 450 – в средней тайге, 835 – в кустарничковой тундре). К продуктам детритогенеза относится гумус, сапропель и торф.

Об интенсивности разложения органических веществ хорошее представление дает отношение подстилки к зеленой части опада (в %). Этот коэффициент предложили Л.Е.Родин и Н.И.Базилевич (1964): Ж=О3/О2 х100%. По их данным, для заболоченных лесов Западной Сибири он равен 5000, для кустарничковых тундр – 2000-5000, для южной тайги –1000, для сухих степей – 100, для влажных тропиков – 10 %.