Siklus unsur kimia dalam rumus alam. Biosfer: keanekaragaman hayati

Perkenalan

1 Siklus unsur kimia terpenting di alam

1.1 Siklus air.

1.2. Siklus karbon.

1.3. Siklus nitrogen

1.4. Siklus belerang.

1.5. Siklus fosfor

3 Peran ekologis dari faktor abiotik utama

3.1. Radiasi matahari

3.2. Suhu.

3.3.Kelembaban.

3.4. Rezim udara-gas

4 Hukum dasar kerja faktor abiotik

4.1. Konsep optimal

4.2. Konsep toleransi

4.3. Hukum Liebig, atau "hukum minimum", atau hukum faktor pembatas

4.5. Aturan awal V.V. Alekhina

4.6. Prinsip kesetiaan stasioner G.Ya. Bey-Bienko

4.7. Aturan perubahan zona tingkatan M.S. Gilyarov

5 Signifikansi ekologis faktor abiotik

6 Adaptasi makhluk hidup terhadap kondisi lingkungan.

7 Faktor biotik dan uraiannya.

8 Biosfer

8.1. Biosfer: fungsi makhluk hidup.

8.3. Biosfer: layar pelindung

9. Kelestarian lingkungan alam (ekosistem) di Rusia.

Kesimpulan.

Referensi

Lampiran 1

Pentingnya nitrogen bagi organisme hidup terutama ditentukan oleh kandungannya dalam protein dan asam nukleat. Nitrogen, seperti karbon, merupakan bagian dari senyawa organik; siklus unsur-unsur ini terkait erat. Sumber utama nitrogen adalah udara atmosfer. Melalui fiksasi oleh organisme hidup, nitrogen berpindah dari udara ke dalam tanah dan air. Setiap tahun, tanaman biru-hijau mengikat sekitar 25 kg/ha nitrogen. Secara efektif memperbaiki nitrogen dan bakteri bintil.

Tumbuhan menyerap senyawa nitrogen dari tanah dan mensintesis bahan organik. Bahan organik menyebar melalui rantai makanan hingga ke pengurai yang menguraikan protein dengan pelepasan amonia, yang selanjutnya diubah oleh bakteri lain menjadi nitrit dan nitrat. Sirkulasi nitrogen serupa terjadi antara organisme benthos dan plankton. Bakteri denitrifikasi mereduksi nitrogen menjadi molekul bebas yang dikembalikan ke atmosfer. Sejumlah kecil nitrogen difiksasi dalam bentuk oksida melalui pelepasan petir dan memasuki tanah bersama dengan curah hujan, dan juga berasal dari aktivitas gunung berapi, mengkompensasi hilangnya sedimen laut dalam. Nitrogen juga masuk ke dalam tanah dalam bentuk pupuk setelah fiksasi industri dari udara atmosfer.

Siklus nitrogen merupakan siklus yang lebih tertutup dibandingkan siklus karbon. Hanya sebagian kecil saja yang tersapu oleh sungai atau masuk ke atmosfer sehingga meninggalkan batas-batas ekosistem.

1.4. Siklus belerang.

Belerang adalah bagian dari sejumlah asam amino dan protein. Senyawa belerang memasuki siklus terutama dalam bentuk sulfida dari hasil pelapukan batuan darat dan dasar laut. Sejumlah mikroorganisme (misalnya bakteri kemosintetik) mampu mengubah sulfida menjadi bentuk yang dapat diakses oleh tanaman - sulfat. Tumbuhan dan hewan mati, mineralisasi sisa-sisanya oleh pengurai mengembalikan senyawa belerang ke dalam tanah. Jadi, bakteri belerang mengoksidasi hidrogen sulfida yang terbentuk selama penguraian protein menjadi sulfat. Sulfat membantu mengubah senyawa fosfor yang sedikit larut menjadi senyawa yang larut. Jumlah senyawa mineral yang tersedia bagi tanaman meningkat, dan kondisi nutrisinya membaik.

Sumber daya mineral yang mengandung belerang sangat besar, dan kelebihan unsur ini di atmosfer, yang menyebabkan hujan asam dan mengganggu proses fotosintesis di dekat perusahaan industri, sudah mengkhawatirkan para ilmuwan. Jumlah belerang di atmosfer meningkat secara signifikan ketika bahan bakar alami dibakar.

1.5. Siklus fosfor.

Unsur ini ditemukan di sejumlah molekul penting. Siklusnya dimulai dengan pencucian senyawa yang mengandung fosfor dari batuan dan masuknya ke dalam tanah. Sebagian fosfor terbawa ke sungai dan laut, sebagian lagi diserap oleh tumbuhan. Siklus fosfor biogenik terjadi menurut skema umum: pengurai®konsumen®produsen

Fosfor dalam jumlah besar diterapkan ke ladang dengan pupuk. Sekitar 60 ribu ton fosfor dikembalikan ke daratan setiap tahunnya melalui perikanan. Dalam makanan protein manusia, ikan menyumbang 20% ​​hingga 80%; beberapa jenis ikan bernilai rendah diolah menjadi pupuk yang kaya akan unsur bermanfaat, termasuk fosfor.

Produksi tahunan batuan yang mengandung fosfor adalah 1-2 juta ton. Sumber daya batuan yang mengandung fosfor masih besar, namun di masa depan umat manusia mungkin harus menyelesaikan masalah mengembalikan fosfor ke siklus biogenik.

Organisme dalam suatu ekosistem dihubungkan oleh kesamaan energi dan nutrisi, dan kedua konsep ini perlu dibedakan dengan jelas. Keseluruhan ekosistem dapat diibaratkan sebagai sebuah mekanisme tunggal yang mengonsumsi energi dan nutrisi untuk melakukan kerja. Nutrisi awalnya berasal dari komponen abiotik sistem, yang pada akhirnya dikembalikan sebagai produk limbah atau setelah kematian dan kehancuran organisme. Dengan demikian, siklus nutrisi yang konstan terjadi dalam ekosistem, yang melibatkan komponen hidup dan tak hidup. Siklus seperti ini disebut siklus biogeokimia.

Pada kedalaman puluhan kilometer, batuan dan mineral terkena tekanan dan suhu tinggi. Akibatnya terjadi metamorfisme (perubahan) pada struktur, mineral, dan terkadang komposisi kimianya, yang berujung pada terbentuknya batuan metamorf.

Saat batuan metamorf turun lebih jauh ke dalam bumi, mereka dapat meleleh dan membentuk magma. Energi internal bumi (yaitu kekuatan endogen) mengangkat magma ke permukaan. Dengan batuan cair, mis. magma, unsur-unsur kimia terbawa ke permukaan bumi pada saat terjadi letusan gunung berapi dan memadat di ketebalan kerak bumi dalam bentuk intrusi. Proses pembentukan gunung membawa batuan dan mineral dalam ke permukaan bumi. Di sini batuan terkena sinar matahari, air, hewan dan tumbuhan, mis. dihancurkan, diangkut dan diendapkan sebagai sedimen di lokasi baru. Akibatnya terbentuklah batuan sedimen. Mereka terakumulasi di zona kerak bumi yang bergerak dan, ketika ditekuk, kembali tenggelam ke kedalaman yang sangat dalam (lebih dari 10 km).

Proses metamorfisme, transportasi, kristalisasi dimulai kembali, dan unsur-unsur kimia kembali ke permukaan bumi. “Jalur” unsur-unsur kimia ini disebut siklus geologi besar. Siklus geologi tidak tertutup, karena Beberapa unsur kimia keluar dari siklus: dibawa ke luar angkasa, diikat oleh ikatan kuat di permukaan bumi, dan ada pula yang datang dari luar, dari luar angkasa, bersama meteorit.

Siklus geologi adalah perjalanan global unsur-unsur kimia di dalam planet ini. Mereka melakukan perjalanan lebih singkat di Bumi dalam bagian masing-masingnya. Penggagas utamanya adalah materi hidup. Organisme secara intensif menyerap unsur-unsur kimia dari tanah, udara dan air. Tapi pada saat yang sama mereka mengembalikannya. Unsur-unsur kimia tersapu dari tanaman oleh air hujan, dilepaskan ke atmosfer melalui respirasi, dan disimpan di dalam tanah setelah kematian organisme. Unsur-unsur kimia yang kembali lagi dan lagi terlibat dalam “perjalanan” materi hidup. Semuanya membentuk siklus biologis, atau kecil, unsur-unsur kimia. Dia juga tidak tertutup.

Beberapa elemen “penjelajah” terbawa melampaui batasnya dengan air permukaan dan air tanah, sementara beberapa lainnya “dimatikan” dari siklus untuk periode waktu yang berbeda dan tertahan di pepohonan, tanah, dan gambut.

Rute lain dari unsur-unsur kimia mengalir dari atas ke bawah dari puncak dan daerah aliran sungai ke lembah dan dasar sungai, cekungan, cekungan. Unsur-unsur kimia memasuki daerah aliran sungai hanya melalui curah hujan, dan terbawa bersama air dan di bawah pengaruh gravitasi. Konsumsi zat ini melebihi pasokan, sebagaimana dibuktikan dengan nama lanskap daerah aliran sungai eluvial.

Di lereng, kehidupan unsur-unsur kimia berubah. Kecepatan gerakan mereka meningkat tajam, dan mereka “menyetir” lereng, seperti penumpang yang duduk dengan nyaman di kompartemen kereta. Lanskap lereng disebut lanskap transit.

Unsur-unsur kimia dapat “beristirahat” dari jalan hanya di lanskap akumulatif yang terletak di cekungan relief. Mereka sering tinggal di tempat-tempat ini, menciptakan kondisi nutrisi yang baik untuk tumbuh-tumbuhan. Dalam beberapa kasus, vegetasi harus menghadapi kelebihan unsur kimia.

Bertahun-tahun yang lalu, manusia melakukan intervensi dalam distribusi unsur-unsur kimia. Sejak awal abad kedua puluh, aktivitas manusia telah menjadi cara utama perjalanan mereka. Selama penambangan, sejumlah besar zat dikeluarkan dari kerak bumi. Pengolahan industrinya disertai dengan pelepasan unsur kimia bersama limbah produksi ke atmosfer, air, dan tanah. Ini mencemari habitat organisme hidup. Daerah baru dengan konsentrasi unsur kimia yang tinggi dan anomali geokimia buatan manusia muncul di bumi. Mereka umum terjadi di sekitar tambang logam non-besi (tembaga, timah). Daerah ini terkadang menyerupai lanskap bulan karena praktis tidak ada kehidupan karena tingginya kandungan unsur berbahaya di tanah dan air. Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi tidak dapat dihentikan, namun masyarakat harus ingat bahwa terdapat ambang batas pencemaran lingkungan alam yang tidak dapat dilewati, di luar itu penyakit manusia dan bahkan kepunahan peradaban tidak dapat dihindari.

Dengan menciptakan “tempat pembuangan sampah” biogeokimia, alam mungkin ingin memperingatkan manusia terhadap aktivitas yang tidak bermoral dan tidak bijaksana, untuk menunjukkan kepada mereka dengan contoh yang jelas apa akibat dari pelanggaran distribusi unsur-unsur kimia di kerak bumi dan di permukaannya.

Kemungkinan kehidupan kita dan kondisinya bergantung pada sumber daya alam. Sumber daya hayati dan khususnya pangan berfungsi sebagai bahan dasar kehidupan. Sumber daya mineral dan energi, jika dimasukkan dalam produksi, akan menjadi dasar bagi standar hidup yang stabil.

Dengan mengkonsumsi sumber daya alam secara intensif, seseorang perlu menjaga keseimbangan alam. Keseimbangan sumber daya dalam siklus zat menentukan stabilitas biosfer.

2 Faktor lingkungan dan uraiannya.

2.1. Habitat dan klasifikasi faktor lingkungan.

Di bawah habitat memahami totalitas kondisi dan fenomena alam eksternal di mana organisme hidup terbenam, dan yang selalu berinteraksi dengan organisme tersebut.

Dalam bioekologi kita biasanya berbicara tentang lingkungan alam yang belum diubah oleh manusia. Dalam ekologi terapan (sosial) kita berbicara tentang lingkungan, yang dengan satu atau lain cara dimediasi oleh manusia.

Unsur-unsur individu dari lingkungan yang direspon organisme dengan reaksi adaptif (adaptasi) disebut faktor lingkungan atau faktor lingkungan. Di antara faktor lingkungan, biasanya dibedakan tiga kelompok faktor: abiotik, biotik, dan antropogenik.

1. Faktor lingkungan abiotik adalah kondisi yang tidak berhubungan langsung dengan kehidupan organisme. Faktor abiotik yang paling penting meliputi suhu, cahaya, air, komposisi gas atmosfer, struktur tanah, komposisi nutrisi di dalamnya, medan, dll. Faktor-faktor ini dapat mempengaruhi organisme baik secara langsung, misalnya cahaya atau panas, dan secara tidak langsung, misalnya medan, yang menentukan kerja faktor langsung, cahaya, angin, kelembaban, dll. Mungkin di antara faktor abiotik ada juga yang kami bahkan belum berdiskusi, kami rasa. Misalnya, baru-baru ini kami menemukan pengaruh perubahan aktivitas matahari terhadap proses di biosfer.

2. Faktor lingkungan biotik disebut totalitas pengaruh beberapa organisme terhadap organisme lain. Makhluk hidup dapat berfungsi sebagai sumber makanan bagi organisme lain, menyediakan habitat bagi mereka, berkontribusi pada reproduksi mereka, dll. Pengaruh faktor biotik tidak hanya bersifat langsung, tetapi juga tidak langsung, yang dinyatakan dalam penyesuaian faktor abiotik, misalnya perubahan komposisi tanah, iklim mikro di bawah kanopi hutan, dan lain-lain.

3. Faktor lingkungan antropogenik adalah totalitas pengaruh manusia terhadap organisme hidup. Pengaruh ini juga dapat bersifat langsung, misalnya ketika seseorang menebang hutan atau menembak binatang, atau tidak langsung, yang diwujudkan dalam dampak manusia terhadap faktor lingkungan abiotik dan biotik, misalnya perubahan komposisi atmosfer, tanah, hidrosfer. , atau perubahan struktur ekosistem.

3.1. Radiasi matahari

Radiasi matahari merupakan sumber energi utama bagi ekosistem. Ini merupakan manfaat besar bagi semua makhluk hidup dan pada saat yang sama merupakan faktor yang membatasi keberadaannya.

Radiasi matahari langsung atau menyebar tidak hanya dibutuhkan oleh sekelompok kecil makhluk hidup - beberapa jenis jamur, ikan laut dalam, mikroorganisme tanah, dll.

Proses fisiologis dan biokimia terpenting yang dilakukan dalam organisme hidup, akibat adanya cahaya, antara lain sebagai berikut (menurut N. Green et al., 1990):

1. Fotosintesis (1-2% energi matahari yang jatuh ke bumi digunakan untuk fotosintesis);

2. Transpirasi (sekitar 75% - untuk transpirasi, yang memastikan pendinginan tanaman dan pergerakan larutan zat mineral melaluinya);

3. Fotoperiodisme (memberikan sinkronisitas proses kehidupan pada organisme hidup dengan kondisi lingkungan yang berubah secara berkala);

4. Pergerakan (fototropisme pada tumbuhan dan fototaksis pada hewan dan mikroorganisme);

5. Penglihatan (salah satu fungsi analisis utama hewan);

6. Proses lainnya (sintesis vitamin D pada manusia dalam cahaya, pigmentasi, dll).

Dasar dari biocenosis Rusia tengah, seperti kebanyakan ekosistem terestrial, adalah produsen. Penggunaan sinar matahari dibatasi oleh sejumlah faktor alam dan, pertama-tama, kondisi suhu. Dalam hal ini, reaksi adaptif khusus telah dikembangkan dalam bentuk tingkatan, daun mosaik, perbedaan fenologis, dll. Menurut kebutuhannya terhadap kondisi pencahayaan, tanaman dibagi menjadi tanaman yang menyukai cahaya atau cahaya (bunga matahari, pisang raja, tomat, akasia, melon), naungan atau tidak menyukai cahaya (rumput hutan, lumut) dan tahan naungan (kemerahan, heather). , rhubarb, raspberry, blackberry).

Tumbuhan membentuk kondisi bagi keberadaan jenis makhluk hidup lainnya. Itulah mengapa reaksi mereka terhadap kondisi pencahayaan sangatlah penting. Pencemaran lingkungan menyebabkan perubahan iluminasi: penurunan tingkat insolasi matahari, penurunan jumlah radiasi aktif fotosintesis (PAR bagian dari radiasi matahari dengan panjang gelombang 380 menjadi 710 nm), perubahan komposisi spektral cahaya. . Akibatnya, cenosis hancur berdasarkan datangnya radiasi matahari pada parameter tertentu.

3.2. Suhu.

Untuk ekosistem alami di zona kita, faktor suhu, bersama dengan pasokan cahaya, sangat menentukan semua proses kehidupan. Aktivitas penduduk bergantung pada musim dan waktu, karena Masing-masing periode ini memiliki kondisi suhu tersendiri.

Individu dari banyak spesies tidak mampu mempertahankan suhu tubuh yang konstan dan di musim atau siang hari yang dingin mereka mengurangi tingkat proses kehidupan, bahkan sampai pada titik mati suri. Hal ini terutama berlaku pada tumbuhan, mikroorganisme, jamur, dan hewan poikilotermik (berdarah dingin). Hanya spesies homoyo-termik (berdarah panas) yang masih aktif. Organisme heterotermik, dalam keadaan tidak aktif, memiliki suhu tubuh yang tidak lebih tinggi dari suhu lingkungan luar; dalam keadaan aktif - cukup tinggi (beruang, landak, kelelawar, akan menghubungkan).

Termoregulasi hewan homeotermik disediakan oleh jenis metabolisme khusus, yang terjadi dengan pelepasan panas dalam tubuh hewan, adanya penutup insulasi panas, ukuran, fisiologi, dll.

Adapun tumbuhan, mereka telah mengembangkan sejumlah sifat dalam proses evolusi:

1. Resistensi dingin - kemampuan untuk menahan suhu positif rendah untuk waktu yang lama (dari OoC hingga +5oC);

2. Ketahanan musim dingin - kemampuan spesies abadi untuk mentolerir kondisi musim dingin yang kompleks dan tidak menguntungkan;

3. Tahan beku - kemampuan menahan suhu negatif untuk waktu yang lama;

4. Anabiosis - kemampuan untuk bertahan dalam periode kekurangan faktor lingkungan yang berkepanjangan dalam keadaan penurunan metabolisme yang tajam;

5. Tahan panas - kemampuan untuk mentolerir suhu tinggi (lebih dari +38o...+40oC) tanpa gangguan metabolisme yang signifikan;

6. Ephemerality - pemendekan ontogeni (hingga 2-6 bulan) pada spesies yang tumbuh dalam jangka waktu singkat pada kondisi suhu yang menguntungkan.

7. Ketahanan terhadap perubahan kondisi suhu.

Polusi termal terhadap lingkungan menyebabkan pergeseran fase fenologis perkembangan organisme hidup atau perubahan abnormal pada tahap-tahap entogenesis tertentu. Akibatnya, sejumlah populasi tidak mempunyai waktu atau tidak dapat menghasilkan keturunan yang utuh, ada pula yang tidak mempunyai waktu untuk mempersiapkan diri menghadapi periode kondisi yang tidak menguntungkan dan mati. Pemanasan iklim global sebesar +0.5...1.5°C, menurut pendapat sebagian besar ahli, akan menimbulkan konsekuensi bencana bagi biosfer.

3.3.Kelembaban.

Kondisi pasokan air di zona kami cukup menguntungkan bagi keberadaan organisme. Sebagian besar makhluk hidup terdiri dari 70-95% air. Air dibutuhkan untuk semua proses biokimia dan fisiologis. Itulah mengapa sangat penting bagi biocenosis semua ekosistem.

Ketersediaan kelembapan bervariasi pada waktu yang berbeda sepanjang tahun dan hari. Dalam proses evolusi, organisme hidup telah beradaptasi untuk mengatur tingkat konsumsi air dan menjaga komposisi lingkungan internal yang optimal.

Sehubungan dengan rezim air, kelompok ekologi makhluk hidup berikut dibedakan:

1. Hidrobion adalah penghuni ekosistem yang seluruh siklus hidupnya berlangsung di air;

2. Higrofit - tumbuhan di habitat basah (marigold rawa, perenang Eropa, cattail berdaun lebar);

3. Higrofil - hewan yang hidup di bagian ekosistem yang sangat lembab (moluska, amfibi, nyamuk, kutu kayu);

4. Mesofit - tumbuhan dengan habitat cukup lembab;

5. Xerofit - tumbuhan di habitat kering (rumput bulu, apsintus, astrogal);

6. Xerofil - penghuni daerah kering yang tidak tahan terhadap kelembaban tinggi (beberapa spesies reptil, serangga, hewan pengerat gurun, dan mamalia).

7. Succulents - tanaman dari habitat paling gersang, mampu mengumpulkan cadangan kelembaban yang signifikan di dalam batang atau daun (kaktus, lidah buaya, agave);

8. Sclerophytes - tumbuhan di daerah yang sangat gersang yang tahan terhadap dehidrasi parah (duri unta biasa, saxaul, saksagyz);

9. Ephemera dan ephemeroids - spesies herba tahunan dan abadi yang memiliki siklus pendek yang bertepatan dengan periode kelembaban yang cukup.

Konsumsi air tanaman dapat dicirikan oleh indikator berikut:

1. Ketahanan terhadap kekeringan - kemampuan untuk mentolerir berkurangnya kekeringan di atmosfer dan (atau) tanah;

2. Ketahanan terhadap kelembaban - kemampuan untuk mentolerir genangan air;

3. Koefisien transpirasi - jumlah air yang dihabiskan untuk pembentukan satuan massa kering (untuk kubis putih 500-550, untuk labu - 800);

4. Koefisien konsumsi air total - jumlah air yang dikonsumsi oleh tanaman dan tanah untuk menghasilkan satu unit biomassa (untuk rumput padang rumput - 350-400 m3 air per ton biomassa);

Pelanggaran terhadap tata air dan pencemaran air permukaan berbahaya, dan dalam beberapa kasus merugikan cenosis. Perubahan siklus air di biosfer dapat menimbulkan akibat yang tidak terduga bagi seluruh organisme hidup.

3.4. Rezim udara-gas

Atmosfer bumi mempunyai komposisi yang cukup stabil. 21% oksigen di lapisan udara dasar memastikan pernapasan yang cukup bagi semua organisme di ekosistem alami. 0,03% karbon dioksida cukup untuk reaksi fotosintesis tumbuhan. Pergerakan massa udara secara horizontal dan vertikal menciptakan pertukaran udara yang diperlukan untuk semua penghuni ekosistem - mulai dari mikroorganisme tanah hingga serangga dan burung.

Rezim udara-gas sangat jarang terganggu dalam kondisi alami (misalnya, selama letusan gunung berapi), dalam kondisi antropogenik - cukup sering. Polutan udara utama dalam kondisi kita adalah karbon monoksida, sulfur dioksida, nitrogen dioksida, formaldehida, dan debu. Dengan mempersulit fotosintesis, respirasi, dan banyak proses fisiologis lainnya, dan dalam beberapa kasus memodifikasinya, polusi atmosfer menghentikan atau menghentikan pertumbuhan dan perkembangan organisme hidup, yang dalam beberapa kasus menyebabkan kematiannya.

Faktor lingkungan abiotik hanya akan memainkan peran ekologisnya sepenuhnya ketika dampak aktivitas manusia berada dalam batas kemampuan biosfer untuk memurnikan dan menyembuhkan diri sendiri.

Pola umum aksi gabungan faktor-faktor pada organisme

4.1. Konsep optimal

Setiap organisme, setiap ekosistem berkembang di bawah kombinasi faktor tertentu: kelembaban, cahaya, panas, keberadaan dan komposisi sumber nutrisi. Semua faktor bekerja pada tubuh secara bersamaan. Untuk setiap organisme, populasi, ekosistem, terdapat kisaran kondisi lingkungan - kisaran stabilitas (Gbr. 1), di mana aktivitas vital suatu objek terjadi.

Dalam proses evolusi, organisme telah mengembangkan persyaratan tertentu terhadap kondisi lingkungan. Dosis faktor di mana suatu organisme, populasi atau biocenosis mencapai perkembangan terbaik dan produktivitas maksimum sesuai dengan kondisi optimal. Dengan perubahan dosis ini ke arah penurunan atau peningkatan maka organisme akan tertekan dan semakin besar penyimpangan nilai faktor dari nilai optimum maka semakin besar pula penurunan viabilitasnya, sampai dengan kematian organisme atau musnahnya organisme tersebut. biocenosis. Kondisi dimana aktivitas kehidupan ditekan secara maksimal, namun organisme dan biocenosis tetap ada, disebut pesimal.

CONTOH. Di utara, faktor pembatasnya adalah panas, di selatan adalah ketersediaan kelembapan. Di Far North, hutan larch Cajander yang paling produktif tumbuh di dataran banjir sungai - di sini rezim hidrotermal yang menguntungkan berkembang dan tanah secara teratur diisi ulang dengan nutrisi selama banjir. Hutan dengan produktivitas terendah - terbuat dari larch yang sama, tetapi ditutupi lumut sphagnum - terbentuk di lereng utara pegunungan dalam kondisi genangan air dan tanah dingin yang terus-menerus. Tingkat lapisan es di bawah tutupan lumut tidak turun di bawah 30 cm. Di Primorye Selatan, kondisi hutan optimal merupakan ciri khas lereng utara di bagian tengahnya, dan kondisi pesimis merupakan ciri lereng selatan yang kering dengan permukaan cembung.

Ada banyak contoh optima dan pessimum pada tumbuhan, hewan dan komunitasnya dalam kaitannya dengan cahaya, kelembaban, suplai panas, salinitas tanah dan faktor lainnya.

4.2. Konsep toleransi

Untuk jenis tumbuhan dan hewan yang berbeda, batas kondisi di mana mereka merasa nyaman berbeda-beda. Misalnya, beberapa tanaman menyukai kelembapan yang sangat tinggi, sementara yang lain lebih menyukai habitat kering. Beberapa spesies burung terbang ke iklim yang lebih hangat, yang lain - crossbill, pemecah kacang, dan anak ayam - menetas di musim dingin. Semakin luas batas kuantitatif kondisi lingkungan di mana organisme, spesies, dan ekosistem tertentu dapat hidup, semakin tinggi pula tingkat ketahanan atau toleransinya. Kemampuan suatu spesies untuk beradaptasi terhadap kondisi lingkungan disebut plastisitas ekologi(Gbr. 2), dan berdasarkan amplitudo fluktuasi alami faktor yang ditransfer oleh populasi, valensi ekologis suatu spesies dinilai.

Spesies dengan plastisitas ekologis yang sempit, mis. mampu hidup dalam kondisi sedikit penyimpangan dari kondisi optimalnya, disebut sangat terspesialisasi stenobiont(stenos - sempit), spesies yang beradaptasi secara luas, mampu hidup dengan fluktuasi faktor yang signifikan - eurybiont(eurys - lebar) Batas-batas yang di luarnya tidak mungkin ada disebut batas bawah dan atas daya tahan, atau valensi ekologis.

CONTOH. Ikan di perairan asin dan air tawar merupakan stenobion. Stickleback dan salmon berduri tiga adalah eurybionts. Tumbuhan stenobiont: choicenia, poplar Korea - tumbuhan dataran banjir, tumbuhan higrofit (marsh marigold, cattail), xerophytes of Primorye - pinus berbunga lebat, aprikot Manchuria, lespedeza, dll. Hampir semua mamalia, termasuk manusia, dapat diklasifikasikan sebagai stenobion. Penyimpangan kecil pada suhu udara (22-26°C) dan air (28-38°C) dari nilai “normal”, kandungan oksigen yang rendah dan peningkatan kandungan zat berbahaya (klorin, uap merkuri, amonia, dll. .) di udara cukup untuk menyebabkan penurunan tajam kondisinya.

Sehubungan dengan satu faktor, jenisnya mungkin. stenobiont, dalam kaitannya dengan yang lain - eurybiont. Tergantung pada ini, pasangan spesies yang berlawanan secara langsung dibedakan: stenohydric - eurythermic (dalam kaitannya dengan panas), stenohydric - euryhydric (dalam kaitannya dengan kelembaban), stenohydric - euryhyral (dalam kaitannya dengan salinitas), steno- - euryphotic (dalam kaitannya dengan ringan), dll.

Ada istilah lain yang mencirikan hubungan spesies dengan faktor lingkungan. Menambahkan akhiran “phil” (phyleo (Yunani) - cinta) berarti bahwa spesies tersebut telah beradaptasi dengan faktor dosis tinggi (termofil, higrofil, oksifil, gallofil, chionophile), dan menambahkan “fobia”, sebaliknya, ke rendah dosis (gallofobia, chionofobia) . Alih-alih “thermophobe,” biasanya digunakan “cryophile”, dan sebagai pengganti “hygrophobe,” “xerophile.”

Eurybiont yang khas adalah protozoa dan jamur. Di antara tumbuhan tingkat tinggi, eurybion termasuk spesies di daerah beriklim sedang: Pinus Skotlandia, larch Daurian, ek Mongolia, willow Schwerin, lingonberry, dan sebagian besar spesies heather.

Stenobiontisme berkembang pada spesies yang berkembang dalam waktu lama dalam kondisi yang relatif stabil. Semakin jelas, semakin kecil kisaran spesies atau komunitasnya. Jenis yang paling umum memiliki toleransi yang luas terhadap semua faktor. Mereka disebut kosmopolitan. Namun spesies seperti itu jumlahnya sedikit.

Tidak ada tempat di alam di mana satu faktor mempengaruhi tubuh. Semua faktor bertindak secara bersamaan dan kombinasi dari tindakan-tindakan ini disebut konstelasi. Nilai faktor-faktornya tidak selalu setara. Semuanya mungkin tidak mencukupi, dan kemudian terjadi depresi umum pada biota (perkembangan tutupan tanaman yang lemah, penurunan produktivitas, perubahan struktur fraksi biomassa, perubahan indikator ekosistem lainnya), tetapi lebih sering beberapa di antaranya berada di melimpah, bahkan pada kondisi optimal, sementara yang lain mengalami defisit. Terlebih lagi, konstelasi tersebut bukanlah penjumlahan sederhana dari pengaruh faktor-faktor, karena derajat pengaruh beberapa faktor terhadap organisme dan populasi bergantung pada derajat pengaruh faktor lainnya.

CONTOH. Dengan suplai panas yang optimal maka toleransi tumbuhan dan hewan terhadap kekurangan kelembaban dan nutrisi meningkat, dan kekurangan panas disertai dengan penurunan kebutuhan kelembaban dan peningkatan kebutuhan nutrisi. Selain itu, hal ini diamati pada tumbuhan dan hewan. Pada tumbuhan, dengan kekurangan panas dan tanah tergenang air, unsur hara menjadi tidak tersedia secara fisiologis, dan peningkatan kesuburan tanah diperlukan untuk menjamin toleransi. Hal yang sama terjadi pada hewan - untuk memperkuat fungsi perlindungan tubuh dalam cuaca dingin, Anda perlu makan dengan baik. Jadi, sebelum berbaring di sarang, beruang menumpuk lemak subkutan. Reaksi pertukaran gas pada ikan tidak sama pada air yang salinitasnya berbeda. Pada kumbang dari genus Blastophagus, reaksi terhadap cahaya bergantung pada suhu. Pada suhu 25°C mereka merangkak menuju cahaya (fototropisme positif), ketika suhu turun hingga 20°C atau meningkat hingga 30°C reaksinya netral, dan pada suhu di bawah dan di atas batas tersebut mereka bersembunyi.

Namun, kemampuan kompensasi dari faktor-faktor tersebut terbatas. Tidak ada satu faktor pun yang dapat sepenuhnya digantikan oleh faktor lain, dan jika nilai setidaknya salah satu faktor melampaui batas atas atau bawah ketahanan suatu komponen biota, maka keberadaan faktor tersebut menjadi tidak mungkin, tidak peduli seberapa menguntungkannya. faktor lainnya adalah.

CONTOH. Kelangsungan hidup normal rusa sika di Primorye hanya terjadi di hutan ek di lereng selatan, karena Di sini ketebalan salju tidak signifikan dan menyediakan persediaan makanan yang cukup bagi rusa untuk musim dingin. Faktor pembatas bagi rusa adalah salju tebal. Kurangnya panas membatasi penyebaran sebagian besar spesies dan formasi flora Manchuria ke utara: hutan pinus dari pinus berbunga lebat, cemara berdaun utuh dan formasinya hanya umum di Primorye Selatan. Dan di zona permafrost, larch mendominasi dimana-mana. Untuk pinus kerdil dan alder Kamchatka, faktor penentu penyebarannya adalah kelembapan udara yang tinggi dan kondisi musim dingin yang berlebihan. Mereka mentolerir musim dingin yang membekukan dengan baik hanya jika ada lapisan salju tebal, yang melindungi pucuk dari kekeringan dan radang dingin pada musim dingin di Timur Jauh. Spesies ini hanya membentuk semak belukar di wilayah pesisir laut Okhotsk dan Bering, dan di wilayah kontinental - di sabuk subalpine pada ketinggian minimal 1000 m/dpl. Pada tahap awal perkembangan, kelebihan cahaya mungkin menjadi faktor pembatas pada tumbuhan runjung. Semuanya, bahkan pohon pinus kubur, membutuhkan naungan di tahun-tahun pertama kehidupan.

Pada pertengahan abad ke-19 (1846), ahli kimia pertanian Jerman Liebig mengembangkan “hukum minimum”. Dalam percobaan dengan pupuk mineral, ia menemukan bahwa pengaruh terbesar terhadap ketahanan tanaman diberikan oleh faktor-faktor yang minimal di habitat tertentu. Dia menulis pada tahun 1955: “Elemen yang tidak ada atau tidak ada dalam jumlah yang tepat akan mencegah senyawa nutrisi lain memberikan efeknya atau mengurangi efek nutrisinya.” Hal ini berlaku tidak hanya untuk baterai, tetapi juga untuk faktor penting lainnya. Hukum Liebig hanya berlaku dalam kondisi ekosistem yang stasioner, yaitu. ketika masuknya materi dan energi ke dalam sistem seimbang dengan aliran keluarnya.

Faktor yang kadarnya mendekati batas daya tahan suatu organisme, spesies, dan komponen biota tertentu disebut pembatas. Dan pada faktor inilah tubuh pertama-tama beradaptasi (mengembangkan adaptasi). Hukum faktor pembatas atau pembatas tidak hanya berlaku pada keadaan dimana faktor-faktor tersebut berada pada “minimum”, tetapi juga pada “maksimum”, yaitu melampaui batas atas daya tahan organisme (ekosistem). ).

Dalam kondisi pesimis, terdapat beberapa faktor pembatas dan pengaruh penekanannya secara keseluruhan mungkin lebih tinggi dibandingkan pengaruh penekanan total faktor-faktor individual.

CONTOH lereng selatan - insolasi meningkatkan kekeringan lingkungan dan mencegah peningkatan kesuburan tanah.

Seringkali faktor pembatas terjadi pada salah satu tahap perkembangan suatu spesies. Sebagaimana diketahui, remaja adalah kelompok yang paling rentan dan mungkin ada faktor pembatas bagi mereka. beberapa. Di wilayah geografis yang berbeda, faktor pembatasnya berbeda: di wilayah Utara Jauh sering kali hangat, di wilayah selatan lembab. Spesies yang berbeda bereaksi secara berbeda terhadap faktor yang sama. Berdasarkan reaksi individu dewasa terhadap suatu faktor tertentu, suatu rangkaian ekologi dapat dibangun (dalam urutan penurunan atau peningkatan pengaruh faktor tersebut).

CONTOH rangkaian ekologi spesies pohon berdasarkan toleransi naungan: larch - birch putih - aspen - willow - linden - oak - Dahurian birch - ash - maple - alder - elm - hornbeam - spruce - cedar - fir. Kisaran ekologi tipe hutan (menurut pasokan panas): rumput larch (L.) - lumut hijau L. - lingonberry L. - sphagnum L. (Gbr. 3). Kisaran ekologi tipe hutan (menurut kelembaban): elm (atau abu) pakis rumput tinggi - hutan ek (D.) dengan rumput campuran birch - D. sedge - D. rhododendron sedge - D. mariannik-sedge - D. sedge penutup jarang (Gbr. 4 ).

Dalam suatu populasi, dimungkinkan juga untuk mengidentifikasi individu-individu yang paling dan paling tidak sensitif terhadap faktor yang sama. Hal ini disebabkan oleh kombinasi karakteristik organisme yang diturunkan (genetik) dan didapat (fenotipik). Karena individualitas ekologis, populasi memiliki individu dengan kelangsungan hidup yang berbeda. Yang paling tangguh bertahan dalam periode kondisi buruk, berkontribusi pada pelestarian spesies dalam kondisi ekstrim.

4.5. Aturan awal V.V. Alekhina

Dipasang oleh ahli botani Anda. Anda. Alekhin (1951). Komunitas yang sama bersifat zonal di satu zona dan ekstrazonal di zona lain. Dalam kasus kedua, di luar batas utara wilayah jelajah mereka menempati habitat yang paling menguntungkan bagi diri mereka sendiri, dan di luar batas selatan - habitat yang paling tidak menguntungkan. Hal ini terutama terlihat di lereng utara dan selatan kawasan hutan. Di lereng utara yang dingin di wilayah Magadan, hutan larch terbuka dengan tutupan sphagnum tumbuh, dan di lereng selatan yang hangat, hutan ringan larch moss-lichen (Chukotka) dan hutan batu birch (Laut Utara Okhotsk) tumbuh. Di wilayah barat daya Primorye, lereng utara ditempati oleh hutan jenis konifera-gugur yang basah, dan lereng selatan ditempati oleh hutan ek kering dengan inklusi langka hutan pinus berbunga lebat (pinus kuburan) dan pohon aprikot, di bagian paling atas. pinggiran kota berubah menjadi komunitas hutan-stepa.

Pola yang terungkap sangat penting karena memungkinkan untuk mendeskripsikan secara akurat vegetasi di area yang belum dipelajari dan merekonstruksi tampilan sebelumnya di tempat kehancurannya.

Stasiun merupakan habitat suatu populasi suatu spesies yang mempunyai kondisi lingkungan yang memenuhi persyaratan spesies tersebut. Tiap spesies mempunyai stasiun tersendiri. Dalam satu zona dan periode waktu, spesies menempati stasiun yang sama. Dengan transisi ke zona lain atau transisi ke tahap umur lain, spesies dapat berpindah stasiun. Aturan perubahan habitat zonal ditetapkan oleh ahli entomologi Grieg. Yakovl. Bey-Bienko (1966). Di wilayah utara, banyak jenis serangga yang biasanya berperilaku higrofobia, menempati wilayah yang lebih kering dengan tutupan yang jarang, sedangkan di wilayah selatan juga bersifat higrofit, menetap di tempat lembab, teduh dengan tutupan vegetasi yang lebat (belalang migrasi). Contoh lainnya adalah semut lasia (Lasius niger, L. flavus) menghuni gundukan di padang rumput basah, dan di padang rumput kering di padang rumput mereka lebih menyukai habitat yang lebih basah. Perubahan zona habitat juga merupakan ciri khas tumbuhan.

Jadi, pinus kerdil di Primorye Selatan hanya tumbuh di sabuk subalpine pada ketinggian 1000-1100 m hingga 1400-1600 m di atas permukaan laut; saat bergerak ke utara, ia turun dan membentuk semak lebat di hutan lembah larch. Utara 60°LU. - di Chukotka Selatan dan pantai Okhotsk, lereng timur dan tenggara serta kaki gunung dan perbukitan ditempati oleh semak-semak pohon cedar kerdil yang terus menerus.

4.7. Aturan perubahan zona tingkatan M.S. Gilyarov

Di zona berbeda, spesies yang sama menempati lapisan berbeda. Saat mereka bergerak ke utara, mereka secara alami berpindah dari tingkat atas ke tingkat yang lebih rendah, lebih hangat, dan beberapa bahkan ke dalam tanah. Ini membentuk tanah. Ahli Zoologi Merkur. Serg. Gilyarov.

CONTOH. Larva kumbang rusa (Lucanus cervus) di kawasan hutan berkembang di kayu mati dan tunggul yang membusuk, dan di zona stepa mereka hidup di akar busuk pada kedalaman 1 m.

Selain perubahan habitat secara zonal (spasial), perubahan sementara juga terjadi: musiman (dalam satu bulan atau bahkan satu hari, ketika iklim mikro berfluktuasi - selama periode kekeringan atau angin topan, serangga dan hewan pengerat bersembunyi di bawah perlindungan tajuk. semak-semak dan pepohonan, atau pergi ke tempat terbuka) dan tahunan (jika kondisi cuaca menyimpang dari norma rata-rata tahunan). Berkat perubahan habitat, spesies mempertahankan status ekologisnya dalam kondisi yang terus berubah. Pada saat yang sama, dengan pemukiman yang berhasil, mereka menempati habitat baru dan bahkan mengubahnya. Akibatnya, ekologi dan fisiologi individu dan populasi mulai berubah. Dalam kasus seperti itu, pergantian stasiun menjadi salah satu faktor utama evolusi.

Prinsip kesetiaan stasioner dan prinsip kebalikan dari perubahan habitat zonal dan vertikal menunjukkan hubungan yang kompleks antara organisme dan lingkungan. Mempelajarinya sangat penting untuk memahami ekologi spesies, sebagai dasar untuk melindungi spesies langka dan berguna serta memerangi spesies berbahaya.

5. Signifikansi ekologis dari faktor abiotik

Dalam kondisi lingkungan yang berbeda, proses biologis terjadi pada tingkat yang berbeda. Misalnya, pertumbuhan banyak tanaman bergantung pada konsentrasi berbagai zat (air, karbon dioksida, nitrogen, ion hidrogen).

Contoh suhu menunjukkan bahwa faktor ini dapat ditoleransi oleh tubuh hanya dalam batas tertentu. Organisme mati jika suhu lingkungan terlalu rendah atau terlalu tinggi. Di lingkungan yang suhunya mendekati ekstrem ini, jarang ada penghuni yang hidup. Namun, jumlah mereka meningkat ketika suhu mendekati nilai rata-rata, yang merupakan yang terbaik (optimal) untuk spesies tertentu.

Toleransi (dari bahasa Yunani toleransi - kesabaran) adalah kemampuan organisme untuk menahan perubahan kondisi kehidupan (fluktuasi suhu, kelembaban, cahaya). Misalnya: ada yang mati pada suhu 50°, ada pula yang tahan terhadap perebusan.

Dalam kondisi lingkungan yang berbeda, proses biologis dalam organisme berlangsung dengan kecepatan berbeda. Misalnya, pertumbuhan banyak tanaman bergantung pada konsentrasi berbagai zat (air, karbon dioksida, nitrogen, ion hidrogen).

Bisa jadi keselamatan alam dari pengaruh manusia yang terlalu tidak masuk akal terletak pada toleransi. Selain itu, masih ada tempat di Bumi yang relatif tidak terpengaruh oleh pengaruh manusia. Oleh karena itu, pada saat seseorang menciptakan kondisi yang tidak tertahankan bagi dirinya sendiri, sebagian kehidupan akan tetap ada dan terus berkembang, kecuali jika seseorang menghancurkan planet ini sebagai akibat dari bencana nuklir. Ada juga tumbuhan yang menghasilkan zat yang menyebabkan kematiannya sendiri.

Organisme dengan rentang toleransi yang luas ditandai dengan awalan "eury-". Eurybiont adalah organisme yang mampu hidup dalam kondisi lingkungan berbeda. Misalnya: eurythermic adalah organisme yang mentoleransi fluktuasi suhu yang luas. Organisme dengan kisaran toleransi yang sempit ditandai dengan awalan "steno-". Stenobiont adalah organisme yang memerlukan kondisi lingkungan yang ditentukan secara ketat. Misalnya: ikan trout adalah spesies stenotermik, dan hinggap adalah spesies euritermik. Ikan trout tidak dapat mentolerir fluktuasi suhu yang besar; jika semua pohon di sepanjang tepi sungai pegunungan hilang, hal ini akan menyebabkan peningkatan suhu beberapa derajat, akibatnya ikan trout akan mati, tetapi ikan trout akan bertahan.

Ketika tubuh ditempatkan pada kondisi baru, lama kelamaan akan terbiasa dan beradaptasi. Hal ini menyebabkan terjadinya pergeseran kurva toleransi dan disebut adaptasi atau aklimatisasi. Untuk perkembangan normal organisme, diperlukan adanya berbagai faktor dengan kualitas yang ditentukan secara ketat, yang masing-masing harus ada dalam jumlah tertentu. Sesuai dengan hukum toleransi, kelebihan suatu zat bisa sama berbahayanya dengan kekurangannya, yaitu segala sesuatu baik jika tidak berlebihan. Misalnya: tanaman bisa mati pada musim panas yang kering dan terlalu hujan.

Hukum minimum.

Intensitas proses biologis tertentu seringkali sensitif terhadap dua atau lebih faktor lingkungan. Dalam hal ini, faktor yang terdapat dalam jumlah minimal, ditinjau dari kebutuhan tubuh, akan menjadi sangat menentukan. Aturan ini dirumuskan oleh pendiri ilmu pupuk mineral, Justus Liebig (1803-1873) dan disebut hukum minimum. Yu.Liebig menemukan bahwa hasil tanaman dapat dibatasi oleh salah satu unsur nutrisi dasar, jika pasokan unsur ini terbatas.

Selain itu, menurut hukum minimum, kekurangan suatu zat tidak dapat diimbangi dengan kelebihan zat lainnya. Jika tanah memiliki banyak nitrogen, kalium dan unsur hara lainnya, tetapi fosfor tidak mencukupi (atau sebaliknya), tanaman akan berkembang secara normal hanya sampai mereka menyerap semua fosfor.

Faktor-faktor yang menghambat perkembangan organisme karena kekurangan atau kelebihan dibandingkan dengan kebutuhan disebut faktor pembatas.

Ketentuan tentang faktor pembatas sangat memudahkan kajian situasi kompleks. Meskipun hubungan antara organisme dan lingkungannya rumit, tidak semua faktor memiliki signifikansi ekologis yang sama. Misalnya, oksigen merupakan faktor kebutuhan fisiologis bagi semua hewan, namun dari sudut pandang ekologi, oksigen hanya menjadi pembatas di habitat tertentu. Jika ikan mati di sungai, konsentrasi oksigen di dalam air harus diukur terlebih dahulu, karena sangat bervariasi, cadangan oksigen mudah habis, dan seringkali oksigen tidak mencukupi. Jika kematian burung terjadi di alam, maka perlu dicari penyebab lain, karena kandungan oksigen di udara relatif konstan dan mencukupi dari sudut pandang kebutuhan organisme darat.

6. Adaptasi makhluk hidup terhadap kondisi lingkungan.

Menurut teori Charles Darwin, organisme dapat berubah. Tidak mungkin menemukan dua individu yang benar-benar identik dari spesies yang sama. Perbedaan-perbedaan ini sebagian diwariskan. Semua ini mudah dijelaskan dari sudut pandang genetika. Setiap spesies dan setiap populasi dipenuhi dengan berbagai mutasi, yaitu perubahan struktur organisme yang disebabkan oleh perubahan kromosom yang terjadi di bawah pengaruh faktor lingkungan eksternal atau internal. Perubahan ciri-ciri tubuh ini bersifat mendadak dan diturunkan. Sebagian besar mutasi ini biasanya tidak menguntungkan, sehingga hampir semuanya bersifat resesif, yaitu manifestasinya hilang setelah beberapa generasi. Namun, seluruh rangkaian perubahan ini merupakan cadangan hereditas, kumpulan gen suatu spesies atau populasi, yang dapat dimobilisasi melalui seleksi alam ketika kondisi keberadaan populasi berubah.

Jika suatu populasi hidup dalam kondisi yang relatif konstan, maka hampir semua mutasi dihilangkan melalui seleksi alam, yang dalam hal ini disebut menstabilkan. Hanya mutasi yang menyebabkan berkurangnya variabilitas sifat yang diperbaiki, begitu pula mutasi yang membantu menghemat energi dengan menghilangkan fungsi-fungsi yang menjadi “berlebihan” dalam kondisi konstan. Hal ini mendorong pembentukan stenobion. Seringkali seleksi yang menstabilkan menyebabkan degenerasi, yaitu perubahan evolusioner yang terkait dengan penyederhanaan bentuk organisasi, biasanya disertai dengan hilangnya beberapa organ yang kehilangan signifikansinya. Jadi paus kehilangan anggota belakangnya, lancelet tidak memiliki organ pencernaannya sendiri, dan sebagainya. Organ baru dapat diperoleh untuk menggantikan organ yang hilang.

Ketika kondisi lingkungan berubah, tekanan lingkungan terbentuk pada populasi, sedangkan pembawa mutasi yang “menebak” perubahan yang lebih menguntungkan bagi kondisi lingkungan baru daripada bentuk aslinya memiliki peluang terbesar untuk bertahan hidup. Merekalah yang menghasilkan keturunan terbesar, yang di dalamnya terdapat penyempurnaan bentuk yang lebih besar lagi yang memenuhi keadaan lingkungan baru. Akibatnya, setiap generasi baru, bentuknya berangsur-angsur berubah. Seleksi alam ini disebut penggerak.

Perubahan evolusioner kecil yang berkontribusi pada adaptasi yang lebih baik terhadap kondisi lingkungan tertentu disebut adaptasi ide. Ini adalah berbagai macam adaptasi pribadi: warna pelindung, bentuk dasar ikan yang rata, adaptasi benih untuk penyebaran, degenerasi daun menjadi duri untuk mengurangi transpirasi, dll. Melalui adaptasi ideologis, kelompok sistematis kecil biasanya muncul: spesies, genera, famili.

Perubahan evolusioner yang lebih signifikan yang bukan merupakan adaptasi terhadap faktor lingkungan individu, yang menyebabkan perubahan signifikan pada bentuk kehidupan, sehingga menimbulkan ordo, kelas, tipe baru, dll, disebut aromorfosis. Contoh aromorfosis adalah kemunculan ikan purba di darat dan terbentuknya kelas amfibi. Akibat dari aromorfosis juga munculnya kualitas-kualitas makhluk hidup seperti jiwa dan kesadaran. Aromorfosis menandai perubahan revolusioner besar dalam struktur biosfer, yang tampaknya disebabkan oleh perubahan global pada habitat.

Dengan analogi, kita dapat berasumsi bahwa sama seperti lingkungan mempengaruhi kita, memaksa kita mencari cara untuk beradaptasi dengannya, kita juga dapat mempengaruhi sel-sel organisme kita sebagai supersistem, memaksa mereka untuk beradaptasi dengan kondisi eksternal dengan cara yang yang kita harapkan dari mereka dan yang karena alasan tertentu kita butuhkan. Misalnya, kita mulai membebani otot kita secara teratur, dan jaringan otot kita, yang beradaptasi dengan kondisi baru, mulai tumbuh dan menguat sebagai respons terhadap beban ini. Dampaknya juga dapat terjadi melalui rantai yang lebih kompleks, misalnya jika terjadi rasa takut, adrenalin dilepaskan ke dalam darah kita, memaksa semua sel untuk masuk ke dalam keadaan stres, yaitu keadaan yang lebih aktif, menggunakan cadangannya untuk itu, yaitu memberi kekuatan tambahan pada seluruh tubuh untuk mengatasi bahaya eksternal. Dengan demikian, mekanisme pengaruh subsistem internal dengan mengubah faktor lingkungan pada subsistem ini, tampaknya, merupakan mekanisme yang cukup universal untuk mempengaruhi supersistem mana pun pada organisasi internalnya.

Kemungkinan besar, tingkat intraseluler tidak terkecuali. Jika sel tubuh kita berada dalam kondisi yang berubah, dan perubahan ini tetap atau berulang secara berkala, maka sel tersebut mencoba beradaptasi dengan kondisi baru dengan mengubah strukturnya, yaitu mengubah lingkungan intraseluler, sehingga mempengaruhi organel yang menghuninya. itu, termasuk dan pada kromosom, yang mungkin juga dipaksa untuk beradaptasi dengan kondisi eksternal. Ada kemungkinan bahwa dengan pengaruh tertentu pada tubuh, hampir seluruh peralatan genetik di semua sel terkena pengaruh tertentu, yang menyebabkan perubahan yang cukup jelas pada struktur kromosom. Artinya lingkungan eksternal dapat secara langsung mempengaruhi peralatan genetik kita.

Artinya, mutasi yang kita bicarakan mungkin tidak terjadi secara acak sama sekali, tetapi cukup tepat sasaran. Kemudian teori seleksi alam mengalami sedikit penyesuaian: Di antara mutasi-mutasi yang terjadi pada suatu populasi ketika terjadi perubahan kondisi lingkungan tertentu, mutasi yang dipicu langsung oleh perubahan tertentu tersebutlah yang mendominasi.. Artinya, mutasi itu sendiri tampaknya diarahkan dan dirancang untuk menemukan bentuk-bentuk baru yang memenuhi persyaratan perubahan lingkungan. Dan karena respons kehidupan terhadap perubahan eksternal, seperti yang telah kami katakan, dengan mematuhi prinsip optimalitas, ternyata cukup jelas, ada kemungkinan bahwa mutasi spesifik dari sifat apa pun bersifat berantai. Artinya, setelah muncul pada keturunan dari satu pasangan, suatu mutasi yang berhasil ternyata “menular” bagi pasangan orang tua lain yang menghasilkan keturunannya, tetapi dengan mutasi yang sama berhasilnya. Akibatnya, dalam satu generasi dalam suatu spesies, orangtua yang berbeda dapat menghasilkan anak dengan ciri-ciri yang sama yang berbeda dari ciri-ciri induknya, sehingga membentuk subspesies yang benar-benar baru. Dan tidak ada gunanya mencari tautan perantara. Subspesies baru (dan kemudian spesies baru) muncul segera, hampir pada waktu yang sama, dan segera diwakili oleh sejumlah individu yang cukup besar untuk reproduksi berkelanjutan. Benar, ini hanyalah hipotesis untuk saat ini.

Proses seperti itu tampaknya muncul pada periode perubahan lingkungan yang serius yang mengancam kepunahan spesies. Saat itulah “whorl” terbentuk, yaitu lahirnya sejumlah besar mutasi, yang tujuannya adalah untuk menemukan solusi yang tepat, suatu bentuk baru. Dan solusi ini pasti akan ditemukan, karena, seperti yang telah kami katakan, untuk kehidupan ini menggunakan “teknik meraba-raba tentatif”, yang merupakan “senjata spesifik dan tak tertahankan dari segala jenis perluasan” (terminologi Teilhard de Chardin). Mutasi mengisi seluruh kemungkinan varian bentuk-bentuk baru, dan kemudian lingkungan sendiri yang menentukan bentuk mana yang akan berpijak dalam kehidupan dan mana yang akan hilang tanpa lulus ujian seleksi alam. Terkadang lingkaran seperti itu memunculkan sejumlah filum baru, yaitu cabang evolusi yang memberikan respons berbeda terhadap perubahan lingkungan yang sama.

Adaptasi organisme terhadap faktor lingkungan tidak hanya disebabkan oleh perubahan evolusioner yang terjadi di biosfer. Organisme sering kali menggunakan arah alami dan frekuensi faktor-faktor ini untuk mendistribusikan fungsinya dari waktu ke waktu dan memprogram siklus hidupnya untuk memanfaatkan kondisi yang menguntungkan sebaik-baiknya. Berkat interaksi antara organisme dan seleksi alam, seluruh komunitas menjadi terprogram untuk berbagai jenis ritme alam. Dalam hal ini, faktor lingkungan berperan sebagai semacam sinkronisasi proses di biosfer.

Menurut derajat arah tindakannya, faktor lingkungan dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1) faktor periodik (harian, tahunan, dll);

2) berulang tanpa periodisitas yang ketat (banjir, angin topan, gempa bumi, dll);

3) faktor tindakan searah (perubahan iklim, genangan air, dll);

4) faktor acak dan tidak pasti, paling berbahaya bagi tubuh, karena sering terjadi pertama kali.

Yang terbaik dari semuanya, organisme hidup berhasil beradaptasi dengan faktor periodik dan searah, yang dicirikan oleh kepastian tindakan, dan oleh karena itu dapat menerima penguraian yang jelas. Artinya, kebutuhan supersistem dalam hal ini cukup bisa dimaklumi.

Kasus khusus dari adaptasi terhadap faktor-faktor yang berulang adalah, misalnya, fotoperiodisme - ini adalah respons tubuh terhadap lamanya siang hari di zona beriklim sedang dan kutub, yang dianggap sebagai sinyal untuk mengubah fase perkembangan atau perilaku organisme. Contoh fotoperiodisme adalah fenomena seperti gugurnya daun, pergantian bulu hewan, migrasi burung, dll. Sehubungan dengan tumbuhan, tumbuhan berhari pendek, yang terdapat di garis lintang selatan, yang siang hari relatif pendek pada musim tanam yang panjang, dan tumbuhan hari panjang, ciri khas lintang utara, yang siang hari lebih panjang pada musim tanam pendek, biasanya dibedakan.

Contoh lain adaptasi terhadap periodisitas fenomena alam adalah ritme harian. Misalnya pada hewan, ketika siang dan malam berganti, intensitas pernapasan, detak jantung, dll pun berubah. Misalnya, tikus abu-abu lebih labil dalam ritme sirkadian dibandingkan tikus hitam, sehingga mereka lebih mudah mengembangkan wilayah baru, setelah menghuni hampir seluruh dunia.

Contoh lainnya adalah aktivitas musiman. Ini tidak serta merta pergantian musim, tapi juga pergantian misalnya musim hujan, kemarau, dan sebagainya.

Yang juga menarik adalah adaptasi terhadap ritme pasang surut, yang berhubungan dengan hari matahari dan bulan (24 jam 50 menit). Setiap hari air pasang bergeser 50 menit. Kekuatan pasang surut bervariasi sepanjang bulan lunar (29,5 hari). Pada bulan baru dan bulan purnama, pasang surut mencapai maksimum. Semua ciri tersebut meninggalkan jejak pada perilaku organisme di zona littoral (zona pasang surut). Misalnya, seekor ikan bertelur di tepi air pasang maksimum. Kemunculan benih dari telur bertepatan dengan periode ini.

Banyak adaptasi ritme yang diwariskan bahkan ketika hewan berpindah dari satu zona ke zona lainnya. Dalam kasus seperti ini, seluruh siklus hidup organisme dapat terganggu. Misalnya, burung unta di Ukraina bisa bertelur langsung di atas salju.

Mekanisme adaptasi terhadap periodisitas proses bisa menjadi yang paling tidak terduga. Misalnya, pada beberapa serangga, sejenis alat kontrasepsi didasarkan pada fotoperiodisme. Hari-hari yang panjang di akhir musim semi dan awal musim panas menyebabkan pembentukan neurohormon di ganglion rantai saraf, di bawah pengaruh telur-telur istirahat muncul, menghasilkan larva hanya pada musim semi berikutnya, tidak peduli seberapa baik pemberian makan dan kondisi lainnya. adalah. Dengan demikian, pertumbuhan penduduk dapat dikendalikan bahkan sebelum pasokan makanan menjadi faktor pembatas.

Adaptasi terhadap faktor-faktor yang berulang tanpa periodisitas yang ketat jauh lebih sulit dilakukan. Namun, semakin khas suatu faktor tertentu terhadap alam (misalnya, kebakaran, badai kuat, gempa bumi), semakin spesifik mekanisme adaptasi yang ditemukan kehidupan terhadap faktor tersebut. Misalnya, tidak seperti lamanya siang hari, jumlah curah hujan di gurun benar-benar tidak dapat diprediksi, namun beberapa tanaman gurun tahunan biasanya menggunakan fakta ini sebagai pengatur. Benihnya mengandung penghambat perkecambahan (penghambat adalah zat yang menghambat proses), yang hanya terhanyut oleh sejumlah curah hujan tertentu, yang akan cukup untuk siklus hidup penuh tanaman tertentu mulai dari perkecambahan biji hingga pematangan benih baru. benih.

Tumbuhan juga telah mengembangkan adaptasi khusus terhadap kebakaran hutan. Banyak spesies tumbuhan menginvestasikan lebih banyak energi pada organ penyimpanan bawah tanah dan lebih sedikit pada organ reproduksi. Inilah yang disebut spesies “pemulihan”. Sebaliknya, spesies yang mati pada saat dewasa menghasilkan banyak benih yang siap berkecambah segera setelah kebakaran. Beberapa dari benih ini tergeletak di lantai hutan selama beberapa dekade tanpa berkecambah atau kehilangan kelangsungan hidupnya.

Faktor yang paling berbahaya bagi organisme hidup adalah faktor yang tindakannya tidak pasti. Sistem alam mempunyai kemampuan untuk pulih dengan baik dari tekanan akut seperti kebakaran dan badai. Selain itu, banyak tanaman bahkan membutuhkan tekanan sesekali untuk mempertahankan “vitalitas”, yang meningkatkan stabilitas keberadaannya. Namun gangguan kronis yang tidak kentara, terutama yang merupakan ciri pengaruh antropogenik terhadap alam, memberikan reaksi yang lemah, sehingga sulit dilacak, dan yang terpenting, sulit untuk menilai konsekuensinya. Oleh karena itu, adaptasi terhadapnya terbentuk sangat lambat, terkadang jauh lebih lambat daripada waktu akumulasi dampak stres kronis yang melampaui batas setelah ekosistem runtuh. Yang paling berbahaya adalah limbah industri yang mengandung bahan kimia baru yang belum ditemukan di alam. Salah satu pemicu stres yang paling berbahaya adalah polusi termal lingkungan. Peningkatan suhu yang moderat dapat berdampak positif pada kehidupan, namun setelah titik tertentu, efek stres mulai muncul. Hal ini terutama terlihat di reservoir yang terhubung langsung dengan pembangkit listrik tenaga panas.

Valensi lingkungan, derajat kemampuan beradaptasi suatu organisme hidup terhadap perubahan kondisi lingkungan. Valensi ekologis adalah properti spesies. Hal ini dinyatakan secara kuantitatif dengan kisaran perubahan lingkungan di mana suatu spesies tertentu mempertahankan aktivitas kehidupan normalnya. Valensi ekologis dapat dipertimbangkan baik dalam kaitannya dengan reaksi suatu spesies terhadap faktor lingkungan individu, dan dalam kaitannya dengan faktor-faktor yang kompleks. Dalam kasus pertama, spesies yang mentolerir perubahan besar dalam kekuatan faktor yang mempengaruhi ditandai dengan istilah yang terdiri dari nama faktor ini dengan awalan “eury” (eurytermal - dalam kaitannya dengan pengaruh suhu, euryhaline - dalam kaitannya terhadap salinitas, eurybatherous - sehubungan dengan kedalaman, dll.); spesies yang hanya beradaptasi terhadap perubahan kecil pada faktor ini ditandai dengan istilah serupa dengan awalan “steno” (stenotermik, stenohalin, dll.). Spesies yang memiliki valensi ekologis yang luas dalam kaitannya dengan faktor-faktor yang kompleks disebut eurybiont, berbeda dengan stenobiont, yang memiliki kemampuan beradaptasi rendah. Karena eurybiontisme memungkinkan untuk menghuni berbagai habitat, dan stenobiontitas secara tajam mempersempit kisaran habitat yang cocok untuk suatu spesies, kedua kelompok ini sering disebut eurybiont atau stenotopic.

Tekanan manusia terhadap lingkungan sudah melampaui semua batas yang bisa dibayangkan. Namun pertumbuhannya juga meningkat setiap tahunnya.

7. Faktor biotik dan uraiannya.

Faktor biotik yang paling penting meliputi ketersediaan pangan, pesaing pangan, dan predator.

1. Pola umum kerja faktor biotik

Kondisi lingkungan organisme memegang peranan penting dalam kehidupan setiap komunitas. Setiap unsur lingkungan yang mempunyai pengaruh langsung terhadap makhluk hidup disebut faktor lingkungan (misalnya faktor iklim).

Ada faktor lingkungan abiotik dan biotik. Faktor abiotik meliputi radiasi matahari, suhu, kelembaban, cahaya, sifat tanah, dan komposisi air.

Makanan dianggap sebagai faktor lingkungan yang penting bagi populasi hewan. Kuantitas dan kualitas pangan mempengaruhi kesuburan organisme (pertumbuhan dan perkembangannya) dan harapan hidup. Telah diketahui bahwa organisme kecil membutuhkan lebih banyak makanan per satuan massa dibandingkan organisme besar; berdarah panas - lebih dari organisme dengan suhu tubuh tidak stabil. Misalnya, burung tit biru dengan berat badan 11 g perlu mengonsumsi makanan setiap tahun sebanyak 30% dari beratnya, burung murai batu dengan berat 90 g - 10%, dan burung elang dengan berat 900 g. - hanya 4,5%.

Faktor biotik mencakup berbagai hubungan antar organisme dalam komunitas alami. Ada hubungan antara individu-individu dari spesies yang sama dan individu-individu dari spesies yang berbeda. Hubungan antar individu dari spesies yang sama sangat penting untuk kelangsungan hidupnya. Banyak spesies yang dapat berkembang biak secara normal hanya jika mereka hidup dalam kelompok yang cukup besar. Dengan demikian, burung kormoran hidup dan berkembang biak secara normal jika terdapat sedikitnya 10 ribu individu dalam koloninya. Prinsip ukuran populasi minimum menjelaskan mengapa spesies langka sulit diselamatkan dari kepunahan. Agar gajah Afrika dapat bertahan hidup, kawanannya harus berisi setidaknya 25 individu, dan rusa kutub - 300-400 hewan. Hidup bersama memudahkan dalam mencari makanan dan melawan musuh. Jadi, hanya sekelompok serigala yang dapat menangkap mangsa besar, dan kawanan kuda serta bison berhasil mempertahankan diri dari pemangsa.

Pada saat yang sama, peningkatan berlebihan dalam jumlah individu dari satu spesies menyebabkan kelebihan populasi komunitas, meningkatnya persaingan untuk mendapatkan wilayah, makanan, dan kepemimpinan dalam kelompok.

Ekologi populasi mempelajari hubungan antar individu dari spesies yang sama dalam suatu komunitas. Tugas utama ekologi populasi adalah mempelajari ukuran populasi, dinamikanya, penyebab dan akibat perubahan populasi.

Populasi berbagai spesies yang hidup bersama dalam waktu lama di suatu wilayah tertentu membentuk komunitas, atau biocenosis. Komunitas dari populasi yang berbeda berinteraksi dengan faktor lingkungan, yang bersama-sama membentuk biogeocenosis.

Keberadaan individu-individu sejenis maupun berbeda spesies dalam suatu biogeocenosis sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan pembatas atau pembatas, yaitu kurangnya sumber daya tertentu. Untuk individu dari semua spesies, faktor pembatasnya bisa berupa suhu rendah atau tinggi, untuk penghuni biogeocenosis perairan - salinitas air dan kandungan oksigen. Misalnya, sebaran organisme di gurun dibatasi oleh suhu udara yang tinggi. Studi ekologi terapan faktor pembatas.

Bagi kegiatan ekonomi manusia, penting untuk mengetahui faktor-faktor pembatas yang menyebabkan penurunan produktivitas tanaman dan hewan pertanian serta musnahnya serangga hama. Oleh karena itu, para ilmuwan telah menemukan bahwa faktor pembatas larva kumbang klik adalah kelembaban tanah yang sangat rendah atau sangat tinggi. Oleh karena itu, untuk memberantas hama tanaman pertanian ini, tanah dikeringkan atau dibasahi secara berlebihan, yang menyebabkan kematian larva.

Ekologi mempelajari interaksi organisme, populasi, komunitas satu sama lain, dan dampak faktor lingkungan terhadapnya. Autecology mempelajari hubungan individu dengan lingkungan, dan synecology mempelajari hubungan antara populasi, komunitas dan habitat. Ada faktor lingkungan abiotik dan biotik. Faktor pembatas penting bagi keberadaan individu dan populasi. Populasi dan ekologi terapan telah mengalami perkembangan pesat. Pencapaian ekologi digunakan untuk mengembangkan langkah-langkah untuk melindungi spesies dan komunitas dalam praktik pertanian.

Klasifikasi interaksi biotik:

1. Netralitas - tidak ada populasi yang saling mempengaruhi.

2. Persaingan adalah penggunaan sumber daya (makanan, air, cahaya, ruang) oleh satu organisme, yang dengan demikian mengurangi ketersediaan sumber daya tersebut bagi organisme lain.

Persaingan dapat bersifat intraspesifik dan interspesifik.

Jika ukuran populasinya kecil, persaingan intraspesifik akan lemah dan sumber daya tersedia berlimpah.

Pada kepadatan populasi yang tinggi, persaingan intraspesifik yang ketat mengurangi ketersediaan sumber daya ke tingkat yang menghambat pertumbuhan lebih lanjut, sehingga mengatur ukuran populasi. Kompetisi interspesifik adalah interaksi antar populasi yang berdampak buruk pada pertumbuhan dan kelangsungan hidup mereka. Ketika tupai Carolina dibawa ke Inggris dari Amerika Utara, jumlah tupai biasa berkurang karena.

tupai Carolina ternyata lebih kompetitif. Persaingan bisa bersifat langsung dan tidak langsung. Langsung adalah persaingan intraspesifik yang terkait dengan perebutan habitat, khususnya perlindungan wilayah tertentu pada burung atau hewan, yang dinyatakan dalam bentrokan langsung.

Dengan kurangnya sumber daya, dimungkinkan untuk memakan hewan dari spesies mereka sendiri (serigala, lynx, serangga predator, laba-laba, tikus, tombak, hinggap, dll.) Secara tidak langsung - antara semak dan tanaman herba di California.

1. Biosfer : fungsi makhluk hidup.

Komposisi materi hidup adalah keseluruhan organisme hidup yang hidup di biosfer. Materi hidup mempunyai biomassa, produktif, dan mempunyai sifat khusus dibandingkan materi inert. Sifat-sifat ini memberikan fungsi terpenting makhluk hidup.

1. Fungsi energi. Hal ini ditentukan oleh sifat-sifat zat fotosensitif klorofil tumbuhan hijau, yang dengannya tumbuhan menangkap, mengakumulasi energi matahari, dan mengubahnya menjadi energi ikatan kimia molekul zat organik. Zat organik yang dihasilkan oleh tumbuhan hijau berfungsi sebagai sumber energi bagi perwakilan kerajaan makhluk hidup lainnya.

2. Fungsi transportasi. Interaksi nutrisi makhluk hidup menyebabkan pergerakan sejumlah besar unsur dan zat kimia melawan gravitasi dan dalam arah horizontal. Pergerakan ini merupakan fungsi transportasi makhluk hidup.

3. Fungsi destruktif. Mineralisasi zat organik, penguraian bahan organik mati menjadi senyawa anorganik sederhana menentukan fungsi destruktif makhluk hidup. Fungsi ini terutama dilakukan oleh jamur dan bakteri.

4. Fungsi konsentrasi adalah akumulasi zat-zat tertentu pada makhluk hidup. Cangkang moluska, cangkang diatom, kerangka hewan - semua ini adalah contoh manifestasi fungsi konsentrasi makhluk hidup.

5. Materi hidup mengubah parameter fisik dan kimia lingkungan. Hal ini mengungkapkan fungsi utama lain dari makhluk hidup - lingkunganmendidik. Misalnya, hutan mengatur limpasan permukaan, meningkatkan kelembapan udara, dan memperkaya atmosfer dengan oksigen.

8.2. Biosfer: siklus biogeokimia global zat, aliran energi.

Kehidupan telah ada selama miliaran tahun. Bahan anorganik terus-menerus dikonsumsi dari lingkungan. Selama ini mungkin saja sudah habis, karena jumlah materi di Bumi terbatas. Jumlah materi yang terbatas di biosfer memperoleh sifat tak terhingga melalui siklus materi. Nutrisi, respirasi dan reproduksi organisme serta proses terkait penciptaan dan akumulasi pembusukan bahan organik memastikan sirkulasi materi dan energi yang konstan.

Siklus biogeokimia zat adalah proses transformasi dan pergerakan materi di alam yang saling berhubungan secara fisik, kimia, dan biologis.

Kekuatan pendorong siklus biogeokimia adalah aliran energi matahari dan aktivitas makhluk hidup. Sebagai hasil dari siklus biogeokimia, sejumlah besar unsur kimia dipindahkan, energi yang terakumulasi selama fotosintesis terkonsentrasi dan didistribusikan kembali.

Siklus biogeokimia di biosfer tidak sepenuhnya tertutup; sebagian kecil dari zat tersebut “terkubur”. Hal ini menyebabkan penumpukan oksigen biogenik di atmosfer, serta berbagai unsur dan senyawa kimia di kerak bumi.

Seluruh dunia kehidupan menerima energi yang diperlukan dari zat organik yang dihasilkan oleh tumbuhan fotosintetik atau mikroorganisme kemosintetik. Saluran utama perpindahan energi adalah rantai makanan dari sumber makanan nabati, atau produsen, ke konsumen dan pengurai. Dalam hal ini, tingkat trofik yang sesuai terbentuk.

Dengan setiap perpindahan berturut-turut dari satu tingkat trofik ke tingkat trofik lainnya, sebagian besar energi (hingga 90%) hilang dalam bentuk panas. Hal ini membatasi jumlah mata rantai - semakin pendek rantainya, semakin besar jumlah energi yang tersedia.

Dengan demikian, kehidupan di planet kita terjadi sebagai siklus materi yang konstan, didukung oleh aliran energi matahari.

Biosfer berkaitan erat dengan lingkungan luar angkasa. Setiap detik, lebih dari 1000 partikel bermuatan terbang ke area seluas 1 m² melintasi batas atmosfer bumi dari luar angkasa menuju permukaan bumi. Radiasi kosmik, dalam waktu singkat, dapat menguraikan seluruh udara di atmosfer menjadi ion dan elektron. Kehidupan di Bumi menjadi mustahil. Namun hal ini tidak terjadi, karena Bumi dilindungi dari sinar kosmik oleh medan magnet. Garis medan magnet bumi memantulkan sinar kosmik berenergi rendah, yang umumnya tidak dapat menembus atmosfer bagian bawah. Hanya sinar kosmik berenergi sangat tinggi yang mampu menembus medan magnet bumi dan mencapai permukaan bumi, berapapun garis lintang geografisnya.

Di magnetosfer, partikel bermuatan sebagian besar dibatasi oleh garis medan magnet. Ketika partikel berikutnya tiba, beberapa di antaranya tampak “terlepas” ke atmosfer. Hal ini menciptakan arus listrik dan merupakan penyebab badai geomagnetik.

Layar pelindung Bumi lainnya adalah layar ozon. Ozonosfer (layar ozon) terdiri dari ozon, gas biru dengan bau yang menyengat. Ketinggian lokasinya 10 hingga 15 km, maksimum 20-25 km. Ozon terbentuk di stratosfer ketika, di bawah pengaruh sinar ultraviolet, molekul oksigen terurai menjadi atom bebas yang dapat menempel pada molekul oksigen lainnya. Reaksi lain juga mungkin terjadi - atom oksigen bebas dapat bergabung dengan molekul ozon untuk membentuk dua molekul oksigen. Di stratosfer, ozon menyerap sinar ultraviolet dari radiasi matahari, sehingga melindungi seluruh makhluk hidup. Dalam beberapa tahun terakhir, telah terjadi penipisan lapisan ozon. Alasan utama penipisan adalah penggunaan klorofluorokarbon - freon, yang banyak digunakan dalam produksi dan kehidupan sehari-hari sebagai zat pendingin, bahan pembusa, pelarut, dan aerosol. Freon mengkatalisis penguraian ozon, mengganggu keseimbangan antara ozon dan oksigen sehingga konsentrasi ozon berkurang.

8.4. Biosfer: keanekaragaman hayati.

Kehidupan sebagai fenomena planet yang stabil hanya mungkin terjadi jika kualitasnya berbeda.

Keanekaragaman hayati biosfer meliputi keanekaragaman seluruh jenis makhluk hidup yang menghuni biosfer, keanekaragaman gen yang membentuk kumpulan gen setiap populasi setiap spesies, serta keanekaragaman ekosistem biosfer pada zona alam yang berbeda.

Keanekaragaman kehidupan di Bumi yang menakjubkan bukan hanya hasil adaptasi setiap spesies terhadap kondisi lingkungan tertentu, tetapi juga merupakan mekanisme terpenting untuk menjamin keberlanjutan biosfer.

Hanya sedikit spesies dalam suatu ekosistem yang memiliki jumlah, biomassa, dan produktivitas yang signifikan. Spesies seperti ini disebut dominan. Spesies langka atau langka mempunyai jumlah dan biomassa yang rendah. Biasanya, spesies dominan bertanggung jawab atas aliran energi utama dan merupakan pembentuk lingkungan utama, yang sangat mempengaruhi kondisi kehidupan spesies lain. Spesies kecil membentuk semacam cagar alam dan ketika berbagai kondisi eksternal berubah, mereka dapat menjadi bagian dari spesies dominan atau menggantikannya. Spesies langka terutama menciptakan keanekaragaman spesies.

Saat mengkarakterisasi keanekaragaman, indikator berikut diperhitungkan: kekayaan spesies danpemerataan distribusi individu.

Kekayaan spesies dinyatakan sebagai rasio jumlah spesies terhadap jumlah individu atau per satuan luas. Misalnya, dalam kondisi yang sama, dua komunitas dihuni oleh 100 individu. Namun yang pertama, 100 individu ini tersebar di antara sepuluh spesies, dan yang kedua, di antara tiga spesies. Dalam contoh yang diberikan, komunitas pertama memiliki keanekaragaman spesies yang lebih kaya dibandingkan komunitas kedua.

Mari kita asumsikan bahwa dalam komunitas pertama dan kedua terdapat 100 individu dan 10 spesies. Namun pada komunitas pertama, individu tersebar antar spesies, masing-masing 10 individu, dan pada komunitas kedua, satu spesies memiliki 82 individu, dan sisanya memiliki 2 individu.

Seperti pada contoh pertama, komunitas pertama akan memiliki distribusi individu yang lebih merata dibandingkan komunitas kedua.

Pelestarian keanekaragaman hayati merupakan syarat mutlak bagi kelestarian dan pengembangan ekosistem alam serta keberadaan seluruh kehidupan pada umumnya.

8.5. Biosfer: mekanisme keberlanjutan.

Biosfer adalah sistem terbuka yang mempertukarkan materi dan energi dengan lingkungan. Hal ini dimungkinkan karena ekosistem tidak hanya mengandung autotrof – produsen bahan organik, tetapi juga heterotrof – konsumen dan perusak bahan organik. Keseimbangan relatif tercipta antara proses pembuatan bahan organik dan transformasi serta penghancurannya, dan ekosistem tetap stabil. Stabilitas - Inilah sifat suatu ekosistem, yang diwujudkan dalam terpeliharanya komposisi, struktur dan fungsi, serta kemampuan untuk pulih jika terganggu. Stabilitas biosfer ditentukan oleh:

- keanekaragaman makhluk hidup yang luar biasa;

— ekosistem penyusunnya dapat dipertukarkan;

— duplikasi hubungan dalam siklus biogeokimia;

- aktivitas vital makhluk hidup.

Keanekaragaman hayati memberikan banyak informasi, hubungan material dan energi antara materi hidup dan materi inert, serta hubungan biosfer dengan ruang angkasa, geosfer, dan proses siklus biogeokimia global.

Keberadaan setiap spesies bergantung pada banyak spesies lainnya; musnahnya satu spesies dapat menyebabkan hilangnya spesies lain yang terkait dengannya. Individu dari satu spesies dan produk dari aktivitas vitalnya, serta mayatnya, merupakan makanan bagi spesies lain, yang menjamin pemurnian ekosistem.

Perkembangan sosio-ekonomi masyarakat jelas-jelas bertentangan dengan terbatasnya kemampuan biosfer untuk menghasilkan sumber daya dan mendukung kehidupan. Terjadi penipisan sumber daya alam di daratan dan lautan, hilangnya spesies tanaman dan hewan secara permanen, pencemaran lingkungan, penyederhanaan dan degradasi ekosistem. Oleh karena itu, umat manusia mencari cara untuk pembangunan berkelanjutan bagi masyarakat dan alam.

8.6. Biosfer: bahaya pemiskinan keanekaragaman hayati spesies dan ekosistem

Keanekaragaman hayati - genetik, spesies, ekosistem - merupakan akar penyebab stabilitas biosfer secara keseluruhan dan ekosistem individu. Kehidupan sebagai fenomena planet yang berkelanjutan hanya mungkin terjadi jika terdapat beragam spesies dan ekosistem.

Namun dalam kondisi modern, skala aktivitas ekonomi manusia meningkat sedemikian rupa sehingga terdapat bahaya hilangnya keanekaragaman hayati. Berbagai jenis aktivitas manusia menyebabkan kerusakan langsung atau tidak langsung terhadap berbagai spesies dan ekosistem biosfer.

Ada beberapa jenis utama degradasi lingkungan yang saat ini paling berbahaya bagi keanekaragaman hayati. Misalnya, banjir atau pendangkalan lahan produktif, pembuatan beton, pengerasan jalan atau pembangunan menghilangkan habitat satwa liar. Pengolahan lahan dengan cara yang tidak rasional menurunkan hasil panen akibat erosi dan berkurangnya kesuburan tanah. Irigasi lahan yang berlebihan dapat menyebabkan salinisasi, yaitu peningkatan konsentrasi garam dalam tanah ke tingkat yang tidak dapat ditoleransi oleh tanaman. Akibatnya, tanaman khas tempat tersebut punah. Deforestasi di wilayah yang luas tanpa adanya penanaman regeneratif menyebabkan rusaknya habitat satwa liar, perubahan vegetasi, dan berkurangnya keanekaragamannya. Banyak spesies yang punah karena pemusnahan dan pencemaran lingkungan. Sebagian besar spesies punah karena rusaknya habitat alami dan rusaknya ekosistem alami. Ini adalah salah satu alasan utama menipisnya keanekaragaman hayati.

Keanekaragaman hayati biosfer mengacu pada keanekaragaman semua jenis makhluk hidup yang menyusun biosfer, serta seluruh keanekaragaman gen yang membentuk kumpulan gen setiap populasi setiap spesies, serta keanekaragaman ekosistem biosfer. di zona alami yang berbeda. Sayangnya, saat ini segala macam aktivitas ekonomi manusia menyebabkan penurunan keanekaragaman hayati. Biosfer kehilangan keanekaragaman hayati. Ini adalah salah satu bahaya lingkungan.

Umat ​​​​manusia masih sedikit mengetahui tentang keanekaragaman hayati; misalnya, masih belum ada data akurat mengenai jumlah spesies di biosfer. Para ahli tidak selalu dapat menentukan wilayah mana yang memerlukan tindakan perlindungan khusus dan pengorganisasian cagar alam di wilayah tersebut. Ada sejumlah besar spesies yang jarang dipelajari, misalnya di hutan tropis.

Untuk melestarikan keanekaragaman hayati, perlu dilakukan investasi dalam studinya; meningkatkan pengelolaan lingkungan hidup, berusaha menjadikannya rasional; memecahkan masalah lingkungan global di tingkat internasional.

UNESCO mengadopsi Konvensi Warisan Dunia, yang menggabungkan monumen alam dan budaya. Konvensi tersebut menyerukan kepedulian terhadap benda-benda yang bernilai bagi seluruh umat manusia. Konservasi keanekaragaman hayati bergantung pada para pemimpin negara dan perilaku setiap penghuni planet ini.

9 Kelestarian lingkungan alam (ekosistem) di Rusia.

Keberlanjutan adalah salah satu parameter terpenting dari sistem apa pun, termasuk sistem lingkungan. Ini menentukan kemampuan suatu sistem untuk mempertahankan dirinya sendiri ketika lingkungan berubah. Dalam konteks definisi ini, keberlanjutan dapat dianggap sinonim dengan istilah vitalitas. Landasan teoretis untuk penilaian kualitatif dan semi-kuantitatif terhadap stabilitas sistem yang kompleks disajikan dalam atlas Web “Rusia sebagai Sistem”. Dalam bentuk paling umum, karya ini menunjukkan bahwa kelangsungan hidup sistem ditentukan oleh tiga kelompok parameternya - volume (massa materi sistem), produktivitas (laju reproduksi mandiri materi sistem) dan harmoni struktural. Sehubungan dengan sistem ekologi, pengukuran kuantitatif dari dua kelompok parameter pertama dikembangkan dengan baik oleh biogeografi klasik. Metode untuk menghitung keselarasan struktural ekosistem (komponen ketiga) dikembangkan oleh kami dan disajikan dalam “Atlas keanekaragaman hayati Rusia Eropa dan wilayah sekitarnya” (M., PAIMS, 1996).

Tingkat potensi keberlanjutan ekosistem asli di Rusia, yaitu tingkat keberlanjutan ekosistem sebelum diubah oleh manusia, ditunjukkan pada peta berikut

Stabilitas maksimum terjadi di hutan-stepa Rusia Eropa, wilayah Cis-Ural dan taiga tengah Siberia di utara dan selatan, stabilitas sistem menurun. Jumlah minimum di Rusia diamati di gurun Arktik. Karena hanya bagian paling ujung gurun Turanian yang masuk ke Rusia, tingkat keberlanjutannya masih cukup tinggi.

Hutan-stepa Eropa - kombinasi hutan ek dan padang rumput stepa - tentu saja merupakan zona hidup optimal di Rusia. Sedangkan untuk Siberia, mundurnya stabilitas maksimum ke utara di sini tentu saja terkait dengan pemuda ekologis secara umum di hutan-stepa setempat. Mari kita ingat bahwa jika di hutan-stepa Eropa spesies pembentuk hutan utama adalah ek - spesies klimaks - tahap akhir suksesi ekologi, maka di Siberia digantikan oleh birch - spesies pionir, yang pertama menetap di non- -kawasan hutan.

Tingginya potensi keberlanjutan ekosistem adat dalam bentuknya yang paling umum menentukan kemampuan lingkungan alam untuk kembali ke keadaan semula jika terjadi dampak alam (misalnya iklim) dan antropogenik. Dalam kapasitas ini, kelestarian ekosistemlah yang menentukan luasnya “koridor peluang” bagi perkembangan ekonomi peradaban manusia, yang segala bentuknya mampu mengubah alam. Meskipun telah kehilangan sebagian besar wilayahnya, ekosistem asli yang berkelanjutan terus memastikan siklus alam, produksi biomassa, dan pembuangan zat-zat berbahaya bagi organisme hidup tidak berubah. Fitur ini dikaitkan dengan peran asli tanah - reservoir "memori" ekosistem - melestarikan banyak kualitas awal ekosistem bahkan setelah transformasi antropogenik di wilayah tersebut. Kemungkinan-kemungkinan ekosistem berkelanjutan tersebut digambarkan dengan baik melalui peta gangguan ekosistem alami

Peta di atas menunjukkan bahwa potensi keberlanjutan ekosistem Rusia telah berkurang sampai tingkat tertentu hampir di semua tempat karena penggantian tipe ekosistem asli dengan turunan antropogenik yang kurang stabil (agrocenosis atau hutan sekunder) atau kehancuran total selama pembangunan dan urbanisasi. Pada saat yang sama, area dampak maksimum merupakan tipikal wilayah dengan kompleks alam paling stabil. Di Rusia mereka berkata: “Siapapun yang beruntung akan disalahkan.” Ekosistem yang stabil di taiga selatan dan hutan-stepa Rusia mempertahankan kemungkinan perkembangan peradaban industri yang cukup otonom, tanpa dukungan eksternal, selama satu setengah abad terakhir, meskipun terjadi hilangnya kompleks alam secara maksimal.

Stepa di bagian Eropa Rusia direklamasi untuk kedua kalinya (setelah ditinggalkan selama periode ancaman serius dari pengembara stepa pada abad ke-13 - ke-17) pada abad ke-18 - ke-19, dengan latar belakang a pertanian yang cukup maju secara teknis. Di sisi lain, karena memiliki produktivitas tertinggi dan paling stabil, stepa ini mengalami konsekuensi paling parah selama periode sosialis dalam mengejar pertumbuhan lahan subur, “perjuangan melawan sistem rumput”, dll. Pada saat yang sama, cadangan stabilitas ekosistem memberikan peluang bagi pembangunan ekonomi melalui modernisasi radikal dan peningkatan ketersediaan energi manusia. Merupakan ciri khas bahwa kawasan dengan stabilitas kondisi alam yang tinggi sebagian besar berkorelasi dengan kawasan dengan stabilitas (viabilitas) masyarakat yang tinggi. Sebaliknya, di stepa dan semi-gurun yang lebih selatan (wilayah Kaspia) dan di Utara - di tundra, kondisi alam, karena ketidakstabilan yang melekat pada biota, secara signifikan membatasi kesewenang-wenangan manusia dalam memilih opsi dan intensitas aktivitas. aktivitas ekonomi. Oleh karena itu, masyarakat di wilayah ini kurang stabil. Hal inilah yang dikaitkan dengan pelestarian dominan bentuk-bentuk pengelolaan alam tradisional di stepa kering, semi-gurun, tundra, dan taiga utara. Peradaban industri biasanya hadir di sini dalam bentuk enclave, yang keberadaannya hanya mungkin terjadi dengan dukungan terus-menerus (sumber daya, manusia, energi) dari wilayah yang lebih stabil. Kantong-kantong ini terlihat seperti benda asing di kawasan dan memiliki dampak paling merusak terhadap alam.

Meskipun tingkat keberlanjutan ekosistem taiga selatan dan hutan-stepa Rusia Eropa tinggi, ancaman hilangnya keseimbangan alam dan kehancuran tak terduga dari semua bentuk pengelolaan (terutama pertanian) di kawasan ini telah diketahui sejak masa Stalin. . Di akhir tahun 40an. Sebuah rencana untuk pembuatan besar-besaran sabuk hutan dan waduk buatan diadopsi. Implementasi rencana tersebut diharapkan dapat secara signifikan meningkatkan kelestarian ekosistem stepa di Rusia selatan. Sayangnya, rencana tersebut tidak dilaksanakan sepenuhnya. Tetapi bahkan dalam pelaksanaannya, hal ini tidak sepenuhnya mencapai hasil yang diinginkan, karena sebagian dari sabuk hutan ditanam dengan “metode cluster” dari T.D. Lysenko dan segera mati sejak awal, dana yang cukup tidak dialokasikan untuk itu pembuatan kolam dan sebagian besar jebol karena banjir besar pertama. Ketika rencana itu dilupakan, dan kekurangan roti di negara itu meningkat, penebangan besar-besaran sabuk hutan dimulai - lebih mudah menggunakan traktor besar untuk mengolah lahan yang luas dan sabuk hutan menghalangi.

Peta terakhir menunjukkan indikator yang mencerminkan tingkat kelestarian ekosistem saat ini, dengan mempertimbangkan hilangnya kawasan kompleks alam asli dan penurunan kelangsungan ekosistem antropogenik (agrocenosis, hutan sekunder, dll.). Peta tersebut menunjukkan bahwa di daerah-daerah yang kondisinya paling menguntungkan (nyaman) bagi kehidupan manusia dan pembangunan ekonomi, kemungkinan pembangunan dengan memanfaatkan sumber daya alam dan lingkungan praktis telah habis. Hal ini tentu menimbulkan kekhawatiran yang serius - wilayah donor utama penduduk negara tersebut dan salah satu dari tiga pusat utama keberlanjutan masyarakatnya terletak di zona penurunan maksimum stabilitas ekosistem. Penurunan keberlanjutan meningkatkan kerentanannya terhadap transformasi antropogenik, yang sangat berbahaya dalam menjaga kesehatan tidak hanya penduduk Wilayah Black Earth, tetapi juga Rusia secara keseluruhan.

Dalam hal ini, dari tiga pusat utama peningkatan vitalitas masyarakat, Kaukasus Utara berada pada posisi yang paling menguntungkan. Karena di Rusia ini adalah pusat paling kuno (dengan tingkat memori sosial etnis), hubungannya dengan habitatnya paling dekat. Mungkin pelestarian stabilitas ekosistem yang lebih tinggilah yang berkontribusi pada keberhasilan perjuangannya melawan pusat-pusat Rusia itu sendiri.

Kesimpulan.

Untuk suatu ekosistem yang terdiri dari banyak spesies dengan tingkat evolusi yang berbeda, pengaruh seluruh faktor biotik yang kompleks selalu mewakili sistem interaksi yang kompleks, di mana, misalnya, iklim mikro di permukaan tanah sangat bergantung pada komposisi spesies dan derajatnya. Perkembangan vegetasi tingkat atas, liang hewan penggali mengubah kondisi aerasi dan drainase tanah serta mempengaruhi kondisi keberadaan vegetasi.

Penjelasan lengkap tentang semua pengaruh timbal balik faktor abiotik dan biotik dalam ekosistem alami ternyata hampir tidak mungkin, sehingga dalam kondisi nyata perlu membatasi diri pada analisis hanya faktor terpenting yang tidak menentukan ciri-ciri spesifik, tetapi hanya jenis ekosistem.

Hal ini memungkinkan untuk menentukan secara lebih andal hanya arah perubahan ekosistem sebagai kemungkinan responsnya terhadap perubahan tertentu dalam kondisi abiotik, khususnya yang disebabkan oleh aktivitas manusia. Kemajuan spesifik dari perubahan tersebut harus selalu dipantau secara real time oleh sistem pemantauan lingkungan alam—pemantauan parameter ekosistem secara berkala.

Tugas utama pembuatan karya ini adalah untuk mengenal konsep ekosistem dalam ekologi, faktor-faktor yang mempengaruhinya dan permasalahan hubungannya dengan manusia. Setelah melakukan pekerjaan ini, saya mencoba menyampaikan pentingnya dan relevansi masalah yang berkaitan dengan ekosistem, memberikan contoh dan cara untuk memecahkan masalah tersebut. Hukum dasar ekologi juga dijelaskan, dengan pemeriksaan rinci tentang faktor-faktor yang mempengaruhi lingkungan manusia. Relevansi pekerjaan saya jelas! Setiap orang perlu mengetahui hukum dasar, proses, ciri-ciri yang terjadi dan menjadi ciri ekosistem, dan ekologi secara umum. Semua ini perlu Anda ketahui untuk mencoba meminimalisir dampak negatif aktivitas manusia terhadap alam sekitar, karena tidak akan ada alam, tidak akan ada kehidupan di bumi...

Referensi

1. Kimia Lingkungan / Ed. JOM Bockris-M: Kimia 1982;
2. Shustov S.B., Shustova L.V. Dasar kimia ekologi. G: Pencerahan, 1995;
3. Ekologi. Panduan belajar. M: Pengetahuan 1997
4. Gorelov A.A. Ekologi: buku teks. - M.: Tengah. 1999.
5. Gulyaev S.A., Zhukovsky V.M., Komov S.V. Dasar-dasar ilmu pengetahuan alam. / Panduan belajar. - Ekaterinburg: UralEcoCenter, 2001. - 560 hal.
6. Moiseev N. N. Manusia dan biosfer. - M.: Pengawal Muda, 1995. - 302 hal.
7. Nikolaikin N.N., Nokolaikina N.E., Melekhova O.P. Ekologi. - M.: Bustard, 2004.
8. Petrov V.V. Hukum lingkungan Rusia. - M.: Penerbit BEK. 1995.

9.www.postupim.ru/9/himiya/853.shtml

10. www.krugosvet.ru

11. www.naveki.ru

Lampiran 1

Lampiran 2

Pengaruh suhu pada organisme hidup

Transparansi 1

I. Matahari merupakan sumber energi dan kehidupan terpenting di bumi, syarat terjadinya proses fotosintesis dan faktor utama peredaran zat di alam, oleh karena itu gambaran Matahari ditempatkan pada diagram siklus atau partisipasinya. dalam berbagai proses diasumsikan secara mental.

II. Karbon dioksida di atmosfer dan hidrosfer bumi. Panah yang berlawanan arah pada transparansi mewakili keseimbangan dinamis yang menentukan kandungan karbon dioksida di atmosfer dan Lautan Dunia. Keadaan keseimbangan ini tidak hanya dipengaruhi oleh proses biokimia, tetapi juga oleh aktivitas produksi manusia dan letusan gunung berapi.

AKU AKU AKU. Oksigen di atmosfer dan hidrosfer bumi.

Gambarnya mirip dengan yang sebelumnya.

Saat mempertimbangkan siklus individual, kita harus membatasi diri hanya pada satu komponen atmosfer, misalnya nitrogen, atau mempertimbangkan atmosfer secara keseluruhan (transparansi 14, 15, 16).

(Berbeda dengan buku teks di atas, yang hanya menyajikan atmosfer dan hidrosfer, dalam siklus individu yang disajikan pada transparansi, litosfer (“alam mati”), yang menutupi pantai dan dasar lautan, juga ditunjukkan.)

Transparansi 2.

IV. Letusan gunung berapi.

V. Petir di langit.

VI. Pabrik dengan cerobong asap.

Transparansi 3.

VII. Batuan, litosfer.

VIII. Deposit karbonat.

IX. Sisa-sisa tumbuhan dan hewan.

X. Deposit bahan bakar fosil.

Transparansi 4.

XI. Tanah.

XII. Mikroorganisme (bakteri pembusuk, nitrifikasi, denitrifikasi, Azotobacter, bakteri belerang, dll); Saat mendiskusikan slide, mintalah siswa menguraikan gambar mana yang termasuk dalam mikroorganisme tertentu.

XIII. Pupuk mineral

XIV. Deposit pupuk fosfat (fosfor, apatit).

Transparansi 5.

XV. Tanaman darat.

XVI Alga.

XVII. Hewan darat.

XVIII. Hewan akuatik - ikan.

Gambar yang ditempatkan pada transparansi 1–5 berfungsi untuk menggambar diagram berbagai sirkulasi. Slide 1, 2 mencerminkan fenomena alam global yang terjadi di Bumi, aktivitas produksi manusia, yang skalanya sepadan dengan proses biogeokimia yang terjadi di seluruh lapisan kerak bumi: lito-, hidro- dan atmosfer. Transparansi 3, 4, 5 sampai batas tertentu berhubungan dengan proses biogeokimia yang terjadi di permukaan bumi. Isi setiap transparansi dapat dijadikan topik pembicaraan atau pidato yang meriah oleh siswa. Pada saat yang sama, anak-anak sekolah menggunakan pengetahuan dari mata pelajaran sejarah alam, biologi, geografi, dan fisika; Dengan cara ini, hubungan antar disiplin ilmu semakin diperkuat.

Seri ini menyoroti kompleksitas dan inkonsistensi proses biogeokimia. Proses tersebut mencakup proses penciptaan (fotosintesis dan kemosintesis) dan penghancuran (pembusukan dan pembusukan bahan organik). Peran berbagai mikroorganisme, yang tanpanya kehidupan di planet kita tidak mungkin terpikirkan, sangat diperhatikan.

Dengan pertimbangan umum terhadap masalah ini, kontur besar dari proses penciptaan dan penghancuran muncul, yang terjadi dalam bentuk siklus zat dan proses energi yang menyertainya. Kemudian siklusnya ditentukan dengan menggunakan contoh masing-masing unsur kimia (pada awalnya contohnya harus sederhana dan mencakup sejumlah kecil komponen). Secara bertahap, siklus menjadi lebih kompleks, semakin banyak komponen yang berpartisipasi di dalamnya, dan jumlah hubungan di antara mereka meningkat.

Diagram siklus diberikan sebagai contoh dalam transparansi 6–20 (rekomendasi yang tersedia dalam buku teks “Siklus Zat Tertentu di Alam” disarankan untuk digunakan dalam kasus ini: perkiraan urutan pembuatan diagram, menyoroti hal utama dengan memilih komponen dan membangun hubungan di antara mereka menggunakan panah yang berbeda - berdasarkan arah, warna, ketebalan, dll.).

Diagram di atas tidak menghilangkan kemungkinan penggunaan 18 komponen yang disebutkan sebelumnya. Di sini kreativitas siswa, rasa ingin tahunya, dan semangat bersaing dalam mencapai hasil terbaik dapat terwujud sepenuhnya. Siswa juga mungkin menyadari unsur kimia lain yang memiliki signifikansi biologis, seperti mangan, besi, dan seng. Semua ini akan merangsang aktivitas kognitif siswa, berkontribusi pada studi kimia yang diperluas dan mendalam, penggunaan pengetahuan secara kreatif untuk memecahkan masalah kognitif yang mungkin. Slide menyajikan diagram siklus dengan berbagai tingkat kompleksitas, yang memungkinkan pendekatan individual kepada siswa dan, sampai batas tertentu, membedakan pembelajaran. Untuk setiap transparansi di bawah ini, Anda dapat mengatur percakapan, cerita, yang akan berkontribusi pada perkembangan pemikiran dan tuturan lisan anak sekolah.

Geser 6.

Hanya hubungan paling umum antara alam mati (VII - batu) dan alam hidup (XV - tumbuhan, XVII - hewan) yang ditunjukkan dengan panah yang berbeda.

Geser 7.

Skema sebelumnya dilengkapi dengan komponen baru - tanah (XI).

Geser 8.

Komplikasi lain juga dimasukkan ke dalam skema siklus - mikroorganisme (XII), yang memainkan peran penting dalam pembentukan tanah.

Geser 9.

Mikroorganisme terutama mengubah residu organik menjadi zat anorganik yang diasimilasi oleh tanaman. Mereka juga melakukan sintesis zat organik.

Transparansi 10, 11

Tunjukkan hubungan antara tumbuhan dan hewan darat dan hubungan antara hewan air dan tumbuhan.

Geser 12.

Komponen baru (IX, XI, XII, VII, IV) dimasukkan dalam skema siklus dengan partisipasi tumbuhan dan hewan darat. Siswa dapat diminta untuk membuat sendiri diagram serupa untuk tumbuhan dan hewan air.

Geser 13.

Pembakaran bahan bakar dan pembakaran batu kapur meningkatkan kandungan karbon dioksida di atmosfer (hidrosfer); Pada saat yang sama, kandungan oksigen di udara menurun.

Geser 14.

Diagram tersebut, khususnya, menunjukkan bahwa pergerakan karbon dioksida dan oksigen pada organisme tumbuhan dan hewan terjadi dalam arah yang berlawanan.

Geser 15.

Diagram menunjukkan dua proses yang berlawanan: fiksasi nitrogen di atmosfer dan konversi nitrogen tetap menjadi nitrogen di atmosfer. Dalam kondisi alami, proses-proses ini seimbang.

Geser 16.

Siklus nitrogen alami sangat dipengaruhi oleh fakta bahwa lebih banyak nitrogen terfiksasi yang terbawa dari tanah selama panen dibandingkan dengan persediaannya yang dapat diisi ulang.

Pertanyaan untuk siswa: Kesimpulan apa yang didapat dari ini?

Geser 17.

Berbeda dengan nitrogen, senyawa fosfor tidak diperoleh kembali di dalam tanah dan harus diberikan dalam bentuk pupuk.

Geser 18.

Tanda panah menunjukkan jalur migrasi belerang, dan awalnya adalah asimilasi ion sulfat oleh tanaman dan masuknya belerang ke dalam komposisi bahan organik. Siswa kemudian dapat melacak sendiri migrasi belerang. Tarik perhatian siswa pada cara senyawa belerang memasuki atmosfer dan pencemaran lingkungan yang terkait.

Geser 19.

Siswa akan dapat secara mandiri memahami diagram yang disajikan, mengingat ion kalium masuk ke dalam tanaman bersama dengan larutan tanah.

Geser 20.

Ion kalsium, seperti ion kalium, berasal dari larutan tanah ke tumbuhan, dan dari larutan tersebut ke hewan. Migrasi lebih lanjut dari unsur-unsur ini mengambil jalur yang berbeda, hal ini disebabkan oleh kelarutan garamnya yang tidak sama dalam air. Kalsium terakumulasi di tulang, cangkang, kapur, gipsum, fosfor, apatit, dll. Meskipun kalsium karbonat praktis tidak larut dalam air, kalsium bikarbonat sangat larut dalam air. Transformasi timbal balik karbonat menjadi bikarbonat (dan sebaliknya) menjadi penyebab tingginya mobilitas kalsium di alam. Karbon dioksida memainkan peran penting dalam proses ini. Tapi ini hanyalah salah satu pilihan untuk siklus kalsium. Siklus kalsium di hidrosfer terjadi secara berbeda. Ajaklah siswa untuk mengikuti proses ini bagi diri mereka sendiri.

Ketika meliput masalah siklus unsur kimia, penting untuk dicatat bahwa berbagai reaksi kimia terus terjadi di alam. Beberapa dari reaksi ini terjadi tanpa partisipasi makhluk hidup, dan beberapa - dengan partisipasi langsung mereka, yaitu di alam yang hidup. Akibat proses kimia, atom bergerak dan berpindah. Akibatnya terjadi pertukaran zat dan energi antara seluruh cangkang bumi: litosfer, atmosfer, hidrosfer, biosfer. Siklus unsur-unsur kimia adalah alasan keteguhan reaksi kimia. Kita dapat mengatakan bahwa berkat siklus unsur-unsur kimia, kehidupan di Bumi dapat terjadi.

Daur zat adalah proses berulang transformasi dan pergerakan zat di alam, yang kurang lebih bersifat siklus. Siklus karbon dan oksigen memainkan peran yang sangat penting bagi kehidupan di Bumi.

Selanjutnya kita dapat membahas, misalnya, siklus oksigen. Zat sederhana oksigen ditemukan di atmosfer, dan sebagai unsur kimia ia merupakan bagian dari banyak senyawa alami. Sebagian besar oksigen terkandung di kerak bumi, yang berasosiasi dengan silikon, aluminium, besi, membentuk batuan dan mineral: oksida (SiO2, A12O3,

Fe2O3); karbonat (CaCO3, MgCO3, FeCO3); sulfat (CaSO4, tawas), dll.

Mineral dan batuan, melalui proses pelapukan selama berabad-abad, dapat berakhir di permukaan, di mana mereka menerima pasokan energi yang berasal dari Matahari. Energi dihabiskan untuk restrukturisasi kristal batuan yang mengandung oksigen, dan akan tetap ada sebagai energi internal senyawa kristal yang dihasilkan. Batuan ini seiring waktu akan mengubah strukturnya, runtuh, larut, mengkristal kembali, masuk ke dalam reaksi kimia, dll., menyerap dan melepaskan energi. Dengan demikian, oksigen di kerak bumi berperan besar dalam pertukaran energi antar lapisan litosfer.

Di alam, banyak reaksi terjadi selama konsumsi oksigen (respirasi, pembakaran, oksidasi lambat, dll.), dan hanya satu reaksi yang terjadi, yang mengakibatkan pelepasan oksigen. Ini adalah fotosintesis - proses yang terjadi dalam cahaya di daun tanaman:

Sebagian besar oksigen (3/4) dilepaskan oleh tumbuhan darat, dan 1/4nya terbentuk selama kehidupan tumbuhan di Samudra Dunia.

Oksigen molekuler juga ada di hidrosfer. Sejumlah besar oksigen selalu terlarut di perairan alami.

Tidak perlu menuliskan persamaan reaksi fotosintesis.

Siklus oksigen menghubungkan atmosfer dengan hidrosfer dan litosfer.

Secara singkat mata rantai utama dalam siklus oksigen dapat diuraikan sebagai berikut: fotosintesis (pelepasan O2) - oksidasi unsur-unsur di permukaan bumi - masuknya senyawa ke zona dalam kerak bumi - reduksi sebagian senyawa di interior bumi dengan pembentukan CO2 dan H2O - pembuangan CO2 dan H2O ke atmosfer dan hidrosfer - fotosintesis.

Sangat mudah untuk melihat bahwa senyawa yang mengandung karbon berperan dalam banyak proses. Dari jumlah tersebut, yang paling terkenal adalah minyak, batu bara, gambut, gas alam, dan karbonat. Proses kimia juga terjadi pada mereka di alam:

Dari persamaan di atas terlihat jelas bahwa transformasi karbon dan oksigen berkaitan erat satu sama lain, yang menunjukkan kesatuan siklus berbagai unsur kimia di alam.

Peran makhluk hidup, khususnya manusia, dalam siklus unsur kimia semakin meningkat. Misalnya, akibat aktivitas manusia, pelepasan banyak zat ke atmosfer, hidrosfer, dan tanah meningkat. Pelepasan karbon monoksida (IV) ke atmosfer oleh mobil, pembangkit listrik tenaga panas, pabrik dan pabrik serta penggundulan hutan secara aktif menimbulkan bahaya peningkatan kandungan oksida ini di atmosfer, yang dapat menyebabkan efek rumah kaca dan perubahan iklim. di planet ini.

Saat menjawab pertanyaan ini, penting untuk menggunakan diagram siklus berbagai unsur yang tersedia di laboratorium kimia.

Karbon secara alami ditemukan di berbagai batuan sedimen: kapur, batu kapur. Sejumlah besar karbon termasuk dalam biomassa tanaman. Kandungan karbon dioksida di atmosfer relatif rendah - kurang dari 1% (lebih tepatnya 0,03% berdasarkan volume), namun karbon inilah yang menarik perhatian para ilmuwan saat ini.

Karbon dioksida dibutuhkan oleh tanaman untuk fotosintesis. Proses fotosintesis menghasilkan zat organik yang berfungsi sebagai sumber nutrisi bagi seluruh organisme hidup. Pada saat yang sama, karbon dioksida dapat menyebabkan efek rumah kaca.

Hal ini disebabkan sinar matahari melewati atmosfer, memanaskan permukaan bumi, sehingga melepaskan panas berlebih ke luar angkasa dalam bentuk sinar panas infra merah. Karbon dioksida memungkinkan sinar matahari melewatinya tetapi menghalangi radiasi infra merah. Akibat peningkatan konsentrasi CO2, pemanasan global dapat terjadi dan mengancam mencairnya es di kutub. Hal ini akan menyebabkan permukaan air laut naik dan membanjiri wilayah daratan yang luas.

Fotosintesis adalah proses utama yang secara konstan menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer. Saat ini terjadi pengurangan luas hutan, yang terutama berdampak buruk pada hutan hujan tropis. Polusi permukaan laut dengan produk minyak bumi mengganggu pertukaran gas normal dan fotosintesis alga.

Pada saat yang sama, konsumsi bahan bakar fosil terus meningkat: gas alam, minyak, batu bara - ketika dibakar, karbon dioksida dilepaskan ke atmosfer. Karbon dioksida juga dilepaskan selama pembusukan bahan organik dan respirasi hewan dan manusia.

Dalam situasi saat ini, sedimen dasar kalsium karbonat, yang terbentuk ketika invertebrata laut kecil mati, memainkan peran penting dalam mengatur kandungan CO2 di atmosfer. Ketika kandungan karbon dioksida di atmosfer meningkat, ia larut dalam air, batu kapur bereaksi dengannya membentuk bikarbonat, yang mengikat kelebihan karbon dioksida:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3) 2

Jika atmosfer kekurangan karbon dioksida, kesetimbangan bergeser ke kiri, bikarbonat terurai dengan pelepasan CO 2.

Proses-proses ini dapat direpresentasikan sebagai diagram:

Siklus karbon di alam

Jika diminta untuk menulis persamaan, Anda dapat memberikan persamaan keseluruhan pembentukan glukosa selama fotosintesis:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Pembakaran metana dalam gas alam:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

Pembakaran batu kapur:

CaCO3 = CaO + CO2

2. Tugas. Perhitungan volume gas yang bereaksi jika massa salah satu produk reaksi diketahui.
Contoh:

2. Berapa liter hidrogen yang terbakar jika terbentuk 72 g air?

Larutan:

1. M(H2O) = 1. 2 + 16 = 18 gram/mol
2. Kita mencari jumlah zat air sesuai dengan kondisi permasalahan:
   n = m / M = 72 g: 18 g/mol = 4 mol
3. Kami menuliskan data yang tersedia di atas persamaan reaksi, dan di bawah persamaan - jumlah mol menurut persamaan (sama dengan koefisien di depan zat):
   x mol 4 mol
   2H 2 + O 2 = 2H 2 O
   2 mol 2 mol
4. Mari kita buat proporsinya:
   X tahi lalat - 4 tahi lalat
   2 mol - 2 mol
   Temukan x:
   X= 4 mol. 2 mol / 2 mol = 4 mol
5. Mencari volume hidrogen:
   v = 22,4 l/mol. 4 mol = 89,6 liter

Menjawab: 89,6 liter.

Anda dapat langsung mensubstitusikan massa dan volume zat di atas dan di bawah persamaan:
x aku 72 gram
2H 2 + O 2 = 2H 2 O
44,8 liter 36 gram

Siklus zat di biosfer merupakan “perjalanan” unsur kimia tertentu sepanjang rantai makanan organisme hidup, berkat energi Matahari. Selama “perjalanan”, beberapa elemen, karena berbagai alasan, rontok dan, sebagai suatu peraturan, tetap berada di dalam tanah. Tempatnya digantikan oleh yang sama yang biasanya berasal dari atmosfer. Ini adalah gambaran paling sederhana tentang apa yang menjamin kehidupan di planet Bumi. Jika perjalanan tersebut terhenti karena suatu alasan, maka keberadaan semua makhluk hidup akan lenyap.

Untuk menggambarkan secara singkat siklus zat di biosfer, perlu dikemukakan beberapa titik awal. Pertama, dari lebih dari sembilan puluh unsur kimia yang diketahui dan ditemukan di alam, sekitar empat puluh dibutuhkan untuk organisme hidup. Kedua, jumlah zat-zat tersebut terbatas. Ketiga, kita hanya berbicara tentang biosfer, yaitu tentang cangkang bumi yang berisi kehidupan, dan oleh karena itu, tentang interaksi antara organisme hidup. Keempat, energi yang berkontribusi terhadap siklus tersebut adalah energi yang berasal dari Matahari. Energi yang dihasilkan di perut bumi sebagai akibat dari berbagai reaksi tidak ikut serta dalam proses yang dimaksud. Dan satu hal terakhir. Kita perlu mendahului titik awal “perjalanan” ini. Ini bersyarat, karena tidak ada akhir dan awal dari sebuah lingkaran, tetapi ini diperlukan untuk memulai suatu tempat untuk menggambarkan prosesnya. Mari kita mulai dengan mata rantai terbawah dalam rantai trofik - dengan pengurai atau penggali kubur.

Crustacea, cacing, larva, mikroorganisme, bakteri dan penggali kubur lainnya, mengonsumsi oksigen dan menggunakan energi, mengolah unsur kimia anorganik menjadi zat organik yang cocok untuk memberi makan organisme hidup dan pergerakan selanjutnya sepanjang rantai makanan. Selanjutnya bahan-bahan yang sudah organik tersebut dimakan oleh konsumen atau konsumen, yang meliputi tidak hanya hewan, burung, ikan dan sejenisnya, tetapi juga tumbuhan. Yang terakhir adalah produsen atau produsen. Mereka, dengan menggunakan nutrisi dan energi ini, menghasilkan oksigen, yang merupakan elemen utama yang cocok untuk dihirup oleh semua makhluk hidup di planet ini. Konsumen, produsen dan bahkan pengurai mati. Sisa-sisa mereka, bersama dengan zat organik yang terkandung di dalamnya, “jatuh” ke pembuangan para penggali kubur.

Dan semuanya terulang kembali. Misalnya, semua oksigen yang ada di biosfer menyelesaikan pergantiannya dalam 2000 tahun, dan karbon dioksida dalam 300 tahun. Siklus seperti ini biasa disebut siklus biogeokimia.

Beberapa zat organik selama “perjalanannya” mengalami reaksi dan interaksi dengan zat lain. Akibatnya terbentuklah campuran yang dalam bentuk aslinya tidak dapat diolah oleh pengurai. Campuran semacam itu tetap “disimpan” di dalam tanah. Tidak semua zat organik yang jatuh ke “meja” penggali kubur tidak bisa diolah oleh mereka. Tidak semuanya bisa membusuk karena bantuan bakteri. Sisa-sisa yang tidak membusuk disimpan. Segala sesuatu yang tersisa dalam penyimpanan atau cadangan dikeluarkan dari proses dan tidak termasuk dalam siklus zat di biosfer.

Jadi, di biosfer, siklus zat yang penggeraknya adalah aktivitas organisme hidup, dapat dibagi menjadi dua komponen. Satu - dana cadangan - adalah bagian dari zat yang tidak terkait dengan aktivitas makhluk hidup dan untuk sementara waktu tidak ikut beredar. Dan yang kedua adalah dana bergulir. Ini hanya mewakili sebagian kecil dari zat yang digunakan secara aktif oleh organisme hidup.

Atom unsur kimia dasar manakah yang sangat diperlukan untuk kehidupan di bumi? Ini adalah: oksigen, karbon, nitrogen, fosfor dan beberapa lainnya. Dari senyawa-senyawa tersebut, yang utama beredar adalah air.

Oksigen

Siklus oksigen di biosfer seharusnya dimulai dengan proses fotosintesis, yang muncul miliaran tahun yang lalu. Ini dilepaskan oleh tanaman dari molekul air di bawah pengaruh energi matahari. Oksigen juga terbentuk di lapisan atas atmosfer selama reaksi kimia dalam uap air, dimana senyawa kimia terurai di bawah pengaruh radiasi elektromagnetik. Tapi ini adalah sumber oksigen yang tidak signifikan. Yang utama adalah fotosintesis. Oksigen juga ditemukan di air. Meskipun jumlahnya 21 kali lebih sedikit dibandingkan di atmosfer.

Oksigen yang dihasilkan digunakan oleh organisme hidup untuk respirasi. Ini juga merupakan zat pengoksidasi untuk berbagai garam mineral.

Dan manusia adalah konsumen oksigen. Namun dengan dimulainya revolusi ilmu pengetahuan dan teknologi, konsumsi ini meningkat berkali-kali lipat, karena oksigen dibakar atau diikat selama pengoperasian berbagai produksi industri, transportasi, untuk memenuhi kebutuhan rumah tangga dan kebutuhan lainnya dalam kehidupan manusia. Dana pertukaran oksigen yang ada sebelumnya di atmosfer berjumlah 5% dari total volumenya, yaitu, jumlah oksigen yang dihasilkan dalam proses fotosintesis sama banyaknya dengan yang dikonsumsi. Sekarang volume ini menjadi sangat kecil. Oksigen dikonsumsi, bisa dikatakan, dari cadangan darurat. Dari sana, tidak ada orang yang menambahkannya.

Permasalahan ini sedikit teratasi dengan adanya sebagian sampah organik yang tidak diolah dan tidak terkena pengaruh bakteri pembusuk, melainkan tetap berada di batuan sedimen sehingga membentuk gambut, batu bara, dan mineral sejenis.

Jika hasil fotosintesis adalah oksigen, maka bahan bakunya adalah karbon.

Nitrogen

Siklus nitrogen di biosfer berhubungan dengan pembentukan senyawa organik penting seperti protein, asam nukleat, lipoprotein, ATP, klorofil dan lain-lain. Nitrogen, dalam bentuk molekul, ditemukan di atmosfer. Bersama dengan organisme hidup, jumlah ini hanya sekitar 2% dari seluruh nitrogen di Bumi. Dalam bentuk ini hanya dapat dikonsumsi oleh bakteri dan ganggang biru-hijau. Bagi tumbuhan lainnya, nitrogen dalam bentuk molekul tidak dapat dijadikan makanan, tetapi hanya dapat diolah dalam bentuk senyawa anorganik. Beberapa jenis senyawa tersebut terbentuk selama badai petir dan memasuki air dan tanah selama curah hujan.

“Pendaur ulang” nitrogen atau pengikat nitrogen yang paling aktif adalah bakteri bintil. Mereka menetap di sel akar kacang-kacangan dan mengubah molekul nitrogen menjadi senyawa yang cocok untuk tanaman. Setelah mereka mati, tanah juga diperkaya dengan nitrogen.

Bakteri pembusuk memecah senyawa organik yang mengandung nitrogen menjadi amonia. Sebagian dilepaskan ke atmosfer, dan sebagian lagi dioksidasi oleh bakteri jenis lain menjadi nitrit dan nitrat. Ini, pada gilirannya, disuplai sebagai makanan bagi tanaman dan direduksi menjadi oksida dan nitrogen molekuler oleh bakteri nitrifikasi. Yang masuk kembali ke atmosfer.

Dengan demikian, jelas bahwa berbagai jenis bakteri memainkan peran utama dalam siklus nitrogen. Dan jika Anda memusnahkan setidaknya 20 spesies ini, maka kehidupan di planet ini akan terhenti.

Dan lagi-lagi sirkuit yang sudah ada diputus oleh manusia. Untuk meningkatkan hasil panen, ia mulai aktif menggunakan pupuk yang mengandung nitrogen.

Karbon

Siklus karbon di biosfer terkait erat dengan sirkulasi oksigen dan nitrogen.

Di biosfer, skema siklus karbon didasarkan pada aktivitas kehidupan tumbuhan hijau dan kemampuannya mengubah karbon dioksida menjadi oksigen, yaitu fotosintesis.

Karbon berinteraksi dengan unsur lain dalam berbagai cara dan merupakan bagian dari hampir semua kelas senyawa organik. Misalnya, itu adalah bagian dari karbon dioksida dan metana. Ini dilarutkan dalam air, yang kandungannya jauh lebih tinggi daripada di atmosfer.

Meskipun karbon tidak termasuk dalam sepuluh besar dalam hal prevalensi, pada organisme hidup karbon menyumbang 18 hingga 45% massa kering.

Lautan berfungsi sebagai pengatur kadar karbon dioksida. Begitu bagiannya di udara meningkat, air akan menyamakan kedudukannya dengan menyerap karbon dioksida. Konsumen karbon lainnya di lautan adalah organisme laut, yang menggunakannya untuk membuat cangkang.

Siklus karbon di biosfer didasarkan pada keberadaan karbon dioksida di atmosfer dan hidrosfer, yang merupakan semacam dana pertukaran. Hal ini diisi ulang oleh respirasi organisme hidup. Bakteri, jamur, dan mikroorganisme lain yang mengambil bagian dalam proses penguraian residu organik di dalam tanah juga berpartisipasi dalam pengisian kembali karbon dioksida di atmosfer. Karbon “disimpan” dalam residu organik yang termineralisasi dan tidak membusuk. Dalam batubara dan batubara coklat, gambut, serpih minyak dan endapan serupa. Namun dana cadangan karbon utama adalah batu kapur dan dolomit. Karbon yang dikandungnya “tersembunyi dengan aman” di kedalaman planet dan hanya dilepaskan selama pergeseran tektonik dan emisi gas vulkanik selama letusan.

Karena proses respirasi dengan pelepasan karbon dan proses fotosintesis dengan penyerapannya melewati organisme hidup dengan sangat cepat, hanya sebagian kecil dari total karbon di planet ini yang berpartisipasi dalam siklus tersebut. Jika proses ini tidak bersifat timbal balik, maka tanaman di daratan saja akan menghabiskan seluruh karbonnya hanya dalam waktu 4-5 tahun.

Saat ini, berkat aktivitas manusia, dunia tumbuhan tidak kekurangan karbon dioksida. Itu diisi ulang segera dan secara bersamaan dari dua sumber. Dengan membakar oksigen selama operasi industri, produksi dan transportasi, serta sehubungan dengan penggunaan “barang kalengan” tersebut - batu bara, gambut, serpih, dan sebagainya - untuk pekerjaan jenis aktivitas manusia ini. Mengapa kandungan karbon dioksida di atmosfer meningkat sebesar 25%.

Fosfor

Siklus fosfor di biosfer tidak dapat dipisahkan dengan sintesis zat organik seperti ATP, DNA, RNA dan lain-lain.

Kandungan fosfor dalam tanah dan air sangat rendah. Cadangan utamanya terdapat pada batuan yang terbentuk di masa lalu. Dengan pelapukan batuan tersebut, siklus fosfor dimulai.

Fosfor diserap tanaman hanya dalam bentuk ion asam ortofosfat. Ini terutama merupakan produk pengolahan sisa-sisa organik oleh penggali kubur. Tetapi jika tanah memiliki faktor basa atau asam yang tinggi, maka fosfat praktis tidak larut di dalamnya.

Fosfor merupakan nutrisi yang sangat baik untuk berbagai jenis bakteri. Terutama alga biru-hijau yang berkembang pesat dengan meningkatnya kandungan fosfor.

Namun, sebagian besar fosfor terbawa sungai dan perairan lainnya ke laut. Di sana ia secara aktif dimakan oleh fitoplankton, dan juga oleh burung laut dan spesies hewan lainnya. Selanjutnya fosfor jatuh ke dasar laut dan membentuk batuan sedimen. Artinya, ia kembali ke permukaan tanah, hanya di bawah lapisan air laut.

Seperti yang Anda lihat, siklus fosfor bersifat spesifik. Sulit untuk menyebutnya sirkuit, karena tidak tertutup.

Sulfur

Di biosfer, siklus belerang diperlukan untuk pembentukan asam amino. Ini menciptakan struktur tiga dimensi protein. Ini melibatkan bakteri dan organisme yang mengkonsumsi oksigen untuk mensintesis energi. Mereka mengoksidasi belerang menjadi sulfat, dan organisme hidup pranuklir bersel tunggal mereduksi sulfat menjadi hidrogen sulfida. Selain itu, seluruh kelompok bakteri belerang mengoksidasi hidrogen sulfida menjadi belerang dan kemudian menjadi sulfat. Tumbuhan hanya dapat mengonsumsi ion belerang dari tanah - SO 2-4. Jadi, beberapa mikroorganisme merupakan zat pengoksidasi, sementara yang lain merupakan zat pereduksi.

Tempat terakumulasinya belerang dan turunannya di biosfer adalah lautan dan atmosfer. Belerang memasuki atmosfer dengan pelepasan hidrogen sulfida dari air. Selain itu, belerang memasuki atmosfer dalam bentuk dioksida ketika bahan bakar fosil dibakar dalam produksi dan untuk keperluan rumah tangga. Terutama batu bara. Di sana ia teroksidasi dan, berubah menjadi asam sulfat dalam air hujan, jatuh ke tanah bersamanya. Hujan asam sendiri menyebabkan kerusakan yang signifikan bagi seluruh flora dan fauna, dan selain itu, dengan badai dan air yang mencair, ia memasuki sungai. Sungai membawa ion sulfur sulfat ke laut.

Belerang juga terkandung dalam batuan dalam bentuk sulfida, dan dalam bentuk gas - hidrogen sulfida dan belerang dioksida. Di dasar laut terdapat endapan belerang asli. Tapi ini semua adalah “cadangan”.

Air

Tidak ada zat yang lebih tersebar luas di biosfer. Cadangannya terutama dalam bentuk air laut dan samudera yang asin-pahit - sekitar 97%. Sisanya adalah air tawar, gletser, serta air bawah tanah dan tanah.

Siklus air di biosfer secara kondisional dimulai dengan penguapannya dari permukaan waduk dan daun tanaman dan berjumlah sekitar 500.000 meter kubik. km. Ia kembali dalam bentuk presipitasi, yang jatuh langsung ke badan air, atau melalui tanah dan air tanah.

Peran air dalam biosfer dan sejarah evolusinya sedemikian rupa sehingga semua kehidupan sejak kemunculannya sepenuhnya bergantung pada air. Di biosfer, air telah melalui siklus pembusukan dan kelahiran berkali-kali melalui organisme hidup.

Siklus air sebagian besar merupakan proses fisik. Namun, hewan dan, khususnya, dunia tumbuhan mengambil bagian penting dalam hal ini. Penguapan air dari permukaan daun pohon sedemikian rupa sehingga, misalnya, satu hektar hutan menguapkan hingga 50 ton air per hari.

Jika penguapan air dari permukaan waduk merupakan hal yang wajar untuk peredarannya, maka bagi benua yang memiliki kawasan hutannya, proses seperti itu merupakan satu-satunya cara utama untuk melestarikannya. Di sini sirkulasi terjadi seolah-olah dalam siklus tertutup. Curah hujan terbentuk dari penguapan dari permukaan tanah dan tanaman.

Selama fotosintesis, tumbuhan menggunakan hidrogen yang terkandung dalam molekul air untuk membuat senyawa organik baru dan melepaskan oksigen. Dan sebaliknya, dalam proses respirasi, organisme hidup mengalami proses oksidasi dan air terbentuk kembali.

Menggambarkan peredaran berbagai jenis bahan kimia, kita dihadapkan pada pengaruh manusia yang lebih aktif terhadap proses ini. Saat ini, alam, karena sejarah kelangsungan hidupnya yang berumur multi-miliar tahun, sedang mengatasi pengaturan dan pemulihan keseimbangan yang terganggu. Namun gejala awal “penyakit” tersebut sudah ada. Dan inilah “efek rumah kaca”. Ketika dua energi: matahari dan bumi yang dipantulkan, tidak melindungi organisme hidup, tetapi sebaliknya saling menguatkan. Akibatnya suhu lingkungan meningkat. Apa dampak peningkatan tersebut, selain percepatan pencairan gletser dan penguapan air dari permukaan laut, daratan, dan tumbuhan?

Video - Siklus zat di biosfer