Kas yra biotinis ciklas? Kaip uždara sistema, ji sėkmingai veikia kelis milijardus metų.
Pabandykime išsiaiškinti, kas yra biotinis ciklas.
Funkcijos
Negyvus augalus ir organizmų liekanas apdoroja vabzdžiai, grybai, bakterijos ir pirmuonys. Gyvūnai ir augalai palaipsniui virsta elementariais organiniais ir mineraliniais junginiais. Biotinis ciklas apima šių medžiagų patekimą į dirvą, vėliau jas suvartoja augalai. Procesui būdingas užsidarymas, tęstinumas, irimas, galutinių junginių irimas. Tai ištisinis ratas, valdantis gyvybę planetoje.
Svarbumas
Botinis anglies ciklas sausumos ekosistemose bus nagrinėjamas naudojant fosforo pavyzdį. Pakankamas šio elemento kiekis randamas nepaliestų dirvožemių humusinguose horizontuose, taip pat miško paklotėje. Ciklo dėka biosferoje galima sukaupti apie 106-107 tonas fosforo. Natūralių pievų stepių fitomasėje šio elemento yra apie 30 kg/ha, to žinduoliams visiškai pakanka.
Energijos mainai
Botinis ciklas apima energijos mainus. Jos esmė susiveda į tai, kad maisto (trofinių) virsmų grandinėje energija neišnyksta, bet stebimas jos virsmas iš vieno tipo į kitą.
Saulės energija paverčiama panašiu procesu visais lygmenimis. Tiesioginis saulės energijos suvartojimas būdingas tik žaliesiems augalams fotosintezės metu.
Jie iš anglies dioksido ir vandens sukuria organinį junginį (gliukozę) ir kaupia energiją. Augalų lapai į šį cheminį procesą įtraukiami tik esant saulės šviesai ir chlorofilui.
Proceso funkcijos
Kai kuriais žmonijos egzistavimo laikotarpiais biotinis medžiagų ciklas buvo sutrikdytas. Buvo pašalintas tik perteklius, kuris buvo nusodintas kaip dujos, anglis, nafta, kalkakmenis ir kiti organiniai mineralai.
Deginant naftą ar anglį krosnyse (varikliuose), išsiskiria ir naudojama energija, kurią biosfera sukaupė per milijonus metų. Anksčiau tokie pertekliainešiukšlino biosferą, jų neigiamas poveikis biotiniam ciklui nepastebėtas. Šiandien viskas kitaip.
Specifiniai duomenys
Gyvūnų įvairovė yra svarbi sėkmingam ciklo įgyvendinimui. Viena rūšis nepajėgs suskaidyti biogeocenozėje esančių augalų organinių medžiagų iki galutinių produktų. Jis suardo tik dalį jų, taip pat kai kuriuos juose esančius organinius junginius. Tinklai ir maisto grandinės formuojasi panašiai.
Biocenozėje atmosfera yra svarbi. Tai padeda palaikyti biologinį energijos ir medžiagų ciklą, taip pat užtikrinti vandens balansą.
Teršalas gali suskaidyti į formas, kurios gali būti įtrauktos į vėlesnius ciklo etapus ir būti pasisavinamos gyvų organizmų.
Ciklas pagrįstas mikroorganizmų atliekamu teršalų skaidymu ir absorbcija, jis priklauso nuo tiesiogiai cikle dalyvaujančių cheminių elementų aktyvumo ir kiekio.
Ekosistema yra neorganinių ir organinių komponentų, kuriuose vyksta biotinis medžiagų ciklas, suma.
Proceso diagrama
Augalai, gaudami nuolatinį energijos srautą iš Saulės, iš neorganinių medžiagų sudaro pirminius produktus. Likusiose ciklo grandyse vyksta pokyčiai ir energijos praradimas. Gamintojai, vartotojai, skaidytojai ekosistemoje suvartoja pirminės produkcijos gyvąją medžiagą. Gyvūnai tokiam procesui sunaudoja daug kartų daugiau žemiausio lygio gyvųjų medžiagų, todėl bendras kiekis sumažėjaenergijos atsargas. Tiražas užtikrinamas sąveikaujant trims grupėms.
Pirmąją grupę sudaro gamintojai. Tai apima žalius augalus, kurie aktyviai dalyvauja fotosintezėje. Tokios medžiagos taip pat yra bakterijos, galinčios chemosintezę. Jie sudaro pirminę organinę medžiagą.
Antra grupė – pirmos eilės vartotojai. Jie yra organinių medžiagų vartotojai. Tai apima plėšrūnus, taip pat pirmuonius. Gyvūnai, priskiriami plėšrūnams, apie 250 skirtingų rūšių.
Trečioji grupė – destruktoriai (skaidytojai), kurie negyvas organines medžiagas skaido į mineralus. Tai yra grybai, bakterijos ir pirmuonys. Saulės energijos kaupimas vyksta kylančioje ciklo šakoje dėl fotosintezės. Šiame etape augalai sintetina organines medžiagas iš azoto, vandens, anglies dioksido.
Energijos sąnaudos
Ką dar laiko biologija? Augalų kvėpavimas jame užima svarbią vietą, nes šis procesas beveik pusę organinės medžiagos oksiduoja į anglies dioksidą, grąžindamas ją į atmosferą.
Antras pagal dydį organinių junginių ir sukauptos energijos panaudojimo variantas yra pirmosios eilės augalų vartotojų naudojimas. Energija, kurią fitofagai sukaupia su maistu, išleidžiama gyvybei, kvėpavimui ir dauginimuisi. Ji išsiskiria su išmatomis.
Žolėėdžiai gyvūnai yra maistas mėsėdžiams (aukščiausio trofinio lygio vartotojams). Jie savo ruožtu eikvoja energiją,sukaupta su maistu, panašiai kaip žolėdžiai gyvūnai.
Elementų ryšys
Atskira ekosistemos grandis į aplinką tiekia organines liekanas. Jie tarnauja kaip energijos ir maisto š altinis saprofaginiams gyvūnams (grybeliams, bakterijoms). Paskutinis angliavandenių konversijos etapas yra humifikacijos procesas, vėliau humuso oksidacija į anglies dioksidą ir pelenų fragmentų mineralizacija. Tada jie vėl patenka į atmosferą ir dirvožemį, tapdami maistu augalams.
Botinis ciklas yra nuolatinis organinių junginių susidarymo ir skaidymo procesas. Jis realizuojamas per visas tris organizmų grupes. Gyvenimas be gamintojų neįmanomas, nes jie yra gyvenimo pagrindas. Tik jie turi galimybę sukurti pirminę organinę medžiagą, be kurios tolesnis ciklas nepraeis.
Dėl skirtingų pirminės ir antrinės gamybos eilių vartotojų vartojimo, perėjimo iš vienos rūšies į kitą, Žemėje galimos įvairios formos. Reduktoriai, skaidantys organines medžiagas, grąžina ją į pirmąjį ciklo etapą.
Didelio masto cheminių komponentų migracijos ciklai sujungia išorinius planetos apvalkalus į vieną visumą, jie paaiškina evoliucijos tęstinumą.
Saulės energija veikia kaip biotinio ciklo varomoji jėga. Pagrindinis procesas, prisidedantis prie organinių medžiagų gamybos, yra fotosintezė. Tai įmanoma tik tada, kai žali augalai naudoja saulės energiją.
Augalų lapai (autotrofai),kurios sintetina gliukozę, „taupo“saulės energiją į organinį junginį. Iš kosmoso patekusi į biosferą energija kaupiasi augaluose, uolienose ir dirvožemyje. Saulė užtikrina cheminių elementų cirkuliaciją, leidžia savo ruožtu susidaryti neorganinėms ar organinėms medžiagoms.
Ką svarbu žinoti
Be anglies, deguonies, vandenilio, biotiniame cikle dalyvauja ir kiti biologiškai svarbūs elementai: kalcis, azotas, fosforas, silicis, kalis, natris, siera. Šis procesas taip pat neįmanomas be mikroelementų: jodo, cinko, bromo, molibdeno, sidabro, nikelio, švino, magnio. Elementų, kuriuos sugeria gyvoji medžiaga, sąraše yra net nuodų – arseno, seleno, gyvsidabrio, taip pat radioaktyvių komponentų (radžio, urano).
Dviračio greitis
Energijos mainai vyksta cikliškai. Biosferos gyvosios medžiagos atsinaujinimas atliekamas maždaug po 8 metų. Procesas vyksta daug greičiau vandenyne (po 33 dienų). Atmosferoje deguonis pakeičiamas per du tūkstančius metų, o anglies monoksidas – per 6 metus. Visiškas vandens pakeitimas hidrosferoje užtrunka 2800 metų.
Cheminių junginių, kuriuos galima naudoti biosferos komponentams, kiekis yra ribotas. Dėl jų išsekimo kai kurių organizmų grupių vystymasis vandenyne ir sausumoje yra slopinamas.
Tiražų parinktys
Tik energijos ir medžiagų cirkuliacijos dėka išlaikoma stabili biosferos būklė. Yra du variantai – geologinis (didelis) ir biogeocheminis (mažas).
Apsvarstykite pirmąjįciklo parinktis. Magminės uolienos, veikiamos biologinių, cheminių, fizinių veiksnių, virsta nuosėdinėmis uolienomis, ypač moliu ir smėliu. Jie taip pat gali atsirasti sintezuojant biogeninius mineralus (mirusius mikroorganizmus) iš jūrų ir vandenynų vandenų. Vandeningos birios nuosėdos palaipsniui kaupiasi rezervuaro dugne, sukietėja, formuoja tankias uolienas.
Tada vyksta jų transformacija, stebimi metamorfizmo procesai. Veikiant endogeninės energijos dalims, sluoksniai perlydomi ir susidaro magma. Kai jie iškyla į Žemės paviršių veikiami oro sąlygų, pernešimo, jie vėl virsta nuosėdinėmis uolienomis.
Didysis ciklas pasižymi egzogeninės (saulės) energijos sąveika su endogenine (giliąja) Žemės energija. Dėl šio proceso medžiaga perskirstoma tarp gilių horizontų ir planetos biosferos.
Tai taip pat apima vandens judėjimą tarp litosferos, atmosferos, hidrosferos, sukauptą saulės energijos. Pirmiausia vanduo išgaruoja nuo vandenyno paviršiaus (jūrų, ežerų, upių), tada grįžta į žemę kritulių pavidalu. Kompensuoti tokius procesus upės nuotėkis. Augmenija atlieka svarbų vaidmenį vandens cikle.
Maža cirkuliacija būdinga tik biosferai. Ciklai planetiniu mastu sukuriami iš cikliškų daugybinių atomų judėjimų, taip pat tų judėjimų, kuriuos sukelia vulkanizmas, jūros dugno judėjimas, vėjo energija, požeminiai srautai.
Apibendrinti
Biosferoje cirkuliuoja medžiagos,formuojantis biogeocheminius ciklus. Jiems dideliais kiekiais reikia šių elementų: deguonies, azoto, anglies, vandenilio. Jų cirkuliacija įmanoma dėl savireguliacijos procesų, kurių aktyviais dalyviais tampa kiti ekosistemų komponentai.
Visuose biosferos vystymosi etapuose veikia visuotinio ciklo uždarymo dėsnis. Tokio proceso pagrindas yra saulės energija, taip pat žalių augalų chlorofilas.
Visiškam organinių medžiagų skilimui, kurią sukuria žali augalai, reikia tiek deguonies, kiek išsiskiria fotosintezės metu. Dėl organinių medžiagų palaidojimo durpėse, anglis, nuosėdinėse uolienose atmosferoje palaikomas deguonies mainų fondas.
Dėl transporto, pramonės įmonių skaičiaus padidėjimo sutrinka deguonies ciklas gamtoje. Tai neigiamai veikia biosistemos gyvybingumą, veda prie mutacijų ir visiško kai kurių gyvų augalų ir gyvūnų rūšių išnykimo.
