다른 무기물과 물의 순환

다른 무기물의 순환

살아 있는 물체에서 인(phosphorus)의 구성비율이 매우 적다고 하더라도 그것은 절대적인 필수원소이다. 핵산은 물론이고 ATP를 포함해서 광합성과 세포호흡에서 사용되는 많은 물질들이 인을 함유하고 있다. 인은 무생물계에서는 오히려 드문 원소이다. 토양에서 이용가능한 인의 양이 증가하면 대부분의 육지생태계의 생산성은 증가한다. 왜냐하면 농업수확량은 인을 비롯하여 질소와 칼륨의 이용가능성에 의해 제한을 받기 때문에 비료는 이들 세 가지 무기물을 모두 포함 실제 대부분의 비료의 구성성분은 3가 한다.

지 숫자로 표현된다. 첫번째 숫자는 비료에서 질소구성비가 퍼센트 값으로 쓰여진 것이다. 두 번째 숫자는 인의 값이며(비록 인은 POS로 존재함에도 불구하고), 세 번째 숫자는 칼륨(potassium)의 비율이다(칼륨의 경우도 산화물인 KO로 존재한다). 그래서 비료 100 lb 는 5lb 의 질소 그리고 10lb 의 POs와 10lb 의 KO로 각각 이루어진 인과 칼륨을 함유하고 있다. 여러 종류의 다른 원소들도 생물에게 필수적이다. 칼슘, 나트륨, 염소,마그네슘 등과 같은 원소들은 소량이 필요하다. 어떤 원소들은 아주 소량이 필요한데 이러한 것들을 미량원소(trace element)라고 부른다. 그들 중의 대부분은 무생물계에서는 양이 아주 풍부하지만 생물계에서는 극히 소량으로 존재하기 때문에 이러한 것들이 순환을 통해서 적절한 양이 공급되는 데에는 별 문제가 없다. 단지 요오드(iodine)만이 일부 지역의 경우 토양과 물 속에 들어 있는 양이 적기 때문에 인간의 건강에 위험요소가 되는 경우가 있다. 어떤 지역에서는 철, 구리, 아연, 코발트, 몰리브덴과 같은 미량원소들이 부족하기 때문에 식물 생산성을 억제하기도 하고 나아가 가축사육까지도 어렵게 한다. 예를 들면 몰리브덴은 질소고정을 위해서 절대적으로 필요한 원소이다. 그러나 필요량은 아주 소량이다. 오스트레일리아에 있는 1에이커의 경작지에 1온스의 몰리브덴을 살포하면 10년 정도는 식물생산력을 유지시키기에 충분하다.

 

 

물의 순환

물은 생물계에서 가장 흔한 분자이다. 물은 성인의 몸무게의 약 60%를 차지하고 있으며 해파리와 배 (embryo)와 같은 특수한 형태의 경우는 95 % 가 물로 되어 있다. 실제 모든 생화학은 물의 화학이다―즉 물은 대부분의 화학반응에서 매체로 작용한다. 물은 세포호흡, 소화, 광합성 등을 포함한 많은 생화학반응에서 직접 반응한다.

물은 많은 미생물, 식물, 동물의 서식처이기도 하다. 우리 자신이 육상생물이기 때문에 우리는 담수와 해수생태계의 크기, 복잡성, 그리고 특수한 문제들을 간과하기 쉽다. 한 지역 혹은 전지구적 차원에서 보더라도 물은 살아 있는 생물에 의해서 필요한 모든 다른 물질들의 순환에 관계하고 있다. 모든 물질들은 생물권을 순환하는 과정에서 물의 도움을 받고 있다. 생물권을 구성하는 다른 모든 물질과 마찬가지로 물도 순환을 한다. 물의 주요한 원천은 바다로서 지구가 갖고 있는 물의 97 % 가 바다에 들어 있다. 그 나머지가 액체, 고체 및 기체의 형태로 되어 있는 담수이다. 담수의 약 75%는 빙하와 극지방의 얼음으로 되어 있어서 이동할 수가 없다(만약 빙하가 다 녹는다면 해수면은 약 75~100m 정도가 상승할 것이다). 담수의 대부분 (96% 정도)은 지표면 아래에 있는 바위와 토양층에서 지하수로 존재한다. 그래서 단지 적은 양만 호수와 강을 이루는 지표수가 된다. 대부분의 강물은 결국 바다로 흘러들어가게 되는데 이때 물 속에 용해된 여러 물질들이 바다의 짠물과 섞이게 된다. 이렇게 지속적으로 일어나는 담수의 손실은 태양에너지를 이용해서 일어나는 해수의 증발에 의해 보충된다. 증발은 단순하게 말한다면 낮은 온도에서 일어나는 증류과정으로써 염분이 남게 된다. 지구평균으로 보면 일년에 증발되는 해수의 양은 바다 전체의 표면에서 약 120 cm 깊이의 양에 해당한다. 수증기가 냉각되면 응축되어 비나 눈의 형태로 담수가 되어 다시 육지로 되돌아온다. 물론 비는 육지에서 뿐만 아니라 바다에도 내리지만 육지의 지형이 비가 내리는 것을 더 촉진하므로 바다보다는 육지에 더 많은 양의 비가 내린다. 그러한 차이는 강물이 바다로 흘러들어감으로써 보충된다.

증발은 육지에서도 일어난다. 증발은 고여있는 물의 표면에서도 일어나고 노출된 습기있는 토양에서도 일어나며 특히 식물의 기공을 통해서도 일어난다. 식물이 성장하는 계절에는 농작물과 숲의 산림에서 증발되는 물의 양은 50~80cm 깊이에 이르는 물의 양에 해당되며 이는 증발되는 물의 총량의 약 반에 해당된다.

빗물이나 눈 녹은 물의 대부분이 연못과 시냇물로 흘러들어간다. 필요조건만 충족되면 물은 지하수면(water table)으로 침투해 들어간다. 지하수면은 물이 포화되어 있는 토양과 바위로 이루어진 지하부의 윗표면이다. 그러한 지역을 대수층(aquifer)이라고 한다. 어떤 지역이나 어떤 시기에는 지하수면이 지표면에 도달함으로써 샘물을 형성하기도 한다. 이러한 샘은 지반이 함몰되고 물로 채워진 곳에서 일어나는데 샘물은 호수와 시냇물로 흘러들어간다. 역으로 말한다면 호수와 시냇물 속에 있는 물이 땅 속으로 흘러들어가 대수층을 보충하거나 확대시키게 된다.