Η βιογεωχημική κυκλοφορία ουσιών στη βιόσφαιρα είναι η πιο σημαντική φυσική διαδικασία της συνεχούς ανταλλαγής διαφόρων στοιχείων μεταξύ του άψυχου περιβάλλοντος και των οργανισμών (ζώα, φυτά κ.λπ.). Όλα βασίζονται στα θεμελιώδη χαρακτηριστικά τους. Τα πιο σημαντικά περιλαμβάνουν την ικανότητα μεταβολισμού, αναπαραγωγής, μεταφοράς κληρονομικών ιδιοτήτων.
Βιογεωχημικός κύκλος αζώτου
Κάθε στοιχείο έχει τη δική του σημασία. Το άζωτο παίζει σημαντικό ρόλο στη σύνθεση διαφόρων οργανικών ενώσεων. Παρά το υψηλό ποσοστό αζώτου στην ατμόσφαιρα, δεν είναι διαθέσιμο σε φυτά και ζώα. Υπάρχουν λόγοι για αυτό. Ενεργειακά, είναι πιο ωφέλιμο για τα φυτά να χρησιμοποιούν ορυκτό άζωτο και για τα ζώα - ως μέρος οργανικών ενώσεων.
Το μοριακό άζωτο από την ατμόσφαιρα δεσμεύεται από μικροοργανισμούς που δεσμεύουν το άζωτο και συμβάλλει στη συσσώρευσή του στο έδαφος με τη μορφή αμμωνίας. Άλλοι χρησιμοποιούν άζωτο από νεκρούς οργανισμούς. Συμβάλλουν επίσης στη συσσώρευση αμμωνίας. Μετατρέπεται σε νιτρικά άλατα, τα οποία χρησιμοποιούνται ενεργά από τα φυτά. Αυτά είναι, σε γενικές γραμμές, τα χαρακτηριστικά του βιογεωχημικούκύκλος αζώτου. Σκεφτείτε επίσης τη διαδικασία του μεταβολισμού άλλων φυσικών ουσιών.
Χαρακτηριστικά του βιογεωχημικού κύκλου άνθρακα, θείου και φωσφόρου
Αυτά τα χημικά στοιχεία είναι απαραίτητα για κάθε ζωντανό οργανισμό. Ωστόσο, οι ζωτικές τους ανάγκες δεν σταματούν εκεί. Επομένως, τα μακροθρεπτικά συστατικά εμπλέκονται σε έναν μικρό βιολογικό κύκλο (η ανάγκη των οργανισμών για αυτά είναι αρκετά μεγάλη): κάλιο, μαγνήσιο, νάτριο. καθώς και ιχνοστοιχεία: βόριο, μαγγάνιο, χλώριο κ.λπ.
Εισέρχονται στα φυτά από το έδαφος, αν και συχνά με βροχόπτωση. Ως μέρος της φυτομάζας, ο άνθρακας, το θείο και ο φώσφορος καταναλώνονται από φυτοφάγους καταναλωτές και έτσι εισέρχονται στις τροφικές αλυσίδες. Ωστόσο, ορισμένα ζώα ικανοποιούν την ανάγκη για αυτά τα στοιχεία παρακάμπτοντας τα φυτά. Τα οπληφόρα επισκέπτονται γλείφματα αλατιού, ροκανίζουν το χώμα ή τρώνε περιττώματα, παλιά κόκαλα. Τα θαλάσσια ζώα απορροφούν το αλάτι απευθείας από το νερό. Στη διαδικασία της ανοργανοποίησης των νεκρών υπολειμμάτων, οι μικροοργανισμοί επιστρέφουν χημικά στοιχεία στο έδαφος και το νερό. Έτσι, οι δραστηριότητές τους συμβάλλουν στον εμπλουτισμό του περιβάλλοντος με θρεπτικά συστατικά.
Ισορροπία οικοσυστήματος
Σε έναν μικρό βιογεωχημικό κύκλο στη βιόσφαιρα, μια σημαντική περίσταση είναι η πληρότητά του. Στο οικοσύστημα, η είσοδος και η έξοδος των στοιχείων είναι ισορροπημένη, ενώ δυσκολίες προκύπτουν κυρίως με στοιχεία που αποθηκεύονται στο έδαφος.
Η ισορροπία της ροής της ύλης και της ενέργειας καθορίζει τη σταθερότητα του οικοσυστήματος - την ομοιόστασή του. Η βιόσφαιρα χρησιμοποιεί εξωτερικές πηγές ενέργειας, οι οποίεςεξασφαλίζει την τάξη και τη μάλλον περίπλοκη δομή του. Η διάσπαρτη φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται από τα φυτά σε μια συγκεντρωμένη κατάσταση ενέργειας χημικού δεσμού.
Ταυτόχρονα, τόσο η απομάκρυνση της ενέργειας από το περιβάλλον όσο και η μετατροπή της δεν οδηγούν στο σχηματισμό αποβλήτων.
Επίδραση των ανθρώπινων δραστηριοτήτων στις διεργασίες της βιόσφαιρας
Η ανθρώπινη παρέμβαση στους βιογεωχημικούς κύκλους πραγματοποιείται με διάφορους τρόπους. Πρώτα απ 'όλα, πρόκειται για την καταστροφή του βιοσυστατικού του οικοσυστήματος (καταστροφή φυτών ή αλλαγή του εδάφους κατά την εξόρυξη ενεργειακών φορέων). Όταν καίγεται οργανική ύλη, η ενέργεια από μια συμπυκνωμένη κατάσταση περνά σε μια διασκορπισμένη, η οποία οδηγεί σε θερμική ρύπανση από αερολύματα και αέρια προϊόντα καύσης. Σε ένα φυσικό οικοσύστημα, τα άτομα που εμπλέκονται στους βιογεωχημικούς κύκλους χρησιμοποιούνται επανειλημμένα. Αυτό διευκολύνεται από τη συμμετοχή στους κύκλους των ελαφρών βιογενών στοιχείων που συνθέτουν τη ζωτική ουσία.
Η ανθρώπινη παρέμβαση συνεπάγεται την εισαγωγή στο περιβάλλον όχι μόνο μιας πρόσθετης ποσότητας των εγγενών στοιχείων του, αλλά και νέων χημικών ενώσεων, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που συντίθενται από τον άνθρωπο. Πολλά από αυτά προσλαμβάνονται από τα φυτά και στη συνέχεια τροφοδοτούνται στην τροφική αλυσίδα.
Ένα παράδειγμα είναι ο μόλυβδος, οι ενώσεις υδραργύρου, το αρσενικό κ.λπ. Η πρόσληψη τέτοιων ουσιών διαταράσσει τον φυσικό κύκλο, αλλάζοντας την ισορροπία των στοιχείων ή οδηγεί στη συσσώρευσή τους σε ζωντανούς οργανισμούς, μειώνοντας την παραγωγικότητά τους ή προκαλώντας θάνατο. ΕιδικάΤα φυτοφάρμακα και τα βαρέα μέταλλα έχουν ισχυρή καταστροφική δράση. Έτσι, η σταθερότητα του οικοσυστήματος, η ομοιόστασή του μπορεί να παραβιαστεί άμεσα ή έμμεσα από τις ανθρώπινες δραστηριότητες.
Οικολογική πυραμίδα
Ας στραφούμε στα πιο σημαντικά πρότυπα λειτουργίας του οικοσυστήματος και στους βιογεωχημικούς κύκλους. Ας χρησιμοποιήσουμε την αρχή της οικολογικής πυραμίδας για αυτό. Είναι χτισμένο με βάση τη βιολογική μάζα των τροφικών εξισώσεων. Η περιοχή οποιουδήποτε μέρους μιας τέτοιας πυραμίδας είναι περίπου ίση με τη μάζα της ουσίας. Εφόσον οι οργανισμοί χτίζουν το επίπεδό τους χρησιμοποιώντας το προηγούμενο, αυτή η περιοχή θα πρέπει σταδιακά να μειωθεί. Αυτή η μείωση κάθε επιπέδου μπορεί να δεκαπλασιαστεί.
Για παράδειγμα, η οικολογική πυραμίδα, χαρακτηριστική των χερσαίων οικοσυστημάτων, στην οποία οι παραγωγοί είναι πολυετή φυτά, έχει μεγάλη βιομάζα, αν και η διαδικασία παραγωγής δεν είναι της υψηλότερης έντασης. Εξισορροπείται από την ετήσια αύξηση της μάζας των φυτοφάγων ζώων. Το σχέδιο σχηματισμού της οργανικής μάζας ονομάζεται κανόνας της πυραμίδας. Υπάρχουν και άλλες ποικιλίες του.
Ανεστραμμένη Πυραμίδα
Αποκτήστε το οικοσύστημα των υδάτινων μαζών. Η πυραμίδα που κατασκευάστηκε για αυτούς μπορεί να φαίνεται λίγο διαφορετική. Φαίνεται σαν να είναι ανάποδα. Γεγονός είναι ότι τα βραχύβια φύκια πολλαπλασιάζονται πολύ γρήγορα, αλλά καταναλώνονται εξίσου εντατικά από τους καταναλωτές. Επομένως, η βιομάζα που καταγράφεται ταυτόχρονα σε αυτή την περίπτωση δεν αντικατοπτρίζει την ένταση της παραγωγικής διαδικασίας στην ευνοϊκή περίοδο του έτους. Αν λάβουμε υπόψη ότι οι μεγάλοι καταναλωτές (ψάρια,καρκινοειδή) συσσωρεύονται και τρώγονται πιο αργά, η συνολική μάζα των καταναλωτών είναι μεγαλύτερη.
Η παραγωγική διαδικασία στο οικοσύστημα επιτρέπει την επιτυχή λειτουργία τους. Καθορίζει τη φύση της ροής ενέργειας στη βιόσφαιρα. Όπως γνωρίζετε, οι ζωντανοί οργανισμοί είναι οι καταναλωτές του. Η φωτεινή ενέργεια από τον ήλιο χρησιμοποιείται από τα πράσινα φυτά και οδηγεί στο σχηματισμό οργανικών μορίων, όπου αποθηκεύεται με τη μορφή χημικών δεσμών. Μέρος του απελευθερώνεται κατά την αναπνοή των φυτών και χρησιμοποιείται από αυτά για την ανάπτυξη, την απορρόφηση και τη μετακίνηση ουσιών. Έτσι διεξάγεται ο βιογεωχημικός κύκλος.
Energy Exchange
Όπως γνωρίζετε, υπάρχουν νόμοι της θερμοδυναμικής. Μέρος της ενέργειας χάνεται, εκπέμποντας θερμότητα. Αυτή είναι η λειτουργία ενός από τους νόμους. Επιβεβαιώνει την υποχρεωτική απώλεια ενέργειας κατά τη διαδικασία της μετατροπής της από τον έναν τύπο στον άλλο. Όταν συσσωρεύεται σε φυτική ύλη, χρησιμοποιείται από ζώα.
Η διάσπαση των μορίων συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενέργειας. Ένα σημαντικό μέρος του χρησιμοποιείται στη διαδικασία της ζωής των ζώων, περνώντας από τη μια μορφή στην άλλη. Αυτές είναι οι διαδικασίες βιοσύνθεσης και συσσώρευσης ενέργειας νέων δεσμών. Αυτά είναι μηχανική, ηλεκτρική, θερμική και άλλα είδη ενέργειας. Κατά τη μεταμόρφωσή του, ένα μέρος χάνεται ξανά, εκπέμποντας θερμότητα. Η ενέργεια σταδιακά περνά σε άλλο επίπεδο. Ταυτόχρονα, η απώλειά του συμβαίνει και κατά την απόρριψη μέρους της άπεπτης τροφής (περιττώματα) και σε οργανικά απόβλητα του μεταβολισμού (περιττώματα).
Διαδικασίαχρήση ενέργειας
Το χάος είναι σπάνιο στη φύση, συνήθως όλα είναι εντάξει. Ας δώσουμε προσοχή σε ορισμένα ποσοτικά μοτίβα της διαδικασίας χρήσης και μετατροπής της ενέργειας. Στο πρώτο στάδιο, τα φυτά χρησιμοποιούν κατά μέσο όρο περίπου το 1% του εισοδήματός τους. Μερικές φορές αυτό το ποσοστό φτάνει το 2%. Στις λιγότερο ευνοϊκές συνθήκες πέφτει στο 0,1%. Όταν η ενέργεια μεταφέρεται από τους παραγωγούς στους καταναλωτές πρώτης τάξης, η απόδοση φτάνει το 10%.
Τα σαρκοφάγα φαίνεται να αφομοιώνουν την τροφή πιο αποτελεσματικά. Αυτό οφείλεται στις ιδιαιτερότητες της χημικής σύστασης των τροφίμων και στην ευκολία της πέψης από τα ζώα. Ωστόσο, ήδη σε επίπεδο καταναλωτών τρίτης τάξης, η ποσότητα της εισερχόμενης ενέργειας είναι πολύ μικρή και χαρακτηρίζεται από τα χιλιοστά των αρχικών τιμών.
