Le cycle des éléments chimiques dans la nature s'effectue. Ils sont si différents

Il existe un échange constant d'éléments chimiques entre la lithosphère, l'hydrosphère, l'atmosphère et les organismes vivants de la Terre. Ce processus est cyclique : étant passés d'une sphère à une autre, les éléments reviennent à leur état d'origine. Le cycle des éléments s'est déroulé tout au long de l'histoire de la Terre, qui s'étend sur 4,5 milliards d'années.

D'énormes masses de produits chimiques sont transportées par les eaux de l'océan mondial. Cela s'applique principalement aux gaz dissous - dioxyde de carbone, oxygène, azote. L'eau froide aux hautes latitudes dissout les gaz atmosphériques. Venant avec les courants océaniques dans la zone tropicale, il les libère, car la solubilité des gaz diminue lorsqu'ils sont chauffés. L'absorption et la libération de gaz se produisent également lors du changement des saisons chaudes et froides de l'année.

L’émergence de la vie sur la planète a eu un impact considérable sur les cycles naturels de certains éléments. Il s'agit tout d'abord de la circulation des principaux éléments de la matière organique - le carbone, l'hydrogène et l'oxygène, ainsi que d'éléments vitaux tels que l'azote, le soufre et le phosphore. Les organismes vivants influencent également le cycle de nombreux éléments métalliques. Bien que la masse totale des organismes vivants sur Terre soit des millions de fois inférieure à la masse de la croûte terrestre, les plantes et les animaux jouent un rôle vital dans le mouvement des éléments chimiques.

Les processus de photosynthèse de la matière organique à partir de composants inorganiques se poursuivent pendant des millions d'années et pendant ce temps, les éléments chimiques doivent être passés d'une forme à une autre. Cependant, cela ne se produit pas en raison de leur circulation dans la biosphère. Chaque année, les organismes photosynthétiques assimilent environ 350 milliards de tonnes de dioxyde de carbone, libèrent environ 250 milliards de tonnes d'oxygène dans l'atmosphère et décomposent 140 milliards de tonnes d'eau, formant ainsi plus de 230 milliards de tonnes de matière organique (calculée en poids sec).

D'énormes quantités d'eau traversent les plantes et les algues lors du transport et de l'évaporation. Cela conduit au fait que l'eau de la couche superficielle de l'océan est filtrée par le plancton en 40 jours et que le reste de l'eau de l'océan est filtré en un an environ. Tout le dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère se renouvelle en plusieurs centaines d'années, et l'oxygène en plusieurs milliers d'années. Chaque année, la photosynthèse inclut dans le cycle 6 milliards de tonnes d'azote, 210 milliards de tonnes de phosphore et un grand nombre d'autres éléments (potassium, sodium, calcium, magnésium, soufre, fer, etc.). l'existence de ces cycles confère à l'écosystème une certaine stabilité.

Il existe deux cycles principaux : le grand (géologique) et le petit (biotique).

Le grand cycle, qui dure des millions d'années, consiste dans le fait que les roches sont détruites et que les produits d'altération (y compris les nutriments solubles dans l'eau) sont transportés par les courants d'eau dans l'océan mondial, où ils forment des strates marines et ne reviennent que partiellement à l'océan. terre avec des précipitations. Les changements géotectoniques, les processus d'affaissement des continents et d'élévation des fonds marins, le mouvement des mers et des océans sur une longue période de temps conduisent au retour de ces strates sur terre et le processus recommence.

Le petit cycle (une partie du grand cycle) se produit au niveau de l'écosystème et consiste dans le fait que les nutriments, l'eau et le carbone s'accumulent dans la substance des plantes, sont dépensés pour la construction du corps et dans les processus vitaux de ces plantes elles-mêmes et d'autres organismes (généralement des animaux) qui mangent ces plantes (consommateurs). Les produits de décomposition de la matière organique sous l'influence de destructeurs et de micro-organismes (bactéries, champignons, vers) se décomposent à nouveau en composants minéraux accessibles aux plantes et sont entraînés par celles-ci dans le flux de matière.

Toutes les eaux naturelles contiennent divers gaz à l’état dissous, principalement de l’azote, de l’oxygène et du dioxyde de carbone. La quantité de gaz que l’eau de mer peut dissoudre dépend de sa salinité, de sa pression hydrostatique, mais surtout de sa température. Plus la salinité et la température sont élevées, moins l’eau de mer peut dissoudre les gaz, et vice versa.

L'eau de mer est impliquée dans de nombreuses transformations chimiques et biochimiques des substances qui s'y trouvent sous forme dissoute, colloïdale et en suspension, à l'état libre et dans divers composés. L'hydrosphère dans son ensemble sert de médium et de véhicule puissant dans les changements et mouvements complexes des éléments chimiques se produisant dans la biosphère et la lithosphère.

Les rivières transportent chaque année environ 10 millions de tonnes d'azote sous forme ionique et environ 20 millions de tonnes sous forme de composés organiques dans l'océan mondial. Étant donné que peu d'azote est perdu dans les roches sédimentaires, on peut supposer qu'au cours des processus naturels, la dénitrification dans l'océan mondial équilibre la fixation de l'azote et son élimination vers la terre. En raison de l'utilisation d'engrais, la quantité d'engrais pénétrant dans les plans d'eau a fortement augmenté, détériorant la qualité de l'eau.

Le phosphore est l’élément biogénique le plus important, limitant le plus souvent le développement de la productivité des masses d’eau. Par conséquent, l'entrée de composés phosphorés en excès du bassin versant avec le ruissellement de surface des champs, avec le ruissellement des fermes, avec les eaux usées domestiques non traitées, ainsi qu'avec certains déchets industriels conduit à une forte augmentation incontrôlée de la biomasse végétale du plan d'eau (ce est particulièrement typique des réservoirs stagnants et à faible débit). Les activités humaines ont perturbé le cycle naturel du phosphore. Les composés du phosphore sont utilisés pour produire des engrais et des détergents. Cela conduit à une pollution des plans d'eau par des composés phosphorés. Dans de telles conditions, le phosphore cesse d'être un élément limitant la croissance de la masse des êtres vivants, notamment des algues et autres plantes aquatiques.

Le soufre se trouve dans l’atmosphère en petites quantités, principalement sous forme de sulfure d’hydrogène et de dioxyde de soufre. Une grande partie de cet élément (sous forme d’ions sulfate) se trouve dans l’hydrosphère. Dans la lithosphère, le soufre se trouve sous la forme d'une substance simple (soufre natif) et dans la composition de nombreux minéraux - sulfures et sulfates métalliques. De plus, des composés soufrés se trouvent dans le charbon, le schiste, le pétrole et le gaz naturel. Le soufre fait partie de nombreuses protéines, on le trouve donc toujours dans le corps des animaux et des plantes. L’activité humaine a considérablement modifié le cycle du soufre entre l’atmosphère, les océans et les terres émergées. Ces changements sont plus importants que l’impact humain sur le cycle du carbone. Comme dans le cas du cycle global du carbone, les émissions anthropiques de soufre dans l'environnement ont peu d'effet sur la répartition des masses de cet élément à la surface de la Terre. Cependant, la teneur accrue en soufre des déchets industriels et ménagers constitue un danger pour la vie sur de vastes zones. Les émissions massives de dioxyde de soufre dans l’atmosphère génèrent des pluies acides, qui peuvent tomber bien au-delà des zones industrielles. La pollution des eaux naturelles par des composés soufrés solubles constitue une menace pour les organismes vivants des masses d'eau intérieures et des zones côtières des mers.

Le carbone est l'élément fondamental de la vie. On le retrouve dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. Dans les océans et les eaux douces de la Terre, le carbone se trouve sous deux formes principales : dans la matière organique et dans les particules inorganiques interconnectées : les ions bicarbonate, les ions carbonate et le dioxyde de carbone dissous. L'essentiel est accumulé dans les carbonates du fond océanique (1 016 tonnes), dans les roches cristallines (1 016 tonnes), le charbon et le pétrole (1 016 tonnes) et participe à un large cycle de circulation. Au cours du siècle dernier, des changements importants ont été apportés au cycle du carbone par l’activité économique humaine. La combustion de combustibles fossiles – charbon, pétrole et gaz – a entraîné une augmentation des rejets de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Cela n'affecte pas beaucoup la répartition des masses de carbone entre les coquilles terrestres, mais cela peut avoir de graves conséquences en raison du renforcement de l'effet de serre.

Le silicium est le deuxième élément chimique le plus abondant (après l'oxygène) dans la croûte terrestre. Son Clarke dans la croûte terrestre est de 29,5, dans le sol - 33, dans l'océan - 5x10 -5. Cependant, malgré l'énorme abondance de silicium et de ses composés dans la nature (le quartz et les silicates constituent 87 % de la lithosphère), les cycles biogéochimiques du silicium (surtout terrestre) ne sont pas encore suffisamment étudiés. Le manganèse et le fer sont des composants constants des eaux douces naturelles et leurs niveaux dépassent souvent les niveaux de macronutriments essentiels.

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ÉLÉMENTS CHIMIQUES DANS LA NATURE – CYCLE ET MIGRATION. Il existe un échange constant d'éléments chimiques entre la lithosphère, l'hydrosphère, l'atmosphère et les organismes vivants de la Terre. Ce processus est cyclique : étant passés d'une sphère à une autre, les éléments reviennent à leur état d'origine. Le cycle des éléments s'est déroulé tout au long de l'histoire de la Terre, qui s'étend sur 4,5 milliards d'années.

Des masses géantes de produits chimiques sont transportées par les eaux de l’océan mondial. Cela s'applique principalement aux gaz dissous - dioxyde de carbone, oxygène, azote. L'eau froide aux hautes latitudes dissout les gaz atmosphériques. Venant avec les courants océaniques dans la zone tropicale, il les libère, car la solubilité des gaz diminue lorsqu'ils sont chauffés. L'absorption et la libération de gaz se produisent également lors du changement des saisons chaudes et froides de l'année.

L’émergence de la vie sur la planète a eu un impact considérable sur les cycles naturels de certains éléments. Il s'agit tout d'abord de la circulation des principaux éléments de la matière organique - le carbone, l'hydrogène et l'oxygène, ainsi que d'éléments vitaux tels que l'azote, le soufre et le phosphore. Les organismes vivants influencent également le cycle de nombreux éléments métalliques. Bien que la masse totale des organismes vivants sur Terre soit des millions de fois inférieure à la masse de la croûte terrestre, les plantes et les animaux jouent un rôle vital dans le mouvement des éléments chimiques.

Les activités humaines influencent également le cycle des éléments. Cela est devenu particulièrement visible au siècle dernier. Lorsque l'on considère les aspects chimiques des changements globaux dans les cycles chimiques, il faut prendre en compte non seulement les changements dans les cycles naturels dus à l'ajout ou à la suppression de produits chimiques présents dans ceux-ci à la suite d'impacts cycliques normaux et/ou induits par l'homme, mais aussi le rejet de produits chimiques dans l’environnement qui n’existaient pas auparavant dans la nature. Examinons quelques-uns des exemples les plus importants de mouvements cycliques et de migration d'éléments chimiques.

Carbone

- l'élément principal de la vie - se trouve dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. Dans l'océan et les eaux douces de la Terre, le carbone se trouve sous deux formes principales : dans la composition de la matière organique et dans la composition de particules inorganiques interconnectées : l'ion bicarbonate HCO 3 –, l'ion carbonate CO 3 2– et le dioxyde de carbone dissous CO 2. Une grande quantité de carbone est concentrée sous forme de composés organiques chez les animaux et les plantes. Il y a beaucoup de matière organique « non vivante » dans le sol. Le carbone de la lithosphère est également contenu dans les minéraux carbonatés (calcaire, dolomite, craie, marbre). Une certaine quantité de carbone se trouve dans le pétrole, le charbon et le gaz naturel.

Le lien de connexion dans le cycle naturel du carbone est le dioxyde de carbone (Fig. 1).

Riz. 1. SCHÉMA SIMPLIFIÉ cycle mondial du carbone. Les chiffres dans les cases représentent la taille des réservoirs en milliards de tonnes, soit des gigatonnes (Gt). Les flèches représentent les débits et les nombres associés sont exprimés en Gt/an.

Les plus grands réservoirs de carbone sont les sédiments marins et les roches sédimentaires terrestres. Cependant, la plupart de ces matériaux n’interagissent pas avec l’atmosphère, mais subissent un cycle à travers la partie solide de la Terre à des échelles de temps géologiques. Par conséquent, ces réservoirs ne jouent qu’un rôle mineur dans le cycle relativement rapide du carbone qui se produit avec la participation de l’atmosphère. Le deuxième plus grand réservoir est l’eau de mer. Mais même ici, la partie profonde des océans, où est contenue la majeure partie du carbone, n’interagit pas avec l’atmosphère aussi rapidement que leur surface. Les plus petits réservoirs sont la biosphère terrestre et l'atmosphère. C’est la petite taille de ce dernier réservoir qui le rend sensible aux changements, même minimes, du pourcentage de carbone dans d’autres réservoirs (plus grands), comme lors de la combustion de combustibles fossiles.

Le cycle mondial moderne du carbone se compose de deux cycles plus petits. Le premier d'entre eux est la fixation du dioxyde de carbone lors de la photosynthèse et sa nouvelle formation au cours de la vie des plantes et des animaux, ainsi que lors de la décomposition des résidus organiques. Le deuxième cycle est provoqué par l’interaction du dioxyde de carbone atmosphérique et des eaux naturelles :

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

Au cours du siècle dernier, des changements importants ont été apportés au cycle du carbone par l’activité économique humaine. La combustion de combustibles fossiles – charbon, pétrole et gaz – a entraîné une augmentation des rejets de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Cela n'affecte pas beaucoup la répartition des masses de carbone entre les coquilles de la Terre, mais cela peut avoir de graves conséquences en raison du renforcement de l'effet de serre.

Oxygène

sur Terre, on le trouve principalement dans la lithosphère sous forme de dioxyde de silicium et de silicates. De plus, l’oxygène est présent dans l’eau qui forme l’hydrosphère. Dans l’atmosphère, l’oxygène se présente sous forme moléculaire. C'est un produit des processus de la vie végétale et en même temps l'une des principales conditions d'existence de la vie sur Terre. La formation d'oxygène libre est associée à l'énergie lumineuse du Soleil. La matière première pour la formation de l’oxygène est l’eau. Presque tout l’oxygène libre sur Terre est le résultat de la réaction de photosynthèse de la matière organique issue de l’eau et du dioxyde de carbone. Une certaine quantité d’oxygène est produite par la décomposition de l’eau dans la haute atmosphère. L'oxygène fait partie de nombreux composés organiques. Il existe un échange constant d'oxygène entre les organismes vivants et l'atmosphère.

Malgré la libération d'oxygène par les plantes vertes, sa teneur dans l'atmosphère n'augmente pas. Simultanément à la photosynthèse, la matière organique se décompose et la quasi-totalité de l'oxygène libéré est absorbée. Une partie de l'oxygène est dépensée pour l'oxydation des substances inorganiques. Une petite quantité d’oxygène atmosphérique participe au cycle de formation et de destruction de l’ozone.

Hydrogène

sur Terre, on le trouve principalement dans l'hydrosphère, dans le cadre de l'eau. Son contenu dans la lithosphère et l'atmosphère est relativement faible. Il fait également partie de la matière organique. D'énormes masses d'hydrogène, ainsi que d'oxygène, participent au cycle de l'eau, l'un des processus cycliques les plus puissants de la planète.

Une particularité de l’hydrogène est sa capacité (avec l’hélium) à s’échapper du champ gravitationnel terrestre en raison de sa faible masse atomique. Ces pertes sont compensées par la libération d'hydrogène du manteau. L'hydrogène moléculaire pénètre dans l'atmosphère terrestre à la suite de l'activité volcanique ; il est également libéré par certaines bactéries. Après l’apparition des organismes vivants sur notre planète, l’hydrogène a commencé à se lier à la matière organique.

Azote,

en raison de la force exceptionnelle de la molécule N 2, elle est presque entièrement concentrée dans l'atmosphère. Une partie de l'azote gazeux est dissoute dans les eaux naturelles, qui contiennent à la fois des substances organiques azotées dissoutes et des ions inorganiques : cation ammonium, ion nitrite et ion nitrate. L’azote ne formant pas de sels insolubles, il ne s’accumule que rarement dans la lithosphère. Ainsi, dans le désert sud-américain d'Atacama, il existe des accumulations de nitrate de sodium qui, malgré sa haute solubilité dans l'eau, est préservé en raison du climat extrêmement sec.

Le mot « azote » signifie littéralement « sans vie » car il ne soutient pas la respiration. Or, cet élément est un composant essentiel des protéines. L’azote se retrouve donc en quantité importante dans les organismes vivants et dans la matière organique « morte ». L'azote se déplace continuellement entre l'atmosphère, l'océan, les organismes vivants et le sol.

Dans l'atmosphère, sous l'influence de décharges électriques, l'azote se transforme d'abord en monoxyde d'azote puis en dioxyde d'azote. L'humidité de l'air et l'oxygène convertissent le dioxyde d'azote en acide nitrique

4NO 2 + 2H 2 O + O 2 = 4HNO 3

Les composés azotés se dissolvent facilement dans les précipitations et tombent à la surface de la Terre.

L'activité vitale des bactéries nodulaires vivant sur les racines des légumineuses est d'une grande importance dans la fixation de l'azote atmosphérique. Les enzymes de ces bactéries convertissent l’azote moléculaire en composés qui sont ensuite absorbés par les plantes. Depuis les plantes, l’azote fixe pénètre dans l’organisme des animaux, principalement sous forme d’acides aminés et de protéines. Après la mort des organismes vivants, les substances organiques sont transformées en composés inorganiques, à nouveau absorbés par les plantes. Une partie de l’azote des sols se transforme en azote moléculaire et est rejetée dans l’atmosphère. L'azote moléculaire se forme également lors de l'oxydation complète des substances organiques.

Les composés azotés pénètrent dans l'atmosphère avec les émissions des entreprises industrielles et des transports, et dans les eaux naturelles avec les déchets ménagers et industriels.

Une trop grande quantité d’azote soluble dans le sol entraîne une augmentation de sa teneur dans les aliments et dans l’eau potable, ce qui peut provoquer de graves maladies. Les composés azotés s'accumulent dans les plans d'eau et provoquent une prolifération des lacs et des réservoirs. Jusqu’à présent, de tels phénomènes n’ont été observés que dans certaines zones où de nombreux composés azotés pénètrent dans l’environnement. En général, la nature continue de faire face à la quantité d’azote fixe produite par l’homme.

Soufre

trouvé dans l’atmosphère en petites quantités, principalement sous forme de sulfure d’hydrogène et de dioxyde de soufre. Une grande partie de cet élément (sous forme d’ions sulfate) se trouve dans l’hydrosphère. Dans la lithosphère, le soufre se trouve sous la forme d'une substance simple (soufre natif) et dans la composition de nombreux minéraux - sulfures et sulfates métalliques. De plus, des composés soufrés se trouvent dans le charbon, le schiste, le pétrole et le gaz naturel. Le soufre fait partie de nombreuses protéines, on le trouve donc toujours dans le corps des animaux et des plantes.

Émis depuis les profondeurs de la Terre, les composés gazeux soufrés (principalement le dioxyde de soufre et le sulfure d'hydrogène) se dissolvent dans les eaux souterraines. Ici, ils forment des sulfures peu solubles (principalement de la pyrite - disulfure de fer FeS 2) et des sulfates (en particulier du sulfate de calcium CaSO 4). Du soufre natif se forme également :

2H 2 S + SO 2 = 3S + 2H 2 O

Les composés gazeux du soufre pénètrent dans le sol, l’atmosphère et les océans, où ils sont absorbés par les bactéries soufrées. L'absorption des composés soufrés par les bactéries se produit également dans le sol.

Les sulfures peu solubles contenus dans les roches sont partiellement oxydés sous l'action de certaines bactéries, se transformant en sulfates facilement solubles :

FeS + 2O 2 = FeSO 4

Les sulfates solubles dans l'eau sont emportés de la surface terrestre par le ruissellement des rivières, fournissant des ions sulfate à l'océan mondial.

En raison de la liaison active du soufre dans la croûte terrestre, l'hydrosphère et les organismes vivants, la teneur en sulfure d'hydrogène et en dioxyde de soufre dans l'atmosphère est faible et variable. Sous l'influence de l'oxygène et de l'ozone, ces substances se transforment progressivement en acide sulfurique :

2SO 2 + O 2 2SO 3

SO 2 + O 3 = SO 3 + O 2

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

H 2 S + 2O 3 = H 2 SO 4 + O 2

L'acide sulfurique retourne à la terre par précipitation

Les activités économiques humaines entraînent une augmentation de la teneur en composés soufrés dans l'atmosphère et l'hydrosphère. En raison des changements dans les pratiques d'élevage et agricoles (pâturage, labour, bonification des terres), les émissions de composés soufrés sous forme de poussière ont augmenté. Une quantité encore plus importante de soufre est rejetée dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de soufre lors du grillage des minerais sulfurés. Cela entraîne à son tour une augmentation du flux de soufre de l’atmosphère vers les océans et les terres émergées. Les eaux naturelles sont également polluées par les engrais provenant des champs et les eaux usées industrielles.

Ainsi, l’activité humaine a considérablement modifié le cycle du soufre entre l’atmosphère, les océans et les terres émergées. Ces changements sont plus importants que l’impact humain sur le cycle du carbone. Comme dans le cas du cycle global du carbone, les émissions anthropiques de soufre dans l'environnement ont peu d'effet sur la répartition des masses de cet élément à la surface de la Terre. Cependant, la teneur accrue en soufre des déchets industriels et ménagers constitue un danger pour la vie sur de vastes zones. Les émissions massives de dioxyde de soufre dans l’atmosphère génèrent des pluies acides, qui peuvent tomber bien au-delà des zones industrielles. La pollution des eaux naturelles par des composés soufrés solubles constitue une menace pour les organismes vivants des masses d'eau intérieures et des zones côtières des mers.

Phosphore

trouvé dans la croûte terrestre et dans les organismes vivants en petites quantités ; cependant, il est très important pour les plantes et les animaux. Sans cet élément, la synthèse des protéines est impossible. De plus, le phosphore fait partie des os et des dents. C'est la quantité insuffisante de phosphore qui limite le plus souvent la croissance de la masse de matière vivante. Une part importante du phosphore se trouve dans les sols. Le phosphore forme de nombreux minéraux (comme les phosphorites), mais on ne les trouve pas souvent en grande quantité dans les roches. Il n'y a pratiquement pas de phosphore dans l'atmosphère.

Dans les eaux naturelles, le phosphore est présent dans les composés organiques et les matières en suspension. Seule une petite partie est en solution sous la forme de l'ion orthophosphate PO 4 3– et de l'ion hydroorthophosphate HPO 4 2–.

Dans l’océan, le phosphore « organique » passe de manière répétée d’un organisme vivant à un autre et s’accumule lentement dans les sédiments du fond sous forme de phosphates peu solubles. Ces pertes de phosphore sont compensées par une seule source : les roches terrestres altérées, où elles tombent du fond des océans à la suite de processus géologiques à long terme.

Les activités humaines ont perturbé le cycle naturel du phosphore. Les composés du phosphore sont utilisés pour produire des engrais et des détergents. Cela conduit à une pollution des plans d'eau par des composés phosphorés. Dans de telles conditions, le phosphore cesse d'être un élément limitant la croissance de la masse des êtres vivants, notamment des algues et autres plantes aquatiques.

Sodium

– l’un des principaux éléments accumulés dans la croûte terrestre lors du processus de fonte. Il est facilement libéré des structures silicatées lors de l'altération des roches cristallines. Le cation Na+ est transporté avec le ruissellement continental vers l'océan. Avec les « vents salés », le sodium retourne partiellement sur terre. Une quantité nettement plus faible de cet élément est transportée de la surface terrestre vers l’océan par la poussière du vent.

Le sodium est constamment présent dans les sols. Il participe activement à la salinisation des sols, dans laquelle il forme des sels avec des ions chlorure et sulfate.

Les sels de sodium jouent un rôle important dans les organismes. Le chlorure de sodium est un composant essentiel des tissus animaux liquides et de la sève des cellules végétales, il est donc absorbé en grande quantité par les organismes végétaux et surtout animaux. Les sels de sodium sont facilement lessivés des résidus végétaux. Le sodium est activement adsorbé par les sédiments marins et une grande partie est contenue dans la coque sédimentaire.

Chlore,

contrairement au sodium, il est contenu dans la couche granitique en petites quantités. Il est entraîné dans le cycle non pas en raison de la destruction des roches, mais en raison des processus de dégazage du manteau et d'élimination des gaz volcaniques.

Cet élément se déplace entre les coquilles terrestres parallèlement au sodium. Il s’accumule dans l’eau des océans sous forme d’ions chlorure. Des masses importantes de chlore, ainsi que de sodium, migrent de la surface terrestre vers l’océan mondial pendant plusieurs millions d’années. La deuxième caractéristique du cycle géochimique global du chlore, exprimée encore plus fortement que dans le cycle du sodium, est la migration active dans l'atmosphère au sein des aérosols et le retour de masses importantes de cet élément sur terre. Dans les zones où il n'y a pas de drainage, le chlore et le sodium s'accumulent dans le sol et les plans d'eau fermés.

Le chlore a une signification physiologique importante. On le trouve dans les organismes vivants sous forme d'acide chlorhydrique et de ses sels (principalement le chlorure de sodium). Par conséquent, des masses importantes de chlore, ainsi que de sodium, participent au cycle biologique.

Calcium

fait référence aux principaux éléments de la croûte terrestre. La teneur de cet élément diminue depuis les profondeurs de la Terre jusqu'à la couche granitique de la lithosphère. Le calcium forme de nombreux minéraux dans la croûte terrestre. L'altération des silicates libère de grandes quantités de cet élément. Ses composés hydrosolubles, principalement le bicarbonate, pénètrent dans les eaux naturelles et migrent avec elles vers l'océan. Bien que ce processus se développe depuis plus de 2 milliards d’années, la concentration de l’élément dans l’eau des océans n’est que 30 fois supérieure à celle des eaux fluviales. Cela est dû à la faible solubilité du carbonate de calcium et, surtout, à l'absorption active de l'élément par les organismes planctoniques et à son élimination dans les sédiments. Ces processus contribuent à l’accumulation de calcium dans d’épaisses couches de calcaire, de dolomite et d’argile calcaire.

Le calcium joue un rôle important dans la physiologie des organismes. Chez les plantes, il est impliqué dans le métabolisme des glucides et de l’azote ; chez les animaux, il est nécessaire à la construction du squelette osseux. Le calcium est également impliqué dans de nombreux autres processus biochimiques.

Ainsi, pour les processus de transfert de masse global du calcium, le cycle biologique et la migration de l'eau de l'ion dans le système terre-océan sont d'une importance primordiale.

Potassium

avec d'autres éléments chimiques alcalins et alcalino-terreux accumulés dans la croûte terrestre au cours du processus de sa fonte. Le potassium fait partie des silicates les plus courants. Lorsqu’ils sont détruits, cet élément se transforme principalement en minéraux argileux. Parallèlement, il est partiellement libéré et impliqué dans la migration de l'eau. Les ions potassium sont activement absorbés par la matière minérale dispersée et sont également absorbés par les plantes supérieures, de sorte que le potassium est plus fermement retenu dans la terre que le calcium et le sodium. Une partie du potassium est transportée dans l'océan sous forme d'ions, mais une grande masse de l'élément est transportée sous forme de suspensions de particules d'argile. Le potassium migre activement dans le système surface océan - atmosphère - surface océan dans la composition des aérosols.

Cet élément joue un rôle important dans la vie des plantes et des animaux. Il participe à la photosynthèse, affecte le métabolisme et est partiellement stocké dans la matière organique morte.

L'utilisation généralisée d'engrais minéraux n'a pas encore eu d'effet notable sur le cycle du potassium, mais sa migration a considérablement augmenté en raison de l'érosion des sols.

Silicium

– le deuxième élément (après l’oxygène) de la croûte terrestre en masse. Il s'accumule intensément dans la lithosphère lors des processus de fusion. Le silicium, sous forme de silice hautement dispersée (SiO2), est omniprésent dans les eaux naturelles et est utilisé par de nombreux organismes marins pour construire leur squelette. Le cycle biologique du silicium dans l'océan est déterminé principalement par l'activité vitale des diatomées et des algues planctoniques radiolaires et par la dissolution ultérieure de leurs squelettes.

La migration aquatique du silicium se caractérise par un mouvement prédominant de la terre vers l’océan, qui n’est pas compensé en sens inverse. Une quantité importante de silicium se déplace sous forme de composés solubles, mais elle est bien plus présente dans la composition des matériaux clastiques. .

Plomb

s'accumule dans la croûte terrestre non seulement en raison de sa fusion à partir du matériau du manteau, mais également en raison de la désintégration radioactive des isotopes de l'uranium (238 U, 235 U) et du thorium (232 Th). Lorsque les roches s'altèrent, des cations de plomb sont libérés, la plupart d'entre eux sont absorbés par des particules d'argile et des hydroxydes de fer hautement dispersés, et une plus petite partie pénètre dans les eaux souterraines. Dans le cadre de suspensions, ainsi que sous forme de composés organiques, d'ions simples et complexes, le plomb est éliminé avec le ruissellement des rivières et se dépose principalement dans les deltas et une étroite bande côtière du plateau. La petite quantité de plomb qui pénètre dans l’océan est précipitée par la biofiltration de l’eau de mer par les organismes planctoniques. Ainsi, l’océan mondial est un accumulateur mondial de formes solubles de plomb.

Sur terre, le plomb est absorbé par les plantes. Lors d'incendies de forêt, des masses importantes de l'élément pénètrent dans l'atmosphère (sous forme de fumée). De plus, le plomb est contenu dans des poussières minérales très dispersées. La « durée de vie » des aérosols contenant du plomb est d’environ 7 jours.

La production annuelle de plomb dépasse largement à la fois l’élimination des formes solubles et l’absorption annuelle de cet élément par la végétation. La dispersion technologique du plomb, contrairement à la dispersion des substances gazeuses, ne s'étend pas sur de grands espaces, mais se concentre principalement le long des autoroutes ; cela est dû à l'utilisation du plomb tétraéthyle comme agent antidétonant pour l'essence automobile.

Zinc

accompagne généralement le plomb dans la croûte terrestre, mais la géochimie de la biosphère de ces éléments diffère considérablement. Contrairement au plomb, le zinc est l'un des principaux microéléments ; il fait partie de nombreuses enzymes et participe à la synthèse des acides ribonucléiques et de la chlorophylle. La majeure partie du zinc présent dans les plantes est liée aux tissus facilement dégradés et est rapidement éliminée des débris végétaux (contrairement au plomb, qui est fermement fixé dans les débris végétaux). Les formes de zinc solubles dans l’eau ne représentent qu’une très petite partie de la masse totale du métal, mais elles participent activement à la migration de l’eau. Le zinc participe activement au transfert de masse entre la terre et l'atmosphère. Avec les précipitations atmosphériques, beaucoup plus de formes de zinc solubles dans l’eau tombent à la surface du sol que celles captées par le vent dans l’atmosphère sous forme de poussière minérale.

D'après les exemples donnés de cycles et de migration de divers éléments, il est clair que le système global de migration cyclique d'éléments chimiques a une grande capacité d'autorégulation, tandis que la biosphère joue un rôle énorme dans le cycle des éléments chimiques.

Dans le même temps, l’activité économique humaine provoque une déformation des cycles naturels d’échange de masse et, par conséquent, des changements dans la composition de l’environnement. Ces changements se produisent beaucoup plus rapidement que les processus d'adaptation génétique des organismes et de spéciation. Souvent, les actions économiques sont si mal conçues ou imparfaites qu’elles créent un risque environnemental aigu. L'étude des processus de transfert de masse qui relient toutes les coquilles de la Terre en un seul tout devrait contribuer à créer un système de surveillance de l'état écologique et géochimique de l'environnement et à développer une prévision scientifiquement fondée des conséquences environnementales des actions économiques et des nouvelles technologies.

Elena Savinkina

Ressources naturelles

Chaque animal ou plante est un maillon des chaînes alimentaires de son écosystème, échange des substances avec la nature inanimée et est donc inclus dans le cycle des substances de la biosphère. Les éléments chimiques contenus dans divers composés circulent entre les organismes vivants, l'atmosphère et le sol, l'hydrosphère et la lithosphère. Ayant commencé dans certains écosystèmes, le cycle se termine dans d’autres. L'ensemble de la biomasse de la planète participe au cycle des substances, ce qui confère à la biosphère l'intégrité et la stabilité. Les organismes vivants influencent considérablement le mouvement et la transformation de nombreux composés. Le cycle biologique fait principalement intervenir les éléments qui composent les substances organiques : C, N, S, P, O, H, ainsi qu'un certain nombre de métaux (Fe, Ca, Mg...).

La circulation des composés s'effectue principalement grâce à l'énergie du Soleil. Les plantes vertes, accumulant leur énergie et consommant des composés minéraux du sol, synthétisent des substances organiques. La matière organique se propage dans la biosphère via les chaînes alimentaires. Les réducteurs détruisent la matière organique végétale et animale en composés minéraux, fermant ainsi le cycle biologique.

Dans les couches supérieures de l'océan et à la surface des terres, la formation de matière organique prédomine, et dans le sol et les profondeurs de la mer, sa minéralisation prédomine. La migration des oiseaux, des poissons et des insectes contribue également au transfert des éléments qu’ils ont accumulés. L'activité humaine influence considérablement le cycle des éléments.

Cycle de l'eau. Les eaux de la planète, chauffées par le soleil, s'évaporent. L'humidité qui tombe sous forme de pluie vivifiante retourne dans l'océan sous forme d'eau de rivière ou d'eau souterraine purifiée par filtration, transportant une énorme quantité de composés inorganiques et organiques. Les organismes vivants participent activement au cycle de l'eau, qui est une composante nécessaire des processus métaboliques (pour le rôle biologique de l'eau, voir § 1). Sur terre, la majeure partie de l’eau est évaporée par les plantes, réduisant ainsi le ruissellement et empêchant l’érosion des sols. Par conséquent, lorsque la déforestation se produit, le ruissellement de surface augmente plusieurs fois à la fois et provoque une intense érosion de la couverture du sol. La forêt ralentit la fonte des neiges et l'eau de fonte, qui coule progressivement, hydrate bien les champs. Le niveau des eaux souterraines augmente et les crues printanières sont rarement destructrices.

Les forêts tropicales humides modèrent le climat équatorial chaud en retenant et en évaporant progressivement l'eau (un phénomène appelé transpiration). La déforestation des forêts tropicales provoque des sécheresses catastrophiques dans les zones voisines. La destruction prédatrice des forêts peut transformer des pays entiers en déserts, comme cela s’est déjà produit en Afrique du Nord. Le cycle de l’eau, régulé par la végétation, est la condition la plus importante au maintien de la vie sur Terre.

Cycle du carbone. Lors de la photosynthèse, les plantes absorbent le carbone via le dioxyde de carbone. La matière organique qu’ils produisent contient une quantité importante de carbone, qui est distribuée dans tout l’écosystème à travers les chaînes alimentaires. Au cours du processus de respiration, les organismes libèrent du dioxyde de carbone. Les résidus organiques marins et terrestres sont minéralisés par les décomposeurs. L'un des produits de la minéralisation - le dioxyde de carbone - retourne dans l'atmosphère, fermant ainsi le cycle.

En 6 à 8 ans, les êtres vivants éliminent tout le carbone présent dans l’atmosphère. Chaque année, jusqu'à 50 milliards de tonnes de carbone sont impliquées dans le processus de photosynthèse. Une partie s'accumule dans le sol et au fond des océans - dans les squelettes d'algues et de mollusques, ainsi que dans les récifs coralliens. Une réserve importante de carbone est contenue dans les roches sédimentaires. Sur la base de plantes fossiles et d'organismes planctoniques, des gisements de charbon, de calcaire organique et de tourbe, de gaz naturel et, éventuellement, de pétrole se sont formés (certains scientifiques suggèrent l'origine abiogénique du pétrole). Lorsqu’ils sont brûlés, les combustibles naturels rejettent du carbone dans l’atmosphère. Chaque année, la teneur en carbone de l’atmosphère augmente de 3 milliards de tonnes et peut perturber la stabilité de la biosphère. Si ce rythme d’augmentation se poursuit, la fonte intense des glaces polaires, provoquée par l’effet de serre du dioxyde de carbone, entraînera l’inondation de vastes zones côtières du monde entier.

Cycle de l'azote. L'importance de l'azote pour les organismes vivants est principalement déterminée par sa teneur en protéines et en acides nucléiques. L'azote, comme le carbone, fait partie des composés organiques ; les cycles de ces éléments sont étroitement liés. La principale source d'azote est l'air atmosphérique. Grâce à la fixation par les organismes vivants, l’azote se déplace de l’air vers le sol et l’eau. Chaque année, les légumes bleu-vert fixent environ 25 kg/ha d'azote. Fixe efficacement l'azote et les bactéries nodulaires.

Les plantes absorbent les composés azotés du sol et synthétisent la matière organique. La matière organique se propage à travers les chaînes alimentaires jusqu'aux décomposeurs qui décomposent les protéines en libérant de l'ammoniac, qui est ensuite converti par d'autres bactéries en nitrites et nitrates. Une circulation similaire d’azote se produit entre les organismes benthos et planctoniques. Les bactéries dénitrifiantes réduisent l'azote en molécules libres qui sont renvoyées dans l'atmosphère. Une petite quantité d'azote est fixée sous forme d'oxydes par les décharges de foudre et pénètre dans le sol avec les précipitations, et provient également de l'activité volcanique, compensant la perte dans les sédiments des grands fonds. L'azote pénètre également dans le sol sous forme d'engrais après fixation industrielle à partir de l'air atmosphérique.

Le cycle de l’azote est un cycle plus fermé que le cycle du carbone. Seule une petite quantité est emportée par les rivières ou se retrouve dans l’atmosphère, dépassant les limites des écosystèmes.

Cycle du soufre. Le soufre fait partie d'un certain nombre d'acides aminés et de protéines. Les composés soufrés entrent dans le cycle principalement sous forme de sulfures provenant des produits d'altération des roches terrestres et marines. Un certain nombre de micro-organismes (par exemple, les bactéries chimiosynthétiques) sont capables de convertir les sulfures en une forme accessible aux plantes - les sulfates. Les plantes et les animaux meurent, la minéralisation de leurs restes par les décomposeurs restitue au sol des composés soufrés. Ainsi, les bactéries soufrées oxydent le sulfure d'hydrogène formé lors de la décomposition des protéines en sulfates. Les sulfates aident à convertir les composés du phosphore peu solubles en composés solubles. La quantité de composés minéraux disponibles pour les plantes augmente et les conditions de leur nutrition s'améliorent.

Les ressources en minéraux soufrés sont très importantes, et un excès de cet élément dans l'atmosphère, entraînant des pluies acides et perturbant les processus de photosynthèse à proximité des entreprises industrielles, inquiète déjà les scientifiques. La quantité de soufre dans l’atmosphère augmente considérablement lorsque des combustibles naturels sont brûlés.

Cycle du phosphore. Cet élément se retrouve dans un certain nombre de molécules vitales. Son cycle commence par le lessivage des composés contenant du phosphore des roches et leur entrée dans le sol. Une partie du phosphore est emportée dans les rivières et les mers, l’autre est absorbée par les plantes. Le cycle biogénique du phosphore se déroule selon le schéma général : producteurs → consommateurs → réducteurs.

Des quantités importantes de phosphore sont épandues sur les champs avec des engrais. Environ 60 000 tonnes de phosphore sont restituées chaque année au continent grâce à la pêche. Dans l'alimentation protéique humaine, le poisson représente entre 20 et 80 % ; certaines variétés de poisson de faible valeur sont transformées en engrais riches en éléments utiles, dont le phosphore.

La production annuelle de roches contenant du phosphore est de 1 à 2 millions de tonnes. Les ressources en roches contenant du phosphore sont encore importantes, mais à l'avenir, l'humanité devra probablement résoudre le problème du retour du phosphore dans le cycle biogénique.

Ressources naturelles. La possibilité de notre vie et ses conditions dépendent des ressources naturelles. Les ressources biologiques et surtout alimentaires constituent la base matérielle de la vie. Les ressources minérales et énergétiques, lorsqu'elles sont incluses dans la production, servent de base à un niveau de vie stable.

Les ressources sont généralement divisées en ressources inépuisables et épuisables. L'énergie du Soleil et du vent, de l'air atmosphérique et de l'eau est pratiquement inépuisable. Cependant, avec la production industrielle moderne et non écologique, l’eau et l’air ne peuvent être considérés que sous certaines conditions comme des ressources inépuisables. Dans de nombreuses régions, la pollution a provoqué une pénurie d’eau et d’air pur. Pour que ces ressources restent inépuisables, une attitude respectueuse envers la nature est nécessaire.

Les ressources épuisables sont divisées en ressources non renouvelables et renouvelables. Les ressources non renouvelables comprennent les espèces animales et végétales perdues, ainsi que la plupart des minéraux. Les ressources renouvelables comprennent le bois, le gibier et le poisson, les plantes, ainsi que certains minéraux, comme la tourbe.

En consommant intensément les ressources naturelles, une personne doit maintenir un équilibre naturel. L'équilibre des ressources dans le cycle des substances détermine la stabilité de la biosphère.

1. Comment les organismes vivants participent-ils au cycle des substances ? Où prédomine la formation de la matière organique, où se produit sa minéralisation ?
2. Décrivez le cycle de l'eau. Quel est le rôle des forêts dans sa régulation ?
3. Comment se déroule le cycle du carbone ? Est-il possible d’exclure les plantes du cycle ?
4. Quelles sont les caractéristiques des cycles de l’azote, du soufre et du phosphore ?
5. Quelles ressources nécessitent un traitement particulièrement prudent ?

Activité économique humaine et problèmes environnementaux mondiaux

Environ 10 à 15 % de la surface terrestre est labourée, 25 % sont des pâturages entièrement ou partiellement cultivés. Si l'on ajoute à cela 3 à 5 % de la surface occupée par les réseaux de transport, l'industrie, les bâtiments et les structures, et environ 1 à 2 % du territoire terrestre endommagé par l'exploitation minière, il s'avère que près de la moitié de la surface terrestre a été détruite. modifié par l'activité humaine.

Avec le développement de la civilisation, sa contribution négative aux cycles de la biosphère augmente. Pour chaque tonne de produits industriels, il y a 20 à 50 tonnes de déchets. Chaque habitant des grandes villes produit plus d’une tonne de déchets alimentaires et ménagers par an. Le déséquilibre dans la biosphère affecte à la fois la flore et la faune, ainsi que la santé humaine. De nombreux polluants, pénétrant dans le sol, l'atmosphère et les plans d'eau, s'accumulent dans les tissus des plantes et des animaux et infectent le corps humain par le biais des chaînes alimentaires. Les composés toxiques peuvent augmenter considérablement le nombre de mutations conduisant à des anomalies congénitales et héréditaires. Une comparaison des données provenant de différentes régions de la planète a conduit les scientifiques à conclure qu'au moins 80 % des cancers sont causés par la pollution chimique de l'environnement.

La pollution atmosphérique provient principalement de la combustion de combustibles naturels par les transports, les services publics et l'industrie. Dans les villes, les transports représentent plus de 60 % des polluants, les centrales thermiques environ 15 % et 25 % des émissions proviennent des entreprises industrielles et de construction. Les principaux polluants atmosphériques sont les oxydes de soufre, d'azote, de méthane et de monoxyde de carbone. Chez les plantes, la pollution de l’air entraîne de graves troubles métaboliques et diverses maladies. Le dioxyde de soufre détruit la chlorophylle et empêche le développement des grains de pollen, les feuilles et les aiguilles se dessèchent et tombent. Les effets des autres polluants ne sont pas moins nocifs.

Chaque année, environ 100 millions de tonnes d'oxydes de soufre, plus de 70 millions de tonnes d'oxydes d'azote et 180 millions de tonnes de monoxyde de carbone sont rejetées dans l'atmosphère.

Précipitations acides. Des concentrations élevées de polluants entraînent la formation de pluies acides et de smog. Les précipitations acides (pluie, neige, brouillard) se forment lorsque les dioxydes de soufre et d'azote (SO2, NO2) se dissolvent dans l'eau. Les précipitations acides éliminent les protéines, les acides aminés, le sucre et le potassium des feuilles des plantes et endommagent la couche protectrice supérieure. Les solutions acides introduisent un environnement acide dans le sol, provoquant le lessivage de l'humus, réduisant ainsi la quantité de sels vitaux de calcium, de potassium et de magnésium. Les sols acides sont pauvres en micro-organismes, le rythme de destruction des déchets ralentit et la réduction du nombre de décomposeurs perturbe l'équilibre des écosystèmes.

Les pluies acides détruisent d’immenses écosystèmes, provoquent la mort des plantes et des forêts et transforment les lacs et les rivières en plans d’eau sans vie. Aux États-Unis, au cours des 100 dernières années, les pluies acides sont devenues 40 fois plus acides, environ 200 lacs sont restés sans poissons et en Suède, 20 % des lacs sont dans un état catastrophique. Plus de 70 % des pluies acides suédoises sont causées par des émissions provenant d’autres pays. Environ 20 % des pluies acides en Europe sont dues aux émissions d’oxyde de soufre en Amérique du Nord.

Smog. Dans les couches inférieures de l'atmosphère, sous l'influence de la lumière solaire, les polluants forment des composés extrêmement nocifs pour les organismes vivants, observés sous forme de brouillard. Dans les grandes villes, la quantité de lumière solaire due au smog est réduite de 10 à 15 % et les rayons ultraviolets de 30 %.

Trous d'ozone. Dans l'atmosphère, à une altitude de 20 à 25 km, se trouve un grand nombre de molécules d'ozone (O3), qui absorbent la partie dure du spectre solaire, destructrice pour les organismes vivants. En 1982, les scientifiques ont découvert un trou dans la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique et en 1987 au-dessus du pôle Nord. Les scientifiques craignent que des trous n’apparaissent également au-dessus des parties habitées du globe. Cela pourrait entraîner une augmentation du cancer de la peau, des cataractes et une perturbation des écosystèmes forestiers et marins.

Pour quelles raisons les trous dans la couche d’ozone se produisent-ils ? Les scientifiques suggèrent que le principal est l'accumulation de fréons (chlorofluorocarbones СFCl3, СF2Сl2), utilisés dans la production d'aérosols et dans l'industrie de la réfrigération. Ces gaz persistent dans l'atmosphère pendant des décennies. Une fois dans la stratosphère, ils sont décomposés par le rayonnement solaire pour former des atomes de chlore, qui catalysent la conversion de l'ozone en oxygène.

Effet de serre. Certains gaz atmosphériques transmettent bien la lumière visible et absorbent le rayonnement thermique de la planète, provoquant un réchauffement global. L'effet de serre est dû à 50 % à la présence de dioxyde de carbone, à 18 % au méthane et à 14 % au fréon. L'augmentation de la quantité de CO2 dans l'atmosphère est principalement causée par la combustion de combustibles et le défrichement des forêts pour le labour, ainsi que par la minéralisation intensive de l'humus dans les vastes terres arables.

Le méthane pénètre dans l'atmosphère depuis les zones marécageuses, les sols gorgés d'eau des rizières, de nombreuses fermes d'élevage et lors de l'ouverture des gisements de charbon. Le méthane est l’un des principaux produits métaboliques des ruminants, donnant une odeur âcre caractéristique à leurs excrétions. Au 20ème siècle la quantité de CO2 dans l'atmosphère a augmenté de 25 %, et de méthane de 100 %, ce qui a augmenté la température moyenne de 0,5°C. Avec cette tendance, les températures pourraient augmenter de 3 à 5°C au cours des 50 prochaines années. Les calculs montrent que la fonte des glaces polaires entraînera une élévation du niveau de la mer de 0,5 à 1,5 m. En Égypte, 20 à 30 % des terres fertiles du delta du Nil seront inondées, et les villages côtiers et les grandes villes de Chine seront inondés. L’Inde et les États-Unis seront menacés. La quantité totale de précipitations augmentera, mais dans les parties centrales des continents, le climat pourrait devenir plus sec et préjudiciable aux cultures, en particulier aux céréales et au riz (pour 60 % de la population asiatique, le riz est le principal produit).

Ainsi, même de petits changements dans la composition des gaz de l’atmosphère sont dangereux pour les écosystèmes naturels.

Perturbations dans l'hydrosphère. Des erreurs à grande échelle dans les pratiques agricoles ont conduit à la destruction de nombreux écosystèmes naturels. Le détournement des eaux de ruissellement de l'Amou-Daria et du Syr-Daria pour l'irrigation des plantations de coton a provoqué une baisse catastrophique du niveau de la mer d'Aral. Les tempêtes de poussière dans son lit de séchage ont provoqué la salinisation des sols sur de vastes zones. La dégradation des écosystèmes naturels de la région de la mer d'Aral est le résultat du manque d'eau et de la désertification.

Prélèvement d'eau prédatrice pour l'irrigation, pour les besoins de la production industrielle (la fusion de 1 tonne de nickel nécessite 4000 m 3 d'eau, la production de 1 tonne de papier - 100 m 3, 1 tonne de fibre synthétique - jusqu'à 5000 m 3 ), la destruction des forêts conservant l'eau et le drainage des marécages ont entraîné la disparition massive des rivières. Si en 1785 il y avait plus d'un million de rivières dans la région de Kalouga, alors en 1990 il n'en restait plus que 200 !

Les écosystèmes fluviaux sont très sensibles et vulnérables. Une énorme quantité d'engrais emportés par les champs, les déjections animales et les eaux usées provoquent une augmentation de la concentration de composés azotés et phosphorés dans les plans d'eau. Dans les écosystèmes aquatiques, le développement rapide des algues bleu-vert commence, déplaçant les diatomées nécessaires au zooplancton. Les poissons meurent de faim. Les bleu-vert s’accumulent au fond et pourrissent (décomposés par les bactéries), empoisonnant l’eau et épuisant les réserves d’oxygène. Les étangs pittoresques se transforment en égouts nauséabonds recouverts de boue et d'écume. Si l'eau n'est pas empoisonnée, il y a jusqu'à 15 mollusques sur chaque mètre carré, chacun filtrant soigneusement jusqu'à 50 litres d'eau par jour. Ces créatures meurent lorsque des produits chimiques étrangers pénètrent dans les plans d'eau. Les sangsues, les ascidies et les larves de libellules sont les plus résistantes à la pollution de l'eau.

Les composants de la biosphère sont interconnectés par le cycle des substances et des chaînes alimentaires ; la perturbation d'un écosystème entraîne un changement dans l'équilibre écologique des autres. Lorsque les insectes ont commencé à être empoisonnés au DDT dans l'hémisphère nord, des quantités importantes de ce poison ont rapidement été trouvées dans les corps des manchots de l'Antarctique qui l'avaient reçu des poissons. De nombreux pesticides sont très stables et peuvent s'accumuler dans les tissus des organismes pendant une longue période, se multipliant plusieurs fois à chaque niveau nutritionnel ultérieur.

En raison d'une activité économique humaine déraisonnable, les réservoirs naturels ont été empoisonnés par des sels de métaux lourds - mercure, plomb, ainsi que cuivre et zinc. Ces composés s'accumulent dans les boues, dans les tissus des poissons et pénètrent dans le corps humain par les chaînes alimentaires, provoquant de graves intoxications. La teneur en plomb dans les tissus des organismes des résidents des zones industrielles des États-Unis a augmenté de 50 à 1 000 fois au cours des 100 dernières années. Même dans les glaciers du Pamir-Altaï, la teneur en mercure a quintuplé. Des quantités infimes de nombreux produits chimiques perturbent le comportement des poissons, des homards et d’autres espèces aquatiques. L'enregistrement des concentrations minimales de cuivre, de mercure, de cadmium et de phénols est basé sur ces caractéristiques. L'un des pesticides les plus courants - le toxaphène - à une teneur de 1:108 (1 partie pour 100 millions) provoque la mort de certains poissons (par exemple la gambusie), des modifications irréversibles du foie et des branchies du poisson-chat et de la truite.

Les fuites de pétrole pendant la production et le transport entraînent la formation d'un film de pétrole à la surface des rivières et des mers (plus de 40 % de tout le pétrole est produit sur le plateau). Selon les observations satellitaires, environ 10 à 15 % de la surface des océans de la planète est polluée. L’huile de la surface s’évapore progressivement et est décomposée par les bactéries, mais cela se produit lentement. De nombreux oiseaux aquatiques meurent, le plancton est détruit, et ensuite ses principaux consommateurs - les habitants des profondeurs marines. " Désert benthique" dans la mer Baltique, couvre plus de 20 % de la surface du fond. Le pétrole empêche l’enrichissement des eaux en oxygène. En conséquence, l’équilibre gazeux de l’hydrosphère avec l’atmosphère est perturbé et l’équilibre écologique est modifié.

La pêche intensive et la récolte de coquillages ont appauvri de nombreux écosystèmes du plateau continental.

Destruction des sols. Le labourage intensif des steppes de notre pays et des États-Unis a provoqué des tempêtes de poussière qui ont emporté des millions d'hectares de terres fertiles. Il faut à la nature 100 à 300 ans pour recréer une couche centimétrique de sol ! Actuellement, environ un tiers des terres cultivées ont perdu 50 % de leur couche fertile en raison de divers types d'érosion. Chaque année, environ 3 millions d'hectares sont perdus à cause de l'érosion, 2 millions d'hectares à cause de la désertification et 2 millions d'hectares à cause de l'empoisonnement par des produits chimiques.

Les sols de nombreuses zones agricoles sont devenus salins. Dans la région de la mer d'Aral, cela s'est produit à la suite de tempêtes de sel et de poussière, dans d'autres régions, à cause d'une mauvaise organisation du débit d'eau d'irrigation. L’excès d’eau fait remonter à la surface les eaux souterraines riches en sel. Une évaporation intensive produit une salinisation des horizons supérieurs du sol et, après quelques années, il devient impossible de cultiver ces terres. La salinisation des sols a entraîné le déclin de l'agriculture en Mésopotamie il y a 4 000 ans. Les eaux d'irrigation y fournissaient initialement de bonnes récoltes, mais en raison de l'intense évaporation, elles provoquaient une dégradation chimique du sol.

Un problème majeur est également lié à la dégradation physique des terres cultivées : le fort compactage provoqué par les lourdes machines agricoles.

Perte de diversité naturelle des espèces. Une partie importante des animaux et des plantes vivent dans les biocénoses forestières. S’il y a 1 500 ans les forêts occupaient 7 milliards d’hectares de la planète, elles n’en occupent plus aujourd’hui que 4 milliards. L’abattage des forêts tropicales, où sont concentrées environ 80 % de toutes les espèces végétales de la planète, est particulièrement barbare. Les forêts tropicales se situent principalement dans les pays sous-développés, pour lesquels la vente du bois constitue l'une des principales sources de revenus. Les forêts tropicales ont diminué jusqu'à 7 % de la superficie des terres émergées, et si le rythme de destruction se poursuit, il n'en restera plus qu'un quart d'ici 2030.

En Russie centrale, les forêts de conifères ont été pratiquement détruites et les forêts les plus précieuses et les plus accessibles de Sibérie et d'Extrême-Orient sont intensément abattues. Avec la destruction des forêts, le climat est perturbé, les sols se dégradent, les rivières meurent, les animaux et les plantes disparaissent.

La forêt unique du bassin amazonien est abattue au rythme de 2 % par an. En Haïti, il y a 20 ans, les forêts occupaient 80 % du territoire, aujourd'hui - seulement 9 %. En raison de la déforestation prédatrice, des milliers d'espèces végétales disparaissent irrévocablement chaque année ; environ 20 000 espèces de plantes à fleurs, 300 espèces de mammifères et 350 espèces d'oiseaux sont au bord de l'extinction. Avec la disparition de chaque espèce végétale, de 5 à 35 espèces d'animaux (principalement des invertébrés) qui lui sont écologiquement associées disparaissent.

Chaque année en Europe, environ 300 millions d'oiseaux migrateurs et hivernants, 55 millions d'individus de gibier des marais, des champs et des forêts sont détruits, aux États-Unis - 2,5 millions de tourterelles tristes, en Grèce - 3 millions d'étourneaux, sur l'île. Majorque - 3,5 millions de merles.

Avec le développement de l'agriculture, les steppes d'Eurasie ont presque complètement disparu. Les écosystèmes de la toundra sont détruits de manière barbare. Les récifs coralliens sont menacés dans de nombreuses zones océaniques.

La diversité des espèces n'est pas seulement une beauté, mais aussi un facteur nécessaire à la stabilité de la biosphère. Les écosystèmes sont capables de résister aux influences biotiques, climatiques et toxiques externes s’ils sont habités par un nombre suffisamment important d’espèces diverses. Dans une étude, des scientifiques ont introduit la substance toxique phénol dans les écosystèmes. Seules les bactéries neutralisent le phénol, mais il s’est avéré que la neutralisation est plus efficace dans un écosystème comportant une plus grande diversité d’organismes. L’extinction des espèces constitue une perte irréparable pour la biosphère et un réel danger pour la survie de l’humanité.

Une végétation variée élargit les possibilités de maintien de la santé. Un grand nombre de médicaments sont aujourd’hui fabriqués à partir de plantes sauvages. Nous ne connaissons pas encore toutes les qualités bénéfiques des plantes ; nous ne pouvons pas prédire de laquelle d'entre elles nous aurons besoin. En 1960, seulement 20 % des enfants atteints de leucémie survivaient, aujourd'hui - 80 %, car Dans l'une des plantes forestières tropicales de Madagascar, les scientifiques ont réussi à trouver des substances actives pour lutter contre cette maladie. En perdant la diversité des espèces, nous perdons notre avenir.

Il existe actuellement un programme international pour la conservation des espèces rares et menacées de flore et de faune.

Contamination radioactive de l'atmosphère. Les particules radioactives présentes dans les courants atmosphériques se propagent rapidement sur de longues distances, contaminant les sols et les plans d'eau, les plantes et les animaux. Quatre mois après chaque explosion nucléaire sur les atolls du Pacifique, du strontium radioactif était détecté dans le lait des femmes européennes.

Les isotopes radioactifs sont particulièrement dangereux car ils peuvent remplacer d’autres éléments dans les organismes. Le strontium-90 a des propriétés similaires à celles du calcium et s'accumule dans les os, tandis que le césium-137 est similaire au potassium et est concentré dans les muscles. De nombreux éléments radioactifs s'accumulent en particulier dans le corps des consommateurs qui ont consommé des plantes et des animaux contaminés. Ainsi, une quantité extrêmement importante de césium 137 a été trouvée dans les corps des Esquimaux d'Alaska qui mangeaient de la viande de renne. Les cerfs se nourrissent de lichens, qui accumulent des quantités importantes d'isotopes radioactifs au cours de leur longue vie. Leur teneur dans les lichens est des milliers de fois supérieure à celle du sol. Dans les tissus des cerfs, cette quantité est multipliée par trois et dans le corps des Esquimaux, il y a deux fois plus de césium radioactif que chez les cerfs. Le taux de mortalité de la population de certaines régions arctiques due à des tumeurs malignes est nettement supérieur à la moyenne.

Les rayonnements persistent particulièrement longtemps après des accidents dans les centrales nucléaires. Lors de la catastrophe de Tchernobyl, les particules radioactives ont atteint une hauteur de 6 km. Dès le premier jour, ils se sont répandus sur l'Ukraine et la Biélorussie avec des flux atmosphériques. Ensuite, le nuage s'est divisé, une partie est apparue au-dessus de la Pologne et de la Suède du deuxième au quatrième jour, a traversé l'Europe à la fin de la semaine et a atteint la Turquie, le Liban et la Syrie le 10e jour. Une autre partie du nuage a traversé la Sibérie en une semaine, le 12ème jour il s'est retrouvé au-dessus du Japon et le 18ème jour après l'accident, le nuage radioactif a visité l'Amérique du Nord.

L'étude des processus de la biosphère aide à comprendre l'importance de chaque partie du monde créé et à comprendre l'état d'esprit douloureux de l'homme moderne. En Occident, et maintenant en Russie, prévaut le désir d’un mode de vie américain confortable, considéré comme le bien suprême. Qu’est-ce que l’Amérique vue par un écologiste ? Cela représente 5,5% de la population de la planète, 40% de la consommation de ressources naturelles et 70% des émissions nocives ! C’est le prix d’une vie luxueuse aux dépens des autres peuples et de l’avenir de la planète.

Le moment est venu de considérer avec sobriété les aspirations à une richesse matérielle toujours plus grande et de comprendre que la stratégie de la société industrielle et de consommation nous conduit au désastre. Si, dans les décennies à venir, nous ne suivons pas les bonnes orientations spirituelles, nos descendants seront alors confrontés au problème de la survie. Nous devons nous rappeler de prendre soin les uns des autres et de notre planète natale, la richesse inestimable que le Créateur nous a confiée.

1. Décrivez les quatre principaux effets de la pollution atmosphérique. Comment se répartissent les polluants ?
2. Pourquoi l’agriculture irriguée est-elle dangereuse ?
3. Quelles sont les conséquences négatives d’un excès d’engrais ?
4. Pourquoi les scientifiques considèrent-ils la réduction de la diversité des espèces dans les écosystèmes comme dangereuse pour l'homme ?
5. La pollution de l'environnement est-elle une conséquence du manque de spiritualité de notre civilisation ? Par où devons-nous commencer pour améliorer la santé de la planète ?

Depuis la formation de la Terre, des processus de transition de composés chimiques et d'éléments d'un état à un autre se déroulent sur la planète. C'est le cycle des substances dans la nature. Comment cela se produit et pourquoi cela est nécessaire sera discuté dans cet article.

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Ils sont si différents

Le cycle des substances est, en fait, essentiellement un cycle qui se répète sans fin. De plus, en raison de l’interaction des éléments chimiques et de la variété des composés chimiques, ils ne se répètent jamais exactement. Considérons différents types de cycles, ainsi que la manière dont le cycle fermé des substances affecte le développement et l'existence de notre planète.

Cycle biogéochimique des substances

Quel est le rôle de l’énergie dans le cycle ? La principale source d’énergie pour la circulation des substances est dans la plupart des cas le Soleil. Cette énergie est aspirée depuis l’espace.

Cycle de la matière et de l'énergie

L'énergie produite par les organismes est convertie en chaleur et perdue dans l'écosystème. En revanche, le mouvement des substances s’effectue par le biais de processus d’autorégulation avec la participation de toutes les composantes des différents écosystèmes. Parmi les plus de 95 éléments présents dans la nature, seuls 40 sont nécessaires à la vie des organismes vivants. Parmi eux, les plus importants et nécessaires en quantités énormes sont quatre éléments fondamentaux :

1. oxygène;
2. hydrogène;
3. carbone;
4. azote.

D'où viennent-ils dans la taille requise ? Par exemple, l’azote est extrait de l’atmosphère par des bactéries actives fixatrices d’azote, puis restitué par d’autres bactéries. L'oxygène, utilisé par divers organismes pour la respiration, pénètre dans l'atmosphère par la photosynthèse. Les plantes absorbent le dioxyde de carbone et l'impliquent dans le cycle des substances. Le carbone et l'hydrogène participent également à des processus importants.

Dans la nature, rien n'arrive pour rien. Regardons les volcans. Lors de leur éruption, divers gaz, dont l'azote, pénètrent dans l'atmosphère. C'est le cycle des substances gazeuses.

Dans l'activité d'évolution dans la biosphère, le nombre de composants biologiques augmente à chaque cycle. Récemment, les humains ont joué un rôle important dans ces processus. Par ses activités, elle améliore la circulation des substances et le flux d'énergie dans l'écosystème qui s'est développé au fil des milliers d'années. Cela a un effet destructeur sur la biosphère qui s'est développée à l'heure actuelle.

Auparavant, lorsque la vie commençait à peine sur Terre, il y avait plus de carbone dans l'atmosphère, mais il n'y avait presque pas d'oxygène. Les premiers organismes vivants étaient donc anaérobies. Sur une longue période, l’oxygène s’accumule et le pourcentage de carbone diminue. Aujourd’hui, la quantité de dioxyde de carbone augmente. Ceci est facilité par l'utilisation de combustibles fossiles et la réduction des « poumons de la planète » - les jungles et les forêts. Le cycle anthropique des substances perd son isolement.

En étudiant dans quelles zones de la Terre les cycles de matière et d'énergie sont les plus actifs, les scientifiques sont arrivés à la conclusion que les écosystèmes tropicaux sont plus conservateurs à cet égard. Lorsque nous étudions l'influence humaine sur ces processus, nous ne devons pas parler du fait que les gens, à travers leurs activités, changent quelque chose qui ne devrait pas changer, mais du fait que cette activité affecte le taux de changement.

Dans la description du cycle des substances, on distingue parfois une partie ascendante et une partie descendante. Au cours du cycle des substances, l'énergie contenue dans les substances organiques, passant d'un état à un autre, se perd progressivement. C'est la partie descendante. Lorsque les substances ne peuvent plus servir de source d’énergie, elles deviennent la matière de nouvelles cellules. C'est la partie ascendante du circuit.

Grand et petit

Il existe deux circuits principaux. Le grand cycle géologique des substances a commencé dès la formation de la planète. Le cycle peut durer des milliers d'années. Sous l'influence de facteurs externes, les roches sont détruites, leurs plus petites particules restent sur terre, certaines d'entre elles avec de l'eau pénètrent dans l'océan mondial, où, à leur tour, de nouvelles strates se forment. Grâce aux processus géotectoniques, aux mouvements et aux changements de la topographie du fond, ces couches se retrouvent à nouveau sur terre et tout recommence. Le cycle géologique des substances est déterminé par l'interaction de deux énergies : la Terre et le Soleil. Cela n’est possible que si tous les composants sont présents.

Un petit cycle de substances dans la nature fait toujours partie d’un grand cycle. C'est ce qu'on appelle le cycle biogéochimique des substances et ne se manifeste que dans les limites de la biosphère, étant présent dans tous les écosystèmes. Au cours de celle-ci, les nutriments, le carbone et l'eau s'accumulent dans les plantes, puis sont dépensés non seulement pour la croissance des plantes elles-mêmes, mais également pour l'activité vitale d'autres organismes. En règle générale, ce sont des animaux qui mangent des plantes – des consommateurs. Les produits de l'activité vitale et de la décomposition de ces animaux sous l'influence de micro-organismes sont à nouveau décomposés en composants minéraux et, avec l'aide de plantes, sont à nouveau remis en circulation. De tels cycles impliquent tous les éléments chimiques principalement nécessaires à la construction des cellules vivantes.

Le plus mobile

L'eau ne s'arrête jamais. S'évaporant de diverses surfaces, il s'accumule dans l'atmosphère pour retomber au sol sous forme de précipitations. En même temps, il change constamment de forme. Par conséquent, la quantité d’eau ne change pas – elle est constamment renouvelée. C'est le cycle de l'eau dans la nature. Il relie le cycle géologique et biotique des substances.

Dans la biosphère, l'eau, changeant d'état, passe par de petites et grandes circulations. L’évaporation de la surface de l’océan, la condensation dans l’atmosphère et les précipitations renvoyées dans l’océan constituent un léger changement. Lorsqu’une partie de la vapeur d’eau est transférée de l’océan vers la terre par les courants atmosphériques, cette eau participe à une large circulation. Une partie s’évapore et reste dans l’atmosphère, le reste, ainsi que les ruisseaux, les rivières et les eaux souterraines, finissent dans l’océan. Cela termine le grand cycle et tout recommence.

Le plus actif

À l'intérieur des limites de la biosphère, il y a un échange instantané continu d'oxygène de l'air avec les organismes vivants, qui constitue la principale source de vie. Il est très complexe et entre dans diverses combinaisons de substances minérales et organiques. À l'heure actuelle, dans le développement de la biosphère, une période est arrivée où la quantité d'oxygène libérée est presque égale à la quantité absorbée. Le carbone est inclus dans le cycle des substances grâce, entre autres, à la photosynthèse. La synthèse et ses composants constituent la base du renouvellement de l'air dans la biosphère.

Azote essentiel

Lors de la décomposition de la matière organique, une partie de l'azote qu'elle contient est transformée en ammoniac, qui est retransformé par les plantes vivant dans le sol en acide nitrique. Il entre en micro-réaction avec les organismes contenus dans le sol et se transforme en nitrates. C'est une forme accessible aux plantes. Cela crée un petit cycle de l'azote.

Cependant, une certaine quantité d’azote est libérée dans l’atmosphère lors de la décomposition et forme de l’azote libre. De plus, cette forme apparaît en raison de la combustion de substances organiques, de la combustion du charbon et du bois de chauffage.

Ne laissez pas l’équilibre naturel d’azotobacter être perturbé. Certains d’entre eux vivent sur les racines des légumineuses et forment de petits tubercules. En libérant l’azote atmosphérique de l’air, ils le transforment en composés azotés, qui sont transférés aux plantes. Plus tard, les plantes les transforment en protéines, graisses, glucides et autres substances. C'est ainsi que se déroule le cycle de l'azote.

En utilisant les plantes sans les laisser passer par le stade de pourriture, les humains créent une carence en azote. Pour éviter cela, les gens ont appris à ajouter des engrais azotés au sol, compensant ainsi la nature pour la perte d’équilibre.

Soufre essentiel

Son importance dans le cycle est inestimable. Le soufre sert de source d'énergie aux bactéries soufrées, sans laquelle la purification de l'eau est impossible. Dans la nature, ces bactéries sont répandues. C'est un élément important dans la construction de nombreux types de protéines. Le cycle des substances présentes dans la croûte terrestre ne peut pas non plus se passer de soufre. La contribution du soufre au grand cycle des substances réside dans les micro-organismes qui s'en nourrissent et convertissent les acides aminés. Les principaux fournisseurs anthropiques de soufre dans le grand cycle des substances sont les plantes et les organismes animaux en décomposition. Ils libèrent du soufre gazeux. Ceci termine le cycle du soufre.

Biosphère

Tous les représentants de la nature vivante, y compris les humains, forment de la biomasse. Il est en constante évolution et participe aux processus se produisant dans l'environnement.

Les plantes sont appelées producteurs, les animaux sont appelés consommateurs. Les protozoaires et autres micro-organismes qui décomposent la matière organique en matière inorganique sont appelés décomposeurs. On les appelle aussi destructeurs.

Le processus de décomposition est la destruction de la matière organique.

Regardons quel rôle jouent les représentants de différents groupes dans le cycle des substances et quel est le rôle des producteurs :

• les bactéries et les plantes bleu-vert convertissent la lumière du soleil en énergie chimique. De cette façon, la matière organique naît d’éléments inorganiques ;
• omnivores qui peuvent manger des plantes. Cela inclut les humains. Ils consomment des plantes (matière organique), les traitent en interne et produisent de la matière inorganique en sortie ;
• les carnivores mangent les herbivores, la matière organique y pénètre aussi, mais pas par les plantes, mais sous une forme différente ;
• prédateurs au sommet capables de se nourrir de carnivores. Il s'agit du dernier mouvement de la matière organique au sein des organismes vivants ;
• protozoaires, champignons et micro-organismes qui décomposent les restes d'êtres vivants. Au cours de ce processus, ils convertissent la matière organique en forme inorganique : sels, eau, minéraux et dioxyde de carbone ;
• tous ces éléments sont réutilisés par les plantes.

Dans le cycle des substances, les micro-organismes jouent le rôle le plus important ; les destructeurs sont considérés comme le maillon initial du phénomène.

Comme le montre ce schéma, les consommateurs en train de recycler des substances dans la biosphère utilisent des connexions alimentaires, un élément important de la chaîne. Cependant, tout commence avec les plantes et finit avec elles.

En plus du cycle fermé, il existe également un cycle ouvert des substances.

Écosystèmes

En bref, les écosystèmes sont des complexes naturels formés par un habitat et un ensemble d'organismes (biocénoses) qui y vivent. Ils sont un composant qui assure la circulation des substances dans la biosphère. Ils sont étudiés par une science appelée écologie.

Des personnes de différentes professions travaillent dans ce domaine. Actuellement, le cycle mondial des substances est perturbé par les actions humaines en raison des activités destructrices de l'influence anthropique.

Les écosystèmes subissent de nombreux cycles biochimiques au cours de leur développement. De plus, si le cycle n’est pas bouclé, un écosystème peut se transformer en un autre au fil du temps. Cette situation est influencée par la circulation des substances dans la biocénose.

Considérons comment le cycle des substances et la transformation de l'énergie reposent sur des écosystèmes de différents types.

Prairie

Végétation variée : herbe, fleurs, petites plantes sont productrices. Les insectes volants et rampants se nourrissent d’herbe et de pollen. Les oiseaux se nourrissent de ces insectes. Après leur mort, les décomposeurs s’occupent des restes, et les produits de l’activité de ces derniers deviennent des éléments constitutifs de nouveaux producteurs, les plantes. Il s'avère que les consommateurs de l'écosystème des prairies participent au cycle des substances et à la transformation de la matière organique en matière inorganique.

Lac

Chaque lac possède son propre écosystème. Les producteurs ici sont le plancton et les lentilles d'eau, qui, en plus de la fonction de transformation de la matière organique, remplissent l'eau d'oxygène. Il y a beaucoup de consommateurs ou de consommateurs. Ce sont des poissons herbivores, des crustacés, des têtards et des larves. Ils sont suivis par les poissons prédateurs et la sauvagine. Tôt ou tard, certains d'entre eux finissent au fond sous forme de restes, puis de petits invertébrés et bactéries, décomposeurs, s'en emparent. Comme il y a beaucoup plus de décomposeurs dans les lacs que de consommateurs, ils ne peuvent pas traiter tous les restes qui finissent au fond. Cela se traduit par un cycle ouvert de substances et de flux d’énergie dans l’écosystème. Si le circuit n’est pas complètement fermé, les conditions de l’écosystème changent progressivement. C'est pourquoi les petits lacs finissent par se transformer en marécages.

La circulation des substances dans un aquarium suit le même schéma.

Marais

Lorsque le lac commence à envahir, de la mousse apparaît près des rives - de la sphaigne. Avec son apparition, le cycle des substances dans le marais commence. Comme la sphaigne flotte à la surface, une couche d’eau très froide et sans oxygène se forme en dessous, dans laquelle les micro-organismes ne peuvent pas exister. Les branches de mousse meurent et coulent au fond, formant de la tourbe. L'épaisseur du coussin de tourbe atteint 5 mètres - c'est ici que vivent les habitants des marais. Étant donné que le cycle des substances dans le marais n'est pas non plus fermé, après de nombreuses années, le marais se transforme en forêt, ce qui explique la formation constante puis la prolifération des marécages. Mais en attendant, le marais maintient le niveau de la nappe phréatique et constitue un élément nécessaire à la circulation des substances dans la biosphère.

Cycle technogénique des substances

La différence entre le cycle technogénique et le cycle biotique est qu’il est toujours ouvert. Il s'agit plutôt d'un cycle de ressources. Cela n'a pas le meilleur effet sur le niveau de vie de divers organismes de la biosphère. Par exemple, le taux de diminution du volume d'eau dans un tel cycle est beaucoup plus élevé que dans le cycle biotique. On peut en dire autant des autres éléments consommés au cours du processus. Ces données dépendent du niveau de l'organisation.

Conclusion

Le soleil est une source d'énergie qui assure la circulation des substances. Elle alimente la planète en énergie renouvelable, elle-même en constante transformation. De nombreux cycles sont étudiés pour la première fois par les scientifiques. Même connaissant les principes des cycles de circulation, les experts arrivent à des conclusions et découvertes toujours nouvelles. On a l'impression que l'homme ne connaît même pas un dixième de ces secrets de la nature qui lui sont cachés. La qualité de vie des générations futures dépend de la rapidité avec laquelle nous parviendrons à résoudre ces mystères. Il n’y a qu’une seule conclusion principale : la circulation des substances et la transformation de l’énergie dans l’écosystème sont la clé de la vie sur la planète. La vie sur Terre est impossible sans cycle.

L'article montre quel rôle jouent les cycles de la matière et de l'énergie dans l'enveloppe géographique et dans la biosphère. Nous pensons donc qu’il est clair que les organisations de protection de la nature ont besoin de protection humaine.

Dans la biosphère, comme dans tout écosystème, il existe un cycle constant de carbone, d’azote, d’hydrogène, d’oxygène, de phosphore, de soufre et d’autres éléments chimiques.

Le dioxyde de carbone est absorbé par les plantes productrices et, grâce au processus de photosynthèse, est converti en glucides, protéines, lipides et autres composés organiques. Ces substances sont utilisées dans les aliments par les consommateurs d'animaux. Dans le même temps, un processus inverse se produit dans la nature. Tous les organismes vivants respirent, libérant du dioxyde de carbone qui pénètre dans l'atmosphère. Les restes végétaux et animaux morts ainsi que les excréments d'animaux sont décomposés (minéralisés) par des micro-organismes décomposeurs. Le produit final de la minéralisation - le dioxyde de carbone - est libéré du sol ou des réservoirs dans l'atmosphère. Une partie du carbone s'accumule dans le sol sous forme de composés organiques (Fig. 107).

Riz. 107. Cycle du carbone

Dans l'eau de mer, le carbone est contenu sous forme d'acide carbonique et de ses sels solubles, mais il s'accumule sous forme de carbonate de calcium CaCO 3 (craie, calcaire, coraux). Une partie du carbone sous forme de carbonates est définitivement exclue du cycle, formant des sédiments au fond des réservoirs. Cependant, au fil du temps, lors des processus de formation des montagnes, des masses sédimentaires remontent à la surface sous forme de roches. Suite aux transformations chimiques de ces roches, le carbone des carbonates est à nouveau impliqué dans le cycle. Le carbone pénètre également dans l'atmosphère avec les gaz d'échappement des voitures, avec les émissions de fumée des usines et des usines.

Au cours du cycle du carbone dans la biosphère, des ressources énergétiques se forment - pétrole, charbon, gaz combustibles, tourbe et bois, qui sont largement utilisés par l'homme. Toutes ces substances sont produites par les plantes photosynthétiques à des moments différents. Les forêts sont vieilles de dizaines et de centaines d’années ; tourbières - des milliers d'années ; charbon, pétrole, gaz - des centaines de millions d'années. Il convient de garder à l'esprit que le bois et la tourbe sont des ressources renouvelables, c'est-à-dire qu'ils se reproduisent dans des périodes de temps relativement courtes, et que le pétrole, le gaz combustible et le charbon sont des ressources irremplaçables. Le caractère limité et irremplaçable des combustibles organiques pose la difficile tâche de maîtriser de nouvelles sources d'énergie : l'énergie thermique de l'intérieur de la Terre, l'énergie du vent et des marées océaniques et, bien sûr, l'énergie du Soleil.

L'azote est un élément essentiel. Il fait partie des protéines et des acides nucléiques. Le cycle de l'azote est étroitement lié au cycle du carbone. Une partie de l'azote provient de l'atmosphère en raison de la formation d'oxyde nitrique (IV) à partir de l'azote et de l'oxygène sous l'influence des décharges électriques lors des orages. Cependant, la majeure partie de l’azote pénètre dans l’eau et le sol en raison de la fixation de l’azote de l’air par des bactéries libres et des bactéries symbiotes végétales.

Les fixateurs d'azote, les cyanobactéries, vivent dans le sol et l'eau. Ils enrichissent le sol en azote lorsque leurs cellules mortes se minéralisent. Grâce à cela, environ 25 kg d'azote par hectare pénètrent dans le sol chaque année. Les fixateurs d'azote les plus efficaces sont les bactéries nodulaires qui vivent dans les racines des légumineuses (Fig. 108). L'azote provenant de diverses sources atteint les racines des plantes, est absorbé par celles-ci et transporté vers les tiges et les feuilles, où les protéines sont construites grâce au processus de biosynthèse.

Riz. 108. Cycle de l'azote

Les protéines végétales servent de base à la nutrition azotée des animaux. Après la mort des organismes, les protéines sont décomposées par les bactéries et les champignons, libérant de l'ammoniac. L'ammoniac est en partie consommé par les plantes et en partie utilisé par les bactéries décomposeuses. À la suite des processus vitaux de certaines bactéries, l’ammoniac est transformé en nitrates. Les nitrates, comme les ions ammonium, sont consommés par les plantes et les micro-organismes. Certains nitrates sont réduits en azote élémentaire par l'action d'un groupe spécial de bactéries, qui sont libérées dans l'atmosphère. Cela ferme le cycle de l’azote dans la nature.

1. Quels sont les rôles des producteurs, des consommateurs et des décomposeurs dans le cycle du carbone ?
2. Pourquoi l’humanité est-elle confrontée au problème de la maîtrise des nouvelles sources d’énergie ?
3. Comment les organismes sont-ils liés à l’environnement dans le cycle de l’azote ?
4. Que se passe-t-il si les décomposeurs des cycles du carbone et de l’azote cessent de fonctionner ?