Ce organisme sunt implicate în circulația substanțelor. Ciclul substanțelor din biosferă, speciile geologice și biochimice, importanța organismelor vii

Biosfera este învelișul exterior al planetei noastre, cele mai importante procese au loc în ea, una dintre principalele sale geosfere. Circulația substanțelor în biosferă a fost și rămâne obiectul unei atenții strânse a oamenilor de știință de mai multe secole. Datorită circulației substanțelor, se formează un schimb chimic global pentru toată viața de pe Pământ, susținând activitatea vitală a fiecărei specii, luată separat.

Navigare rapidă prin articol

Două gyres

Există două cicluri principale:

1. geologic, numit și mare,
2. biologic, e mic.

Geologic are o importanță globală, deoarece circulă substanțe între resursele de apă ale Pământului și pământul de pe planetă. Acesta asigură circulația mondială a apei, care este cunoscută de fiecare școlar: precipitații, evaporare, precipitații, adică un anumit model.

Factorul de formare a sistemului aici este apa în toate stările sale de agregare. Ciclul complet al acestei acțiuni face posibilă realizarea originii organismelor, dezvoltarea, reproducerea și evoluția acestora. Algoritmul pentru un ciclu mare de rotire a substanțelor, pe lângă saturarea zonelor terestre cu umiditate, prevede formarea altor fenomene naturale: formarea de roci sedimentare, minerale, lavă magmatică și minerale.

Ciclul biologic este schimbul constant de substanțe între organismele vii și componentele componentelor naturale. Se întâmplă astfel: organismele vii primesc fluxuri de energie și apoi, trecând prin procesul de descompunere a materiei organice, energia intră din nou în elementele mediului.

Ciclul materiei organice este direct responsabil pentru schimbul de substanțe între reprezentanții florei, faunei, microorganismelor, rocilor solului și așa mai departe. Ciclul biologic este asigurat la diferite niveluri ale ecosistemului, formând un fel de fluctuație a reacțiilor chimice și a diverselor transformări de energie în biosferă. O astfel de schemă a fost formată acum mulți milenii și a funcționat în tot acest timp în același mod.

Elemente esentiale

Există multe elemente chimice în natură, însă nu sunt atât de multe necesare pentru natura vie. Există patru elemente principale:

1. oxigen,
2. hidrogen,
3. carbon,
4. azot.

Cantitatea acestor substanțe ocupă mai mult de jumătate din întregul ciclu biologic al substanțelor din natură. Există, de asemenea, elemente importante, dar utilizate în volume mult mai mici. Acestea sunt fosfor, sulf, fier și altele.

Ciclurile biogeochimice sunt împărțite în două acțiuni importante, cum ar fi producerea de energie solară de către Soare și clorofilă de către plantele verzi. Cu toate acestea, elementele chimice au puncte inevitabile de contact cu cele biogeochimice și, pe parcurs, completează această procedură.

Carbon

Acest element chimic este o componentă esențială a fiecărei celule, organisme sau microorganisme vii. Compușii organici de carbon pot fi numiți în siguranță principala componentă a posibilității de evoluție și dezvoltare a vieții.

În natură, acest gaz se găsește în straturile atmosferice și, parțial, în hidrosferă. De la acestea, toate plantele, algele și unele microorganisme sunt hrănite cu carbon.

Eliberarea gazului are loc prin respirația și activitatea vitală a organismelor vii. În plus, cantitatea de carbon din biosferă este, de asemenea, completată din straturile solului, datorită schimbului de gaze efectuat de sistemele radiculare ale plantelor, reziduurile în descompunere și alte grupuri de organisme.

Conceptul de biosferă și circulație biologică nu poate fi imaginat fără schimb de carbon. Pământul are o aprovizionare solidă cu acest element chimic și se găsește în unele roci sedimentare, organisme neînsuflețite și fosile.

Intrările de carbon sunt posibile din rocile calcaroase subterane și pot fi expuse în timpul exploatării miniere sau eroziunii accidentale a solului.

Rotația carbonului în biosferă are loc prin metoda de trecere repetată prin sistemele respiratorii ale organismelor vii și de acumulare în factorii abiotici ai ecosistemului.

Fosfor

Fosforul, ca component al biosferei, nu este la fel de valoros în forma sa pură ca în mulți compuși organici. Unele dintre ele sunt vitale: în primul rând, acestea sunt celule de ADN, RKH și ATP. Schema ciclului fosforului se bazează tocmai pe compusul ortofosforic, deoarece acest tip de substanță este cel mai bine absorbit.

Rotația fosforului în biosferă, aproximativ vorbind, constă din două părți:

1. partea acvatică a planetei - de la procesarea prin plancton primitiv până la depunerea sub formă de schelete de pești marini,
2. mediul terestru - aici este cel mai concentrat sub forma elementelor solului.

Fosforul este baza unui mineral atât de faimos ca apatitul. Dezvoltarea minelor cu minerale care conțin fosfor este foarte populară, dar această circumstanță nu susține deloc ciclul fosforului din biosferă, ci, dimpotrivă, îi epuizează rezervele.

Azot

Elementul chimic Azotul este prezent pe planetă în cantități reduse. Conținutul său aproximativ, în orice element viu, este de doar aproximativ două procente. Dar fără ea, viața pe planetă nu este posibilă.

Anumite tipuri de bacterii joacă un rol decisiv în ciclul azotului din biosferă. Un grad mare de participare aici este atribuit microorganismelor de fixare a azotului și de amonizare. Participarea lor la acest algoritm este atât de semnificativă încât, dacă unii reprezentanți ai acestor specii nu o fac, probabilitatea vieții pe Pământ va fi pusă în discuție.

Ideea este că acest element în forma sa moleculară, așa cum arată în straturile atmosferice, nu poate fi asimilat de plante. În consecință, pentru a asigura circulația azotului în biosferă, este necesar să-l procesăm în amoniac sau amoniu. Schema de procesare a azotului este astfel complet dependentă de activitatea bacteriilor.

Schema ciclului carbonului în biosferă joacă, de asemenea, un rol important în ciclul azotului în ecosistem - ambele cicluri sunt strâns legate.

Procesele moderne de producere a îngrășămintelor și alți factori industriali au un impact uriaș asupra conținutului de azot atmosferic - pentru unele zone, cantitatea sa este depășită de multe ori.

Oxigen

În biosferă, există o circulație constantă a substanțelor și transformarea energiei de la un tip la altul. Cel mai important ciclu în acest sens este funcția fotosintezei. Fotosinteza asigură spațiului aerian oxigen liber, care este capabil să ozonizeze anumite straturi ale atmosferei.

De asemenea, oxigenul este eliberat din moleculele de apă în timpul ciclului apei în biosferă. Cu toate acestea, acest factor abiotic pentru prezența acestui element este neglijabil în comparație cu cantitatea pe care o produc plantele.

Ciclul oxigenului din biosferă este un proces lung, dar foarte intens. Dacă luăm întregul volum al acestui element chimic în atmosferă, atunci ciclul său complet, de la descompunerea materiei organice până la eliberarea plantei în timpul fotosintezei, durează aproximativ două mii de ani! Acest ciclu nu are întreruperi, are loc zilnic, anual, timp de multe milenii.

În zilele noastre, în procesul de metabolism, o cantitate semnificativă de oxigen liber este legată din cauza emisiilor industriale, a gazelor de eșapament transportate și a altor factori care poluează atmosfera.

Apă

Este dificil să ne imaginăm conceptul de biosferă și ciclul biologic al substanțelor fără un compus chimic atât de important ca apa. Probabil că nu este nevoie să explicăm de ce. Circulația apei este peste tot: toate organismele vii sunt trei sferturi de apă. Plantele au nevoie de el pentru fotosinteză, rezultând eliberarea de oxigen. Respirația produce și apă. Dacă evaluăm pe scurt întreaga istorie a vieții și dezvoltării planetei noastre, atunci ciclul complet al apei din biosferă, de la descompunere la neoplasm, a fost trecut de mii de ori.

Deoarece în biosferă există o circulație constantă a substanțelor și transformarea energiei una în alta, transformarea apei este legată indisolubil de aproape toate celelalte cicluri și transformări din natură.

Sulf

Sulful, ca element chimic, ia un rol important în construirea structurii corecte a unei molecule de proteine. Ciclul sulfului se datorează multor tipuri de protozoare sau, mai bine zis, bacteriilor. Bacteriile aerobe oxidează sulful din materia organică în sulfați și apoi alte tipuri de bacterii completează procesul de oxidare în sulf elementar. Schema simplificată, care poate fi utilizată pentru a descrie ciclul sulfului în biosferă, arată ca procese continue de oxidare și reducere.

În procesul de circulație a substanțelor în biosferă, are loc acumularea de reziduuri de sulf în Oceanul Mondial. Sursele acestui element chimic sunt scurgerile fluviale, care transportă sulful de cursurile de apă din soluri și versanții munților. Eliberat din apele fluviale și subterane sub formă de hidrogen sulfurat, sulful pătrunde parțial în atmosferă și de acolo, fiind inclus în ciclul substanțelor, revine ca parte a apei de ploaie.

Sulfatii de sulf, unele tipuri de deseuri combustibile si emisii similare duc inevitabil la un continut crescut de dioxid de sulf in atmosfera. Consecințele sunt grave: ploi acide, boli respiratorii, distrugerea vegetației și altele. Transformarea sulfului, inițial destinată funcționării normale a ecosistemului, se transformă acum într-o armă pentru distrugerea organismelor vii.

Fier

Fierul pur este foarte rar în natură. Practic, de exemplu, poate fi găsit în rămășițele meteoriților. În sine, acest metal este moale și maleabil, dar în aer liber reacționează instantaneu cu oxigenul și formează oxizi și oxizi. Prin urmare, principalul tip de substanță purtătoare de fier este minereul de fier.

Se știe că circulația substanțelor în biosferă se realizează sub formă de diverși compuși, inclusiv fierul are și un ciclu de circulație activ în natură. Ferrum pătrunde în straturile solului sau în Oceanul Mondial din roci sau împreună cu cenușă vulcanică.

În natura vie, fierul joacă un rol esențial; fără acesta, procesul de fotosinteză nu are loc, iar clorofila nu se formează. La organismele vii, fierul este folosit pentru a forma hemoglobina. După ce și-a stabilit ciclul, acesta pătrunde în sol sub formă de reziduuri organice.

Există, de asemenea, un ciclu marin de fier în biosferă. Principiul său de bază este similar cu cel de la sol. Unele tipuri de organisme oxidează fierul; aici se folosește energie, iar după sfârșitul ciclului de viață, metalul se așează în adâncurile apei sub formă de minereu.

Bacterii, organisme care participă la ciclurile naturale ale ecosistemului

Circulația substanțelor și a energiei în biosferă este un proces continuu care asigură viața pe Pământ cu buna funcționare a acesteia. Elementele de bază ale acestui ciclu sunt familiare chiar și elevilor: plantele, hrănindu-se cu dioxid de carbon, eliberează oxigen, animalele și oamenii inspiră oxigen, lăsând dioxidul de carbon ca produs al procesului respirator. Activitatea bacteriilor și a ciupercilor este de a procesa rămășițele organismelor vii, transformându-le din materie organică în substanțe minerale, care sunt absorbite în cele din urmă de plante.

Care este funcția circulației biologice a substanțelor? Răspunsul este simplu: întrucât furnizarea de elemente chimice și minerale pe planetă, deși vastă, este încă limitată. Este precis procesul ciclic al transformărilor și al rotației tuturor componentelor importante ale biosferei. Conceptul de biosferă și metabolism biologic definește durata eternă a proceselor de viață pe Pământ.

Trebuie remarcat faptul că microorganismele joacă un rol foarte important în această chestiune. De exemplu, ciclul fosforului este imposibil fără bacterii nitrificante, procesele oxidative ale fierului nu funcționează fără bacterii de fier. Bacteriile nodulare joacă un rol important în rotația azotului natural - fără ele, un astfel de ciclu s-ar opri pur și simplu. În ciclul substanțelor din biosferă, mucegaiurile sunt un fel de ordonate, care descompun reziduurile organice în constituenți minerali.

Fiecare clasă de organisme care locuiesc pe planetă își îndeplinește rolul important în procesarea anumitor elemente chimice, contribuie la conceptul de biosferă și circulație biologică. Cel mai primitiv exemplu al ierarhiei lumii animale este lanțul alimentar, cu toate acestea, organismele vii au mult mai multe funcții, iar rezultatul este mai global.

De fapt, fiecare organism este o componentă a unui biosistem. Pentru ca circulația substanțelor în biosferă să funcționeze ciclic și corect, este important să se mențină un echilibru între cantitatea de materie care intră în biosferă și cantitatea pe care o pot procesa microorganismele. Din păcate, cu fiecare ciclu ulterior al ciclului în natură, acest proces este din ce în ce mai perturbat din cauza intervenției umane. Problemele de mediu devin probleme globale ale ecosistemului și modalitățile de rezolvare a acestora sunt scumpe din punct de vedere financiar, chiar mai scumpe dacă le evaluăm din partea procesului natural de trecere.

Un om de știință rus remarcabil, academicianul V.I. Vernadsky.

Biosferă - învelișul exterior complex al Pământului, care conține întregul set de organisme vii și acea parte a substanței planetei care se află în procesul de schimb continuu cu aceste organisme. Este una dintre cele mai importante geosfere ale Pământului, care este componenta principală a mediului natural care înconjoară oamenii.

Pământul este compus din concentric scoici (geosfere) atât interne, cât și externe. Cele interioare includ miezul și mantaua, iar cele exterioare: litosfera - cochilia de piatră a Pământului, inclusiv scoarța terestră (Fig. 1) cu o grosime de 6 km (sub ocean) până la 80 km (sisteme montane); hidrosfera - coaja de apă a Pământului; atmosfera - învelișul gazos al Pământului, format dintr-un amestec de diverse gaze, vapori de apă și praf.

La o altitudine de 10 până la 50 km, există un strat de ozon, cu concentrația sa maximă la o altitudine de 20-25 km, care protejează Pământul de radiațiile ultraviolete excesive, care sunt fatale pentru organism. Aici se află și biosfera (geosferelor exterioare).

Biosfera - învelișul exterior al Pământului, care include o parte a atmosferei până la o altitudine de 25-30 km (până la stratul de ozon), practic întreaga hidrosferă și partea superioară a litosferei până la o adâncime de 3 km

Figura: 1. Diagrama structurii scoarței terestre

(fig. 2). Particularitatea acestor părți este că sunt locuite de organisme vii care alcătuiesc materia vie a planetei. Interacţiune parte abiotică a biosferei - aer, apă, roci și materie organică - biota a provocat formarea de soluri și roci sedimentare.

Figura: 2. Structura biosferei și raportul suprafețelor ocupate de principalele unități structurale

Ciclul materiei din biosferă și ecosisteme

Toți compușii chimici disponibili organismelor vii din biosferă sunt limitați. Epuizarea substanțelor chimice potrivite pentru asimilare inhibă adesea dezvoltarea anumitor grupuri de organisme în zonele locale de pe uscat sau ocean. Potrivit academicianului V.R. Williams, singura modalitate de a da finitului proprietățile infinitului este de a-l face să se rotească de-a lungul unei curbe închise. În consecință, stabilitatea biosferei este menținută datorită circulației substanțelor și a fluxurilor de energie. Sunt două cicluri principale de substanțe: mari - geologice și mici - biogeochimice.

Mare circulație geologică (fig. 3). Rocile cristaline (magmatice) sunt transformate în roci sedimentare sub influența factorilor fizici, chimici și biologici. Nisipul și argila sunt sedimente tipice, produse de transformare a rocilor adânci. Cu toate acestea, formarea sedimentelor are loc nu numai prin distrugerea rocilor existente, ci și prin sinteza mineralelor biogene - scheletele microorganismelor - din resursele naturale - apele oceanelor, mările și lacurile. Sedimentele apoase libere, deoarece sunt izolate la fundul rezervoarelor cu porțiuni noi de material sedimentar, scufundate la o adâncime, care cad în noi condiții termodinamice (temperaturi și presiuni mai ridicate), pierd apă, se solidifică, în timp ce se transformă în roci sedimentare.

Ulterior, aceste roci se aruncă în orizonturi și mai adânci, unde au loc procesele transformării lor profunde la noi condiții de temperatură și baric - au loc procesele metamorfismului.

Sub influența fluxurilor de energie endogenă, roci adânci sunt retopite, formând magmă - sursa noilor roci magmatice. După ridicarea acestor roci la suprafața Pământului, sub influența proceselor de meteorizare și transfer, acestea sunt din nou transformate în noi roci sedimentare.

Astfel, marea circulație se datorează interacțiunii energiei solare (exogene) cu energia profundă (endogenă) a Pământului. Redistribuie substanțe între biosferă și orizonturile mai profunde ale planetei noastre.

Figura: 3. Circulația mare (geologică) a materiei (săgeți subțiri) și schimbarea diversității în scoarța terestră (săgeți late solide - creștere, intermitentă - scăderea diversității)

Marele vârtej numit și ciclul apei între hidrosferă, atmosferă și litosferă, care se deplasează prin energia Soarelui. Apa se evaporă de la suprafața corpurilor de apă și a pământului și apoi reintră pe Pământ sub formă de precipitații. Deasupra oceanului, evaporarea depășește precipitațiile, peste pământ, dimpotrivă. Aceste diferențe sunt compensate de debitele râurilor. Vegetația terestră joacă un rol important în ciclul global al apei. Transpirația plantelor în unele zone ale suprafeței terestre poate reprezenta până la 80-90% din precipitațiile care cad aici și, în medie, pentru toate zonele climatice - aproximativ 30%. Spre deosebire de cel mare, ciclul mic de substanțe are loc numai în biosferă. Relația dintre ciclul mare și cel mic al apei este prezentată în Fig. 4.

Ciclurile la scară planetară sunt create din nenumărate mișcări ciclice locale ale atomilor, conduse de activitatea vitală a organismelor din ecosistemele individuale și acele mișcări care sunt cauzate de acțiunea peisajului și a motivelor geologice (scurgere de suprafață și subterană, eroziune eoliană, mișcarea fundului mării, vulcanism, construirea de munte etc.) ).

Figura: 4. Corelația marelui ciclu geologic (BGC) al apei cu ciclul mic biogeochimic (MBC) al apei

Spre deosebire de energie, care este folosită odată de corp, se transformă în căldură și se pierde, substanțele circulă în biosferă, creând cicluri biogeochimice. Dintre cele nouăzeci și nouă de elemente găsite în natură, organismele vii au nevoie de aproximativ patruzeci. Cele mai importante sunt necesare pentru ele în cantități mari - carbon, hidrogen, oxigen, azot. Ciclurile elementelor și substanțelor sunt efectuate datorită proceselor de autoreglare la care participă toate părțile constitutive. Aceste procese nu conțin deșeuri. Exista legea închiderii globale a ciclului biogeochimic în biosferăacționând în toate etapele dezvoltării sale. În timpul evoluției biosferei, rolul componentei biologice în închiderea biogeochimiei
pe care ciclul. Omul are o influență și mai mare asupra circulației biogeochimice. Dar rolul său se manifestă în direcția opusă (circulația devine deschisă). Baza circulației biogeochimice a substanțelor este energia Soarelui și clorofila plantelor verzi. Celelalte cicluri cele mai importante - apă, carbon, azot, fosfor și sulf - sunt asociate și contribuie la biogeochimie.

Ciclul apei în biosferă

Plantele folosesc hidrogenul apei în fotosinteză pentru a construi compuși organici, eliberând oxigen molecular. În procesele de respirație a tuturor viețuitoarelor, în timpul oxidării compușilor organici, apa se formează din nou. În istoria vieții, toată apa liberă a hidrosferei a trecut în mod repetat prin cicluri de descompunere și noi formațiuni în materia vie a planetei. Aproximativ 500.000 km 3 de apă sunt implicați anual în ciclul apei pe Pământ. Ciclul apei și rezervele sale sunt prezentate în Fig. 5 (în termeni relativi).

Ciclul oxigenului în biosferă

Pământul datorează atmosferei sale unice cu un conținut ridicat de oxigen liber procesului de fotosinteză. Formarea ozonului în straturile înalte ale atmosferei este strâns legată de ciclul oxigenului. Oxigenul este eliberat din moleculele de apă și este în esență un produs secundar al activității fotosintetice a plantelor. Oxigenul abiotic apare în atmosfera superioară datorită fotodisocierii vaporilor de apă, dar această sursă reprezintă doar miimi de procent din cea furnizată de fotosinteză. Există un echilibru în mișcare între conținutul de oxigen din atmosferă și hidrosferă. În apă, este de aproximativ 21 de ori mai puțin.

Figura: 6. Diagrama ciclului oxigenului: săgeți îndrăznețe - fluxuri principale de aport și consum de oxigen

Oxigenul eliberat este consumat intens pe procesele de respirație ale tuturor organismelor aerobe și pe oxidarea diferiților compuși minerali. Aceste procese au loc în atmosferă, sol, apă, nămol și roci. Se arată că o parte semnificativă a oxigenului legat în rocile sedimentare este de origine fotosintetică. Fondul de schimb O, în atmosferă, reprezintă nu mai mult de 5% din producția totală de fotosinteză. Multe bacterii anaerobe oxidează, de asemenea, materia organică în timpul respirației anaerobe, folosind în acest scop sulfați sau nitrați.

Descompunerea completă a materiei organice create de plante necesită exact aceeași cantitate de oxigen care a fost eliberată în timpul fotosintezei. Înmormântarea materiei organice în roci sedimentare, cărbuni, turbă a servit ca bază pentru menținerea fondului de schimb de oxigen din atmosferă. Tot oxigenul din el trece printr-un ciclu complet prin organismele vii în aproximativ 2000 de ani.

În prezent, o parte semnificativă a oxigenului din atmosferă este legată ca rezultat al activității de transport, industrie și alte forme de activitate antropică. Se știe că omenirea cheltuiește deja mai mult de 10 miliarde de tone de oxigen gratuit din cantitatea sa totală de 430-470 miliarde de tone, furnizate de procesele de fotosinteză. Dacă luăm în considerare faptul că doar o mică parte din oxigenul fotosintetic intră în fondul de schimb, activitatea umană în acest sens începe să capete proporții alarmante.

Ciclul oxigenului este strâns legat de ciclul carbonului.

Ciclul carbonului în biosferă

Carbonul, ca element chimic, este baza vieții. Se poate combina cu multe alte elemente în diferite moduri pentru a forma molecule organice simple și complexe care alcătuiesc celulele vii. În ceea ce privește distribuția pe planetă, carbonul ocupă locul al unsprezecelea (0,35% din greutatea scoarței terestre), dar în materia vie este în medie aproximativ 18 sau 45% din biomasa uscată.

În atmosferă, carbonul este inclus în compoziția dioxidului de carbon CO2, într-o măsură mai mică - în compoziția metanului CH4. În hidrosferă, CO2 este dizolvat în apă, iar conținutul său total este mult mai mare decât cel atmosferic. Oceanul servește ca un tampon puternic pentru reglarea CO2 în atmosferă: pe măsură ce crește concentrația sa în aer, crește absorbția dioxidului de carbon de către apă. Unele dintre moleculele de CO2 reacționează cu apa, formând acid carbonic, care apoi se disociază în ioni HCO 3 - și CO 2 - 3. Acești ioni reacționează cu cationi de calciu sau magneziu pentru a precipita carbonați. Reacții similare stau la baza sistemului tampon oceanic, menținând un pH constant al apei.

Dioxidul de carbon al atmosferei și al hidrosferei este un fond de schimb în ciclul carbonului, de unde este preluat de plantele terestre și de alge. Fotosinteza se află în centrul tuturor ciclurilor biologice de pe Pământ. Eliberarea de carbon fix are loc în timpul activității respiratorii a organismelor fotosintetice în sine și a tuturor heterotrofilor - bacterii, ciuperci, animale care sunt incluse în lanțul alimentar din cauza materiei organice vii sau moarte.

Figura: 7. Ciclul carbonului

Deosebit de activ este revenirea CO2 din sol în atmosferă, unde se concentrează activitatea a numeroase grupuri de organisme, descompunând rămășițele plantelor și animalelor moarte și se efectuează respirația sistemelor radiculare ale plantelor. Acest proces integral este desemnat ca „respirație a solului” și aduce o contribuție semnificativă la alimentarea fondului de schimb de CO2 în aer. În paralel cu procesele de mineralizare a materiei organice, humusul se formează în soluri - un complex molecular complex și stabil, bogat în carbon. Humusul solului este unul dintre rezervoarele importante de carbon de pe uscat.

În condițiile în care activitatea distructorilor este inhibată de factori de mediu (de exemplu, când apare un regim anaerob în soluri și la fundul rezervoarelor), materia organică acumulată de vegetație nu se descompune, transformându-se în timp în roci precum cărbune sau cărbune brun, turbă, sapropel , șisturi petroliere și altele, bogate în energie solară stocată. Acestea completează fondul de rezervă al carbonului, închizându-se mult timp din ciclul biologic. Carbonul este, de asemenea, depus temporar în biomasa vie, în gunoiul mort, în materia organică dizolvată în ocean etc. dar principala rezervă de carbon la scriere nu sunt organisme vii și nu combustibili fosili, ci roci sedimentare - calcar și dolomit. Formarea lor este asociată și cu activitatea materiei vii. Carbonul acestor carbonați este îngropat mult timp în intestinele Pământului și intră în ciclu numai în cursul eroziunii atunci când rocile sunt expuse în cicluri tectonice.

În ciclul biogeochimic, participă doar fracțiuni de procent de carbon din cantitatea sa totală pe Pământ. Carbonul atmosferei și al hidrosferei trece de multe ori prin organismele vii. Plantele terestre sunt capabile să-și epuizeze rezervele în aer în 4-5 ani, rezervele în humusul solului în 300-400 de ani. Întoarcerea principală a carbonului la fondul de schimb se datorează activității organismelor vii și doar o mică parte din acesta (mii de procente) este compensată prin eliberarea de gaze vulcanice din interiorul Pământului.

În prezent, extragerea și arderea rezervelor uriașe de combustibili fosili devine un factor puternic în transferul de carbon din rezervă în fondul de schimb al biosferei.

Ciclul azotului în biosferă

Atmosfera și materia vie conțin mai puțin de 2% din tot azotul de pe Pământ, dar acest azot este cel care susține viața de pe planetă. Azotul face parte din cele mai importante molecule organice - ADN, proteine, lipoproteine, ATP, clorofilă etc. În țesuturile vegetale, raportul său cu carbonul este în medie de 1: 30, iar în algele I: 6. carbon.

Azotul molecular al atmosferei este inaccesibil plantelor, care pot asimila acest element doar sub formă de ioni de amoniu, nitrați sau din soluții de sol sau apă. Prin urmare, lipsa de azot este adesea un factor care limitează producția primară - activitatea organismelor asociate cu crearea de substanțe organice din cele anorganice. Cu toate acestea, azotul atmosferic este implicat pe scară largă în ciclul biologic datorită activității bacteriilor speciale (fixatori de azot).

Microorganismele amonificatoare iau, de asemenea, o mare parte în ciclul azotului. Acestea descompun proteinele și alte substanțe organice care conțin azot în amoniac. Sub formă de amoniu, azotul este parțial reabsorbit de rădăcinile plantelor și parțial interceptat de microorganisme nitrificante, care este opus funcțiilor unui grup de microorganisme - denitrifianți.

Figura: 8. Ciclul azotului

În condiții anaerobe din soluri sau ape, aceștia folosesc oxigenul nitraților pentru a oxida materia organică, obținând energie pentru viața lor. În acest caz, azotul este redus la azot molecular. Fixarea și denitrificarea azotului în natură sunt aproximativ echilibrate. Prin urmare, ciclul azotului depinde în principal de activitatea bacteriilor, în timp ce plantele sunt încorporate în acesta, utilizând produsele intermediare ale acestui ciclu și crescând foarte mult scara circulației azotului în biosferă datorită producției de biomasă.

Rolul bacteriilor în ciclul azotului este atât de mare încât, dacă doar 20 dintre speciile lor sunt distruse, viața de pe planeta noastră va înceta.

Fixarea non-biologică a azotului și intrarea oxizilor și amoniacului acestuia în soluri se produce și cu precipitații în timpul ionizării atmosferei și descărcărilor de trăsnet. Industria modernă îngrășământul fixează azotul atmosferic în cantități care depășesc fixarea naturală a azotului pentru a crește producția de plante agricole.

În prezent, activitatea umană afectează din ce în ce mai mult ciclul azotului, în principal în direcția depășirii conversiei sale în forme legate prin procesele de revenire la starea moleculară.

Ciclul fosforului în biosferă

Acest element, necesar pentru sinteza multor substanțe organice, inclusiv ATP, ADN, ARN, este asimilat de plante numai sub formă de ioni de acid fosforic (PO 3 4 +). El aparține elementelor care limitează producția primară atât pe uscat, cât și mai ales în ocean, deoarece fondul de fosfor schimbabil din soluri și ape este mic. Ciclul acestui element pe scara biosferei nu este închis.

Pe uscat, plantele extrag fosfați din sol, eliberați de descompunători din reziduurile organice în descompunere. Cu toate acestea, în solul alcalin sau acid, solubilitatea compușilor fosforici scade brusc. Principalul fond de rezervă al fosfaților este conținut în roci create pe fundul oceanului în trecutul geologic. În timpul leșierii rocilor, o parte din aceste rezerve trece în sol și sub formă de suspensii și soluții este spălată în corpuri de apă. În hidrosferă, fosfații sunt folosiți de fitoplancton, trecând de-a lungul lanțurilor alimentare către alte organisme acvatice. Cu toate acestea, în ocean, majoritatea compușilor fosforului sunt îngropați cu rămășițele animalelor și plantelor în partea de jos, urmată de o tranziție cu roci sedimentare în marea circulație geologică. La adâncime, fosfații dizolvați se leagă de calciu pentru a forma fosforite și apatite. În biosferă, de fapt, există un flux unidirecțional de fosfor din rocile pământului către adâncurile oceanului, prin urmare, fondul său de schimb în hidrosferă este foarte limitat.

Figura: 9. Ciclul fosforului

Depozitele la sol de fosforite și apatite sunt utilizate la producerea îngrășămintelor. Intrarea fosforului în corpurile de apă dulce este unul dintre principalele motive pentru „înflorirea” lor.

Ciclul sulfului în biosferă

Ciclul sulfului, care este necesar pentru construirea unui număr de aminoacizi, este responsabil pentru structura tridimensională a proteinelor și este susținut în biosferă de o gamă largă de bacterii. Microorganismele aerobe, care oxidează sulful reziduurilor organice în sulfați, precum și reductorii de sulfat anaerob, care reduc sulfații în hidrogen sulfurat, participă la legături separate ale acestui ciclu. În plus față de grupurile enumerate de bacterii de sulf, hidrogenul sulfurat este oxidat în sulf elementar și în continuare în sulfat. Plantele asimilează numai ioni SO 2-4 din sol și apă.

Inelul din centru ilustrează procesul de oxidare (O) și reducere (R), datorită căruia schimbul de sulf are loc între bazinul de sulfat disponibil și bazinul de sulfuri de fier, situat adânc în sol și sedimente.

Figura: 10. Ciclul sulfului. Inelul din centru ilustrează procesul de oxidare (0) și reducere (R), datorită căruia schimbul de sulf are loc între bazinul de sulfat disponibil și bazinul de sulfuri de fier situat adânc în sol și sedimente.

Principala acumulare de sulf are loc în ocean, unde ionii de sulfat sunt alimentați continuu de pe uscat cu scurgeri fluviale. Când hidrogenul sulfurat este eliberat din ape, sulful este parțial returnat în atmosferă, unde este oxidat în dioxid, transformându-se în acid sulfuric în apa de ploaie. Utilizarea industrială a unor cantități mari de sulfați și sulf elementar și arderea combustibililor fosili eliberează cantități mari de dioxid de sulf în atmosferă. Daunează vegetației, animalelor, oamenilor și servește ca sursă de ploi acide, exacerbând efectele negative ale interferenței umane în ciclul sulfului.

Rata ciclului

Toate ciclurile de substanțe apar la viteze diferite (Fig. 11)

Astfel, ciclurile tuturor elementelor biogene de pe planetă sunt susținute de o interacțiune complexă a diferitelor părți. Acestea sunt formate din activitatea grupurilor de organisme de diferite funcții, sistemul de scurgere și evaporare care leagă oceanul și pământul, procesele de circulație a apei și maselor de aer, acțiunea forțelor gravitaționale, tectonica plăcilor litosferice și alte procese geologice și geofizice la scară largă.

Biosfera acționează ca un sistem complex unic în care au loc diferite cicluri de substanțe. Motorul principal al acestora circulația este materia vie a planetei, toate organismele vii,asigurarea proceselor de sinteză, transformare și descompunere a materiei organice.

Figura: 11. Rata de circulație a substanțelor (P. Cloud, A. Jibor, 1972)

Viziunea ecologică a lumii se bazează pe ideea că fiecare creatură vie este înconjurată de mulți factori diferiți care o influențează, care își formează habitatul în complex - un biotop. Prin urmare, biotop - o bucată de teritoriu omogenă în ceea ce privește condițiile de viață pentru anumite specii de plante sau animale (pantă de râpă, parc forestier urban, lac mic sau parte dintr-unul mare, dar cu condiții uniforme - partea de coastă, partea de apă adâncă).

Organismele caracteristice unui anumit biotop alcătuiesc comunitatea vieții sau biocenoza (animale, plante și microorganisme ale lacului, pajiștii, fâșiei de coastă).

Comunitatea vitală (biocenoza) formează un singur întreg cu biotopul său, care se numește sistem ecologic (ecosistem). Un exemplu de ecosisteme naturale este un furnicar, un lac, un iaz, o pajiște, o pădure, un oraș, o fermă. Exemplul clasic de ecosistem artificial este nava spațială. După cum puteți vedea, nu există o structură spațială strictă aici. Aproape de conceptul de ecosistem este conceptul biogeocenoza.

Principalele componente ale ecosistemelor sunt:

• mediu neînsuflețit (abiotic). Acestea sunt apă, minerale, gaze, precum și substanțe organice și humus;
• componente biotice. Acestea includ: producători sau producători (plante verzi), consumatori sau consumatori (creaturi vii care se hrănesc cu producători) și descompunători sau descompunători (microorganisme).

Natura acționează în cel mai înalt grad economic. Astfel, biomasa creată de organisme (substanța corpurilor organismelor) și energia conținută în acestea sunt transferate către alți membri ai ecosistemului: animalele mănâncă plante, aceste animale sunt mâncate de alte animale. Acest proces se numește lanț alimentar sau trofic. În natură, lanțurile alimentare se suprapun adesea, formând o rețea trofică.

Exemple de rețele alimentare: plantă - erbivor - prădător; cereale - șoareci de câmp - vulpe etc. și rețeaua alimentară sunt prezentate în Fig. 12.

Astfel, starea de echilibru din biosferă se bazează pe interacțiunea factorilor de mediu biotici și abiotici, care se menține datorită schimbului continuu de materie și energie între toate componentele ecosistemelor.

În ciclurile închise ale ecosistemelor naturale, alături de alții, trebuie să participe doi factori: prezența descompunerilor și furnizarea constantă de energie solară. În ecosistemele urbane și artificiale, există puțini sau deloc descompunători; prin urmare, se acumulează deșeuri lichide, solide și gazoase, poluând mediul.

Figura: 12. Rețeaua alimentară și direcția fluxului de materie

În această lucrare, vă sugerăm să luați în considerare ce este un ciclu biologic. Care sunt funcțiile și semnificația sa pentru planeta noastră. Vom fi, de asemenea, atenți la problema sursei de energie pentru punerea sa în aplicare.

Ce altceva trebuie să știți înainte de a lua în considerare ciclul biologic este că planeta noastră constă din trei cochilii:

• litosfera (coajă tare, aproximativ vorbind, acesta este terenul pe care mergem);
• hidrosfera (unde toată apa poate fi atribuită, adică mări, râuri, oceane și așa mai departe);
• atmosferă (coajă gazoasă, aerul pe care îl respirăm).

Există limite clare între toate straturile, dar ele sunt capabile să pătrundă reciproc fără nicio dificultate.

Ciclul substanțelor

Toate aceste straturi alcătuiesc biosfera. Ce este un ciclu biologic? Acesta este momentul în care substanțele se mișcă în toată biosfera, și anume în sol, aer, în organismele vii. Această circulație nesfârșită se numește ciclu biologic. De asemenea, este important să știm că totul începe și se termină în plante.

Un proces incredibil de complex este ascuns dedesubt. Orice substanță din sol și atmosferă intră în plante, apoi în alte organisme vii. Apoi, în corpurile care le-au înghițit, alți compuși complecși încep să se dezvolte activ, după care aceștia din urmă ies afară. Putem spune că acesta este un proces în care se exprimă interconectarea a tot ceea ce este pe planeta noastră. Organismele interacționează între ele, acesta este singurul mod în care existăm până în prezent.

Atmosfera nu a fost întotdeauna așa cum o știm. Anterior, învelișul nostru aerian era foarte diferit de cel actual, și anume, era saturat cu dioxid de carbon și amoniac. Cum au apărut atunci oamenii care folosesc oxigenul pentru a respira? Ar trebui să mulțumim plantelor verzi care au reușit să aducă starea atmosferei noastre în forma de care oamenii au nevoie. Aerul și plantele sunt absorbite de erbivore, sunt incluse și în meniul prădătorilor. Când animalele mor, rămășițele lor sunt procesate de microorganisme. Astfel se obține humusul, care este necesar pentru creșterea plantelor. După cum puteți vedea, cercul este complet.

Sursa de energie

Ciclul biologic este imposibil fără energie. Care sau cine este sursa de energie pentru organizarea acestui schimb? Desigur, sursa noastră de energie termică este steaua Soare. Ciclul biologic este pur și simplu imposibil fără sursa noastră de căldură și lumină. Soarele se încălzește:

• aer;
• sol;
• vegetație.

În timpul încălzirii, apa se evaporă, care începe să se acumuleze în atmosferă sub formă de nori. Toată apa se va întoarce în cele din urmă la suprafața Pământului ca ploaie sau zăpadă. La întoarcere, ea satură solul și este aspirată de rădăcinile diferiților copaci. Dacă apa a reușit să pătrundă foarte adânc, atunci reaprovizionează rezervele de apă subterană, iar unele dintre ele revin chiar la râuri, lacuri, mări și oceane.

După cum știți, atunci când respirăm, absorbim oxigen și expirăm dioxid de carbon. Deci, copacii au nevoie și de energie solară pentru a procesa dioxidul de carbon și a returna oxigenul în atmosferă. Acest proces se numește fotosinteză.

Cicluri ale ciclului biologic

Să începem această secțiune cu conceptul de „proces biologic”. Este un fenomen recurent. Putem observa care și care constau din procese biologice care se repetă constant la intervale regulate.

Procesul biologic poate fi văzut peste tot, este inerent tuturor organismelor care trăiesc pe planeta Pământ. De asemenea, face parte din toate nivelurile organizației. Adică, atât în \u200b\u200binteriorul celulei, cât și în biosferă, putem observa aceste procese. Putem distinge mai multe tipuri (cicluri) de procese biologice:

• intraday;
• indemnizație zilnică;
• sezonier;
• anual;
• perene;
• veche de secole.

Cele mai pronunțate sunt ciclurile anuale. Le vedem mereu și peste tot, trebuie doar să ne gândim puțin la această problemă.

Apă

Acum vă invităm să luați în considerare ciclul biologic din natură folosind exemplul apei, cel mai comun compus de pe planeta noastră. Are multe capacități, ceea ce îi permite să participe la multe procese atât în \u200b\u200binteriorul corpului, cât și în afara acestuia. Viața tuturor ființelor vii depinde de circulația Н 2 О în natură. Fără apă, nu am exista și planeta ar fi ca un deșert fără viață. Ea este capabilă să participe la toate procesele vitale. Adică, putem trage următoarea concluzie: toate ființele vii de pe planeta Pământ au nevoie pur și simplu de apă curată.

Dar apa este întotdeauna poluată ca urmare a oricăror procese. Cum să vă asigurați atunci cu o sursă inepuizabilă de apă potabilă curată? Natura s-a îngrijorat de acest lucru, ar trebui să mulțumim pentru existența acelui ciclu al apei în natură. Am discutat deja cum se întâmplă toate acestea. Apa se evaporă, se colectează în nori și precipită (ploaie sau zăpadă). Acest proces este denumit de obicei „ciclul hidrologic”. Se bazează pe patru procese:

• evaporare;
• condensare;
• precipitare;
• scurgerea apei.

Există două tipuri de cicluri ale apei: mare și mic.

Carbon

Acum vom analiza modul în care apare biologic în natură. De asemenea, este important să știm că în ceea ce privește procentul de substanțe ocupă doar locul 16. Poate apărea sub formă de diamante și grafit. Iar procentul său în cărbune depășește nouăzeci la sută. Carbonul este chiar inclus în atmosferă, dar conținutul său este foarte mic, aproximativ 0,05%.

În biosferă, datorită carbonului, se creează o masă de diverși compuși organici, necesari tuturor ființelor vii de pe planeta noastră. Luați în considerare procesul de fotosinteză: plantele absorb dioxidul de carbon din atmosferă și îl reciclează, ca urmare avem o varietate de compuși organici.

Fosfor

Semnificația ciclului biologic este destul de mare. Chiar dacă luăm fosfor, acesta se găsește în cantități mari în oase, ceea ce este esențial pentru plante. Sursa principală este apatita. Poate fi găsit în roca magmatică. Organismele vii sunt capabile să o obțină de la:

• sol;
• resurse de apă.

Se găsește și în corpul uman, și anume, face parte din:

• proteine;
• acid nucleic;
• țesut osos;
• lecitine;
• fitins și așa mai departe.

Fosforul este necesar pentru acumularea de energie în organism. Când un organism moare, se întoarce la sol sau la mare. Acest lucru promovează formarea rocilor bogate în fosfor. Acest lucru este de o mare importanță în ciclul biogen.

Azot

Vom analiza acum ciclul azotului. Înainte de aceasta, observăm că reprezintă aproximativ 80% din volumul total al atmosferei. De acord, această cifră este destul de impresionantă. Pe lângă faptul că reprezintă baza compoziției atmosferei, azotul se găsește în organismele vegetale și animale. Îl putem găsi sub formă de proteine.

În ceea ce privește ciclul azotului, putem spune acest lucru: nitrații sunt formați din azotul atmosferic, care sunt sintetizați de plante. Procesul de creare a nitraților este denumit în mod obișnuit fixarea azotului. Când o plantă moare și putrezește, azotul conținut în ea intră în sol sub formă de amoniac. Acesta din urmă este procesat (oxidat) de organismele care trăiesc în soluri, astfel încât apare acidul azotic. Este capabil să reacționeze cu carbonați care sunt saturați cu solul. În plus, trebuie menționat că azotul este eliberat în formă pură ca urmare a degradării sau arderii plantelor.

Sulf

La fel ca multe alte elemente, este foarte strâns legat de organismele vii. Sulful pătrunde în atmosferă ca urmare a erupțiilor vulcanice. Sulfura sulfuroasă poate fi procesată de microorganisme, așa că se nasc sulfați. Acestea din urmă sunt absorbite de plante, sulful face parte din uleiurile esențiale. În ceea ce privește organismul, putem găsi sulf în:

• aminoacizi;
• proteine.

• Lecție introductivă este gratuit;
• Un număr mare de profesori cu experiență (nativi și vorbitori de limbă rusă);
• Cursurile NU sunt pentru o anumită perioadă (lună, șase luni, un an), ci pentru un anumit număr de clase (5, 10, 20, 50);
• Peste 10.000 de clienți mulțumiți.
• Costul unei lecții cu un profesor de limbă rusă - de la 600 de ruble, cu un vorbitor nativ - de la 1500 de ruble

Ciclul substanțelor din biosferă

Baza pentru auto-întreținerea vieții pe Pământ este cicluri biogeochimice... Toate elementele chimice utilizate în procesele de activitate vitală ale organismelor fac mișcări constante, trecând de la corpuri vii la compuși de natură neînsuflețită și înapoi. Posibilitatea utilizării multiple a aceluiași atom face viața pe Pământ practic eternă, cu condiția unui flux constant al cantității necesare de energie.

Tipuri de cicluri de substanță. Biosfera Pământului este caracterizată într-un anumit mod de ciclul format al substanțelor și de fluxul de energie. Ciclul substanțelor – participarea multiplă a substanțelor la procesele care au loc în atmosferă, hidrosferă și litosferă, inclusiv acele straturi care fac parte din biosfera Pământului. Circulația substanțelor se realizează cu un flux continuu (flux) al energiei externe a Soarelui și a energiei interne a Pământului.

În funcție de forța motrice, cu un anumit grad de convenționalitate, în cadrul ciclului substanțelor, se pot distinge ciclurile geologice, biologice și antropice. Înainte de apariția omului pe Pământ, doar primele două au fost realizate.

Circulația geologică (mare circulație a substanțelor în natură) – circulația substanțelor, a căror forță motrice sunt procesele geologice exogene și endogene.

Procese endogene (procesele dinamicii interne) apar sub influența energiei interne a Pământului. Aceasta este energia eliberată ca urmare a decăderii radioactive, reacțiilor chimice de formare a mineralelor, cristalizării rocilor etc. Procesele endogene includ: mișcări tectonice, cutremure, magmatism, metamorfism. Procese exogene (procesele dinamicii externe) continuă sub influența energiei externe a Soarelui. Procesele exogene includ degradarea rocilor și mineralelor, îndepărtarea produselor de distrugere din unele părți ale scoarței terestre și transferul acestora în zone noi, depunerea și acumularea de produse de distrugere cu formarea rocilor sedimentare. Procesele exogene includ activitatea geologică a atmosferei, a hidrosferei (râuri, cursuri temporare, ape subterane, mări și oceane, lacuri și mlaștini, gheață), precum și a organismelor vii și a oamenilor.

Cele mai mari forme de relief (continente și depresiuni oceanice) și forme mari (munți și câmpii) s-au format datorită proceselor endogene, și forme de relief medii și mici (văi de râu, dealuri, râpe, dune etc.), suprapuse pe forme mai mari, - datorită proceselor exogene. Astfel, procesele endogene și exogene sunt opuse în acțiunea lor. Primele duc la formarea unor forme mari de relief, iar al doilea la netezirea lor.

Ca urmare a intemperiilor, rocile magmatice sunt transformate în roci sedimentare. În zonele mobile ale scoarței terestre, acestea se scufundă adânc în Pământ. Acolo, sub influența temperaturilor și presiunilor ridicate, acestea se refund și formează magmă, care, ridicându-se la suprafață și solidificându-se, formează roci magmatice.

Astfel, circulația geologică a substanțelor are loc fără participarea organismelor vii și realizează redistribuirea materiei între biosferă și straturile mai adânci ale Pământului.

Ciclul biologic (biogeochimic) (ciclul mic de substanțe din biosferă) – circulația substanțelor, a căror forță motrice este activitatea organismelor vii. Spre deosebire de marea geologie, circulația biogeochimică mică a substanțelor are loc în cadrul biosferei. Principala sursă de energie pentru ciclu este radiația solară, care generează fotosinteza. În ecosistem, substanțele organice sunt sintetizate de autotrofe din substanțe anorganice. Acestea sunt apoi consumate de heterotrofi. Ca urmare a excreției în procesul de activitate vitală sau după moartea organismelor (atât autotrofe, cât și heterotrofe), substanțele organice suferă mineralizare, adică transformarea în substanțe anorganice. Aceste substanțe anorganice pot fi utilizate din nou pentru sinteza substanțelor organice de către autotrofi.

În ciclurile biogeochimice, trebuie distinse două părți:

1) fond de rezervă - este o parte a unei substanțe care nu este asociată cu organismele vii;

2) fond de schimb - o parte mult mai mică a substanței, care este asociată cu schimbul direct între organisme și mediul lor imediat. În funcție de locația fondului de rezervă, ciclurile biogeochimice pot fi împărțite în două tipuri:

1) Gyres de tip gaz cu un fond de rezervă de substanțe din atmosferă și hidrosferă (cicluri de carbon, oxigen, azot).

2) Girurile sedimentare cu un fond de rezervă în scoarța terestră (cicluri de fosfor, calciu, fier etc.).

Girurile de tip gaz sunt mai perfecte, deoarece au un fond mare de schimb, ceea ce înseamnă că sunt capabile de autoreglare rapidă. Ciclurile de tip sedimentar sunt mai puțin perfecte, sunt mai inerte, deoarece cea mai mare parte a substanței este conținută în fondul de rezervă al scoarței terestre într-o formă „inaccesibilă” organismelor vii. Astfel de cicluri sunt ușor perturbate de diferite tipuri de influențe, iar o parte din materialul schimbat părăsește ciclul. Poate reveni din nou în circulație numai ca urmare a proceselor geologice sau prin extracție cu materia vie. Cu toate acestea, este mult mai dificil de extras substanțele necesare organismelor vii din scoarța terestră decât din atmosferă.

Intensitatea ciclului biologic este determinată în primul rând de temperatura ambiantă și de cantitatea de apă. De exemplu, ciclul biologic este mai intensiv în pădurile tropicale tropicale decât în \u200b\u200btundră.

Odată cu apariția omului, a apărut o circulație antropică sau un metabolism al substanțelor. Circulație antropică (schimb) – circulația (metabolismul) substanțelor, a căror forță motrice este activitatea umană. Poate fi împărțit în două componente: biologic, asociată cu funcționarea unei persoane ca organism viu și tehnic, legate de activitățile economice ale oamenilor (circulație tehnogenică).

Ciclurile geologice și biologice sunt în mare parte închise, ceea ce nu se poate spune despre ciclul antropic. Prin urmare, adesea vorbesc nu despre circulația antropogenă, ci despre metabolismul antropogen. Deschiderea circulației antropice a substanțelor duce la epuizarea resurselor naturale și poluarea mediului natural - principalele cauze ale tuturor problemelor de mediu ale omenirii.

Cicluri de nutrienți și elemente de bază. Luați în considerare ciclurile substanțelor și elementelor cele mai semnificative pentru organismele vii. Ciclul apei aparține geologicului mare, iar ciclurilor elementelor biogene (carbon, oxigen, azot, fosfor, sulf și alte elemente biogene) - micilor biogeochimici.

Ciclul apei între uscat și ocean prin atmosferă aparține marelui ciclu geologic. Apa se evaporă de la suprafața Oceanului Mondial și este fie transportată pe uscat, unde cade sub formă de precipitații, care se întoarce din nou în ocean sub formă de scurgere de suprafață și subterană, fie cade sub formă de precipitații pe suprafața oceanului. Peste 500 de mii de km3 de apă participă anual la ciclul apei pe Pământ. Ciclul apei în ansamblu joacă un rol major în formare condiții naturale pe planeta noastră. Luând în considerare transpirația apei de către plante și absorbția acesteia în ciclul biogeochimic, întreaga sursă de apă de pe Pământ se dezintegrează și se recuperează în 2 milioane de ani.

Ciclul carbonului. Producătorii captează dioxidul de carbon din atmosferă și îl transformă în materie organică, consumatorii absorb carbonul sub formă de materie organică cu corpurile producătorilor și consumatorilor de ordin inferior, reducătorii mineralizează materia organică și returnează carbonul în atmosferă sub formă de dioxid de carbon. În oceane, ciclul carbonului este complicat de faptul că o parte din carbonul conținut în organismele moarte se scufundă până la fund și se acumulează în roci sedimentare. Această parte a carbonului este exclusă din ciclul biologic și intră în ciclul geologic al substanțelor.

Pădurile sunt principalul rezervor de carbon legat biologic; conțin până la 500 de miliarde de tone din acest element, care reprezintă 2/3 din aprovizionarea sa în atmosferă. Intervenția umană în ciclul carbonului (arderea cărbunelui, petrolului, gazelor, dezumificarea) duce la creșterea conținutului de CO2 în atmosferă și la dezvoltarea efectului de seră.

Rata ciclului de CO2, adică timpul necesar pentru ca tot dioxidul de carbon din atmosferă să treacă prin materia vie, este de aproximativ 300 de ani.

Ciclul oxigenului. În principal, ciclul oxigenului are loc între atmosferă și organismele vii. Practic, oxigenul liber (0 ^) pătrunde în atmosferă ca urmare a fotosintezei plantelor verzi și este consumat în procesul de respirație de către animale, plante și microorganisme și în timpul mineralizării reziduurilor organice. O cantitate mică de oxigen se formează din apă și ozon atunci când este expusă la radiații ultraviolete. O cantitate mare de oxigen este consumată pentru procesele oxidative din scoarța terestră, în timpul erupțiilor vulcanice etc. Cota principală a oxigenului este produsă de plantele terestre - aproape 3/4, restul - de organismele fotosintetice ale Oceanului Mondial. Viteza ciclului este de aproximativ 2 mii de ani.

S-a stabilit că 23% din oxigen, care se formează în procesul de fotosinteză, este consumat anual pentru nevoile industriale și domestice, iar această cifră este în continuă creștere.

Ciclul azotului. Aprovizionarea cu azot (N2) în atmosferă este enormă (78% din volumul său). Cu toate acestea, plantele nu pot absorbi azotul liber, ci doar într-o formă legată, în principal sub formă de NH4 + sau NO3–. Azotul liber din atmosferă este legat de bacterii fixatoare de azot și transformat în forme accesibile plantelor. La plante, azotul este fixat în materia organică (în proteine, acizi nucleici etc.) și se transmite de-a lungul lanțurilor alimentare. După moartea organismelor vii, descompunătorii mineralizează substanțele organice și le transformă în compuși de amoniu, nitrați, nitriți, precum și azot liber, care este returnat în atmosferă.

Nitrații și nitriții sunt foarte solubili în apă și pot migra către apele subterane și plante și pot fi transmiși prin lanturile alimentare... Dacă numărul lor este prea mare, ceea ce se observă adesea cu utilizarea necorespunzătoare a îngrășămintelor cu azot, atunci apa și alimentele sunt poluate și provoacă boli umane.

Ciclul fosforului. Cea mai mare parte a fosforului se găsește în roci formate în epocile geologice trecute. Fosforul este inclus în circulația biogeochimică ca urmare a degradării rocilor. În ecosistemele terestre, plantele extrag fosfor din sol (în principal sub formă de PO43–) și îl includ în compuși organici (proteine, acizi nucleici, fosfolipide etc.) sau îl lasă sub formă anorganică. Apoi, fosforul este transferat prin circuitele alimentare. După moartea organismelor vii și cu excrețiile lor, fosforul revine în sol.

Cu utilizarea necorespunzătoare a îngrășămintelor cu fosfor, eroziunea solului cu apă și vânt, se elimină cantități mari de fosfor din sol. Pe de o parte, acest lucru duce la supra-cheltuirea îngrășămintelor cu fosfor și la epuizarea rezervelor de minereuri care conțin fosfor (fosforite, apatite etc.). Pe de altă parte, afluxul de cantități mari de elemente biogene precum fosfor, azot, sulf etc. din sol în corpurile de apă determină dezvoltarea rapidă a cianobacteriilor și a altor plante acvatice (apa „înflorește”) și eutrofizare rezervoare. Dar cea mai mare parte a fosforului este transportată la mare.

În ecosistemele acvatice, fosforul este asimilat de fitoplancton și transferat de-a lungul lanțului trofic până la păsările marine. Excrementele lor fie sfârșesc imediat înapoi în mare, fie se acumulează mai întâi pe țărm, apoi sunt încă spălate în mare. Din animalele marine pe moarte, în special peștii, fosforul pătrunde din nou în mare și în ciclu, dar o parte din scheletele de pești ating adâncimi mari, iar fosforul conținut în ele pătrunde din nou în rocile sedimentare, adică este oprit din ciclul biogeochimic.

Ciclul sulfului. Principalul fond de rezervă pentru sulf se găsește în sedimente și sol, dar spre deosebire de fosfor, există un fond de rezervă în atmosferă. Rolul principal în implicarea sulfului în circulația biogeochimică revine microorganismelor. Unii dintre ei sunt agenți de reducere, alții sunt agenți de oxidare.

În roci, sulful se găsește sub formă de sulfuri (FeS2 etc.), în soluții - sub formă de ion (SO42–), în faza gazoasă sub formă de hidrogen sulfurat (H2S) sau dioxid de sulf (SO2). La unele organisme, sulful se acumulează în forma sa pură și, când acestea se sting, se formează depozite de sulf nativ la fundul mării.

În ecosistemele terestre, sulful pătrunde în plante din sol în principal sub formă de sulfați. În organismele vii, sulful este conținut în proteine, sub formă de ioni etc. După moartea organismelor vii, o parte din sulful din sol este redus de microorganisme la Н2S, cealaltă parte este oxidată în sulfați și este reintegrată în ciclu. Hidrogenul sulfurat format scapă în atmosferă, este oxidat acolo și se întoarce în sol cu \u200b\u200bprecipitații.

Arderea umană a combustibililor fosili (în special cărbunele), precum și emisiile din industria chimică, duc la acumularea de dioxid de sulf (SO2) în atmosferă, care reacționează cu vapori de apă și cade la sol sub formă de ploi acide.

Ciclurile biogeochimice nu sunt la fel de mari ca cele geologice și sunt influențate semnificativ de oameni. Activitatea economică le încalcă izolarea, devin aciclice.

Existența îndelungată a vieții pe Pământ este posibilă datorită circulației constante a substanțelor în biosferă. Toate elementele care se află pe planetă sunt în cantități limitate. Utilizarea tuturor rezervelor ar duce la dispariția tuturor viețuitoarelor. Prin urmare, există mecanisme în natură care asigură deplasarea compușilor chimici de la natura vie la cea non-vie și înapoi.

Tipuri de circulație a substanțelor

Utilizarea repetată a elementelor existente contribuie la constanța proceselor de viață cu o cantitate suficientă de resurse energetice. Principala sursă de energie care asigură circulația substanțelor în biosferă este Soarele.

Există trei cicluri: geologic, biogeochimic și antropic (apărut după apariția omenirii).

Geologic

Circulația geologică sau mare a substanțelor funcționează datorită proceselor geologice externe și interne.

Procesele endogene (profunde) apar sub influența energiei interne a planetei. Sursa sa este radioactivitatea, precum și o serie de reacții biochimice în timpul formării mineralelor etc. Procesele profunde includ: mișcarea scoarței terestre, cutremure, apariția topirilor magmatice, transformarea rocilor solide.

Procesele exogene sunt cauzate de influența energiei solare. Principalele sunt: \u200b\u200bdistrugerea și alterarea rocilor minerale și organice, transferul acestor rămășițe în alte zone ale pământului, formarea rocilor sedimentare. Procesele exogene includ și activitățile faunei sălbatice și ale oamenilor.

Continentele, depresiunile de pe fundul oceanului sunt rezultatul influenței factorilor endogeni, iar modificări minore în topografia existentă s-au format sub influența proceselor exogene (dealuri, râpe, dune). De fapt, activitatea factorilor endogeni și exogeni este îndreptată unul către celălalt. Endogenii sunt responsabili pentru crearea formelor de relief mari, în timp ce cele exogene le netezesc.

Topitura de silicat a scoarței terestre (magma), după intemperii, se transformă în roci sedimentare. Trecând prin straturile în mișcare ale scoarței terestre, acestea coboară în adâncurile pământului, unde se topesc și se transformă în magmă. Acesta erupe din nou la suprafață și, după solidificare, se transformă în roci magmatice.

Astfel, marea circulație asigură un schimb constant de materie între biosferă și adâncurile Pământului.

Biochimic

Circulația biogeochimică sau mică se efectuează datorită interacțiunii tuturor ființelor vii. Diferența față de cea geologică este că cea mică este limitată de limitele biosferei.

Datorită energiei solare, aici are loc un proces important - fotosinteza. În acest caz, substanțele organice sunt produse de autotrofe, prin sinteză din cele anorganice. Apoi sunt absorbiți de heterotrofi. După aceea, cadavrele animalelor și plantelor sunt mineralizate (se transformă în produse anorganice). Substanțele anorganice rezultate sunt din nou utilizate de organismele autotrofe.

Circulația mică a substanțelor este împărțită în două componente:

• Fond de rezervă - acea fracțiune de substanțe care nu sunt încă folosite de indivizi vii;
• fond de schimb - o mică fracțiune dintr-o substanță implicată în procesele metabolice.

Fondul de rezervă este împărțit în 2 tipuri:

• Tipul de gaz este un fond de rezervă de aer și apă (sunt implicate următoarele elemente: C, O, N);
• tip sedimentar - un fond de rezervă, care este situat în învelișul solid al pământului (sunt implicate următoarele elemente: P, Ca, Fe).

Procesele metabolice intensive sunt posibile cu aport suficient de apă și condiții optime de temperatură. Prin urmare, în latitudinile tropicale, circulația se desfășoară mai repede decât în \u200b\u200bcele nordice.

Care este funcția circulației substanțelor în biosferă?

Unitatea biosferei este menținută de circulația materiei și a energiei. Interacțiunea lor constantă susține viața pe întreaga planetă. Carbonul este unul dintre elementele esențiale ale ființelor vii. Ciclul carbonului este susținut de activitățile florei.

Carbonul intră în ciclul substanțelor din biosferă și îl completează sub formă de dioxid de carbon. În timpul fotosintezei, dioxidul de carbon este absorbit din atmosferă, care este transformat de către organismele fotosintetice în carbohidrați. CO 2 revine în timpul respirației.

Azotul este un element important, o parte structurală a ADN-ului, ATP-ului, proteinelor. Este reprezentat în principal de azot molecular și, în această formă, nu este absorbit de plante. Ciclul azotului este promovat de bacterii și cianobacterii. Ele pot transforma moleculele N în compuși care sunt disponibili plantelor. După moarte, materia organică cedează acțiunii bacteriilor saprogene și se descompune în amoniac. O parte din acestea se ridică în atmosfera superioară și, împreună cu dioxidul de carbon, păstrează căldura planetei.

Funcția și semnificația organismelor vii

Toate ființele vii participă la circulația substanțelor, în timp ce asimilează unele substanțe și eliberează altele. Există o serie de funcții pe care le îndeplinesc organismele vii.

1. Energie
2. Gaz
3. Concentraţie
4. Reducând oxidativ
5. Distructiv
6. Transport
7. Formarea mediului

Rolul descompunerilor în ciclul substanțelor

Reductorii din procesul ciclului substanțelor returnează mineralele și resursele de apă în sol, în timp ce acestea devin disponibile pentru organismele autotrofe. Astfel, toată natura vie nu poate exista fără descompunători. Ciupercile și bacteriile sunt reprezentanți tipici ai descompunerilor.

Importanța bacteriilor

Bacteriile joacă un rol imens în ciclul substanțelor din biosferă. Importanța microorganismelor este determinată în principal de apariția lor pe scară largă și de procesele metabolice rapide.

Bacteriile descompun compuși organici ai plantelor moarte și eliberează carbon în biosferă. De asemenea, bacteriile sunt capabile să efectueze reacții chimice inaccesibile altor ființe vii (bacterii care fixează azotul).

Care este rolul ciupercilor în ciclul substanțelor din biosferă?

Aceștia transformă compușii organici în compuși anorganici, care devin o sursă de nutriție pentru plante. De asemenea, unele ciuperci sunt implicate în formarea solului. Materia organică acumulată în corpul ciupercii se transformă în humus după ce aceasta moare.

Acasă » Tehnologie » Ce organisme sunt implicate în circulația substanțelor. Ciclul substanțelor din biosferă, speciile geologice și biochimice, importanța organismelor vii