En la biosfera hay un ciclo global (grande o geológico) de sustancias que existía antes de la aparición de los primeros organismos vivos. En él intervienen una amplia variedad de elementos químicos. El ciclo geológico se lleva a cabo gracias a tipos de energía solar, gravitacional, tectónica y cósmica.
Con la aparición de la materia viva sobre la base del ciclo geológico, surgió un ciclo de la materia orgánica: un pequeño ciclo (biótico o biológico).
El ciclo biótico de sustancias es un proceso continuo, cíclico, desigual en el tiempo y el espacio de movimiento y transformación de sustancias, que ocurre con la participación directa de organismos vivos. Es un proceso continuo de creación y destrucción de materia orgánica y se realiza con la participación de los tres grupos de organismos: productores, consumidores y descomponedores. Alrededor de 40 elementos biogénicos participan en los ciclos bióticos. Los ciclos del carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre, hierro, potasio, calcio y magnesio son de gran importancia para los organismos vivos.
A medida que se desarrolla la materia viva, cada vez se extraen más elementos del ciclo geológico y entran en un nuevo ciclo biológico. La masa total de sustancias de ceniza involucradas anualmente en el ciclo biótico de sustancias solo en la tierra es de aproximadamente 8 mil millones de toneladas. Esto es varias veces mayor que la masa de productos producidos por las erupciones de todos los volcanes del mundo a lo largo del año. La tasa de circulación de la materia en la biosfera es diferente. La materia viva de la biosfera se renueva en promedio cada 8 años, la masa de fitoplancton en el océano se renueva diariamente. Todo el oxígeno de la biosfera pasa a través de la materia viva en 2.000 años y el dióxido de carbono, en 300 años.
En los ecosistemas tienen lugar ciclos bióticos locales, y en la biosfera tienen lugar ciclos biogeoquímicos de migración atómica, que no solo conectan las tres capas exteriores del planeta en un solo todo, sino que también determinan la evolución continua de su composición.
ATMÓSFERA HIDROSFERA
¯ ¯
SUSTANCIA VIVA
LA TIERRA
Evolución de la biosfera
La biosfera apareció con la aparición de los primeros organismos vivos hace aproximadamente 3.500 millones de años. A medida que la vida se desarrolló, cambió. Las etapas de la evolución de la biosfera se pueden distinguir teniendo en cuenta las características del tipo de ecosistemas.
1. El surgimiento y desarrollo de la vida en el agua. La etapa está asociada a la existencia de ecosistemas acuáticos. No había oxígeno en la atmósfera.
2. La aparición de organismos vivos en la tierra, el desarrollo del medio aire-tierra y del suelo y la aparición de ecosistemas terrestres. Esto fue posible gracias a la aparición de oxígeno en la atmósfera y a la pantalla de ozono. Ocurrió hace 2.500 millones de años.
3. La aparición del hombre, su transformación en ser biosocial y el surgimiento de los antropoecosistemas se produjo hace 1 millón de años.
4. La transición de la biosfera, bajo la influencia de la actividad humana inteligente, a un nuevo estado cualitativo: la noosfera.
Noosfera
La etapa más alta de desarrollo de la biosfera es la noosfera, la etapa de regulación razonable de la relación entre el hombre y la naturaleza. Este término fue introducido en 1927 por el filósofo francés E. Leroy. Creía que la noosfera incluye la sociedad humana con su industria, lenguaje y otros atributos de actividad inteligente. En los años 30-40. Siglo XX V.I. Vernadsky desarrolló ideas materialistas sobre la noosfera. Creía que la noosfera surge como resultado de la interacción de la biosfera y la sociedad, está gobernada por la estrecha relación de las leyes de la naturaleza, el pensamiento y las leyes socioeconómicas de la sociedad, y enfatizó que
La noosfera (esfera de la razón) es la etapa de desarrollo de la biosfera en la que la actividad inteligente de las personas se convertirá en el principal factor determinante de su desarrollo sostenible.
La noosfera es una etapa nueva y superior de la biosfera, asociada con el surgimiento y desarrollo de la humanidad en ella, que, al aprender las leyes de la naturaleza y mejorar la tecnología, se convierte en una fuerza importante comparable en escala a las geológicas y comienza a tener una influencia decisiva en el curso de los procesos en la Tierra, cambiándolos profundamente con vuestro trabajo. La formación y desarrollo de la humanidad se expresó en el surgimiento de nuevas formas de intercambio de materia y energía entre la sociedad y la naturaleza, en el impacto cada vez mayor del hombre en la biosfera. La noosfera llegará cuando la humanidad, con la ayuda de la ciencia, pueda controlar significativamente los procesos naturales y sociales. Por tanto, la noosfera no puede considerarse una capa especial de la Tierra.
La ciencia de gestionar la relación entre la sociedad humana y la naturaleza se llama noogénica.
El principal objetivo de la noogenia es planificar el presente para el futuro, y sus principales tareas son la corrección de los trastornos en las relaciones entre el hombre y la naturaleza provocados por el progreso de la tecnología y la gestión consciente de la evolución de la biosfera. Es necesario desarrollar un uso planificado y con base científica de los recursos naturales, que prevea la restauración en el ciclo de las sustancias de lo que ha sido perturbado por el hombre, en lugar de una actitud espontánea y depredadora hacia la naturaleza, que conduce al deterioro del medio ambiente. Esto requiere el desarrollo sostenible de una sociedad que satisfaga las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus necesidades.
Actualmente, el planeta se ha formado. La biotecnosfera es una parte de la biosfera que ha sido transformada radicalmente por el hombre en estructuras técnicas y de ingeniería: ciudades, plantas y fábricas, canteras y minas, carreteras, presas y embalses, etc.
LA BIOSFERA Y EL HOMBRE
La biosfera para los humanos es hábitat y fuente de recursos naturales.
Recursos naturales – Objetos y fenómenos naturales que las personas utilizan en el proceso laboral. Proporcionan a una persona comida, ropa y refugio. Según el grado de agotamiento se dividen en agotable e inagotable . Agotable Los recursos se dividen en renovable Y no renovable . Los recursos no renovables incluyen aquellos recursos que no se regeneran (o se renuevan cientos de veces más lento de lo que se consumen): petróleo, carbón, minerales metálicos y la mayoría de los minerales. Recursos naturales renovables: suelo, flora y fauna, minerales (sal de mesa). Estos recursos se recuperan constantemente a diferentes ritmos: animales (varios años), bosques (60-80 años), suelos que han perdido fertilidad (durante varios milenios). Superar la tasa de consumo sobre la tasa de reproducción conduce a la desaparición total del recurso.
Inagotable Los recursos incluyen el agua, el clima (aire atmosférico y energía eólica) y el espacio: radiación solar, energía de las mareas marinas. Sin embargo, la creciente contaminación ambiental requiere la implementación de medidas ambientales para preservar estos recursos.
Satisfacer las necesidades humanas es impensable sin la explotación de los recursos naturales.
Todos los tipos de actividad humana en la biosfera se pueden combinar en cuatro formas.
1. Cambios en la estructura de la superficie terrestre.(arar tierras, drenar cuerpos de agua, talar bosques, construir canales). La humanidad se está convirtiendo en una poderosa fuerza geológica. El hombre utiliza el 75% de la tierra, el 15% de las aguas de los ríos, cada minuto se talan 20 hectáreas de bosques.
· Cambios geológicos y geomorfológicos – intensificación de los procesos de formación de barrancos, aparición y frecuencia de corrientes de lodo y deslizamientos de tierra.
· Cambios complejos (paisajes): violación de la integridad y estructura natural de los paisajes, singularidad de los monumentos naturales, pérdida de tierras productivas, desertificación.
Circulación geológica Las sustancias tienen la mayor velocidad en la dirección horizontal entre la tierra y el mar. El significado de gran circulación es que las rocas están sujetas a destrucción, erosión y productos de la erosión, incluidos los nutrientes solubles en agua, son transportados por las corrientes de agua al Océano Mundial con la formación de estratos marinos y regresan a la tierra solo parcialmente, por ejemplo. , con precipitación u organismos extraídos del agua por el hombre. Luego, durante un largo período de tiempo, se producen lentos cambios geotectónicos: el movimiento de los continentes, el ascenso y descenso del fondo marino, erupciones volcánicas, etc., como resultado de lo cual los estratos formados regresan a la tierra y el proceso comienza de nuevo. .
Gran ciclo geológico de la materia. Bajo la influencia de los procesos de denudación, se produce la destrucción de las rocas y la sedimentación. Se forman rocas sedimentarias. En áreas de hundimiento estable (generalmente el fondo del océano), el material de la capa geográfica ingresa a las capas profundas de la Tierra. Además, bajo la influencia de la temperatura y la presión, se producen procesos metamórficos, como resultado de los cuales se forman rocas y la sustancia se acerca al centro de la Tierra. En las profundidades de la Tierra, en condiciones de temperaturas muy altas, se produce magmatismo: las rocas se derriten, se elevan en forma de magma a lo largo de fallas hasta la superficie terrestre y se derraman a la superficie durante las erupciones. Así se produce el ciclo de la materia. El ciclo geológico se vuelve más complicado si tenemos en cuenta el intercambio de materia con el espacio exterior. El gran ciclo geológico no está cerrado en el sentido de que alguna partícula de materia que cae a las entrañas de la Tierra no necesariamente sale a la superficie, y viceversa, una partícula que asciende durante una erupción puede que nunca haya estado en la superficie terrestre. antes
Las principales fuentes de energía para los procesos naturales en la Tierra.
La radiación del Sol es la principal fuente de energía en la Tierra. Su potencia se caracteriza por la constante solar: la cantidad de energía que pasa a través de una unidad de área perpendicular a los rayos del sol. A una distancia de una unidad astronómica (es decir, en la órbita de la Tierra), esta constante es de aproximadamente 1370 W/m².
Los organismos vivos utilizan la energía del Sol (fotosíntesis) y la energía de los enlaces químicos (quimiosíntesis). Esta energía se puede utilizar en diversos procesos naturales y artificiales. Un tercio de toda la energía es reflejada por la atmósfera, las plantas utilizan el 0,02% para la fotosíntesis y el resto se utiliza para mantener muchos procesos naturales: calentar la tierra, los océanos, la atmósfera y el movimiento del aire. peso El calentamiento directo por los rayos del sol o la conversión de energía mediante fotocélulas se pueden utilizar para generar electricidad (plantas de energía solar) o realizar otros trabajos útiles. En el pasado lejano, la energía almacenada en el petróleo y otros tipos de combustibles fósiles también se obtenía mediante la fotosíntesis.
Esta enorme energía conduce al calentamiento global, porque después de pasar por procesos naturales se irradia de regreso y la atmósfera no permite que regrese.
2. Energía interna de la Tierra; manifestación – volcanes, aguas termales
18. Transformaciones energéticas de origen biótico y abiótico
En un ecosistema natural que funciona, los residuos no existen. Todos los organismos, vivos o muertos, son potencialmente alimento para otros organismos: una oruga come follaje, un zorzal come orugas, un halcón puede comerse un mirlo. Cuando las plantas, las orugas, los zorzales y los halcones mueren, son a su vez procesados por los descomponedores.
Todos los organismos que utilizan el mismo tipo de alimento pertenecen al mismo nivel trópico.
Los organismos de los ecosistemas naturales están involucrados en una red compleja de muchas cadenas alimentarias interconectadas. Esta red se llama Red alimentaria.
Pirámides de flujos de energía: Con cada transición de un nivel trófico a otro dentro de una cadena o red alimentaria, se realiza trabajo y se libera energía térmica al medio ambiente, y disminuye la cantidad de energía de alta calidad utilizada por los organismos en el siguiente nivel trófico.
Regla del 10%: Al pasar de un nivel trófico a otro se pierde el 90% de la energía y el 10% se transfiere al siguiente nivel.
Cuanto más larga es la cadena alimentaria, más energía útil se pierde. Por tanto, la longitud de la cadena alimentaria no suele superar los 4 o 5 eslabones.
Energía de la esfera paisajística de la Tierra:
1) energía solar: térmica, radiante
2) el flujo de energía térmica desde las entrañas de la Tierra
3) energía de la corriente de marea
4) energía tectónica
5) asimilación de energía durante la fotosíntesis
El ciclo del agua en la naturaleza.
El ciclo del agua en la naturaleza es el proceso de movimiento cíclico del agua en la biosfera terrestre. Consiste en evaporación, condensación y precipitación (la precipitación atmosférica se evapora parcialmente, forma parcialmente drenajes y depósitos temporales y permanentes, parcialmente se filtra en el suelo y forma agua subterránea), así como los procesos de desgasificación del manto: el agua fluye continuamente desde el manto. . Se ha encontrado agua incluso a grandes profundidades.
Los mares pierden más agua por evaporación que la que reciben por precipitación; en tierra la situación es la contraria. El agua circula continuamente por el mundo, mientras que su cantidad total permanece sin cambios.
El 75% de la superficie terrestre está cubierta de agua. La capa de agua de la Tierra es la hidrosfera. La mayor parte es agua salada de mares y océanos, y una parte más pequeña es agua dulce de lagos, ríos, glaciares, aguas subterráneas y vapor de agua.
En la Tierra, el agua existe en tres estados de agregación: líquido, sólido y gaseoso. Sin agua, los organismos vivos no pueden existir. En cualquier organismo, el agua es el medio en el que se producen reacciones químicas, sin las cuales los organismos vivos no pueden vivir. El agua es la sustancia más valiosa y esencial para la vida de los organismos vivos.
Existen varios tipos de ciclos del agua en la naturaleza:
El Gran Ciclo o Global: el vapor de agua que se forma sobre la superficie de los océanos es transportado por los vientos a los continentes, cae allí en forma de precipitación y regresa al océano en forma de escorrentía. En este proceso, la calidad del agua cambia: con la evaporación, el agua de mar salada se convierte en agua dulce y el agua contaminada se purifica.
Ciclo pequeño u oceánico: el vapor de agua formado sobre la superficie del océano se condensa y cae como precipitación de regreso al océano.
El ciclo intracontinental: el agua que se ha evaporado sobre la superficie terrestre vuelve a caer sobre la tierra en forma de precipitación.
Al final, los sedimentos en proceso de movimiento vuelven a llegar al Océano Mundial.
La tasa de transferencia de diferentes tipos de agua varía ampliamente, y los períodos de flujo y de renovación del agua también son diferentes. Varían desde varias horas hasta varias decenas de miles de años. La humedad atmosférica, que se forma por la evaporación del agua de los océanos, mares y tierra y existe en forma de nubes, se renueva en promedio cada ocho días.
Las aguas que componen los organismos vivos se restituyen en unas pocas horas. Esta es la forma más activa de intercambio de agua. El período de renovación de las reservas de agua en los glaciares de montaña es de unos 1.600 años, en los glaciares de los países polares es mucho más largo: unos 9.700 años.
La renovación completa de las aguas del Océano Mundial se produce en aproximadamente 2.700 años.
Efectos de la interacción entre la radiación solar, el movimiento y la rotación de la tierra.
En esta cuestión se debe considerar la variabilidad estacional: invierno/verano. Describe que debido a la rotación y movimiento de la Tierra, la radiación solar llega de manera desigual, lo que hace que las condiciones climáticas cambien con la latitud.
La Tierra está inclinada respecto al plano de la eclíptica 23,5 grados.
Los rayos pasan en diferentes ángulos. Equilibrio de radiación. Es importante no sólo cuánto recibe, sino también cuánto pierde y cuánto queda, teniendo en cuenta el albedo.
Centros de acción de la atmósfera.
Grandes áreas de presión alta o baja persistente asociadas con la circulación general de la atmósfera - centros de acción atmosférica. Determinan la dirección dominante de los vientos y sirven como centros para la formación de tipos geográficos de masas de aire. En los mapas sinópticos se expresan como líneas cerradas: isobaras.
Causas: 1) heterogeneidad de la Tierra;
2) diferencia física Propiedades de la tierra y el agua (capacidad calorífica).
3) diferencia en el albedo superficial (R/Q): agua – 6%, eq. bosques – 10-12%, bosques extensos – 18%, praderas – 22-23%, nieve – 92%;
4) Coriolis F.
Esto causa OCA.
Centros de acción de la atmósfera.:
● permanente– tienen alta o baja presión todo el año:
1. banda baja ecuatorial presión, cuyo eje migra un poco desde el ecuador siguiendo al Sol hacia el hemisferio de verano - depresión ecuatorial (motivos: una gran cantidad de Q y los océanos);
2. a lo largo de una franja de elevación subtropical. presión en el norte y Yuzh. hemisferios; unos pocos migran en verano a zonas subtropicales más altas. latitudes, en invierno - a las más bajas; dividirse en una serie de océanos anticiclones: en el norte. hemisferios: anticiclón de las Azores (especialmente en verano) y hawaiano; en el sur - sur de la India, Pacífico sur y Atlántico sur;
3. áreas de decadencia. Presión sobre los océanos en altas latitudes de zonas templadas: en el Norte. hemisferios: mínimos islandeses (especialmente en invierno) y aleutianos, en el sur, un anillo continuo de baja presión que rodea la Antártida (50 0 S);
4. áreas de mayor presión sobre el Ártico (especialmente en invierno) y la Antártida: anticiclones;
● estacional– se pueden rastrear como áreas de alta o baja presión durante una temporada, cambiando en otra temporada al centro de acción de la atmósfera del signo opuesto. Su existencia está asociada a un cambio brusco durante el año en la temperatura de la superficie terrestre en relación con la temperatura de la superficie de los océanos; El sobrecalentamiento de la tierra en verano crea aquí condiciones favorables para la formación de zonas bajas. presión, hipotermia invernal - para zonas de mayor presión. Todo dentro. hemisferios a zonas más altas de invierno. Las presiones incluyen las asiáticas (siberianas) centradas en Mongolia y las máximas canadienses, y las máximas del sur de Australia, Sudamérica y Sudáfrica. Zonas bajas de verano Presión: en el Norte. hemisferios: mínimos del sur de Asia (o Asia occidental) y de América del Norte, en el sur. - Mínimas de Australia, Sudamérica y Sudáfrica).
Los centros de acción atmosférica se caracterizan por un determinado tipo de clima. Por lo tanto, el aire aquí adquiere relativamente rápidamente las propiedades de la superficie subyacente: caliente y húmedo en la Depresión Ecuatorial, frío y seco en el Anticiclón de Mongolia, fresco y húmedo en la Baja Islandia, etc.
Intercambio de calor planetario y sus causas.
Principales características del intercambio de calor planetario.. La energía solar absorbida por la superficie del globo se gasta luego en evaporación y transferencia de calor mediante flujos turbulentos. En promedio, alrededor del 80% de todo el planeta se evapora y el 20% restante del calor total se transforma en intercambio de calor turbulento.
Los procesos de intercambio de calor y cambios en la latitud geográfica de sus componentes en el océano y en la tierra son muy singulares. Todo el calor absorbido por la tierra en primavera y verano se pierde por completo en otoño e invierno; con un presupuesto de calor anual equilibrado, resulta ser cero en todas partes.
En el Océano Mundial, debido a la alta capacidad calorífica del agua y su movilidad, el calor se acumula en latitudes bajas, desde donde es transferido por corrientes a latitudes altas, donde su consumo supera su suministro. De esta forma se cubre el déficit creado en el intercambio de calor del agua con el aire.
En la zona ecuatorial del Océano Mundial, con una gran cantidad de radiación solar absorbida y un consumo de energía reducido, el presupuesto de calor anual tiene valores máximos positivos. A medida que se aleja del ecuador, el presupuesto de calor anual positivo disminuye debido a un aumento en los componentes de consumo del intercambio de calor, principalmente la evaporación. Con la transición de los trópicos a latitudes templadas, el balance de calor se vuelve negativo.
Dentro del terreno, todo el calor recibido en el periodo primavera-verano se gasta en el periodo otoño-invierno. A lo largo de la larga historia de la Tierra, las aguas del Océano Mundial han acumulado una enorme cantidad de calor equivalente a 7,6 * 10^21 kcal. La acumulación de una masa tan grande se explica por la alta capacidad calorífica del agua y su intensa mezcla, durante la cual se produce una redistribución de calor bastante compleja en el espesor de la oceanósfera. La capacidad calorífica de toda la atmósfera es 4 veces menor que la de una capa de agua de diez metros en el Océano Mundial.
A pesar de que la proporción de energía solar que se destina al intercambio de calor turbulento entre la superficie de la Tierra y el aire es relativamente pequeña, es la principal fuente de calentamiento de la parte cercana a la superficie de la atmósfera. La intensidad de este intercambio de calor depende de la diferencia de temperatura entre el aire y la superficie subyacente (agua o tierra). En las bajas latitudes del planeta (desde el ecuador hasta aproximadamente la cuadragésima latitud de ambos hemisferios), el aire es calentado principalmente por la tierra, que es incapaz de acumular energía solar y cede todo el calor que recibe a la atmósfera. Debido al intercambio de calor turbulento, la capa de aire recibe de 20 a 40 kcal/cm^2 por año, y en zonas con baja humedad (Sáhara, Arabia, etc.), incluso más de 60 kcal/cm^2. Las aguas de estas latitudes acumulan calor y liberan al aire sólo entre 5 y 10 kcal/cm^2 por año o menos en el proceso de intercambio de calor turbulento. Sólo en determinadas zonas (área limitada) el agua está más fría en promedio cada año y, por lo tanto, recibe calor del aire (en la zona ecuatorial, en el noroeste del Océano Índico, así como frente a la costa occidental de África y América del Sur).
El destacado científico ruso académico V.I. Vernadsky.
Biosfera- la compleja capa exterior de la Tierra, que contiene la totalidad de los organismos vivos y la parte de la sustancia del planeta que está en proceso de intercambio continuo con estos organismos. Esta es una de las geosferas más importantes de la Tierra, que es el componente principal del entorno natural que rodea a los humanos.
La tierra está formada por concéntricos. conchas(geosferas) tanto internas como externas. Los internos incluyen el núcleo y el manto, y los externos: litosfera - la capa rocosa de la Tierra, incluida la corteza terrestre (Fig. 1), con un espesor de 6 km (bajo el océano) a 80 km (sistemas montañosos); hidrosfera - caparazón de agua de la Tierra; atmósfera- la envoltura gaseosa de la Tierra, formada por una mezcla de diversos gases, vapor de agua y polvo.
A una altitud de 10 a 50 km hay una capa de ozono, cuya concentración máxima se encuentra a una altitud de 20-25 km, protegiendo a la Tierra de la excesiva radiación ultravioleta, que es fatal para el organismo. La biosfera también pertenece aquí (a las geosferas externas).
Biosfera - la capa exterior de la Tierra, que incluye parte de la atmósfera hasta una altura de 25 a 30 km (hasta la capa de ozono), casi toda la hidrosfera y la parte superior de la litosfera hasta una profundidad de aproximadamente 3 km.
Arroz. 1. Esquema de la estructura de la corteza terrestre.
(Figura 2). La peculiaridad de estas partes es que están habitadas por organismos vivos que constituyen la materia viva del planeta. Interacción parte abiótica de la biosfera- aire, agua, rocas y materia orgánica - biotas provocó la formación de suelos y rocas sedimentarias.
Arroz. 2. Estructura de la biosfera y proporción de superficies ocupadas por unidades estructurales básicas.
Ciclo de sustancias en la biosfera y ecosistemas.
Todos los compuestos químicos disponibles para los organismos vivos en la biosfera son limitados. El agotamiento de sustancias químicas aptas para la asimilación a menudo inhibe el desarrollo de ciertos grupos de organismos en áreas locales de tierra u océano. Según el académico V.R. Williams, la única manera de dar las propiedades finitas del infinito es hacerlo girar a lo largo de una curva cerrada. En consecuencia, la estabilidad de la biosfera se mantiene gracias al ciclo de sustancias y flujos de energía. Disponible Dos ciclos principales de sustancias: grande - geológico y pequeño - biogeoquímico.
Gran Ciclo Geológico(Fig. 3). Las rocas cristalinas (ígneas) se transforman en rocas sedimentarias bajo la influencia de factores físicos, químicos y biológicos. La arena y la arcilla son sedimentos típicos, productos de la transformación de rocas profundas. Sin embargo, la formación de sedimentos se produce no solo debido a la destrucción de las rocas existentes, sino también a través de la síntesis de minerales biogénicos (esqueletos de microorganismos) a partir de recursos naturales: las aguas de los océanos, mares y lagos. Los sedimentos acuosos sueltos, al quedar aislados en el fondo de los embalses con nuevas porciones de material sedimentario, sumergidos a profundidad y expuestos a nuevas condiciones termodinámicas (mayores temperaturas y presiones), pierden agua, se endurecen y se transforman en rocas sedimentarias.
Posteriormente, estas rocas se hunden en horizontes aún más profundos, donde tienen lugar los procesos de su transformación profunda a nuevas condiciones de temperatura y presión: se producen procesos de metamorfismo.
Bajo la influencia de flujos de energía endógenos, las rocas profundas se derriten, formando magma, una fuente de nuevas rocas ígneas. Después de que estas rocas suben a la superficie de la Tierra, bajo la influencia de procesos de erosión y transporte, se transforman nuevamente en nuevas rocas sedimentarias.
Así, el gran ciclo es causado por la interacción de la energía solar (exógena) con la energía profunda (endógena) de la Tierra. Redistribuye sustancias entre la biosfera y los horizontes más profundos de nuestro planeta.
Arroz. 3. Gran ciclo (geológico) de sustancias (flechas delgadas) y cambios en la diversidad en la corteza terrestre (flechas anchas y sólidas - crecimiento, flechas discontinuas - disminución de la diversidad)
Por el gran giro También se llama ciclo del agua entre la hidrosfera, la atmósfera y la litosfera, que es impulsado por la energía del Sol. El agua se evapora de la superficie de los embalses y de la tierra y luego regresa a la Tierra en forma de precipitación. Sobre el océano, la evaporación supera a la precipitación; sobre la tierra, ocurre lo contrario. Estas diferencias se compensan con los caudales de los ríos. La vegetación terrestre juega un papel importante en el ciclo global del agua. La transpiración de las plantas en determinadas zonas de la superficie terrestre puede representar hasta el 80-90% de la precipitación que cae aquí y, en promedio, en todas las zonas climáticas, alrededor del 30%. A diferencia del ciclo grande, el ciclo pequeño de sustancias ocurre sólo dentro de la biosfera. La relación entre los ciclos del agua grande y pequeño se muestra en la Fig. 4.
Los ciclos a escala planetaria se crean a partir de innumerables movimientos cíclicos locales de átomos impulsados por la actividad vital de los organismos en ecosistemas individuales, y aquellos movimientos que son causados por causas geológicas y del paisaje (escorrentía superficial y subterránea, erosión eólica, movimiento del fondo marino, vulcanismo, construcción de montañas, etc.).
Arroz. 4. Relación entre el gran ciclo geológico (GGC) del agua y el pequeño ciclo biogeoquímico (SBC) del agua
A diferencia de la energía, que una vez utilizada por el cuerpo se convierte en calor y se pierde, las sustancias circulan en la biosfera creando ciclos biogeoquímicos. De los más de noventa elementos que se encuentran en la naturaleza, los organismos vivos necesitan unos cuarenta. Los más importantes se necesitan en grandes cantidades: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Los ciclos de elementos y sustancias se llevan a cabo mediante procesos de autorregulación en los que participan todos los componentes. Estos procesos no generan residuos. existe ley del cierre global del ciclo biogeoquímico en la biosfera, operando en todas las etapas de su desarrollo. En el proceso de evolución de la biosfera, aumenta el papel del componente biológico en el cierre de los procesos biogeoquímicos.
quien el ciclo. Los humanos tienen una influencia aún mayor en el ciclo biogeoquímico. Pero su papel se manifiesta en la dirección opuesta (los giros se abren). La base del ciclo biogeoquímico de sustancias es la energía del sol y la clorofila de las plantas verdes. Los otros ciclos más importantes (agua, carbono, nitrógeno, fósforo y azufre) están asociados con el ciclo biogeoquímico y contribuyen a él.
El ciclo del agua en la biosfera.
Las plantas utilizan hidrógeno en el agua durante la fotosíntesis para formar compuestos orgánicos y liberar oxígeno molecular. En los procesos respiratorios de todos los seres vivos, durante la oxidación de los compuestos orgánicos, se vuelve a formar agua. En la historia de la vida, toda el agua libre de la hidrosfera ha pasado repetidamente por ciclos de descomposición y nueva formación en la materia viva del planeta. Cada año, en la Tierra intervienen unos 500.000 km 3 de agua en el ciclo del agua. El ciclo del agua y sus reservas se muestran en la Fig. 5 (en valores relativos).
Ciclo del oxígeno en la biosfera.
La Tierra debe su atmósfera única con un alto contenido de oxígeno libre al proceso de fotosíntesis. La formación de ozono en las capas altas de la atmósfera está estrechamente relacionada con el ciclo del oxígeno. El oxígeno se libera de las moléculas de agua y es esencialmente un subproducto de la actividad fotosintética en las plantas. Abióticamente, el oxígeno surge en las capas superiores de la atmósfera debido a la fotodisociación del vapor de agua, pero esta fuente constituye sólo una milésima parte del porcentaje del que aporta la fotosíntesis. Existe un equilibrio fluido entre el contenido de oxígeno en la atmósfera y la hidrosfera. En agua es aproximadamente 21 veces menos.
Arroz. 6. Diagrama del ciclo del oxígeno: flechas en negrita: los principales flujos de suministro y consumo de oxígeno.
El oxígeno liberado se consume intensamente en los procesos respiratorios de todos los organismos aeróbicos y en la oxidación de diversos compuestos minerales. Estos procesos ocurren en la atmósfera, el suelo, el agua, el limo y las rocas. Se ha demostrado que una parte importante del oxígeno ligado a las rocas sedimentarias es de origen fotosintético. El fondo de intercambio O en la atmósfera no representa más del 5% de la producción fotosintética total. Muchas bacterias anaeróbicas también oxidan la materia orgánica mediante el proceso de respiración anaeróbica, utilizando sulfatos o nitratos.
La descomposición completa de la materia orgánica creada por las plantas requiere exactamente la misma cantidad de oxígeno que se libera durante la fotosíntesis. El entierro de materia orgánica en rocas sedimentarias, carbones y turbas sirvió de base para mantener el fondo de intercambio de oxígeno en la atmósfera. Todo el oxígeno que contiene pasa por un ciclo completo a través de los organismos vivos en unos 2000 años.
Actualmente, una parte importante del oxígeno atmosférico se capta como resultado del transporte, la industria y otras formas de actividad antropogénica. Se sabe que la humanidad ya gasta más de 10 mil millones de toneladas de oxígeno libre, de un total de 430-470 mil millones de toneladas suministradas por los procesos de fotosíntesis. Si tenemos en cuenta que sólo una pequeña parte del oxígeno fotosintético ingresa al fondo de intercambio, la actividad humana en este sentido comienza a adquirir proporciones alarmantes.
El ciclo del oxígeno está estrechamente relacionado con el ciclo del carbono.
Ciclo del carbono en la biosfera.
El carbono como elemento químico es la base de la vida. Puede combinarse con muchos otros elementos de diversas formas para formar moléculas orgánicas simples y complejas que forman las células vivas. En términos de distribución en el planeta, el carbono ocupa el undécimo lugar (0,35% del peso de la corteza terrestre), pero en la materia viva promedia alrededor del 18 o 45% de la biomasa seca.
En la atmósfera, el carbono forma parte del dióxido de carbono CO 2 y, en menor medida, del metano CH 4 . En la hidrosfera, el CO 2 se disuelve en agua y su contenido total es mucho mayor que el atmosférico. El océano sirve como un poderoso amortiguador para la regulación del CO 2 en la atmósfera: a medida que aumenta su concentración en el aire, aumenta la absorción de dióxido de carbono por el agua. Algunas de las moléculas de CO 2 reaccionan con el agua, formando ácido carbónico, que luego se disocia en iones HCO 3 - y CO 2-3. Estos iones reaccionan con cationes de calcio o magnesio para precipitar carbonatos. pH constante del agua.
El dióxido de carbono en la atmósfera y la hidrosfera es un fondo de intercambio en el ciclo del carbono, de donde lo toman las plantas terrestres y las algas. La fotosíntesis es la base de todos los ciclos biológicos de la Tierra. La liberación de carbono fijado ocurre durante la actividad respiratoria de los propios organismos fotosintéticos y de todos los heterótrofos: bacterias, hongos, animales que ingresan a la cadena alimentaria debido a materia orgánica viva o muerta.
Arroz. 7. Ciclo del carbono
Particularmente activo es el retorno de CO2 a la atmósfera desde el suelo, donde se concentra la actividad de numerosos grupos de organismos, descomponiendo los restos de plantas y animales muertos y se produce la respiración de los sistemas radiculares de las plantas. Este proceso integral se denomina “respiración del suelo” y contribuye significativamente a la reposición del fondo de intercambio de CO2 en el aire. Paralelamente a los procesos de mineralización de la materia orgánica, se forma humus en los suelos, un complejo molecular complejo y estable rico en carbono. El humus del suelo es uno de los importantes reservorios de carbono en la tierra.
En condiciones donde la actividad de los destructores es inhibida por factores ambientales (por ejemplo, cuando ocurre un régimen anaeróbico en los suelos y en el fondo de los embalses), la materia orgánica acumulada por la vegetación no se descompone, convirtiéndose con el tiempo en rocas como el carbón o el marrón. carbón, turba, sapropels, esquisto bituminoso y otros ricos en energía solar acumulada. Reponen el fondo de reserva de carbono, estando desconectados del ciclo biológico durante mucho tiempo. El carbono también se deposita temporalmente en la biomasa viva, en la basura muerta, en la materia orgánica disuelta del océano, etc. Sin embargo el principal fondo de reserva de carbono por escrito no son organismos vivos ni combustibles fósiles, sino Rocas sedimentarias: calizas y dolomitas. Su formación también está asociada a la actividad de la materia viva. El carbono de estos carbonatos permanece enterrado durante mucho tiempo en las entrañas de la Tierra y entra en ciclo sólo durante la erosión, cuando las rocas quedan expuestas en los ciclos tectónicos.
Sólo una fracción de un porcentaje del carbono total de la Tierra participa en el ciclo biogeoquímico. El carbono de la atmósfera y la hidrosfera pasa muchas veces a través de los organismos vivos. Las plantas terrestres pueden agotar sus reservas en el aire en 4-5 años, las reservas de humus en el suelo, en 300-400 años. La principal devolución de carbono al fondo de intercambio se produce debido a la actividad de los organismos vivos, y solo una pequeña parte (milésimas de porcentaje) se compensa con la liberación de las entrañas de la Tierra como parte de los gases volcánicos.
Actualmente, la extracción y combustión de enormes reservas de combustibles fósiles se está convirtiendo en un factor poderoso en la transferencia de carbono de la reserva al fondo de intercambio de la biosfera.
Ciclo del nitrógeno en la biosfera.
La atmósfera y la materia viva contienen menos del 2% de todo el nitrógeno de la Tierra, pero es lo que sustenta la vida en el planeta. El nitrógeno forma parte de las moléculas orgánicas más importantes: ADN, proteínas, lipoproteínas, ATP, clorofila, etc. En los tejidos vegetales, su proporción con respecto al carbono es en promedio 1: 30, y en las algas I: 6. El ciclo biológico del nitrógeno es por lo tanto, también está estrechamente relacionado con el carbono.
El nitrógeno molecular de la atmósfera es inaccesible para las plantas, que sólo pueden absorber este elemento en forma de iones de amonio, nitratos o del suelo o de soluciones acuosas. Por lo tanto, la deficiencia de nitrógeno es a menudo un factor que limita la producción primaria: el trabajo de los organismos asociado con la creación de sustancias orgánicas a partir de inorgánicas. Sin embargo, el nitrógeno atmosférico participa ampliamente en el ciclo biológico debido a la actividad de bacterias especiales (fijadoras de nitrógeno).
Los microorganismos amonificadores también desempeñan un papel importante en el ciclo del nitrógeno. Descomponen proteínas y otras sustancias orgánicas que contienen nitrógeno en amoníaco. En forma de amonio, el nitrógeno es en parte reabsorbido por las raíces de las plantas y en parte es interceptado por microorganismos nitrificantes, lo que es lo contrario de las funciones del grupo de microorganismos: los desnitrificantes.
Arroz. 8. Ciclo del nitrógeno
En condiciones anaeróbicas en suelos o aguas, utilizan el oxígeno nitrato para oxidar sustancias orgánicas, obteniendo energía para su vida. El nitrógeno se reduce a nitrógeno molecular. La fijación y desnitrificación del nitrógeno son de naturaleza aproximadamente equilibrada. Así, el ciclo del nitrógeno depende principalmente de la actividad de las bacterias, mientras que las plantas se integran en él, utilizando productos intermedios de este ciclo y aumentando considerablemente la escala de la circulación del nitrógeno en la biosfera mediante la producción de biomasa.
El papel de las bacterias en el ciclo del nitrógeno es tan importante que si sólo se destruyeran 20 de sus especies, la vida en nuestro planeta cesaría.
La fijación no biológica de nitrógeno y la entrada de sus óxidos y amoníaco en los suelos también se produce con las precipitaciones durante la ionización atmosférica y las descargas de rayos. La industria moderna de fertilizantes fija el nitrógeno atmosférico en niveles mayores que la fijación natural de nitrógeno para aumentar la producción de cultivos.
Actualmente, la actividad humana influye cada vez más en el ciclo del nitrógeno, principalmente en la dirección del exceso de su transferencia a formas ligadas sobre los procesos de retorno al estado molecular.
Ciclo del fósforo en la biosfera.
Este elemento, necesario para la síntesis de muchas sustancias orgánicas, incluidos ATP, ADN y ARN, es absorbido por las plantas solo en forma de iones de ácido ortofosfórico (P0 3 4 +). Pertenece a los elementos que limitan la producción primaria tanto en la tierra como especialmente en el océano, ya que el fondo de intercambio de fósforo en suelos y aguas es pequeño. El ciclo de este elemento a escala de la biosfera no está cerrado.
En la tierra, las plantas extraen fosfatos del suelo, liberados por los descomponedores de los residuos orgánicos en descomposición. Sin embargo, en suelos alcalinos o ácidos la solubilidad de los compuestos de fósforo disminuye drásticamente. El principal fondo de reserva de fosfatos se encuentra en rocas formadas en el fondo del océano en el pasado geológico. Durante la lixiviación de rocas, parte de estas reservas pasan al suelo y son arrastradas a los cuerpos de agua en forma de suspensiones y soluciones. En la hidrosfera, los fosfatos son utilizados por el fitoplancton y pasan a través de las cadenas alimentarias hasta otros hidrobiontes. Sin embargo, en el océano, la mayoría de los compuestos de fósforo quedan enterrados con los restos de animales y plantas en el fondo, con la posterior transición con las rocas sedimentarias al gran ciclo geológico. En profundidad, los fosfatos disueltos se unen al calcio, formando fosforitas y apatitas. En la biosfera, de hecho, hay un flujo unidireccional de fósforo desde las rocas terrestres hacia las profundidades del océano, por lo que su fondo de intercambio en la hidrosfera es muy limitado;
Arroz. 9. ciclo del fósforo
Los depósitos terrestres de fosforitas y apatitas se utilizan en la producción de fertilizantes. La entrada de fósforo en los cuerpos de agua dulce es una de las principales razones de su “florecimiento”.
Ciclo del azufre en la biosfera.
El ciclo del azufre, necesario para la construcción de varios aminoácidos, es responsable de la estructura tridimensional de las proteínas y es mantenido en la biosfera por una amplia gama de bacterias. Los enlaces individuales en este ciclo involucran microorganismos aeróbicos que oxidan el azufre de los residuos orgánicos a sulfatos, así como reductores de sulfato anaeróbicos que reducen los sulfatos a sulfuro de hidrógeno. Además de los grupos enumerados de bacterias del azufre, oxidan el sulfuro de hidrógeno a azufre elemental y luego a sulfatos. Las plantas absorben sólo iones SO2-4 del suelo y el agua.
El anillo en el centro ilustra el proceso de oxidación (O) y reducción (R) que intercambia azufre entre el depósito de sulfato disponible y el depósito de sulfuro de hierro en las profundidades del suelo y los sedimentos.
Arroz. 10. Ciclo del azufre. El anillo en el centro ilustra el proceso de oxidación (0) y reducción (R), a través del cual se intercambia azufre entre el charco de sulfato disponible y el charco de sulfuros de hierro ubicado en lo profundo del suelo y los sedimentos.
La principal acumulación de azufre se produce en el océano, donde los iones de sulfato fluyen continuamente desde la tierra con la escorrentía de los ríos. Cuando el sulfuro de hidrógeno se libera del agua, el azufre regresa parcialmente a la atmósfera, donde se oxida a dióxido y se convierte en ácido sulfúrico en el agua de lluvia. El uso industrial de grandes cantidades de sulfatos y azufre elemental y la combustión de combustibles fósiles liberan grandes volúmenes de dióxido de azufre a la atmósfera. Esto daña la vegetación, los animales, las personas y sirve como fuente de lluvia ácida, lo que agrava los efectos negativos de la intervención humana en el ciclo del azufre.
La tasa de circulación de sustancias.
Todos los ciclos de sustancias ocurren a diferentes velocidades (Fig.11)
Así, los ciclos de todos los nutrientes del planeta están sustentados por la compleja interacción de diferentes partes. Están formados por la actividad de grupos de organismos de diferentes funciones, el sistema de escorrentía y evaporación que conecta el océano y la tierra, los procesos de circulación de masas de agua y aire, la acción de las fuerzas gravitacionales, la tectónica de las placas litosféricas y otras grandes. -Procesos geológicos y geofísicos a escala.
La biosfera actúa como un único sistema complejo en el que se producen varios ciclos de sustancias. El principal impulsor de estos Los ciclos son la materia viva del planeta, todos los organismos vivos, proporcionando procesos de síntesis, transformación y descomposición de la materia orgánica.
Arroz. 11. Tasas de circulación de sustancias (P. Cloud, A. Jibor, 1972)
La base de la visión ecológica del mundo es la idea de que cada ser vivo está rodeado de muchos factores diferentes que influyen en él, que juntos forman su hábitat: un biotopo. Por eso, biotopo: una sección de territorio que es homogénea en términos de condiciones de vida para ciertas especies de plantas o animales.(pendiente de un barranco, parque forestal urbano, lago pequeño o parte de un lago grande, pero con condiciones homogéneas - parte costera, parte de aguas profundas).
Los organismos característicos de un biotopo particular constituyen comunidad de vida o biocenosis(animales, plantas y microorganismos de lagos, praderas, costas).
Una comunidad viva (biocenosis) forma un todo único con su biotopo, que se llama sistema ecológico (ecosistema). Un ejemplo de ecosistemas naturales es un hormiguero, un lago, un estanque, un prado, un bosque, una ciudad o una granja. Un ejemplo clásico de ecosistema artificial es una nave espacial. Como puede ver, aquí no existe una estructura espacial estricta. Cercano al concepto de ecosistema está el concepto biogeocenosis.
Los principales componentes de los ecosistemas son:
- ambiente no vivo (abiótico). Se trata de agua, minerales, gases, además de materia orgánica y humus;
- componentes bióticos. Estos incluyen: productores o productores (plantas verdes), consumidores o consumidores (seres vivos que se alimentan de los productores) y descomponedores o descomponedores (microorganismos).
La naturaleza opera de manera extremadamente económica. Así, la biomasa creada por los organismos (la sustancia de los cuerpos de los organismos) y la energía que contienen se transfieren a otros miembros del ecosistema: los animales comen plantas, estos animales son devorados por otros animales. Este proceso se llama cadena alimentaria o trófica. En la naturaleza, las cadenas alimentarias a menudo se cruzan, formando una red trófica.
Ejemplos de cadenas alimentarias: planta - herbívoro - depredador; cereal - ratón de campo - zorro, etc. y la red alimentaria se muestran en la Fig. 12.
Así, el estado de equilibrio en la biosfera se basa en la interacción de factores ambientales bióticos y abióticos, que se mantiene mediante el intercambio continuo de materia y energía entre todos los componentes de los ecosistemas.
En las circulaciones cerradas de los ecosistemas naturales, junto con otros, es necesaria la participación de dos factores: la presencia de descomponedores y el suministro constante de energía solar. En los ecosistemas urbanos y artificiales hay pocos o ningún descomponedor, por lo que se acumulan desechos líquidos, sólidos y gaseosos que contaminan el medio ambiente.
Arroz. 12. Red alimentaria y dirección del flujo de materia.
Para que la biosfera continúe existiendo, para que su movimiento (desarrollo) no se detenga, la circulación de sustancias biológicamente importantes debe ocurrir constantemente en la Tierra. Esta transición de sustancias biológicamente importantes de un enlace a otro sólo puede realizarse con un cierto gasto de energía, cuya fuente es el Sol.
La energía solar proporciona dos ciclos de sustancias en la Tierra:
- ciclo geológico (abiótico) o grande;
- ciclo biológico (biótico) o pequeño.
ciclo geológico se manifiesta más claramente en el ciclo del agua y la circulación atmosférica.
La Tierra recibe aproximadamente 21 10 20 kJ de energía radiante anualmente del Sol. Aproximadamente la mitad se gasta en la evaporación del agua. Esto es lo que causa el gran ciclo.
El ciclo del agua en la biosfera se basa en el hecho de que su evaporación total de la superficie terrestre se compensa con la precipitación. Al mismo tiempo, se evapora más agua del océano de la que regresa con las precipitaciones. En tierra, por el contrario, caen más precipitaciones de las que se evapora el agua. Su exceso desemboca en ríos y lagos, y de allí de nuevo al océano.
En el proceso del ciclo geológico del agua, los compuestos minerales se transfieren de un lugar a otro a escala planetaria, y el estado agregado del agua también cambia (líquido, sólido - nieve, hielo; gaseoso - vapor). El agua circula más intensamente en estado de vapor.
Con la aparición de la materia viva basada en la circulación de la atmósfera, el agua, los compuestos minerales disueltos en ella, es decir. sobre la base del ciclo abiótico, geológico, surgió un ciclo de la materia orgánica, o pequeño, ciclo biológico.
A medida que se desarrolla la materia viva, cada vez se extraen más elementos del ciclo geológico y entran en un nuevo ciclo biológico.
A diferencia de la simple transferencia y movimiento de elementos minerales en el ciclo grande (geológico), en el ciclo pequeño (biológico) los puntos más importantes son la síntesis y destrucción de compuestos orgánicos. Estos dos procesos mantienen una cierta relación que subyace a la vida y constituye una de sus características principales.
A diferencia del ciclo geológico, el ciclo biológico tiene menor energía. Como se sabe, sólo el 0,1-0,2% de la energía solar que llega a la Tierra se gasta en la creación de materia orgánica (hasta el 50% en el ciclo geológico). A pesar de esto, la energía involucrada en el ciclo biológico se gasta en el enorme trabajo de crear producción primaria en la Tierra.
Con la aparición de la materia viva en la Tierra, los elementos químicos circulan continuamente en la biosfera, pasando del ambiente externo a los organismos y de regreso al ambiente externo.
Esta circulación de elementos químicos por caminos más o menos cerrados, que se produce utilizando la energía solar a través de organismos vivos, se denomina ciclo biogeoquímico (ciclo).
Los principales ciclos biogeoquímicos son los ciclos del oxígeno, carbono, nitrógeno, fósforo, azufre, agua y nutrientes.
Ciclo del carbono.
En la tierra, el ciclo del carbono comienza con la fijación de dióxido de carbono por las plantas durante la fotosíntesis. Luego se forman carbohidratos a partir de dióxido de carbono y agua y se libera oxígeno. En este caso, el carbono se libera parcialmente durante la respiración de las plantas en forma de dióxido de carbono. El carbono fijado en las plantas es consumido en cierta medida por los animales. Los animales también liberan dióxido de carbono cuando respiran. Los animales y plantas muertos son descompuestos por microorganismos, lo que hace que el carbono de la materia orgánica muerta se oxide a dióxido de carbono y se libere nuevamente a la atmósfera.
Un ciclo del carbono similar ocurre en el océano.
Ciclo del nitrógeno.
El ciclo del nitrógeno, al igual que otros ciclos biogeoquímicos, abarca todas las áreas de la biosfera. El ciclo del nitrógeno está asociado a su conversión en nitratos debido a la actividad de las bacterias fijadoras y nitrificantes de nitrógeno. Los nitratos son absorbidos por las plantas del suelo o del agua. Los animales comen plantas. Con el tiempo, los descomponedores convierten el nitrógeno nuevamente en forma gaseosa y lo liberan a la atmósfera.
En las condiciones modernas, los seres humanos han intervenido en el ciclo del nitrógeno cultivando leguminosas fijadoras de nitrógeno en grandes superficies y fijando artificialmente el nitrógeno natural. Se cree que la agricultura y la industria proporcionan casi un 60% más de nitrógeno fijo que los ecosistemas terrestres naturales.
Un ciclo similar del nitrógeno se observa en el medio acuático.
Ciclo del fósforo.
A diferencia del carbono y el nitrógeno, los compuestos de fósforo se encuentran en rocas que se erosionan y liberan fosfatos. La mayoría de ellos terminan en los mares y océanos y pueden regresar parcialmente a la tierra a través de cadenas alimentarias marinas que terminan en aves que se alimentan de peces. Algunos fosfatos ingresan al suelo y son absorbidos por las raíces de las plantas. La absorción de fósforo por las plantas depende de la acidez de la solución del suelo: a medida que aumenta la acidez, los fosfatos prácticamente insolubles en agua se convierten en ácido fosfórico altamente soluble. Luego, los animales se comen las plantas.
Los principales eslabones de los ciclos biogeoquímicos son varios organismos, cuya variedad de formas determina la intensidad de los ciclos y la participación en ellos de casi todos los elementos de la corteza terrestre.
En general, cada ciclo de cualquier elemento químico es parte del gran ciclo general de sustancias en la Tierra, es decir. están estrechamente relacionados.
Antes del surgimiento de la biosfera, había tres ciclos de la materia en la Tierra: ciclo mineral - Movimiento de productos ígneos desde las profundidades a la superficie y viceversa.; ciclo de gas - circulación de masas de aire calentadas periódicamente por el sol,El ciclo del agua - Evaporación del agua y su transferencia por masas de aire, precipitación (lluvia, nieve). Estos tres ciclos están unidos por un solo término: Ciclo geológico (abiótico). Con la aparición de la vida, los ciclos del gas, los minerales y el agua se complementaron con ciclo biótico (biogénico) - el ciclo de elementos químicos realizado por la actividad vital de los organismos. Junto al geológico, un único ciclo biogeoquímico sustancias en la Tierra.
Ciclo geológico.
Aproximadamente la mitad de la energía solar que llega a la superficie de la Tierra se gasta en la evaporación del agua, la erosión de las rocas, la disolución de minerales, el movimiento de masas de aire y con ellos el vapor de agua, el polvo y las partículas sólidas de la erosión.
El movimiento del agua y el viento provoca la erosión del suelo, el movimiento, la redistribución y la acumulación de precipitaciones mecánicas y químicas en la hidrosfera y la litosfera. Este ciclo todavía continúa ocurriendo hoy.
De gran interés El ciclo del agua. Aproximadamente 3,8 · 10 · 14 toneladas de agua se evaporan de la hidrosfera en un año, y solo 3,4 · 10 · 14 toneladas de agua regresan con precipitación a la capa de agua de la Tierra. La parte que falta cae a tierra. En total, alrededor de 1,10,14 toneladas de precipitación caen sobre la tierra y aproximadamente 0,6,10,14 toneladas de agua se evaporan. El exceso de agua formada en la litosfera desemboca en lagos y ríos y luego en el Océano Mundial (Fig. 2.4). La escorrentía superficial es de aproximadamente 0,2 10 14 toneladas, las 0,2 10 14 toneladas restantes de agua ingresan a los acuíferos del subsuelo, desde donde el agua fluye hacia los ríos, lagos y el océano, y también repone los depósitos de agua subterránea.
ciclo biótico. Se basa en los procesos de síntesis de sustancias orgánicas con su posterior destrucción en minerales originales. Los procesos de síntesis y destrucción de sustancias orgánicas son la base de la existencia de la materia viva y la característica principal del funcionamiento de la biosfera.
La actividad vital de cualquier organismo es imposible sin el metabolismo con el medio ambiente. En el proceso del metabolismo, el cuerpo consume y asimila sustancias necesarias y libera productos de desecho; el tamaño de nuestro planeta no es infinito y, en última instancia, todas las sustancias útiles se transformarían en desechos inútiles. Sin embargo, en el proceso de evolución se encontró una solución excelente: además de organismos que pueden construir materia viva a partir de materia no viva, aparecieron otros organismos que descomponen esta materia orgánica compleja en minerales iniciales, listos para un nuevo uso. "La única manera de dar a una cantidad limitada las propiedades del infinito", escribió V.R. Williams, es hacerlo girar a lo largo de una curva cerrada."
El mecanismo de interacción entre la naturaleza viva y la inanimada consiste en la participación de materia inanimada en el ámbito de la vida. Después de una serie de transformaciones de la materia inanimada en los organismos vivos, ésta vuelve a su estado original anterior. Este ciclo es posible debido al hecho de que los organismos vivos contienen los mismos elementos químicos que la naturaleza inanimada.
¿Cómo ocurre este ciclo? V.I. Vernadsky demostró que el principal convertidor de energía procedente del espacio (principalmente solar) es la materia verde de las plantas. Sólo ellos son capaces de sintetizar compuestos orgánicos primarios bajo la influencia de la energía solar. El científico calculó que la superficie total de materia verde de las plantas que absorbe energía, según la época del año, oscila entre el 0,86 y el 4,2% de la superficie del Sol. Al mismo tiempo, la superficie de la Tierra.
Los animales cuyo alimento son plantas u otros animales sintetizan nuevos compuestos orgánicos en sus cuerpos.
Los restos de animales y plantas sirven de alimento a gusanos, hongos y microorganismos, que finalmente los convierten en los minerales originales, liberando dióxido de carbono. Estos minerales nuevamente sirven como materia prima inicial para la creación de compuestos orgánicos primarios por parte de las plantas. Así se cierra el círculo y comienza un nuevo movimiento de átomos.
Sin embargo, el ciclo de las sustancias no está completamente cerrado. Algunos de los átomos abandonan el ciclo, son fijados y organizados por nuevas formas de organismos vivos y los productos de su actividad vital. Al penetrar en la litosfera, la hidrosfera y la troposfera, los organismos vivos han producido y están produciendo un enorme trabajo geoquímico sobre el movimiento y la redistribución de sustancias existentes y la creación de otras nuevas. Ésta es la esencia del desarrollo progresivo de la biosfera, ya que amplía el alcance de los ciclos biogeoquímicos y fortalece la biosfera. Como señaló V.I. Vernadsky, en la biosfera hay un constante movimiento biogénico de átomos en forma de "vórtices".
A diferencia del geológico, el ciclo biótico se caracteriza por un consumo energético insignificante. Como ya se señaló, aproximadamente el 1% de la energía solar que llega a la superficie de la Tierra se gasta en la creación de materia orgánica primaria. Esta energía es suficiente para el funcionamiento de los procesos biogeoquímicos más complejos del planeta.
