Milyen szervezetek vesznek részt az anyagok keringésében. Az anyagok körforgása a bioszférában, a geológiai és biokémiai fajok, az élő szervezetek fontossága

A bioszféra bolygónk külső héja, a legfontosabb folyamatok zajlanak benne, egyik fő geoszférája. Az anyagok bioszféra -keringése sok évszázadon keresztül a tudósok kiemelt figyelmének tárgya volt és továbbra is. Az anyagok keringésének köszönhetően globális kémiai csere jön létre a Föld minden életére, támogatva az egyes fajok létfontosságú tevékenységét, külön -külön.

Gyors navigáció a cikkben

Két gyres

Két fő ciklus létezik:

1. geológiai, más néven nagy,
2. biológiai, kicsi.

A geológia globális jelentőségű, mivel anyagokat kering a Föld vízkészletei és a bolygó szárazföldje között. Biztosítja a víz világméretű keringését, amelyet minden iskolás ismer: a csapadékot, a párolgást, a csapadékot, vagyis egy bizonyos mintát.

A rendszerképző tényező itt a víz minden aggregációs állapotában. E cselekvés teljes ciklusa lehetővé teszi az élőlények eredetének, fejlődésének, szaporodásának és evolúciójának elvégzését. Az anyagforgalom nagy ciklusának algoritmusa amellett, hogy a szárazföldi területeket nedvességgel telíti, más természeti jelenségek kialakulásáról is gondoskodik: üledékes kőzetek, ásványok, mágikus lávák és ásványok kialakulásáról.

A biológiai ciklus az anyagok állandó cseréje az élő szervezetek és a természetes összetevők összetevői között. Ez így történik: az élő szervezetek energiaáramokat kapnak, majd a szerves anyagok bomlási folyamatán keresztül az energia ismét belép a környezet elemeibe.

A szerves anyagok körforgása közvetlenül felelős az anyagcseréért a növény-, állatvilág, mikroorganizmusok, talajkőzetek stb. Között. A biológiai ciklus az ökoszisztéma különböző szintjein biztosított, és egyfajta kémiai reakciókat és különböző energiaátalakulásokat hoz létre a bioszférában. Egy ilyen rendszer sok évezredekkel ezelőtt alakult ki, és mindvégig ugyanabban a módban működik.

Alapvető elemek

A természetben sok kémiai elem található, azonban nincs sok olyan, amely szükséges az élő természethez. Négy fő elem van:

1. oxigén,
2. hidrogén,
3. szén,
4. nitrogén.

Ezen anyagok mennyisége a természetben lévő biológiai ciklusok több mint felét foglalja el. Vannak fontos elemek is, de sokkal kisebb mennyiségben használják. Ezek foszfor, kén, vas és néhány más.

A biogeokémiai ciklusokat két olyan fontos cselekvésre osztják fel, mint a Nap által termelt napenergia és a zöld növények klorofillje. A kémiai elemek azonban elkerülhetetlenül érintkeznek a biogeokémiai elemekkel, és ugyanakkor kiegészítik ezt az eljárást.

Szén

Ez a kémiai elem alapvető eleme minden élő sejtnek, szervezetnek vagy mikroorganizmusnak. A szén szerves vegyületei nyugodtan nevezhetők az élet menetének és fejlődésének lehetőségének fő összetevőjének.

A természetben ez a gáz megtalálható a légköri rétegekben és részben a hidroszférában. Tőlük táplálják a szenet minden növényhez, algához és néhány mikroorganizmushoz.

A gáz felszabadulása az élő szervezetek légzése és létfontosságú tevékenysége révén következik be. Ezenkívül a bioszféra szénmennyisége is feltöltődik a talajrétegekből, köszönhetően a növények gyökérzete, a bomló maradványok és más organizmuscsoportok által végzett gázcserének.

A bioszféra és a biológiai keringés fogalma nem képzelhető el széncsere nélkül. A Földön szilárd készlete van ennek a kémiai elemnek, és megtalálható néhány üledékes kőzetben, élettelen szervezetben és kövületben.

Szénbemenetek lehetségesek a földalatti mészkőzetekből, amelyek bányászat vagy véletlen talajerózió során ki vannak téve.

A bioszféra szénforgalma az élő szervezetek légzőrendszerein való ismételt áthaladás és az ökoszisztéma abiotikus tényezőiben való felhalmozódás módszerével történik.

Foszfor

A foszfor, mint a bioszféra alkotórésze, tiszta formájában nem olyan értékes, mint sok szerves vegyület. Néhány közülük létfontosságú: először is ezek DNS, RKH és ATP sejtek. A foszforciklus sémája pontosan az ortofoszforos vegyületen alapul, mivel ez a fajta anyag a legjobban felszívódik.

A foszfor forgása a bioszférában nagyjából két részből áll:

1. a bolygó vízi része - a primitív plankton feldolgozásától a tengeri halak csontvázakban történő lerakódásáig,
2. szárazföldi környezet - itt talajelemek formájában koncentrálódik leginkább.

A foszfor az alapja egy olyan jól ismert ásványnak, mint az apatit. A foszfortartalmú ásványokat tartalmazó bányák fejlesztése nagyon népszerű, de ez a körülmény egyáltalán nem támogatja a bioszféra foszfor körforgását, hanem éppen ellenkezőleg, kimeríti annak tartalékait.

Nitrogén

A nitrogén kémiai elem kevés mennyiségben van jelen a bolygón. Hozzávetőleges tartalma minden élő elemben csak körülbelül két százalék. De nélküle nem lehetséges az élet a bolygón.

Bizonyos típusú baktériumok döntő szerepet játszanak a bioszféra nitrogén körforgásában. Itt nagymértékben részt vesznek a nitrogénmegkötő és ammóniázó mikroorganizmusok. Az algoritmusban való részvételük olyan jelentős, hogy ha e fajok egyes képviselői nem válnak, kérdéses lesz a földi élet valószínűsége.

A lényeg itt az, hogy ezt az elemet molekuláris formájában, ahogy a légköri rétegekben látszik, a növények nem tudják asszimilálni. Következésképpen a bioszférában a nitrogén keringésének biztosítása érdekében azt ammóniává vagy ammóniummá kell feldolgozni. A nitrogén feldolgozási séma tehát teljesen függ a baktériumok aktivitásától.

A bioszféra szénciklusának sémája szintén fontos szerepet játszik az ökoszisztéma nitrogén körforgásában - mindkettő szorosan összefügg.

A műtrágya -előállítás modern folyamatainak és más ipari tényezőknek óriási hatása van a légköri nitrogéntartalomra - egyes területeken annak mennyisége sokszorosan meghaladja.

Oxigén

A bioszférában állandó anyagkeringés és az energia egyik típusból a másikba történő átalakulása zajlik. E tekintetben a legfontosabb ciklus a fotoszintézis funkciója. A fotoszintézis biztosítja a légteret szabad oxigénnel, amely képes ózonozni a légkör bizonyos rétegeit.

A vízmolekulákból oxigén is felszabadul a bioszféra vízciklusa során. Az elem jelenlétének ez az abiotikus tényezője azonban elhanyagolható a növények által termelt mennyiséghez képest.

Az oxigén ciklus a bioszférában hosszú folyamat, de nagyon intenzív. Ha ennek a kémiai elemnek a teljes térfogatát a légkörbe vesszük, akkor teljes ciklusa a szerves anyagok lebomlásától a növény fotoszintézis során történő felszabadulásáig körülbelül kétezer évig tart! Ennek a ciklusnak nincs megszakítása, naponta, évente, sok évezreden keresztül történik.

Napjainkban az anyagcsere folyamatában jelentős mennyiségű szabad oxigén kötődik az ipari kibocsátások, a szállító kipufogógázok és a légkört szennyező egyéb tényezők miatt.

Víz

Nehéz elképzelni a bioszféra fogalmát és az anyagok biológiai keringését olyan fontos kémiai vegyület nélkül, mint a víz. Valószínűleg nem kell magyarázni, miért. A vízkeringés mintája mindenütt jelen van: minden élő szervezet háromnegyede víz. A növényeknek szüksége van rá a fotoszintézishez, ami oxigén felszabadulását eredményezi. A légzés vizet is termel. Ha röviden felmérjük bolygónk életének és fejlődésének teljes történetét, akkor a bioszféra teljes vízkörforgása a bomlástól a daganatig ezerszer telt el.

Mivel a bioszférában állandó anyagkeringés és az energia egymásba való átalakulása folyik, a víz szinte minden más körforgással és fordulattal elválaszthatatlanul összekapcsolódik.

Kén

A kén, mint kémiai elem, fontos szerepet játszik a fehérje molekula megfelelő szerkezetének felépítésében. A kénciklus sokféle protozoonnak, vagy inkább baktériumoknak köszönhető. Az aerob baktériumok a szerves anyagokban lévő kéneket szulfátokká oxidálják, majd más típusú baktériumok befejezik az oxidációs folyamatot elemi kénné. Az egyszerűsített séma, amely a bioszféra kén körforgásának leírására használható, folyamatos oxidációs és redukciós folyamatoknak tűnik.

Az anyagok bioszférában történő keringésének folyamata során a kénmaradékok felhalmozódnak a Világ -óceánban. Ennek a kémiai elemnek a forrásai a folyók lefolyásai, amelyek a talajtól és a hegyi lejtőktől származó vízáramok révén kénszállítanak. A folyókból és a felszín alatti vizekből hidrogén -szulfid formájában szabadul fel, a kén részben belép a légkörbe, és onnan az anyagok körébe kerülve az esővíz részeként visszatér.

A kén -szulfátok, bizonyos típusú éghető hulladékok és hasonló kibocsátások elkerülhetetlenül megnövelik a kén -dioxid szintjét a légkörben. Ennek következményei szörnyűek: savas eső, légúti betegségek, a növényzet pusztulása és mások. Az eredetileg az ökoszisztéma normális működéséhez szánt kén átalakulása ma fegyverré válik az élő szervezetek megsemmisítésére.

Vas

A tiszta vas nagyon ritka a természetben. Alapvetően például megtalálható a meteoritok maradványaiban. Ez a fém önmagában lágy és képlékeny, de a szabad levegőn azonnal reagál oxigénnel, és oxidokat és oxidokat képez. Ezért a vastartalmú anyagok fő típusa a vasérc.

Ismeretes, hogy az anyagok keringését a bioszférában különféle vegyületek formájában hajtják végre, beleértve a vasat is, a természetben aktív keringési ciklus. A Ferrum a talajrétegekbe vagy a Világ -óceánba kerül sziklákból vagy vulkáni hamuval együtt.

Az élő természetben a vas fontos szerepet játszik, anélkül a fotoszintézis folyamata nem megy végbe, és nem képződik klorofill. Az élő szervezetekben a vasat használják a hemoglobin képzésére. Ciklusának kidolgozása után szerves maradványok formájában kerül a talajba.

A bioszférában van egy tengeri vasciklus is. Alapelve hasonló a földhöz. Egyes organizmusok oxidálják a vasat; itt energiát használnak fel, és az életciklus vége után a fém érc formájában a víz mélyén ülepedik.

Baktériumok, élőlények, amelyek részt vesznek az ökoszisztéma természetes ciklusaiban

Az anyagok és az energia keringése a bioszférában folyamatos folyamat, amely zavartalan munkájával biztosítja az életet a Földön. Ennek a ciklusnak az alapjai még az iskolások számára is ismerősek: a növények szén -dioxidból táplálkozva oxigént bocsátanak ki, az állatok és az emberek belélegzik az oxigént, a szén -dioxid pedig a légzési folyamat feldolgozásának terméke marad. A baktériumok és gombák feladata az élő szervezetek maradványainak feldolgozása, szerves anyagokból történő átalakítása ásványi anyagokká, amelyeket végül a növények asszimilálnak.

Mi a szerepe az anyagok biológiai keringésének? A válasz egyszerű: mivel a bolygón lévő kémiai elemek és ásványi anyagok kínálata, bár hatalmas, még mindig korlátozott. Pontosan a bioszféra minden fontos alkotóelemének átalakulásának és forgalmának ciklikus folyamatára van szükség. A bioszféra és a biológiai anyagcsere fogalma határozza meg az életfolyamatok örök időtartamát a Földön.

Meg kell jegyezni, hogy a mikroorganizmusok nagyon fontos szerepet játszanak ebben a kérdésben. Például a foszforciklus lehetetlen nitrifikáló baktériumok nélkül, a vas oxidatív folyamatai nem működnek vasbaktériumok nélkül. A csomós baktériumok fontos szerepet játszanak a természetes nitrogénforgalomban - nélkülük egy ilyen kör egyszerűen leállna. A bioszféra anyagkörforgásában a penészgombák egyfajta sorrendek, amelyek a szerves maradványokat ásványi összetevőkké bontják.

A bolygón élő organizmusok minden osztálya fontos szerepet játszik bizonyos kémiai elemek feldolgozásában, hozzájárul a bioszféra és a biológiai keringés fogalmához. Az állatvilág hierarchiájának legprimitívebb példája a tápláléklánc, azonban az élő szervezeteknek sokkal több funkciójuk van, és az eredmény globálisabb.

Valójában minden organizmus a bioszisztéma része. Ahhoz, hogy a bioszférában lévő anyagok keringése ciklikusan és helyesen működjön, fontos egyensúlyt fenntartani a bioszférába belépő anyagmennyiség és a mikroorganizmusok által feldolgozható mennyiség között. Sajnos a ciklus minden következő ciklusával a természetben ez a folyamat egyre inkább megszakad az emberi beavatkozás miatt. A környezetvédelmi kérdések globális ökoszisztéma -problémákká válnak, és azok megoldásának módjai pénzügyileg drágák, még drágábbak is, ha a természetes természeti folyamatok oldaláról értékeljük őket.

Kiváló orosz tudós, akadémikus V.I. Vernadsky.

Bioszféra- a Föld összetett külső héja, amely az élő szervezetek teljes összességét és a bolygó anyagának azt a részét tartalmazza, amely ezekkel az élőlényekkel folyamatosan cserélődik. Ez a Föld egyik legfontosabb geoszférája, amely az embert körülvevő természetes környezet fő alkotóeleme.

A Föld koncentrikus kagyló(geoszférák) belső és külső. A belső magok közé tartozik a mag és a köpeny, a külső pedig: litoszféra - a Föld kőhéja, a földkéreggel együtt (1. ábra) 6 km -es (az óceán alatt) és 80 km közötti vastagságban (hegyi rendszerek); hidroszféra - a Föld vízhéja; légkör- a Föld gázhéja, amely különböző gázok, vízgőz és por keverékéből áll.

10–50 km magasságban ózonréteg található, maximális koncentrációja 20–25 km magasságban, amely megvédi a Földet a túlzott ultraibolya sugárzástól, ami halálos a szervezetre. A bioszféra is ide tartozik (a külső geoszférákhoz).

Bioszféra - a Föld külső héja, amely magában foglalja a légkör egy részét 25-30 km magasságig (az ózonrétegig), gyakorlatilag a teljes hidroszférát és a litoszféra felső részét 3 km mélységig

Rizs. 1. A földkéreg szerkezetének diagramja

(2. ábra). Ezeknek a részeknek az a sajátossága, hogy élő szervezetek lakják őket, amelyek a bolygó élő anyagát alkotják. Kölcsönhatás a bioszféra abiotikus része- levegő, víz, kőzetek és szerves anyagok - bióta talajok és üledékes kőzetek kialakulását okozta.

Rizs. 2. A bioszféra szerkezete és a fő szerkezeti egységek által elfoglalt felületek aránya

Az anyag körforgása a bioszférában és az ökoszisztémákban

A bioszféra élő szervezetei számára rendelkezésre álló összes kémiai vegyület korlátozott. Az asszimilációra alkalmas vegyszerek kimerülése gyakran gátolja bizonyos organizmuscsoportok fejlődését a szárazföld vagy az óceán helyi területein. V.R. akadémikus szerint Williams, az egyetlen módja annak, hogy a végesnek megadjuk a végtelen tulajdonságait, ha zárt görbe mentén forgassa el. Következésképpen a bioszféra stabilitása az anyagok áramlása és az energiaáramlás miatt megmarad. Vannak két fő anyagciklus: nagy - geológiai és kicsi - biogeokémiai.

Nagyszerű geológiai keringés(3. ábra). A kristályos kőzetek (magmás) fizikai, kémiai és biológiai tényezők hatására üledékes kőzetekké alakulnak át. A homok és az agyag tipikus üledékek, a mély kőzetek átalakulásának termékei. Az üledékek képződése azonban nemcsak a meglévő kőzetek pusztulása miatt következik be, hanem biogén ásványok - mikroorganizmusok csontvázai - szintézise révén is a természeti erőforrásokból - óceánvizekből, tengerekből és tavakból. A laza, vizes üledékek, mivel a tározók alján új üledékanyag -részekkel vannak elszigetelve, mélységbe merítve, új termodinamikai körülményekbe (magasabb hőmérséklet és nyomás) lépnek be, vizet veszítenek, megszilárdulnak, miközben üledékes kőzetekké alakulnak át.

Ezt követően ezek a kőzetek még mélyebb látókörökbe süllyednek, ahol az új hőmérsékletre és barikus körülményekre való mély átalakulásuk folyamata zajlik - a metamorfizmus folyamata.

Az endogén energiaáramok hatására a mély kőzeteket újraolvasztják, magmát képezve - az új magmás kőzetek forrását. Miután ezeket a kőzeteket a Föld felszínére emelték, az időjárási és áthelyezési folyamatok hatására ismét új üledékes kőzetekké alakulnak át.

Így a nagy keringés a nap (exogén) energia és a Föld mély (endogén) energiája kölcsönhatásának köszönhető. Újraosztja az anyagokat a bioszféra és bolygónk mélyebb horizontjai között.

Rizs. 3. Nagy (geológiai) anyagkeringés (vékony nyilak) és a sokszínűség változása a földkéregben (szilárd, széles nyilak - növekedés, időszakos - a sokféleség csökkenése)

A nagy örvény a Nap energiájával mozgó hidrosféra, légkör és litoszféra közötti vízkörforgást is nevezik. A víz elpárolog a víztestek és a szárazföld felszínéről, majd csapadék formájában ismét belép a Földre. Az óceán felett a párolgás meghaladja a csapadékot, a szárazföld felett, éppen ellenkezőleg. Ezeket a különbségeket ellensúlyozzák a folyók. A szárazföldi növényzet fontos szerepet játszik a globális vízkörforgásban. A növények párolgása a földfelszín egyes területein az ide eső csapadék 80-90% -át, átlagosan pedig minden éghajlati övezetben - körülbelül 30% -át teheti ki. Ellentétben a nagy, kicsi anyagkeringéssel csak a bioszférán belül fordul elő. A nagy és a kis vízciklus közötti kapcsolatot az ábra mutatja. 4.

A bolygóméretű ciklusok az atomok számtalan helyi ciklikus mozgásából jönnek létre, amelyeket az élőlények létfontosságú tevékenysége vezérel az egyes ökoszisztémákban, valamint azok a mozgások, amelyeket a táji és geológiai okok okoznak (felszíni és föld alatti lefolyás, szélerózió, mozgás) a tengerfenékről, vulkanizmusról, hegyi építkezésről stb.)).

Rizs. 4. A víz nagy geológiai ciklusának (BGC) kapcsolata a víz kis biogeokémiai ciklusával (MBC)

Ellentétben az energiával, amelyet a szervezet egyszer felhasznált, hővé változik és elvész, az anyagok keringnek a bioszférában, biogeokémiai ciklusokat hozva létre. A természetben található kilencven páratlan elem közül az élő szervezeteknek körülbelül negyvenre van szükségük. A legfontosabb számukra nagy mennyiségben van szükség - szén, hidrogén, oxigén, nitrogén. Az elemek és anyagok ciklusait önszabályozó folyamatok végzik, amelyekben az összes alkotórész részt vesz. Ezek a folyamatok hulladékmentesek. Létezik a biogeokémiai ciklus globális lezárásának törvénye a bioszférában fejlődésének minden szakaszában jár el. A bioszféra fejlődése során a biológiai komponens szerepe a biogeokémiai lezárásban
akit a ciklus. Az ember még nagyobb hatással van a biogeokémiai keringésre. De szerepe az ellenkező irányban nyilvánul meg (a ciklusok megnyílnak). Az anyagok biogeokémiai keringésének alapja a Nap energiája és a zöld növények klorofillje. A többi legfontosabb ciklus - víz, szén, nitrogén, foszfor és kén - a biogeokémiához kapcsolódik és hozzájárul.

A víz körforgása a bioszférában

A növények a víz hidrogénjét használják a fotoszintézis során szerves vegyületek felépítésére, molekuláris oxigén felszabadítására. Minden élőlény légzési folyamatában, a szerves vegyületek oxidációja során ismét víz képződik. Az élet történetében a hidroszféra összes szabad vize többször is bomlási és új képződményeken ment keresztül a bolygó élő anyagában. Évente mintegy 500 000 km 3 víz vesz részt a Föld vízkörforgásában. A víz körforgását és annak tartalékait az ábra mutatja. 5 (relatív értelemben).

Az oxigén körforgása a bioszférában

A Föld egyedülálló légkörét magas szabad oxigén tartalommal köszönheti a fotoszintézis folyamatának. Az ózon képződése a légkör magas rétegeiben szorosan összefügg az oxigén körforgással. Az oxigén felszabadul a vízmolekulákból, és lényegében a növények fotoszintetikus aktivitásának mellékterméke. Abiotikus oxigén keletkezik a felső légkörben a vízgőz fotodiszociációja miatt, de ez a forrás csak ezred százaléka a fotoszintézis által szolgáltatott forrásnak. Mozgó egyensúly van a légkör és a hidroszféra oxigéntartalma között. Vízben körülbelül 21 -szer kevesebb.

Rizs. 6. Oxigénciklus diagram: vastag nyilak - az oxigénfelvétel és -fogyasztás fő áramlása

A felszabaduló oxigént intenzíven költik minden aerob szervezet légzési folyamataira és különféle ásványi vegyületek oxidációjára. Ezek a folyamatok a légkörben, a talajban, a vízben, az iszapban és a kőzetekben zajlanak. Kimutatták, hogy az üledékes kőzetekben megkötött oxigén jelentős része fotoszintetikus eredetű. Az O tőzsdealap a légkörben nem haladja meg a fotoszintézis teljes termelésének 5% -át. Sok anaerob baktérium is oxidálja a szerves anyagokat az anaerob légzés során, szulfátokat vagy nitrátokat használva.

A növények által létrehozott szerves anyagok teljes lebontásához pontosan ugyanannyi oxigénre van szükség, mint ami a fotoszintézis során felszabadult. A szerves anyagok üledékes kőzetekbe, szenekbe, tőzegbe temetése szolgálhatott alapul az oxigén cserealap fenntartásához a légkörben. A benne lévő összes oxigén teljes körforgáson megy keresztül az élő szervezeteken körülbelül 2000 év alatt.

Jelenleg a légkörben lévő oxigén jelentős része a közlekedés, az ipar és más antropogén tevékenységek eredményeként kötődik. Ismeretes, hogy az emberiség már több mint 10 milliárd tonna szabad oxigént költ a teljes 430-470 milliárd tonna mennyiségéből, amelyet a fotoszintézis folyamata biztosít. Ha figyelembe vesszük, hogy a fotoszintetikus oxigénnek csak egy kis része jut be a cserealapba, az emberi tevékenység e tekintetben riasztó méreteket ölt.

Az oxigénciklus szorosan kapcsolódik a szén -ciklushoz.

A szénciklus a bioszférában

A szén, mint kémiai elem az élet alapja. Számos más elemmel kombinálható különböző módon, egyszerű és összetett szerves molekulákat képezve, amelyek élő sejteket alkotnak. A bolygó eloszlását tekintve a szén a tizenegyedik helyen áll (a földkéreg súlyának 0,35% -a), de élő anyagban a száraz biomassza körülbelül 18 vagy 45% -át teszi ki.

A légkörben a szén a szén -dioxid CO2 összetételében szerepel, kisebb mértékben - a metán CH4 összetételében. A hidroszférában a CO2 vízben oldódik, és teljes tartalma sokkal magasabb, mint a légköri. Az óceán erőteljes pufferként szolgál a légkörben lévő CO2 szabályozására: a levegőben lévő koncentrációjának növekedésével a szén -dioxid vízben történő felszívódása növekszik. Néhány CO2 -molekula reagál vízzel, szénsavat képezve, amely ezután HCO 3 - és CO 2 - 3 -ionokká disszociál. Ezek az ionok kalcium- vagy magnézium -kationokkal reagálva karbonátokat kicsapnak. Hasonló reakciók állnak az óceán pufferrendszerének hátterében, állandó víz pH -ja.

A légkör és a hidroszféra szén -dioxidja a szén -ciklus cserealapja, ahonnan a szárazföldi növények és algák nyerik. A fotoszintézis a Föld összes biológiai ciklusának alapja. A rögzített szén felszabadulása a fotoszintetikus élőlények és minden heterotróf - baktériumok, gombák, állatok - légzési tevékenysége során következik be, amelyek az élő vagy elhalt szerves anyagok miatt szerepelnek a táplálékláncban.

Rizs. 7. Szénciklus

Különösen aktív a szén -dioxid visszatérése a talajból a légkörbe, ahol számos organizmuscsoport tevékenysége koncentrálódik, elpusztítva az elhalt növények és állatok maradványait, valamint a növények gyökérzetének légzését. Ezt az integrált folyamatot „talajlégzésnek” nevezik, és jelentős mértékben hozzájárul a levegőben lévő CO2 -cserealap feltöltéséhez. A szerves anyagok ásványosodási folyamataival párhuzamosan humusz képződik a talajban - egy komplex és stabil, szénben gazdag molekuláris komplex. A talaj humusz az egyik fontos szárazföldi szén-dioxid-tároló.

Olyan körülmények között, amikor a rombolók tevékenységét gátolják a környezeti tényezők (például amikor anaerob rezsim lép fel a talajban és a víztestek alján), a növényzet által felhalmozódott szerves anyagok nem bomlanak le, idővel kőzetekké, például szénké alakulnak vagy barnaszén, tőzeg, szapropel, olajpala és mások tárolt napenergiában gazdagok. Feltöltik a széntartalék -alapot, hosszú időre leállnak a biológiai körforgásból. A szén ideiglenesen lerakódik élő biomasszában, elhalt alomban, oldott szerves anyagokban az óceánban stb. de a fő széntartalék írásra nem élő szervezetek és nem fosszilis tüzelőanyagok, hanem üledékes kőzetek - mészkövek és dolomitok. Kialakulásuk az élő anyag aktivitásával is összefügg. Ezeknek a karbonátoknak a szénje hosszú ideig a Föld belsejében van eltemetve, és csak az erózió során lép be a körforgásba, amikor a kőzetek tektonikai ciklusokban vannak kitéve.

A biogeokémiai ciklusban csak a szén százalékának töredéke vesz részt a Földön található teljes mennyiségéből. A légkör és a hidroszféra szénje sokszor áthalad az élő szervezeteken. A szárazföldi növények 4-5 év alatt képesek kimeríteni a levegőben lévő tartalékait, a talaj humuszában 300-400 év alatt. A fő visszatérés a szénbe a cserealapba az élő szervezetek tevékenysége miatt következik be, és csak kis részét (ezrelék százalékát) kompenzálja a vulkanikus gázok kibocsátása a Föld belsejéből.

Jelenleg a fosszilis tüzelőanyagok óriási tartalékainak kitermelése és elégetése erőteljes tényezővé válik a szén átvitelében a tartalékból a bioszféra cserealapjába.

A nitrogén ciklus a bioszférában

A légkör és az élő anyag a Földön található összes nitrogén kevesebb mint 2% -át tartalmazza, de ő támogatja a bolygó életét. A nitrogén része a legfontosabb szerves molekuláknak - DNS, fehérjék, lipoproteinek, ATP, klorofill stb. ezért a szénnel is szorosan összefügg.

A légkör molekuláris nitrogénje nem érhető el a növények számára, amelyek ezt az elemet csak ammóniumionok, nitrátok vagy talaj- vagy vízoldatok formájában tudják asszimilálni. Ezért a nitrogénhiány gyakran olyan tényező, amely korlátozza az elsődleges termelést - az élőlények munkáját, amely szervetlen anyagok szervetlen anyagokból történő létrehozásával jár. Ennek ellenére a légköri nitrogén széles körben részt vesz a biológiai ciklusban a speciális baktériumok (nitrogénrögzítők) aktivitása miatt.

Az erősítő mikroorganizmusok is nagy szerepet játszanak a nitrogén körforgásban. A fehérjéket és más nitrogéntartalmú szerves anyagokat ammóniává bontják. Az ammónium formában a nitrogént részben a növényi gyökerek szívják fel, részben nitrifikáló mikroorganizmusok fogják el, ami ellentétes egy mikroorganizmuscsoport - denitrifikátorok - funkcióival.

Rizs. 8. A nitrogén körforgása

Anaerob körülmények között a talajban vagy a vizekben nitrátok oxigénjét használják fel a szerves anyagok oxidálásához, energiát szerezve életükhöz. Ebben az esetben a nitrogént molekuláris nitrogénné redukálják. A nitrogén rögzítése és denitrifikációja a természetben megközelítőleg kiegyensúlyozott. A nitrogénciklus tehát főként a baktériumok aktivitásától függ, míg a növények integrálódnak ebbe, felhasználva ennek a ciklusnak a köztes termékeit, és a biomassza előállítása miatt nagymértékben növelve a bioszféra nitrogénforgalmát.

A baktériumok szerepe a nitrogén körforgásban olyan nagy, hogy ha csak 20 fajukat semmisítik meg, bolygónkon megszűnik az élet.

A nitrogén nem biológiai rögzítése, valamint oxidjainak és ammóniájának talajba jutása csapadékkal is előfordul a légkör ionizációja és a villámlás során. Modern ipar A műtrágyázás a légköri nitrogént a nitrogén természetes kötődését meghaladó mennyiségben rögzíti a mezőgazdasági növények termelésének növelése érdekében.

Jelenleg az emberi tevékenység egyre inkább befolyásolja a nitrogén körforgását, főleg abba az irányba, hogy meghaladja a kötött formákká való átalakulását a molekuláris állapotba való visszatérés folyamata során.

A foszfor körforgása a bioszférában

Ezt az elemet, amely számos szerves anyag, köztük ATP, DNS, RNS szintéziséhez szükséges, a növények csak foszforsavionok (P0 3 4 +) formájában asszimilálják. A szárazföldön és különösen az óceánban az elsődleges termelést korlátozó elemek közé tartozik, mivel a talajban és a vizekben kicsi a cserélhető foszfor. Ennek az elemnek a ciklusa a bioszféra skáláján nincs lezárva.

A szárazföldön a növények foszfátokat vonnak ki a talajból, amelyeket a bomlók a bomló szerves maradványokból szabadítanak fel. Lúgos vagy savas talajokban azonban a foszforvegyületek oldhatósága meredeken csökken. A foszfátok fő tartalékalapját a geológiai múltban az óceán fenekén keletkezett kőzetek tartalmazzák. A kőzetek kimosódása során ezen tartalékok egy része a talajba kerül, és szuszpenziók és oldatok formájában kimosódik a víztestekbe. A hidroszférában a foszfátokat a fitoplankton használja fel, táplálékláncokon keresztül más vízi élőlényekhez. Az óceánban azonban a legtöbb foszforvegyületet az állatok és növények maradványaival az alján temetik el, majd az üledékes kőzetekkel átmennek a nagy geológiai keringésbe. A mélységben az oldott foszfátok a kalciumhoz kötődve foszforitokat és apatitokat képeznek. A bioszférában valójában egyirányú foszforáramlás figyelhető meg a szárazföld kőzeteiből az óceán mélyére, ezért cserealapja a hidroszférában nagyon korlátozott.

Rizs. 9. A foszforciklus

A foszforitok és apatitok talajlerakódásait műtrágyák előállítására használják fel. A foszfor édesvízi víztestekbe jutása az egyik fő oka a virágzásnak.

A kén körforgása a bioszférában

A kénciklus, amely számos aminosav felépítéséhez szükséges, felelős a fehérjék háromdimenziós szerkezetéért, és a baktériumok széles köre tartja fenn a bioszférában. E ciklus külön linkjei közé tartoznak az aerob mikroorganizmusok, amelyek a szerves maradékok kénjét szulfáttá oxidálják, valamint az anaerob szulfátredukáló szerek, amelyek a szulfátokat hidrogén -szulfiddá redukálják. A felsorolt ​​kénbaktérium -csoportokon kívül a hidrogén -szulfid elemi kénné, majd szulfátokká oxidálódik. A növények csak SO 2-4 ionokat asszimilálnak a talajból és a vízből.

A középen lévő gyűrű az oxidáció (O) és a redukció (R) folyamatát szemlélteti, amelynek következtében a kéncsere a rendelkezésre álló szulfátkészlet és a vasszulfidok talaja és a mélyen a talaj és az üledékek között történik.

Rizs. 10. A kénciklus. A középen lévő gyűrű az oxidáció (0) és a redukció (R) folyamatát szemlélteti, amelynek következtében a kéncsere a rendelkezésre álló szulfátkészlet és a vasszulfidok talaja és a mélyen a talaj és az üledékek között történik.

A kén fő felhalmozódása az óceánban történik, ahol a szulfát -ionokat folyamatosan szállítják a szárazföldről a folyó lefolyásával. Amikor a hidrogén -szulfid felszabadul a vízből, a kén részben visszatér a légkörbe, ahol oxidálódik dioxiddá, és kénsavvá alakul az esővízben. A nagy mennyiségű szulfátok és elemi kén ipari felhasználása és a fosszilis tüzelőanyagok elégetése nagy mennyiségű kén -dioxidot bocsát ki a légkörbe. Károsítja a növényzetet, az állatokat, az embereket, és savas esőforrásként szolgál, súlyosbítja az emberi beavatkozás negatív hatásait a kénciklusban.

Az anyagok keringésének sebessége

Minden anyagciklus különböző sebességgel megy végbe (11. ábra)

Így a bolygó összes tápanyagciklusát a különböző részek összetett kölcsönhatása támogatja. Ezeket különböző funkciójú organizmuscsoportok tevékenysége, az óceánt és a szárazföldet összekötő lefolyási és párolgási rendszer, a víz- és légtömegek keringési folyamatai, a gravitációs erők hatása, a litoszféralemezek és más nagyméretű geológiai és geofizikai folyamatok skálázása.

A bioszféra egyetlen komplex rendszerként működik, amelyben különböző anyagciklusok játszódnak le. Ezek fő motorja a keringés a bolygó élő anyaga, minden élő szervezet, a szerves anyagok szintézisének, átalakításának és lebontásának folyamatainak biztosítása.

Rizs. 11. Az anyagok keringési sebessége (P. Cloud, A. Jibor, 1972)

A világ ökológiai szemlélete azon az elképzelésen alapul, hogy minden élőlényt számos különböző tényező vesz körül, amelyek befolyásolják, és amelyek egy komplexumban - biotópban - alkotják élőhelyüket. Következésképpen, biotóp - egy területrész, homogén az életkörülmények szempontjából bizonyos fajták növények vagy állatok(szakadéklejtő, városi erdőpark, kis tó vagy egy nagy része, de egységes feltételekkel - tengerparti rész, mélyvízi rész).

Egy adott biotópra jellemző szervezetek alkotják életközösség, vagy biocenózis(a tó állatai, növényei és mikroorganizmusai, rétek, tengerparti sáv).

Az életközösség (biocenózis) egyetlen egészet alkot a biotópjával, az ún ökológiai rendszer (ökoszisztéma). A természetes ökoszisztémákra példa a hangyaboly, tó, tó, rét, erdő, város, gazdaság. A mesterséges ökoszisztéma klasszikus példája az űrhajó. Mint látható, itt nincs szigorú térszerkezet. Az ökoszisztéma fogalmához közel áll a fogalom biogeocenosis.

Az ökoszisztémák fő összetevői a következők:

• élettelen (abiotikus) környezet. Ezek víz, ásványok, gázok, valamint szerves anyagok és humusz;
• biotikus összetevők. Ide tartoznak: termelők vagy termelők (zöld növények), fogyasztók vagy fogyasztók (termelőkből táplálkozó élőlények), valamint bomlók vagy bomlók (mikroorganizmusok).

A természet cselekszik a legmagasabb fok gazdaságosan. Így az élőlények által létrehozott biomassza (az élőlények testének anyaga) és a bennük lévő energia átkerül az ökoszisztéma más tagjaihoz: az állatok növényeket esznek, ezeket az állatokat más állatok eszik meg. Ezt a folyamatot ún élelmiszer, vagy trofikus lánc. A természetben az élelmiszerláncok gyakran átfedik egymást, táplálékháló kialakítása.

Példák táplálékhálózatokra: növény - növényevő - ragadozó; gabonafélék - mezei egér - róka stb. és a táplálékhálózat látható az ábrán. 12.

Így a bioszféra egyensúlyi állapota a biotikus és abiotikus környezeti tényezők kölcsönhatásán alapul, amely az ökoszisztémák minden összetevője közötti folyamatos anyag- és energiacsere miatt megmarad.

A természetes ökoszisztémák zárt körforgásában, másokkal együtt, két tényezőnek kell részt vennie: a lebontók jelenlétében és a napenergia folyamatos ellátásában. A városi és mesterséges ökoszisztémákban kevés vagy egyáltalán nincs bomló, ezért folyékony, szilárd és gáz halmazállapotú hulladékok halmozódnak fel, szennyezve a környezetet.

Rizs. 12. Táplálékháló és az anyagáramlás iránya

Ebben a munkában azt javasoljuk, hogy fontolja meg, mi a biológiai ciklus. Mi a funkciója és jelentősége bolygónk számára. Figyelembe fogjuk venni az energiaforrás kérdését is annak megvalósítása érdekében.

Amit még tudnia kell a biológiai ciklus mérlegelése előtt, hogy bolygónk három héjból áll:

• litoszféra (kemény héj, durván szólva, ez az a föld, amelyen járunk);
• hidroszféra (ahol minden víz tulajdonítható, azaz tengerek, folyók, óceánok és így tovább);
• légkör (gázhalmaz, a levegő, amit belélegzünk).

Minden réteg között világos határok vannak, de minden nehézség nélkül képesek behatolni egymásba.

Az anyagok körforgása

Mindezek a rétegek alkotják a bioszférát. Mi az a biológiai ciklus? Ekkor mozognak az anyagok a bioszférában, nevezetesen a talajban, a levegőben és az élő szervezetekben. Ezt a végtelen keringést biológiai ciklusnak nevezik. Azt is fontos tudni, hogy minden a növényekben kezdődik és ér véget.

Hihetetlenül összetett folyamat rejtőzik alatta. A talajból és a légkörből származó anyagok a növényekbe, majd más élő szervezetekbe kerülnek. Ezután az őket felszívó testekben más komplex vegyületek kezdenek aktívan fejlődni, majd az utóbbiak kiszállnak. Azt mondhatjuk, hogy ez egy olyan folyamat, amelyben bolygónk mindenének összefüggése kifejeződik. Az élőlények kölcsönhatásba lépnek egymással, csak így létezünk a mai napig.

A légkör nem mindig olyan volt, mint amilyennek ismerjük. Korábban a léghéjunk nagyon különbözött a jelenlegitől, nevezetesen szén -dioxiddal és ammóniával telített. Hogyan jöttek létre azok az emberek, akik oxigént használnak a lélegzéshez? Köszönetet kell mondanunk azoknak a zöld növényeknek, amelyek képesek voltak légkörünk állapotát az ember számára szükséges formába hozni. A levegőt és a növényeket felszívják a növényevők, ők is szerepelnek a ragadozók menüjében. Amikor az állatok meghalnak, maradványaikat mikroorganizmusok dolgozzák fel. Így nyerik a humuszt, amely szükséges a növények növekedéséhez. Mint látható, a kör teljes.

Energiaforrás

A biológiai ciklus lehetetlen energia nélkül. Mi vagy ki az energiaforrás e csere megszervezéséhez? Természetesen hőenergia -forrásunk a Napcsillag. A biológiai ciklus egyszerűen lehetetlen hő- és fényforrásunk nélkül. A nap melegít:

• levegő;
• talaj;
• növényzet.

A melegítés során a víz elpárolog, ami felhők formájában kezd felhalmozódni a légkörben. Az összes víz végül eső vagy hó formájában visszatér a Föld felszínére. Hazatérve telíti a talajt, és különféle fák gyökerei szívják fel. Ha a víznek sikerült nagyon mélyen behatolnia, akkor feltölti a talajvízkészleteket, és részben visszatér a folyókba, tavakba, tengerekbe és óceánokba.

Mint tudják, amikor lélegzünk, oxigént szívunk fel, és szén -dioxidot lélegezünk ki. Tehát a fáknak napenergiára van szükségük a szén -dioxid feldolgozásához és az oxigén visszatéréséhez a légkörbe. Ezt a folyamatot fotoszintézisnek nevezik.

A biológiai ciklus ciklusai

Kezdjük ezt a részt a "biológiai folyamat" fogalmával. Ez visszatérő jelenség. Megfigyelhetjük, melyek és melyek biológiai folyamatokból állnak, és bizonyos időközönként folyamatosan megismétlődnek.

A biológiai folyamat mindenhol látható, ez a Föld bolygón élő összes élőlény velejárója. Ez is a szervezet minden szintjének része. Vagyis megfigyelhetjük ezeket a folyamatokat mind a sejt belsejében, mind a bioszférában. A biológiai folyamatok több típusát (ciklusát) különböztethetjük meg:

• napon belüli;
• napidíj;
• szezonális;
• évi;
• örök;
• évszázados.

A legszembetűnőbbek az éves ciklusok. Mindig és mindenhol látjuk őket, csak egy kicsit el kell gondolkodnunk ezen a kérdésen.

Víz

Most azt javasoljuk, hogy fontolja meg a biológiai körforgást a természetben, a víz példáján keresztül, amely a bolygónk leggyakoribb vegyülete. Sok képessége van, ami lehetővé teszi számára, hogy részt vegyen számos folyamatban, mind a testen belül, mind azon kívül. Minden élőlény élete a H 2 O természetben történő keringésétől függ. Víz nélkül nem léteznénk, és a bolygó olyan lenne, mint egy élettelen sivatag. Képes részt venni minden létfontosságú folyamatban. Vagyis a következő következtetést vonhatjuk le: a Föld bolygó minden élőlényének egyszerűen szüksége van tiszta vízre.

De a víz minden folyamat következtében mindig szennyezett. Hogyan lehet akkor kimeríthetetlen tiszta ivóvízkészlettel ellátni magát? A természet aggódik emiatt, köszönetet kell mondanunk ezért a vízkörforgásért a természetben. Már megbeszéltük, hogyan történik mindez. A víz elpárolog, összegyűlik a felhőkben és csapadék (eső vagy hó). Ezt a folyamatot általában "hidrológiai ciklusnak" nevezik. Négy folyamaton alapul:

• párolgás;
• páralecsapódás;
• csapadék;
• víz lefolyása.

Kétféle vízforgalom létezik: nagy és kicsi.

Szén

Most megvizsgáljuk, hogyan fordul elő biológiai természetben. Azt is fontos tudni, hogy az anyagok százalékos arányát tekintve csak a 16. helyet foglalja el. Gyémánt és grafit formájában fordulhat elő. Százalékos szénben pedig meghaladja a kilencven százalékot. A szén is benne van a légkörben, de tartalma nagyon kicsi, körülbelül 0,05 százalék.

A bioszférában a szénnek köszönhetően különféle szerves vegyületek tömege jön létre, amelyek szükségesek bolygónk minden életéhez. Tekintsük a fotoszintézis folyamatát: a növények szén -dioxidot szívnak fel a légkörből és újrahasznosítják, ennek eredményeként számos szerves vegyületünk van.

Foszfor

A biológiai ciklus jelentősége meglehetősen nagy. Még ha foszfort is veszünk, nagy mennyiségben található meg a csontokban, ami a növények számára szükséges. A fő forrás az apatit. A magmás kőzetben megtalálható. Az élő szervezetek a következőkből szerezhetik be:

• talaj;
• vízkészlet.

Az emberi testben is megtalálható, nevezetesen része:

• fehérjék;
• nukleinsav;
• csontszövet;
• lecitinek;
• fitins és így tovább.

A foszfor elengedhetetlen az energia felhalmozódásához a szervezetben. Amikor egy szervezet elpusztul, visszatér a talajba vagy a tengerbe. Ez hozzájárul a foszforban gazdag kőzetek kialakulásához. Ennek nagy jelentősége van a biogén körforgásban.

Nitrogén

Most megvizsgáljuk a nitrogén körforgását. Ezt megelőzően megjegyezzük, hogy a légkör teljes térfogatának körülbelül 80% -át teszi ki. Egyetértek, ez a szám nagyon lenyűgöző. Amellett, hogy a nitrogén a légkör összetételének alapja, megtalálható a növényi és állati szervezetekben. Megtalálhatjuk fehérjék formájában.

Ami a nitrogén ciklust illeti, ezt mondhatjuk: a nitrátok a légköri nitrogénből képződnek, amelyeket a növények szintetizálnak. A nitrátok előállításának folyamatát általában nitrogénfixációnak nevezik. Amikor egy növény elpusztul és rothad, a benne lévő nitrogén ammónia formájában kerül a talajba. Ez utóbbit a talajban élő szervezetek dolgozzák fel (oxidálják), így megjelenik a salétromsav. Képes reagálni a talajt telítő karbonátokkal. Ezenkívül meg kell említeni, hogy nitrogén szabadul fel tiszta forma rothadó növények következtében vagy égési folyamatban.

Kén

Sok más elemhez hasonlóan nagyon szoros kapcsolatban áll az élő szervezetekkel. A kén a vulkánkitörések következtében kerül a légkörbe. A szulfid -kén mikroorganizmusok által feldolgozható, így szulfátok születnek. Ez utóbbiakat a növények felszívják, a kén az illóolajok része. Ami a szervezetet illeti, a kén megtalálható:

• aminosavak;
• fehérjék.

• Bevezető lecke ingyenes;
• Nagyszámú tapasztalt tanár (anyanyelvű és orosz nyelvű);
• A tanfolyamok NEM egy adott időszakra (hónap, hat hónap, egy év) vonatkoznak, hanem meghatározott számú osztályra (5, 10, 20, 50);
• Több mint 10.000 elégedett ügyfél.
• Egy óra költsége egy oroszul beszélő tanárnál - 600 rubeltől, anyanyelvi beszélővel - 1500 rubeltől

Az anyagok körforgása a bioszférában

A földi élet önfenntartásának alapja az biogeokémiai ciklusok... A szervezetek létfontosságú tevékenységei során felhasznált összes kémiai elem állandó mozgást végez, az élő testekből az élettelen természetű vegyületekbe és fordítva. Ugyanazon atomok többszörös felhasználásának lehetősége gyakorlatilag örökkévalóvá teszi a Földi életet, feltéve, hogy folyamatosan van ilyen a megfelelő összeget energia.

Az anyagciklusok típusai. A Föld bioszféráját bizonyos módon az anyagok uralkodó körforgása és az energiaáramlás jellemzi. Az anyagok körforgása – anyagok többszörös részvétele a légkörben, hidroszférában és litoszférában lejátszódó folyamatokban, beleértve azokat a rétegeket is, amelyek a Föld bioszférájának részét képezik. Az anyagok keringése a Nap külső energiájának és a Föld belső energiájának folyamatos áramlásával (áramlásával) történik.

A hajtóerőtől függően, bizonyos mértékű megegyezéssel, az anyagcikluson belül geológiai, biológiai és antropogén ciklusokat lehet megkülönböztetni. Az ember megjelenése előtt a Földön csak az első kettőt hajtották végre.

Geológiai keringés (az anyagok nagy keringése a természetben) – olyan anyagok keringése, amelyek hajtóereje az exogén és endogén geológiai folyamatok.

Endogén folyamatok(belső dinamikai folyamatok) a Föld belső energiájának hatása alatt következnek be. Ez a radioaktív bomlás, az ásványképződés kémiai reakciói, a kőzetek kristályosodása stb. Következtében felszabaduló energia. Az endogén folyamatok közé tartoznak: tektonikus mozgások, földrengések, magmatizmus, metamorfizmus. Exogén folyamatok(külső dinamikai folyamatok) a Nap külső energiájának hatása alatt folynak. Az exogén folyamatok közé tartozik a kőzetek és ásványok mállása, a pusztulási termékek eltávolítása a földkéreg egyes területeiről és ezek átvitele új területekre, a lerakódás és a felhalmozódás a pusztító termékekből üledékes kőzetek kialakulásával. Az exogén folyamatok közé tartozik a légkör, a hidroszféra (folyók, ideiglenes patakok, talajvíz, tengerek és óceánok, tavak és mocsarak, jég), valamint az élő szervezetek és az emberek geológiai aktivitása.

A legnagyobb felszíni formák (kontinensek és óceáni mélyedések) és nagy formák (hegyek és síkságok) az endogén folyamatok, valamint a közepes és kicsi felszínformák (folyóvölgyek, dombok, szakadékok, dűnék stb.) Miatt jöttek létre, nagyobb formákra helyezve, exogén folyamatokhoz. Így az endogén és exogén folyamatok ellentétesek a hatásukban. Az előbbi nagy domborművek kialakulásához vezet, az utóbbiak simításukhoz.

Az időjárás hatására a magmás kőzetek üledékes kőzetté alakulnak. A földkéreg mobil zónáiban mélyen a Földbe süllyednek. Ott a magas hőmérséklet és nyomás hatására felolvadnak és magmát képeznek, amely a felszínre emelkedve és megszilárdulva magmás kőzeteket képez.

Így az anyagok geológiai keringése élő szervezetek részvétele nélkül folyik, és megvalósítja az anyag újraelosztását a bioszféra és a Föld mélyebb rétegei között.

Biológiai (biogeokémiai) ciklus (kis ciklusú anyagok a bioszférában) – olyan anyagok keringése, amelyek hajtóereje az élő szervezetek tevékenysége. Ellentétben a nagy geológiai, kismértékű biogeokémiai anyagáramlással a bioszférában. A ciklus fő energiaforrása a napsugárzás, amely fotoszintézist eredményez. Az ökoszisztémában a szerves anyagokat autotrófok szintetizálják szervetlen anyagokból. Ezután heterotrófok fogyasztják őket. A létfontosságú tevékenység során vagy az élőlények (autotrófok és heterotrófok) halála után történő felszabadulás eredményeként a szerves anyagok mineralizáción mennek keresztül, azaz szervetlen anyaggá alakulnak át. Ezek a szervetlen anyagok ismét felhasználhatók szerves anyagok autotrófok általi szintéziséhez.

A biogeokémiai ciklusokban két részt kell megkülönböztetni:

1) tartalékalap - olyan anyag része, amely nem kapcsolódik élő szervezetekhez;

2) cserealap - sokkal kisebb része az anyagnak, ami közvetlen cseréhez kapcsolódik az élőlények és közvetlen környezetük között. A tartalékalap helyétől függően a biogeokémiai ciklusok két típusra oszthatók:

1) Gáz típusú gyres a légkörben és a hidroszférában található anyagok tartalékalapjával (szén, oxigén, nitrogén ciklusok).

2) Üledékes gyres tartalék alappal a földkéregben (foszfor, kalcium, vas stb. ciklusai).

A gáz típusú ciklusok tökéletesebbek, mivel nagy cserealapjuk van, ami azt jelenti, hogy gyors önszabályozásra képesek. Az üledékes típusú ciklusok kevésbé tökéletesek, inertebbek, mivel az anyag nagy része az élő szervezetek számára "hozzáférhetetlen" formában található a földkéreg tartalékalapjában. Az ilyen ciklusokat a különféle hatások könnyen megszakítják, és a kicserélt anyag egy része elhagyja a ciklust. Csak a geológiai folyamatok eredményeként vagy élő anyaggal történő kinyerés útján térhet vissza a keringésbe. Az élő szervezetek számára szükséges anyagokat azonban sokkal nehezebb kivonni a földkéregből, mint a légkörből.

A biológiai ciklus intenzitását elsősorban a környezeti hőmérséklet és a vízmennyiség határozza meg. Például a biológiai ciklus intenzívebb a trópusi esőerdőkben, mint a tundrában.

Az ember megjelenésével antropogén anyagkeringés vagy anyagcsere alakult ki. Antropogén keringés (csere) – olyan anyagok keringése (anyagcseréje), amelyek hajtóereje az emberi tevékenység. Két összetevőre osztható: biológiai, egy személy élő szervezetként való működéséhez kapcsolódik, és műszaki, az emberek gazdasági tevékenységéhez kapcsolódnak (technogén keringés).

A geológiai és biológiai ciklusok nagyrészt zártak, ami nem mondható el az antropogén körforgásról. Ezért gyakran nem antropogén keringésről, hanem antropogén anyagcseréről beszélnek. Az anyagok antropogén körforgásának nyitottsága ahhoz vezet a természeti erőforrások kimerülése és a természeti környezet szennyezése - az emberiség összes környezeti problémájának fő okai.

Az alapvető tápanyagok és elemek ciklusai. Tekintsük az anyagok és elemek ciklusait, amelyek a legjelentősebbek az élő szervezetek számára. A vízciklus a nagy geológiai, és a biogén elemek (szén, oxigén, nitrogén, foszfor, kén és más biogén elemek) ciklusai közé tartozik - a kis biogeokémiai.

A víz körforgása a szárazföld és az óceán között a légkör révén a nagy geológiai ciklushoz tartozik. A víz elpárolog a Világ -óceán felszínéről, és vagy a szárazföldre szállítják, ahol csapadék formájában esik, amely felszíni és föld alatti lefolyás formájában ismét visszatér az óceánba, vagy csapadék formájában esik a felszínre az óceánról. Évente több mint 500 ezer km3 víz vesz részt a Föld vízkörforgásában. A vízkörforgás egésze nagy szerepet játszik a képződésben természeti feltételek bolygónkon. Figyelembe véve a víz növények általi áteresztését és felszívódását a biogeokémiai ciklusban, a Föld teljes vízkészlete szétesik és helyreáll 2 millió év alatt.

A szénciklus. A termelők szén -dioxidot vonnak be a légkörből és szerves anyaggá alakítják, a fogyasztók szerves anyag formájában szívják fel a szenet a termelők és az alacsonyabb rendű fogyasztók szervezetével, a redukálók ásványosítják a szerves anyagokat, és szén -dioxid formájában visszaküldik a szenet . Az óceánokban a szénciklust bonyolítja, hogy az elhalt szervezetekben található szén egy része az aljára süllyed és üledékes kőzetekben halmozódik fel. A szénnek ez a része ki van zárva a biológiai körforgásból, és belép az anyagok geológiai körforgásába.

Az erdők a biológiailag megkötött szén fő tározói; akár 500 milliárd tonnát is tartalmaznak ebből az elemből, ami a légkörben lévő készlet 2/3 -a. Az emberi beavatkozás a szénkörforgásba (szén, olaj, gáz elégetése, páramentesítés) a légkör CO2 -tartalmának növekedéséhez és az üvegházhatás kialakulásához vezet.

A CO2 -ciklus sebessége, vagyis az az idő, amíg a légkörben lévő összes szén -dioxid áthalad az élő anyagon, körülbelül 300 év.

Oxigén ciklus. Elsősorban az oxigén keringése történik a légkör és az élő szervezetek között. Alapvetően a szabad oxigén (0 ^) a zöld növények fotoszintézisének eredményeként kerül a légkörbe, és az állatok, növények és mikroorganizmusok légzési folyamata során, valamint a szerves maradékok mineralizációja során fogyasztják el. A vízből és az ózonból kis mennyiségű oxigén képződik, amikor ultraibolya sugárzásnak van kitéve. Nagy mennyiségű oxigént fogyasztanak a földkéregben zajló oxidatív folyamatokhoz, vulkánkitörésekhez stb. Az oxigén nagy részét szárazföldi növények termelik - majdnem 3/4, a többit - a Világ -óceán fotoszintetikus szervezetei. A ciklus sebessége körülbelül kétezer év.

Kiderült, hogy az ipari és háztartási szükségletekÉvente 23% oxigént fogyasztanak el, ami a fotoszintézis során képződik, és ez a szám folyamatosan növekszik.

A nitrogén ciklus. A nitrogén (N2) utánpótlás a légkörben óriási (térfogatának 78% -a). A növények azonban nem tudják felszívni a szabad nitrogént, hanem csak megkötött formában, főleg NH4 + vagy NO3– formájában. A légkörből származó szabad nitrogént nitrogénkötő baktériumok kötik le, és a növények számára hozzáférhető formákká alakítják át. A növényekben a nitrogén a szerves anyagokban (fehérjékben, nukleinsavakban stb.) Rögzül, és a táplálékláncok mentén terjed. Az élő szervezetek halála után a bomlók ásványosítják a szerves anyagokat, és ammóniumvegyületekké, nitrátokká, nitritekké, valamint szabad nitrogénné alakítják át, amely visszatér a légkörbe.

A nitrátok és nitritek nagymértékben vízben oldódnak, a talajvízbe és a növényekbe vándorolhatnak, és a tápláléklánc mentén szállíthatók. Ha túl nagy a számuk, ami gyakran megfigyelhető a nitrogén -műtrágyák helytelen használatával, akkor a víz és az élelmiszer szennyezett, és emberi betegségeket okoz.

A foszfor körforgása. A foszfor nagy része a múltbeli geológiai korszakokban képződött kőzetekben található. A foszfor a kőzetek mállásának következtében bekerül a biogeokémiai keringésbe. A szárazföldi ökoszisztémákban a növények foszfort vonnak ki a talajból (főleg PO43– formájában), és szerves vegyületekbe (fehérjék, nukleinsavak, foszfolipidek stb.) Veszik fel, vagy szervetlen formában hagyják. Ezután a foszfor átkerül az élelmiszer körökön. Az élő szervezetek halála után és ürülékükkel a foszfor visszatér a talajba.

A foszfor -műtrágyák nem megfelelő használatával, a talaj víz- és széleróziójával nagy mennyiségű foszfor távozik a talajból. Ez egyrészt a foszfor-műtrágyák túlköltekezéséhez és a foszfortartalmú ércek (foszforitok, apatitok stb.) Tartalékainak kimerüléséhez vezet. Másrészt a biogén elemek, például foszfor, nitrogén, kén stb. Nagy mennyiségű beáramlása a talajból a víztestekbe a cianobaktériumok és más vízi növények gyors fejlődését okozza (a víz „virágzik”) és eutrofizáció tározók. De a foszfor nagy része a tengerbe kerül.

A vízi ökoszisztémákban a foszfort a fitoplankton elnyeli és továbbítja trofikus lánc le a tengeri madarakhoz. Az ürülékük vagy azonnal visszajut a tengerbe, vagy először a parton halmozódik fel, majd még mindig kimosódik a tengerbe. A haldokló tengeri állatokból, különösen a halakból a foszfor ismét a tengerbe és a keringésbe kerül, de a halvázak egy része eléri a mélységet, és a bennük lévő foszfor ismét az üledékes kőzetekbe kerül, vagyis el van zárva a biogeokémiai keringés.

A kénciklus. A kén fő tartalékalapja az üledékekben és a talajban található, de a foszfortól eltérően tartalék alap található a légkörben. A kén biogeokémiai ciklusban való részvételének fő szerepe a mikroorganizmusoké. Néhányuk redukálószer, mások oxidálószerek.

A kőzetekben a kén szulfidok (FeS2 stb.) Formájában, oldatokban - ion (SO42–), gázfázisban hidrogén -szulfid (H2S) vagy kén -dioxid (SO2) formájában található. ). Néhány szervezetben a kén tiszta formában halmozódik fel, és amikor elpusztul, natív kénlerakódások képződnek a tengerek alján.

A szárazföldi ökoszisztémákban a kén főleg szulfátok formájában kerül a növényekbe a talajból. Az élő szervezetekben a kén fehérjékben található, ionok formájában stb. Az élő szervezetek halála után a talajban lévő kén egy részét a mikroorganizmusok H2S-re redukálják, másik részét szulfátokká oxidálják, és újra bevonják a ciklusba. A képződött hidrogén -szulfid a légkörbe kerül, ott oxidálódik, és csapadékkal visszatér a talajba.

A fosszilis tüzelőanyagok (különösen a szén) emberi égetése, valamint a vegyiparból származó kibocsátások kén -dioxid (SO2) felhalmozódásához vezetnek a légkörben, amely reakcióba lép a vízgőzzel, és savas eső formájában a földre esik.

A biogeokémiai ciklusok nem olyan nagyszabásúak, mint a geológiai, és az emberek jelentősen befolyásolják őket. A gazdasági tevékenység megsérti elszigeteltségüket, aciklikussá válnak.

Az élet hosszú létezése a Földön lehetséges a bioszférában lévő anyagok állandó keringése miatt. A bolygón található összes elem korlátozott mennyiségben található. Minden tartalék felhasználása minden élőlény eltűnéséhez vezetne. Ezért léteznek olyan mechanizmusok a természetben, amelyek biztosítják a vegyi anyagok mozgását az élőből az élettelen természetbe és vissza.

Az anyagok keringésének típusai

A meglévő elemek ismételt használata elegendő energiaforrás mellett hozzájárul az életfolyamatok állandóságához. A fő energiaforrás, amely biztosítja az anyagok keringését a bioszférában, a Nap.

Három ciklus létezik: geológiai, biogeokémiai és antropogén (az emberiség megjelenése után jelent meg).

Geológiai

Az anyagok geológiai vagy nagy keringése külső és belső geológiai folyamatok miatt működik.

Endogén (mély) folyamatok játszódnak le a bolygó belső energiájának hatása alatt. Forrása a radioaktivitás, valamint számos biokémiai reakció az ásványok képződése során stb.

Az exogén folyamatokat a napenergia hatása okozza. A főbbek: az ásványi és szerves kőzetek megsemmisítése és megváltoztatása, ezek maradványainak áthelyezése a föld más területeire, üledékes kőzetek képződése. Az exogén folyamatok magukban foglalják a vadon élő állatok és az emberek tevékenységét is.

A kontinensek, az óceánfenék mélyedései endogén tényezők hatásának következményei, és a meglévő domborzat kisebb változásai külső folyamatok (dombok, szakadékok, dűnék) hatására alakultak ki. Valójában az endogén és exogén tényezők aktivitása egymásra irányul. Az endogének felelősek a nagy kiterjedésű formák létrehozásáért, míg az exogének egyengetik azokat.

A földkéreg (magma) szilikátolvadéka időjárás után üledékes kőzetekbe megy át. A földkéreg mozgó rétegein áthaladva leereszkednek a föld mélyébe, ahol megolvadnak és magmává alakulnak. Ismét a felszínre tör, és megszilárdulása után magmás kőzetekké alakul.

Így a nagy keringés állandó anyagcserét biztosít a bioszféra és a Föld mélysége között.

Biokémiai

A biogeokémiai vagy kis keringést minden élőlény kölcsönhatása miatt végzik. A különbség a geológiaihoz képest az, hogy a kicsiket a bioszféra határai korlátozzák.

A napenergiának köszönhetően fontos folyamat zajlik itt - a fotoszintézis. Ebben az esetben a szerves anyagokat autotrófok, szervetlenekből történő szintézis útján állítják elő. Ezután elnyelik őket a heterotrófok. Ezt követően az állatok és növények holttestei mineralizálódnak (szervetlen termékké alakulnak). A kapott szervetlen anyagokat ismét autotróf szervezetek használják fel.

Az anyagok kis keringése két összetevőre oszlik:

• Tartalékalap - azon anyagok töredéke, amelyeket élő egyének még nem használnak fel;
• cserealap - az anyagcsere -folyamatokban részt vevő anyag kis töredéke.

A tartalékalap két típusra oszlik:

• A gáz típus a levegő és a víz környezetének tartalékalapja (a következő elemekről van szó: C, O, N);
• üledékes típus - egy tartalékalap, amely a föld szilárd héjában található (a következő elemekről van szó: P, Ca, Fe).

Intenzív anyagcsere -folyamatok lehetségesek elegendő vízellátás és optimális hőmérsékleti feltételek mellett. Ezért a trópusi szélességi körökben a keringés gyorsabban halad, mint az északi területeken.

Mi a szerepe az anyagok bioszférában történő keringésének?

A bioszféra egységét az anyag és az energia keringése tartja fenn. Állandó kölcsönhatásuk támogatja az egész bolygó életét. A szén az élőlények egyik alapvető eleme. A szénciklust a növényvilág tevékenységei támogatják.

A szén belép a bioszférában lévő anyagok körforgásába, és befejezi azt szén -dioxid formájában. A fotoszintézis során a szén -dioxid felszívódik a légkörből, amelyet a fotoszintetikus szervezetek szénhidráttá alakítanak át. A légzés során a CO 2 visszatér.

A nitrogén fontos eleme, a DNS, az ATP, a fehérjék szerkezeti része. Leginkább molekuláris nitrogén képviseli, és ebben a formában a növények nem asszimilálják. A nitrogén ciklust baktériumok és cianobaktériumok segítik elő. N molekulákat tudnak a növények számára hozzáférhető vegyületekké alakítani. A halál után a szerves anyagok engedik a saprogen baktériumok hatását és ammóniává bomlanak. Ennek egy része a felső légkörbe emelkedik, és a szén -dioxiddal együtt megtartja a bolygó melegét.

Az élő szervezetek működése és jelentősége

Minden élőlény részt vesz az anyagok keringésében, miközben egyes anyagokat asszimilál, másokat kiválaszt. Az élő szervezetek számos funkciót látnak el.

1. Energia
2. Gáz
3. Koncentráció
4. Oxidatív-redukáló
5. Romboló
6. Szállítás
7. Környezetformáló

A bomlók szerepe az anyagok körében

Az anyagciklus folyamatában a reduktorok ásványi anyagokat és vízkészleteket juttatnak vissza a talajba, míg az autotróf szervezetek számára elérhetővé válnak. Így minden élő természet nem létezhet bomlók nélkül. A bomlástermékek tipikus képviselői a gombák és a baktériumok.

A baktériumok jelentősége

A baktériumok óriási szerepet játszanak a bioszférában lévő anyagok körforgásában. A mikroorganizmusok fontosságát elsősorban a széles körben elterjedt, gyors anyagcsere -folyamatok határozzák meg.

A baktériumok lebontják az elhalt növények szerves vegyületeit, és szenet bocsátanak ki a bioszférába. A baktériumok is képesek elvégezni kémiai reakciók, más élőlények (nitrogénmegkötő baktériumok) számára hozzáférhetetlenek.

Mi a szerepe a gombáknak a bioszférában lévő anyagok körforgásában?

A szerves vegyületeket szervetlen vegyületekké alakítják, amelyek a növények táplálkozási forrásává válnak. Ezenkívül néhány gomba részt vesz a talajképzésben. A gomba testében felhalmozódott szerves anyagok, miután elpusztultak, humuszmá alakulnak.

a fő » Technológia » Milyen szervezetek vesznek részt az anyagok keringésében. Az anyagok körforgása a bioszférában, a geológiai és biokémiai fajok, az élő szervezetek fontossága