Biogeocheminė medžiagų cirkuliacija biosferoje yra svarbiausias natūralus nepertraukiamo įvairių elementų mainų tarp negyvosios aplinkos ir organizmų (gyvūnų, augalų ir kt.) procesas. Viskas remiasi jų esminėmis savybėmis. Svarbiausi yra gebėjimas metabolizuotis, daugintis, perduoti paveldimas savybes.
Biogeocheminis azoto ciklas
Kiekvienas elementas turi savo reikšmę. Azotas vaidina svarbų vaidmenį įvairių organinių junginių sudėtyje. Nepaisant didelio azoto procento atmosferoje, jis nėra prieinamas augalams ir gyvūnams. Tam yra priežasčių. Energetiškai augalams naudingiau naudoti mineralinį azotą, o gyvūnams – kaip organinių junginių dalį.
Molekulinis azotas iš atmosferos yra surišamas azotą fiksuojančių mikroorganizmų ir prisideda prie jo kaupimosi dirvožemyje amoniako pavidalu. Kiti naudoja azotą iš negyvų organizmų. Jie taip pat prisideda prie amoniako kaupimosi. Jis virsta nitratais, kuriuos aktyviai naudoja augalai. Paprastai tai yra biogeocheminės medžiagos ypatybėsazoto ciklas. Taip pat apsvarstykite kitų natūralių medžiagų apykaitos procesą.
Biogeocheminio anglies, sieros ir fosforo ciklo ypatumai
Šie cheminiai elementai būtini kiekvienam gyvam organizmui. Tačiau jų gyvybiniai poreikiai tuo nesibaigia. Todėl mažame biologiniame cikle dalyvauja makroelementai (organizmų poreikis jiems gana didelis): kalis, magnis, natris; taip pat mikroelementai: boras, manganas, chloras ir kt.
Jie patenka į augalus iš dirvožemio, nors dažnai su krituliais. Kaip fitomasės dalį, anglį, sierą ir fosforą suvartoja žolėdžiai vartotojai, todėl jie patenka į trofines grandines. Tačiau kai kurie gyvūnai patenkina šių elementų poreikį aplenkdami augalus. Kanopiniai gyvūnai lanko druskos laižymus, išgraužia dirvą arba valgo ekskrementus, senus kaulus. Jūrų gyvūnai druską sugeria tiesiai iš vandens. Negyvų likučių mineralizacijos procese mikroorganizmai grąžina cheminius elementus į dirvą ir vandenį. Taigi jų veikla prisideda prie aplinkos praturtinimo maistinėmis medžiagomis.
Ekosistemos balansas
Mažame biogeocheminiame cikle biosferoje svarbi aplinkybė yra jo užbaigtumas. Ekosistemoje elementų įvedimas ir išvestis yra subalansuoti, o sunkumų daugiausia kyla dėl elementų, kurie yra rezervuoti dirvožemyje.
Materijos ir energijos srauto pusiausvyra lemia ekosistemos stabilumą – jos homeostazę. Biosfera naudoja išorinius energijos š altinius, kurieužtikrina jos tvarkingumą ir gana sudėtingą struktūrą. Išsklaidytą šviesos energiją augalai paverčia koncentruota cheminių ryšių energijos būsena.
Tuo pačiu metu tiek energijos pašalinimas iš aplinkos, tiek jos transformacija nesukelia atliekų susidarymo.
Žmogaus veiklos įtaka biosferos procesams
Žmogaus įsikišimas į biogeocheminius ciklus vykdomas įvairiais būdais. Visų pirma, tai yra ekosistemos biokomponento naikinimas (augalų naikinimas arba teritorijos keitimas išgaunant energijos nešiklius). Deginant organines medžiagas, energija iš koncentruotos būsenos pereina į išsklaidytą, o tai sukelia šiluminę taršą aerozoliais ir dujiniais degimo produktais. Natūralioje ekosistemoje atomai, dalyvaujantys biogeocheminiuose ciklus, naudojami pakartotinai. Tai palengvina dalyvavimas lengvųjų biogeninių elementų, sudarančių gyvybiškai svarbią medžiagą, ciklus.
Žmogaus įsikišimas apima ne tik papildomo jai būdingų elementų kiekio patekimą į aplinką, bet ir naujų cheminių junginių, įskaitant žmogaus susintetintus, patekimą į aplinką. Daugelį jų pasisavina augalai, o vėliau jie patenka į maisto grandinę.
Pavyzdys yra švinas, gyvsidabrio junginiai, arsenas ir kt. Tokių medžiagų suvartojimas sutrikdo natūralų ciklą, keičia elementų pusiausvyrą arba sukelia jų kaupimąsi gyvuose organizmuose, mažina jų produktyvumą arba sukelia mirtį. Ypačpesticidai ir sunkieji metalai turi stiprų ardomąjį poveikį. Taigi žmogaus veikla gali tiesiogiai arba netiesiogiai pažeisti ekosistemos stabilumą, jos homeostazę.
Ekologinė piramidė
Pažvelkime į svarbiausius ekosistemos funkcionavimo modelius ir biogeocheminius ciklus. Tam pasitelkime ekologinės piramidės principą. Jis sukurtas remiantis trofinių lygčių biologine mase. Bet kurios tokios piramidės dalies plotas yra maždaug lygus medžiagos masei. Kadangi organizmai sukuria savo lygį naudodami ankstesnį lygį, šis plotas turėtų palaipsniui mažėti. Toks kiekvieno lygio sumažinimas gali būti dešimt kartų.
Pavyzdžiui, ekologinė piramidė, būdinga sausumos ekosistemoms, kurios gamintojai yra daugiamečiai augalai, turi didelę biomasę, nors gamybos procesas nėra pats intensyviausias. Jį subalansuoja kasmet didėjantis žolėdžių gyvūnų masė. Organinės masės formavimosi modelis vadinamas piramidės taisykle. Yra ir kitų jo atmainų.
Apversta piramidė
Paimkite vandens telkinių ekosistemą. Jiems pastatyta piramidė gali atrodyti kiek kitaip. Atrodo, kad jis apverstas aukštyn kojomis. Faktas yra tas, kad trumpaamžiai dumbliai dauginasi labai greitai, tačiau juos taip pat intensyviai vartoja vartotojai. Todėl vienu metu fiksuojama biomasė šiuo atveju neatspindi gamybos proceso intensyvumo palankiu metų laikotarpiu. Jei atsižvelgsime į tai, kad dideli vartotojai (žuvies,vėžiagyviai) kaupiasi ir valgomi lėčiau, bendra vartotojų masė didesnė.
Gamybos procesas ekosistemoje leidžia jiems sėkmingai veikti. Tai lemia energijos srauto pobūdį biosferoje. Kaip žinote, gyvi organizmai yra jo vartotojai. Saulės šviesos energiją naudoja žalieji augalai, todėl susidaro organinės molekulės, kuriose ji kaupiama cheminių ryšių pavidalu. Dalis jo išsiskiria augalams kvėpuojant ir panaudojama jų augimui, įsisavinimui ir medžiagų judėjimui. Taip vyksta biogeocheminis ciklas.
Energijos mainai
Kaip žinote, egzistuoja termodinamikos dėsniai. Dalis energijos prarandama, išsiskiria šiluma. Tai vieno iš įstatymų veikimas. Jis patvirtina privalomą energijos praradimą ją transformuojant iš vieno tipo į kitą. Kai kaupiasi augalinėse medžiagose, ją naudoja gyvūnai.
Molekulių skilimą lydi energijos išsiskyrimas. Didelė jo dalis naudojama gyvūnų gyvenimo procese, pereinant iš vienos formos į kitą. Tai biosintezės ir naujų jungčių energijos kaupimosi procesai. Tai mechaninė, elektros, šiluminė ir kitos energijos rūšys. Jo virsmo metu dalis vėl prarandama, išskirdama šilumą. Energija palaipsniui pereina į kitą lygį. Tuo pačiu metu jo netenkama ir išmetant dalį nesuvirškinto maisto (ekskrementų) bei organinių medžiagų apykaitos produktų atliekų (ekskrementų).
Apdorotienergijos suvartojimas
Chaosas gamtoje retas, dažniausiai viskas tvarkoje. Atkreipkime dėmesį į kai kuriuos kiekybinius energijos naudojimo ir konvertavimo proceso modelius. Pirmajame etape augalai vidutiniškai sunaudoja apie 1% savo pajamų. Kartais šis skaičius siekia 2%. Nepalankiausiomis sąlygomis nukrenta iki 0,1 proc. Kai energija perduodama iš gamintojų pirmos eilės vartotojams, efektyvumas siekia 10%.
Atrodo, kad mėsėdžiai maistą virškina efektyviau. Taip yra dėl maisto cheminės sudėties ypatumų ir lengvo gyvūnų virškinimo. Nepaisant to, jau trečios eilės vartotojų lygyje gaunamos energijos kiekis yra labai mažas ir apibūdinamas tūkstantosiomis pradinių dydžių.
