પદાર્થોનું જૈવિક ચક્ર છે. જૈવિક અને ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય ચક્ર

બાયોસ્ફિયરમાં પદાર્થોનું ચક્ર એ એક ચક્રીય, સંયુક્ત, એકબીજા સાથે જોડાયેલા રૂપાંતરણ અને પદાર્થોની હિલચાલની વારંવાર પુનરાવર્તિત પ્રક્રિયા છે. પદાર્થોના ચક્રની હાજરી છેઆવશ્યક સ્થિતિ

બાયોસ્ફિયરનું અસ્તિત્વ. કેટલાક સજીવો દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાયા પછી, પદાર્થોને અન્ય સજીવો માટે સુલભ સ્વરૂપમાં રૂપાંતરિત કરવું આવશ્યક છે. એક કડીથી બીજી કડીમાં પદાર્થોના આવા સંક્રમણ માટે ઊર્જા ખર્ચની જરૂર પડે છે, તેથી તે સૌર ઊર્જાની ભાગીદારીથી જ શક્ય છે. સૌર ઊર્જાના ઉપયોગથી, ગ્રહ પર પદાર્થોના બે એકબીજા સાથે જોડાયેલા ચક્ર થાય છે: મોટા - ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય અને નાના - જૈવિક (બાયોટિક).પદાર્થોનું ભૌગોલિક ચક્ર

- પદાર્થોના સ્થળાંતરની પ્રક્રિયા, અજૈવિક પરિબળોના પ્રભાવ હેઠળ હાથ ધરવામાં આવે છે: હવામાન, ધોવાણ, પાણીની હિલચાલ, વગેરે. જીવંત જીવો તેમાં ભાગ લેતા નથી. ગ્રહ પર જીવંત પદાર્થના ઉદભવ સાથે,જૈવિક (બાયોટિક) ચક્ર . બધા જીવંત જીવો તેમાં ભાગ લે છે, પર્યાવરણમાંથી કેટલાક પદાર્થોને શોષી લે છે અને અન્યને મુક્ત કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જીવનની પ્રક્રિયામાં, છોડ પર્યાવરણમાંથી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, પાણી અને ખનિજોનો ઉપયોગ કરે છે અને ઓક્સિજન છોડે છે. પ્રાણીઓ શ્વસન માટે છોડ દ્વારા છોડવામાં આવતા ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કરે છે. તેઓ છોડ ખાય છે અને, પાચનના પરિણામે, પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન રચાયેલા કાર્બનિક પદાર્થોને આત્મસાત કરે છે. તેઓ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને અપાચિત ખોરાકનો ભંગાર છોડે છે. છોડ અને પ્રાણીઓના મૃત્યુ પછી, તેઓ મૃત કાર્બનિક પદાર્થો (ડેટ્રિટસ) નો સમૂહ બનાવે છે. ડેટ્રિટસ માઇક્રોસ્કોપિક ફૂગ અને બેક્ટેરિયા દ્વારા વિઘટન (ખનિજીકરણ) માટે ઉપલબ્ધ છે. તેમની મહત્વપૂર્ણ પ્રવૃત્તિના પરિણામે, કાર્બન ડાયોક્સાઇડની વધારાની માત્રા બાયોસ્ફિયરમાં પ્રવેશ કરે છે. અને કાર્બનિક પદાર્થો તેમના મૂળમાં રૂપાંતરિત થાય છેઅકાર્બનિક ઘટકો

માં સમાયેલ ઊર્જા કાર્બનિક પદાર્થઆહ, તે ખોરાકની સાંકળોમાંથી પસાર થતાં ઘટે છે. તેમાંથી મોટાભાગની ગરમીના રૂપમાં પર્યાવરણમાં વિખેરી નાખવામાં આવે છે અથવા જીવતંત્રની મહત્વપૂર્ણ પ્રક્રિયાઓને જાળવવામાં ખર્ચવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પ્રાણીઓ અને છોડના શ્વસન પર, છોડમાં પદાર્થોના પરિવહન પર, તેમજ જીવંત જીવોની જૈવસંશ્લેષણની પ્રક્રિયાઓ પર. વધુમાં, વિઘટનકર્તાઓની પ્રવૃત્તિના પરિણામે બનેલા બાયોજેન્સમાં સજીવો માટે ઉપલબ્ધ ઊર્જા હોતી નથી. IN આ બાબતેઆપણે માત્ર બાયોસ્ફિયરમાં ઊર્જાના પ્રવાહ વિશે વાત કરી શકીએ છીએ, પરંતુ ચક્ર વિશે નહીં. તેથી, બાયોસ્ફિયરના ટકાઉ અસ્તિત્વ માટેની સ્થિતિ એ પદાર્થોનું સતત પરિભ્રમણ અને બાયોજીઓસેનોસિસમાં ઊર્જા પ્રવાહ છે.

ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય અને જૈવિક ચક્ર મળીને પદાર્થોનું સામાન્ય જૈવ-રાસાયણિક ચક્ર બનાવે છે, જે નાઇટ્રોજન, પાણી, કાર્બન અને ઓક્સિજનના ચક્ર પર આધારિત છે.

નાઇટ્રોજન ચક્ર

નાઇટ્રોજન એ બાયોસ્ફિયરમાં સૌથી સામાન્ય તત્વોમાંનું એક છે. બાયોસ્ફિયર નાઇટ્રોજનનો મોટો ભાગ વાતાવરણમાં વાયુ સ્વરૂપમાં જોવા મળે છે. જેમ તમે રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમમાંથી જાણો છો, મોલેક્યુલર નાઇટ્રોજન (N 2) માં અણુઓ વચ્ચેના રાસાયણિક બંધન ખૂબ જ મજબૂત હોય છે. તેથી, મોટાભાગના જીવંત જીવો તેનો સીધો ઉપયોગ કરી શકતા નથી. તેથી, નાઇટ્રોજન ચક્રમાં એક મહત્વપૂર્ણ તબક્કો એ તેનું ફિક્સેશન અને સજીવો માટે સુલભ સ્વરૂપમાં રૂપાંતર છે. નાઇટ્રોજન ફિક્સેશનની ત્રણ રીતો છે.

વાતાવરણીય ફિક્સેશન. વાતાવરણીય પ્રભાવ હેઠળ વિદ્યુત વિસર્જન(વીજળી) નાઇટ્રોજન ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને નાઇટ્રોજન ઓક્સાઇડ (NO) અને ડાયોક્સાઇડ (NO 2) બનાવી શકે છે. નાઈટ્રિક ઓક્સાઇડ (NO) ઓક્સિજન દ્વારા ખૂબ જ ઝડપથી ઓક્સિડાઇઝ થાય છે અને નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડમાં રૂપાંતરિત થાય છે. નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ પાણીની વરાળમાં ઓગળી જાય છે અને વરસાદ સાથે નાઈટ્રસ (HNO 2) અને નાઈટ્રિક (HNO 3) એસિડના સ્વરૂપમાં જમીનમાં પ્રવેશ કરે છે. જમીનમાં, આ એસિડના વિયોજનના પરિણામે, નાઈટ્રાઈટ (NO 2 –) અને નાઈટ્રેટ આયનો (NO 3 –) બને છે. નાઈટ્રેટ અને નાઈટ્રેટ આયનો છોડ દ્વારા પહેલેથી જ શોષી શકાય છે અને જૈવિક ચક્રમાં સમાવિષ્ટ થઈ શકે છે. વાતાવરણીય નાઇટ્રોજન ફિક્સેશન દર વર્ષે લગભગ 10 મિલિયન ટન નાઇટ્રોજન માટે જવાબદાર છે, જે બાયોસ્ફિયરમાં વાર્ષિક નાઇટ્રોજન ફિક્સેશનના લગભગ 3% છે.

જૈવિક ફિક્સેશન. તે નાઇટ્રોજન-ફિક્સિંગ બેક્ટેરિયા દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે, જે નાઇટ્રોજનને છોડ માટે સુલભ સ્વરૂપોમાં રૂપાંતરિત કરે છે. સુક્ષ્મસજીવોનો આભાર, તમામ નાઇટ્રોજનનો અડધો ભાગ બંધાયેલો છે. સૌથી જાણીતા બેક્ટેરિયા તે છે જે ફળોના નોડ્યુલ્સમાં નાઇટ્રોજનને ઠીક કરે છે. તેઓ એમોનિયા (NH 3) ના રૂપમાં છોડને નાઈટ્રોજન સપ્લાય કરે છે. એમોનિયા એમોનિયમ આયન (NH 4 +) બનાવવા માટે પાણીમાં અત્યંત દ્રાવ્ય છે, જે છોડ દ્વારા શોષાય છે. તેથી, કઠોળ શ્રેષ્ઠ પુરોગામી છે ઉગાડવામાં આવેલ છોડપાક પરિભ્રમણમાં. પ્રાણીઓ અને છોડના મૃત્યુ પછી અને તેમના અવશેષોના વિઘટન પછી, જમીન કાર્બનિક અને ખનિજ નાઇટ્રોજન સંયોજનોથી સમૃદ્ધ બને છે. આગળ, પુટ્રેફેક્ટિવ (એમોનિફાઇંગ) બેક્ટેરિયા છોડ અને પ્રાણીઓના નાઇટ્રોજન ધરાવતા પદાર્થો (પ્રોટીન, યુરિયા, ન્યુક્લીક એસિડ)ને એમોનિયામાં તોડી નાખે છે. આ પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે એમોનિફિકેશન. મોટા ભાગના એમોનિયા બાદમાં બેક્ટેરિયાને નાઈટ્રાઈટ્સ અને નાઈટ્રેટ્સમાં નાઈટ્રીફાઈંગ કરીને ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે, જે છોડ દ્વારા ફરીથી ઉપયોગમાં લેવાય છે. નાઇટ્રોજન ડેનિટ્રિફિકેશન દ્વારા વાતાવરણમાં પાછું આવે છે, જે ડેનિટ્રિફાઇંગ બેક્ટેરિયાના જૂથ દ્વારા કરવામાં આવે છે. પરિણામે, નાઇટ્રોજન સંયોજનો પરમાણુ નાઇટ્રોજનમાં ઘટાડો થાય છે. નાઈટ્રેટ અને એમોનિયમ સ્વરૂપોમાં નાઈટ્રોજનનો ભાગ સપાટીના વહેણ સાથે સપાટીમાં પ્રવેશે છે. જળચર ઇકોસિસ્ટમ્સ. અહીં નાઇટ્રોજન જળચર સજીવો દ્વારા શોષાય છે અથવા નીચેના કાર્બનિક કાંપમાં પ્રવેશ કરે છે.

ઔદ્યોગિક ફિક્સેશન. ખનિજ નાઇટ્રોજન ખાતરોના ઉત્પાદન દરમિયાન નાઇટ્રોજનનો મોટો જથ્થો વાર્ષિક ધોરણે ઔદ્યોગિક ધોરણે નિશ્ચિત કરવામાં આવે છે. આવા ખાતરોમાંથી નાઈટ્રોજન એમોનિયમ અને નાઈટ્રેટ સ્વરૂપોમાં છોડ દ્વારા શોષાય છે. બેલારુસમાં ઉત્પાદિત નાઇટ્રોજન ખાતરોનું પ્રમાણ હાલમાં દર વર્ષે લગભગ 900 હજાર ટન છે. સૌથી મોટો ઉત્પાદક OJSC GrodnoAzot છે. આ એન્ટરપ્રાઈઝ યુરિયા, એમોનિયમ નાઈટ્રેટ, એમોનિયમ સલ્ફેટ અને અન્ય નાઈટ્રોજન ખાતરોનું ઉત્પાદન કરે છે.

લગભગ 1/10 કૃત્રિમ રીતે લાગુ નાઇટ્રોજન છોડ દ્વારા વપરાય છે. બાકીનો ભાગ સપાટીના વહેણ અને ભૂગર્ભજળ સાથે જળચર ઇકોસિસ્ટમમાં જાય છે. આ પાણીમાં મોટી માત્રામાં નાઇટ્રોજન સંયોજનોના સંચય તરફ દોરી જાય છે, જે ફાયટોપ્લાંકટોન દ્વારા શોષણ માટે ઉપલબ્ધ છે. પરિણામે, શેવાળનો ઝડપી પ્રસાર (યુટ્રોફિકેશન) અને પરિણામે, જળચર ઇકોસિસ્ટમમાં મૃત્યુ શક્ય છે.

પાણીનું ચક્ર

બાયોસ્ફિયરનું મુખ્ય ઘટક પાણી છે. તે ચક્ર દરમિયાન લગભગ તમામ તત્વોના વિસર્જન માટેનું એક માધ્યમ છે. બાયોસ્ફિયરનું મોટા ભાગનું પાણી પ્રવાહી પાણી અને શાશ્વત બરફના પાણી દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે (જૈવસ્ફિયરના તમામ જળ ભંડારોમાંથી 99% કરતા વધુ). પાણીનો એક નાનો ભાગ અંદર છે વાયુ અવસ્થાવાતાવરણીય જળ વરાળ છે. બાયોસ્ફિયર જળ ચક્ર એ હકીકત પર આધારિત છે કે પૃથ્વીની સપાટી પરથી તેના બાષ્પીભવનને વરસાદ દ્વારા વળતર આપવામાં આવે છે. જ્યારે પાણી વરસાદના સ્વરૂપમાં જમીનની સપાટી પર પહોંચે છે, ત્યારે તે ખડકોના વિનાશમાં ફાળો આપે છે. આ ખનિજો બનાવે છે જે તેમને જીવંત સજીવો માટે ઉપલબ્ધ બનાવે છે. તે ગ્રહની સપાટી પરથી પાણીનું બાષ્પીભવન છે જે તેના ભૌગોલિક ચક્રને નિર્ધારિત કરે છે. તે ઘટનાના અડધા જેટલી સૌર ઊર્જા વાપરે છે. સમુદ્ર અને મહાસાગરોની સપાટી પરથી પાણીનું બાષ્પીભવન વરસાદ સાથે તેના વળતર કરતાં વધુ ઝડપી દરે થાય છે. આ તફાવત સપાટી અને ઊંડા વહેણ દ્વારા સરભર કરવામાં આવે છે કારણ કે ખંડો પર બાષ્પીભવન પર વરસાદ પ્રવર્તે છે.

જમીન પર પાણીના બાષ્પીભવનની તીવ્રતામાં વધારો મોટે ભાગે છોડની મહત્વપૂર્ણ પ્રવૃત્તિને કારણે છે. છોડ જમીનમાંથી પાણી કાઢે છે અને તેને વાતાવરણમાં સક્રિયપણે ટ્રાન્સપર કરે છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન છોડના કોષોમાંનું અમુક પાણી તૂટી જાય છે. આ કિસ્સામાં, હાઇડ્રોજન ફોર્મમાં નિશ્ચિત છે કાર્બનિક સંયોજનો, અને ઓક્સિજન વાતાવરણમાં છોડવામાં આવે છે.

પ્રાણીઓ શરીરમાં ઓસ્મોટિક અને મીઠાનું સંતુલન જાળવવા માટે પાણીનો ઉપયોગ કરે છે અને તેને મેટાબોલિક ઉત્પાદનો સાથે બાહ્ય વાતાવરણમાં છોડે છે.

કાર્બન ચક્ર

રાસાયણિક તત્વ તરીકે કાર્બન વાતાવરણમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ તરીકે હાજર છે. આ પૃથ્વી પરના આ તત્વના ચક્રમાં જીવંત જીવોની ફરજિયાત ભાગીદારી નક્કી કરે છે. મુખ્ય માર્ગ કે જેના દ્વારા કાર્બન આવે છે અકાર્બનિક સંયોજનોકાર્બનિક પદાર્થોની રચનામાં પસાર થાય છે, જ્યાં તે ફરજિયાત રાસાયણિક તત્વ છે - આ પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા છે. જીવંત જીવોના શ્વસન દરમિયાન અને બેક્ટેરિયા દ્વારા મૃત કાર્બનિક પદાર્થોના વિઘટન દરમિયાન કાર્બનનો ભાગ વાતાવરણમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ તરીકે છોડવામાં આવે છે. છોડ દ્વારા શોષાયેલ કાર્બન પ્રાણીઓ દ્વારા ખવાય છે. આ ઉપરાંત, કોરલ પોલિપ્સ અને મોલસ્ક હાડપિંજરના બંધારણો અને શેલ બનાવવા માટે કાર્બન સંયોજનોનો ઉપયોગ કરે છે. તેઓ મૃત્યુ પામ્યા અને સ્થાયી થયા પછી, ચૂનાના પત્થરો તળિયે રચાય છે. આમ, કાર્બનને ચક્રમાંથી બાકાત કરી શકાય છે. લાંબા સમય સુધી ચક્રમાંથી કાર્બનને દૂર કરવું એ ખનિજોની રચના દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે: કોલસો, તેલ, પીટ.

આપણા ગ્રહના અસ્તિત્વ દરમિયાન, ચક્રમાંથી દૂર કરાયેલા કાર્બનને જ્વાળામુખી ફાટવા અને અન્ય કુદરતી પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન વાતાવરણમાં પ્રવેશતા કાર્બન ડાયોક્સાઇડ દ્વારા વળતર આપવામાં આવ્યું હતું. હાલમાં, વાતાવરણમાં કાર્બન ફરી ભરવાની કુદરતી પ્રક્રિયાઓમાં કાર્બનની નોંધપાત્ર માત્રા ઉમેરવામાં આવી છે. એન્થ્રોપોજેનિક અસર. ઉદાહરણ તરીકે, હાઇડ્રોકાર્બન ઇંધણ બાળતી વખતે. આ પૃથ્વી પરના કાર્બન ચક્રને વિક્ષેપિત કરે છે, જે સદીઓથી નિયંત્રિત છે.

માત્ર 0.01% ની સદીમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સાંદ્રતામાં વધારો નોંધનીય અભિવ્યક્તિ તરફ દોરી ગયો ગ્રીનહાઉસ અસર. ગ્રહ પર સરેરાશ વાર્ષિક તાપમાન 0.5 ° સે વધ્યું છે, અને વિશ્વ મહાસાગરનું સ્તર લગભગ 15 સેમી વધ્યું છે, વૈજ્ઞાનિકો અનુસાર, જો સરેરાશ વાર્ષિક તાપમાન વધુ 3-4 ° સે વધે છે, તો શાશ્વત બરફ શરૂ થશે. ઓગળવું તે જ સમયે, વિશ્વ મહાસાગરનું સ્તર 50-60 સેમી વધશે, જે જમીનના નોંધપાત્ર ભાગને પૂર તરફ દોરી જશે. આ વૈશ્વિક માનવામાં આવે છે ઇકોલોજીકલ આપત્તિ, કારણ કે પૃથ્વીની લગભગ 40% વસ્તી આ પ્રદેશોમાં રહે છે.

ઓક્સિજન ચક્ર

બાયોસ્ફિયરની કામગીરીમાં ઓક્સિજન એક વિશિષ્ટ ભૂમિકા ભજવે છે મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકામેટાબોલિક પ્રક્રિયાઓ અને જીવંત જીવોના શ્વસનમાં. શ્વસન, બળતણના દહન અને સડોની પ્રક્રિયાઓના પરિણામે વાતાવરણમાં ઓક્સિજનની માત્રામાં ઘટાડો પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન છોડ દ્વારા છોડવામાં આવતા ઓક્સિજન દ્વારા વળતર આપવામાં આવે છે.

પૃથ્વીના પ્રાથમિક વાતાવરણમાં ઓક્સિજન ઠંડકની સાથે રચાયો હતો. તેની ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયાશીલતાને લીધે, તે વાયુયુક્ત અવસ્થામાંથી વિવિધ અકાર્બનિક સંયોજનો (કાર્બોનેટ, સલ્ફેટ, આયર્ન ઓક્સાઇડ, વગેરે) ની રચનામાં પસાર થાય છે. ગ્રહનું આજનું ઓક્સિજન ધરાવતું વાતાવરણ જીવંત સજીવો દ્વારા કરવામાં આવતા પ્રકાશસંશ્લેષણને કારણે જ રચાયું હતું. વાતાવરણમાં ઓક્સિજનનું પ્રમાણ લાંબા સમયથી વર્તમાન સ્તરે વધી રહ્યું છે. તેના જથ્થાને સતત સ્તરે જાળવવાનું હાલમાં માત્ર પ્રકાશસંશ્લેષણ સજીવોને કારણે જ શક્ય છે.

કમનસીબે, માં છેલ્લા દાયકાઓવનનાબૂદી અને જમીન ધોવાણ તરફ દોરી જતી માનવ પ્રવૃત્તિઓ પ્રકાશસંશ્લેષણની તીવ્રતા ઘટાડે છે. અને આ, બદલામાં, પૃથ્વીના મોટા વિસ્તારોમાં ઓક્સિજન ચક્રના કુદરતી માર્ગને વિક્ષેપિત કરે છે.

નથી મોટાભાગનાવાતાવરણીય ઓક્સિજન ઓઝોન સ્ક્રીનના સંપર્કમાં આવે ત્યારે તેની રચના અને વિનાશની પ્રક્રિયામાં ભાગ લે છે. અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોત્સર્ગસૂર્ય.

પદાર્થોના બાયોજેનિક ચક્રનો આધાર સૌર ઊર્જા છે. બાયોસ્ફિયરના ટકાઉ અસ્તિત્વ માટેની મુખ્ય સ્થિતિ એ પદાર્થોનું સતત પરિભ્રમણ અને બાયોજીઓસેનોસિસમાં ઊર્જા પ્રવાહ છે. નાઇટ્રોજન, કાર્બન અને ઓક્સિજન ચક્રમાં જીવંત જીવો મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. બાયોસ્ફિયરમાં વૈશ્વિક જળ ચક્રનો આધાર ભૌતિક પ્રક્રિયાઓ દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવે છે.

વિષય 3.4. તત્વોનું જૈવિક ચક્ર

3.4.1. પદાર્થોના જૈવિક ચક્રનો સામાન્ય ખ્યાલ

સાથે જીવંત જીવોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના અભ્યાસની શરૂઆતથી પર્યાવરણતે સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે બાયોજેનિક માસ ટ્રાન્સફરની પ્રક્રિયાઓ છે ચક્રીય પ્રકૃતિ(ફિગ 2.3.2 જુઓ).

અવકાશમાં વિવિધ લંબાઈના માસ ટ્રાન્સફર ચક્ર અને સમયના સ્વરૂપમાં અસમાન અવધિ ગતિશીલ સિસ્ટમબાયોસ્ફિયર માં અને. વર્નાડસ્કી માનતા હતા કે બહુમતીનો ઇતિહાસ રાસાયણિક તત્વો, બાયોસ્ફિયરના 99% થી વધુ સમૂહની રચના, માત્ર ગોળાકાર સ્થળાંતર (ચક્ર)ને ધ્યાનમાં રાખીને સમજી શકાય છે. તે જ સમયે, તેમણે ભારપૂર્વક જણાવ્યું હતું કે "આ ચક્ર ફક્ત અણુઓના મુખ્ય ભાગમાં જ ઉલટાવી શકાય તેવું છે, જ્યારે કેટલાક તત્વો અનિવાર્યપણે અને સતત ચક્ર છોડી દે છે. આ આઉટપુટ કુદરતી છે, એટલે કે. પરિપત્ર પ્રક્રિયા સંપૂર્ણપણે ઉલટાવી શકાય તેવી નથી." સ્થળાંતર ચક્રની અપૂર્ણ ઉલટાવી શકાય તેવું અને અસંતુલન સ્થળાંતર તત્વની ચોક્કસ સાંદ્રતાને મંજૂરી આપે છે, જેમાં સજીવ અનુકૂલન કરી શકે છે, પરંતુ તે જ સમયે, આપેલ ચક્રમાંથી તત્વની વધુ માત્રાને દૂર કરવાની ખાતરી કરે છે.

એટલે કે, સિસ્ટમ તરીકે બાયોસ્ફિયરની અખંડિતતા તેના ઘટકો વચ્ચેના પદાર્થોના સતત વિનિમયને કારણે છે, જેમાં કાર્બનિક પદાર્થોના સંશ્લેષણ અને વિઘટન સાથે સંકળાયેલ પ્રક્રિયાઓ મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. તેઓ જીવંત સજીવો અને પર્યાવરણ વચ્ચેના ચયાપચય દરમિયાન અને સમગ્ર જીવતંત્રના મૃત્યુ પછી અથવા તેના વ્યક્તિગત અવયવોના મૃત્યુ પછી કાર્બનિક પદાર્થોના ખનિજકરણની પ્રક્રિયાઓમાં બંને અનુભવાય છે. આ ઉપરાંત, વિવિધ ઘટકો વચ્ચેના પદાર્થોના વિનિમયની પ્રક્રિયાઓ, જે પ્રકૃતિમાં બિન-જૈવિક છે, તે પણ બાયોસ્ફિયરમાં પદાર્થના ચક્રમાં ફાળો આપે છે. ભૌગોલિક પરબિડીયું.

3.4.2. પદાર્થોના બાયોજીયોકેમિકલ ચક્રના તત્વો.
જમીન અને સમુદ્રમાં તત્વોના જૈવિક ચક્રના પરિમાણો

પદાર્થોનું જૈવિક ચક્રપ્રવેશ પ્રક્રિયાઓનો સમૂહ રજૂ કરે છે રાસાયણિક સજીવોજીવંત જીવોમાં, નવા જટિલ સંયોજનોનું બાયોકેમિકલ સંશ્લેષણ અને જમીન, વાતાવરણ અને હાઇડ્રોસ્ફિયરમાં તત્વોનું વળતર (ફિગ.)

એબિયોજેનિક અને જૈવિક ચક્રો એકબીજા સાથે નજીકથી જોડાયેલા છે, જે ગ્રહોની ભૂ-રાસાયણિક ચક્ર અને પદાર્થના સ્થાનિક ચક્રની સિસ્ટમ બનાવે છે. આમ, અબજો વર્ષોથી જૈવિક ઇતિહાસઆપણા ગ્રહે એક મહાન જૈવ-રાસાયણિક ચક્ર અને કુદરતમાં રાસાયણિક તત્વોનો ભેદ વિકસાવ્યો છે, જે બાયોસ્ફિયરની સામાન્ય કામગીરી માટેનો આધાર છે. એટલે કે, વિકસિત બાયોસ્ફિયરની પરિસ્થિતિઓમાં, પદાર્થોનું ચક્ર જૈવિક, ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય અને ભૂ-રાસાયણિક પરિબળોની સંયુક્ત ક્રિયા દ્વારા નિર્દેશિત થાય છે. તેમની વચ્ચેનો સંબંધ અલગ હોઈ શકે છે, પરંતુ ક્રિયા સંયુક્ત હોવી જોઈએ! તે આ અર્થમાં છે કે પદાર્થોના બાયોજિયોકેમિકલ પરિભ્રમણ અને બાયોજિયોકેમિકલ ચક્રનો ઉપયોગ થાય છે.

જૈવિક ચક્ર એ સંપૂર્ણ વળતર આપતું બંધ ચક્ર નથી.

પદાર્થોના જૈવિક ચક્રમાં હાથ ધરવામાં આવતી પ્રક્રિયાઓનું જૈવિક, બાયોકેમિકલ અને જીઓકેમિકલ મહત્વ સૌપ્રથમ વી.વી. ડોકુચેવ. V.I ના કાર્યોમાં તે વધુ જાહેર થયું હતું. વર્નાડસ્કી, બી.બી. પોલિનોવા, ડી.એન. પ્રિયનિશ્નિકોવા, વી.એન. સુકાચેવા, એલ.ઇ. રોડિના, N.I. બાઝિલેવિચ, વી.એ. કોવડા અને અન્ય સંશોધકો.

આપણે રાસાયણિક તત્વોના કુદરતી જૈવિક ચક્રનો અભ્યાસ કરવાનું શરૂ કરીએ તે પહેલાં, સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા શબ્દોથી પરિચિત થવું જરૂરી છે.

બાયોમાસ - જેમાં સંચિત જીવંત પદાર્થોનો સમૂહ આ ક્ષણેસમય.

ફાયટોમાસ (અથવા પ્લાન્ટ બાયોમાસ0 - છોડના સમુદાયોના જીવંત અને મૃત સજીવોનો સમૂહ કે જેણે કોઈ ચોક્કસ વિસ્તારમાં અથવા સમગ્ર ગ્રહ પર આપેલ ક્ષણે તેમની શરીરરચનાત્મક રચના જાળવી રાખી છે.

ફાયટોમાસનું માળખું - છોડના ભૂગર્ભ અને જમીનની ઉપરના ભાગો, તેમજ છોડના વાર્ષિક અને બારમાસી, પ્રકાશસંશ્લેષણ અને બિન-પ્રકાશસંશ્લેષણ ભાગોનો ગુણોત્તર.

ચીંથરા - છોડના મૃત ભાગો કે જેણે છોડ સાથે યાંત્રિક જોડાણ જાળવી રાખ્યું છે.

સડો - સમયના એકમ દીઠ એકમ વિસ્તાર દીઠ જમીનની ઉપર અને ભૂગર્ભ ભાગોમાં મૃત્યુ પામેલા છોડના કાર્બનિક પદાર્થોનું પ્રમાણ.

કચરા - ખનિજીકરણની વિવિધ ડિગ્રીના છોડના અવશેષોના બારમાસી થાપણોનો સમૂહ.

વૃદ્ધિ - સમયના એકમ દીઠ એકમ વિસ્તાર દીઠ સંચિત સજીવ અથવા સજીવોના સમુદાયનો સમૂહ.

સાચું ગેઇન - એકમ વિસ્તાર દીઠ એકમ સમય દીઠ કચરાના જથ્થા સાથે વૃદ્ધિની માત્રાનો ગુણોત્તર.

પ્રાથમિક ઉત્પાદન - એકમ સમય દીઠ એકમ વિસ્તાર દીઠ ઓટોટ્રોફ્સ (લીલા છોડ) દ્વારા બનાવવામાં આવેલ જીવંત પદાર્થોનો સમૂહ.

ગૌણ ઉત્પાદનો - એકમ સમય દીઠ એકમ વિસ્તાર દીઠ હેટરોટ્રોફ દ્વારા બનાવેલ કાર્બનિક પદાર્થોનો સમૂહ.

જૈવિક ચક્રની ક્ષમતા અને ઝડપ વચ્ચે તફાવત કરવો પણ જરૂરી છે.

જૈવિક ચક્રની ક્ષમતા - પરિપક્વ બાયોસેનોસિસ (ફાઇટોસેનોસિસ) ના સમૂહમાં સમાયેલ રાસાયણિક તત્વોની સંખ્યા.

જૈવિક ચક્રની તીવ્રતા - એકમ સમય દીઠ એકમ વિસ્તાર દીઠ બાયોમાસની વૃદ્ધિમાં સમાયેલ રાસાયણિક તત્વોની માત્રા.

જૈવિક ટર્નઓવર દર - સમયનો સમયગાળો કે જે દરમિયાન એક તત્વ તેના શોષણથી સજીવ પદાર્થમાંથી તેના મુક્તિ સુધી પ્રવાસ કરે છે.

ક્ષેત્ર. રોડિના અને N.I. બેઝિલેવિચ (1965), જમીન પરના તત્વોના જૈવિક ચક્રના સંપૂર્ણ ચક્રમાં નીચેના ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે:

1. વાતાવરણમાંથી છોડ દ્વારા કાર્બનનું શોષણ અને જમીનમાંથી નાઈટ્રોજન, રાખના તત્વો અને પાણી, વનસ્પતિ સજીવોના શરીરમાં તેનું સ્થિરીકરણ, મૃત છોડ અથવા તેના ભાગો સાથે જમીનમાં પ્રવેશ, કચરાનું વિઘટન અને તેમાં રહેલા તત્વોનું મુક્તિ. તેમને
2. પ્રાણીઓ દ્વારા છોડના ભાગો ખાવા જે તેમને ખવડાવે છે, તેમને પ્રાણીઓના શરીરમાં નવા કાર્બનિક સંયોજનોમાં રૂપાંતરિત કરે છે અને તેમાંથી કેટલાકને પ્રાણી સજીવોમાં ઠીક કરે છે, પ્રાણીઓના મળમૂત્ર સાથે અથવા તેમના શબ સાથે જમીનમાં તેમનો અનુગામી પ્રવેશ, બંનેનું વિઘટન અને તેમાં રહેલા તત્વોનું પ્રકાશન.
3. છોડ અને વાતાવરણ (માટીની હવા સહિત) વચ્ચે ગેસનું વિનિમય.
4. જમીન ઉપરના છોડના અવયવો અને તેમની મૂળ પ્રણાલીઓ દ્વારા અમુક તત્વોનો આજીવન સ્ત્રાવ સીધો જ જમીનમાં થાય છે.

બાયોસ્ફિયરની જ રચના સામાન્ય દૃશ્યપ્રથમ ક્રમના બે સૌથી મોટા કુદરતી સંકુલનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે - ખંડીય અને સમુદ્રી. IN આધુનિક યુગએકંદરે જમીન એ એલુવિયલ સિસ્ટમ છે, સમુદ્ર એક સંચિત સિસ્ટમ છે. સમુદ્ર અને જમીન વચ્ચેના "ભૌગોલિક રાસાયણિક સંબંધ" નો ઇતિહાસ જમીનની રાસાયણિક રચનામાં પ્રતિબિંબિત થાય છે અને સમુદ્રના પાણી. જે તત્વો જીવનનો આધાર છે - Si, Al, Fe, Mn, C, P, N, Ca, K - જમીનમાં એકઠા થાય છે, અને H, O, Na, Cl, S, Mg - તેનો રાસાયણિક આધાર બનાવે છે. સમુદ્ર.

વિશ્વની જમીનના છોડ, પ્રાણીઓ અને માટીનું આવરણ એક જટિલ સિસ્ટમ બનાવે છે. સૌર ઊર્જા, વાતાવરણીય કાર્બન, ભેજ, ઓક્સિજન, હાઇડ્રોજન, નાઇટ્રોજન, ફોસ્ફરસ, સલ્ફર, કેલ્શિયમ અને અન્ય બાયોફિલિક તત્વોને બંધન અને પુનઃવિતરિત કરીને, આ સિસ્ટમ સતત નવા બાયોમાસ બનાવે છે અને મુક્ત ઓક્સિજન ઉત્પન્ન કરે છે.

સમુદ્રમાં બીજી સિસ્ટમ છે ( જળચર છોડઅને પ્રાણીઓ), ગ્રહ પર સૌર ઊર્જા, કાર્બન, નાઇટ્રોજન, ફોસ્ફરસ અને અન્ય બાયોફાઇલ્સને બંધનકર્તા ફાયટોબાયોમાસની રચના અને વાતાવરણમાં ઓક્સિજન છોડવાના સમાન કાર્યો કરે છે.

તમે પહેલાથી જ જાણો છો કે બાયોસ્ફિયરમાં કોસ્મિક ઊર્જા (મુખ્યત્વે સૂર્યની ઊર્જા)ના સંચય અને પુનઃવિતરણના ત્રણ સ્વરૂપો છે.

તેમાંથી પ્રથમનો સાર આ છે. તે જીવંત જીવો, અને ખોરાકની સાંકળો અને સંકળાયેલ પ્રાણીઓ અને બેક્ટેરિયા દ્વારા, ઘણા રાસાયણિક તત્વો અને તેમના સંયોજનોનો ઉપયોગ કરીને તેમના પેશીઓ બનાવે છે. તેમાંના સૌથી મહત્વના મેક્રો તત્વો છે - H, O, N, P, S, Ca, K, Mg, Si, Al, Mn, તેમજ સૂક્ષ્મ તત્વો I, Co, Cu, Zn, Mo, વગેરે. આ કિસ્સામાં , પ્રકાશ આઇસોટોપની પસંદગીયુક્ત પસંદગી કાર્બન, હાઇડ્રોજન, ઓક્સિજન, નાઇટ્રોજન અને સલ્ફર ભારેમાંથી થાય છે.

તેમના સમગ્ર જીવન દરમિયાન અને મૃત્યુ પછી પણ, જમીન, પાણી અને હવાના જીવંત જીવો પર્યાવરણ સાથે સતત વિનિમયની સ્થિતિમાં હોય છે. આ કિસ્સામાં, સજીવ અને પર્યાવરણ (ચયાપચય) ના ઇન્ટ્રાવિટલ મેટાબોલિઝમના ઉત્પાદનોનો કુલ સમૂહ અને વોલ્યુમ જીવંત પદાર્થોના બાયોમાસ કરતા અનેક ગણો વધારે છે.

બાયોજિયોકેમિકલ ચક્રના ઘટકો નીચેના ઘટકો છે:

1. ઉર્જા પ્રવાહ, રચના અને નવા સંયોજનોની સંશ્લેષણની સતત અથવા નિયમિત રીતે પુનરાવર્તિત પ્રક્રિયાઓ.
2. ભૌતિક, રાસાયણિક અને જૈવિક એજન્ટોના પ્રભાવ હેઠળ ઊર્જાના સ્થાનાંતરણ અથવા પુનઃવિતરણની સતત અથવા સામયિક પ્રક્રિયાઓ અને સંશ્લેષિત સંયોજનોને દૂર કરવાની અને દિશાત્મક હિલચાલની પ્રક્રિયાઓ.
3. અનુક્રમિક પરિવર્તનની નિર્દેશિત લયબદ્ધ પ્રક્રિયાઓ: વિઘટન, બાયોજેનિક અને અબાયોજેનિક પર્યાવરણીય પ્રભાવોના પ્રભાવ હેઠળ અગાઉ સંશ્લેષિત સંયોજનોનો વિનાશ.
4. વાયુયુક્ત, પ્રવાહી અથવા નક્કર સ્થિતિમાં સૌથી સરળ ખનિજ અથવા ઓર્ગેનોમિનરલ ઘટકોની સતત અથવા સામયિક રચના, જે પદાર્થોના નવા, નિયમિત ચક્ર માટે પ્રારંભિક ઘટકોની ભૂમિકા ભજવે છે.

જૈવિક સજીવોની મહત્વપૂર્ણ પ્રવૃત્તિને કારણે થાય છે (પોષણ, ખોરાક જોડાણો, પ્રજનન, વૃદ્ધિ, ચયાપચય ઉત્પાદનોની હિલચાલ, મૃત્યુ, વિઘટન, ખનિજીકરણ)

અભ્યાસ દરમિયાન ધ્યાનમાં લેવામાં આવેલા ફરજિયાત પરિમાણો બાયોજીયોકેમિકલ ચક્રનીચેના મુખ્ય સૂચકાંકો છે:

1. કુલ બાયોમાસ અને તેની વાસ્તવિક વૃદ્ધિ (ફાઇટો-, ઝૂ-, માઇક્રોબાયલ માસ અલગથી).
2. કાર્બનિક કચરો (જથ્થા, રચના)
3. માટીમાં રહેલા સેન્દ્રિય પદાર્થનાં રજકણ (હ્યુમસ, અવિઘટિત કાર્બનિક પદાર્થો).
4. માટી, પાણી, હવા, કાંપ, બાયોમાસના વ્યક્તિગત અપૂર્ણાંકોની પ્રાથમિક સામગ્રીની રચના.
5. જમીન અને ભૂગર્ભ અનામતબાયોજેનિક ઊર્જા.
6. આજીવન ચયાપચય
7. જીવંત જીવોની પ્રજાતિઓની સંખ્યા, તેમની સંખ્યા, રચના
8. દરેક જાતિના સજીવોની આયુષ્ય, જીવંત જીવોની વસ્તી અને જમીનની જીવન ગતિશીલતા.
9. ઇકોલોજીકલ અને હવામાનશાસ્ત્રીય પર્યાવરણ: માનવ હસ્તક્ષેપની પૃષ્ઠભૂમિ અને આકારણી.
10. વિવિધ લેન્ડસ્કેપ્સ અને તેમના તત્વોની લાક્ષણિકતાઓ.
11. પ્રદુષકોની માત્રા, તેમના રાસાયણિક, ભૌતિક, જૈવિક ગુણધર્મો.

ચોક્કસ રાસાયણિક તત્વના વ્યક્તિગત મહત્વનું મૂલ્યાંકન જૈવિક શોષણના ગુણાંક દ્વારા કરવામાં આવે છે, જે છોડની રાખ (વજન દ્વારા) માં તત્વની સામગ્રીના ગુણોત્તર અને જમીનમાં સમાન તત્વની સામગ્રીના ગુણોત્તર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે (અથવા પૃથ્વીનો પોપડો).

1966 માં V.A. કોવડાએ એકંદર કાર્બન ચક્રની સરેરાશ અવધિ દર્શાવવા માટે ફાયટોમાસમાં વાર્ષિક પ્રકાશસંશ્લેષણના વધારા સાથે રેકોર્ડ કરેલ ફાયટોબાયોમાસના ગુણોત્તરનો ઉપયોગ કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો. આ ગુણાંક આપેલ વિસ્તારમાં (અથવા સામાન્ય રીતે જમીન પર) બાયોમાસના સંશ્લેષણ-ખનિજીકરણના એકંદર ચક્રની સરેરાશ અવધિ દર્શાવે છે. ગણતરીઓ દર્શાવે છે કે સામાન્ય રીતે જમીનનો હિસ્સો આ ચક્ર 300-400 થી 1000 વર્ષ સુધીના સમયગાળામાં બંધબેસે છે. તદનુસાર, આ સરેરાશ સાથે ઝડપે જાય છેબાયોમાસમાં બંધાયેલા ખનિજ સંયોજનોનું પ્રકાશન, જમીનમાં હ્યુમસનું નિર્માણ અને ખનિજકરણ.

બાયોસ્ફિયરમાં જીવંત પદાર્થોના ખનિજ ઘટકોના જૈવ-રાસાયણિક મહત્વના સામાન્ય મૂલ્યાંકન માટે, V.A. કોવડાએ બાયોમાસના ખનિજ પદાર્થોના અનામતની તેમજ નદીઓના વાર્ષિક રાસાયણિક વહેણ સાથે વૃદ્ધિ અને કચરા સાથે પરિભ્રમણમાં સામેલ ખનિજ પદાર્થોના જથ્થાની તુલના કરવાની દરખાસ્ત કરી હતી. તે બહાર આવ્યું છે કે આ મૂલ્યો તુલનાત્મક છે. આનો અર્થ એ છે કે નદીના પાણીમાં ઓગળેલા મોટા ભાગના પદાર્થો છોડ-માટી પ્રણાલીના જૈવિક ચક્રમાંથી પસાર થાય છે, તે પહેલાં તે સમુદ્ર અથવા આંતરદેશીય ડિપ્રેશનની દિશામાં પાણી સાથે ભૌગોલિક રાસાયણિક સ્થળાંતરમાં જોડાય છે.

તે બહાર આવ્યું છે કે બાયોજીયોકેમિકલ ચક્ર સૂચકાંકો વિવિધમાં મોટા પ્રમાણમાં બદલાય છે આબોહવાની પરિસ્થિતિઓ, વિવિધ છોડ સમુદાયોના કવર હેઠળ, સાથે વિવિધ શરતોકુદરતી ડ્રેનેજ, તેથી N.I. બાઝીલેવિચ અને એલ.ઇ. રોડિને કચરાના વિઘટનની તીવ્રતા અને આપેલ બાયોજીઓસેનોસિસની શરતો હેઠળ કચરા બચાવવાની અવધિ દર્શાવતા વધારાના ગુણાંકની ગણતરી કરવાની દરખાસ્ત કરી, ગુણોત્તર સમાનવાર્ષિક કચરાનો સમૂહ. આ સંશોધકોના મતે, ફાયટોમાસ વિઘટન સૂચકાંકો ઉત્તરના ટુંડ્ર અને સ્વેમ્પ્સમાં સૌથી વધુ છે અને મેદાનો અને અર્ધ-રણમાં સૌથી ઓછા (લગભગ 1) છે.

બી.બી. પોલિનોવે ખડકો (અથવા પૃથ્વીના પોપડા) માં સમાન રાસાયણિક ઘટકની સામગ્રી સાથે બાષ્પીભવન કરાયેલ નદી અથવા ભૂગર્ભ જળના ખનિજ અવશેષોમાંના તત્વના પ્રમાણના ગુણોત્તર સમાન જળ સ્થળાંતર સૂચકાંકની ગણતરી કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. જળ સ્થળાંતર સૂચકાંકોની ગણતરી દર્શાવે છે કે બાયોસ્ફિયરમાં સૌથી વધુ મોબાઇલ સ્થળાંતર કરનારાઓ ક્લોરિન, સલ્ફર, બોરોન, બ્રોમિન, આયોડિન, કેલ્શિયમ, સોડિયમ, મેગ્નેશિયમ, ફ્લોરિન, સ્ટ્રોન્ટિયમ, જસત, યુરેનિયમ અને મોલિબ્ડેનમ છે. સિલિકોન, એલ્યુમિનિયમ, આયર્ન, પોટેશિયમ, ફોસ્ફરસ, બેરિયમ, મેંગેનીઝ, રૂબિડિયમ, કોપર, નિકલ, કોબાલ્ટ, આર્સેનિક, લિથિયમ સૌથી ઓછા મોબાઇલ છે.

અવ્યવસ્થિત જૈવ-રાસાયણિક ચક્ર લગભગ ગોળ હોય છે, એટલે કે. લગભગ આરક્ષિત પાત્ર. પ્રકૃતિમાં ચક્રના પ્રજનન (પુનરાવર્તન) ની ડિગ્રી ખૂબ ઊંચી છે (વી.એ. કોવડા અનુસાર - 90-98%). આમ, ચક્રમાં સામેલ ઘટકોની રચના, જથ્થા અને સાંદ્રતાની ચોક્કસ સ્થિરતા જાળવવામાં આવે છે. પરંતુ જૈવ-રાસાયણિક ચક્રનું અપૂર્ણ બંધ, જેમ કે આપણે પછી જોઈશું, તે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ ભૂ-રાસાયણિક મહત્વ ધરાવે છે અને જીવમંડળના ઉત્ક્રાંતિમાં ફાળો આપે છે. તેથી જ વાતાવરણમાં ઓક્સિજનનું બાયોજેનિક સંચય છે, પૃથ્વીના પોપડા (તેલ, કોલસો, ચૂનાના પત્થરો) માં કાર્બન સંયોજનોનું બાયોજેનિક અને કેમોજેનિક સંચય છે.

ચાલો જમીન પરના જૈવ-રાસાયણિક ચક્રના મુખ્ય પરિમાણો પર નજીકથી નજર કરીએ.

તત્વોના સામાન્ય બાયોજિયોકેમિકલ ચક્રમાં વ્યક્તિગત રાસાયણિક તત્વોના બાયોજિયોકેમિકલ ચક્રનો સમાવેશ થાય છે. સમગ્ર જીવમંડળની કામગીરીમાં અને નીચલા વર્ગીકરણ સ્તરની વ્યક્તિગત જીઓસિસ્ટમ્સમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા કેટલાક રાસાયણિક તત્વોના ચક્ર દ્વારા ભજવવામાં આવે છે જે જીવંત પદાર્થો અને શારીરિક પ્રક્રિયાઓની રચનામાં તેમની ભૂમિકાને કારણે જીવંત જીવો માટે સૌથી વધુ જરૂરી છે. . આ અત્યંત આવશ્યક રાસાયણિક તત્વોમાં કાર્બન, ઓક્સિજન, નાઇટ્રોજન, સલ્ફર, ફોસ્ફરસ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

ઉત્કૃષ્ટ રશિયન વૈજ્ઞાનિક એકેડેમિશિયન વી.આઈ. વર્નાડસ્કી.

જીવમંડળ- પૃથ્વીનો જટિલ બાહ્ય શેલ, જેમાં જીવંત સજીવોની સંપૂર્ણતા અને ગ્રહના પદાર્થનો તે ભાગ છે જે આ સજીવો સાથે સતત વિનિમયની પ્રક્રિયામાં છે. આ પૃથ્વીના સૌથી મહત્વપૂર્ણ ભૂગોળોમાંનું એક છે, જે માનવ આસપાસના કુદરતી વાતાવરણનો મુખ્ય ઘટક છે.

પૃથ્વી એકાગ્રતાથી બનેલી છે શેલો(ભૂગોળ) આંતરિક અને બાહ્ય બંને. આંતરિકમાં કોર અને મેન્ટલ અને બાહ્યનો સમાવેશ થાય છે: લિથોસ્ફિયર - 6 કિમી (સમુદ્રની નીચે) થી 80 કિમી (પર્વત પ્રણાલી) ની જાડાઈ સાથે પૃથ્વીના પોપડા (ફિગ. 1) સહિત પૃથ્વીનો ખડકાળ શેલ; જળમંડળ -પૃથ્વીનું પાણીનું શેલ; વાતાવરણ- પૃથ્વીનું વાયુયુક્ત પરબિડીયું, જેમાં વિવિધ વાયુઓ, પાણીની વરાળ અને ધૂળના મિશ્રણનો સમાવેશ થાય છે.

10 થી 50 કિમીની ઉંચાઈ પર ઓઝોનનો એક સ્તર છે, તેની મહત્તમ સાંદ્રતા 20-25 કિમીની ઊંચાઈએ છે, જે પૃથ્વીને અતિશય અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોત્સર્ગથી રક્ષણ આપે છે, જે શરીર માટે ઘાતક છે. બાયોસ્ફિયર પણ અહીં (બાહ્ય જીઓસ્ફિયરનું) છે.

જીવમંડળ -પૃથ્વીનો બાહ્ય શેલ, જેમાં 25-30 કિમી (ઓઝોન સ્તર સુધી) ની ઊંચાઈ સુધીના વાતાવરણનો ભાગ, લગભગ સમગ્ર હાઇડ્રોસ્ફિયર અને લગભગ 3 કિમીની ઊંડાઈ સુધી લિથોસ્ફિયરનો ઉપલા ભાગનો સમાવેશ થાય છે.

ચોખા. 1. પૃથ્વીના પોપડાની રચનાની યોજના

(ફિગ. 2). આ ભાગોની ખાસિયત એ છે કે તેઓ બનાવેલા જીવંત જીવો દ્વારા વસવાટ કરે છે જીવંત પદાર્થગ્રહો ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બાયોસ્ફિયરનો અજૈવિક ભાગ- હવા, પાણી, ખડકો અને કાર્બનિક પદાર્થો - બાયોટાસજમીન અને જળકૃત ખડકોની રચનાનું કારણ બને છે.

ચોખા. 2. બાયોસ્ફિયરનું માળખું અને મૂળભૂત માળખાકીય એકમો દ્વારા કબજે કરાયેલ સપાટીઓનો ગુણોત્તર

બાયોસ્ફિયર અને ઇકોસિસ્ટમ્સમાં પદાર્થોનું ચક્ર

બાયોસ્ફિયરમાં જીવંત જીવો માટે ઉપલબ્ધ તમામ રાસાયણિક સંયોજનો મર્યાદિત છે. પાચનક્ષમતા રાસાયણિક પદાર્થોઘણીવાર સજીવોના અમુક જૂથોના વિકાસને અટકાવે છે સ્થાનિક વિસ્તારોજમીન અથવા સમુદ્ર. શિક્ષણશાસ્ત્રી વી.આર. વિલિયમ્સ, આપવાનો એકમાત્ર રસ્તો અંતિમ ગુણધર્મોઅનંત એટલે તેને બંધ વળાંક સાથે ફેરવવું. પરિણામે, પદાર્થો અને ઊર્જા પ્રવાહના ચક્રને કારણે જીવમંડળની સ્થિરતા જળવાઈ રહે છે. ઉપલબ્ધ છે પદાર્થોના બે મુખ્ય ચક્ર: મોટા - ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય અને નાના - બાયોજિયોકેમિકલ.

મહાન ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય ચક્ર(ફિગ. 3). સ્ફટિકીય ખડકો (અગ્નિકૃત) ભૌતિક, રાસાયણિક અને જૈવિક પરિબળોના પ્રભાવ હેઠળ કાંપના ખડકોમાં રૂપાંતરિત થાય છે. રેતી અને માટી એ લાક્ષણિક કાંપ છે, જે ઊંડા ખડકોના રૂપાંતરણના ઉત્પાદનો છે. જો કે, કાંપની રચના ફક્ત હાલના ખડકોના વિનાશને કારણે જ નહીં, પણ બાયોજેનિક ખનિજોના સંશ્લેષણ દ્વારા પણ થાય છે - સુક્ષ્મસજીવોના હાડપિંજર - કુદરતી સંસાધનો- સમુદ્ર, સમુદ્રો અને તળાવોના પાણી. છૂટક પાણીયુક્ત કાંપ, કારણ કે તે જળાશયોના તળિયે કાંપની સામગ્રીના નવા ભાગો સાથે અલગ પડે છે, ઊંડાઈમાં ડૂબી જાય છે અને નવી થર્મોડાયનેમિક પરિસ્થિતિઓ (ઉચ્ચ તાપમાન અને દબાણ) ના સંપર્કમાં આવે છે, પાણી ગુમાવે છે, સખત બને છે અને કાંપના ખડકોમાં રૂપાંતરિત થાય છે.

ત્યારબાદ, આ ખડકો વધુ ઊંડા ક્ષિતિજમાં ડૂબી જાય છે, જ્યાં નવા તાપમાન અને દબાણની સ્થિતિમાં તેમના ઊંડા પરિવર્તનની પ્રક્રિયાઓ થાય છે - મેટામોર્ફિઝમની પ્રક્રિયાઓ થાય છે.

અંતર્જાત ઊર્જા પ્રવાહના પ્રભાવ હેઠળ, ઊંડા ખડકો ઓગળે છે, મેગ્મા બનાવે છે - નવા અગ્નિકૃત ખડકોનો સ્ત્રોત. આ ખડકો પૃથ્વીની સપાટી પર ચઢ્યા પછી, હવામાન અને પરિવહન પ્રક્રિયાઓના પ્રભાવ હેઠળ, તેઓ ફરીથી નવા કાંપના ખડકોમાં પરિવર્તિત થાય છે.

આમ, મહાન ગાયરપૃથ્વીની ઊંડા (અંતજાત) ઊર્જા સાથે સૌર (બહિર્જાત) ઊર્જાની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે થાય છે. તે બાયોસ્ફિયર અને આપણા ગ્રહના ઊંડા ક્ષિતિજ વચ્ચે પદાર્થોનું પુનઃવિતરણ કરે છે.

ચોખા. 3. પદાર્થોનું મોટું (ભૌગોલિક) ચક્ર (પાતળા તીરો) અને પૃથ્વીના પોપડામાં વિવિધતામાં ફેરફાર (ઘન પહોળા તીરો - વૃદ્ધિ, તૂટેલા તીરો - વિવિધતામાં ઘટાડો)

ગ્રેટ ગાયર દ્વારાહાઇડ્રોસ્ફિયર, વાતાવરણ અને લિથોસ્ફિયર વચ્ચેનું જળ ચક્ર, જે સૂર્યની ઊર્જાથી ચાલે છે, તેને પણ કહેવામાં આવે છે. જળાશયો અને જમીનની સપાટી પરથી પાણીનું બાષ્પીભવન થાય છે અને પછી વરસાદના સ્વરૂપમાં પૃથ્વી પર પાછું આવે છે. સમુદ્ર પર, બાષ્પીભવન જમીન પર વરસાદ કરતાં વધી જાય છે, તે વિપરીત છે. આ તફાવતો નદીના પ્રવાહ દ્વારા સરભર કરવામાં આવે છે. IN વૈશ્વિક પરિભ્રમણજમીનની વનસ્પતિ પાણીમાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે. વ્યક્તિગત વિસ્તારોમાં છોડનું બાષ્પોત્સર્જન પૃથ્વીની સપાટીઅહીં પડતા વરસાદના 80-90% સુધીનો હિસ્સો હોઈ શકે છે અને સરેરાશ બધા માટે આબોહવા વિસ્તારો- લગભગ 30%. મોટા ચક્રથી વિપરીત, પદાર્થોનું નાનું ચક્ર માત્ર બાયોસ્ફિયરમાં જ થાય છે. મોટા અને નાના જળ ચક્ર વચ્ચેનો સંબંધ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યો છે. 4.

ગ્રહોના સ્કેલ પરના ચક્રો વ્યક્તિગત ઇકોસિસ્ટમમાં સજીવોની મહત્વપૂર્ણ પ્રવૃત્તિ દ્વારા સંચાલિત અણુઓની અસંખ્ય સ્થાનિક ચક્રીય હિલચાલ અને લેન્ડસ્કેપ અને ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય કારણો (સપાટી અને ભૂગર્ભ પ્રવાહ, પવન ધોવાણ, સમુદ્રતળની હિલચાલ, જ્વાળામુખી, પર્વતની ઇમારત) દ્વારા બનાવવામાં આવે છે. , વગેરે).

ચોખા. 4. પાણીના મોટા ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય ચક્ર (GGC) અને પાણીના નાના બાયોજીયોકેમિકલ ચક્ર (SBC) વચ્ચેનો સંબંધ

ઉર્જાથી વિપરીત, જેનો ઉપયોગ શરીર દ્વારા એકવાર ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે અને ખોવાઈ જાય છે, પદાર્થો બાયોસ્ફિયરમાં ફરે છે, જૈવ-રાસાયણિક ચક્ર બનાવે છે. કુદરતમાં જોવા મળતા નેવુંથી વધુ તત્ત્વોમાંથી જીવંત સજીવોને લગભગ ચાલીસની જરૂર હોય છે. તેમના માટે સૌથી મહત્વની બાબતોમાં જરૂરી છે મોટી માત્રામાં- કાર્બન, હાઇડ્રોજન, ઓક્સિજન, નાઇટ્રોજન. તત્વો અને પદાર્થોના ચક્ર સ્વ-નિયમન પ્રક્રિયાઓને કારણે હાથ ધરવામાં આવે છે જેમાં તમામ ઘટકો ભાગ લે છે. આ પ્રક્રિયાઓ કચરો મુક્ત છે. અસ્તિત્વ ધરાવે છે બાયોસ્ફિયરમાં બાયોજિયોકેમિકલ ચક્રના વૈશ્વિક બંધ થવાનો કાયદો, તેના વિકાસના તમામ તબક્કે કાર્યરત છે. બાયોસ્ફિયર ઉત્ક્રાંતિની પ્રક્રિયામાં, ની ભૂમિકા જૈવિક ઘટકબંધ બાયોજીયોકેમિકલ્સમાં
જેમને ચક્ર. જૈવ-રાસાયણિક ચક્ર પર માનવીઓનો વધુ પ્રભાવ છે. પરંતુ તેની ભૂમિકા વિરુદ્ધ દિશામાં પોતાને પ્રગટ કરે છે (ગાયર્સ ખુલ્લા થઈ જાય છે). પદાર્થોના જૈવ-રાસાયણિક ચક્રનો આધાર સૂર્યની ઊર્જા અને લીલા છોડની હરિતદ્રવ્ય છે. અન્ય સૌથી મહત્વપૂર્ણ ચક્ર - પાણી, કાર્બન, નાઇટ્રોજન, ફોસ્ફરસ અને સલ્ફર - બાયોજીયોકેમિકલ ચક્ર સાથે સંકળાયેલા છે અને તેમાં યોગદાન આપે છે.

બાયોસ્ફિયરમાં પાણીનું ચક્ર

છોડ પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન પાણીમાં હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ કાર્બનિક સંયોજનો બનાવવા માટે કરે છે, મોલેક્યુલર ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે. તમામ જીવંત પ્રાણીઓની શ્વસન પ્રક્રિયાઓમાં, કાર્બનિક સંયોજનોના ઓક્સિડેશન દરમિયાન, પાણી ફરીથી બને છે. જીવનના ઇતિહાસમાં, હાઇડ્રોસ્ફિયરમાં તમામ મુક્ત પાણી વારંવાર ગ્રહના જીવંત પદાર્થોમાં વિઘટન અને નવી રચનાના ચક્રમાંથી પસાર થયા છે. પૃથ્વી પર દર વર્ષે લગભગ 500,000 કિમી 3 પાણી જળ ચક્રમાં સામેલ છે. પાણીનું ચક્ર અને તેના ભંડાર ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યા છે. 5 (સાપેક્ષ મૂલ્યોમાં).

બાયોસ્ફિયરમાં ઓક્સિજન ચક્ર

પૃથ્વી પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં મુક્ત ઓક્સિજનની ઉચ્ચ સામગ્રી સાથે તેના અનન્ય વાતાવરણની ઋણી છે. વાતાવરણના ઉચ્ચ સ્તરોમાં ઓઝોનનું નિર્માણ ઓક્સિજન ચક્ર સાથે ગાઢ રીતે સંકળાયેલું છે. ઓક્સિજન પાણીના અણુઓમાંથી મુક્ત થાય છે અને તે છોડમાં પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રવૃત્તિની આડપેદાશ છે. અજૈવિક રીતે, ઓક્સિજન થાય છે ઉપલા સ્તરોપાણીની વરાળના ફોટો ડિસોસિએશનને કારણે વાતાવરણ, પરંતુ આ સ્ત્રોત પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવતા ટકાના માત્ર હજારમા ભાગનો જ હિસ્સો ધરાવે છે. વાતાવરણ અને હાઇડ્રોસ્ફિયરમાં ઓક્સિજનની સામગ્રી વચ્ચે પ્રવાહી સંતુલન છે. પાણીમાં તે લગભગ 21 ગણું ઓછું છે.

ચોખા. 6. ઓક્સિજન ચક્રનું આકૃતિ: બોલ્ડ એરો - ઓક્સિજન સપ્લાય અને વપરાશનો મુખ્ય પ્રવાહ

મુક્ત થયેલ ઓક્સિજન તમામ એરોબિક સજીવોની શ્વસન પ્રક્રિયામાં અને વિવિધ ખનિજ સંયોજનોના ઓક્સિડેશનમાં સઘન રીતે વપરાય છે. આ પ્રક્રિયાઓ વાતાવરણ, માટી, પાણી, કાંપ અને ખડકોમાં થાય છે. એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે જળકૃત ખડકોમાં બંધાયેલા ઓક્સિજનનો નોંધપાત્ર ભાગ પ્રકાશસંશ્લેષણ મૂળનો છે. વાતાવરણમાં એક્સચેન્જ ફંડ O કુલ પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉત્પાદનના 5% કરતા વધારે નથી. ઘણા એનારોબિક બેક્ટેરિયા સલ્ફેટ અથવા નાઈટ્રેટ્સનો ઉપયોગ કરીને એનારોબિક શ્વસનની પ્રક્રિયા દ્વારા કાર્બનિક પદાર્થોને ઓક્સિડાઇઝ કરે છે.

ચાલુ સંપૂર્ણ વિઘટનછોડ દ્વારા બનાવેલ કાર્બનિક પદાર્થોને પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન છોડવામાં આવતા ઓક્સિજનની બરાબર એ જ માત્રાની જરૂર હોય છે. જળકૃત ખડકો, કોલસો અને પીટમાં કાર્બનિક પદાર્થોના દફન વાતાવરણમાં ઓક્સિજન વિનિમય ભંડોળ જાળવવાના આધાર તરીકે સેવા આપે છે. તેમાં રહેલો તમામ ઓક્સિજન લગભગ 2000 વર્ષમાં જીવંત સજીવો દ્વારા સંપૂર્ણ ચક્રમાંથી પસાર થાય છે.

હાલમાં, વાતાવરણીય ઓક્સિજનનો નોંધપાત્ર હિસ્સો પરિવહન, ઉદ્યોગ અને અન્ય માનવશાસ્ત્રીય પ્રવૃત્તિના પરિણામે બંધાયેલો છે. તે જાણીતું છે કે માનવતા પહેલાથી જ પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવતા કુલ 430-470 અબજ ટનમાંથી 10 અબજ ટનથી વધુ મફત ઓક્સિજન ખર્ચે છે. જો આપણે ધ્યાનમાં લઈએ કે પ્રકાશસંશ્લેષણ ઓક્સિજનનો માત્ર એક નાનો ભાગ વિનિમય ભંડોળમાં પ્રવેશ કરે છે, તો આ સંદર્ભે માનવ પ્રવૃત્તિ ભયજનક પ્રમાણ પ્રાપ્ત કરવાનું શરૂ કરે છે.

ઓક્સિજન ચક્ર કાર્બન ચક્ર સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત છે.

બાયોસ્ફિયરમાં કાર્બન ચક્ર

રાસાયણિક તત્વ તરીકે કાર્બન એ જીવનનો આધાર છે. તે કરી શકે અલગ રસ્તાઓઅન્ય ઘણા તત્વો સાથે જોડાઈને સરળ અને જટિલ કાર્બનિક અણુઓ બનાવે છે જે જીવંત કોષો બનાવે છે. ગ્રહ પર વિતરણની દ્રષ્ટિએ, કાર્બન અગિયારમા ક્રમે છે (પૃથ્વીના પોપડાના વજનના 0.35%), પરંતુ જીવંત પદાર્થોમાં તે શુષ્ક બાયોમાસના સરેરાશ 18 અથવા 45% જેટલું છે.

વાતાવરણમાં, કાર્બન એ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ CO 2 નો ભાગ છે અને, થોડા અંશે, મિથેન CH 4. હાઇડ્રોસ્ફિયરમાં, CO 2 પાણીમાં ઓગળી જાય છે, અને તેની કુલ સામગ્રી વાતાવરણીય કરતાં ઘણી વધારે છે. વાતાવરણમાં CO 2 ના નિયમન માટે મહાસાગર એક શક્તિશાળી બફર તરીકે કામ કરે છે: જેમ જેમ હવામાં તેની સાંદ્રતા વધે છે તેમ, પાણી દ્વારા કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું શોષણ વધે છે. કેટલાક CO 2 પરમાણુઓ પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, જે કાર્બોનિક એસિડ બનાવે છે, જે પછી HCO 3 - અને CO 2- 3 આયનોમાં વિભાજિત થાય છે પાણીનું સતત pH.

વાતાવરણ અને હાઇડ્રોસ્ફિયરમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ એ કાર્બન ચક્રમાં વિનિમય ભંડોળ છે, જ્યાંથી તે પાર્થિવ છોડ અને શેવાળ દ્વારા લેવામાં આવે છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ પૃથ્વી પરના તમામ જૈવિક ચક્રને અંતર્ગત કરે છે. સ્થિર કાર્બનનું પ્રકાશન પ્રકાશસંશ્લેષણ સજીવોની શ્વસન પ્રવૃત્તિ દરમિયાન થાય છે અને તમામ હેટરોટ્રોફ્સ - બેક્ટેરિયા, ફૂગ, પ્રાણીઓ કે જે જીવંત અથવા મૃત કાર્બનિક પદાર્થોને કારણે ખોરાકની સાંકળમાં સમાવિષ્ટ છે.

ચોખા. 7. કાર્બન ચક્ર

ખાસ કરીને સક્રિય એ માટીમાંથી વાતાવરણમાં CO2 નું વળતર છે, જ્યાં સજીવોના અસંખ્ય જૂથોની પ્રવૃત્તિ કેન્દ્રિત છે, મૃત છોડ અને પ્રાણીઓના અવશેષોનું વિઘટન થાય છે અને છોડની મૂળ સિસ્ટમોના શ્વસન થાય છે. આ અભિન્ન પ્રક્રિયાને "માટી શ્વસન" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે અને હવામાં CO2 વિનિમય ભંડોળની ભરપાઈમાં નોંધપાત્ર યોગદાન આપે છે. કાર્બનિક પદાર્થોના ખનિજીકરણની પ્રક્રિયાઓ સાથે સમાંતર, માટીમાં માટીમાં રહેલા સેન્દ્રિય પદાર્થનાં રજકણ રચાય છે - કાર્બનથી સમૃદ્ધ એક જટિલ અને સ્થિર પરમાણુ સંકુલ. માટીમાં રહેલા સેન્દ્રિય પદાર્થનાં રજકણ એ જમીન પરના મહત્વપૂર્ણ કાર્બન જળાશયોમાંનું એક છે.

પરિસ્થિતિઓમાં જ્યાં વિનાશકની પ્રવૃત્તિઓ પરિબળો દ્વારા અવરોધિત થાય છે બાહ્ય વાતાવરણ(ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે જમીનમાં અને જળાશયોના તળિયે એનારોબિક શાસન થાય છે), વનસ્પતિ દ્વારા સંચિત કાર્બનિક પદાર્થોનું વિઘટન થતું નથી, સમય જતાં તે ખડકોમાં ફેરવાય છે જેમ કે કોલસો અથવા બ્રાઉન કોલસો, પીટ, સેપ્રોપેલ્સ, ઓઇલ શેલ અને અન્ય સમૃદ્ધ સંચિત સૌર ઊર્જા. તેઓ લાંબા સમયથી જૈવિક ચક્રથી ડિસ્કનેક્ટ થઈને કાર્બન રિઝર્વ ફંડને ફરી ભરે છે. જીવંત બાયોમાસમાં, મૃત કચરામાં, સમુદ્રના ઓગળેલા કાર્બનિક પદાર્થો વગેરેમાં પણ કાર્બન અસ્થાયી રૂપે જમા થાય છે. જોકે લેખિતમાં મુખ્ય કાર્બન અનામત ભંડોળજીવંત સજીવો અથવા અશ્મિભૂત ઇંધણ નથી, પરંતુ જળકૃત ખડકો - ચૂનાના પત્થરો અને ડોલોમાઇટ.તેમની રચના જીવંત પદાર્થોની પ્રવૃત્તિ સાથે પણ સંકળાયેલી છે. આ કાર્બોનેટનો કાર્બન પૃથ્વીના આંતરડામાં લાંબા સમય સુધી દટાયેલો રહે છે અને ટેકટોનિક ચક્રમાં ખડકોના સંપર્કમાં આવે ત્યારે જ ધોવાણ દરમિયાન જ ચક્રમાં પ્રવેશે છે.

IN બાયોજીયોકેમિકલ ચક્રપૃથ્વી પરના કુલ જથ્થામાંથી માત્ર એક ટકા કાર્બનનો અપૂર્ણાંક સામેલ છે. વાતાવરણ અને હાઇડ્રોસ્ફિયરમાંથી કાર્બન ઘણી વખત જીવંત સજીવોમાંથી પસાર થાય છે. જમીનના છોડ 4-5 વર્ષમાં તેના અનામતને હવામાં ખતમ કરી શકે છે, જમીનની હ્યુમસમાં અનામત - 300-400 વર્ષમાં. વિનિમય ભંડોળમાં કાર્બનનું મુખ્ય વળતર જીવંત જીવોની પ્રવૃત્તિને કારણે થાય છે, અને તેનો માત્ર એક નાનો ભાગ (હજારો ટકા) જ્વાળામુખી વાયુઓના ભાગ રૂપે પૃથ્વીના આંતરડામાંથી મુક્ત થવા દ્વારા વળતર આપવામાં આવે છે.

હાલમાં, અશ્મિભૂત ઇંધણના વિશાળ ભંડારનું નિષ્કર્ષણ અને દહન એ કાર્બનને અનામતમાંથી બાયોસ્ફિયરના વિનિમય ભંડોળમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં એક શક્તિશાળી પરિબળ બની રહ્યું છે.

બાયોસ્ફિયરમાં નાઇટ્રોજન ચક્ર

વાતાવરણ અને જીવંત પદાર્થો પૃથ્વી પરના તમામ નાઇટ્રોજનના 2% કરતા ઓછા ધરાવે છે, પરંતુ તે ગ્રહ પરના જીવનને ટેકો આપે છે. નાઇટ્રોજન સૌથી મહત્વપૂર્ણ ભાગ છે કાર્બનિક અણુઓ- ડીએનએ, પ્રોટીન, લિપોપ્રોટીન, એટીપી, હરિતદ્રવ્ય, વગેરે. છોડની પેશીઓમાં, તેનો કાર્બનનો ગુણોત્તર સરેરાશ 1:30 છે, અને સીવીડમાં I: 6 છે. જૈવિક ચક્રતેથી નાઇટ્રોજન કાર્બન સાથે પણ નજીકથી સંબંધિત છે.

વાતાવરણનું મોલેક્યુલર નાઇટ્રોજન છોડ માટે અગમ્ય છે, જે આ તત્વને માત્ર એમોનિયમ આયનો, નાઈટ્રેટ્સ અથવા માટીમાંથી શોષી શકે છે. જલીય ઉકેલો. તેથી, નાઇટ્રોજનની ઉણપ એ પ્રાથમિક ઉત્પાદનને મર્યાદિત કરતું પરિબળ છે - અકાર્બનિક પદાર્થોમાંથી કાર્બનિક પદાર્થોની રચના સાથે સંકળાયેલ સજીવોનું કાર્ય. તેમ છતાં, ખાસ બેક્ટેરિયા (નાઇટ્રોજન ફિક્સર) ની પ્રવૃત્તિને કારણે વાતાવરણીય નાઇટ્રોજન જૈવિક ચક્રમાં વ્યાપકપણે સામેલ છે.

નાઇટ્રોજન ચક્રમાં મહાન ભાગીદારીએમોનિફાઇંગ સુક્ષ્મસજીવો પણ સ્વીકારે છે. તેઓ પ્રોટીન અને અન્ય નાઇટ્રોજન ધરાવતા કાર્બનિક પદાર્થોને એમોનિયામાં વિઘટિત કરે છે. એમોનિયમ સ્વરૂપમાં, નાઇટ્રોજન આંશિક રીતે છોડના મૂળ દ્વારા ફરીથી શોષાય છે, અને અંશતઃ નાઇટ્રિફાઇંગ સુક્ષ્મસજીવો દ્વારા અટકાવવામાં આવે છે, જે સુક્ષ્મસજીવોના જૂથ - ડેનિટ્રિફાયરના કાર્યોની વિરુદ્ધ છે.

ચોખા. 8. નાઇટ્રોજન ચક્ર

જમીન અથવા પાણીમાં એનારોબિક પરિસ્થિતિઓમાં, તેઓ કાર્બનિક પદાર્થોને ઓક્સિડાઇઝ કરવા, તેમના જીવન માટે ઊર્જા મેળવવા માટે નાઈટ્રેટમાંથી ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કરે છે. નાઇટ્રોજન મોલેક્યુલર નાઇટ્રોજનમાં ઘટે છે. નાઇટ્રોજન ફિક્સેશન અને ડેનિટ્રિફિકેશન પ્રકૃતિમાં લગભગ સંતુલિત છે. આ રીતે નાઇટ્રોજન ચક્ર મુખ્યત્વે બેક્ટેરિયાની પ્રવૃત્તિ પર આધાર રાખે છે, જ્યારે છોડ તેમાં એકીકૃત થાય છે, આ ચક્રના મધ્યવર્તી ઉત્પાદનોનો ઉપયોગ કરીને અને બાયોમાસના ઉત્પાદન દ્વારા જૈવમંડળમાં નાઇટ્રોજન પરિભ્રમણના ધોરણમાં મોટા પ્રમાણમાં વધારો કરે છે.

નાઇટ્રોજન ચક્રમાં બેક્ટેરિયાની ભૂમિકા એટલી મહાન છે કે જો તેમની માત્ર 20 પ્રજાતિઓનો નાશ થાય, તો આપણા ગ્રહ પરનું જીવન સમાપ્ત થઈ જશે.

નાઇટ્રોજનનું બિન-જૈવિક ફિક્સેશન અને તેના ઓક્સાઇડ અને એમોનિયાનો જમીનમાં પ્રવેશ પણ વાતાવરણીય આયનીકરણ અને વીજળીના વિસર્જન દરમિયાન વરસાદ સાથે થાય છે. આધુનિક ખાતર ઉદ્યોગ પાક ઉત્પાદન વધારવા માટે કુદરતી નાઇટ્રોજન ફિક્સેશન કરતાં વધુ સ્તરે વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનને ઠીક કરે છે.

હાલમાં, માનવ પ્રવૃત્તિઓ નાઇટ્રોજન ચક્રને વધુને વધુ પ્રભાવિત કરી રહી છે, મુખ્યત્વે તેના રૂપાંતરણને ઓળંગવાની દિશામાં સંબંધિત સ્વરૂપોપરમાણુ સ્થિતિમાં પાછા ફરવાની પ્રક્રિયાઓ પર.

બાયોસ્ફિયરમાં ફોસ્ફરસ ચક્ર

ATP, DNA, RNA સહિતના ઘણા કાર્બનિક પદાર્થોના સંશ્લેષણ માટે જરૂરી આ તત્વ માત્ર ઓર્થોફોસ્ફોરિક એસિડ આયનો (P0 3 4 +) સ્વરૂપે છોડ દ્વારા શોષાય છે. તે એવા તત્વોથી સંબંધિત છે જે જમીન અને ખાસ કરીને સમુદ્રમાં પ્રાથમિક ઉત્પાદનને મર્યાદિત કરે છે, કારણ કે જમીન અને પાણીમાં ફોસ્ફરસનું વિનિમય ભંડોળ ઓછું છે. બાયોસ્ફિયરના સ્કેલ પર આ તત્વનું ચક્ર બંધ નથી.

જમીન પર, છોડ માટીમાંથી ફોસ્ફેટ્સ ખેંચે છે, જે સડો કરતા કાર્બનિક અવશેષોમાંથી વિઘટનકર્તાઓ દ્વારા છોડવામાં આવે છે. જો કે, આલ્કલાઇન અથવા એસિડિક જમીનમાં ફોસ્ફરસ સંયોજનોની દ્રાવ્યતા તીવ્રપણે ઘટે છે. ફોસ્ફેટ્સનું મુખ્ય અનામત ભંડોળ ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય ભૂતકાળમાં સમુદ્રના તળ પર બનાવેલા ખડકોમાં સમાયેલું છે. રોક લીચિંગ દરમિયાન, આ અનામતનો એક ભાગ જમીનમાં જાય છે અને સસ્પેન્શન અને સોલ્યુશનના રૂપમાં જળાશયોમાં ધોવાઇ જાય છે. હાઇડ્રોસ્ફિયરમાં, ફોસ્ફેટ્સનો ઉપયોગ ફાયટોપ્લાંકટોન દ્વારા કરવામાં આવે છે, જે ખોરાકની સાંકળોમાંથી અન્ય હાઇડ્રોબિઓન્ટ્સમાં પસાર થાય છે. જો કે, સમુદ્રમાં, મોટાભાગના ફોસ્ફરસ સંયોજનો તળિયે પ્રાણીઓ અને છોડના અવશેષો સાથે દફનાવવામાં આવે છે, ત્યારબાદ મોટા ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય ચક્રમાં કાંપના ખડકો સાથે સંક્રમણ થાય છે. ઊંડાઈએ, ઓગળેલા ફોસ્ફેટ્સ કેલ્શિયમ સાથે જોડાય છે, ફોસ્ફોરાઈટ અને એપેટાઈટ બનાવે છે. બાયોસ્ફિયરમાં, હકીકતમાં, જમીનના ખડકોમાંથી સમુદ્રની ઊંડાઈમાં ફોસ્ફરસનો એક દિશાવિહીન પ્રવાહ છે, તેથી, હાઇડ્રોસ્ફિયરમાં તેનું વિનિમય ભંડોળ ખૂબ મર્યાદિત છે.

ચોખા. 9. ફોસ્ફરસ ચક્ર

ખાતરના ઉત્પાદનમાં ફોસ્ફોરાઇટ અને એપેટાઇટ્સના પાર્થિવ થાપણોનો ઉપયોગ થાય છે. તાજા જળાશયોમાં ફોસ્ફરસનો પ્રવેશ તેમના "મોર" માટેનું એક મુખ્ય કારણ છે.

બાયોસ્ફિયરમાં સલ્ફર ચક્ર

સંખ્યાબંધ એમિનો એસિડના નિર્માણ માટે જરૂરી સલ્ફરનું ચક્ર તેના માટે જવાબદાર છે ત્રિ-પરિમાણીય માળખુંપ્રોટીન, બેક્ટેરિયાની વિશાળ શ્રેણી દ્વારા બાયોસ્ફિયરમાં સપોર્ટેડ છે. આ ચક્રની વ્યક્તિગત કડીઓમાં એરોબિક સુક્ષ્મસજીવોનો સમાવેશ થાય છે જે કાર્બનિક અવશેષોના સલ્ફરને સલ્ફેટમાં ઓક્સિડાઇઝ કરે છે, તેમજ એનારોબિક સલ્ફેટ રીડ્યુસર્સ કે જે સલ્ફેટને હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડમાં ઘટાડે છે. સલ્ફર બેક્ટેરિયાના સૂચિબદ્ધ જૂથો ઉપરાંત, તેઓ હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડને મૂળ સલ્ફરમાં અને પછી સલ્ફેટમાં ઓક્સિડાઇઝ કરે છે. છોડ માટી અને પાણીમાંથી માત્ર SO2-4 આયનો શોષે છે.

કેન્દ્રમાં આવેલી રીંગ ઓક્સિડેશન (O) અને ઘટાડા (R)ની પ્રક્રિયાને દર્શાવે છે જે ઉપલબ્ધ સલ્ફેટ પૂલ અને આયર્ન સલ્ફાઇડ પૂલ વચ્ચે જમીન અને કાંપમાં ઊંડે સલ્ફરનું વિનિમય કરે છે.

ચોખા. 10. સલ્ફર ચક્ર. કેન્દ્રમાં આવેલી રીંગ ઓક્સિડેશન (0) અને ઘટાડા (R) ની પ્રક્રિયાને દર્શાવે છે, જેના દ્વારા ઉપલબ્ધ સલ્ફેટના પૂલ અને જમીન અને કાંપમાં ઊંડે સ્થિત આયર્ન સલ્ફાઇડના પૂલ વચ્ચે સલ્ફરની વિનિમય થાય છે.

સલ્ફરનું મુખ્ય સંચય સમુદ્રમાં થાય છે, જ્યાં સલ્ફેટ આયનો નદીના વહેણ સાથે જમીનમાંથી સતત વહે છે. જ્યારે હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ પાણીમાંથી મુક્ત થાય છે, ત્યારે સલ્ફર આંશિક રીતે વાતાવરણમાં પાછું આવે છે, જ્યાં તે ડાયોક્સાઇડમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, વરસાદી પાણીમાં સલ્ફ્યુરિક એસિડમાં ફેરવાય છે. ઔદ્યોગિક ઉપયોગમોટી માત્રામાં સલ્ફેટ અને એલિમેન્ટલ સલ્ફર અને અશ્મિભૂત ઇંધણનું દહન વાતાવરણમાં સલ્ફર ડાયોક્સાઇડના મોટા જથ્થાને મુક્ત કરે છે. આ વનસ્પતિ, પ્રાણીઓ, લોકોને નુકસાન પહોંચાડે છે અને એસિડ વરસાદના સ્ત્રોત તરીકે કામ કરે છે, જે વધુ તીવ્ર બને છે. નકારાત્મક અસરોસલ્ફર ચક્રમાં માનવ હસ્તક્ષેપ.

પદાર્થોના પરિભ્રમણનો દર

પદાર્થોના તમામ ચક્ર જુદી જુદી ઝડપે થાય છે (ફિગ. 11)

આમ, ગ્રહ પરના તમામ બાયોજેનિક તત્વોના ચક્રને વિવિધ ભાગોની જટિલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા સમર્થન મળે છે. તેઓ વિવિધ કાર્યોના સજીવોના જૂથોની પ્રવૃત્તિ, સમુદ્ર અને જમીનને જોડતી વહેતી અને બાષ્પીભવનની પ્રણાલી, પાણી અને હવાના જથ્થાના પરિભ્રમણની પ્રક્રિયાઓ, ગુરુત્વાકર્ષણ દળોની ક્રિયા, લિથોસ્ફેરિક પ્લેટોના ટેકટોનિક અને અન્ય મોટા ભાગની પ્રવૃત્તિ દ્વારા રચાય છે. ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય અને ભૌગોલિક પ્રક્રિયાઓનું પ્રમાણ.

બાયોસ્ફિયર એક તરીકે કાર્ય કરે છે એક જટિલ સિસ્ટમ, જેમાં પદાર્થોના વિવિધ ચક્રો થાય છે. આનો મુખ્ય ડ્રાઇવર ચક્ર એ ગ્રહનો જીવંત પદાર્થ છે, તમામ જીવંત જીવો,કાર્બનિક પદાર્થોના સંશ્લેષણ, પરિવર્તન અને વિઘટનની પ્રક્રિયાઓ પૂરી પાડે છે.

ચોખા. 11. પદાર્થોના પરિભ્રમણના દર (પી. ક્લાઉડ, એ. જીબોર, 1972)

વિશ્વના ઇકોલોજીકલ દૃષ્ટિકોણના કેન્દ્રમાં એ વિચાર છે કે દરેક જીવતુંતેને પ્રભાવિત કરતા ઘણાં વિવિધ પરિબળોથી ઘેરાયેલું છે, જે એકસાથે તેનું નિવાસસ્થાન બનાવે છે - એક બાયોટોપ. આથી, બાયોટોપ - પ્રદેશનો એક વિભાગ જે રહેવાની પરિસ્થિતિઓની દ્રષ્ટિએ એકરૂપ છે ચોક્કસ પ્રકારોછોડ અથવા પ્રાણીઓ(કોતરનો ઢોળાવ, શહેરી વન ઉદ્યાન, નાનું તળાવ અથવા મોટા તળાવનો ભાગ, પરંતુ સમાન પરિસ્થિતિઓ સાથે - દરિયાકાંઠાનો ભાગ, ઊંડા પાણીનો ભાગ).

ચોક્કસ બાયોટોપની લાક્ષણિકતા સજીવો બનાવે છે જીવન સમુદાય અથવા બાયોસેનોસિસ(પ્રાણીઓ, છોડ અને તળાવો, ઘાસના મેદાનો, કિનારાના સુક્ષ્મસજીવો).

જીવંત સમુદાય (બાયોસેનોસિસ) તેના બાયોટોપ સાથે એક સંપૂર્ણ બનાવે છે, જેને કહેવામાં આવે છે ઇકોલોજીકલ સિસ્ટમ (ઇકોસિસ્ટમ).ઉદાહરણ કુદરતી ઇકોસિસ્ટમ્સએન્થિલ, તળાવ, તળાવ, ઘાસના મેદાનો, જંગલ, શહેર, ખેતર તરીકે સેવા આપી શકે છે. ઉત્તમ ઉદાહરણકૃત્રિમ ઇકોસિસ્ટમ છે સ્પેસશીપ. જેમ તમે જોઈ શકો છો, ત્યાં કોઈ કડક નથી અવકાશી માળખું. ઇકોસિસ્ટમના ખ્યાલની નજીકનો ખ્યાલ છે બાયોજીઓસેનોસિસ.

ઇકોસિસ્ટમના મુખ્ય ઘટકો છે:

• નિર્જીવ (અજૈવિક) પર્યાવરણ.આ પાણી, ખનિજો, વાયુઓ, તેમજ કાર્બનિક પદાર્થો અને હ્યુમસ છે;
• જૈવિક ઘટકો.આમાં શામેલ છે: ઉત્પાદકો અથવા ઉત્પાદકો (લીલા છોડ), ઉપભોક્તા અથવા ઉપભોક્તા (જીવંત પ્રાણીઓ કે જે ઉત્પાદકોને ખોરાક આપે છે), અને વિઘટનકર્તા અથવા વિઘટનકર્તા (સૂક્ષ્મજીવો).

કુદરત અત્યંત આર્થિક રીતે કામ કરે છે. આમ, સજીવો દ્વારા બનાવવામાં આવેલ બાયોમાસ (સજીવોના શરીરનો પદાર્થ) અને તેમાં રહેલી ઊર્જા ઇકોસિસ્ટમના અન્ય સભ્યોમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે: પ્રાણીઓ છોડ ખાય છે, આ પ્રાણીઓ અન્ય પ્રાણીઓ દ્વારા ખાય છે. આ પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે ખોરાક, અથવા ટ્રોફિક, સાંકળ.પ્રકૃતિમાં, ખોરાકની સાંકળો ઘણીવાર છેદે છે, ફૂડ વેબ બનાવવું.

ઉદાહરણો ખોરાકની સાંકળો: વનસ્પતિ - શાકાહારી - શિકારી; અનાજ - પાક ઉંદર- શિયાળ, વગેરે અને ફૂડ વેબ ફિગમાં બતાવેલ છે. 12.

આમ, બાયોસ્ફિયરમાં સંતુલનની સ્થિતિ જૈવિક અને અજૈવિક પર્યાવરણીય પરિબળોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર આધારિત છે, જે ઇકોસિસ્ટમના તમામ ઘટકો વચ્ચે દ્રવ્ય અને ઊર્જાના સતત વિનિમય દ્વારા જાળવવામાં આવે છે.

કુદરતી ઇકોસિસ્ટમના બંધ પરિભ્રમણમાં, અન્યની સાથે, બે પરિબળોની ભાગીદારી જરૂરી છે: વિઘટનકર્તાઓની હાજરી અને સૌર ઊર્જાનો સતત પુરવઠો. શહેરી અને કૃત્રિમ ઇકોસિસ્ટમ્સમાં ઓછા અથવા ઓછા વિઘટનકર્તાઓ છે, તેથી પ્રવાહી, ઘન અને વાયુયુક્ત કચરો એકઠા થાય છે, પર્યાવરણને પ્રદૂષિત કરે છે.

ચોખા. 12. ફૂડ વેબ અને પદાર્થના પ્રવાહની દિશા

આજકાલ, છોડ અને પ્રાણીઓ પરિવર્તન કરે છે કુદરતી વાતાવરણ. આના ઉદાહરણોમાં સમુદ્રમાં પરવાળાના ખડકો, સ્વેમ્પ્સમાં પીટના થાપણો, લિકેનનો ફેલાવો, પર્વતોનો નાશ કરતી શેવાળનો ફેલાવો અને સૂક્ષ્મજીવોનો સમાવેશ થાય છે. જૈવિક ચક્રમાં લગભગ તમામ રાસાયણિક તત્વો ભાગ લે છે સામયિક કોષ્ટકડી.આઈ. મેન્ડેલીવ, પરંતુ તેમાંથી મુખ્ય, મહત્વપૂર્ણ છે.

કાર્બન. પ્રકૃતિમાં કાર્બનના સ્ત્રોતો જેટલા વૈવિધ્યસભર છે તેટલા અસંખ્ય છે. દરમિયાન, માત્ર કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, જે કાં તો વાતાવરણમાં વાયુયુક્ત અવસ્થામાં હોય છે અથવા પાણીમાં ઓગળેલી સ્થિતિમાં હોય છે, તે કાર્બનનો સ્ત્રોત છે જે તેને જીવોના કાર્બનિક પદાર્થોમાં પ્રક્રિયા કરવા માટેના આધાર તરીકે સેવા આપે છે. છોડ દ્વારા મેળવેલ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન ખાંડમાં રૂપાંતરિત થાય છે, અને અન્ય જૈવસંશ્લેષણ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા પ્રોટીન, લિપિડ વગેરેમાં રૂપાંતરિત થાય છે. વિવિધ પદાર્થોપ્રાણીઓ અને બિન-લીલા છોડ માટે કાર્બોહાઇડ્રેટ ખોરાક તરીકે સેવા આપો. બીજી બાજુ, તમામ જીવો શ્વાસ લે છે અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડના રૂપમાં વાતાવરણમાં કાર્બન છોડે છે. જ્યારે મૃત્યુ થાય છે, ત્યારે સેપ્રોફેજેસ મૃતદેહોને વિઘટિત કરે છે અને ખનિજ બનાવે છે, ખોરાકની સાંકળો બનાવે છે, જેના અંતે કાર્બન ઘણીવાર કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (કહેવાતા "માટી શ્વસન") ના સ્વરૂપમાં ચક્રમાં પ્રવેશ કરે છે. મૃત છોડ અને પ્રાણીઓના અવશેષોનું સંચય કાર્બન ચક્રને ધીમું કરે છે: જમીનમાં રહેતા સેપ્રોફેગસ પ્રાણીઓ અને સેપ્રોફિટિક સુક્ષ્મજીવો તેની સપાટી પર એકઠા થયેલા અવશેષોને હ્યુમસમાં રૂપાંતરિત કરે છે. હ્યુમસ પર સજીવોના પ્રભાવનો દર એકસરખો નથી, અને ફૂગ અને બેક્ટેરિયાની સાંકળો જે કાર્બનના અંતિમ ખનિજીકરણ તરફ દોરી જાય છે તે વિવિધ લંબાઈની હોય છે. એક નિયમ તરીકે, હ્યુમસ ઝડપથી વિઘટિત થાય છે.
કેટલીકવાર સાંકળ ટૂંકી અને અપૂર્ણ હોઈ શકે છે. આ કિસ્સામાં, ગ્રાહકોની સાંકળ હવાના અભાવ અથવા ખૂબ ઊંચી એસિડિટીને કારણે કાર્ય કરવામાં અસમર્થ છે, જેના પરિણામે કાર્બનિક અવશેષો પીટના સ્વરૂપમાં એકઠા થાય છે અને પીટ બોગ્સ બનાવે છે. કેટલાક પીટ બોગ્સમાં સ્ફગ્નમ શેવાળના રસદાર આવરણ સાથે, પીટ સ્તર 20 મીટર અથવા વધુ સુધી પહોંચે છે. આ તે છે જ્યાં ચક્ર અટકે છે. પેટ્રોલિયમના સ્વરૂપમાં અશ્મિભૂત કાર્બનિક સંયોજનોનો સંચય સૂચવે છે કે ભૌગોલિક સમયના ધોરણો પર ચક્ર ધીમો પડી ગયો છે.

કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ચાક, ચૂનાના પત્થર, ડોલોમાઇટ અથવા કોરલના રૂપમાં એકઠું થતાં પાણીમાં પણ કાર્બન ચક્ર ધીમો પડી જાય છે. ઘણીવાર કાર્બનનો આ સમૂહ સમગ્ર ચક્રની બહાર રહે છે ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય સમયગાળાજ્યાં સુધી તેઓ દરિયાની સપાટીથી ઉપર ન વધે ત્યાં સુધી. આ ક્ષણથી, ચૂનાના પત્થરના વિસર્જનના પરિણામે અને અથવા લિકેનના પ્રભાવ હેઠળ, તેમજ ફૂલોના છોડના મૂળ, ચક્રમાં કાર્બન અને કેલ્શિયમનો સમાવેશ શરૂ થાય છે.

નાઈટ્રોજન. નાઇટ્રોજન ચક્ર એકદમ જટિલ છે. તેમાં 78% નાઇટ્રોજન હોય છે, જો કે, મોટાભાગના જીવંત જીવો દ્વારા તેનો ઉપયોગ કરવા માટે, તે ચોક્કસ રાસાયણિક સંયોજનોના સ્વરૂપમાં નિશ્ચિત હોવું આવશ્યક છે. પ્રક્રિયા દરમિયાન નાઇટ્રોજન ફિક્સેશન થાય છે જ્વાળામુખીની પ્રવૃત્તિ, વાતાવરણમાં વીજળીના વિસર્જન દરમિયાન, ઉલ્કાના દહન દરમિયાન. જો કે, સુક્ષ્મસજીવો, બંને મુક્ત-જીવંત અને મૂળ અને કેટલીકવાર કેટલાક છોડના પાંદડા પર રહેતા, નાઇટ્રોજન ફિક્સેશનની પ્રક્રિયામાં અસાધારણ રીતે વધુ મહત્વ ધરાવે છે. મુક્ત-જીવંત બેક્ટેરિયામાંથી, નાઇટ્રોજન એરોબિક સજીવો (એટલે ​​​​કે, ઓક્સિજનની ઍક્સેસ સાથે જીવતા લોકો), તેમજ એનારોબિક સજીવો (એટલે ​​​​કે, ઓક્સિજનની ઍક્સેસ વિના જીવતા) દ્વારા નિશ્ચિત કરવામાં આવે છે. આવા મુક્ત-જીવંત બેક્ટેરિયા દ્વારા નિર્ધારિત નાઇટ્રોજનની માત્રા દર વર્ષે 1 હેક્ટર દીઠ 2 - 3 કિગ્રાથી 5-6 કિગ્રા સુધીની હોય છે. જમીનમાં રહેતા વાદળી-લીલા શેવાળ દેખીતી રીતે નાઇટ્રોજન ફિક્સેશનમાં ચોક્કસ ભૂમિકા ભજવે છે.

મેટાબોલિક ઉત્પાદનો અને છોડ અને પ્રાણીઓના અવશેષો સાથે જમીનમાં પ્રવેશ કરવાથી, કાર્બનિક પદાર્થો ખનિજ પદાર્થોમાં વિઘટિત થાય છે, જ્યારે બેક્ટેરિયા કાર્બનિક પદાર્થોના નાઇટ્રોજનને એમોનિયમ ક્ષારમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

નાઇટ્રોજનની વિશાળ શ્રેણીમાં તેની વેલેન્સી બદલવાની ક્ષમતા વિવિધ કાર્બનિક સંયોજનોના નિર્માણમાં તેની ચોક્કસ ભૂમિકા નક્કી કરે છે.

વિશ્વની સપાટી પર વિશાળ જાણીતું છે. સૌર ઉર્જાથી થતા જળાશયોમાંથી બાષ્પીભવન વાતાવરણમાં ભેજ બનાવે છે. આ ભેજ પવન દ્વારા વહન કરેલા વાદળોમાં ઘટ્ટ થાય છે. જ્યારે વાદળો ઠંડા થાય છે, ત્યારે વરસાદ અને બરફના રૂપમાં વરસાદ પડે છે. વરસાદ જમીન દ્વારા શોષાય છે અથવા તેની સપાટી પર વહે છે. પાણી સમુદ્ર અને મહાસાગરોમાં પાછું આવે છે. છોડ દ્વારા બાષ્પીભવન થતા પાણીની માત્રા સામાન્ય રીતે મોટી હોય છે. જો છોડ માટે પુષ્કળ ભેજ અને પાણી હોય, તો બાષ્પીભવન વધે છે. એક બિર્ચ વૃક્ષ દરરોજ 75 લિટર પાણીનું બાષ્પીભવન કરે છે, બીચ - 100 લિટર, લિન્ડેન - 200 લિટર, અને 1 હેક્ટર જંગલ - 20 થી 50 હજાર લિટર સુધી. એક બિર્ચ જંગલ, 1 હેક્ટર દીઠ પર્ણસમૂહનો સમૂહ ફક્ત 4940 કિગ્રા છે, દરરોજ 47 હજાર લિટર પાણીનું બાષ્પીભવન કરે છે, જ્યારે સ્પ્રુસ જંગલ, 1 હેક્ટર દીઠ સોયનો સમૂહ 31 હજાર કિગ્રા છે. - આળસમાં માત્ર 43 હજાર લિટર બળદ. ઘઉં વિકાસના સમયગાળા દરમિયાન 1 હેક્ટર દીઠ 3750 ટન પાણી વાપરે છે, જે 375 મીમી વરસાદને અનુરૂપ છે.

માત્રાત્મક દ્રષ્ટિએ ઓક્સિજન એ જીવંત પદાર્થોનો મુખ્ય ઘટક છે. જો આપણે પેશીઓમાં પાણીને ધ્યાનમાં લઈએ, તો, ઉદાહરણ તરીકે, માનવ શરીરમાં 62.8% ઓક્સિજન અને 19.4% કાર્બન હોય છે. કાર્બન અને હાઇડ્રોજનની તુલનામાં એકંદરે ઓક્સિજન એ તેનું મુખ્ય તત્વ છે.

ઓક્સિજન ચક્ર એ હકીકત દ્વારા જટિલ છે કે આ તત્વ અસંખ્ય રાસાયણિક સંયોજનો બનાવી શકે છે. પરિણામે, ઘણા મધ્યવર્તી ચક્રો અને વાતાવરણ વચ્ચે અથવા આ બે વાતાવરણ વચ્ચે ઉદ્ભવે છે.

ઓક્સિજન, ચોક્કસ સાંદ્રતાથી શરૂ કરીને, એરોબિક સજીવોમાં પણ કોષો અને પેશીઓ માટે ખૂબ જ ઝેરી છે. ફ્રેન્ચ વૈજ્ઞાનિક લુઈસ પાશ્ચર (1822 - 1895) એ સાબિત કર્યું કે કોઈપણ જીવંત એનારોબિક સજીવ વાતાવરણીય ઓક્સિજન 1% (પાશ્ચર અસર) કરતા વધુ ઓક્સિજન સાંદ્રતાનો સામનો કરી શકતું નથી.

ઓક્સિજન ચક્ર મુખ્યત્વે વાતાવરણ અને જીવંત જીવો વચ્ચે થાય છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન ઓક્સિજનને ગેસ તરીકે ઉત્પન્ન કરવાની અને છોડવાની પ્રક્રિયા શ્વસન દરમિયાન તેનો વપરાશ કરવાની પ્રક્રિયાની વિરુદ્ધ છે. આ કિસ્સામાં, કાર્બનિક પદાર્થોનો વિનાશ અને હાઇડ્રોજન સાથે ઓક્સિજનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા થાય છે. કેટલીક બાબતોમાં, ઓક્સિજન ચક્ર કાર્બન ડાયોક્સાઇડના વિપરીત ચક્ર જેવું લાગે છે: એકની ગતિ દિશામાં થાય છે. વિરોધી ચળવળઅન્ય

સલ્ફર. આ તત્વના ચક્રનો મુખ્ય ભાગ જળકૃત પ્રકૃતિનો છે અને તે જમીન અને પાણીમાં જોવા મળે છે. જીવંત પ્રાણીઓ માટે ઉપલબ્ધ સલ્ફરનો મુખ્ય સ્ત્રોત તમામ પ્રકારના સલ્ફેટ છે. પાણીમાં ઘણા સલ્ફેટ્સની સારી દ્રાવ્યતા ઇકોસિસ્ટમમાં અકાર્બનિક સલ્ફરની પહોંચની સુવિધા આપે છે. સલ્ફેટનું શોષણ કરીને, છોડ તેમને પુનઃસ્થાપિત કરે છે અને સલ્ફર ધરાવતા એમિનો એસિડ ઉત્પન્ન કરે છે.

બાયોસેનોસિસના વિવિધ કાર્બનિક કચરો બેક્ટેરિયા દ્વારા વિઘટિત થાય છે, જે આખરે જમીનમાં રહેલા સલ્ફોપ્રોટીનમાંથી હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે. કેટલાક બેક્ટેરિયા સલ્ફેટમાંથી હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ પણ ઉત્પન્ન કરી શકે છે, જે તેઓ એનારોબિક પરિસ્થિતિઓમાં ઘટાડે છે. આ બેક્ટેરિયા, સલ્ફેટનો ઉપયોગ કરીને, તેમના ચયાપચય માટે જરૂરી ઊર્જા મેળવે છે.

બીજી બાજુ, એવા બેક્ટેરિયા છે જે ફરીથી હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડને સલ્ફેટમાં ઓક્સિડાઇઝ કરી શકે છે, જે ફરીથી ઉત્પાદકોને ઉપલબ્ધ સલ્ફરના પુરવઠામાં વધારો કરે છે. આવા બેક્ટેરિયાને કેમોસિન્થેટિક કહેવામાં આવે છે, કારણ કે તેઓ પ્રકાશની સહભાગિતા વિના, માત્ર સરળ રસાયણોના ઓક્સિડેશન દ્વારા સેલ્યુલર ઊર્જા ઉત્પન્ન કરી શકે છે. તેથી, બાયોસ્ફિયરમાં, કાંપના ખડકોમાં સલ્ફરનો મુખ્ય ભંડાર હોય છે, જે મુખ્યત્વે પાયરાઇટ, તેમજ જીપ્સમ જેવા સલ્ફેટના સ્વરૂપમાં જોવા મળે છે.

ફોસ્ફરસ. ફોસ્ફરસ ચક્ર પ્રમાણમાં સરળ અને ખૂબ જ અપૂર્ણ છે. ફોસ્ફરસ એ જીવંત પદાર્થોના મુખ્ય ઘટકોમાંનું એક છે, જેમાં તે એકદમ મોટી માત્રામાં સમાયેલ છે. જીવંત પ્રાણીઓ માટે ઉપલબ્ધ ફોસ્ફરસ અનામતો સંપૂર્ણપણે લિથોસ્ફિયરમાં કેન્દ્રિત છે. અકાર્બનિક ફોસ્ફરસના મુખ્ય સ્ત્રોતો અગ્નિકૃત ખડકો છે (ઉદાહરણ તરીકે, એપેટાઇટ) અથવા જળકૃત ખડકો (ઉદાહરણ તરીકે, ફોસ્ફોરાઇટ). ખનિજ ફોસ્ફરસ - દુર્લભ તત્વજીવમંડળમાં, પૃથ્વીના પોપડામાં, તે 1% કરતા વધુ નથી, જે અસંખ્ય ઇકોસિસ્ટમ્સની ઉત્પાદકતાને મર્યાદિત કરતું મુખ્ય પરિબળ છે. પૃથ્વીના પોપડાના ખડકોમાંથી અકાર્બનિક ફોસ્ફરસ લીચિંગ અને વિસર્જન દ્વારા પરિભ્રમણમાં સામેલ છે. ખંડીય પાણી. તે પાર્થિવ ઇકોસિસ્ટમમાં પ્રવેશે છે, છોડ દ્વારા શોષાય છે, જે તેની ભાગીદારી સાથે, વિવિધ કાર્બનિક સંયોજનોનું સંશ્લેષણ કરે છે, અને આ રીતે ટ્રોફિક સંબંધોમાં સમાવિષ્ટ થાય છે. પછી કાર્બનિક ફોસ્ફેટ્સ, મૃતદેહો, કચરો અને જીવંત પ્રાણીઓના સ્ત્રાવ સાથે, જમીન પર પાછા ફરે છે, જ્યાં તેઓ ફરીથી સુક્ષ્મસજીવોના સંપર્કમાં આવે છે અને ખનિજ ઓર્થોફોસ્ફેટ્સમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જે લીલા છોડ અને અન્ય ઓટોટ્રોફ્સ દ્વારા વપરાશ માટે તૈયાર છે (ગ્રીક ઓટો - પોતે જ અને ટ્રોફ - ખોરાક, પોષણ).

ફોસ્ફરસ જળચર ઇકોસિસ્ટમમાં લાવવામાં આવે છે વહેતા પાણી. નદીઓ સતત મહાસાગરોને ફોસ્ફેટ્સથી સમૃદ્ધ બનાવે છે, જે તાજા પાણી અથવા દરિયાઈ પાણીની ખાદ્ય શૃંખલાના વિવિધ સ્તરો પર સ્થિત ફાયટોપ્લાંકટોન અને જીવંત જીવોના વિકાસને પ્રોત્સાહન આપે છે. લેન્ડસ્કેપમાં કોઈપણ રાસાયણિક તત્વના ઇતિહાસમાં અસંખ્ય ચક્રોનો સમાવેશ થાય છે, જે સ્કેલ અને અવધિમાં બદલાય છે. વિરોધી પ્રક્રિયાઓ - બાયોજેનિક સંચય અને ખનિજીકરણ - અણુઓનું એક જૈવિક ચક્ર બનાવે છે.

ટુંડ્ર લેન્ડસ્કેપ્સ ટૂંકા ઉનાળાના સમયગાળા સાથે ઠંડી સ્થિતિમાં રચાય છે અને તેથી તે બિનઉત્પાદક છે. ટુંડ્રની ઘણી વિશેષતાઓનું મૂળ કારણ નીચી જમીન છે. "જીવનના તરંગો" પણ ગરમીની ઉણપ સાથે સંકળાયેલા છે: વધુ સાથે વર્ષોમાં ગરમ ઉનાળોજીવંત પદાર્થોનું ઉત્પાદન વધે છે. કેટલાક છોડ ટુંડ્રમાં માત્ર અનુકૂળ વર્ષોમાં ખીલે છે (ઉદાહરણ તરીકે, આર્ક્ટિક ટુંડ્રમાં ફાયરવીડ). ટુંડ્રમાં છોડ ધીમે ધીમે વધે છે. લિકેન દર વર્ષે 1 - 10 મીમી વધે છે; 83 મીમીના ટ્રંક વ્યાસવાળા જ્યુનિપરમાં 544 વાર્ષિક રિંગ્સ હોઈ શકે છે. તે માત્ર પ્રભાવ નથી નીચા તાપમાન, પણ ગેરહાજરી પર્યાપ્ત જથ્થોપોષક તત્વો.

ઘણા ટુંડ્રમાં, શેવાળ અને લિકેન મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. એવા લેન્ડસ્કેપ્સ છે જેમાં તેઓ વર્ચસ્વ ધરાવે છે.

ટુંડ્રમાં, છોડનો બાયોમાસ 170.3 u/ha છે, જેમાંથી 72% ભૂગર્ભ ભાગમાં છે. બાયોમાસમાં વાર્ષિક વધારો 23.5 c/ha છે, અને વાર્ષિક કચરા 21.9 c/ha છે. આમ, સાચો વધારો તફાવત સમાનવૃદ્ધિ અને કચરા વચ્ચે, ખૂબ જ નાનું - 1.6 c/ha (ઉત્તરી તાઈગામાં - 10 c/ha, દક્ષિણ તાઈગામાં - 30 c/ha, ભેજવાળા ઉષ્ણકટિબંધમાં - 75 c/ha).

નીચા તાપમાનને લીધે, ટુંડ્રમાં સજીવોના અવશેષોનું વિઘટન ધીમી હોય છે. આ સપાટી પર અને જમીનમાં કાર્બનિક પદાર્થોના સંચય તરફ દોરી જાય છે.

રશિયામાં વ્યાપક-પાંદડાવાળા જંગલો યુરોપીયન ભાગમાં વિતરિત કરવામાં આવે છે, પર. આ બધા ભેજવાળી સમશીતોષ્ણ-ગરમ આબોહવાના પ્રદેશો છે. ભેજવાળા ઉષ્ણકટિબંધીય વિસ્તારો (3000-5000 c/ha) કરતા અહીંનો બાયોમાસ બહુ ઓછો નથી, પરંતુ વાર્ષિક ઉત્પાદન અને લીલો એસિમિલેટિંગ માસ અનેક ગણો ઓછો છે. ઉત્પાદનોની રેન્જ 80 થી 150 c/ha (ભેજ ઉષ્ણકટિબંધમાં - 300 - 500 c/ha), ઓકના જંગલોમાં લીલો એસિમિલેટિંગ માસ બાયોમાસનો 1% બનાવે છે અને 40 c/ha (8% અને 400 c/ha) સુધી પહોંચે છે. ભેજવાળા ઉષ્ણકટિબંધમાં).

પહોળા પાંદડાવાળા વૃક્ષો પ્રમાણમાં રાખથી સમૃદ્ધ છે, ખાસ કરીને પાંદડા (5% સુધી). પાંદડાઓની રાખમાં પુષ્કળ Ca હોય છે - શુષ્ક પદાર્થ દીઠ 20% અથવા 0.6 - 3.8% સુધી, ઓછા K (0.15 - 2.0%) અને Si (0.4 - 2.8%), તેનાથી પણ ઓછા Mg, A1, P, તેમજ Fe, Mn, Na, C1.

તાઈગામાં, બાયોમાસ ભેજવાળા ઉષ્ણકટિબંધીય અને પાનખર જંગલો કરતાં વધુ હલકી ગુણવત્તાવાળા નથી. દક્ષિણ તાઈગામાં બાયોમાસ 3000 c/ha કરતાં વધી જાય છે અને માત્ર ઉત્તરીય તાઈગામાં તે ઘટીને 500 - 1500 c/ha થઈ જાય છે. તાઈગામાં ઝૂમાસ નગણ્ય છે (દક્ષિણ તાઈગામાં - બાયોમાસના 0.01%).

60% થી વધુ બાયોમાસ લાકડા દ્વારા રજૂ થાય છે, જેમાં ફાઇબર (લગભગ 50%), લિગ્નીન (20 - 30%), હેમિસેલ્યુલોઝ (10% થી વધુ) હોય છે.

દક્ષિણ તાઈગામાં વાર્ષિક ઉત્પાદન લગભગ પહોળા પાંદડાવાળા જંગલોમાં જેટલું જ છે (85 c/ha વિરુદ્ધ ઓકના જંગલોમાં 90 c/ha), ઉત્તરીય તાઈગામાં તે ઘણું ઓછું છે (40 - 60 c/ha). દક્ષિણ તાઈગામાં છોડનો કચરો ઓકના જંગલો કરતા ઓછો છે અને તે 55 c/ha (ઓકના જંગલોમાં 65 c/ha) જેટલો છે; ઉત્તરીય તાઈગામાં તે તેનાથી પણ ઓછું છે - 35 c/ha.

ભેજયુક્ત ઉષ્ણકટિબંધીય વિષુવવૃત્તીય, દક્ષિણ અને દક્ષિણ-મધ્ય પ્રદેશોમાં મોટા વિસ્તારો પર કબજો કરે છે. ભૂતકાળના ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય યુગમાં (ડેવોનિયનના અંતથી) તેઓ વધુ વ્યાપક હતા. ગરમીની વિપુલતા અહીં વરસાદની વિપુલતા સાથે જોડાયેલી છે; ગરમી અને ભેજ અણુઓના એક જૈવિક ચક્રને મર્યાદિત કરતા નથી. અણુઓ સમગ્ર વર્ષ દરમિયાન સમાન તીવ્રતા સાથે થાય છે, સ્થળાંતરની સામયિકતા નબળી રીતે વ્યક્ત કરવામાં આવે છે.
ઉષ્ણતા અને ભેજની વિપુલતા ભેજવાળા ઉષ્ણકટિબંધમાં જીવંત પદાર્થોના મોટા વાર્ષિક ઉત્પાદનને નિર્ધારિત કરે છે. અહીં ઉત્પાદનનું પ્રમાણ પાનખર જંગલો અને તાઈગા કરતાં 2 - 3 ગણું વધારે છે અને 300 - 500 c/ha સુધી પહોંચે છે. બાયોમાસ અને ઉત્પાદનોના ગુણોત્તર અનુસાર, જમીનની ઉપર અને ભૂગર્ભ, લીલો અને બિન-લીલો બાયોમાસ અને અન્ય ઘણા સૂચકાંકો ભેજયુક્ત ઉષ્ણકટિબંધીયઅન્ય ભીના વન લેન્ડસ્કેપ્સથી પણ નોંધપાત્ર રીતે અલગ નથી. જો કે, બાયોમાસમાં પોટેશિયમની માત્રાના સંદર્ભમાં, ભેજવાળા ઉષ્ણકટિબંધીય વિસ્તારો પાનખર જંગલોથી અલગ છે. ભેજવાળા ઉષ્ણકટિબંધમાં પ્રાણીઓનો બાયોમાસ બાયોમાસના લગભગ 1% (45 c/ha) છે. આ મુખ્યત્વે ઉધઈ, કીડીઓ અને અન્ય નીચલા પ્રાણીઓ છે. આ સૂચક મુજબ, ભેજવાળી ઉષ્ણકટિબંધીય તાઈગાથી ખૂબ જ અલગ છે, જેમાં માત્ર 3.6 c/ha ઝૂમાસ (બાયોમાસના 0.01%) એકઠા થાય છે. કાર્બનિક પદાર્થોના વિશાળ સમૂહનું વિઘટન પાણીને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને કાર્બનિક એસિડથી સંતૃપ્ત કરે છે. જૈવિક ચક્ર દરમિયાન પાણીમાં પ્રવેશતા મુખ્ય તત્વો Si અને Ca, K. Mg, Al, Fe, Mn, S છે. ઉષ્ણકટિબંધીય વૃક્ષોના પાંદડાઓમાં Siનું પ્રમાણ વધુ હોય છે. જૈવિક ચક્ર દરમિયાન, વરસાદી પાણી પાંદડામાંથી મોટી માત્રામાં N, P, K, Ca, Mg, Na, CI, S અને અન્ય તત્વોને ધોઈ નાખે છે.

મેદાન અને રણ ઘણી મિલકતોમાં સમાન છે. મેદાનમાં બાયોમાસ એ વન લેન્ડસ્કેપ્સ કરતા ઓછા તીવ્રતાનો ક્રમ છે - 100 થી 350 c/ha. તેમાંથી મોટાભાગના, જંગલોથી વિપરીત, મૂળમાં કેન્દ્રિત છે (70 - 90%). મેદાનમાં પ્રાણીઓનું બાયોમાસ લગભગ 6% છે. વાર્ષિક ઉત્પાદન 13 - 50 c/ha છે, એટલે કે બાયોમાસના 30 - 50%.

દર વર્ષે, સેંકડો કિલોગ્રામ પાણીમાં દ્રાવ્ય પદાર્થો (પ્રતિ 1 હેક્ટર) મેદાનમાં અણુઓના જૈવિક ચક્રમાં સામેલ થાય છે, એટલે કે તાઈગા (મેડોવ સ્ટેપસ - 700 કિગ્રા/હે; દક્ષિણ તાઈગા - 155 કિગ્રા/હે) કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ ha). ઘાસના મેદાનોમાં, વાર્ષિક 700 કિગ્રા/હેક્ટર પાણીમાં દ્રાવ્ય પદાર્થો કચરા સાથે પરત કરવામાં આવે છે, અને સૂકા પદાર્થોમાં - 150 કિગ્રા/હે (દક્ષિણ તાઈગાના સ્પ્રુસ જંગલોમાં - 120 કિગ્રા/હેક્ટર). કચરામાં, પાયા એક મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે, કાર્બનિક એસિડને સંપૂર્ણપણે તટસ્થ કરે છે.

વન લેન્ડસ્કેપ્સથી વિપરીત, મેદાનની જમીન બાયોમાસ કરતાં 20 - 30 ગણી વધુ કાર્બનિક પદાર્થો એકઠા કરે છે (ઘાના મેદાનમાં - 8000 c/ha સુધી હ્યુમસ; સૂકા મેદાનમાં - 1000 - 1500 c/ha). મેદાન અને રણ માટે, સૌથી લાક્ષણિક તત્વો Ca, Na અને Mg છે, જે પાણી, જમીન અને હવામાન ઉત્પાદનોમાં ખારાશ દરમિયાન એકઠા થાય છે.

તેમની ખનિજ રચનાના આધારે, બધા મેદાનના ઘાસને ત્રણ જૂથોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે: ઉચ્ચ સી સામગ્રી અને ઓછી એન સામગ્રીવાળા ઘાસ; K, Ca અને N ના નોંધપાત્ર સંચય સાથેના કઠોળ; ફોરબ્સ મધ્યવર્તી સ્થાન ધરાવે છે.

પદાર્થોનું જૈવિક ચક્ર - રાસાયણિક તત્વોનું સતત, સતત પરિભ્રમણ, જે કારણે થાય છે સૌર કિરણોત્સર્ગઅને ખોરાકની સાંકળો દ્વારા સંયુક્ત સજીવોના સંગ્રહ દ્વારા જાળવવામાં આવે છે.

(I.G.Pidoplichko K.M., Sitnik, 1974 દ્વારા સંપાદિત જૈવિક લેખક અનુસાર).

પદાર્થોના જૈવિક ચક્રમાં હવા, માટી, પાણીમાં રહેલા તત્વોમાંથી કાર્બનિક પદાર્થોની રચના અને આ પદાર્થોના અનુગામી વિઘટનની પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે, જેના પરિણામે તત્વો ખનિજ સ્વરૂપમાં પસાર થાય છે.

પદાર્થોનું જૈવિક ચક્ર બાહ્ય અને જરૂરી તત્વો પ્રદાન કરે છે આંતરિક વાતાવરણજીવંત જીવો અને તેની સ્થિરતા જાળવી રાખે છે. આ, સૌ પ્રથમ, કાર્બન, ઓક્સિજન, નાઇટ્રોજન, ફોસ્ફરસ, વગેરેનું ચક્ર છે.

પદાર્થોનું ચક્ર એ વાતાવરણ, હાઇડ્રોસ્ફિયર અને લિથોસ્ફિયર સહિતની પ્રક્રિયાઓમાં પદાર્થોની પુનરાવર્તિત ભાગીદારી છે. તે સ્તરોમાં જે ગ્રહના બાયોસ્ફિયરનો ભાગ છે. ખાસ મહત્વ એ બાયોફિલિક તત્વોનું પરિભ્રમણ છે - નાઇટ્રોજન, ફોસ્ફરસ, સલ્ફર. (રીમર્સ N.F.D., 1990 પછી).

જૈવિક ચક્ર એ એક સતત, ચક્રીય ઘટના છે, પરંતુ સમય અને અવકાશમાં અસમાન છે અને તેની સાથે બાયોજીઓસેનોસિસથી બાયોસ્ફિયર (એન.એફ. રીમર્સ) સુધી સંસ્થાના વિવિધ વંશવેલો સ્તરોની ઇકોસિસ્ટમમાં દ્રવ્ય, ઊર્જા અને માહિતીના કુદરતી પુનઃવિતરણના વધુ કે ઓછા નોંધપાત્ર નુકસાન સાથે છે. , 1990). બાયોજીઓસેનોસિસની અંદર પદાર્થોનું સંપૂર્ણ પરિભ્રમણ થતું નથી કારણ કે કેટલાક પદાર્થો હંમેશા તેની સીમાઓથી આગળ વધે છે.

જૈવિક વિનિમયનું વર્તુળ વિશાળ (બાયોસ્ફિયરિક) છે - પદાર્થ, ઊર્જા અને માહિતીના કુદરતી ચક્રીય પુનઃવિતરણની એક અવિરામ, ગ્રહ પ્રક્રિયા, સમય અને અવકાશમાં અસમાન, વારંવાર (ઊર્જાના દિશાવિહીન પ્રવાહ સિવાય) પ્રવેશ કરે છે. બાયોસ્ફિયરની સતત નવીકરણ કરાયેલ ઇકોલોજીકલ સિસ્ટમ્સ (રીમર્સ એન.એફ., 1990).

અને અહીં મુખ્ય પરિમાણ પર્યાવરણીય કાર્યક્ષમતા ગુણાંક છે. સજીવોના બાયોમાસના ગુણોત્તરમાં તેઓ જે કાર્બનિક પદાર્થોનો વપરાશ કરે છે તેને કેટલીકવાર પર્યાવરણીય કાર્યક્ષમતા ગુણાંક કહેવામાં આવે છે. આ ગુણાંક, એક નિયમ તરીકે, 10-20 થી વધુ નથી.

જીવંત જીવના એકમ વજન દીઠ ચયાપચયની પ્રક્રિયાઓની તીવ્રતા (ચયાપચય) સામાન્ય રીતે વધુ હોય છે, જીવતંત્ર નાનું હોય છે. આ પેટર્નનું કારણ સજીવોની સપાટી દ્વારા વાયુઓના પ્રસારના દર પર મેટાબોલિક પ્રક્રિયાની નોંધપાત્ર અવલંબન છે, જે તેમના બાયોમાસના એકમ દીઠ વધે છે કારણ કે તેમનું કદ ઘટે છે.

V.A. કોવડા (1969) = 3.10 (12) ના અંદાજ મુજબ પૃથ્વી માટે બાયોમાસનું કુલ મૂલ્ય, અને આ મૂલ્યનો 95% છોડ અને 5% પ્રાણીઓ સાથે સંબંધિત છે. આ બધામાંથી, જથ્થાબંધ ખંડોના જંગલો પર પડે છે.

ધારીએ છીએ કે ખંડો પર છોડની કુલ ઉત્પાદકતા 140.10 (9) ટન છે, અમે નિષ્કર્ષ પર આવીએ છીએ કે ખંડો પર કાર્બનિક પદાર્થોના પરિભ્રમણના એક ચક્રનો સમય લગભગ 20 વર્ષ છે (આ કદાચ જંગલોને લાગુ પડે છે). નાનું છે, મહાસાગરો માટે પણ ઓછું છે - ફાયટોપ્લાંકટોન માટે ઘણા દિવસો સુધી). પ્રાણીઓના કાર્બનિક પદાર્થોના પરિભ્રમણના એક ચક્રની અવધિ ઘણા વર્ષો છે (પ્રાણીઓનું કુલ બાયોમાસ લગભગ 10 (11) ટન છે અને તેઓ છોડની કુલ ઉત્પાદકતાના 10% શોષી લે છે - તેથી આ ગણતરી). હક્સલી (1962) ના ડેટા અનુસાર, આફ્રિકન સવાનામાં મોટા જંગલી પ્રાણીઓનું બાયોમાસ 15-25 t/km2 સુધી પહોંચી શકે છે, સમશીતોષ્ણ જંગલોમાં - 1 t/km2, ટુંડ્રમાં - 0.8 t/km2 .sq.m., અર્ધ-રણમાં - 0.35t/km.sq.m.

લોકોના જૈવિક સમૂહનું મૂલ્યાંકન અને તેમના આહાર દરમિયાન વપરાશમાં લેવાયેલી ઊર્જાની ગણતરી વધુ સચોટ રીતે કરવામાં આવે છે.

હવે (4 બિલિયનથી વધુ લોકો સાથે, લોકોનું બાયોમાસ લગભગ 0.2.10^19 ટન છે. (અને હવે તે પહેલેથી જ 5 બિલિયનથી વધુ છે). વ્યક્તિ દરરોજ 2.5.10^3 kcal ઊર્જા વાપરે છે, પછી કુલ લોકોનો ઊર્જા વપરાશ 1.8.10 ^15kcal/વર્ષ છે આ મૂલ્ય લગભગ કૃષિ ઉત્પાદનની આધુનિક ઉત્પાદકતાને અનુરૂપ છે, એટલે કે આધુનિક યુગમાં, વ્યક્તિ લગભગ 0.2% વાપરે છે! પ્રાથમિક ઉત્પાદનકાર્બનિક વિશ્વ. કેટલાંક હજાર વર્ષ પહેલાં આ આંકડો 0.01%થી નીચે હતો, અને વધતો રહેશે.

ઉત્પાદનોનો વપરાશ કરીને, વ્યક્તિ તકનીકી ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે, જે આપણા ગ્રહ માટે ગરમીનો આ નવો સ્ત્રોત છે.

ઓટોટ્રોફિક છોડ દ્વારા વાતાવરણ અને હાઇડ્રોસ્ફિયરમાંથી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, જેને ઘણીવાર કાર્બન ડાયોક્સાઇડ કહેવામાં આવે છે, કાર્બન ડાયોક્સાઇડના શોષણ પર આધારિત હોવાથી, કાર્બનિક પદાર્થો બનાવવાની પ્રક્રિયા, વૈશ્વિક જૈવિક ચક્રમાં તેનું પ્રથમ વિશ્લેષણ કરવું આવશ્યક છે. વાતાવરણમાં તેમાંથી લગભગ 2.3.10^12 છે, એટલે કે. તમામ વાતાવરણીય હવાના 0.032% (વોલ્યુમ %). હાઇડ્રોસ્ફિયરમાં 130.10^12 ટન કરતાં વધુ છે. તે વિવિધ ભૌગોલિક વિસ્તારોમાં અને ઊંચાઈ સાથે થોડો બદલાય છે. કારણ તાપમાનથી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સામગ્રીની સ્વતંત્રતા છે. કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ચક્રના મુખ્ય ઘટકો જૈવિક પ્રક્રિયાઓ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અને થોડાક ભૂસ્તરશાસ્ત્ર દ્વારા. પ્રતિ વર્ષ પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે વપરાશ 3.10^17 છે (આ કાર્બોનેટ છે). વાતાવરણમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડના નવીકરણનો સરેરાશ સમય લગભગ 10 વર્ષ હતો.

હવે ચાલો બાયોસ્ફિયરમાં વ્યક્તિગત ચક્રને ધ્યાનમાં લઈએ. પાયાની ચાલક બળપૃથ્વી પરના પદાર્થોનું ચક્ર જીવંત પદાર્થ છે. તે જીવંત પદાર્થ છે, અથવા તેના બદલે ચક્રની સિસ્ટમ દ્વારા તેની પ્રવૃત્તિ છે, જે પૃથ્વીના જીવમંડળના પ્રગતિશીલ વિકાસને સુનિશ્ચિત કરે છે. પદાર્થ અને ઊર્જાનું ચક્ર બે વિરોધી પ્રક્રિયાઓ પર આધારિત છે - સર્જન અને વિનાશ. પ્રથમ જીવંત પદાર્થોની રચના અને ઊર્જાના સંચયને સુનિશ્ચિત કરે છે, બીજું જટિલ કાર્બનિક સંયોજનોના વિનાશ અને સરળ ખનિજોમાં તેમના રૂપાંતરને સુનિશ્ચિત કરે છે: કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, પાણી, વિવિધ ક્ષાર, વગેરે. બાયોસ્ફિયર સતત ચક્રને કારણે અસ્તિત્વ ધરાવે છે (આભાર). આપણે અગાઉ નોંધ્યું છે કે જૈવિક ચક્રના અસ્તિત્વ માટેનો ઉર્જાનો આધાર પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન (આ પ્રક્રિયા જૈવિક ચક્રની ચડતી શાખાને ઉર્જાપૂર્વક રજૂ કરે છે) મોટી રકમઊર્જા (સૌર) કાર્બનિક પદાર્થોની સંભવિત રાસાયણિક ઊર્જા (રાસાયણિક) માં રૂપાંતરિત. ઉતરતી શાખા (ઊર્જાપૂર્વક કહીએ તો) અન્ય તમામ છે જીવન પ્રક્રિયાઓ, જેમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ અને સંગ્રહિત ઉર્જાનો ઉપયોગ દરમિયાન સર્જાયેલા જૈવિક સંયોજનોનું પરિવર્તન થાય છે. આ પ્રક્રિયાઓ કાર્બનિક પદાર્થોના ઓક્સિડેશન અને ખનિજીકરણ, અધોગતિ અને આ પદાર્થોના રાસાયણિક બોન્ડમાં સંગ્રહિત ઊર્જાના ગરમીમાં રૂપાંતર સાથે સમાપ્ત થાય છે.