Existe un intercambio constante de elementos químicos entre la litosfera, la hidrosfera, la atmósfera y los organismos vivos de la Tierra. Este proceso es cíclico: al pasar de una esfera a otra, los elementos vuelven a su estado original. El ciclo de los elementos ha tenido lugar a lo largo de la historia de la Tierra, que abarca 4.500 millones de años.
Las aguas del Océano Mundial transportan enormes masas de productos químicos. Esto se aplica principalmente a los gases disueltos: dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno. El agua fría en latitudes altas disuelve los gases atmosféricos. Al llegar a la zona tropical con las corrientes oceánicas, las libera, ya que la solubilidad de los gases cuando se calienta disminuye. La absorción y liberación de gases también se produce durante el cambio de estaciones cálidas y frías del año.
La aparición de la vida en el planeta tuvo un enorme impacto en los ciclos naturales de algunos elementos. Esto, en primer lugar, se refiere a la circulación de los principales elementos de la materia orgánica: carbono, hidrógeno y oxígeno, así como elementos vitales como nitrógeno, azufre y fósforo. Los organismos vivos también influyen en el ciclo de muchos elementos metálicos. A pesar de que la masa total de organismos vivos en la Tierra es millones de veces menor que la masa de la corteza terrestre, las plantas y los animales desempeñan un papel vital en el movimiento de los elementos químicos.
Los procesos de fotosíntesis de la materia orgánica a partir de componentes inorgánicos continúan durante millones de años, y durante este tiempo los elementos químicos debieron haber pasado de una forma a otra. Sin embargo, esto no sucede debido a su circulación en la biosfera. Cada año, los organismos fotosintéticos asimilan alrededor de 350 mil millones de toneladas de dióxido de carbono, liberan alrededor de 250 mil millones de toneladas de oxígeno a la atmósfera y descomponen 140 mil millones de toneladas de agua, formando más de 230 mil millones de toneladas de materia orgánica (calculada en peso seco).
Enormes cantidades de agua pasan a través de plantas y algas durante el transporte y la evaporación. Esto lleva al hecho de que el agua de la capa superficial del océano se filtra con plancton en 40 días y el resto del agua del océano se filtra en aproximadamente un año. Todo el dióxido de carbono de la atmósfera se renueva en varios cientos de años y el oxígeno en varios miles de años. Cada año, la fotosíntesis incluye en el ciclo 6 mil millones de toneladas de nitrógeno, 210 mil millones de toneladas de fósforo y una gran cantidad de otros elementos (potasio, sodio, calcio, magnesio, azufre, hierro, etc.). la existencia de estos ciclos confiere al ecosistema una cierta estabilidad.
Hay dos ciclos principales: grande (geológico) y pequeño (biótico).
El gran ciclo, que continúa durante millones de años, consiste en el hecho de que las rocas se destruyen y los productos de la erosión (incluidos los nutrientes solubles en agua) son transportados por las corrientes de agua al Océano Mundial, donde forman estratos marinos y solo regresan parcialmente a terreno con precipitaciones. Los cambios geotectónicos, los procesos de hundimiento continental y elevación del fondo marino, el movimiento de mares y océanos durante un largo período de tiempo hacen que estos estratos regresen a la tierra y el proceso comience de nuevo.
El ciclo pequeño (parte del grande) ocurre a nivel de ecosistema y consiste en que los nutrientes, el agua y el carbono se acumulan en la sustancia de las plantas, se gastan en la construcción del cuerpo y en los procesos de vida tanto de estas plantas como de ellas. otros organismos (generalmente animales), que comen estas plantas (consumidores). Los productos de descomposición de la materia orgánica, bajo la influencia de destructores y microorganismos (bacterias, hongos, gusanos), se descomponen nuevamente en componentes minerales que son accesibles a las plantas y son arrastrados al flujo de materia.
Todas las aguas naturales contienen diversos gases en estado disuelto, principalmente nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono. La cantidad de gases que puede disolver el agua de mar depende de su salinidad, de la presión hidrostática, pero principalmente de la temperatura. Cuanto mayor es la salinidad y la temperatura, menos gases puede disolver el agua de mar, y viceversa.
El agua de mar participa en numerosas transformaciones químicas y bioquímicas de sustancias que se encuentran en ella en forma disuelta, coloidal y suspendida, en estado libre y en diversos compuestos. La hidrosfera en su conjunto sirve como medio y poderoso vehículo en los complejos cambios y movimientos de elementos químicos que ocurren en la biosfera y la litosfera.
Los ríos transportan anualmente al océano mundial unos 10 millones de toneladas de nitrógeno en forma iónica y unos 20 millones de toneladas en forma de compuestos orgánicos. Dado que se pierde poco nitrógeno en las rocas sedimentarias, se puede suponer que durante los procesos naturales, la desnitrificación en el Océano Mundial equilibra la fijación de nitrógeno y su eliminación a la tierra. Debido al uso de fertilizantes, la cantidad de fertilizante que ingresa a los cuerpos de agua ha aumentado considerablemente, empeorando la calidad del agua.
El fósforo es el elemento nutritivo más importante y, con mayor frecuencia, limita el desarrollo de la productividad de los cuerpos de agua. Por lo tanto, la entrada de un exceso de compuestos de fósforo de la cuenca con la escorrentía superficial de los campos, con la escorrentía de las granjas, con las aguas residuales domésticas no tratadas, así como con algunos desechos industriales, conduce a un fuerte aumento incontrolado de la biomasa vegetal del cuerpo de agua (esto es especialmente típico de embalses estancados y de bajo caudal). Las actividades humanas han alterado el ciclo natural del fósforo. Los compuestos de fósforo se utilizan para producir fertilizantes y detergentes. Esto conduce a la contaminación de los cuerpos de agua con compuestos de fósforo. En tales condiciones, el fósforo deja de ser un elemento que limita el crecimiento de la masa de los seres vivos, especialmente de las algas y otras plantas acuáticas.
El azufre se encuentra en la atmósfera en pequeñas cantidades, principalmente en forma de sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre. Una gran cantidad de este elemento (en forma de iones sulfato) se encuentra en la hidrosfera. En la litosfera, el azufre se encuentra en forma de una sustancia simple (azufre nativo) y en la composición de numerosos minerales: sulfuros y sulfatos metálicos. Además, los compuestos de azufre se encuentran en el carbón, el esquisto, el petróleo y el gas natural. El azufre forma parte de muchas proteínas, por lo que siempre se encuentra en los cuerpos de animales y plantas. La actividad humana ha alterado significativamente el ciclo del azufre entre la atmósfera, los océanos y la superficie terrestre. Estos cambios son mayores que el impacto humano en el ciclo del carbono. Como en el caso del ciclo global del carbono, las emisiones tecnogénicas de azufre al medio ambiente tienen poco efecto sobre la distribución de masas de este elemento en la superficie terrestre. Sin embargo, el mayor contenido de azufre en los residuos industriales y domésticos supone un peligro para la vida en grandes superficies. Las emisiones masivas de dióxido de azufre a la atmósfera generan lluvia ácida, que puede caer mucho más allá de las zonas industriales. La contaminación de las aguas naturales con compuestos solubles de azufre representa una amenaza para los organismos vivos de las masas de agua interiores y las zonas costeras de los mares.
El carbono es el elemento básico de la vida. Se encuentra en la atmósfera en forma de dióxido de carbono. En el océano y las aguas dulces de la Tierra, el carbono se encuentra en dos formas principales: como parte de la materia orgánica y como parte de partículas inorgánicas interconectadas: iones de bicarbonato, iones de carbonato y dióxido de carbono disuelto. La mayor parte se acumula en carbonatos del fondo del océano (1016 toneladas), en rocas cristalinas (1016 toneladas), carbón y petróleo (1016 toneladas) y participa en un gran ciclo de circulación. Durante el último siglo, la actividad económica humana ha realizado cambios significativos en el ciclo del carbono. La quema de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas) ha provocado un aumento de la liberación de dióxido de carbono a la atmósfera. Esto no afecta mucho a la distribución de masas de carbono entre las capas de la Tierra, pero puede tener graves consecuencias debido al aumento del efecto invernadero.
El silicio es el segundo elemento químico más abundante (después del oxígeno) en la corteza terrestre. Su Clarke en la corteza terrestre es 29,5, en el suelo - 33, en el océano - 5x10 -5. Sin embargo, a pesar de la enorme abundancia de silicio y sus compuestos en la naturaleza (el cuarzo y los silicatos constituyen el 87% de la litosfera), los ciclos biogeoquímicos del silicio (especialmente en la tierra) aún no se han estudiado lo suficiente. El manganeso y el hierro son componentes constantes del agua dulce natural y sus niveles a menudo superan los niveles de macronutrientes esenciales.
El contenido del artículo.
ELEMENTOS QUÍMICOS EN LA NATURALEZA – CICLO Y MIGRACIÓN. Existe un intercambio constante de elementos químicos entre la litosfera, la hidrosfera, la atmósfera y los organismos vivos de la Tierra. Este proceso es cíclico: al pasar de una esfera a otra, los elementos vuelven a su estado original. El ciclo de los elementos ha tenido lugar a lo largo de la historia de la Tierra, que abarca 4.500 millones de años.
Las aguas del Océano Mundial transportan masas gigantes de productos químicos. Esto se aplica principalmente a los gases disueltos: dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno. El agua fría en latitudes altas disuelve los gases atmosféricos. Al llegar a la zona tropical con las corrientes oceánicas, las libera, ya que la solubilidad de los gases cuando se calienta disminuye. La absorción y liberación de gases también se produce durante el cambio de estaciones cálidas y frías del año.
La aparición de la vida en el planeta tuvo un enorme impacto en los ciclos naturales de algunos elementos. Esto, en primer lugar, se refiere a la circulación de los principales elementos de la materia orgánica: carbono, hidrógeno y oxígeno, así como elementos vitales como nitrógeno, azufre y fósforo. Los organismos vivos también influyen en el ciclo de muchos elementos metálicos. A pesar de que la masa total de organismos vivos en la Tierra es millones de veces menor que la masa de la corteza terrestre, las plantas y los animales desempeñan un papel vital en el movimiento de los elementos químicos.
Las actividades humanas también influyen en el ciclo de los elementos. Se ha vuelto especialmente notorio en el último siglo. Al considerar los aspectos químicos de los cambios globales en los ciclos químicos, se deben tener en cuenta no sólo los cambios en los ciclos naturales debido a la adición o eliminación de sustancias químicas presentes en ellos como resultado de impactos cíclicos normales y/o inducidos por el hombre, sino también la liberación de sustancias químicas al medio ambiente que antes no existían en la naturaleza. Veamos algunos de los ejemplos más importantes de movimiento cíclico y migración de elementos químicos.
Carbón
- el principal elemento de la vida - se encuentra en la atmósfera en forma de dióxido de carbono. En el océano y las aguas dulces de la Tierra, el carbono se encuentra en dos formas principales: en la composición de la materia orgánica y en la composición de partículas inorgánicas interconectadas: ion bicarbonato HCO 3 –, ion carbonato CO 3 2– y dióxido de carbono CO disuelto. 2. Una gran cantidad de carbono se concentra en forma de compuestos orgánicos en animales y plantas. Hay mucha materia orgánica "no viva" en el suelo. El carbono de la litosfera también está contenido en minerales carbonatados (piedra caliza, dolomita, tiza, mármol). Algo de carbono se encuentra en el petróleo, el carbón y el gas natural.
El eslabón de conexión en el ciclo natural del carbono es el dióxido de carbono (Fig. 1).
Arroz. 1. ESQUEMA SIMPLIFICADO ciclo global del carbono. Los números en los recuadros representan el tamaño de los yacimientos en miles de millones de toneladas: gigatoneladas (Gt). Las flechas muestran los flujos y los números asociados se expresan en Gt/año.
Las mayores reservas de carbono son los sedimentos marinos y las rocas sedimentarias terrestres. Sin embargo, la mayor parte de este material no interactúa con la atmósfera, sino que sufre ciclos a través de la parte sólida de la Tierra en escalas de tiempo geológico. Por lo tanto, estos reservorios desempeñan sólo un papel menor en el ciclo relativamente rápido del carbono que ocurre con la participación de la atmósfera. El siguiente reservorio más grande es el agua de mar. Pero incluso aquí, la parte profunda de los océanos, donde se encuentra la mayor parte del carbono, no interactúa con la atmósfera tan rápidamente como su superficie. Los reservorios más pequeños son la biosfera terrestre y la atmósfera. Es el pequeño tamaño de este último reservorio lo que lo hace sensible a cambios incluso pequeños en el porcentaje de carbono en otros reservorios (más grandes), como cuando se queman combustibles fósiles.
El ciclo global moderno del carbono consta de dos ciclos más pequeños. El primero de ellos es la unión del dióxido de carbono durante la fotosíntesis y su nueva formación durante la vida de plantas y animales, así como durante la descomposición de residuos orgánicos. El segundo ciclo es causado por la interacción del dióxido de carbono atmosférico y las aguas naturales:
CO 2 + H 2 O H 2 CO 3
H 2 CO 3 HCO 3 – + H +
HCO 3 – CO 3 2– + H +
CO 3 2– + Ca 2+ = CaCO 3 Ї
Durante el último siglo, la actividad económica humana ha realizado cambios significativos en el ciclo del carbono. La quema de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas) ha provocado un aumento de la liberación de dióxido de carbono a la atmósfera. Esto no afecta mucho a la distribución de masas de carbono entre las capas de la Tierra, pero puede tener graves consecuencias debido al aumento del efecto invernadero.
Oxígeno
en la Tierra se encuentra principalmente en la litosfera en forma de dióxido de silicio y silicatos. Además, el oxígeno está presente en el agua que forma la hidrosfera. En la atmósfera, el oxígeno se encuentra en forma molecular. Es producto de los procesos de vida vegetal y al mismo tiempo una de las principales condiciones para la existencia de vida en la Tierra. La formación de oxígeno libre está asociada a la energía luminosa del sol. El material de partida para la formación de oxígeno es el agua. Casi todo el oxígeno libre en la Tierra es el resultado de la reacción de fotosíntesis de la materia orgánica del agua y el dióxido de carbono. Algo de oxígeno se produce por la descomposición del agua en la atmósfera superior. El oxígeno forma parte de muchos compuestos orgánicos. Existe un intercambio constante de oxígeno entre los organismos vivos y la atmósfera.
A pesar de la liberación de oxígeno por las plantas verdes, su contenido en la atmósfera no aumenta. Simultáneamente con la fotosíntesis, la materia orgánica se descompone y casi todo el oxígeno liberado se absorbe. Parte del oxígeno se gasta en la oxidación de sustancias inorgánicas. Una pequeña cantidad de oxígeno atmosférico participa en el ciclo de formación y destrucción del ozono.
Hidrógeno
en la Tierra se encuentra principalmente en la hidrosfera como parte del agua. Su contenido en la litosfera y la atmósfera es relativamente bajo. También forma parte de la materia orgánica. Enormes masas de hidrógeno, junto con el oxígeno, participan en el ciclo del agua, uno de los procesos cíclicos más poderosos del planeta.
Una característica especial del hidrógeno es su capacidad (junto con el helio) de escapar del campo gravitacional de la Tierra debido a su baja masa atómica. Estas pérdidas se compensan con la liberación de hidrógeno del manto. El hidrógeno molecular ingresa a la atmósfera terrestre como resultado de la actividad volcánica; también es liberado por algunas bacterias. Después de que aparecieron organismos vivos en nuestro planeta, el hidrógeno comenzó a unirse a la materia orgánica.
Nitrógeno,
Debido a la fuerza excepcional de la molécula de N 2, está casi completamente concentrada en la atmósfera. Una parte del gas nitrógeno se disuelve en aguas naturales, que contienen tanto sustancias orgánicas que contienen nitrógeno disueltas como iones inorgánicos: catión amonio, ion nitrito y ion nitrato. Dado que el nitrógeno no forma sales insolubles, rara vez se acumula en la litosfera. Así, en el desierto de Atacama sudamericano existen acumulaciones de nitrato de sodio que, a pesar de su alta solubilidad en agua, se conserva debido al clima extremadamente seco.
La palabra "nitrógeno" significa literalmente "sin vida" porque no favorece la respiración. Sin embargo, este elemento es un componente esencial de las proteínas. Por tanto, el nitrógeno se encuentra en cantidades significativas en los organismos vivos y en la materia orgánica "muerta". El nitrógeno se mueve continuamente entre la atmósfera, el océano, los organismos vivos y el suelo.
En la atmósfera, bajo la influencia de descargas eléctricas, el nitrógeno se convierte primero en monóxido de nitrógeno y luego en dióxido de nitrógeno. La humedad del aire y el oxígeno convierten el dióxido de nitrógeno en ácido nítrico.
4NO 2 + 2H 2 O + O 2 = 4HNO 3
Los compuestos de nitrógeno se disuelven fácilmente en la precipitación y caen sobre la superficie de la Tierra.
La actividad vital de las bacterias nódulos que viven en las raíces de las leguminosas es de gran importancia para fijar el nitrógeno atmosférico. Las enzimas de estas bacterias convierten el nitrógeno molecular en compuestos que luego son absorbidos por las plantas. De las plantas, el nitrógeno fijado ingresa al cuerpo de los animales, principalmente en forma de aminoácidos y proteínas. Después de la muerte de los organismos vivos, las sustancias orgánicas se convierten en compuestos inorgánicos, nuevamente absorbidos por las plantas. Parte del nitrógeno de los suelos se convierte en nitrógeno molecular y pasa a la atmósfera. El nitrógeno molecular también se forma durante la oxidación completa de sustancias orgánicas.
Los compuestos de nitrógeno ingresan a la atmósfera con las emisiones de las empresas industriales y el transporte, y a las aguas naturales con los desechos domésticos e industriales.
Demasiado nitrógeno soluble en el suelo provoca un aumento de su contenido en los alimentos y el agua potable, lo que puede provocar enfermedades graves. Los compuestos de nitrógeno se acumulan en los cuerpos de agua y provocan un crecimiento excesivo de lagos y embalses. Hasta ahora, estos fenómenos se han observado sólo en determinadas zonas donde muchos compuestos nitrogenados llegan al medio ambiente. En general, la naturaleza todavía tiene que hacer frente a la cantidad de nitrógeno fijo producido por el hombre.
Azufre
Se encuentra en la atmósfera en pequeñas cantidades, principalmente en forma de sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre. Una gran cantidad de este elemento (en forma de iones sulfato) se encuentra en la hidrosfera. En la litosfera, el azufre se encuentra en forma de una sustancia simple (azufre nativo) y en la composición de numerosos minerales: sulfuros y sulfatos metálicos. Además, los compuestos de azufre se encuentran en el carbón, el esquisto, el petróleo y el gas natural. El azufre forma parte de muchas proteínas, por lo que siempre se encuentra en los cuerpos de animales y plantas.
Emitidos desde las profundidades de la Tierra, los compuestos gaseosos de azufre (principalmente dióxido de azufre y sulfuro de hidrógeno) se disuelven en el agua subterránea. Aquí se forman sulfuros poco solubles (principalmente pirita, disulfuro de hierro FeS 2) y sulfatos (en particular, sulfato de calcio CaSO 4). También se forma azufre nativo:
2H 2 S + ASI QUE 2 = 3S + 2H 2 O
Los compuestos gaseosos de azufre ingresan al suelo, la atmósfera y los océanos, donde son absorbidos por las bacterias del azufre. La absorción de compuestos de azufre por parte de las bacterias también se produce en el suelo.
Los sulfuros poco solubles contenidos en las rocas se oxidan parcialmente como resultado de la actividad de determinadas bacterias, convirtiéndose en sulfatos fácilmente solubles:
FeS + 2O 2 = FeSO 4
Los sulfatos solubles en agua son arrastrados desde la superficie terrestre por la escorrentía de los ríos, suministrando iones de sulfato al Océano Mundial.
Como resultado de la unión activa del azufre en la corteza terrestre, la hidrosfera y los organismos vivos, el contenido de sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre en la atmósfera es pequeño y variable. Bajo la influencia del oxígeno y el ozono, estas sustancias se transforman gradualmente en ácido sulfúrico:
2SO 2 + O 2 2SO 3
Así 2 + O 3 = Así 3 + O 2
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
H 2 S + 2O 3 = H 2 SO 4 + O 2
El ácido sulfúrico regresa a la tierra a través de la precipitación
Las actividades económicas humanas conducen a un aumento del contenido de compuestos de azufre en la atmósfera y la hidrosfera. Como resultado de los cambios en las prácticas ganaderas y agrícolas (pastoreo, arado, recuperación de tierras), han aumentado las emisiones de compuestos que contienen azufre en forma de polvo. Cuando se queman minerales sulfurados se libera aún más azufre a la atmósfera en forma de dióxido de azufre. Esto, a su vez, provoca un aumento en el flujo de azufre desde la atmósfera hacia los océanos y la superficie terrestre. Las aguas naturales también están contaminadas por los fertilizantes de los campos y las aguas residuales industriales.
Así, la actividad humana ha alterado significativamente el ciclo del azufre entre la atmósfera, los océanos y la superficie terrestre. Estos cambios son mayores que el impacto humano en el ciclo del carbono. Como en el caso del ciclo global del carbono, las emisiones tecnogénicas de azufre al medio ambiente tienen poco efecto sobre la distribución de masas de este elemento en la superficie terrestre. Sin embargo, el mayor contenido de azufre en los residuos industriales y domésticos supone un peligro para la vida en grandes superficies. Las emisiones masivas de dióxido de azufre a la atmósfera generan lluvia ácida, que puede caer mucho más allá de las zonas industriales. La contaminación de las aguas naturales con compuestos solubles de azufre representa una amenaza para los organismos vivos de las masas de agua interiores y las zonas costeras de los mares.
Fósforo
se encuentra en la corteza terrestre y en los organismos vivos en pequeñas cantidades; sin embargo, es muy importante para las plantas y los animales. Sin este elemento, la síntesis de proteínas es imposible. Además, el fósforo forma parte de los huesos y los dientes. Es la cantidad insuficiente de fósforo lo que más a menudo limita el crecimiento de la masa de materia viva. Una proporción importante del fósforo se encuentra en los suelos. El fósforo forma numerosos minerales (como las fosforitas), pero no suele encontrarse en grandes cantidades en las rocas. Prácticamente no hay fósforo en la atmósfera.
En las aguas naturales, el fósforo está presente en compuestos orgánicos y sólidos en suspensión. Sólo una pequeña parte está en solución en forma del ion ortofosfato PO 4 3– y del ion hidroortofosfato HPO 4 2–.
En el océano, el fósforo "orgánico" pasa repetidamente de un organismo vivo a otro y se acumula lentamente en los sedimentos del fondo en forma de fosfatos poco solubles. Estas pérdidas de fósforo se compensan con una sola fuente: la erosión de las rocas terrestres, donde caen del fondo de los océanos como resultado de procesos geológicos a largo plazo.
Las actividades humanas han alterado el ciclo natural del fósforo. Los compuestos de fósforo se utilizan para producir fertilizantes y detergentes. Esto conduce a la contaminación de los cuerpos de agua con compuestos de fósforo. En tales condiciones, el fósforo deja de ser un elemento que limita el crecimiento de la masa de los seres vivos, especialmente de las algas y otras plantas acuáticas.
Sodio
– uno de los principales elementos acumulados en la corteza terrestre durante el proceso de fusión. Se libera fácilmente de las estructuras de silicato durante la erosión de rocas cristalinas. El catión Na+ se transporta con la escorrentía continental hacia el océano. Con los “vientos salados”, el sodio regresa parcialmente a la tierra. Una cantidad significativamente menor del elemento es transportada desde la superficie terrestre al océano con el polvo del viento.
El sodio está constantemente presente en los suelos. Participa activamente en la salinización del suelo, en la que forma sales con iones cloruro y sulfato.
Las sales de sodio desempeñan un papel importante en los organismos. El cloruro de sodio es un componente esencial de los tejidos animales líquidos y de la savia de las células vegetales, por lo que es absorbido en grandes cantidades por los organismos vegetales y especialmente animales. Las sales de sodio se lixivian fácilmente de los residuos vegetales. El sodio es absorbido activamente por los sedimentos marinos, por lo que gran parte está contenido en la capa sedimentaria.
Cloro,
a diferencia del sodio, está contenido en la capa de granito en pequeñas cantidades. Se introduce en el ciclo no por la destrucción de rocas, sino por los procesos de desgasificación del manto y eliminación de gases volcánicos.
Este elemento se mueve entre las capas de la Tierra en paralelo con el sodio. Se acumula en el agua del océano en forma de iones de cloruro. Masas importantes de cloro, así como de sodio, migran desde la superficie terrestre al Océano Mundial durante muchos millones de años. La segunda característica del ciclo geoquímico global del cloro, expresada incluso con más fuerza que en el ciclo del sodio, es la migración activa a la atmósfera en forma de aerosoles y el regreso de masas significativas de este elemento a la tierra. En áreas donde no hay drenaje, el cloro, junto con el sodio, se acumula en el suelo y en los cuerpos de agua cerrados.
El cloro tiene un importante significado fisiológico. Se encuentra en los organismos vivos en forma de ácido clorhídrico y sus sales (principalmente cloruro de sodio). Por tanto, en el ciclo biológico participan masas importantes de cloro, junto con el sodio.
Calcio
Se refiere a los principales elementos de la corteza terrestre. El contenido de este elemento disminuye desde las profundidades de la Tierra hasta la capa de granito de la litosfera. El calcio forma numerosos minerales en la corteza terrestre. Cuando los silicatos se desgastan, se liberan grandes cantidades de este elemento. Sus compuestos solubles en agua, principalmente bicarbonato, ingresan a las aguas naturales y migran con ellas al océano. Aunque este proceso se desarrolla desde hace más de 2 mil millones de años, la concentración del elemento en el agua del océano es sólo 30 veces mayor que en el agua de los ríos. Esto se debe a la baja solubilidad del carbonato de calcio y, lo más importante, a la absorción activa del elemento por parte de los organismos planctónicos y su eliminación a los sedimentos. Estos procesos contribuyen a la acumulación de calcio en gruesas capas de piedra caliza, dolomita y arcilla calcárea.
El calcio juega un papel importante en la fisiología de los organismos. En las plantas interviene en el metabolismo de los carbohidratos y del nitrógeno; en los animales es necesario para la construcción del esqueleto óseo. El calcio también participa en muchos otros procesos bioquímicos.
Por tanto, para los procesos de transferencia global de masa de calcio, el ciclo biológico y la migración hídrica del ion en el sistema tierra-océano son de primordial importancia.
Potasio
junto con otros elementos químicos alcalinos y alcalinotérreos acumulados en la corteza terrestre durante el proceso de su fusión. El potasio forma parte de los silicatos más comunes. Cuando se destruyen, este elemento se convierte principalmente en minerales arcillosos. Al mismo tiempo, se libera parcialmente y participa en la migración del agua. Los iones de potasio son absorbidos activamente por la materia mineral dispersa y también por las plantas superiores, por lo que el potasio se retiene más firmemente en la tierra que el calcio y el sodio. Una parte del potasio llega al océano en forma de iones, pero una gran masa del elemento se transporta en forma de suspensiones de partículas de arcilla. El potasio migra activamente en el sistema superficie del océano - atmósfera - superficie del océano en la composición de aerosoles.
Este elemento juega un papel importante en la vida de plantas y animales. Participa en la fotosíntesis, afecta el metabolismo y se almacena parcialmente en materia orgánica muerta.
El uso generalizado de fertilizantes minerales aún no ha tenido un efecto notable en el ciclo del potasio, pero su migración ha aumentado considerablemente como resultado de la erosión del suelo.
Silicio
– el segundo elemento (después del oxígeno) de la corteza terrestre en masa. Se acumuló intensamente en la litosfera durante los procesos de fusión. El silicio, en forma de sílice altamente dispersa (SiO2), se encuentra ubicuamente en aguas naturales y muchos organismos marinos lo utilizan para construir sus esqueletos. El ciclo biológico del silicio en el océano está determinado principalmente por la actividad vital de las diatomeas y las algas planctónicas radiolarias y la posterior disolución de sus esqueletos.
La migración acuática del silicio se caracteriza por un movimiento predominante de la tierra al océano, que no se compensa en la dirección opuesta. Una cantidad significativa de silicio se mueve en forma de compuestos solubles, pero se transporta muchas veces más en la composición de materiales clásticos. .
Dirigir
Se acumula en la corteza terrestre no solo debido a su fusión del material del manto, sino también como resultado de la desintegración radiactiva de los isótopos de uranio (238 U, 235 U) y torio (232 Th). Cuando las rocas se erosionan, se liberan cationes de plomo, la mayoría de ellos son absorbidos por partículas de arcilla altamente dispersas e hidróxidos de hierro, y una parte más pequeña ingresa al agua subterránea. Como parte de suspensiones, así como en forma de compuestos orgánicos, iones simples y complejos, el plomo se transporta con la escorrentía de los ríos y se deposita principalmente en los deltas y en una estrecha franja costera de la plataforma. La pequeña cantidad de plomo que ingresa al océano es precipitada por biofiltración del agua de mar por organismos planctónicos. Por tanto, el Océano Mundial es un acumulador global de formas solubles de plomo.
En la tierra, el plomo es absorbido por las plantas. Durante los incendios forestales, importantes masas del elemento entran a la atmósfera (en forma de humo). Además, el plomo se encuentra en polvo mineral muy disperso. La “vida útil” de los aerosoles que contienen plomo es de aproximadamente 7 días.
La producción anual de plomo supera significativamente tanto la eliminación de formas solubles como la absorción anual de este elemento por la vegetación. La dispersión tecnogénica del plomo, a diferencia de la dispersión de sustancias gaseosas, no se extiende en grandes espacios, sino que se concentra principalmente a lo largo de las carreteras, esto se debe al uso de tetraetilo de plomo como agente antidetonante para la gasolina de motor;
Zinc
suele acompañar al plomo en la corteza terrestre, pero la geoquímica de la biosfera de estos elementos difiere significativamente. A diferencia del plomo, el zinc es uno de los principales oligoelementos, forma parte de muchas enzimas y participa en la síntesis de ácidos ribonucleicos y clorofila. La mayor parte del zinc en las plantas se une a los tejidos que se degradan fácilmente y se elimina rápidamente de los restos de las plantas (a diferencia del plomo, que está firmemente fijado en los restos de las plantas). Las formas solubles en agua de zinc constituyen una parte muy pequeña de la masa total del metal, pero participan activamente en la migración del agua. El zinc participa activamente en la transferencia de masa entre la tierra y la atmósfera. Con la precipitación atmosférica, caen sobre la superficie terrestre muchas más formas de zinc solubles en agua que las que el viento captura en la atmósfera en forma de polvo mineral.
De los ejemplos dados de ciclos y migración de varios elementos, queda claro que el sistema global de migración cíclica de elementos químicos tiene una alta capacidad de autorregulación, mientras que la biosfera juega un papel muy importante en el ciclo de los elementos químicos.
Al mismo tiempo, la actividad económica humana provoca la deformación de los ciclos naturales de intercambio de masa y, en consecuencia, cambios en la composición del medio ambiente. Estos cambios ocurren mucho más rápido que los procesos de adaptación genética de organismos y especiación. A menudo, las acciones económicas están tan mal concebidas o son tan imperfectas que crean un peligro ambiental grave. El estudio de los procesos de transferencia de masa que conectan todas las capas de la Tierra en un todo único debería ayudar a crear un sistema para monitorear el estado ecológico y geoquímico del medio ambiente y desarrollar un pronóstico con base científica de las consecuencias ambientales de las acciones económicas y las nuevas tecnologías.
Elena Savinkina
Recursos naturales
Cada animal o planta es un eslabón de las cadenas alimentarias de su ecosistema, intercambia sustancias con la naturaleza inanimada y, por tanto, está incluido en el ciclo de sustancias de la biosfera. Los elementos químicos en diversos compuestos circulan entre los organismos vivos, la atmósfera y el suelo, la hidrosfera y la litosfera. Habiendo comenzado en algunos ecosistemas, el ciclo termina en otros. Toda la biomasa del planeta participa en el ciclo de sustancias, esto le da integridad y estabilidad a la biosfera. Los organismos vivos influyen significativamente en el movimiento y transformación de muchos compuestos. En el ciclo biológico participan principalmente elementos que forman parte de las sustancias orgánicas: C, N, S, P, O, H, así como varios metales (Fe, Ca, Mg, etc.).
La circulación de compuestos se realiza principalmente gracias a la energía del sol. Las plantas verdes, acumulando su energía y consumiendo compuestos minerales del suelo, sintetizan sustancias orgánicas. La materia orgánica se propaga por la biosfera a través de las cadenas alimentarias. Los reductores destruyen la materia orgánica vegetal y animal en compuestos minerales, cerrando el ciclo biológico.
En las capas superiores del océano y en la superficie terrestre predomina la formación de materia orgánica, y en el suelo y las profundidades del mar predomina su mineralización. La migración de aves, peces e insectos también contribuye a la transferencia de los elementos que han acumulado. La actividad humana influye significativamente en el ciclo de los elementos.
El ciclo del agua. Las aguas del planeta, calentadas por el sol, se evaporan. La humedad que cae en forma de lluvia, que da vida, regresa al océano en forma de agua de río o agua subterránea purificada por filtración, transportando una gran cantidad de compuestos orgánicos e inorgánicos. Los organismos vivos participan activamente en el ciclo del agua, que es un componente necesario de los procesos metabólicos (para conocer el papel biológico del agua, consulte el § 1). En la tierra, la mayor parte del agua es evaporada por las plantas, lo que reduce la escorrentía y previene la erosión del suelo. Por tanto, cuando se produce la deforestación, la escorrentía superficial aumenta varias veces a la vez y provoca una intensa erosión de la cubierta del suelo. El bosque ralentiza el derretimiento de la nieve y el agua derretida, que fluye gradualmente hacia abajo, hidrata bien los campos. Los niveles de agua subterránea están aumentando y las inundaciones primaverales rara vez son destructivas.
Las selvas tropicales moderan el clima ecuatorial cálido reteniendo y evaporando gradualmente el agua (un fenómeno llamado transpiración). La deforestación de los bosques tropicales provoca sequías catastróficas en las zonas cercanas. La destrucción depredadora de los bosques puede convertir países enteros en desiertos, como ya ha ocurrido en el norte de África. El ciclo del agua, regulado por la vegetación, es la condición más importante para el mantenimiento de la vida en la Tierra.
Ciclo del carbono. Durante la fotosíntesis, las plantas absorben carbono a través del dióxido de carbono. La materia orgánica que producen contiene una cantidad importante de carbono, que se distribuye por todo el ecosistema a través de las cadenas alimentarias. Durante el proceso de respiración, los organismos liberan dióxido de carbono. Los residuos orgánicos en el mar y en la tierra son mineralizados por los descomponedores. Uno de los productos de la mineralización, el dióxido de carbono, regresa a la atmósfera, cerrando el ciclo.
En el transcurso de 6-8 años, los seres vivos van eliminando todo el carbono de la atmósfera. Cada año, en el proceso de fotosíntesis intervienen hasta 50 mil millones de toneladas de carbono. Una parte se acumula en el suelo y en el fondo de los océanos, en los esqueletos de algas y moluscos y en los arrecifes de coral. Las rocas sedimentarias contienen una importante reserva de carbono. A partir de plantas fósiles y organismos planctónicos se formaron depósitos de carbón, piedra caliza orgánica y turba, gas natural y, posiblemente, petróleo (algunos científicos sugieren el origen abiogénico del petróleo). Los combustibles naturales, cuando se queman, añaden carbono a la atmósfera. Cada año, el contenido de carbono en la atmósfera aumenta en 3 mil millones de toneladas y puede alterar la estabilidad de la biosfera. Si el ritmo de aumento continúa, el intenso derretimiento del hielo polar, provocado por el efecto invernadero del dióxido de carbono, provocará la inundación de vastas zonas costeras de todo el mundo.
Ciclo del nitrógeno. La importancia del nitrógeno para los organismos vivos está determinada principalmente por su contenido en proteínas y ácidos nucleicos. El nitrógeno, al igual que el carbono, forma parte de los compuestos orgánicos; los ciclos de estos elementos están estrechamente relacionados. La principal fuente de nitrógeno es el aire atmosférico. A través de la fijación por organismos vivos, el nitrógeno pasa del aire al suelo y al agua. Cada año, los verdes azulados captan unos 25 kg/ha de nitrógeno. Fija eficazmente el nitrógeno y las bacterias nódulos.
Las plantas absorben compuestos nitrogenados del suelo y sintetizan materia orgánica. La materia orgánica se propaga a través de las cadenas alimentarias hasta llegar a los descomponedores que descomponen las proteínas con la liberación de amoníaco, que otras bacterias convierten en nitritos y nitratos. Una circulación similar de nitrógeno ocurre entre los organismos del bentos y del plancton. Las bacterias desnitrificantes reducen el nitrógeno a moléculas libres que regresan a la atmósfera. Una pequeña cantidad de nitrógeno se fija en forma de óxidos por la descarga de rayos y penetra en el suelo con la precipitación, y también proviene de la actividad volcánica, compensando la pérdida en los sedimentos de las profundidades marinas. El nitrógeno también ingresa al suelo en forma de fertilizantes después de la fijación industrial del aire atmosférico.
El ciclo del nitrógeno es un ciclo más cerrado que el ciclo del carbono. Sólo una pequeña cantidad es arrastrada por los ríos o pasa a la atmósfera, saliendo de los límites de los ecosistemas.
Ciclo del azufre. El azufre forma parte de varios aminoácidos y proteínas. Los compuestos de azufre entran en el ciclo principalmente en forma de sulfuros procedentes de productos de la erosión de las rocas terrestres y marinas. Varios microorganismos (por ejemplo, bacterias quimiosintéticas) son capaces de convertir los sulfuros en una forma accesible para las plantas: los sulfatos. Las plantas y los animales mueren, la mineralización de sus restos por los descomponedores devuelve compuestos de azufre al suelo. Así, las bacterias del azufre oxidan el sulfuro de hidrógeno formado durante la descomposición de proteínas en sulfatos. Los sulfatos ayudan a convertir compuestos de fósforo poco solubles en solubles. Aumenta la cantidad de compuestos minerales disponibles para las plantas y mejoran las condiciones para su nutrición.
Los recursos de minerales que contienen azufre son muy importantes, y un exceso de este elemento en la atmósfera, que provoca lluvia ácida y altera los procesos de fotosíntesis cerca de las empresas industriales, ya preocupa a los científicos. La cantidad de azufre en la atmósfera aumenta significativamente cuando se queman combustibles naturales.
Ciclo del fósforo. Este elemento se encuentra en varias moléculas vitales. Su ciclo comienza con la lixiviación de los compuestos que contienen fósforo de las rocas y su entrada al suelo. Una parte del fósforo es arrastrada a los ríos y mares, la otra es absorbida por las plantas. El ciclo biogénico del fósforo se produce según el esquema general: productores→consumidores→reductores.
Se aplican cantidades importantes de fósforo a los campos junto con los fertilizantes. Cada año se devuelven al continente unas 60.000 toneladas de fósforo a través de la pesca. En la dieta humana proteica, el pescado representa entre el 20% y el 80%; algunas variedades de pescado de bajo valor se procesan para obtener fertilizantes ricos en elementos útiles, incluido el fósforo.
La producción anual de rocas que contienen fósforo es de 1 a 2 millones de toneladas. Los recursos de rocas que contienen fósforo son todavía grandes, pero en el futuro la humanidad probablemente tendrá que resolver el problema de devolver el fósforo al ciclo biogénico.
Recursos naturales. La posibilidad de nuestra vida y sus condiciones dependen de los recursos naturales. Los recursos biológicos y especialmente los alimentarios sirven como base material de la vida. Los recursos minerales y energéticos, cuando se incluyen en la producción, sirven como base para un nivel de vida estable.
Los recursos suelen dividirse en inagotables y agotables. La energía del sol y del viento, del aire atmosférico y del agua es prácticamente inagotable. Sin embargo, con la producción industrial moderna y no ecológica, el agua y el aire sólo pueden considerarse recursos inagotables de forma condicional. En muchas zonas, la contaminación ha provocado escasez de agua y aire limpios. Para que estos recursos sigan siendo inagotables, es necesaria una actitud cuidadosa hacia la naturaleza.
Los recursos agotables se dividen en no renovables y renovables. Los recursos no renovables incluyen especies perdidas de animales y plantas, y la mayoría de los minerales. Los recursos renovables incluyen madera, animales de caza y peces, plantas y algunos minerales, como la turba.
Al consumir intensamente recursos naturales, una persona necesita mantener el equilibrio natural. El equilibrio de recursos en el ciclo de las sustancias determina la estabilidad de la biosfera.
1. ¿Cómo participan los organismos vivos en el ciclo de las sustancias? ¿Dónde predomina la formación de materia orgánica, dónde se produce su mineralización?
2. Describe el ciclo del agua. ¿Cuál es el papel de los bosques en su regulación?
3. ¿Cómo ocurre el ciclo del carbono? ¿Es posible excluir plantas del ciclo?
4. ¿Cuáles son las características de los ciclos del nitrógeno, el azufre y el fósforo?
5. ¿Qué recursos requieren un tratamiento especialmente cuidadoso?
Actividad económica humana y problemas ambientales globales.
Alrededor del 10-15% de la superficie de la tierra está arada, el 25% son pastos total o parcialmente cultivados. Si a esto le sumamos el 3-5% de la superficie ocupada por la red de transporte, la industria, los edificios y estructuras, y aproximadamente el 1-2% del territorio de la Tierra dañado por la minería, resulta que casi la mitad de la superficie terrestre ha sido modificado por la actividad humana.
Con el desarrollo de la civilización, aumenta su contribución negativa a los ciclos de la biosfera. Por cada tonelada de productos industriales se generan entre 20 y 50 toneladas de residuos. Cada habitante de las grandes ciudades produce más de 1 tonelada de alimentos y residuos domésticos al año. La falta de armonía en la biosfera afecta tanto a la flora y la fauna como a la salud humana. Muchos contaminantes, que ingresan al suelo, la atmósfera y los cuerpos de agua, se acumulan en los tejidos de plantas y animales e infectan el cuerpo humano a través de las cadenas alimentarias. Los compuestos tóxicos pueden aumentar significativamente el número de mutaciones que conducen a anomalías congénitas y hereditarias. Una comparación de datos de diferentes regiones del planeta ha llevado a los científicos a la conclusión de que al menos el 80% de los cánceres son causados por la contaminación química del medio ambiente.
La contaminación atmosférica proviene principalmente de la quema de combustibles naturales por parte del transporte, los servicios públicos y la industria. En las ciudades, el transporte representa más del 60% de los contaminantes, las centrales térmicas representan alrededor del 15% y el 25% de las emisiones provienen de empresas industriales y de construcción. Los principales contaminantes del aire son los óxidos de azufre, nitrógeno, metano y monóxido de carbono. En las plantas, la contaminación del aire provoca graves trastornos metabólicos y diversas enfermedades. El dióxido de azufre destruye la clorofila y dificulta el desarrollo de los granos de polen, las hojas y las acículas se secan y caen. Los efectos de otros contaminantes no son menos dañinos.
Cada año se emiten a la atmósfera alrededor de 100 millones de toneladas de óxidos de azufre, más de 70 millones de toneladas de óxidos de nitrógeno y 180 millones de toneladas de monóxido de carbono.
Lluvia ácida. Las altas concentraciones de contaminantes provocan la formación de lluvia ácida y smog. La precipitación ácida (lluvia, nieve, niebla) se forma cuando los dióxidos de azufre y nitrógeno (SO2, NO2) se disuelven en agua. La precipitación ácida lava las proteínas, los aminoácidos, el azúcar y el potasio de las hojas de las plantas y daña la capa protectora superior. Las soluciones ácidas introducen un ambiente ácido en el suelo, lo que provoca la eliminación del humus y reduce la cantidad de sales vitales de calcio, potasio y magnesio. Los suelos ácidos son pobres en microorganismos, la tasa de destrucción de la basura se ralentiza y la reducción del número de descomponedores altera el equilibrio de los ecosistemas.
La lluvia ácida destruye vastos ecosistemas, provoca la muerte de plantas y bosques y convierte lagos y ríos en masas de agua sin vida. En los EE.UU. en los últimos 100 años, la lluvia ácida se ha vuelto 40 veces más ácida, unos 200 lagos se han quedado sin peces, en Suecia el 20% de los lagos se encuentran en un estado catastrófico. Más del 70% de la lluvia ácida sueca es causada por emisiones de otros países. Alrededor del 20% de la lluvia ácida en Europa es consecuencia de las emisiones de óxido de azufre en América del Norte.
Niebla tóxica. En las capas inferiores de la atmósfera, bajo la influencia de la luz solar, los contaminantes forman compuestos extremadamente dañinos para los organismos vivos, que se observan en forma de niebla. En las grandes ciudades, la cantidad de luz solar debido al smog se reduce entre un 10% y un 15% y los rayos ultravioleta, un 30%.
Agujeros de ozono. En la atmósfera, a una altitud de 20 a 25 km, hay una gran cantidad de moléculas de ozono (O3), que absorben la parte dura del espectro solar, que es destructiva para los organismos vivos. En 1982, los científicos descubrieron un agujero en la capa de ozono sobre la Antártida y, en 1987, sobre el Polo Norte. Los científicos temen que también puedan aparecer agujeros sobre la parte habitada del globo. Esto podría provocar un aumento del cáncer de piel, cataratas y la alteración de los ecosistemas forestales y marinos.
¿Por qué se producen los agujeros de ozono? Los científicos sugieren que el principal es la acumulación de freones (clorofluorocarbonos СFCl3, СF2Сl2), utilizados en la producción de aerosoles y en la industria de la refrigeración. Estos gases persisten en la atmósfera durante décadas. Una vez en la estratosfera, la radiación solar los descompone para formar átomos de cloro, que catalizan la conversión de ozono en oxígeno.
Efecto invernadero. Algunos gases atmosféricos transmiten bien la luz visible y absorben la radiación térmica del planeta, provocando un calentamiento general. El efecto invernadero se debe en un 50% a la presencia de dióxido de carbono, un 18% a metano y un 14% a freones. El aumento de la cantidad de CO2 en la atmósfera se debe principalmente a la quema de combustibles y la tala de bosques para arar, así como a la mineralización intensiva de humus en vastas tierras cultivables.
El metano ingresa a la atmósfera desde zonas pantanosas, desde suelos anegados de plantaciones de arroz, desde numerosas explotaciones ganaderas y durante la apertura de depósitos de carbón. El metano es uno de los principales productos metabólicos de los rumiantes, dando un olor acre característico a sus excreciones. En el siglo 20 la cantidad de CO2 en la atmósfera aumentó un 25% y la de metano un 100%, lo que aumentó la temperatura media en 0,5°C. Con esta tendencia, las temperaturas podrían aumentar entre 3 y 5°C en los próximos 50 años. Los cálculos muestran que el derretimiento del hielo polar provocará un aumento del nivel del mar de 0,5 a 1,5 m. En Egipto, se inundarán entre el 20 y el 30% de las tierras fértiles del delta del Nilo, y los pueblos costeros y las grandes ciudades de China. India y Estados Unidos estarán bajo amenaza. La cantidad total de precipitaciones aumentará, pero en las partes centrales de los continentes el clima puede volverse más seco y perjudicial para los cultivos, especialmente los cereales y el arroz (para el 60% de la población asiática, el arroz es el principal producto).
Por tanto, incluso pequeños cambios en la composición del gas de la atmósfera son peligrosos para los ecosistemas naturales.
Perturbaciones en la hidrosfera.. Los errores a gran escala en las prácticas agrícolas han provocado la destrucción de muchos ecosistemas naturales. El desvío de escorrentías del Amu Darya y Syr Darya para el riego de las plantaciones de algodón provocó una caída catastrófica en el nivel del Mar de Aral. Las tormentas de polvo en su lecho de secado causaron la salinización del suelo en vastas áreas. La degradación de los ecosistemas naturales de la región del Mar de Aral es consecuencia de la falta de agua y la desertificación.
La extracción de agua depredadora para el riego, para las necesidades de la producción industrial (la fundición de 1 tonelada de níquel requiere 4.000 m3 de agua, la producción de 1 tonelada de papel - 100 m3, 1 tonelada de fibra sintética - hasta 5.000 m3), la La destrucción de los bosques de conservación del agua y el drenaje de los pantanos han provocado la desaparición masiva de los ríos. Si en 1785 había más de 1 millón de ríos en la región de Kaluga, ¡en 1990 solo quedaban 200!
Los ecosistemas fluviales son muy sensibles y vulnerables. Una gran cantidad de fertilizantes arrastrados de los campos, los desechos del ganado y las aguas residuales provocan un aumento en la concentración de compuestos de nitrógeno y fósforo en los cuerpos de agua. En los ecosistemas acuáticos comienza el rápido desarrollo de algas verdiazules, que desplazan a las diatomeas necesarias para el zooplancton. Los peces se mueren de hambre. Los verdes azules se acumulan en el fondo y se pudren (descompuestos por bacterias), envenenando el agua y agotando el suministro de oxígeno. Los pintorescos estanques se convierten en cloacas malolientes cubiertas de barro y espuma. Si el agua no está envenenada, en cada metro cuadrado hay hasta 15 moluscos, cada uno de los cuales filtra cuidadosamente hasta 50 litros de agua por día. Estas criaturas mueren cuando sustancias químicas extrañas ingresan a los cuerpos de agua. Las más resistentes a la contaminación del agua son las sanguijuelas, las ascidias y las larvas de libélulas.
Los componentes de la biosfera están interconectados por el ciclo de sustancias y cadenas alimentarias; la alteración de un ecosistema provoca un cambio en el equilibrio ecológico de otros. Cuando los insectos comenzaron a ser envenenados con DDT en el hemisferio norte, pronto se encontraron cantidades significativas de este veneno en los cuerpos de los pingüinos antárticos que lo recibieron de los peces. Muchos pesticidas son muy estables y pueden acumularse en los tejidos de los organismos durante mucho tiempo, multiplicándose muchas veces en cada nivel nutricional posterior.
Debido a la actividad económica humana irrazonable, los reservorios naturales se han envenenado con sales de metales pesados: mercurio, plomo, cobre y zinc. Estos compuestos se acumulan en los lodos, en los tejidos de los peces y entran al cuerpo humano a través de las cadenas alimentarias, provocando intoxicaciones graves. El contenido de plomo en los tejidos de los organismos de los habitantes de las zonas industriales de Estados Unidos ha aumentado entre 50 y 1.000 veces en los últimos 100 años. Incluso en los glaciares del Pamir-Altai el contenido de mercurio se ha quintuplicado. Pequeñas cantidades de muchas sustancias químicas alteran el comportamiento de los peces, las langostas y otras especies acuáticas. En base a estas características se basa el registro de concentraciones mínimas de cobre, mercurio, cadmio y fenoles. Uno de los pesticidas más comunes, el toxafeno, en un contenido de 1:108 (1 parte por 100 millones) provoca la muerte de algunos peces (por ejemplo, la gambusia), cambios irreversibles en el hígado y las branquias del bagre y la trucha.
Las fugas de petróleo durante la producción y el transporte provocan la formación de una película de petróleo en la superficie de ríos y mares (más del 40% de todo el petróleo se produce en la plataforma). Según observaciones satelitales, entre el 10 y el 15% de la superficie de los océanos del mundo está contaminada. El aceite de la superficie se evapora gradualmente y las bacterias lo descomponen, pero esto ocurre lentamente. Muchas aves acuáticas mueren, el plancton se destruye y, después, sus principales consumidores: los habitantes de las profundidades del mar. " desierto bentónico" en el Mar Báltico cubre más del 20% de la superficie del fondo. El petróleo impide el enriquecimiento de las aguas con oxígeno. Como resultado, se altera el equilibrio de gases de la hidrosfera con la atmósfera y se modifica el equilibrio ecológico.
La pesca intensiva y la recolección de mariscos han agotado muchos ecosistemas de plataforma.
Destrucción del suelo. El arado extensivo de las estepas de nuestro país y Estados Unidos provocó tormentas de polvo que arrasaron con millones de hectáreas de tierras fértiles. ¡La naturaleza necesita entre 100 y 300 años para recrear una capa de un centímetro de suelo! Actualmente, aproximadamente 1/3 de la tierra cultivada ha perdido el 50% de su capa fértil debido a diversos tipos de erosión. Cada año, alrededor de 3 millones de hectáreas se pierden debido a la erosión, 2 millones de hectáreas debido a la desertificación y 2 millones de hectáreas debido al envenenamiento por productos químicos.
Los suelos de muchas zonas agrícolas se volvieron salinos. En la región del Mar de Aral esto ocurrió como resultado de tormentas de polvo y sal, en otras áreas, por una organización inadecuada del flujo de agua de riego. El exceso de agua hace que las aguas subterráneas ricas en sal suban a la superficie. La intensa evaporación produce la salinización de los horizontes superiores del suelo y, después de unos años, resulta imposible cultivar en esas tierras. La salinización del suelo provocó el declive de la agricultura en Mesopotamia hace 4.000 años. Inicialmente, las aguas de riego proporcionaron buenas cosechas allí, pero debido a la intensa evaporación provocaron la degradación química del suelo.
Un gran problema también está asociado con la degradación física de las tierras cultivadas: una fuerte compactación por maquinaria agrícola pesada.
Pérdida de diversidad de especies naturales. Una parte importante de los animales y plantas vive en biocenosis forestales. Si hace 1.500 años los bosques ocupaban 7 mil millones de hectáreas del planeta, hoy no ocupan más de 4 mil millones de hectáreas. Particularmente bárbara es la deforestación de los bosques tropicales, que contienen alrededor del 80% de todas las especies de plantas del planeta. Los bosques tropicales se encuentran principalmente en países subdesarrollados, para los cuales la venta de madera es una de las principales fuentes de ingresos. Los bosques en los trópicos han disminuido al 7% de la superficie terrestre y, si el ritmo de destrucción continúa, para 2030 sólo quedará una cuarta parte.
En Rusia Central, los bosques de coníferas han sido prácticamente destruidos y las zonas forestales más valiosas y accesibles de Siberia y el Lejano Oriente están siendo taladas intensivamente. Con la destrucción de los bosques, el clima se altera, los suelos se degradan, los ríos mueren, los animales y las plantas desaparecen.
Este bosque único en la cuenca del Amazonas está siendo talado a un ritmo del 2% anual. En Haití, hace 20 años los bosques ocupaban el 80% del territorio, hoy sólo el 9%. Debido a la deforestación depredadora, miles de especies de plantas desaparecen irremediablemente cada año; unas 20 mil especies de plantas con flores, 300 especies de mamíferos y 350 especies de aves están al borde de la extinción. Con la desaparición de cada especie vegetal, se extinguen de 5 a 35 especies de animales (principalmente invertebrados) ecológicamente asociados a ella.
Cada año, en Europa se destruyen alrededor de 300 millones de aves migratorias e invernantes, 55 millones de individuos de caza de pantanos, campos y bosques, en los EE. UU., 2,5 millones de huilotas, en Grecia, 3 millones de estorninos, en la isla. Mallorca: 3,5 millones de mirlos.
Con el desarrollo de la agricultura, las estepas de Eurasia desaparecieron casi por completo. Los ecosistemas de tundra están siendo destruidos bárbaramente. Los arrecifes de coral están en peligro en muchas zonas del océano.
La diversidad de especies no es sólo belleza, sino también un factor necesario para la estabilidad de la biosfera. Los ecosistemas son capaces de resistir influencias bióticas, climáticas y tóxicas externas si están habitados por un número suficientemente grande de especies diversas. En un estudio, los científicos introdujeron la sustancia tóxica fenol en los ecosistemas. Sólo las bacterias neutralizan el fenol, pero resultó que la neutralización es más eficaz en un ecosistema con mayor diversidad de organismos. La extinción de especies es una pérdida irreparable para la biosfera y un peligro real para la supervivencia de la humanidad.
Una variedad de vegetación amplía las posibilidades de mantener la salud. Hoy en día, una gran cantidad de medicamentos se elaboran a partir de plantas silvestres. Todavía no conocemos todas las cualidades beneficiosas de las plantas; no podemos asumir cuáles necesitaremos. En 1960, sólo el 20% de los niños con leucemia sobrevivían; hoy, el 80%, porque En una de las plantas del bosque tropical de Madagascar, los científicos lograron encontrar sustancias activas para combatir esta enfermedad. Al perder diversidad de especies, estamos perdiendo nuestro futuro.
Actualmente, existe un programa internacional para la conservación de especies de flora y fauna raras y en peligro de extinción.
Contaminación radiactiva de la atmósfera. Las partículas radiactivas en las corrientes atmosféricas se propagan rápidamente a largas distancias, contaminando el suelo y los cuerpos de agua, plantas y animales. Cuatro meses después de cada explosión nuclear en los atolones del Pacífico, se detectó estroncio radiactivo en la leche de mujeres europeas.
Los isótopos radiactivos son especialmente peligrosos porque pueden reemplazar otros elementos en los organismos. El estroncio-90 tiene propiedades similares al calcio y se acumula en los huesos, mientras que el cesio-137 es similar al potasio y se concentra en los músculos. En el cuerpo de los consumidores que han consumido plantas y animales contaminados se acumulan especialmente muchos elementos radiactivos. Así, se encontró una cantidad extremadamente grande de cesio-137 en los cuerpos de los esquimales de Alaska que comían carne de reno. Los ciervos se alimentan de líquenes, que acumulan cantidades significativas de isótopos radiactivos a lo largo de su larga vida. Su contenido en los líquenes es miles de veces mayor que en el suelo. En los tejidos de los ciervos, esta cantidad se triplica y en los cuerpos de los esquimales hay el doble de cesio radiactivo que en los ciervos. La tasa de mortalidad de la población de algunas regiones árticas por tumores malignos es notablemente superior a la media.
La radiación persiste especialmente mucho después de los accidentes en las centrales nucleares. Durante el desastre de Chernobyl, las partículas radiactivas alcanzaron una altura de 6 km. Ya el primer día se extendieron por Ucrania y Bielorrusia con corrientes atmosféricas. Luego la nube se dividió, una parte apareció sobre Polonia y Suecia del segundo al cuarto día, atravesó Europa al final de la semana y llegó a Turquía, Líbano y Siria al décimo día. Otra parte de la nube cruzó Siberia al cabo de una semana, el día 12 pasó sobre Japón y el día 18 después del accidente la nube radiactiva visitó América del Norte.
El estudio de los procesos de la biosfera ayuda a comprender la importancia de cada parte del mundo creado y a comprender el doloroso estado mental del hombre moderno. En Occidente, y ahora en Rusia, prevalece el deseo de un estilo de vida estadounidense cómodo como bien supremo. ¿Qué es Estados Unidos a través de los ojos de un ecologista? ¡Esto es el 5,5% de la población del planeta, el 40% del consumo de recursos naturales y el 70% de las emisiones nocivas! Éste es el precio de una vida lujosa a expensas de otros pueblos y del futuro del planeta.
Ha llegado el momento de considerar con seriedad los deseos de una riqueza material cada vez mayor y comprender que la estrategia de la sociedad industrial y de consumo nos está llevando al desastre. Si en las próximas décadas no avanzamos hacia las directrices espirituales correctas, nuestros descendientes enfrentarán el problema de la supervivencia. Debemos recordar cuidarnos unos a otros y a nuestro planeta natal, la riqueza invaluable que nos ha confiado el Creador.
1. Describe los cuatro efectos principales de la contaminación del aire. ¿Cómo se distribuyen los contaminantes?
2. ¿Por qué es peligrosa la agricultura de riego?
3. ¿Cuáles son las consecuencias negativas del exceso de fertilizante?
4. ¿Por qué los científicos consideran peligrosa para los humanos la reducción de la diversidad de especies de los ecosistemas?
5. ¿Es la contaminación ambiental consecuencia de la falta de espiritualidad de nuestra civilización? ¿Por dónde tenemos que empezar para mejorar la salud del planeta?
© Todos los derechos reservados
Desde la formación de la Tierra, en el planeta se vienen produciendo procesos de transición de compuestos y elementos químicos de un estado a otro. Este es el ciclo de las sustancias en la naturaleza. En este artículo se analizará cómo sucede y por qué es necesario.
Navegación rápida por el artículo.
son tan diferentes
El ciclo de las sustancias es, de hecho, esencialmente un ciclo que se repite sin cesar. Además, debido a la interacción de los elementos químicos y la variedad de compuestos químicos, nunca se repiten exactamente. Consideremos diferentes tipos de ciclos, así como cómo el ciclo cerrado de sustancias afecta el desarrollo y existencia de nuestro planeta.
Ciclo biogeoquímico de sustancias.
¿Cuál es el papel de la energía en el ciclo? La principal fuente de energía para la circulación de sustancias en la mayoría de los casos es el Sol. Esta energía proviene del espacio.
Ciclo de materia y energía.
La energía producida por los organismos se convierte en calor y se pierde en el ecosistema. Por el contrario, el movimiento de sustancias se produce mediante procesos de autorregulación en los que participan todos los componentes de los distintos ecosistemas. De los más de 95 elementos que se encuentran en la naturaleza, sólo 40 son necesarios para la vida de los organismos vivos. Entre ellos, los más importantes y necesarios en grandes cantidades son cuatro elementos básicos:
- oxígeno;
- hidrógeno;
- carbón;
- nitrógeno.
¿De dónde vienen en el tamaño requerido? Por ejemplo, el nitrógeno es extraído de la atmósfera por bacterias fijadoras de nitrógeno activas y luego otras bacterias lo devuelven. El oxígeno, utilizado por varios organismos para respirar, llega a la atmósfera a través de la fotosíntesis. Las plantas absorben dióxido de carbono y lo involucran en el ciclo de sustancias. El carbono y el hidrógeno también participan en procesos importantes.
En la naturaleza nada sucede por nada. Miremos los volcanes. Durante su erupción, varios gases, incluido el nitrógeno, ingresan a la atmósfera. Este es el ciclo de las sustancias gaseosas.
En la actividad de la evolución en la biosfera, la cantidad de componentes biológicos aumenta con cada ciclo. Recientemente, los humanos han jugado un papel importante en estos procesos. A través de sus actividades, mejora la circulación de sustancias y el flujo de energía en el ecosistema que se ha desarrollado durante miles de años. Esto tiene un efecto destructivo sobre la biosfera que se ha desarrollado en este momento.
Anteriormente, cuando la vida apenas comenzaba en la Tierra, había más carbono en la atmósfera, pero casi no había oxígeno. Por tanto, los primeros organismos vivos eran anaeróbicos. Durante un largo período de tiempo, el oxígeno se acumuló y el porcentaje de carbono disminuyó. Ahora la cantidad de dióxido de carbono está aumentando. Esto se ve facilitado por el uso de combustibles fósiles y la reducción de los "pulmones del planeta": selvas y bosques. El ciclo antropogénico de sustancias está perdiendo su aislamiento.
Al estudiar en qué zonas de la Tierra los ciclos de materia y energía son más activos, los científicos llegaron a la conclusión de que los ecosistemas tropicales son más conservadores a este respecto. Al estudiar la influencia humana en estos procesos, no debemos hablar del hecho de que las personas, a través de sus actividades, cambian algo que no debería cambiar, sino del hecho de que esta actividad afecta la tasa de cambio.
En la descripción del ciclo de sustancias a veces se distingue una parte ascendente y una parte descendente. Durante el ciclo de las sustancias, la energía contenida en las sustancias orgánicas, al pasar de un estado a otro, se pierde gradualmente. Esta es la parte descendente. Cuando las sustancias ya no pueden servir como fuente de energía, se convierten en material para nuevas células. Esta es la parte ascendente del circuito.
Grande y pequeño
Hay dos circuitos principales. El gran ciclo geológico de sustancias comenzó desde el momento en que se formó el planeta. El ciclo en él puede durar miles de años. Bajo la influencia de factores externos, las rocas se destruyen, sus partículas más pequeñas permanecen en la tierra, algunas de ellas con agua ingresan al Océano Mundial, donde, a su vez, se forman nuevos estratos. Gracias a los procesos geotectónicos, los movimientos y los cambios en la topografía del fondo, estas capas vuelven a acabar en la tierra y todo empieza de nuevo. El ciclo geológico de las sustancias está determinado por la interacción de dos energías: la Tierra y el Sol. Sólo es posible si todos los componentes están presentes.
Ciclo geológico de sustancias. Un pequeño ciclo de sustancias en la naturaleza siempre forma parte de uno grande. Se llama ciclo biogeoquímico de sustancias y se manifiesta solo dentro de los límites de la biosfera, estando presente en todos los ecosistemas. Durante el mismo, los nutrientes, el carbono y el agua se acumulan en las plantas y luego se gastan en el crecimiento no solo de las propias plantas, sino también en la actividad vital de otros organismos. Por regla general, se trata de animales que comen plantas: consumidores. Los productos de la actividad vital y la descomposición de estos animales bajo la influencia de microorganismos se descomponen nuevamente en componentes minerales y, con la ayuda de las plantas, se ponen nuevamente en circulación. Estos ciclos involucran todos los elementos químicos necesarios principalmente para la construcción de células vivas.
el mas movil
El agua nunca se detiene. Evaporándose desde diversas superficies, se acumula en la atmósfera para caer al suelo en forma de precipitación. Al mismo tiempo, cambia constantemente de forma. Por lo tanto, la cantidad de agua no cambia, se renueva constantemente. Este es el ciclo del agua en la naturaleza. Conecta el ciclo geológico y biótico de sustancias.
El ciclo del agua en la naturaleza. En la biosfera, el agua, cambiando de estado, pasa por pequeñas y grandes circulaciones. La evaporación de la superficie del océano, la condensación en la atmósfera y la precipitación de regreso al océano son una pequeña rotación. Cuando parte del vapor de agua se transfiere del océano a la tierra mediante corrientes de aire, esta agua participa en una gran circulación. Una parte se evapora y permanece en la atmósfera, el resto, junto con los arroyos, ríos y aguas subterráneas, acaba de nuevo en el océano. Esto completa el gran ciclo y comienza de nuevo.
Mas activo
Dentro de los límites de la biosfera, hay un intercambio instantáneo continuo de oxígeno del aire con los organismos vivos, que sirve como principal fuente de vida. Es muy complejo y entra en diversas combinaciones de sustancias minerales y orgánicas. En el momento actual del desarrollo de la biosfera, ha llegado un período en el que la cantidad de oxígeno liberado es casi igual a la absorbida. El carbono entra en el ciclo de las sustancias debido, entre otras cosas, a la fotosíntesis. La síntesis y sus componentes son la base para la renovación del aire en la biosfera.
Ciclo del oxígeno en la naturaleza. Nitrógeno esencial
Durante la descomposición de la materia orgánica, parte del nitrógeno que contiene se convierte en amoníaco, que las plantas que viven en el suelo procesan nuevamente en ácido nítrico. Entra en una microrreacción con los organismos contenidos en el suelo y se convierte en nitratos. Esta es una forma accesible a las plantas. Esto crea un pequeño ciclo de nitrógeno.
Ciclo del nitrógeno Sin embargo, algo de nitrógeno se libera a la atmósfera durante la descomposición y forma nitrógeno libre. Además, esta forma aparece debido a la combustión de sustancias orgánicas, la quema de carbón y leña.
No permita que se altere el equilibrio natural de azotobacter. Algunos de ellos viven en las raíces de las legumbres, formando pequeños tubérculos. Al liberar nitrógeno atmosférico del aire, lo convierten en compuestos nitrogenados que se transfieren a las plantas. Posteriormente, las plantas los transforman en proteínas, grasas, carbohidratos y otras sustancias. Así se produce el ciclo del nitrógeno.
Al utilizar plantas sin permitirles pasar por la etapa de descomposición, las personas crean una deficiencia de nitrógeno. Para evitarlo, la gente ha aprendido a añadir fertilizantes nitrogenados al suelo, compensando así a la naturaleza por el equilibrio perdido.
azufre esencial
Su importancia en el ciclo es invaluable. El azufre sirve como fuente de energía para las bacterias del azufre, sin las cuales la purificación del agua es imposible. En la naturaleza, estas bacterias están muy extendidas. Es un componente importante en la construcción de muchos tipos de proteínas. El ciclo de sustancias en la corteza terrestre tampoco puede funcionar sin azufre. El aporte del azufre al gran ciclo de sustancias son los microorganismos que se alimentan de él y convierten los aminoácidos. Los principales proveedores antropogénicos de azufre en el gran ciclo de sustancias son las plantas y organismos animales en descomposición. Liberan gas azufre. Esto completa el ciclo del azufre.
ciclo del azufre Biosfera
Todos los representantes de la naturaleza viva, incluidos los humanos, forman biomasa. Está en constante cambio, participando en los procesos que ocurren en el medio ambiente.
A las plantas se les llama productores, a los animales se les llama consumidores. Los protozoos y otros microorganismos que descomponen la materia orgánica en materia inorgánica se denominan descomponedores. También se les llama destructores.
El proceso de descomposición es la destrucción de la materia orgánica.
Veamos qué papel juegan los representantes de diferentes grupos en el ciclo de sustancias y cuál es el papel de los productores:
- Las bacterias y las plantas de color azul verdoso convierten la luz solar en energía química. De esta forma, la materia orgánica nace a partir de elementos inorgánicos;
- omnívoros que pueden comer plantas. Esto también incluye a los humanos. Consumen plantas (materia orgánica), las procesan internamente y producen materia inorgánica a la salida;
- los carnívoros comen herbívoros, la materia orgánica también les llega, pero no a través de las plantas, sino en otra forma;
- Superdepredadores capaces de alimentarse de carnívoros. Este es el último movimiento de la materia orgánica dentro de los organismos vivos;
- protozoos, hongos y microorganismos que descomponen los restos de los seres vivos. Durante este proceso, convierten la materia orgánica en forma inorgánica: sales, agua, minerales y dióxido de carbono;
- todos estos elementos son nuevamente utilizados por las plantas.
En el ciclo de sustancias, los microorganismos desempeñan el papel más importante; los destructores son considerados el eslabón inicial del fenómeno.
Como puede verse en este diagrama, los consumidores en el proceso de ciclo de sustancias en la biosfera utilizan compuestos alimentarios, un componente importante de la cadena. Sin embargo, todo empieza con las plantas y termina con ellas.
Diversidad de plantas en la naturaleza. Además del ciclo cerrado, también existe un ciclo abierto de sustancias.
Ecosistemas
Brevemente, los ecosistemas son complejos naturales formados por un hábitat y un conjunto de organismos (biocenosis) que viven en él. Son un componente que asegura la circulación de sustancias en la biosfera. Son estudiados por una ciencia llamada ecología.
En este campo trabajan personas de diferentes profesiones. Actualmente, el ciclo global de sustancias se ve alterado por las acciones humanas debido a las actividades destructivas de la influencia antropogénica.
Los ecosistemas pasan por muchos ciclos bioquímicos durante su desarrollo. Además, si el ciclo no se cierra, un ecosistema puede transformarse en otro con el tiempo. Esta situación está influenciada por la circulación de sustancias en la biocenosis.
Consideremos cómo se basa el ciclo de las sustancias y la transformación de la energía en ecosistemas de diversos tipos.
Prado
Diversa vegetación: pasto, flores, plantas pequeñas son productoras. Los insectos voladores y rastreros se alimentan de hierba y polen. Los pájaros se alimentan de estos insectos. Después de su muerte, los descomponedores se ocupan de los restos y los productos de la actividad de estos últimos se convierten en elementos constitutivos de nuevos productores, las plantas. Resulta que los consumidores del ecosistema de la pradera participan en el ciclo de sustancias y en la transformación de materia orgánica en materia inorgánica.
Lago
Cada lago tiene su propio ecosistema. Los productores aquí son el plancton y la lenteja de agua, que, además de la función de procesar materia orgánica, llenan de oxígeno el agua. Hay muchos consumidores o consumidores. Se trata de peces, crustáceos, renacuajos y larvas que se alimentan de plantas. Les siguen peces depredadores y aves acuáticas. Tarde o temprano, algunos de ellos acaban en el fondo en forma de restos, y luego pequeños invertebrados y bacterias, descomponedores, se apoderan de ellos. Dado que en los lagos hay muchos más descomponedores que consumidores, estos no pueden procesar todos los restos que acaban en el fondo. Esto da como resultado un ciclo abierto de sustancias y flujo de energía en el ecosistema. Si el circuito no está completamente cerrado, las condiciones del ecosistema cambian gradualmente. Esta es la razón por la que los pequeños lagos acaban convirtiéndose en pantanos.
Ciclo de sustancias en el ecosistema lacustre. La circulación de sustancias en un acuario sigue el mismo patrón.
Pantano
Cuando el lago comienza a crecer demasiado, aparece musgo cerca de las orillas: sphagnum. Con su aparición comienza el ciclo de sustancias en el pantano. Dado que el esfagno flota en la superficie, debajo se forma una capa de agua muy fría y sin oxígeno, en la que no pueden existir microorganismos. Las ramas de musgo mueren y se hunden hasta el fondo, formando turba. El espesor del colchón de turba alcanza los 5 metros: aquí es donde viven los habitantes de los pantanos. Dado que el ciclo de sustancias en el pantano tampoco está cerrado, después de muchos, muchos años el pantano se convierte en un bosque, lo que explica la constante formación y posterior crecimiento excesivo de los pantanos. Pero hasta que esto suceda, el pantano mantiene el nivel del agua subterránea y es un componente necesario en la circulación de sustancias en la biosfera.
Ciclo tecnogénico de sustancias.
La diferencia entre un ciclo tecnogénico y uno biótico es que siempre está abierto. Es más bien un ciclo de recursos. Esto no tiene el mejor efecto sobre el nivel de vida de varios organismos dentro de la biosfera. Por ejemplo, la tasa de disminución del volumen de agua en un ciclo de este tipo es mucho mayor que en uno biótico. Lo mismo puede decirse de otros elementos consumidos en el proceso. Estos datos dependen del nivel de la organización.
Conclusión
El sol es una fuente de energía que asegura la circulación de sustancias. Proporciona al planeta energía renovable, que a su vez se transforma constantemente. Hay muchos ciclos que los científicos están estudiando por primera vez. Incluso conociendo los principios de los ciclos de circulación, los expertos llegan a conclusiones y descubrimientos siempre nuevos. Da la impresión de que el hombre no conoce ni una décima parte de los secretos de la naturaleza que se ocultan a su vista. La calidad de vida de las generaciones futuras depende de la rapidez con la que podamos resolver estos misterios. Sólo hay una conclusión principal: la circulación de sustancias y la transformación de energía en el ecosistema es la clave para la vida en el planeta. La vida en la Tierra es imposible sin un ciclo.
Sin el ciclo, la vida en la tierra es imposible El artículo muestra qué papel juegan los ciclos de la materia y la energía en la envoltura geográfica y en la biosfera. Por lo tanto, creemos que está claro que las organizaciones de vida silvestre necesitan protección humana.
En la biosfera, como en todo ecosistema, existe un ciclo constante de carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, fósforo, azufre y otros elementos químicos.
El dióxido de carbono es absorbido por las plantas productoras y, mediante el proceso de fotosíntesis, se convierte en carbohidratos, proteínas, lípidos y otros compuestos orgánicos. Estas sustancias son utilizadas en los alimentos por los consumidores de animales. Al mismo tiempo, en la naturaleza ocurre el proceso inverso. Todos los organismos vivos respiran y liberan dióxido de carbono, que ingresa a la atmósfera. Los restos de plantas y animales muertos y los excrementos de animales son descompuestos (mineralizados) por microorganismos descomponedores. El producto final de la mineralización, el dióxido de carbono, se libera del suelo o de los depósitos a la atmósfera. Parte del carbono se acumula en el suelo en forma de compuestos orgánicos (Fig. 107).
Arroz. 107. Ciclo del carbono
En el agua de mar, el carbono está contenido en forma de ácido carbónico y sus sales solubles, pero se acumula en forma de carbonato cálcico CaCO 3 (tiza, piedra caliza, corales). Parte del carbono en forma de carbonatos queda permanentemente excluido del ciclo, formando sedimentos en el fondo de los embalses. Sin embargo, con el tiempo, durante los procesos de formación de montañas, masas sedimentarias suben a la superficie en forma de rocas. Como resultado de las transformaciones químicas de estas rocas, el carbono de los carbonatos vuelve a participar en el ciclo. El carbono también ingresa a la atmósfera con los gases de escape de los automóviles, con las emisiones de humo de las fábricas y fábricas.
Durante el ciclo del carbono en la biosfera, se forman recursos energéticos: petróleo, carbón, gases combustibles, turba y madera, que son ampliamente utilizados por los humanos. Todas estas sustancias son producidas por plantas fotosintéticas en diferentes momentos. Los bosques tienen decenas y cientos de años; turberas: miles de años; carbón, petróleo, gases: cientos de millones de años. Hay que tener en cuenta que la madera y la turba son recursos renovables, es decir, que se reproducen en periodos de tiempo relativamente cortos, y el petróleo, el gas combustible y el carbón son recursos insustituibles. El carácter limitado e insustituible del combustible orgánico plantea la difícil tarea de dominar nuevas fuentes de energía: la energía térmica del interior de la Tierra, la energía del viento y las mareas oceánicas y, por supuesto, la energía del Sol.
El nitrógeno es un elemento esencial. Forma parte de proteínas y ácidos nucleicos. El ciclo del nitrógeno está estrechamente relacionado con el ciclo del carbono. Parte del nitrógeno proviene de la atmósfera debido a la formación de óxido nítrico (IV) a partir del nitrógeno y el oxígeno bajo la influencia de descargas eléctricas durante las tormentas. Sin embargo, la mayor parte del nitrógeno ingresa al agua y al suelo debido a la fijación del nitrógeno del aire por bacterias de vida libre y bacterias simbiontes de plantas.
Los fijadores de nitrógeno, las cianobacterias, viven en el suelo y el agua. Enriquecen el suelo con nitrógeno cuando sus células muertas se mineralizan. Gracias a esto, anualmente ingresan al suelo alrededor de 25 kg de nitrógeno por hectárea. Los fijadores de nitrógeno más eficaces son las bacterias nódulos que viven en las raíces de las leguminosas (Fig. 108). El nitrógeno procedente de diversas fuentes llega a las raíces de las plantas, es absorbido por ellas y transportado a los tallos y las hojas, donde se forman las proteínas mediante el proceso de biosíntesis.
Arroz. 108. Ciclo del nitrógeno
Las proteínas vegetales sirven como base para la nutrición nitrogenada de los animales. Después de que los organismos mueren, las bacterias y los hongos descomponen las proteínas, liberando amoníaco. El amoníaco es en parte consumido por las plantas y en parte utilizado por las bacterias descomponedoras. Como resultado de los procesos vitales de algunas bacterias, el amoníaco se convierte en nitratos. Los nitratos, al igual que los iones de amonio, son consumidos por plantas y microorganismos. Bajo la acción de un grupo especial de bacterias, algunos de los nitratos se reducen a nitrógeno elemental, que se libera a la atmósfera. Esto cierra el ciclo del nitrógeno en la naturaleza.
- ¿Cuáles son los roles de los productores, consumidores y descomponedores en el ciclo del carbono?
- ¿Por qué la humanidad se enfrenta al problema de dominar nuevas fuentes de energía?
- ¿Cómo se relacionan los organismos con el medio ambiente en el ciclo del nitrógeno?
- ¿Qué sucede si los descomponedores de los ciclos del carbono y del nitrógeno dejan de funcionar?
