Biogeochemiczny obieg substancji w biosferze jest najważniejszym naturalnym procesem ciągłej wymiany różnych pierwiastków między środowiskiem nieożywionym a organizmami (zwierzętami, roślinami itp.) Wszystko opiera się na ich fundamentalnych cechach. Do najważniejszych należą zdolność do metabolizmu, reprodukcji, przenoszenia właściwości dziedzicznych.
Biogeochemiczny cykl azotu
Każdy element ma swoje znaczenie. Azot odgrywa ważną rolę w składzie różnych związków organicznych. Mimo wysokiego procentu azotu w atmosferze nie jest on dostępny dla roślin i zwierząt. Są ku temu powody. Energicznie korzystniejsze dla roślin jest stosowanie azotu mineralnego, a dla zwierząt – jako składnika związków organicznych.
Azot cząsteczkowy z atmosfery jest wiązany przez mikroorganizmy wiążące azot i przyczynia się do jego akumulacji w glebie w postaci amoniaku. Inni używają azotu z martwych organizmów. Przyczyniają się również do akumulacji amoniaku. Zamienia się w azotany, które są aktywnie wykorzystywane przez rośliny. Są to, ogólnie rzecz biorąc, cechy biogeochemicznecykl azotu. Rozważ również proces metabolizmu innych naturalnych substancji.
Cechy cyklu biogeochemicznego węgla, siarki i fosforu
Te pierwiastki chemiczne są niezbędne dla każdego żywego organizmu. Jednak ich potrzeby życiowe na tym się nie kończą. Dlatego makroskładniki biorą udział w małym cyklu biologicznym (potrzeba organizmów na nie jest dość duża): potas, magnez, sód; a także pierwiastki śladowe: bor, mangan, chlor itp.
Dostają się do roślin z gleby, chociaż często z opadami. Jako część fitomasy węgiel, siarka i fosfor są konsumowane przez roślinożernych konsumentów i w ten sposób wchodzą do łańcuchów troficznych. Jednak niektóre zwierzęta zaspokajają potrzebę tych pierwiastków z pominięciem roślin. Zwierzęta kopytne odwiedzają lizawki solne, przegryzają ziemię lub jedzą ekskrementy, stare kości. Zwierzęta morskie pobierają sól bezpośrednio z wody. W procesie mineralizacji martwych pozostałości mikroorganizmy oddają pierwiastki chemiczne do gleby i wody. Tym samym ich działania przyczyniają się do wzbogacenia środowiska w składniki odżywcze.
Równowaga ekosystemu
W małym cyklu biogeochemicznym w biosferze ważną okolicznością jest jego kompletność. W ekosystemie dopływ i odpływ pierwiastków jest zrównoważony, podczas gdy trudności pojawiają się głównie w przypadku pierwiastków, które są zarezerwowane w glebie.
Równowaga przepływu materii i energii warunkuje stabilność ekosystemu – jego homeostazę. Biosfera korzysta z zewnętrznych źródeł energii, którezapewnia jej uporządkowanie i dość złożoną strukturę. Energia rozproszonego światła jest przekształcana przez rośliny w skoncentrowany stan energii wiązań chemicznych.
Jednocześnie zarówno usuwanie energii ze środowiska, jak i jej przekształcanie nie prowadzą do powstawania odpadów.
Wpływ działalności człowieka na procesy biosfery
Ludzka interwencja w cykle biogeochemiczne odbywa się na różne sposoby. Przede wszystkim jest to niszczenie biokomponentu ekosystemu (niszczenie roślin lub zmiana terytorium podczas wydobycia nośników energii). Podczas spalania materii organicznej energia ze stanu skoncentrowanego przechodzi w stan rozproszony, co prowadzi do zanieczyszczenia termicznego aerozolami i gazowymi produktami spalania. W naturalnym ekosystemie atomy biorące udział w cyklach biogeochemicznych są wielokrotnie wykorzystywane. Ułatwia to uczestnictwo w cyklach lekkich pierwiastków biogennych, które składają się na substancję życiową.
Ludzka ingerencja to wprowadzanie do środowiska nie tylko dodatkowej ilości nieodłącznych dla niego pierwiastków, ale także nowych związków chemicznych, w tym syntetyzowanych przez człowieka. Wiele z nich jest pobieranych przez rośliny, a następnie wprowadzanych do łańcucha pokarmowego.
Przykładem może być ołów, związki rtęci, arsen itp. Spożywanie takich substancji zaburza naturalny cykl, zmieniając równowagę pierwiastków lub prowadzi do ich akumulacji w organizmach żywych, zmniejszając ich produktywność lub powodując śmierć. Szczególniepestycydy i metale ciężkie mają silne działanie niszczące. Tym samym stabilność ekosystemu, jego homeostaza może zostać naruszona bezpośrednio lub pośrednio przez działalność człowieka.
Piramida ekologiczna
Zwróćmy się do najważniejszych wzorców funkcjonowania ekosystemu i cykli biogeochemicznych. Wykorzystajmy do tego zasadę piramidy ekologicznej. Zbudowany jest na podstawie masy biologicznej równań troficznych. Powierzchnia dowolnej części takiej piramidy jest w przybliżeniu równa masie substancji. Ponieważ organizmy budują swój poziom za pomocą poprzedniego, obszar ten powinien się stopniowo zmniejszać. Taka redukcja każdego poziomu może być dziesięciokrotna.
Na przykład piramida ekologiczna, charakterystyczna dla ekosystemów lądowych, w której producentami są rośliny wieloletnie, mają dużą biomasę, chociaż proces produkcyjny nie ma największej intensywności. Równoważy ją coroczny przyrost masy zwierząt roślinożernych. Wzorzec powstawania masy organicznej nazywany jest regułą piramidy. Istnieją inne jego odmiany.
Odwrócona Piramida
Weź ekosystem zbiorników wodnych. Zbudowana dla nich piramida może wyglądać nieco inaczej. Wygląda na to, że jest do góry nogami. Faktem jest, że krótkożyjące glony bardzo szybko się rozmnażają, ale są równie intensywnie spożywane przez konsumentów. W związku z tym jednocześnie rejestrowana biomasa w tym przypadku nie odzwierciedla intensywności procesu produkcyjnego w korzystnym okresie roku. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że dużych konsumentów (ryby,skorupiaki) gromadzą się i są zjadane wolniej, całkowita masa konsumentów jest wyższa.
Proces produkcyjny w ekosystemie umożliwia ich pomyślne funkcjonowanie. Decyduje o charakterze przepływu energii w biosferze. Jak wiadomo, żywe organizmy są jego konsumentami. Energia świetlna ze słońca jest wykorzystywana przez rośliny zielone i prowadzi do tworzenia cząsteczek organicznych, gdzie jest magazynowana w postaci wiązań chemicznych. Część jest uwalniana podczas oddychania roślin i jest przez nie wykorzystywana do wzrostu, wchłaniania i przemieszczania się substancji. Tak przebiega cykl biogeochemiczny.
Wymiana energii
Jak wiesz, istnieją prawa termodynamiki. Część energii jest tracona, wydzielając ciepło. To jest działanie jednego z praw. Potwierdza obowiązkową utratę energii w procesie jej transformacji z jednego typu na drugi. Gdy gromadzi się w materii roślinnej, jest używany przez zwierzęta.
Rozszczepieniu cząsteczek towarzyszy uwalnianie energii. Znaczna jego część jest wykorzystywana w procesie życia zwierząt, przechodząc z jednej formy w drugą. Są to procesy biosyntezy i akumulacji energii nowych wiązań. Są to energia mechaniczna, elektryczna, cieplna i inne. Podczas jego transformacji część ponownie jest tracona, wydzielając ciepło. Energia stopniowo przechodzi na inny poziom. Jednocześnie jego utrata następuje również podczas wyrzucania części niestrawionego pokarmu (ekskrementów) oraz w organicznych odpadach przemiany materii (ekskrementy).
Proceszużycie energii
Chaos jest rzadki w naturze, zwykle wszystko jest w porządku. Zwróćmy uwagę na pewne ilościowe wzorce procesu wykorzystywania i przetwarzania energii. W pierwszym etapie rośliny zużywają średnio około 1% swojego dochodu. Czasami liczba ta sięga 2%. W najmniej sprzyjających warunkach spada do 0,1%. Gdy energia jest przekazywana od producentów do odbiorców pierwszego rzędu, sprawność sięga 10%.
Wydaje się, że mięsożercy trawią pokarm wydajniej. Wynika to ze specyfiki składu chemicznego żywności i łatwości trawienia przez zwierzęta. Niemniej jednak już na poziomie odbiorców III rzędu ilość dopływającej energii jest bardzo mała i charakteryzuje się tysięcznymi wartościami początkowymi.
