Какви организми участват в циркулацията на веществата. Цикълът на веществата в биосферата, геоложки и биохимични видове, значението на живите организми

Биосферата е външната обвивка на нашата планета, в нея протичат най-важните процеси, една от основните й геосфери. Циркулацията на вещества в биосферата е била и остава обект на внимателно внимание на учените в продължение на много векове. Благодарение на циркулацията на веществата се формира глобален химичен обмен за целия живот на Земята, подпомагащ жизнената активност на всеки вид, взет отделно.

Бърза навигация през статията

Две жички

Има два основни цикъла:

геоложки, наричан още голям,
биологичен, той е малък.

Геоложките имат глобално значение, тъй като циркулират вещества между водните ресурси на Земята и сушата на планетата. Той осигурява световната циркулация на водата, която е позната на всеки ученик: валежи, изпаряване, валежи, тоест определен модел.

Системообразуващият фактор тук е водата във всички нейни агрегационни състояния. Пълният цикъл на това действие дава възможност да се осъществи произходът на организмите, тяхното развитие, размножаване и еволюция. Алгоритъмът на голям цикъл на оборота на веществата, в допълнение към насищането на земните площи с влага, осигурява образуването и на други природни явления: образуването на утаени скали, минерали, магматични лави и минерали.

Биологичният цикъл е постоянният обмен на вещества между живите организми и компонентите на естествените компоненти. Случва се по този начин: живите организми получават енергийни потоци и след това, преминавайки през процеса на разлагане на органичната материя, енергията отново навлиза в елементите на околната среда.

Цикълът на органичната материя е пряко отговорен за обмена на вещества между представители на флората, фауната, микроорганизмите, почвените скали и т.н. Биологичният цикъл се осигурява на различни нива на екосистемата, образувайки един вид оборот на химични реакции и различни трансформации на енергия в биосферата. Подобна схема се формира преди много хилядолетия и работи през цялото това време в един и същ режим.

Основни елементи

В природата има много химически елементи, обаче няма толкова много от тях, необходими за живата природа. Има четири основни елемента:

кислород,
водород,
въглерод,
азот.

Количеството на тези вещества заема повече от половината от целия биологичен цикъл на веществата в природата. Има и важни елементи, но използвани в много по-малки обеми. Това са фосфор, сяра, желязо и някои други.

Биогеохимичните цикли се подразделят на такива две важни действия като производството на слънчева енергия от Слънцето и хлорофила от зелените растения. Химическите елементи обаче имат неизбежни точки на контакт с биогеохимични и в същото време допълват тази процедура.

въглероден

Този химичен елемент е съществен компонент на всяка жива клетка, организъм или микроорганизъм. Органичните въглеродни съединения могат безопасно да се нарекат основният компонент на възможността за хода и развитието на живота.

В природата този газ се намира в атмосферните слоеве и отчасти в хидросферата. Именно от тях всички растения, водорасли и някои микроорганизми се хранят с въглерод.

Освобождаването на газ става чрез дишането и жизнената активност на живите организми. В допълнение, количеството въглерод в биосферата се попълва от почвените слоеве, благодарение на газообмена, осъществяван от кореновите системи на растенията, гниещи остатъци и други групи организми.

Концепцията за биосфера и биологична циркулация не може да се представи без въглероден обмен. На Земята има стабилен запас от този химичен елемент и той се намира в някои утаени скали, неодушевени организми и вкаменелости.

Въвеждането на въглерод е възможно от подземни варовикови скали, които могат да бъдат изложени по време на минни операции или случайна ерозия на почвата.

Оборотът на въглерод в биосферата се осъществява чрез метода на многократно преминаване през дихателните системи на живите организми и натрупване в абиотичните фактори на екосистемата.

фосфор

Фосфорът, като компонент на биосферата, не е толкова ценен в чистата си форма, колкото в много органични съединения. Някои от тях са жизненоважни: на първо място това са клетки от ДНК, RKH и ATP. Схемата на фосфорния цикъл се основава именно на ортофосфорното съединение, тъй като този тип вещества се усвояват най-добре от всички.

Въртенето на фосфор в биосферата, грубо казано, се състои от две части:

водната част на планетата - от преработка чрез примитивен планктон до отлагане под формата на скелети на морски риби,
земна среда - тук тя е най-концентрирана под формата на почвени елементи.

Фосфорът е в основата на такъв известен минерал като апатит. Разработването на мини с минерали, съдържащи фосфор, е много популярно, но това обстоятелство изобщо не поддържа цикъла на фосфора в биосферата, а напротив, изчерпва резервите му.

азот

Химическият елемент Азотът присъства на планетата в оскъдни количества. Приблизителното му съдържание във всички живи елементи е само около два процента. Но без него животът на планетата не е възможен.

Определени видове бактерии играят решаваща роля в азотния цикъл в биосферата. Голяма степен на участие тук се дава на азотфиксиращи и амонифициращи микроорганизми. Участието им в този алгоритъм е толкова значително, че ако някои представители на тези видове не станат, вероятността за живот на Земята ще бъде под въпрос.

Въпросът тук е, че този елемент в молекулярната си форма, както изглежда в атмосферните слоеве, не може да бъде асимилиран от растенията. В резултат на това, за да се осигури циркулацията на азота в биосферата, е необходимо да се обработи до амоняк или амоний. Следователно схемата за обработка на азот напълно зависи от активността на бактериите.

Схемата на въглеродния цикъл в биосферата също играе важна роля в азотния цикъл в екосистемата - и двата цикъла са тясно свързани.

Съвременните процеси за производство на торове и други промишлени фактори оказват огромно влияние върху съдържанието на атмосферен азот - за някои райони неговото количество е многократно надвишено.

кислород

В биосферата има постоянна циркулация на веществата и трансформацията на енергия от един тип в друг. Най-важният цикъл в това отношение е функцията на фотосинтезата. Фотосинтезата осигурява на въздушното пространство свободен кислород, който е в състояние да озонизира определени слоеве от атмосферата.

Кислородът също се отделя от водни молекули по време на водния цикъл в биосферата. Този абиотичен фактор за наличието на този елемент обаче е незначителен в сравнение с количеството, което растенията произвеждат.

Кислородният цикъл в биосферата е дълъг процес, но много интензивен. Ако вземем целия обем на този химичен елемент в атмосферата, тогава пълният му цикъл, от разпадането на органичната материя до освобождаването на растението по време на фотосинтезата, продължава около две хиляди години! Този цикъл няма прекъсвания, той се осъществява ежедневно, ежегодно в продължение на много хилядолетия.

В наши дни в процеса на метаболизма се свързва значително количество свободен кислород поради индустриални емисии, транспортни отработени газове и други фактори, замърсяващи атмосферата.

вода

Трудно е да си представим концепцията за биосферата и биологичния цикъл на веществата без такова важно химическо съединение като водата. Вероятно не е необходимо да се обяснява защо. Циркулацията на водата е навсякъде: всички живи организми са три четвърти вода. Растенията се нуждаят от него за фотосинтеза, което води до отделяне на кислород. Дишането също произвежда вода. Ако накратко оценим цялата история на живота и развитието на нашата планета, тогава целият воден цикъл в биосферата, от разлагането до неоплазмата, е преминал хиляди пъти.

Тъй като в биосферата има постоянна циркулация на веществата и трансформацията на енергия от една в друга, това е преобразуването на водата, което е неразривно свързано с почти всички други цикли и завои в природата.

сяра

Сярата, като химичен елемент, играе важно участие в изграждането на правилната структура на протеиновата молекула. Цикълът на сярата се дължи на много видове протозои или по-скоро бактерии. Аеробните бактерии окисляват сярата в органична материя до сулфати, а след това други видове бактерии завършват процеса на окисляване до елементарна сяра. Опростената схема, която може да се използва за описание на цикъла на сярата в биосферата, изглежда като непрекъснати процеси на окисляване и редукция.

В процеса на циркулацията на веществата в биосферата се натрупва серен остатък в Световния океан. Източниците на този химичен елемент са речните оттоци, които пренасят сяра чрез потоци вода от почви и планински склонове. Освободена от речни и подземни води под формата на сероводород, сярата частично навлиза в атмосферата и оттам, включена в цикъла на веществата, се връща като част от дъждовната вода.

Серните сулфати, някои видове горими отпадъци и подобни емисии неизбежно водят до повишени нива на серен диоксид в атмосферата. Последствията от това са тежки: киселинен дъжд, респираторни заболявания, унищожаване на растителността и други. Трансформацията на сяра, първоначално предназначена за нормалното функциониране на екосистемата, сега се превръща в оръжие за унищожаване на живи организми.

Желязо

Чистото желязо е много рядко в природата. По принцип, например, може да се намери в останките на метеорити. Този метал сам по себе си е мек и ковък, но на открито той незабавно реагира с кислород и образува оксиди и оксиди. Следователно основният вид желязосъдържащо вещество е желязна руда.

Известно е, че циркулацията на веществата в биосферата се осъществява под формата на различни съединения, включително желязото също има активен циркулационен цикъл в природата. Ферум попада в почвените слоеве или в Световния океан от скали или заедно с вулканична пепел.

В живата природа желязото играе важна роля, без него процесът на фотосинтеза не протича и хлорофилът не се образува. В живите организми желязото се използва за образуване на хемоглобин. След като отработи своя цикъл, той навлиза в почвата под формата на органични остатъци.

В биосферата има и морски цикъл на желязо. Основният му принцип е подобен на приземния. Някои видове организми окисляват желязо; тук се използва енергия и след края на жизнения цикъл металът се утаява в дълбините на водата под формата на руда.

Бактерии, организми, участващи в естествените цикли на екосистемата

Циркулацията на веществата и енергията в биосферата е непрекъснат процес, който осигурява живота на Земята с безпроблемната си работа. Основите на този цикъл са познати дори на учениците: растенията, хранят се с въглероден диоксид, отделят кислород, животните и хората вдишват кислород, оставяйки въглероден диоксид като продукт на дихателния процес. Работата на бактериите и гъбичките е да обработват останките на живи организми, превръщайки ги от органични вещества в минерални вещества, които в крайна сметка се абсорбират от растенията.

Каква е функцията на биологичната циркулация на веществата? Отговорът е прост: тъй като предлагането на химически елементи и минерали на планетата, макар и огромно, все още е ограничено. Именно от цикличния процес на трансформации и обороти на всички важни компоненти на биосферата е необходим. Концепцията за биосферата и биологичния метаболизъм определя вечната продължителност на жизнените процеси на Земята.

Трябва да се отбележи, че микроорганизмите играят много важна роля в този въпрос. Например цикълът на фосфор е невъзможен без нитрифициращи бактерии, окислителните процеси на желязото не работят без железни бактерии. Nodule бактерии играят важна роля в естествения оборот на азот - без тях такъв цикъл просто би спрял. В цикъла на веществата в биосферата плесенните гъби са вид ордени, разлагащи органични остатъци до минерални компоненти.

Всеки клас организми, които обитават планетата, изпълнява своята важна роля в преработката на определени химически елементи, допринася за концепцията за биосферата и биологичната циркулация. Най-примитивният пример за йерархията на животинския свят е хранителната верига, обаче живите организми имат много повече функции и резултатът е по-глобален.

Всеки организъм всъщност е компонент на биосистема. За да може циркулацията на веществата в биосферата да работи циклично и правилно, важно е да се поддържа баланс между количеството материя, постъпващо в биосферата, и количеството, което микроорганизмите могат да обработват. За съжаление, с всеки следващ цикъл на циркулация в природата този процес все повече се нарушава поради човешката намеса. Екологичните проблеми се превръщат в глобални проблеми на екосистемата и начините за тяхното решаване са скъпи финансово, дори по-скъпи, ако ги оценяваме от страната на преминаването на естествените природни процеси.

Изключителен руски учен, академик В.И. Вернадски.

биосфера - сложната външна обвивка на Земята, която съдържа целия набор от живи организми и онази част от веществото на планетата, която е в процес на непрекъснат обмен с тези организми. Това е една от най-важните геосфери на Земята, която е основният компонент на природната среда, заобикаляща хората.

Земята е съставена от концентрична черупки (геосфери) както вътрешни, така и външни. Вътрешните включват сърцевината и мантията, а външните: литосфера - каменна обвивка на Земята, включително земната кора (фиг. 1) с дебелина от 6 км (под океана) до 80 км (планински системи); хидросфера - водна обвивка на Земята; атмосфера - газовата обвивка на Земята, състояща се от смес от различни газове, водна пара и прах.

На височина от 10 до 50 км има слой озон, като максималната му концентрация е на височина 20-25 км, което предпазва Земята от прекомерно ултравиолетово лъчение, което е фатално за тялото. Биосферата също принадлежи тук (към външните геосфери).

Биосфера - външната обвивка на Земята, която включва част от атмосферата до надморска височина 25-30 km (до озоновия слой), практически цялата хидросфера и горната част на литосферата до дълбочина 3 km

Фигура: 1. Диаграма на структурата на земната кора

(фиг. 2). Особеността на тези части е, че те са обитавани от живи организми, които съставят живата материя на планетата. взаимодействие абиотична част от биосферата - въздух, вода, скали и органични вещества - флората и фауната предизвика образуването на почви и утаени скали.

Фигура: 2. Структурата на биосферата и съотношението на повърхностите, заети от основните структурни единици

Цикъл на материята в биосферата и екосистемите

Всички химически съединения, достъпни за живите организми в биосферата, са ограничени. Изчерпването на химикали, подходящи за асимилация, често инхибира развитието на определени групи организми в местните райони на сушата или океана. Според академик В.Р. Уилямс, единственият начин да се придадат на крайните свойства на безкрайността е да го накара да се върти по затворена крива. Следователно стабилността на биосферата се поддържа поради циркулацията на веществата и енергийните потоци. Има два основни цикъла на веществата: голям - геоложки и малък - биогеохимичен.

Голяма геоложка циркулация (фиг. 3). Кристалните скали (магматични) се трансформират в утаечни скали под влияние на физически, химични и биологични фактори. Пясъкът и глината са типични утайки, продукти на трансформация на дълбоки скали. Образуването на утайки обаче става не само чрез унищожаването на съществуващи скали, но и чрез синтеза на биогенни минерали - скелети на микроорганизми - от природни ресурси - океански води, морета и езера. Разхлабените воднисти утайки, тъй като те са изолирани на дъното на резервоарите с нови части от утаечен материал, потопени на дълбочина, изпадащи в нови термодинамични условия (по-високи температури и налягания), губят вода, втвърдяват се, като същевременно се трансформират в утаечни скали.

Впоследствие тези скали се потопят в още по-дълбоки хоризонти, където протичат процесите на дълбоката им трансформация до нова температура и барични условия - протичат процесите на метаморфизма.

Под влияние на ендогенните енергийни потоци се претапят дълбоки скали, образуващи магма - източник на нови магматични скали. След издигането на тези скали на повърхността на Земята, под влияние на процесите на изветряне и пренасяне, те отново се трансформират в нови утаени скали.

По този начин голямата циркулация се дължи на взаимодействието на слънчевата (екзогенна) енергия с дълбоката (ендогенна) енергия на Земята. Преразпределя вещества между биосферата и по-дълбоките хоризонти на нашата планета.

Фигура: 3. Голяма (геоложка) циркулация на материята (тънки стрелки) и промяна в разнообразието в земната кора (плътни широки стрелки - растеж, прекъсване - намаляване на разнообразието)

Страхотният водовъртеж наричан още водния цикъл между хидросферата, атмосферата и литосферата, който се движи от енергията на Слънцето. Водата се изпарява от повърхността на водните тела и сушата и след това отново навлиза в Земята под формата на валежи. Над океана изпарението надвишава валежите, над сушата, напротив. Тези разлики се компенсират от речните потоци. Сухопътната растителност играе важна роля в глобалния воден цикъл. Транспирацията на растенията в някои области на земната повърхност може да представлява до 80-90% от валежите, които падат тук, а средно за всички климатични зони - около 30%. За разлика от големия, малкият цикъл от вещества се среща само в биосферата. Връзката между големия и малкия воден цикъл е показана на фиг. 4.

Циклите от планетарен мащаб се създават от безброй локални циклични движения на атомите, задвижвани от жизнената активност на организмите в отделни екосистеми, и онези движения, които се причиняват от действието на ландшафтни и геоложки причини (отток на повърхностни и подземни води, ерозия на вятъра, движение на морското дъно, вулканизъм, планинско строителство и др.) ).

Фигура: 4. Връзка на големия геоложки цикъл (BGC) на водата с малкия биогеохимичен цикъл (MBC) на водата

За разлика от енергията, която веднъж се използва от тялото, се превръща в топлина и се губи, веществата циркулират в биосферата, създавайки биогеохимични цикли. От деветдесетте странни елемента, открити в природата, живите организми се нуждаят от около четиридесет. Най-важните от тях се изискват за тях в големи количества - въглерод, водород, кислород, азот. Циклите на елементите и веществата се осъществяват поради саморегулиращи се процеси, в които участват всички съставни части. Тези процеси са без отпадъци. съществувам законът за глобалното затваряне на биогеохимичния цикъл в биосфератадействащи на всички етапи от своето развитие. В хода на еволюцията на биосферата ролята на биологичния компонент в затварянето на биогеохимичните
на кого цикъла. Човекът има още по-голямо влияние върху биогеохимичната циркулация. Но ролята му се проявява в обратна посока (циркулацията става отворена). Основата на биогеохимичната циркулация на веществата е енергията на Слънцето и хлорофилът на зелените растения. Другите най-важни цикли - вода, въглерод, азот, фосфор и сяра - са свързани и допринасят за биогеохимичните.

Водният цикъл в биосферата

Растенията използват водорода на водата при фотосинтеза за изграждане на органични съединения, освобождавайки молекулярния кислород. В процеса на дишане на всички живи същества, по време на окисляването на органичните съединения, водата се образува отново. В историята на живота цялата свободна вода на хидросферата многократно преминава през цикли на разлагане и нови образувания в живата материя на планетата. Около 500 000 км 3 вода ежегодно участват във водния цикъл на Земята. Водният цикъл и неговите резерви са показани на фиг. 5 (в относително отношение).

Кислородният цикъл в биосферата

Земята дължи на своята уникална атмосфера с високо съдържание на свободен кислород на процеса на фотосинтеза. Образуването на озон във високите слоеве на атмосферата е тясно свързано с кислородния цикъл. Кислородът се освобождава от молекулите на водата и по същество е страничен продукт от фотосинтетичната активност на растенията. Абиотичният кислород възниква в горната част на атмосферата поради фотодисоциация на водни пари, но този източник е само хилядни от процента от този, доставен чрез фотосинтеза. Съществува подвижен баланс между съдържанието на кислород в атмосферата и хидросферата. Във вода е около 21 пъти по-малко.

Фигура: 6. Диаграма на кислородния цикъл: удебелени стрелки - основни потоци на прием и консумация на кислород

Освободеният кислород се изразходва интензивно за дихателните процеси на всички аеробни организми и за окисляването на различни минерални съединения. Тези процеси протичат в атмосферата, почвата, водата, тиня и скалите. Доказано е, че значителна част от кислорода, свързан в утаените скали, има фотосинтетичен произход. Обменният фонд O в атмосферата е не повече от 5% от общото производство на фотосинтеза. Много анаеробни бактерии също окисляват органичната материя по време на анаеробно дишане, използвайки сулфати или нитрати за това.

Пълното разграждане на органичната материя, създадена от растенията, изисква точно същото количество кислород, което се отделя по време на фотосинтезата. Погребване на органична материя в утаени скали, въглища, торфи, служи за основа за поддържане на обменния кислороден басейн в атмосферата. Целият кислород в него преминава през пълен цикъл през живи организми за около 2000 години.

Понастоящем значителна част от кислорода в атмосферата се свързва в резултат на работата на транспорта, промишлеността и други форми на антропогенна дейност. Известно е, че човечеството вече изразходва повече от 10 милиарда тона свободен кислород от общото му количество от 430-470 милиарда тона, доставено от процесите на фотосинтеза. Ако вземем предвид, че само малка част от фотосинтетичния кислород постъпва в обменния фонд, човешката дейност в това отношение започва да придобива тревожни размери.

Кислородният цикъл е тясно свързан с въглеродния цикъл.

Въглеродният цикъл в биосферата

Въглеродът като химичен елемент е основата на живота. Той може да се комбинира с много други елементи по различни начини, образувайки прости и сложни органични молекули, съставляващи живи клетки. По отношение на разпространението на планетата въглеродът е на единадесето място (0,35% от теглото на земната кора), но в живата материя той е средно около 18 или 45% от сухата биомаса.

В атмосферата въглеродът е включен в състава на въглеродния диоксид CO2, в по-малка степен - в състава на метан СН4. В хидросферата CO2 се разтваря във вода и общото му съдържание е много по-високо от атмосферното. Океанът служи като мощен буфер за регулиране на CO 2 в атмосферата: с увеличаване на концентрацията му във въздуха се увеличава абсорбцията на въглероден диоксид от вода. Някои от молекулите на СО2 реагират с вода, образувайки въглеродна киселина, която след това се дисоциира в йони на HCO 3 - и CO 2 - 3. Тези йони реагират с катиони на калций или магнезий, за да се утаяват карбонатите. Подобни реакции са в основата на океанската буферна система, поддържане на постоянно pH на водата.

Въглеродният диоксид на атмосферата и хидросферата е обменен фонд във въглеродния цикъл, откъдето се приема от наземни растения и водорасли. Фотосинтезата е в основата на всички биологични цикли на Земята. Освобождаването на фиксиран въглерод става по време на дихателната активност на самите фотосинтезиращи организми и всички хетеротрофи - бактерии, гъбички, животни, които са включени в хранителната верига поради жива или мъртва органична материя.

Фигура: 7. Въглеродният цикъл

Особено активен е връщането на CO2 от почвата в атмосферата, където се концентрира активността на множество групи организми, се разграждат останките на мъртви растения и животни и се извършва дишане на кореновите системи на растенията. Този интегрален процес е обозначен като "дишане на почвата" и допринася значително за попълването на обменния фонд на CO2 във въздуха. Успоредно с процесите на минерализация на органичната материя, хумусът се образува в почви - сложен и стабилен молекулен комплекс, богат на въглерод. Почвеният хумус е един от важните наземни резервоари за въглерод.

В условия, при които активността на разрушителите е възпрепятствана от фактори на околната среда (например, когато в почвите и на дъното на водните тела възниква анаеробен режим), органичната материя, натрупана от растителността, не се разлага, превръщайки се във времето в скали като въглища или кафяви въглища, торф, сапропели , маслени шисти и други, богати на съхранена слънчева енергия. Те попълват въглеродния резервен фонд, като се изключват от биологичния цикъл за дълго време. Въглеродът също временно се отлага в жива биомаса, мъртва постеля, разтворена органична материя в океана и др. въпреки това основният въглероден резерв при запис не са живи организми и не са изкопаеми горива, но утаени скали - варовик и доломит. Образуването им е свързано и с дейността на живата материя. Въглеродът на тези карбонати се погребва дълго време в недрата на Земята и навлиза в цикъла само в хода на ерозията, когато скалите са изложени на тектонски цикли.

В биогеохимичния цикъл участват само фракции от процент на въглерод от общото му количество на Земята. Въглеродът в атмосферата и хидросферата преминава през живите организми много пъти. Сухопътните растения са в състояние да изчерпят резервите си във въздуха за 4-5 години, запасите в почвения хумус за 300-400 години. Основното връщане на въглерод в обменния фонд се дължи на активността на живите организми и само малка част от него (хилядни от процента) се компенсира чрез отделянето на вулканични газове от вътрешността на Земята.

В момента извличането и изгарянето на огромни запаси от изкопаеми горива се превръща в мощен фактор за прехвърлянето на въглерод от резерва към обменния фонд на биосферата.

Азотният цикъл в биосферата

Атмосферата и живата материя съдържат по-малко от 2% от целия азот на Земята, но именно този азот поддържа живота на планетата. Азотът е част от най-важните органични молекули - ДНК, протеини, липопротеини, АТФ, хлорофил и др. В растителните тъкани съотношението му с въглерода е средно 1: 30, а при водораслите I: 6. Следователно биологичният азотен цикъл също е тясно свързан с въглерод.

Молекулярният азот на атмосферата е недостъпен за растенията, който може да усвои този елемент само под формата на амониеви йони, нитрати или от почвени или водни разтвори. Следователно, липсата на азот често е фактор, ограничаващ първичното производство - работата на организмите, свързани със създаването на органични вещества от неорганични. Въпреки това атмосферният азот е широко включен в биологичния цикъл поради активността на специални бактерии (азотни фиксатори).

Амонизиращите микроорганизми също участват в азотния цикъл. Те разграждат протеини и други съдържащи азот органични вещества в амоняк. В амониевата форма азотът частично се абсорбира от корените на растенията, а отчасти се прихваща от нитрифициращи микроорганизми, което е противоположно на функциите на група микроорганизми - денитрификатори.

Фигура: 8. Азотният цикъл

При анаеробни условия в почви или води те използват кислорода от нитрати за окисляване на органични вещества, получавайки енергия за живота си. В този случай азотът се редуцира до молекулен азот. Азотната фиксация и денитрификация в природата са приблизително балансирани. Следователно азотният цикъл зависи главно от активността на бактериите, докато растенията са включени в него, използвайки междинните продукти от този цикъл и значително увеличавайки мащаба на циркулацията на азота в биосферата поради производството на биомаса.

Ролята на бактериите в азотния цикъл е толкова голяма, че ако бъдат унищожени само 20 от техните видове, животът на нашата планета ще престане.

Небиологичното фиксиране на азота и навлизането на неговите оксиди и амоняк в почвите също се случва с валежи по време на йонизация на атмосферата и изхвърляне на мълнии. Съвременната индустрия за торове фиксира атмосферния азот в повече от естествената азотна фиксация, за да се увеличи производството на култури.

Понастоящем човешката дейност все повече засяга азотния цикъл, главно в посока на превишаване на превръщането му във свързани форми през процесите на връщане в молекулярно състояние.

Фосфорният цикъл в биосферата

Този елемент, необходим за синтеза на много органични вещества, включително ATP, ДНК, РНК, се усвоява от растенията само под формата на йони на фосфорна киселина (PO 3 4 +). Той принадлежи към елементите, ограничаващи първичното производство както на сушата, и особено в океана, тъй като обменният фосфорен фонд в почвите и водите е малък. Цикълът на този елемент в мащаба на биосферата не е затворен.

На сушата растенията извличат фосфати от почвата, освободени от разлагащи се от разлагащи се органични остатъци. В алкални или кисели почви обаче разтворимостта на фосфорните съединения рязко спада. Основният резервен фонд на фосфати се съдържа в скалите, създадени на океанското дъно в геоложкото минало. При измиването на скали част от тези резерви преминава в почвата и под формата на суспензии и разтвори се измива във водни тела. В хидросферата фосфатите се използват от фитопланктона, преминавайки по хранителни вериги към други водни организми. В океана обаче повечето от фосфорните съединения са погребани с остатъци от животни и растения на дъното, последван от преход с утаени скали в голямата геоложка циркулация. В дълбочина разтворените фосфати се свързват с калций и образуват фосфорити и апатити. В биосферата всъщност има еднопосочен поток на фосфор от скалите на сушата към дълбините на океана, следователно неговият обменен фонд във хидросферата е много ограничен.

Фигура: 9. Цикълът на фосфор

При производството на торове се използват наземни находища на фосфорити и апатити. Попадането на фосфор в сладководни тела е една от основните причини за техния „разцвет“.

Цикълът на сярата в биосферата

Серовият цикъл, който е необходим за изграждането на редица аминокиселини, е отговорен за триизмерната структура на протеините и се поддържа в биосферата от широк спектър от бактерии. Аеробни микроорганизми, които окисляват сярата на органични остатъци до сулфати, както и анаеробни сулфатни редуктори, които редуцират сулфатите до сероводород, участват в отделни връзки на този цикъл. В допълнение към изброените групи серни бактерии, сероводородът се окислява до елементарна сяра и по-нататък към сулфати. Растенията асимилират само SO 2-4 йони от почвата и водата.

Пръстенът в центъра илюстрира процесите на окисление (O) и редукция (R), които обменят сяра между наличния сулфатен басейн и желязния сулфиден басейн дълбоко в почвата и утайката.

Фигура: 10. Цикълът на сярата. Пръстенът в центъра илюстрира процеса на окисление (0) и редукция (R), поради което се извършва обмяната на сяра между басейна на наличния сулфат и басейна от железни сулфиди, разположени дълбоко в почвата и утайките.

Основното натрупване на сяра се извършва в океана, където сулфатните йони непрекъснато се доставят от сушата с речен отток. Когато се отдели сероводород от водите, сярата частично се връща в атмосферата, където се окислява до диоксид, превръщайки се в сярна киселина в дъждовна вода. Промишленото използване на големи количества сулфати и елементарна сяра и изгарянето на изкопаеми горива отделят големи количества серен диоксид в атмосферата. Той вреди на растителността, животните, хората и служи като източник на киселинни дъждове, като изостря отрицателните ефекти от човешката намеса в цикъла на сярата.

Циклична скорост

Всички цикли на веществата възникват с различна скорост (фиг. 11)

По този начин циклите на всички биогенни елементи на планетата се поддържат от сложно взаимодействие на различни части. Те се формират от дейността на групи организми с различни функции, системата на оттока и изпаряването, свързваща океана и сушата, процесите на циркулация на водни и въздушни маси, действието на гравитационните сили, тектониката на литосферните плочи и други мащабни геоложки и геофизични процеси.

Биосферата действа като единна сложна система, в която се осъществяват различни цикли от вещества. Основният двигател на тях циркулацията е живата материя на планетата, всички живи организми,осигуряване на процесите на синтез, трансформация и разлагане на органична материя.

Фигура: 11. Скорости на циркулация на веществата (P. Cloud, A. Jibor, 1972)

Екологичният поглед към света се основава на идеята, че всяко живо същество е заобиколено от много различни фактори, влияещи върху него, които формират местообитанието му в комплекс - биотоп. Следователно, биотоп - парче територия, хомогенна по отношение на условията на живот за определени видове растения или животни (скален склон, градски горски парк, малко езеро или част от голям, но с еднакви условия - крайбрежна част, дълбоководна част).

Организмите, характерни за определен биотоп, съставляват жизнена общност или биоценоза (животни, растения и микроорганизми на езерото, ливадата, крайбрежната ивица).

Животната общност (биоценозата) образува едно цяло със своя биотоп, който се нарича екологична система (екосистема). Пример за природни екосистеми е мравуняк, езеро, езерце, поляна, гора, град, ферма. Класическият пример за изкуствена екосистема е космическият кораб. Както можете да видите, тук няма строга пространствена структура. Близо до понятието екосистема е концепцията biogeocenosis.

Основните компоненти на екосистемите са:

неодушевена (абиотична) среда. Това са вода, минерали, газове, както и органични вещества и хумус;
биотични компоненти. Те включват: производители или производители (зелени растения), потребители или потребители (живи същества, хранещи се с производители), и разлагащи или разлагащи (микроорганизми).

Природата работи изключително икономично. По този начин биомасата, създадена от организмите (веществото на телата на организмите) и съдържащата се в тях енергия се прехвърлят на други членове на екосистемата: животните се хранят с растения, тези животни се изяждат от други животни. Този процес се нарича храна или трофична верига. В природата хранителните вериги често се припокриват, формиране на хранителна мрежа.

Примери за хранителни паяжини: растение - тревопасно - хищник; зърнено - полска мишка - лисица и др., а хранителната мрежа е показана на фиг. 12.

По този начин състоянието на равновесие в биосферата се основава на взаимодействието на биотични и абиотични фактори на околната среда, което се поддържа поради непрекъснатия обмен на материя и енергия между всички компоненти на екосистемите.

В затворените цикли на естествените екосистеми, заедно с други, трябва да участват два фактора: наличието на разлагачи и постоянно снабдяване със слънчева енергия. В градските и изкуствените екосистеми има малко или никакви разградители, поради което се натрупват течни, твърди и газообразни отпадъци, замърсяващи околната среда.

Фигура: 12. Хранителна мрежа и посока на потока на материята

В тази работа ви предлагаме да помислите какво е биологичен цикъл. Какви са неговите функции и значение за нашата планета. Ще обърнем внимание и на въпроса за източника на енергия за неговото прилагане.

Какво още трябва да знаете, преди да обмислите биологичния цикъл, е че нашата планета се състои от три черупки:

литосфера (твърда обвивка, грубо казано, това е земята, по която ходим);
хидросфера (където може да се припише цялата вода, тоест морета, реки, океани и т.н.);
атмосфера (газообразна обвивка, въздух, който дишаме).

Между всички слоеве има ясни граници, но те са в състояние да проникнат един в друг без никакви затруднения.

Цикъл на веществата

Всички тези слоеве съставляват биосферата. Какво е биологичен цикъл? Това е, когато веществата се движат в цялата биосфера, а именно в почвата, въздуха, в живите организми. Тази безкрайна циркулация се нарича биологичен цикъл. Важно е също да знаете, че всичко започва и завършва в растенията.

Под него се крие невероятно сложен процес. Всякакви вещества от почвата и атмосферата навлизат в растенията, след това в други живи организми. След това в телата, които са ги погълнали, други сложни съединения започват активно да се развиват, след което последните се измъкват. Можем да кажем, че това е процес, в който се изразява взаимосвързаността на всичко на нашата планета. Организмите си взаимодействат помежду си, това е единственият начин, по който съществуваме и до днес.

Атмосферата не винаги е била такава, каквато я познаваме. Преди това нашата въздушна обвивка беше много различна от сегашната, а именно, беше наситена с въглероден диоксид и амоняк. Как тогава се появиха хората, които използват кислород за дишане? Трябва да благодарим на зелените растения, които успяха да приведат състоянието на нашата атмосфера във вида, от който се нуждаят хората. Въздухът и растенията се абсорбират от тревопасните, те също са включени в менюто на хищници. Когато животните умрат, останките им се обработват от микроорганизми. Така се получава хумусът, който е необходим за растежа на растенията. Както можете да видите, кръгът е завършен.

Източник на енергия

Биологичният цикъл е невъзможен без енергия. Какво или кой е енергийният източник за организиране на този обмен? Разбира се, нашият източник на топлинна енергия е Слънчевата звезда. Биологичният цикъл е просто невъзможен без нашия източник на топлина и светлина. Слънцето загрява:

въздух;
почва;
растителност.

По време на нагряването водата се изпарява, което започва да се натрупва в атмосферата под формата на облаци. Цялата вода в крайна сметка ще се върне на земната повърхност като дъжд или сняг. След завръщането си тя насища почвата и се всмуква от корените на различни дървета. Ако водата е успяла да проникне много дълбоко, тогава тя попълва запасите от подземни води, а част от нея дори се връща в реки, езера, морета и океани.

Както знаете, когато дишаме, ние абсорбираме кислород и издишваме въглеродния диоксид. И така, дърветата също се нуждаят от слънчева енергия, за да обработят въглеродния диоксид и да върнат кислорода в атмосферата. Този процес се нарича фотосинтеза.

Цикли на биологичния цикъл

Нека започнем този раздел с концепцията за "биологичен процес". Това е повтарящо се явление. Можем да наблюдаваме кои и да се състоят от биологични процеси, които постоянно се повтарят през равни интервали.

Биологичният процес може да се види навсякъде, той е присъщ на всички организми, живеещи на планетата Земя. Той също е част от всички нива на организацията. Тоест, можем да наблюдаваме тези процеси както вътре в клетката, така и в биосферата. Можем да различим няколко вида (цикли) на биологичните процеси:

в рамките на деня;
дневна надбавка;
сезонен;
годишният;
многогодишни;
вековна.

Най-силно изразени са годишните цикли. Виждаме ги винаги и навсякъде, просто трябва да помислим малко по този въпрос.

вода

Сега ви каним да разгледате биологичния цикъл в природата, използвайки примера на водата, най-често срещаното съединение на нашата планета. Тя има много възможности, което й позволява да участва в много процеси както вътре в тялото, така и извън него. Животът на всички живи същества зависи от циркулацията на Н 2 О в природата. Без вода не бихме съществували и планетата би била като безжизнена пустиня. Тя е в състояние да участва във всички жизненоважни процеси. Тоест, можем да направим следния извод: всички живи същества на планетата Земя просто се нуждаят от чиста вода.

Но водата винаги е замърсена в резултат на някакви процеси. Как тогава да си осигурите неизчерпаема доставка на чиста питейна вода? Природата се е притеснила за това, трябва да благодарим за това съществуване на самия воден цикъл в природата. Вече разгледахме как става всичко това. Водата се изпарява, събира се в облаци и се утаява (дъжд или сняг). Този процес обикновено се нарича "хидрологичен цикъл". Той се основава на четири процеса:

изпаряване;
кондензация;
утаяване;
воден отток.

Има два вида воден цикъл: голям и малък.

въглероден

Сега ще разгледаме как се среща биологичното в природата. Важно е също така да се знае, че по отношение на процента вещества той заема едва 16-то място. Може да се появи под формата на диаманти и графит. А процентът му във въглищата надвишава деветдесет процента. Въглеродът дори е включен в атмосферата, но съдържанието му е много малко, около 0,05 процента.

В биосферата благодарение на въглерода се създава маса от различни органични съединения, които са необходими за целия живот на нашата планета. Помислете за процеса на фотосинтеза: растенията абсорбират въглеродния диоксид от атмосферата и го рециклират, в резултат на това имаме най-различни органични съединения.

фосфор

Значението на биологичния цикъл е доста голямо. Дори да вземем фосфор, той се намира в големи количества в костите, което е необходимо за растенията. Основният източник е апатит. Може да се намери в магматична скала. Живите организми са в състояние да го получат от:

почва;
водни ресурси.

Той се намира и в човешкото тяло, а именно той е част от:

протеини;
нуклеинова киселина;
костна тъкан;
лецитини;
фитинги и т.н.

Фосфорът е необходим за натрупването на енергия в организма. Когато организмът умре, той се връща в почвата или морето. Това насърчава образуването на богати на фосфор скали. Това е от голямо значение в биогенния цикъл.

азот

Сега ще разгледаме азотния цикъл. Преди това отбелязваме, че той представлява около 80% от общия обем на атмосферата. Съгласете се, тази цифра е доста впечатляваща. Освен че е в основата на състава на атмосферата, азотът се намира в растителните и животинските организми. Можем да го намерим под формата на протеини.

Що се отнася до азотния цикъл, можем да кажем това: нитратите се образуват от атмосферен азот, който се синтезира от растенията. Процесът на създаване на нитрати обикновено се нарича фиксиране на азот. Когато растението умира и изгнива, съдържащият се в него азот навлиза в почвата под формата на амоняк. Последният се обработва (окислява) от организмите, живеещи в почвите, така че се появява азотна киселина. Той е в състояние да реагира с карбонати, които са наситени с почвата. Освен това трябва да се спомене, че азотът се отделя в чистата му форма в резултат на гниене на растенията или в процеса на горене.

сяра

Подобно на много други елементи, тя е тясно свързана с живите организми. Сярата навлиза в атмосферата в резултат на вулканични изригвания. Сулфидната сяра може да се обработва от микроорганизми, така че се раждат сулфати. Последните се абсорбират от растенията, сярата е част от етеричните масла. Що се отнася до организма, можем да намерим сяра в:

аминокиселини;
протеини.

Уводен урок е свободен;
Голям брой опитни учители (родни и рускоезични);
Курсовете НЕ са за определен период (месец, шест месеца, година), а за определен брой часове (5, 10, 20, 50);
Повече от 10 000 доволни клиенти.
Цената на един урок с рускоезичен учител - от 600 рубли, с роден говорител - от 1500 рубли

Цикълът на веществата в биосферата

Основата за самоподдържането на живота на Земята е биогеохимични цикли... Всички химически елементи, използвани в процесите на живот на организмите, правят постоянни движения, преминавайки от живи тела в съединения от неодушевена природа и обратно. Възможността за многократна употреба на едни и същи атоми прави живота на Земята практически вечен, при условие на постоянен поток от необходимото количество енергия.

Видове цикли на веществата. Биосферата на Земята се характеризира по определен начин от образувания цикъл от вещества и притока на енергия. Цикъл на веществата – многократно участие на вещества в процесите, протичащи в атмосферата, хидросферата и литосферата, включително в онези слоеве, които са част от земната биосфера. Циркулацията на веществата се осъществява с непрекъснат поток (поток) на външната енергия на Слънцето и вътрешната енергия на Земята.

В зависимост от движещата сила, с известна степен на конвенция, в рамките на цикъла на веществата може да се разграничат геоложки, биологични и антропогенни цикли. Преди появата на човека на Земята са извършени само първите две.

Геоложка циркулация (голяма циркулация на веществата в природата) – циркулация на веществата, движещата сила на които са екзогенни и ендогенни геоложки процеси.

Ендогенни процеси (процеси на вътрешна динамика) възникват под влияние на вътрешната енергия на Земята. Това е енергията, отделена в резултат на радиоактивно разпад, химични реакции на образуване на минерали, кристализация на скали и др. Ендогенните процеси включват: тектонски движения, земетресения, магматизъм, метаморфизъм. Екзогенни процеси (процеси на външна динамика) протичат под влияние на външната енергия на Слънцето. Екзогенните процеси включват изветряне на скали и минерали, отстраняване на продукти от разрушаване от някои области на земната кора и пренасянето им в нови области, отлагане и натрупване на продукти от разрушаване с образуването на утаечни скали. Екзогенните процеси включват геоложката активност на атмосферата, хидросферата (реки, временни потоци, подземни води, морета и океани, езера и блата, лед), както и живи организми и хора.

Най-големите сухоземни форми (континенти и океански депресии) и големи форми (планини и равнини) са се образували поради ендогенни процеси, а средните и малките сухоземни форми (речни долини, хълмове, дерета, дюни и др.), Наслагвани върху по-големи форми, - поради екзогенни процеси. По този начин ендогенните и екзогенни процеси са противоположни по своето действие. Първите водят до образуването на големи форми на релефа, вторите до изглаждането им.

В резултат на изветрянето магматичните скали се трансформират в утаечни скали. В подвижните зони на земната кора те потъват дълбоко в Земята. Там под въздействието на високи температури и налягания те се разтапят и образуват магма, която, издигайки се на повърхността и се втвърдявайки, образува магнитни скали.

Така геоложката циркулация на веществата протича без участието на живи организми и осъществява преразпределението на материята между биосферата и по-дълбоките слоеве на Земята.

Биологичен (биогеохимичен) цикъл (малък цикъл от вещества в биосферата) – циркулация на веществата, движещата сила на която е активността на живите организми. За разлика от голямата геоложка, малката биогеохимична циркулация на веществата се осъществява в биосферата. Основният източник на енергия за цикъла е слънчевата радиация, която генерира фотосинтеза. В екосистемата органичните вещества се синтезират от автотрофи от неорганични вещества. След това се консумират от хетеротрофи. В резултат на освобождаване в процеса на жизненоважна дейност или след смъртта на организмите (както автотрофи, така и хетеротрофи), органичните вещества претърпяват минерализация, тоест трансформация в неорганични вещества. Тези неорганични вещества могат да бъдат използвани отново за синтеза на органични вещества чрез автотрофи.

В биогеохимичните цикли трябва да се разграничат две части:

1) резервен фонд - тя е част от вещество, което не е свързано с живи организми;

2) борсов фонд - много по-малка част от веществото, което е свързано с директен обмен между организми и тяхната непосредствена среда. В зависимост от местоположението на резервния фонд, биогеохимичните цикли могат да бъдат разделени на два вида:

1) Газови жици с резервен фонд от вещества в атмосферата и хидросферата (цикли на въглерод, кислород, азот).

2) Седиментарен тип жири с резервен фонд в земната кора (цикли на фосфор, калций, желязо и др.).

Газовите жири са по-съвършени, тъй като имат голям обменен фонд, което означава, че са способни на бързо саморегулиране. Циклите от утаечния тип са по-малко съвършени, те са по-инертни, тъй като по-голямата част от веществото се съдържа в резервния фонд на земната кора във форма, недостъпна за живите организми. Такива цикли лесно се нарушават от различни влияния и част от обменяния материал напуска цикъла. Тя може да се върне отново в циркулацията само в резултат на геоложки процеси или чрез извличане с жива материя. Много по-трудно е обаче да се извличат необходимите за живите организми вещества от земната кора, отколкото от атмосферата.

Интензитетът на биологичния цикъл се определя преди всичко от температурата на околната среда и количеството вода. Например биологичният цикъл е по-интензивен в тропическите гори, отколкото в тундрата.

С появата на човека възникна антропогенна циркулация или метаболизъм на вещества. Антропогенна циркулация (обмен) – циркулация (метаболизъм) на вещества, движещата сила на които е човешката дейност. Може да се раздели на два компонента: биологични, свързани с функционирането на човек като жив организъм, и технически, свързани с икономическите дейности на хората (техногенна циркулация).

Геоложките и биологичните цикли са до голяма степен затворени, което не може да се каже за антропогенен цикъл. Затова често говорят не за антропогенна циркулация, а за антропогенен метаболизъм. Отвореността на антропогенната циркулация на веществата води до изчерпване на природните ресурси и замърсяване на природната среда - основните причини за всички екологични проблеми на човечеството.

Цикли на основни хранителни вещества и елементи. Нека разгледаме циклите на най-значимите вещества и елементи за живите организми. Водният цикъл принадлежи към големите геоложки, а циклите на биогенните елементи (въглерод, кислород, азот, фосфор, сяра и други биогенни елементи) - към малките биогеохимични.

Водният цикъл между сушата и океана чрез атмосферата принадлежи към големия геоложки цикъл. Водата се изпарява от повърхността на Световния океан и или се транспортира до сушата, където пада под формата на валежи, които отново се връща в океана под формата на повърхностен и подземен отток, или пада под формата на валежи на повърхността на океана. Над 500 хиляди км3 вода ежегодно участват във водния цикъл на Земята. Водният цикъл като цяло играе основна роля за формирането на природни условия на нашата планета. Като се вземе предвид транспирацията на водата от растенията и нейното усвояване в биогеохимичния цикъл, цялото водоснабдяване на Земята се разпада и възстановява за 2 милиона години.

Въглеродният цикъл. Производителите улавят въглеродния диоксид от атмосферата и го превръщат в органична материя, потребителите абсорбират въглерод под формата на органична материя с телата на производителите и потребителите на по-ниски поръчки, редукторите минерализират органичната материя и връщат въглерода в атмосферата под формата на въглероден диоксид. В океаните въглеродният цикъл се усложнява от факта, че част от въглерода, който се съдържа в мъртвите организми, потъва на дъното и се натрупва в утаечни скали. Тази част от въглерода се изключва от биологичния цикъл и влиза в геологичния цикъл на веществата.

Горите са основният резервоар на биологично свързания въглерод; те съдържат до 500 милиарда тона от този елемент, което е 2/3 от неговото снабдяване в атмосферата. Намесата на човека в въглеродния цикъл (изгаряне на въглища, нефт, газ, обезводняване) води до увеличаване на съдържанието на CO2 в атмосферата и до развитие на парниковият ефект.

Скоростта на цикъла на CO2, т.е. времето, необходимо за преминаване на целия въглероден диоксид в атмосферата през живата материя, е около 300 години.

Кислороден цикъл. Главно кислородният цикъл се осъществява между атмосферата и живите организми. По принцип свободният кислород (0 ^) влиза в атмосферата в резултат на фотосинтеза на зелените растения и се консумира в процеса на дишане от животни, растения и микроорганизми и по време на минерализацията на органични остатъци. Малко количество кислород се образува от вода и озон, когато е изложено на ултравиолетово лъчение. Голямо количество кислород се изразходва за окислителни процеси в земната кора, по време на вулканични изригвания и др. Основната част от кислорода се произвежда от сухоземни растения - почти 3/4, останалата част - от фотосинтетични организми на Световния океан. Скоростта на цикъла е около 2 хиляди години.

Установено е, че 23% от кислорода, който се образува в процеса на фотосинтеза, се консумира ежегодно за промишлени и битови нужди и тази цифра непрекъснато нараства.

Азотният цикъл. Подаването на азот (N2) в атмосферата е огромно (78% от обема му). Въпреки това, растенията не могат да абсорбират свободен азот, но само в свързана форма, главно под формата на NH4 + или NO3–. Свободният азот от атмосферата се свързва от азотфиксиращите бактерии и се превръща във форми, достъпни за растенията. В растенията азотът се фиксира в органичната материя (в протеините, нуклеиновите киселини и др.) И се предава по хранителните вериги. След смъртта на живите организми, разградителите минерализират органичните вещества и ги превръщат в амониеви съединения, нитрати, нитрити, както и в свободен азот, който се връща в атмосферата.

Нитратите и нитритите са силно разтворими във вода и могат да мигрират до подземни води и растения и да се пренасят по хранителната верига. Ако техният брой е твърде голям, което често се наблюдава при неправилна употреба на азотни торове, тогава водата и храната се замърсяват и причиняват човешки заболявания.

Фосфорният цикъл. По-голямата част от фосфора се намира в скали, образувани в минали геоложки епохи. Фосфорът се включва в биогеохимичния цикъл в резултат на изветрянето на скалите. В сухоземните екосистеми растенията извличат фосфор от почвата (главно под формата на PO43–) и го включват в органични съединения (протеини, нуклеинови киселини, фосфолипиди и др.) Или го оставят в неорганична форма. Тогава фосфорът се прехвърля през хранителните вериги. След смъртта на живите организми и с техните екскреции фосфорът се връща в почвата.

При неправилна употреба на фосфорни торове, водна и вятърна ерозия на почвата, големи количества фосфор се отстраняват от почвата. От една страна, това води до прекомерна консумация на фосфорни торове и изчерпване на запасите от фосфорсъдържащи руди (фосфорити, апатити и др.). От друга страна, притокът на големи количества биогенни елементи като фосфор, азот, сяра и др. От почвата във водни тела причинява бързото развитие на цианобактерии и други водни растения (водата "цъфти") и еутрофикация резервоари. Но по-голямата част от фосфора се пренася в морето.

Във водните екосистеми фосфорът се усвоява от фитопланктона и се предава по трофичната верига до морските птици. Екскрементите им или завършват веднага обратно в морето, или първо се натрупват на брега, а след това все още се измиват в морето. От умиращите морски животни, особено рибите, фосфорът отново навлиза в морето и в циркулацията, но някои от рибните скелети достигат големи дълбочини и съдържащият се в тях фосфор отново навлиза в утаените скали, тоест е изключен от биогеохимичната циркулация.

Серен цикъл. Основният резервен фонд за сяра се намира в утайките и почвата, но за разлика от фосфора, в атмосферата има резервен фонд. Основната роля в участието на сярата в биогеохимичното кръвообращение принадлежи на микроорганизмите. Някои от тях са редуциращи агенти, други са окислители.

В скалите сярата се намира под формата на сулфиди (FeS2 и др.), В разтвори - под формата на йон (SO42–), в газообразна фаза под формата на сероводород (Н2S) или серен диоксид (SO2). В някои организми сярата се натрупва в чистата си форма и когато отмират, на дъното на моретата се образуват отлагания от самородна сяра.

В сухоземните екосистеми сярата навлиза в растенията от почвата главно под формата на сулфати. В живите организми сярата се съдържа в протеини, под формата на йони и др. След смъртта на живите организми част от сярата в почвата се редуцира от микроорганизмите до H2S, другата част се окислява до сулфати и отново се включва в цикъла. Образуваният сероводород се изпарява в атмосферата, там се окислява и се връща в почвата с валежи.

Човешкото изгаряне на изкопаеми горива (особено въглища), както и емисиите от химическата промишленост водят до натрупване на серен диоксид (SO2) в атмосферата, който реагира с водна пара и пада под земята под формата на киселинен дъжд.

Биогеохимичните цикли не са толкова мащабни, колкото геоложките и са повлияни значително от хората. Икономическата дейност нарушава изолацията им, те стават ациклични.

Дългото съществуване на живот на Земята е възможно поради постоянната циркулация на веществата в биосферата. Всички елементи, които са на планетата, са в ограничени количества. Използването на всички резерви би довело до изчезването на всички живи същества. Затова в природата съществуват механизми, които осигуряват движението на химичните съединения от жива към нежива природа и обратно.

Видове циркулация на веществата

Многократната употреба на съществуващи елементи допринася за постоянството на жизнените процеси с достатъчно количество енергийни ресурси. Основният източник на енергия, който осигурява циркулацията на веществата в биосферата, е Слънцето.

Има три цикъла: геоложки, биогеохимичен и антропогенен (появява се след появата на човечеството).

геоложки

Геоложката или голяма циркулация на веществата функционират поради външни и вътрешни геоложки процеси.

Ендогенните (дълбоки) процеси протичат под влияние на вътрешната енергия на планетата. Нейният източник е радиоактивността, както и редица биохимични реакции по време на образуването на минерали и др. Дълбоките процеси включват: движението на земната кора, земетресенията, появата на магматични стопилки, трансформацията на твърди скали.

Екзогенните процеси се причиняват от влиянието на слънчевата енергия. Основните от тях са: унищожаването и промяната на минерални и органични скали, пренасянето на тези останки в други области на земята, образуването на утаечни скали. Екзогенните процеси включват и дейностите на дивата природа и хората.

Континентите, депресиите на океанското дъно са резултат от влиянието на ендогенните фактори, а незначителните промени в съществуващата топография са формирани под въздействието на екзогенни процеси (хълмове, дерета, дюни). Всъщност активността на ендогенни и екзогенни фактори е насочена един към друг. Ендогенните са отговорни за създаването на големи форми на земята, докато екзогенните ги изглаждат.

Силикатната стопилка на земната кора (магма) след изветряне преминава в утаени скали. Преминавайки през подвижните слоеве на земната кора, те се спускат в дълбините на земята, където се стопяват и се превръщат в магма. Изригва отново на повърхността и след втвърдяване се превръща в магматични скали.

По този начин голямата циркулация осигурява постоянен обмен на материя между биосферата и дълбините на Земята.

Биохимични

Биогеохимичната или малка циркулация се осъществява поради взаимодействието на всички живи същества. Разликата от геоложката е, че малката е ограничена от границите на биосферата.

Благодарение на слънчевата енергия тук се извършва важен процес - фотосинтеза. В този случай органичните вещества се произвеждат от автотрофи, чрез синтез от неорганични. Тогава те се абсорбират от хетеротрофи. След това мъртвите тела на животни и растения се минерализират (превръщат се в неорганични продукти). Получените неорганични вещества отново се използват от автотрофни организми.

Малкият цикъл от вещества е разделен на два компонента:

Резервен фонд - тази част от вещества, които все още не се използват от живи индивиди;
обменен фонд - малка част от вещество, участващо в метаболитните процеси.

Резервният фонд е разделен на 2 вида:

Типът газ е резервен фонд на въздух и вода (участват следните елементи: C, O, N);
седиментен тип - резервен фонд, който се намира в твърдата обвивка на земята (участват следните елементи: P, Ca, Fe).

Възможни са интензивни метаболитни процеси при достатъчно водоснабдяване и оптимални температурни условия. Следователно в тропическите ширини циркулацията протича по-бързо, отколкото в северните.

Каква е функцията на циркулацията на веществата в биосферата?

Единството на биосферата се поддържа от циркулацията на материята и енергията. Постоянното им взаимодействие поддържа живота на цялата планета. Въглеродът е един от незаменимите елементи на живите същества. Въглеродният цикъл се подкрепя от дейностите на флората.

Въглеродът влиза в цикъла на веществата в биосферата и го допълва под формата на въглероден диоксид. По време на фотосинтезата въглеродният диоксид се абсорбира от атмосферата, който се превръща от фотосинтетичните организми във въглехидрати. CO 2 се връща по време на дишането.

Азотът е важен елемент, структурна част от ДНК, АТФ, протеини. Тя е представена най-вече от молекулен азот и в тази форма не се абсорбира от растенията. Азотният цикъл се насърчава от бактерии и цианобактерии. Те могат да преобразуват N молекули в съединения, които са достъпни за растенията. След смъртта органичната материя се поддава на действието на сапрогенните бактерии и се разгражда до амоняк. Част от тях се издига в горната атмосфера и заедно с въглеродния диоксид задържа топлината на планетата.

Функция и значение на живите организми

Всички живи същества участват в циркулацията на веществата, като същевременно асимилират някои вещества и отделят други. Има редица функции, които живите организми изпълняват.

Енергия
Газ
концентрация
Оксидативен намаляващи
Разрушителните
транспорт
Околна среда, образуващи

Ролята на разлагачите в цикъла на веществата

В хода на цикъла на веществата редукторите връщат минерали и водни ресурси в почвата, като по този начин ги правят достъпни за автотрофни организми. По този начин, цялата жива природа не може да съществува без разложители. Гъбичките и бактериите са типични представители на разлагачи.

Значението на бактериите

Бактериите играят огромна роля в цикъла на веществата в биосферата. Значението на микроорганизмите се определя главно от широкото им възникване, бързите метаболитни процеси.

Бактериите разграждат органичните съединения на мъртвите растения и отделят въглерод в биосферата. Също така бактериите са способни да провеждат химични реакции, които са недостъпни за други живи същества (азотфиксиращи бактерии).

Каква е ролята на гъбите в цикъла на веществата в биосферата?

Те превръщат органичните съединения в неорганични съединения, които се превръщат в източник на хранене за растенията. Също така, някои гъбички участват в образуването на почвата. Натрупаната органична материя в тялото на гъбата се превръща в хумус, след като умре.

У дома » технология » Какви организми участват в циркулацията на веществата. Цикълът на веществата в биосферата, геоложки и биохимични видове, значението на живите организми