Didelis (geologinis) ir mažasis (biogeocheminis) medžiagų ciklas

Visos mūsų planetoje esančios medžiagos yra cirkuliacijos procese. Saulės energija Žemėje sukelia du medžiagų ciklus:

Didelis (geologinis arba abiotinis);

Mažas (biotinis, biogeninis arba biologinis).

Medžiagų ciklai ir kosminės energijos srautai sukuria biosferos stabilumą. Kietosios medžiagos ir vandens ciklas, atsirandantis veikiant abiotiniams veiksniams (negyva gamta), vadinamas didžiuoju geologiniu ciklu. Per didelį geologinį ciklą (trunkančią milijonus metų) uolienos sunaikinamos, dyla, medžiagos ištirpsta ir patenka į Pasaulio vandenyną; Vyksta geotektoniniai pokyčiai, žemyno nusėdimas ir jūros dugno pakilimas. Vandens ciklo laikas ledynuose – 8000 metų, upėse – 11 dienų. Tai didysis ciklas, aprūpinantis gyvus organizmus maistinėmis medžiagomis ir daugiausia lemiantis jų egzistavimo sąlygas.

Dideliam geologiniam ciklui biosferoje būdingi du svarbūs taškai: deguonis, anglis, geologinis

• a) vykdomas per visą Žemės geologinį vystymąsi;
• b) yra modernus planetinis procesas, kuris vaidina pagrindinį vaidmenį tolesniame biosferos vystyme.

Dabartiniame žmogaus vystymosi etape dėl didelio ciklo teršalai, tokie kaip sieros ir azoto oksidai, dulkės ir radioaktyviosios priemaišos, taip pat pernešami dideliais atstumais. Labiausiai užterštos buvo Šiaurės pusrutulio vidutinio klimato platumos.

Mažas, biogeninis arba biologinis medžiagų ciklas vyksta kietoje, skystoje ir dujinėje fazėse, dalyvaujant gyviems organizmams. Biologinis ciklas, priešingai nei geologinis ciklas, reikalauja mažiau energijos. Mažasis ciklas yra didelio ciklo dalis, vyksta biogeocenozių lygmeniu (ekosistemose) ir susideda iš to, kad dirvožemio maistinės medžiagos, vanduo ir anglis kaupiasi augalinėse medžiagose ir išleidžiami kūnui kurti. Organinių medžiagų skilimo produktai skyla į mineralinius komponentus. Mažasis ciklas nėra uždaras, kuris yra susijęs su medžiagų ir energijos srautu į ekosistemą iš išorės ir su kai kurių jų išleidimu į biosferos ciklą.

Dideliame ir mažame cikle dalyvauja daug cheminių elementų ir jų junginių, tačiau svarbiausi iš jų yra tie, kurie lemia esamą biosferos raidos etapą, siejamą su žmogaus ūkine veikla. Tai apima anglies, sieros ir azoto ciklus (jų oksidai yra pagrindiniai atmosferos teršalai), taip pat fosforo (fosfatai yra pagrindinis kontinentinių vandenų teršalas). Beveik visi teršalai veikia kaip kenksmingos medžiagos ir yra priskiriami ksenobiotikų kategorijai. Šiuo metu didelę reikšmę turi ksenobiotikų – toksinių elementų – gyvsidabrio (maisto teršalo) ir švino (benzino komponento) ciklai. Be to, daugelis antropogeninės kilmės medžiagų (DDT, pesticidai, radionuklidai ir kt.), kurios daro žalą biotai ir žmonių sveikatai, patenka iš didelio ciklo į mažąją.

Biologinio ciklo esmė slypi dviejų priešingų, bet tarpusavyje susijusių procesų – organinės medžiagos susidarymo ir jos naikinimo gyvosios medžiagos – atsiradime.

Skirtingai nuo didžiojo, mažojo žiedo trukmė skiriasi: išskiriami sezoniniai, metiniai, daugiamečiai ir pasaulietiniai mažieji. Cheminių medžiagų ciklas iš neorganinės aplinkos per augmeniją ir gyvūnus atgal į neorganinę aplinką naudojant saulės energiją iš cheminių reakcijų vadinamas biogeocheminiu ciklu.

Mūsų planetos dabartis ir ateitis priklauso nuo gyvų organizmų dalyvavimo biosferos funkcionavime. Medžiagų cikle gyvoji medžiaga arba biomasė atlieka biogeochemines funkcijas: dujų, koncentracijos, redokso ir biochemines.

Biologinis ciklas vyksta dalyvaujant gyviems organizmams ir susideda iš organinių medžiagų dauginimosi iš neorganinių ir šios organinės medžiagos skaidymo iki neorganinės per maisto trofinę grandinę. Gamybos ir naikinimo procesų intensyvumas biologiniame cikle priklauso nuo šilumos ir drėgmės kiekio. Pavyzdžiui, mažas organinių medžiagų skilimo greitis poliariniuose regionuose priklauso nuo šilumos trūkumo.

Svarbus biologinio ciklo intensyvumo rodiklis yra cheminių elementų cirkuliacijos greitis. Intensyvumas apibūdinamas indeksu, lygiu miško paklotės masės ir paklotės santykiui. Kuo didesnis indeksas, tuo mažesnis cirkuliacijos intensyvumas.

Indeksas spygliuočių miškuose - 10 - 17; plačialapis 3 - 4; savana ne daugiau kaip 0,2; atogrąžų miškuose ne daugiau kaip 0,1, t.y. Čia biologinis ciklas yra intensyviausias.

Elementų (azoto, fosforo, sieros) srautas per mikroorganizmus yra eilės tvarka didesnis nei per augalus ir gyvūnus. Biologinis ciklas nėra visiškai grįžtamas, jis glaudžiai susijęs su biogeocheminiu ciklu. Cheminiai elementai biosferoje cirkuliuoja įvairiais biologinio ciklo keliais:

• - yra sugeriamos gyvosios medžiagos ir pasikrauna energija;
• - palikti gyvą medžiagą, išskirdama energiją į išorinę aplinką.

Šie ciklai yra dviejų tipų: dujinių medžiagų ciklas; nuosėdų ciklas (rezervas žemės plutoje).

Patys žiedai susideda iš dviejų dalių:

• - rezervinis fondas (tai su gyvais organizmais nesusijusi medžiagos dalis);
• - mobilusis (mainų) fondas (mažesnė medžiagos dalis, susijusi su tiesioginiais mainais tarp organizmų ir jų artimiausios aplinkos).

Žiedai skirstomi į:

• - dujų tipo ciklai su rezerviniu fondu žemės plutoje (anglies, deguonies, azoto ciklai) - galintys greitai reguliuotis;
• - nuosėdų ciklai su rezerviniu fondu žemės plutoje (fosforo, kalcio, geležies ir kt. ciklai) yra inertiškesni, didžioji medžiagos dalis yra „nepasiekiama“ gyviems organizmams.

Žiedai taip pat gali būti skirstomi į:

• - uždaras (dujinių medžiagų ciklas, pavyzdžiui, deguonis, anglis ir azotas - rezervas atmosferoje ir vandenyno hidrosferoje, todėl trūkumas greitai kompensuojamas);
• - neterminuotas (žemės plutoje sukuriamas rezervinis fondas, pvz., fosforas - todėl nuostoliai menkai kompensuojami, t.y. susidaro deficitas).

Biologinių ciklų egzistavimo Žemėje energetinis pagrindas ir pradinis jų ryšys yra fotosintezės procesas. Kiekvienas naujas ciklas nėra tikslus ankstesnio kartojimas. Pavyzdžiui, biosferos evoliucijos metu kai kurie procesai buvo negrįžtami, todėl susidarė ir kaupėsi biogeninės nuosėdos, padidėjo deguonies kiekis atmosferoje, pakito daugelio elementų izotopų kiekybiniai santykiai. ir kt.

Medžiagų cirkuliacija paprastai vadinama biogeocheminiais ciklais. Pagrindiniai biogeocheminiai (biosferos) medžiagų ciklai: vandens ciklas, deguonies ciklas, azoto ciklas (azotą fiksuojančių bakterijų dalyvavimas), anglies ciklas (aerobinių bakterijų dalyvavimas; per metus į geologinį ciklą išleidžiama apie 130 tonų anglies), fosforas. ciklas (dirvožemio bakterijų dalyvavimas; kasmet iš vandenynų išplaunama 14 mln. tonų fosforo), sieros ciklas, metalų katijonų ciklas.

Vandens ciklas

Vandens ciklas yra uždaras ciklas, kuris, kaip minėta aukščiau, gali vykti net ir nesant gyvybės, tačiau gyvi organizmai jį modifikuoja.

Ciklas pagrįstas principu: evapotranspiraciją kompensuoja krituliai. Visai planetai garavimas ir krituliai subalansuoja vienas kitą. Tuo pačiu metu iš vandenyno išgaruoja daugiau vandens, nei grįžta su krituliais. Sausumoje, atvirkščiai, iškrenta daugiau kritulių, tačiau perteklius nuteka į ežerus ir upes, o iš ten vėl į vandenyną. Drėgmės balansą tarp žemynų ir vandenynų palaiko upės tėkmė.

Taigi pasaulinis hidrologinis ciklas turi keturis pagrindinius srautus: kritulių, garavimo, drėgmės pernešimo ir transpiracijos.

Vanduo, gausiausia biosferoje esanti medžiaga, yra ne tik daugelio organizmų buveinė, bet ir neatsiejama visų gyvų būtybių kūno dalis. Nepaisant didžiulės vandens svarbos visuose biosferoje vykstančiuose gyvybės procesuose, gyvoji medžiaga neatlieka lemiamo vaidmens dideliame Žemės rutulio vandens cikle. Šio ciklo varomoji jėga yra saulės energija, kuri išleidžiama vandeniui išgarinti nuo vandens baseinų ar žemės paviršiaus. Išgaravusi drėgmė atmosferoje kondensuojasi vėjo nešamų debesų pavidalu; Atvėsus debesims, iškrenta krituliai.

Bendras laisvo nesurišto vandens kiekis (vandenynų ir jūrų, kuriuose yra skysto sūraus vandens, dalis) sudaro 86–98%. Likęs vandens kiekis (gėlas vanduo) kaupiasi poliarinėse kepurėse ir ledynuose ir sudaro vandens baseinus bei požeminį vandenį. Krituliai, iškritę ant augmenija padengtos žemės paviršiaus, iš dalies sulaikomi lapų paviršiuje ir vėliau išgaruoja į atmosferą. Drėgmė, kuri pasiekia dirvožemį, gali prisijungti prie paviršinio nuotėkio arba būti absorbuojama dirvožemio. Visiškai sugertos dirvos (tai priklauso nuo dirvožemio tipo, uolienų ir augalinės dangos ypatybių), nuosėdų perteklius gali prasiskverbti giliau į gruntinį vandenį. Jei kritulių kiekis viršija viršutinių dirvožemio sluoksnių drėgmę, prasideda paviršinis nuotėkis, kurio greitis priklauso nuo dirvožemio būklės, šlaito statumo, kritulių trukmės ir augalijos pobūdžio ( augmenija gali apsaugoti dirvožemį nuo vandens erozijos). Dirvožemyje sulaikytas vanduo gali išgaruoti nuo jo paviršiaus arba, absorbuotas augalų šaknims, per lapus išsinešioti (išgaruoti) į atmosferą.

Vandens transpiracinis srautas (dirvožemis – augalų šaknys – lapai – atmosfera) yra pagrindinis vandens kelias per gyvąją medžiagą per savo didelį ciklą mūsų planetoje.

Anglies ciklas

Visa organinių medžiagų, biocheminių procesų ir gyvybės formų įvairovė Žemėje priklauso nuo anglies savybių ir savybių. Daugumoje gyvų organizmų anglies kiekis sudaro apie 45% jų sausos biomasės. Visa planetoje esanti gyva medžiaga dalyvauja organinių medžiagų ir visos Žemės anglies cikle, kuris nuolat kyla, keičiasi, miršta, suyra ir šia seka anglis iš vienos organinės medžiagos perkeliama į kitos statybą išilgai maisto grandinės. . Be to, visi gyvi daiktai kvėpuoja, išskirdami anglies dioksidą.

Anglies ciklas sausumoje. Anglies ciklą palaiko sausumos augalų ir vandenyno fitoplanktono fotosintezė. Sugerdami anglies dvideginį (fiksuodami neorganinę anglį), augalai, panaudodami saulės šviesos energiją, paverčia ją organiniais junginiais – sukurdami savo biomasę. Naktį augalai, kaip ir visi gyvi daiktai, kvėpuoja, išskirdami anglies dioksidą.

Negyvi augalai, lavonai ir gyvūnų ekskrementai yra daugelio heterotrofinių organizmų (gyvūnų, saprofitinių augalų, grybų, mikroorganizmų) maistas. Visi šie organizmai daugiausia gyvena dirvožemyje ir gyvenimo procese sukuria savo biomasę, kurią sudaro organinė anglis. Jie taip pat išskiria anglies dioksidą, sukurdami „dirvožemio kvėpavimą“. Dažnai negyva organinė medžiaga visiškai nesuyra ir dirvose kaupiasi humusas (humusas), kuris atlieka svarbų vaidmenį dirvožemio derlingumui. Organinių medžiagų mineralizacijos ir humifikacijos laipsnis priklauso nuo daugelio veiksnių: drėgmės, temperatūros, dirvožemio fizikinių savybių, organinių likučių sudėties ir kt. Veikiamas bakterijų ir grybelių, humusas gali suskaidyti į anglies dioksidą ir mineralinius junginius.

Anglies ciklas Pasaulio vandenyne. Anglies ciklas vandenyne skiriasi nuo ciklo sausumoje. Vandenynas yra silpnoji aukštesnio trofinio lygio organizmų grandis, taigi ir visos anglies ciklo grandys. Laikas, per kurį anglis praeina per vandenyno trofinę grandį, yra trumpas, o išskiriamo anglies dioksido kiekis yra nereikšmingas.

Vandenynas veikia kaip pagrindinis anglies dioksido reguliatorius atmosferoje. Tarp vandenyno ir atmosferos vyksta intensyvūs anglies dioksido mainai. Vandenynų vandenys turi didelę tirpinimo ir buferio talpą. Sistema, susidedanti iš anglies rūgšties ir jos druskų (karbonatų), yra anglies dioksido saugykla, sujungta su atmosfera per CO difuziją? iš vandens į atmosferą ir atgal.

Vandenyne dieną intensyviai vyksta fitoplanktono fotosintezė, intensyviai suvartojamas laisvas anglies dioksidas, karbonatai yra papildomas jo susidarymo šaltinis. Naktį, kai dėl gyvūnų ir augalų kvėpavimo padidėja laisvosios rūgšties kiekis, didelė jos dalis vėl patenka į karbonatų sudėtį. Vykstantys procesai vyksta tokiomis kryptimis: gyva materija? TAIP?? N?SO?? Sa(NSO?)?? CaCO?.

Gamtoje tam tikras kiekis organinių medžiagų nemineralizuojasi dėl deguonies trūkumo, didelio aplinkos rūgštingumo, specifinių laidojimo sąlygų ir kt. Dalis anglies palieka biologinį ciklą neorganinių (kalkakmenis, kreida, koralai) ir organinių (skalūnų, naftos, anglies) nuosėdų pavidalu.

Žmogaus veikla daro reikšmingus anglies ciklo pokyčius mūsų planetoje. Keičiasi kraštovaizdžiai, augmenijos tipai, biocenozės ir jų mitybos grandinės, nusausinami arba drėkinami didžiuliai žemės paviršiaus plotai, gerėja (arba pablogėja) dirvožemio derlingumas, įvedamos trąšos, pesticidai ir kt. Pavojingiausia yra anglies dioksido išmetimas į atmosferą deginant kurą. Kartu didėja anglies cirkuliacijos greitis ir trumpėja jos ciklas.

Deguonies ciklas

Deguonis yra būtina gyvybės egzistavimo Žemėje sąlyga. Jis yra įtrauktas į beveik visus biologinius junginius, dalyvauja biocheminėse organinių medžiagų oksidacijos reakcijose, suteikdamas energiją visiems biosferos organizmų gyvenimo procesams. Deguonis užtikrina gyvūnų, augalų ir mikroorganizmų kvėpavimą atmosferoje, dirvožemyje, vandenyje, dalyvauja cheminėse oksidacijos reakcijose, vykstančiose uolienose, dirvožemyje, dumbluose, vandeninguose sluoksniuose.

Pagrindinės deguonies ciklo šakos:

• - laisvo deguonies susidarymas fotosintezės metu ir jo įsisavinimas gyvų organizmų (augalų, gyvūnų, atmosferos mikroorganizmų, dirvožemio, vandens) kvėpavimo metu;
• - ozono ekrano formavimas;
• - redokso zonavimo sukūrimas;
• - anglies monoksido oksidacija ugnikalnių išsiveržimų metu, sulfatinių nuosėdinių uolienų kaupimasis, deguonies suvartojimas žmogaus veikloje ir kt.; Visur dalyvauja fotosintezės molekulinis deguonis.

Azoto ciklas

Azotas yra visų gyvų organizmų biologiškai svarbių organinių medžiagų dalis: baltymai, nukleino rūgštys, lipoproteinai, fermentai, chlorofilas ir kt. Nepaisant azoto kiekio (79%) ore, jo trūksta gyviems organizmams.

Azotas biosferoje yra dujinės formos (N2), neprieinamos organizmams – chemiškai mažai aktyvus, todėl jo negali tiesiogiai panaudoti aukštesni augalai (ir dauguma žemesnių augalų) bei gyvūnų pasaulis. Azotą augalai iš dirvožemio pasisavina amonio jonų arba nitratų jonų pavidalu, t.y. vadinamasis fiksuotasis azotas.

Yra atmosferinis, pramoninis ir biologinis azoto fiksavimas.

Atmosferos fiksacija įvyksta, kai atmosfera jonizuojasi kosminiais spinduliais ir stiprių elektros iškrovų metu per perkūniją, o iš ore esančio molekulinio azoto susidaro azoto ir amoniako oksidai, kurie dėl atmosferos kritulių paverčiami amoniu, nitritu ir nitratiniu azotu. ir patekti į dirvožemį bei vandens baseinus.

Pramoninė fiksacija atsiranda dėl žmogaus ūkinės veiklos. Atmosferą azoto junginiais teršia azoto junginius gaminančios gamyklos. Karštos emisijos iš šiluminių elektrinių, gamyklų, erdvėlaivių ir viršgarsinių orlaivių oksiduoja oro azotą. Azoto oksidai, sąveikaudami su vandens garais iš oro ir kritulių, grįžta į žemę ir jonine forma patenka į dirvą.

Biologinė fiksacija vaidina svarbų vaidmenį azoto cikle. Ją vykdo dirvožemio bakterijos:

• - azotą fiksuojančios bakterijos (ir melsvadumbliai);
• - mikroorganizmai, gyvenantys simbiozėje su aukštesniaisiais augalais (mazginės bakterijos);
• - amonifikuojantis;
• - nitrifikuojantis;
• - denitrifikuojantis.

Dirvožemyje laisvai gyvenančios azotą fiksuojančios aerobinės (esant deguonies) bakterijos (Azotobacter) geba fiksuoti atmosferos molekulinį azotą, panaudodamos energiją, gaunamą oksiduojant dirvožemio organines medžiagas kvėpuojant, galiausiai surišdamos ją vandeniliu ir įvedamos. amino grupės (-NH2) pavidalu patenka į savo kūno aminorūgščių sudėtį. Molekulinis azotas taip pat gali fiksuoti kai kurias anaerobines (gyvenančias be deguonies) bakterijas, esančias dirvožemyje (Clostridium). Mirdami abu mikroorganizmai praturtina dirvą organiniu azotu.

Mėlynadumbliai, ypač svarbūs ryžių laukų dirvožemiams, taip pat geba biologiškai fiksuoti molekulinį azotą.

Veiksmingiausia biologinė atmosferos azoto fiksacija vyksta ankštinių augalų (mazginių bakterijų) mazgeliuose simbiozėje gyvenančiose bakterijose.

Šios bakterijos (Rizobium) naudoja augalo šeimininko energiją azotui fiksuoti, tuo pačiu aprūpindamos šeimininko sausumos organus jai prieinamais azoto junginiais.

Asimiliuodami azoto junginius iš dirvožemio nitratų ir amonio formomis, augalai sukuria savo organizmui reikalingus azoto turinčius junginius (nitratinis azotas yra iš anksto redukuotas augalų ląstelėse). Gaminantys augalai aprūpina azotinėmis medžiagomis visą gyvūnų pasaulį ir žmoniją. Negyvi augalai, atsižvelgiant į trofinę grandinę, naudojami kaip bioreduktoriai.

Amonifikuojantys mikroorganizmai skaido organines medžiagas, turinčias azoto (amino rūgštis, karbamidą), sudarydami amoniaką. Dalis organinio azoto dirvožemyje nėra mineralizuojama, o virsta humuso medžiagomis, bitumu ir nuosėdinių uolienų komponentais.

Amoniakas (amonio jonų pavidalu) gali patekti į augalų šaknų sistemą arba būti naudojamas nitrifikacijos procesuose.

Nitrifikuojantys mikroorganizmai yra chemosintetikai, jie naudoja amoniako oksidacijos į nitratus ir nitritų į nitratus energiją, kad užtikrintų visus gyvybės procesus. Naudodami šią energiją nitrifikatoriai sumažina anglies dioksido kiekį ir kaupia organines medžiagas savo kūnuose. Amoniako oksidacija nitrifikacijos metu vyksta per šias reakcijas:

NH? + 3O? ? 2HNO? + 2H?O + 600 kJ (148 kcal).

HNO? +O? ? 2HNO? + 198 kJ (48 kcal).

Nitrifikacijos procesų metu susidarę nitratai vėl patenka į biologinį ciklą, pasisavinami iš dirvožemio augalų šaknimis arba su vandens nuotėkiu patekę į vandens baseinus – fitoplanktoną ir fitobentosą.

Kartu su organizmais, kurie fiksuoja atmosferos azotą ir jį nitrifikuoja, biosferoje yra mikroorganizmų, gebančių nitratus ar nitritus redukuoti į molekulinį azotą. Tokie mikroorganizmai, vadinami denitrifikatoriais, kai vandenyje ar dirvožemyje trūksta laisvo deguonies, organinėms medžiagoms oksiduoti naudoja nitratinį deguonį:

C?H??O?(gliukozė) + 24KNO? ? 24KHCO? + 6CO? +12N? + 18H?O + energija

Šiuo atveju išsiskirianti energija yra visos denitrifikuojančių mikroorganizmų gyvybinės veiklos pagrindas.

Taigi gyvosios medžiagos atlieka išskirtinį vaidmenį visose ciklo dalyse.

Šiuo metu pramoninis atmosferos azoto fiksavimas, kurį atlieka žmonės, vaidina vis svarbesnį vaidmenį dirvožemio azoto balanse, taigi ir visame azoto cikle biosferoje.

Fosforo ciklas

Fosforo ciklas yra paprastesnis. Nors azoto rezervuaras yra oras, fosforo rezervuaras yra uolienos, iš kurių jis išsiskiria dėl erozijos.

Anglis, deguonis, vandenilis ir azotas atmosferoje migruoja lengviau ir greičiau, nes yra dujinės formos ir biologiniuose ciklus sudaro dujinius junginius. Visiems kitiems elementams, išskyrus sierą, reikalingą gyvajai medžiagai egzistuoti, dujinių junginių susidarymas biologinių ciklų metu yra nebūdingas. Šie elementai migruoja daugiausia vandenyje ištirpusių jonų ir molekulių pavidalu.

Fosforas, augalų pasisavinamas ortofosforo rūgšties jonų pavidalu, užima didelę visų gyvų organizmų gyvenimo dalį. Tai yra ADP, ATP, DNR, RNR ir kitų junginių dalis.

Fosforo ciklas biosferoje nėra uždaras. Sausumos biogeocenozėse fosforas, augalams pasisavintas iš dirvožemio per mitybos grandinę, vėl patenka į dirvą fosfatų pavidalu. Pagrindinį fosforo kiekį reabsorbuoja augalų šaknų sistema. Fosforas dalinai gali būti išplautas lietaus vandeniui nutekėjus iš dirvožemio į vandens baseinus.

Natūraliose biogeocenozėse fosforo dažnai trūksta, o šarminėje ir oksiduotoje aplinkoje jis dažniausiai aptinkamas netirpių junginių pavidalu.

Litosferos uolienose yra daug fosfatų. Dalis jų pamažu pereina į dirvą, dalis yra žmogaus sukurtos fosfatinėms trąšoms gaminti, o didžioji dalis išplaunamos ir išplaunamos į hidrosferą. Ten juos naudoja fitoplanktonas ir susiję organizmai, esantys skirtinguose sudėtingų maisto grandinių trofiniuose lygiuose.

Pasaulio vandenyne fosfatų praradimas iš biologinio ciklo atsiranda dėl augalų ir gyvūnų liekanų nusėdimo dideliame gylyje. Kadangi fosforas su vandeniu daugiausia juda iš litosferos į hidrosferą, jis į litosferą migruoja biologiškai (maitindamas žuvis jūros paukščiais, kaip trąšas naudodamas bentosinius dumblius ir žuvų miltus ir kt.).

Iš visų augalų mineralinės mitybos elementų fosforo trūkumas gali būti laikomas.

Sieros ciklas

Gyviems organizmams siera yra labai svarbi, nes ji yra sieros turinčių aminorūgščių (cistino, cisteino, metionino ir kt.) dalis. Būdamos baltymų dalimi, sieros turinčios aminorūgštys palaiko reikiamą trimatę baltymų molekulių struktūrą.

Sierą augalai iš dirvožemio pasisavina tik oksiduotą, jonų pavidalu. Augaluose siera redukuojama ir yra įtraukta į aminorūgštis sulfhidrilo (-SH) ir disulfido (-S-S-) grupių pavidalu.

Gyvūnai pasisavina tik sumažintą sierą, esančią organinėse medžiagose. Po augalų ir gyvūnų organizmų mirties siera grįžta į dirvą, kur dėl daugelio mikroorganizmų formų veiklos ji transformuojasi.

Aerobinėmis sąlygomis kai kurie mikroorganizmai oksiduoja organinę sierą į sulfatus. Sulfato jonai, absorbuojami augalų šaknų, vėl įtraukiami į biologinį ciklą. Kai kurie sulfatai gali būti įtraukti į vandens migraciją ir pašalinti iš dirvožemio. Daug humusinių medžiagų turinčiuose dirvožemiuose nemažas kiekis sieros randamas organiniuose junginiuose, kurie neleidžia jai išsiplauti.

Anaerobinėmis sąlygomis skaidant organinius sieros junginius susidaro vandenilio sulfidas. Jei sulfatai ir organinės medžiagos yra aplinkoje, kurioje nėra deguonies, suaktyvėja sulfatus redukuojančių bakterijų veikla. Jie naudoja sulfatų deguonį organinėms medžiagoms oksiduoti ir taip gauti joms būtiną energiją.

Sulfatus redukuojančios bakterijos paplitusios požeminiame vandenyje, purve ir stovinčiame jūros vandenyje. Vandenilio sulfidas yra nuodas daugumai gyvų organizmų, todėl jo kaupimasis vandens pripildytame dirvožemyje, ežeruose, estuarijose ir kt. žymiai sumažina ar net visiškai sustabdo gyvybės procesus. Šis reiškinys stebimas Juodojoje jūroje žemiau 200 m nuo jos paviršiaus.

Taigi, norint sukurti palankią aplinką, reikia sieros vandenilio oksiduoti iki sulfato jonų, kurie sunaikins žalingą sieros vandenilio poveikį, siera virs augalams prieinama forma – sulfatų druskų pavidalu. Šį vaidmenį gamtoje atlieka speciali sieros bakterijų (bespalvių, žalių, violetinių) ir tioninių bakterijų grupė.

Bespalvės sieros bakterijos yra chemosintetinės: jos naudoja energiją, gautą oksiduojant vandenilio sulfidą deguonimi iki elementinės sieros ir toliau oksiduojant iki sulfatų.

Spalvotos sieros bakterijos yra fotosintetiniai organizmai, kurie naudoja vandenilio sulfidą kaip vandenilio donorą, kad sumažintų anglies dioksido kiekį.

Žaliosiose sieros bakterijose susidariusi elementinė siera išsiskiria iš ląstelių, o purpurinėse bakterijose kaupiasi ląstelių viduje.

Bendra šio proceso reakcija yra fotoredukcija:

CO?+ 2H?S šviesa? (CH2O)+ H2O +2S.

Tioninės bakterijos, naudodamos laisvą deguonį, oksiduoja elementinę sierą ir įvairius jos redukuotus junginius iki sulfatų, grąžindamos ją į pagrindinę biologinio ciklo srovę.

Biologinio ciklo procesuose, kur vyksta sieros transformacija, gyvi organizmai, ypač mikroorganizmai, vaidina didžiulį vaidmenį.

Pagrindinis sieros rezervuaras mūsų planetoje yra Pasaulio vandenynas, nes sulfato jonai į jį nuolat teka iš dirvožemio. Dalis sieros iš vandenyno grįžta į žemę per atmosferą pagal schemą vandenilio sulfidas - jo oksidacija į sieros dioksidą - pastarojo ištirpimas lietaus vandenyje, susidarant sieros rūgščiai ir sulfatams - sieros grąžinimas su krituliais į dirvožemio dangą Žemės.

Neorganinių katijonų ciklas

Be pagrindinių elementų, sudarančių gyvus organizmus (anglies, deguonies, vandenilio, fosforo ir sieros), gyvybiškai svarbūs yra daugelis kitų makro ir mikroelementų – neorganinių katijonų. Vandens baseinuose augalai jiems reikalingus metalo katijonus gauna tiesiai iš aplinkos. Sausumoje pagrindinis neorganinių katijonų šaltinis yra dirvožemis, kuris juos gavo naikinant pirmines uolienas. Augaluose šaknų sistemų absorbuoti katijonai persikelia į lapus ir kitus organus; kai kurie iš jų (magnis, geležis, varis ir daugelis kitų) yra biologiškai svarbių molekulių (chlorofilo, fermentų) dalis; kiti, likę laisvoje formoje, dalyvauja palaikant reikalingas koloidines ląstelės protoplazmos savybes ir atlieka kitas įvairias funkcijas.

Kai gyvi organizmai žūva, organinių medžiagų mineralizacijos metu į dirvą grįžta neorganiniai katijonai. Šių komponentų netenkama iš dirvožemio dėl metalo katijonų išplovimo ir pašalinimo lietaus vandeniu, žmonėms atmetus ir pašalinus organines medžiagas auginant žemės ūkio augalus, kertant miškus, pjaunant žolę gyvulių pašarui ir kt.

Racionalus mineralinių trąšų naudojimas, dirvožemio melioracija, organinių trąšų naudojimas, tinkama žemės ūkio technologija padės atkurti ir išlaikyti neorganinių katijonų pusiausvyrą biosferos biocenozėse.

Antropogeninis ciklas: ksenobiotikų ciklas (gyvsidabris, švinas, chromas)

Žmonija yra gamtos dalis ir gali egzistuoti tik nuolat sąveikaudama su ja.

Yra panašumų ir prieštaravimų tarp natūralaus ir antropogeninio biosferoje vykstančių medžiagų ir energijos ciklo.

Natūralus (biogeocheminis) gyvenimo ciklas turi šias ypatybes:

• - saulės energijos, kaip gyvybės šaltinio, naudojimas ir visos jos apraiškos, pagrįstos termodinaminiais dėsniais;
• – jis vykdomas be atliekų, t.y. visi jo gyvybinės veiklos produktai mineralizuojami ir vėl įtraukiami į kitą medžiagų apykaitos ciklą. Tuo pačiu metu atliekos, nuvertėjusi šiluminė energija pašalinama už biosferos ribų. Biogeocheminio medžiagų ciklo metu susidaro atliekos, t.y. ištekliai anglies, naftos, dujų ir kitų mineralinių išteklių pavidalu. Skirtingai nuo natūralaus ciklo be atliekų, antropogeninį ciklą kasmet lydi vis daugiau atliekų.

Gamtoje nėra nieko nenaudingo ar kenksmingo, net ugnikalnių išsiveržimai turi naudos, nes su vulkaninėmis dujomis į orą patenka būtini elementai (pavyzdžiui, azotas).

Biosferoje galioja visuotinio biogeocheminio ciklo uždarymo dėsnis, kuris veikia visuose jos vystymosi etapuose, taip pat didėjančio biogeocheminio ciklo uždarymo sekimo metu taisyklė.

Žmonės atlieka didžiulį vaidmenį biogeocheminiame cikle, tačiau priešinga kryptimi. Žmogus sutrikdo esamus medžiagų ciklus, ir tai išreiškia jo geologinę galią – griaunančią biosferos atžvilgiu. Dėl antropogeninės veiklos mažėja biogeocheminių ciklų uždarumo laipsnis.

Antropogeninis ciklas neapsiriboja saulės šviesos energija, kurią užfiksuoja žali planetos augalai. Žmonija naudoja kuro, hidroelektrinių ir atominių elektrinių energiją.

Galima teigti, kad antropogeninė veikla šiuo metu yra didžiulė biosferos griauna jėga.

Biosfera turi ypatingą savybę – didelį atsparumą teršalams. Šis tvarumas grindžiamas natūraliu įvairių natūralios aplinkos komponentų gebėjimu apsivalyti ir išgydyti. Bet ne neribotas. Dėl galimos pasaulinės krizės, norint gauti informacijos apie galimą biosferos būklę, reikėjo sukurti matematinį biosferos, kaip vienos visumos, modelį (Gaia sistemą).

Ksenobiotikas – gyviems organizmams svetima medžiaga, atsirandanti dėl antropogeninės veiklos (pesticidai, buitinės chemijos ir kiti teršalai), galinti sutrikdyti biotinius procesus, įskaitant. liga ar kūno mirtis. Tokie teršalai biologiškai nedegraduoja, bet kaupiasi trofinėse grandinėse.

Gyvsidabris yra labai retas elementas. Jis yra pasklidęs žemės plutoje ir koncentruotas tik keliuose mineraluose, pavyzdžiui, cinobere. Gyvsidabris dalyvauja medžiagų cikle biosferoje, migruodamas dujinėje būsenoje ir vandeniniuose tirpaluose.

Į atmosferą jis patenka iš hidrosferos garuodamas, kai išsiskiria iš cinamono, su vulkaninėmis dujomis ir dujomis iš terminių šaltinių. Dalis atmosferoje esančio dujinio gyvsidabrio virsta kieta faze ir pašalinama iš oro. Iškritusį gyvsidabrį sugeria dirvožemis, ypač molingas, vanduo ir akmenys. Degiuosiuose mineraluose – nafta ir anglis – gyvsidabrio yra iki 1 mg/kg. Vandenynų vandens masėje yra apie 1,6 milijardo tonų, dugno nuosėdose – 500 milijardų tonų, planktone – 2 milijonai tonų. Upių vandenys kasmet iš sausumos išneša apie 40 tūkst. tonų, tai 10 kartų mažiau nei patenka į atmosferą garuojant (400 tūkst. tonų). Kasmet ant žemės paviršiaus iškrenta apie 100 tūkst.

Gyvsidabris iš natūralaus natūralios aplinkos komponento virto vienu pavojingiausių žmogaus sukeltų teršalų į biosferą žmonių sveikatai. Jis plačiai naudojamas metalurgijos, chemijos, elektros, elektronikos, celiuliozės ir popieriaus bei farmacijos pramonėje, naudojamas sprogmenų, lakų ir dažų gamyboje, taip pat medicinoje. Pagrindiniai biosferos taršos šaltiniai šiuo toksišku komponentu yra pramoninės nuotekos ir į atmosferą išmetami teršalai, kartu su gyvsidabrio kasyklomis, gyvsidabrio gamybos įmonėmis ir šiluminėmis elektrinėmis (CHP ir katilinėmis), naudojančiomis anglį, naftą ir naftos produktus. Be to, gyvsidabris yra dalis organinių gyvsidabrio pesticidų, naudojamų žemės ūkyje sėkloms apdoroti ir pasėliams apsaugoti nuo kenkėjų. Į žmogaus organizmą patenka su maistu (kiaušiniais, raugintais grūdais, gyvulių ir paukščių mėsa, pienu, žuvimi).

Gyvsidabris vandenyje ir upių nuosėdose

Nustatyta, kad apie 80 % gyvsidabrio, patenkančio į natūralius vandens telkinius, yra ištirpusio pavidalo, o tai galiausiai prisideda prie jo pasiskirstymo dideliais atstumais kartu su vandens srautais. Grynas elementas yra netoksiškas.

Gyvsidabris dažnai randamas dugno dumblo vandenyje santykinai nekenksmingomis koncentracijomis. Detrituose ir nuosėdose, ežerų ir upių dugno dumble, žuvų kūnus dengiančiose gleivėse neorganiniai gyvsidabrio junginiai paverčiami toksiškais organiniais gyvsidabrio junginiais, tokiais kaip metilo gyvsidabris CH?Hg ir etilo gyvsidabris C?H?Hg. o žuvų skrandžio gleivėse. Šie junginiai yra lengvai tirpūs, judrūs ir labai nuodingi. Cheminis agresyvaus gyvsidabrio veikimo pagrindas yra jo afinitetas su siera, ypač su vandenilio sulfido grupe baltymuose. Šios molekulės jungiasi prie chromosomų ir smegenų ląstelių. Žuvys ir vėžiagyviai gali sukaupti jų koncentraciją, kuri yra pavojinga juos valgantiems žmonėms ir sukelti Minamatos ligą.

Metalinis gyvsidabris ir jo neorganiniai junginiai daugiausiai veikia kepenis, inkstus ir žarnyno traktą, tačiau normaliomis sąlygomis gana greitai pasišalina iš organizmo ir žmogaus organizmui pavojingas kiekis nespėja susikaupti. Metilgyvsidabris ir kiti alkilgyvsidabrio junginiai yra daug pavojingesni, nes vyksta kaupimasis – toksinas greičiau patenka į organizmą nei pasišalina iš organizmo, paveikdamas centrinę nervų sistemą.

Dugno nuosėdos yra svarbi vandens ekosistemų savybė. Dugno nuosėdos, kaupdamos sunkiuosius metalus, radionuklidus ir labai toksiškas organines medžiagas, viena vertus, prisideda prie vandens aplinkos savaiminio apsivalymo, kita vertus, yra nuolatinis antrinės vandens telkinių taršos šaltinis. Dugno nuosėdos yra perspektyvus analizės objektas, atspindintis ilgalaikį taršos modelį (ypač mažo debito vandens telkiniuose). Be to, neorganinio gyvsidabrio kaupimasis dugno nuosėdose stebimas ypač upių žiotyse. Įtempta situacija gali susidaryti išnaudojus nuosėdų (dumblo, nuosėdų) adsorbcijos gebėjimus. Pasiekus adsorbcijos pajėgumą, sunkieji metalai, įskaitant. gyvsidabris pradės patekti į vandenį.

Yra žinoma, kad jūrinėmis anaerobinėmis sąlygomis negyvų dumblių nuosėdose gyvsidabris prijungia vandenilį ir virsta lakiaisiais junginiais.

Dalyvaujant mikroorganizmams, metalinis gyvsidabris gali būti metilinamas dviem etapais:

CH?Hg+ ? (CH?)?Hg

Metilgyvsidabris aplinkoje atsiranda beveik vien tik metilinant neorganinį gyvsidabrį.

Daugumos žmogaus kūno audinių biologinis pusinės eliminacijos laikas yra 70-80 dienų.

Yra žinoma, kad didelės žuvys, tokios kaip durklažuvės ir tunai, maisto grandinės pradžioje yra užterštos gyvsidabriu. Ne veltui reikia pastebėti, kad austrėse gyvsidabris kaupiasi (kaupiasi) dar labiau nei žuvyse.

Gyvsidabris patenka į žmogaus organizmą per kvėpavimą, maistą ir per odą pagal šią schemą:

Pirma, gyvsidabris virsta. Šis elementas natūraliai randamas keliomis formomis.

Metalinis gyvsidabris, naudojamas termometruose, ir jo neorganinės druskos (pavyzdžiui, chloridas) gana greitai pasišalina iš organizmo.

Daug toksiškesni yra alkilo gyvsidabrio junginiai, ypač metilo ir etilo gyvsidabris. Šie junginiai iš organizmo pasišalina labai lėtai – tik apie 1% viso per dieną kiekio. Nors didžioji dalis gyvsidabrio, patenkančio į natūralius vandenis, randama neorganinių junginių pavidalu, žuvyse jis visada pasirodo labai nuodingo metilo gyvsidabrio pavidalu. Bakterijos ežerų ir upių dugne, žuvų kūnus dengiančiose gleivėse, taip pat žuvų skrandžių gleivėse neorganinius gyvsidabrio junginius gali paversti metilo gyvsidabriu.

Antra, selektyvus kaupimasis arba biologinis kaupimasis (koncentracija) padidina gyvsidabrio kiekį žuvyse ir vėžiagyviuose iki daug kartų didesnio nei įlankos vandenyse. Upėje gyvenančios žuvys ir vėžiagyviai kaupia metilo gyvsidabrį iki tokios koncentracijos, kuri pavojinga jį maistui vartojantiems žmonėms.

% pasaulyje sugautų žuvų gyvsidabrio yra ne daugiau kaip 0,5 mg/kg, o 95 % – mažiau nei 0,3 mg/kg. Beveik visas žuvyje esantis gyvsidabris yra metilo gyvsidabrio pavidalu.

Atsižvelgiant į skirtingą maisto produktuose esančių gyvsidabrio junginių toksiškumą žmogui, būtina nustatyti neorganinį (bendrąjį) ir organiškai surištą gyvsidabrį. Mes nustatome tik bendrą gyvsidabrio kiekį. Pagal medicininius ir biologinius reikalavimus gyvsidabrio kiekis gėlavandenėse plėšriosiose žuvyse leidžiamas 0,6 mg/kg, jūros žuvyse - 0,4 mg/kg, gėlavandenėse neplėšriose žuvyse tik 0,3 mg/kg, o tunuose – iki 0,6 mg/kg. 0,7 mg/kg kg. Kūdikių maisto produktuose gyvsidabrio kiekis mėsos konservuose neturi viršyti 0,02 mg/kg, žuvies konservuose – 0,15 mg/kg, kituose – 0,01 mg/kg.

Švino yra beveik visuose natūralios aplinkos komponentuose. Žemės plutoje yra 0,0016 proc. Natūralus švino lygis atmosferoje yra 0,0005 mg/m3. Didžioji jo dalis nusėda su dulkėmis, apie 40 % iškrenta su krituliais. Augalai švino gauna iš dirvožemio, vandens ir atmosferos nuosėdų, o gyvūnai gauna šviną iš augalų ir vandens. Metalas į žmogaus organizmą patenka kartu su maistu, vandeniu ir dulkėmis.

Pagrindiniai švino taršos šaltiniai biosferoje yra benzininiai varikliai, kurių išmetamosiose dujose yra trietilo švino, šiluminės elektrinės, deginančios anglį, kasybos, metalurgijos ir chemijos pramonė. Didelis švino kiekis patenka į dirvą kartu su nuotekomis, kurios naudojamos kaip trąšos. Degančiam Černobylio atominės elektrinės reaktoriui gesinti taip pat buvo panaudotas švinas, kuris pateko į oro baseiną ir buvo pasklidęs didžiuliuose plotuose. Didėjant aplinkos taršai švinu, jo nusėdimas kauluose, plaukuose ir kepenyse didėja.

Chromas. Pavojingiausias yra toksinis chromas (6+), kuris mobilizuojasi rūgščioje ir šarminėje dirvoje, gėluose ir jūros vandenyse. Jūros vandenyje chromo yra 10–20 % Cr (3+) formos, 25–40 % Cr (6+) ir 45–65 % organinės formos. PH intervale 5 - 7 vyrauja Cr (3+), o esant > 7 - Cr (6+). Yra žinoma, kad Cr(6+) ir organiniai chromo junginiai nenusėda su geležies hidroksidu jūros vandenyje.

Natūralūs medžiagų ciklai praktiškai uždari. Natūraliose ekosistemose medžiaga ir energija naudojami taupiai, o kai kurių organizmų atliekos yra svarbi sąlyga kitų egzistavimui. Antropogeninį medžiagų ciklą lydi didžiulis gamtos išteklių vartojimas ir didelis atliekų kiekis, sukeliantis aplinkos taršą. Net ir pažangiausių valymo įrenginių sukūrimas problemos neišsprendžia, todėl būtina plėtoti mažai ir beatliekes technologijas, kurios antropogeninį ciklą paverstų kuo uždaresniu. Teoriškai įmanoma sukurti technologiją be atliekų, tačiau mažai atliekų technologijos yra realios.

Prisitaikymas prie gamtos reiškinių

Adaptacijos – tai įvairūs prisitaikymai prie aplinkos, išsivystę organizmuose (nuo paprasčiausio iki aukščiausio) evoliucijos procese. Gebėjimas prisitaikyti yra viena iš pagrindinių gyvybės savybių, užtikrinančių jų egzistavimo galimybę.

Pagrindiniai veiksniai, skatinantys adaptacijos procesą, yra: paveldimumas, kintamumas, natūrali (ir dirbtinė) atranka.

Tolerancija gali pasikeisti, jei kūnas yra veikiamas skirtingų išorinių sąlygų. Atsidūręs tokiose sąlygose, po kurio laiko prie jų pripranta, prisitaiko (iš lot. adaptacijos – prisitaikyti). To pasekmė – fiziologinio optimalumo padėties pasikeitimas.

Organizmų gebėjimas prisitaikyti prie egzistavimo tam tikrame aplinkos veiksnių diapazone vadinamas ekologiniu plastiškumu.

Kuo platesnis aplinkos veiksnių spektras, kuriame tam tikras organizmas gali gyventi, tuo didesnis jo ekologinis plastiškumas. Pagal plastiškumo laipsnį skiriami du organizmų tipai: stenobiontas (stenoeca) ir eurybiontas (eurieca). Taigi stenobiontai yra ekologiškai neplastiški (pavyzdžiui, plekšnės gyvena tik sūriame vandenyje, o karosai – tik gėlame), t.y. nėra atsparūs, o eurybiontai yra ekologiškai plastiški, t.y. ištvermingesnis (pavyzdžiui, trijų dyglių lazdelės gali gyventi ir gėlame, ir sūriame vandenyje).

Prisitaikymai yra daugiamačiai, nes organizmas vienu metu turi atitikti daugybę skirtingų aplinkos veiksnių.

Yra trys pagrindiniai organizmų prisitaikymo prie aplinkos sąlygų būdai: aktyvus; pasyvus; neigiamo poveikio išvengimas.

Aktyvus adaptacijos kelias – atsparumo stiprinimas, reguliacinių procesų vystymas, leidžiantis vykdyti visas gyvybines organizmo funkcijas, nepaisant faktoriaus nukrypimų nuo optimalaus. Pavyzdžiui, šiltakraujai gyvūnai palaiko pastovią kūno temperatūrą – optimalią jame vykstantiems biocheminiams procesams.

Pasyvus prisitaikymo kelias – tai organizmų gyvybinių funkcijų pajungimas aplinkos veiksnių pokyčiams. Pavyzdžiui, esant nepalankioms aplinkos sąlygoms, daugelis organizmų pereina į sustabdytos gyvybės būseną (paslėptą gyvenimą), kai medžiagų apykaita organizme praktiškai sustoja (žiemos ramybės būsena, vabzdžių siautėjimas, žiemos miegas, sporų išsaugojimas dirvožemyje). sporų ir sėklų forma).

Nepageidaujamo poveikio vengimas – adaptacijų, organizmų elgsenos (adaptacija) vystymas, padedantis išvengti nepalankių sąlygų. Šiuo atveju adaptacijos gali būti: morfologinės (kinta kūno sandara: kaktuso lapų modifikacija), fiziologinės (kupranugariai aprūpina save drėgme dėl riebalų atsargų oksidacijos), etologinės (elgesio pokyčiai: sezoninės migracijos). paukščių, žiemos miegas žiemą).

Gyvi organizmai yra gerai prisitaikę prie periodinių veiksnių. Neperiodiniai veiksniai gali sukelti ligas ir net kūno mirtį (pavyzdžiui, vaistai, pesticidai). Tačiau ilgai veikiant juos, taip pat gali įvykti prisitaikymas prie jų.

Organizmai, prisitaikę prie paros, sezoninių, potvynių, atoslūgių, saulės aktyvumo ritmų, mėnulio fazių ir kitų griežtai periodiškų reiškinių. Taigi sezoninė adaptacija išskiriama kaip sezoniškumas gamtoje ir žiemos ramybės būsena.

Sezoniškumas gamtoje. Pagrindinė augalų ir gyvūnų reikšmė prisitaikant prie organizmų yra metinis temperatūros svyravimas. Palankus gyvybei laikotarpis, vidutiniškai mūsų šaliai, trunka apie šešis mėnesius (pavasarį, vasarą). Dar prieš ateinant stabiliems šalčiams gamtoje prasideda žiemos ramybės laikotarpis.

Žiemos ramybės būsena. Žiemos ramybė yra ne tik vystymosi sustojimas dėl žemos temperatūros, bet ir sudėtingas fiziologinis prisitaikymas, kuris vyksta tik tam tikrame vystymosi etape. Pavyzdžiui, maliarinis uodas ir drugelis dilgėlinė žiemoja suaugusio vabzdžio stadijoje, kopūstinė kandis – lėliukės, čigoninė – kiaušinėlio stadijoje.

Bioritmai. Kiekvienai rūšiai evoliucijos procese susiformavo būdingas metinis intensyvaus augimo ir vystymosi, dauginimosi, pasiruošimo žiemai ir žiemojimo ciklas. Šis reiškinys vadinamas biologiniu ritmu. Kiekvieno gyvavimo ciklo laikotarpio sutapimas su atitinkamu metų laiku yra labai svarbus rūšies egzistavimui.

Pagrindinis daugelio augalų ir gyvūnų sezoninių ciklų reguliavimo veiksnys yra dienos trukmės pokytis.

Bioritmai yra:

egzogeniniai (išoriniai) ritmai (kyla kaip reakcija į periodinius aplinkos pokyčius (dienos ir nakties kaita, metų laikai, saulės aktyvumas), endogeniniai (vidiniai ritmai) generuojami paties organizmo.

Savo ruožtu endogeniniai skirstomi į:

Fiziologiniai ritmai (širdies plakimas, kvėpavimas, endokrininių liaukų darbas, DNR, RNR, baltymų sintezė, fermentų darbas, ląstelių dalijimasis ir kt.)

Ekologiniai ritmai (dienos, metinio, potvynio, mėnulio ir kt.)

DNR, RNR, baltymų sintezės, ląstelių dalijimosi, širdies plakimo, kvėpavimo ir kt. procesai turi ritmą. Išorinis poveikis gali pakeisti šių ritmų fazes ir pakeisti jų amplitudę.

Fiziologiniai ritmai skiriasi priklausomai nuo organizmo būklės, aplinkos ritmai yra stabilesni ir atitinka išorinius ritmus. Turėdamas endogeninius ritmus, kūnas gali orientuotis laiku ir iš anksto pasiruošti būsimiems aplinkos pokyčiams – tai yra biologinis organizmo laikrodis. Daugeliui gyvų organizmų būdingi cirkadiniai ir cirkaniniai ritmai.

Cirkadiniai ritmai (cirkadiniai) - pasikartojantis biologinių procesų ir reiškinių intensyvumas ir pobūdis, trunkantis nuo 20 iki 28 valandų. Cirkadiniai ritmai yra susiję su gyvūnų ir augalų veikla dienos metu ir, kaip taisyklė, priklauso nuo temperatūros ir šviesos intensyvumo. Pavyzdžiui, šikšnosparniai skraido prieblandoje, o dieną ilsisi daugelis planktoninių organizmų naktį būna šalia vandens paviršiaus, o dieną leidžiasi į gelmę.

Sezoniniai biologiniai ritmai siejami su šviesos įtaka – fotoperiodu. Organizmų reakcija į dienos ilgį vadinamas fotoperiodizmu. Fotoperiodizmas yra bendra, svarbi adaptacija, reguliuojanti sezoninius reiškinius įvairiuose organizmuose. Augalų ir gyvūnų fotoperiodizmo tyrimas parodė, kad organizmų reakcija į šviesą pagrįsta tam tikros trukmės šviesos ir tamsos periodų kaitaliojimu per dieną. Organizmų (nuo vienaląsčių iki žmonių) reakcija į dienos ir nakties ilgį rodo, kad jie geba matuoti laiką, t.y. Jie turi kažkokį biologinį laikrodį. Biologiniai laikrodžiai, be sezoninių ciklų, kontroliuoja ir daugelį kitų biologinių reiškinių bei nustato teisingą ištisų organizmų veiklos ir procesų, vykstančių net ląstelių lygmeniu, ypač ląstelių dalijimosi, dienos ritmą.

Universali visų gyvų būtybių, nuo virusų ir mikroorganizmų iki aukštesnių augalų ir gyvūnų savybė, yra gebėjimas sukelti mutacijas – staigius, natūralius ir dirbtinai sukeltus, paveldėtus genetinės medžiagos pokyčius, lemiančius tam tikrų organizmo savybių pokyčius. Mutacijų kintamumas neatitinka aplinkos sąlygų ir, kaip taisyklė, sutrikdo esamas adaptacijas.

Daugelis vabzdžių patenka į diapauzę (ilgą vystymosi sustojimą) tam tikru vystymosi etapu, kurio nereikėtų painioti su ramybės būsena nepalankiomis sąlygomis. Daugelio jūrų gyvūnų dauginimuisi įtakos turi mėnulio ritmai.

Cirkaniniai (metiniai) ritmai yra pasikartojantys biologinių procesų ir reiškinių intensyvumo ir pobūdžio pokyčiai, trunkantys nuo 10 iki 13 mėnesių.

Fizinė ir psichologinė žmogaus būsena taip pat turi ritmingą charakterį.

Sutrikęs darbo ir poilsio ritmas mažina darbingumą ir neigiamai veikia žmogaus sveikatą. Žmogaus būklė ekstremaliomis sąlygomis priklausys nuo jo pasirengimo šioms sąlygoms laipsnio, nes praktiškai nėra laiko prisitaikyti ir atsigauti.

Kad biosfera ir toliau egzistuotų, kad jos judėjimas (vystymasis) nesustotų, Žemėje turi nuolat vykti biologiškai svarbių medžiagų cirkuliacija. Šis biologiškai svarbių medžiagų perėjimas nuo jungties prie jungties gali būti atliktas tik su tam tikromis energijos sąnaudomis, kurių šaltinis yra Saulė.

Saulės energija Žemėje užtikrina du medžiagų ciklus:

- geologinis (abiotinis) arba didelis ciklas;

- biologinis (biotinis) arba mažas ciklas.

Geologinis ciklas ryškiausiai pasireiškia vandens cikle ir atmosferos cirkuliacija.

Žemė kasmet iš Saulės gauna maždaug 21 10 20 kJ spinduliuotės energijos. Maždaug pusė jo išleidžiama vandens garinimui. Tai ir sukelia didelį ciklą.

Vandens ciklas biosferoje pagrįstas tuo, kad visišką jo išgaravimą nuo Žemės paviršiaus kompensuoja krituliai. Tuo pačiu metu iš vandenyno išgaruoja daugiau vandens, nei grįžta su krituliais. Sausumoje, atvirkščiai, iškrenta daugiau kritulių nei išgaruoja vanduo. Jo perteklius nuteka į upes ir ežerus, o iš ten vėl į vandenyną.

Geologinio vandens ciklo metu mineraliniai junginiai planetiniu mastu perkeliami iš vienos vietos į kitą, keičiasi ir suminė vandens būsena (skystas, kietas – sniegas, ledas; dujinis – garai). Vanduo intensyviausiai cirkuliuoja garų būsenoje.

Atsiradus gyvajai medžiagai, pagrįstai atmosferos cirkuliacija, vandeniui, joje ištirpusiems mineraliniams junginiams, t.y. remiantis abiotiniu, geologiniu ciklu, susidarė organinių medžiagų ciklas arba mažas, biologinis ciklas.

Vystantis gyvajai medžiagai, iš geologinio ciklo nuolat išgaunama vis daugiau elementų ir patenka į naują, biologinį ciklą.

Priešingai nei paprastas mineralinių elementų perkėlimas ir judėjimas dideliame (geologiniame) cikle, mažajame (biologiniame) cikle svarbiausi punktai yra organinių junginių sintezė ir naikinimas. Šie du procesai yra tam tikru santykiu, kuris yra gyvenimo pagrindas ir yra vienas pagrindinių jo bruožų.

Priešingai nei geologinis ciklas, biologinis ciklas turi mažesnę energiją. Kaip žinoma, tik 0,1-0,2% saulės energijos, patenkančios į Žemę, išleidžiama organinėms medžiagoms sukurti (geologiniam ciklui iki 50%). Nepaisant to, biologiniame cikle dalyvaujanti energija išleidžiama milžiniškam darbui kuriant pirminę gamybą Žemėje.

Žemėje atsiradus gyvajai medžiagai, cheminiai elementai nuolat cirkuliuoja biosferoje, pereidami iš išorinės aplinkos į organizmus ir atgal į išorinę aplinką.

Tokia cheminių elementų cirkuliacija daugiau ar mažiau uždarais takais, vykstanti naudojant saulės energiją per gyvus organizmus, vadinama biogeocheminis ciklas (ciklas).

Pagrindiniai biogeocheminiai ciklai yra deguonies, anglies, azoto, fosforo, sieros, vandens ir maistinių medžiagų ciklai.

Anglies ciklas.

Sausumoje anglies ciklas prasideda augalams fotosintezės metu fiksuojant anglies dioksidą. Tada iš anglies dioksido ir vandens susidaro angliavandeniai ir išsiskiria deguonis. Šiuo atveju augalui kvėpuojant anglis iš dalies išsiskiria kaip anglies dioksidas. Augaluose fiksuotą anglį tam tikru mastu sunaudoja gyvūnai. Kvėpuodami gyvūnai taip pat išskiria anglies dvideginį. Negyvus gyvūnus ir augalus skaido mikroorganizmai, todėl negyvoje organinėje medžiagoje esanti anglis oksiduojasi iki anglies dioksido ir išleidžiama atgal į atmosferą.

Panašus anglies ciklas vyksta vandenyne.

Azoto ciklas.

Azoto ciklas, kaip ir kiti biogeocheminiai ciklai, apima visas biosferos sritis. Azoto ciklas yra susijęs su jo pavertimu nitratais dėl azotą fiksuojančių ir nitrifikuojančių bakterijų veiklos. Nitratus augalai pasisavina iš dirvožemio ar vandens. Augalus valgo gyvūnai. Galiausiai skaidytojai azotą paverčia atgal į dujinę formą ir išleidžia atgal į atmosferą.

Šiuolaikinėmis sąlygomis žmonės įsikišo į azoto ciklą, dideliuose plotuose augindami azotą fiksuojančius ankštinius augalus ir dirbtinai fiksuodami natūralų azotą. Manoma, kad žemės ūkis ir pramonė tiekia beveik 60 % daugiau fiksuoto azoto nei natūralios sausumos ekosistemos.

Panašus azoto ciklas stebimas vandens aplinkoje.

Fosforo ciklas.

Skirtingai nuo anglies ir azoto, fosforo junginiai randami uolienose, kurios ardo ir išskiria fosfatus. Dauguma jų patenka į jūras ir vandenynus ir gali būti iš dalies sugrąžinti į sausumą per jūrines maisto grandines, kurios baigiasi žuvimis mintančiais paukščiais. Kai kurie fosfatai patenka į dirvą ir yra absorbuojami augalų šaknų. Augalų fosforo pasisavinimas priklauso nuo dirvožemio tirpalo rūgštingumo: didėjant rūgštingumui, vandenyje praktiškai netirpūs fosfatai virsta labai tirpia fosforo rūgštimi. Tada augalus valgo gyvūnai.

Pagrindinės biogeocheminių ciklų grandys yra įvairūs organizmai, kurių formų įvairovė lemia ciklų intensyvumą ir beveik visų žemės plutos elementų įsitraukimą į juos.

Apskritai kiekvienas bet kurio cheminio elemento ciklas yra bendrojo didžiojo medžiagų ciklo Žemėje dalis, t.y. jie glaudžiai susiję.

Trofinis tinklas

Paprastai kiekvienai grandinės grandžiai galite nurodyti ne vieną, o kelias kitas grandis, su ja susietas „maisto ir vartotojo“ ryšiu. Taigi žolę ėda ne tik karvės, bet ir kiti gyvūnai, o karvės yra maistas ne tik žmogui. Tokių ryšių užmezgimas maisto grandinę paverčia sudėtingesne struktūra - maisto tinklas.

Trofinis lygis

Trofinis lygis yra sutartinis vienetas, nurodantis atstumą nuo gamintojų tam tikros ekosistemos trofinėje grandinėje. Kai kuriais atvejais trofiniame tinkle atskiras nuorodas galima sugrupuoti į lygius taip, kad vieno lygio nuorodos veiktų tik kaip maistas kitam lygiui. Ši grupė vadinama trofiniu lygiu.

Medžiagų ir energijos srautų ciklas ekosistemose

Mityba yra pagrindinis medžiagų ir energijos judėjimo būdas. Organus ekosistemoje jungia bendra energija ir maistinės medžiagos, reikalingos gyvybei palaikyti. Pagrindinis daugumos gyvų organizmų Žemėje energijos šaltinis yra Saulė. Fotosintetiniai organizmai (žalieji augalai, cianobakterijos, kai kurios bakterijos) tiesiogiai naudoja saulės šviesos energiją. Šiuo atveju iš anglies dioksido ir vandens susidaro sudėtingos organinės medžiagos, kuriose dalis saulės energijos kaupiasi cheminės energijos pavidalu. Organinės medžiagos yra energijos šaltinis ne tik pačiam augalui, bet ir kitiems ekosistemos organizmams. Maiste esanti energija išsiskiria kvėpavimo procese. Kvėpavimo produktus – anglies dioksidą, vandenį ir neorganines medžiagas – gali pakartotinai panaudoti žalieji augalai. Dėl to medžiagos šioje ekosistemoje patiria begalinį ciklą. Tuo pačiu metu maiste esanti energija necikluoja, o palaipsniui virsta šilumine energija ir palieka ekosistemą. Todėl būtina ekosistemos egzistavimo sąlyga yra nuolatinis energijos srautas iš išorės. Taigi ekosistemos pagrindą sudaro autotrofiniai organizmai – gamintojai (gamintojai, kūrėjai), kurie fotosintezės procese sukuria energijos turtingą maistą – pirminę organinę medžiagą. Sausumos ekosistemose svarbiausias vaidmuo tenka aukštesniems augalams, kurie, formuodami organines medžiagas, sukelia visus trofinius ryšius ekosistemoje, tarnauja kaip substratas daugeliui gyvūnų, grybų ir mikroorganizmų, aktyviai veikia biotopo mikroklimatą. Vandens ekosistemose pagrindiniai pirminių organinių medžiagų gamintojai yra dumbliai. Paruoštos organinės medžiagos yra naudojamos heterotrofų arba vartotojų energijai gauti ir kaupti. Heterotrofams priskiriami žolėdžiai (1-os eilės vartotojai), mėsėdžiai, gyvenantys iš žolėdžių formų (2-osios eilės vartotojai), kitus mėsėdžius valgantys (3-osios eilės vartotojai) ir kt. Specialią vartotojų grupę sudaro skaidytojai (naikintojai arba destruktoriai), suskaidantys gamintojų ir vartotojų organines liekanas iki paprastų neorganinių junginių, kuriuos vėliau panaudoja gamintojai. Skaidytojams daugiausia priklauso mikroorganizmai – bakterijos ir grybai. Sausumos ekosistemose ypač svarbūs dirvožemio skaidytojai, kurie iš negyvų augalų patenka į bendrą ciklą organines medžiagas (sunaudoja iki 90 % pirminės miško produkcijos). Taigi kiekvienas gyvas organizmas ekosistemoje užima tam tikrą ekologinę nišą (vietą) sudėtingoje ekologinių ryšių su kitais organizmais ir abiotinėmis aplinkos sąlygomis sistemoje.

Biologiniai ir geologiniai ciklai.

Organinių medžiagų fotosintezės iš neorganinių komponentų procesai trunka milijonus metų, o per tą laiką cheminiai elementai turi pereiti iš vienos formos į kitą. Tačiau tai neįvyksta dėl jų cirkuliacijos biosferoje. Kasmet fotosintetiniai organizmai pasisavina apie 350 milijardų tonų anglies dioksido, į atmosferą išskiria apie 250 milijardų tonų deguonies ir suskaido 140 milijardų tonų vandens, sudarydami daugiau nei 230 milijardų tonų organinių medžiagų (skaičiuojant pagal sausą svorį). Per augalus ir dumblius transportuojant ir išgaruojant praeina didžiulis vandens kiekis. Tai lemia tai, kad paviršinio vandenyno sluoksnio vandenį planktonas nufiltruoja per 40 dienų, o likusį vandenyno vandenį – maždaug per metus. Visas anglies dioksidas atmosferoje atsinaujina per kelis šimtus metų, o deguonis – per kelis tūkstančius metų. Kasmet fotosintezėje į ciklą įtraukiama 6 milijardai tonų azoto, 210 milijardų tonų fosforo ir daugybė kitų elementų (kalio, natrio, kalcio, magnio, sieros, geležies ir kt.). Šių ciklų egzistavimas suteikia ekosistemai tam tikro stabilumo.

Yra du pagrindiniai ciklai: didelis (geologinis) ir mažas (biotinis). Didysis ciklas, besitęsiantis milijonus metų, susideda iš to, kad uolienos sunaikinamos, o atmosferos produktai (įskaitant vandenyje tirpias maistines medžiagas) vandens srautais nunešami į Pasaulio vandenyną, kur susidaro jūriniai sluoksniai ir tik iš dalies grįžta atgal. žemė su krituliais. Geotektoniniai pokyčiai, žemyno slūgimo ir jūros dugno kilimo procesai, jūrų ir vandenynų judėjimas per ilgą laiką lemia tai, kad šie sluoksniai grįžta į sausumą ir procesas prasideda iš naujo. Mažasis ciklas (didžiojo dalis) vyksta ekosistemų lygmeniu ir susideda iš to, kad maistinės medžiagos, vanduo ir anglis kaupiasi augalų medžiagoje, išleidžiami kūno kūrimui ir šių augalų gyvybės procesams. kiti organizmai (dažniausiai gyvūnai), mintantys šiais augalais (vartotojai). Organinių medžiagų skilimo produktai, veikiami skaidytojų ir mikroorganizmų (bakterijų, grybų, kirmėlių), vėl suyra į augalams prieinamus mineralinius komponentus, kuriuos jie įtraukia į medžiagų srautą. Cheminių medžiagų cirkuliacija iš neorganinės aplinkos per augalų ir gyvūnų organizmus atgal į neorganinę aplinką naudojant saulės energiją ir cheminių reakcijų energiją vadinamas biogeocheminiu ciklu. Tokiuose ciklus dalyvauja beveik visi cheminiai elementai, o pirmiausia tie, kurie dalyvauja kuriant gyvą ląstelę. Taigi žmogaus organizmas susideda iš deguonies (62,8%), anglies (19,37%), vandenilio (9,31%), azoto (5,14%), kalcio (1,38%), fosforo (0,64%) ir dar apie 30 elementų.

Žmogaus vaidmuo.

Asmuo turi galią pakeisti veikimo stiprumą ir ribojančių veiksnių skaičių, taip pat išplėsti arba, atvirkščiai, susiaurinti aplinkos veiksnių optimalių verčių ribas. Pavyzdžiui, derliaus nuėmimas neišvengiamai siejamas su augalų mineralinės mitybos dirvožemio elementų išeikvojimu ir kai kurių jų perkėlimu į ribojančių veiksnių kategoriją. Įvairios melioracijos rūšys (laistymas, drenažas, tręšimas ir kt.) optimizuoja veiksnius ir pašalina jų ribojantį poveikį. Žmogus neišmatuojamai išplėtė savo prisitaikymo galimybes, sąlygodamas savo aplinkos sąlygas (drabužius, būstą, naujas medžiagas ir kt.) ir taip smarkiai sumažino savo priklausomybę nuo gamtinės aplinkos ir jos atstovaujamų išteklių. Pavyzdžiui, žmogaus racione laukinio maisto ištekliai sudaro tik 10–15 proc. Likę maisto poreikiai tenkinami kultūriniu ūkininkavimu. Priklausomybės nuo aplinkos veiksnių mažinimo pasekmė yra žmogaus arealo išplitimas į visą planetą ir natūralių gyventojų skaičiaus reguliavimo mechanizmų panaikinimas.

Šį mitybos grandinių ir ekologinių piramidžių principą žmogus pakeitė tiek savo populiacijos, tiek kitų rūšių (veislių, veislių), ypač auginamų kultūrinėje žemdirbystėje, atžvilgiu. Šis neatitikimas natūralioms ekosistemoms yra įmanomas dėl papildomos energijos asignavimų ir investicijų į sistemas. Pažeisti ekologinių piramidžių taisykles pasirodo nepagrįstai brangu. Ją neišvengiamai lydi medžiagų ciklų pokyčiai, atliekų kaupimasis ir aplinkos tarša. Pavyzdys – gyvulininkystės ūkiai, turintys aplinkosaugos problemų. Piramidžių taisyklės pažeidžiamos ir dėl to, kad žmonių vartotojų interesai peržengė visų biologinių išteklių ribas. Jos interesai apima ankstesnių geologinių epochų produktus (išteklius), o daugelis pagamintų produktų tampa aklavietėmis (atliekos ir teršalai). Vien Žemės žmonėms, kaip biologinei rūšiai, kasdien reikia apie 2 milijonus tonų maisto ir 10 milijardų m3 deguonies. Be to, išgaunama ir apdorojama beveik 30 milijonų tonų medžiagų, sudeginama apie 30 milijonų tonų kuro, techninėms reikmėms sunaudojama 2 milijardai m3 vandens ir 65 milijardai m3 deguonies.

Dėl visaėdžių prigimties žmonės pradeda maitintis vis įvairesniais organizmais, o tam reikia įvairių grobio gaudymo ar augalų paieškos būdų. Žinoma, reikia sugalvoti ir būdų, kaip grobį paversti valgomu. Vienas dalykas yra vakarienei kepti triušį, o visai kas kita – medūzą. Tik rafinuotas protas galėtų sugalvoti valgyti, pavyzdžiui, manioką, kurios gumbai yra kartūs ir turi cianido rūgšties. Tačiau visoje Brazilijoje, ir ne tik ten, maniokos auginamos ir valgomos tokiais kiekiais, kaip ir Rusijoje valgomos bulvės. Tačiau sukurti technologiją, kaip tai apdoroti, buvo labai sunku.

Valgydamas įvairiausius organizmus, žmogus įsitraukia į daugybę mitybos grandinių, pašalina papildomas organines medžiagas ir šias grandines užbaigia su savimi. Pasirodo, jis visur yra viršūninis plėšrūnas. Taigi žmogus pradėjo trumpinti maisto grandines daugelyje ekosistemų, ir kuo tokia grandinė trumpesnė, tuo greitesnė materijos ir energijos apykaita.

Taip pat žmogaus veikla siejama su stipria natūralių buveinių transformacija. Šiuolaikinis žmogus nori ne keistis pagal aplinkos sąlygas, o pačias keisti šias sąlygas. Todėl jis skiria daug intelektinių ir techninių pastangų, kad pakeistų aplinką. Išaręs pievos erdvę ir apsėjęs ją reikiamais augalais, artojas jau kardinaliai pakeitė aplinką. Iš daugybės pievoje esančių augalų jis paliko tik vieną, o ir tada dažniausiai buvo svetimas. Jis per keletą valandų transformavo čia per daugelį šimtų metų susiformavusią dirvožemį ir jo fauną. Dėl to buvo panaikinti beveik visų gyvūnų rūšių ištekliai, išnyko jų maistiniai augalai. Pertvarkyta erdvė daugeliui vietinių augalų tapo netinkama, o kitiems – nepasiekiama. Pasėlių savininkas saugo savo lauką, laisto jį herbicidais, kovoja su konkuruojančiais vartotojais.

Kaip prisimename, ekosistemose žmogus gyvena ne vienas, o su daugybe kaimynų – augalų ir gyvūnų organizmų. Ši transformuota aplinka ne visiems jiems tinka. Daugelis, ypač primityvių gyvybės formų, lengvai prisitaiko prie besikeičiančių sąlygų. Didžiajai daugumai sudėtingų organizmų nauja aplinka netinka. Jie palieka šias vietas arba miršta. Taigi bet koks gamtos virsmas visada veda į daugelio organizmų mirtį.

Valgymas. Šios zoologinės rūšies maisto asortimentas yra bene plačiausias planetoje. Žmogus yra nuostabus eurifagas (daugiafagas) ir valgo beveik viską. Jo valgiaraštyje yra didžiulis gyvūnų sąrašas, kuriame, be tradicinių karvių, avių ir naminių paukščių, yra termitai, skėriai, skėriai ir šimtakojai bei kai kurie vorai. Įvairių vabzdžių – bičių, medžių vabalų – lervas daugelis tautų valgo kaip skanėstą. Afrikos gyventojai noriai valgo didžiules goliato vabalo lervas, kur jis randamas. Įvairūs driežai, gyvatės, vėžliai ir varlės taip pat yra tvirtai įsitvirtinę žmonių racione. Vandens gyventojai – žuvys ir vėžiagyviai – buvo tradicinis maistas nuo Kromanjono žmogaus laikų. Tačiau čia taip pat išsiplėtė rūšių mityba, įskaitant daugybę gyvūnų nuo banginių iki kai kurių medūzų ir eufauzidų.

Ekologai, tyrinėdami gyvūnų, ypač tų, kurie yra maisto konkurentai žmonėms, mitybą, pastebi, kad daugelis iš jų pasižymi stulbinančia maisto įvairove. Pavyzdžiui, tipiškas polifaginis vandens pelėnas, naikinantis valstiečių pasėlius pietinėje Vakarų Sibiro dalyje, gali suėsti daugiau nei 300 augalų rūšių. Tiriant šį gyvūną, sudaromi vis ilgesni jam tinkamo maisto sąrašai. Žmogus, atlikdamas žolėdžio gyvūno (pagrindinio vartotojo) vaidmenį, gerokai pralenkė visas kitas rūšis. Niekas dar nesudarė viso planetoje esančių maistinių augalų sąrašo, tačiau jų ilgį nesunku atspėti. Taigi japonų virtuvėje įvairiems patiekalams ruošti naudojami apie 300 augalų rūšių žiedpumpuriai. Kinų virtuvė yra dar sudėtingesnė ir įvairesnė. O jei čia pridėtume maistinių augalų rūšių sąrašus iš tropinės zonos gyventojų kulinarinių knygų!?

Žmonės vis intensyviau maistui naudoja gyvūnus ir augalus. Jei kai kurių gyvulių jis neėda tiesiogiai, sušeria savo maistinius gyvulius arba tręšia jais laukus. Žmogus yra švaistomas ir dažnai naudoja net skanias rūšis kartu su maistu, kaip pašarą ir net kaip trąšą. Pavyzdžiui, jūrinių ešerių žvejybos istorija – beveik 2 metrų ilgio ir 50 – 70 kg svorio žuvys. Savo skoniu ji pranašesnė už Atlanto lašišą. Šis ešeris buvo sugautas didžiuliais kiekiais XVII amžiaus pradžioje prie Naujosios Anglijos krantų. Didžioji dalis šių laimikių buvo panaudota vietos gyventojų žemės sklypams tręšti. Kolonijiniai ūkininkai šimtus tonų šios žuvies palaidojo savo kukurūzų laukuose. Niufaundlendo srityje XIX amžiaus pradžioje laukams tręšti buvo panaudota daug tonų Atlanto lašišų. Tas pats atsitiko ir su pernelyg intensyvia menkių ir eršketų žvejyba. Buvo pastatytos didžiulės gamyklos skumbrėms, silkėms, stintenei ir kitoms jūrų žuvims perdirbti į trąšas ir pašarus gyvuliams. Niufaundlende XVIII amžiaus pradžioje didžiulių omarų jūrinių vėžių (jie svėrė iki 10 - 12 kg) mėsa buvo naudojama masalui žvejojant menkes, taip pat penėti naminius gyvulius. Kiekvienas bulvių laukas buvo išbarstytas šių vėžiagyvių lukštais, nes po kiekvienu bulvių krūmu buvo pasodinti 2-3 omarai trąšoms. Iki XX amžiaus vidurio kai kuriose Niufaundlendo vietovėse šie milžiniški ir labai skanūs vėžiai buvo šeriami gyvuliams. Netgi tokia apsišvietusi šalis kaip Rusija iki pat XX amžiaus pabaigos elgėsi švaistingai. 1998 metais per televiziją ne itin gerai maitinamiems jos gyventojams buvo parodyta, kaip Rusijos Tolimuosiuose Rytuose buldozeriai į žemę įkasa šimtus tonų skanių lašišinių žuvų. Žmonės negalėjo išmesti savo laimikio!

Žmogus savo virsmą hipereuribiontu užtikrino ne biologiniais mechanizmais, o techninėmis priemonėmis, todėl iš esmės prarado biologinės adaptacijos potencialą. Dėl šios priežasties žmogus yra tarp pirmųjų kandidatų palikti gyvenimo areną dėl jo sukeltų aplinkos pokyčių. Taigi svarbi išvada: jei šiuolaikinė žmogaus niša pirmiausia yra protingos veiklos, galios aplinkai rezultatas, tai protas turi būti pagrindinė jos pasikeitimo varomoji jėga.

©2015-2019 svetainė
Visos teisės priklauso jų autoriams. Ši svetainė nepretenduoja į autorystę, tačiau suteikia galimybę nemokamai naudotis.
Puslapio sukūrimo data: 2016-04-26

1 puslapis

Geologinis ciklas (didelis medžiagų ciklas gamtoje) – medžiagų ciklas, kurio varomoji jėga yra egzogeniniai ir endogeniniai geologiniai procesai.  

Geologinis ciklas – tai medžiagų cirkuliacija, kurios varomoji jėga yra egzogeniniai ir endogeniniai geologiniai procesai.  

Geologinio ciklo ribos yra daug platesnės nei biosferos ribos, jos amplitudė apima žemės plutos sluoksnius, esančius toli už biosferos ribų. Ir, svarbiausia, gyvi organizmai atlieka antraeilį vaidmenį šio ciklo procesuose.  

Taigi geologinis medžiagų ciklas vyksta nedalyvaujant gyviems organizmams ir perskirsto medžiagas tarp biosferos ir gilesnių Žemės sluoksnių.  

Svarbiausią vaidmenį dideliame geologinio ciklo cikle atlieka maži materijos ciklai – tiek biosferos, tiek technosferos, kai medžiaga ilgam išjungiama nuo didelio geocheminio srauto, virsta nesibaigiančiais sintezės ciklais ir skilimas.  

Svarbiausią vaidmenį dideliame geologinio ciklo cikle atlieka maži materijos ciklai – tiek biosferos, tiek technosferos, kai medžiaga ilgam išjungiama nuo didelio geocheminio srauto, virsta nesibaigiančiais sintezės ciklais ir skilimas.  

Ši anglis dalyvauja lėtame geologiniame cikle.  

Būtent ši anglis dalyvauja lėtame geologiniame cikle. Gyvybę Žemėje ir atmosferos dujų balansą palaiko santykinai nedideli anglies kiekiai, esantys augalų (5 10 t) ir gyvūnų (5 109 t) audiniuose, dalyvaujančiuose mažajame (biogeniniame) cikle. Tačiau šiuo metu žmonės intensyviai uždaro medžiagų, įskaitant anglies, ciklą. Pavyzdžiui, apskaičiuota, kad bendra visų naminių gyvūnų biomasė jau viršija visų laukinių sausumos gyvūnų biomasę. Kultūrinių augalų plotai artėja prie natūralių biogeocenozių plotų, o daugelis kultūrinių ekosistemų savo produktyvumu, nuolat žmogaus didinamu, gerokai pranoksta natūralias.  

Plačiausias laike ir erdvėje yra vadinamasis geologinis medžiagų ciklas.  

Gamtoje yra 2 medžiagų cirkuliacijos tipai: didelė arba geologinė medžiagų cirkuliacija tarp sausumos ir vandenyno; mažas arba biologinis – tarp dirvožemio ir augalų.  

Vanduo, augalo išgautas iš dirvožemio, garų pavidalu patenka į atmosferą, vėliau, vėsdamas, kondensuojasi ir kritulių pavidalu grįžta į dirvą ar vandenyną. Geologinis vandens ciklas užtikrina mechaninį perskirstymą, nusodinimą, kietų nuosėdų kaupimąsi sausumoje ir rezervuarų dugne, taip pat mechaninio dirvožemio ir uolienų naikinimo procese. Tačiau cheminė vandens funkcija atliekama dalyvaujant gyviems organizmams arba jų medžiagų apykaitos produktams. Natūralūs vandenys, kaip ir dirvožemis, yra sudėtingos bioinertinės medžiagos.  

Žmogaus geocheminė veikla tampa panaši į biologinius ir geologinius procesus. Geologiniame cikle denudacijos ryšys smarkiai padidėja.  

Veiksnys, paliekantis pagrindinį pėdsaką bendram charakteriui ir biologiniam. Tuo pačiu metu geologinis vandens ciklas nuolat stengiasi visus šiuos elementus nuplauti iš griūvančios žemės sluoksnių į vandenyno baseiną. Todėl norint išsaugoti augalinius maisto elementus žemėje, juos reikia paversti tokia forma, kuri visiškai netirpi vandenyje. Šį reikalavimą tenkina gyva organinė medžiaga.  

Medžiagų ciklas gamtoje yra pasikartojantis ciklinis atskirų cheminių elementų ir jų junginių virsmo ir judėjimo procesas. Atsirado per visą Žemės vystymosi istoriją ir tęsiasi iki šiol. Visada yra tam tikras cirkuliuojančios medžiagos sudėties ir kiekio nuokrypis, todėl gamtoje nėra visiško ciklo pasikartojimo. Tai lemia laipsnišką Žemės, kaip planetos, vystymąsi. Medžiagų cirkuliacija ypač būdinga geologiniam vystymosi etapui, kai susiformavo pagrindiniai dariniai. Žemės apvalkalas. Kalbant apie pasireiškimo mastą, pirmoji vieta yra geologinis ciklas. Ji reprezentuoja materijos judėjimą pirmiausia vidiniuose apvalkaluose: kilimą dėl kylančių tektoninių judesių ir vulkanizmo; jo horizontalus perkėlimas į išorinius apvalkalus ir kaupimasis; judėjimai žemyn – nuosėdų užkasimas, nusėdimas dėl tektoninių judėjimų žemyn. Gylyje vyksta metamorfizmas, medžiagos tirpimas, susidarant magmai ir metamorfinėms uolienoms. Pagrindinį vaidmenį kuriant geografinį apvalkalą atlieka vandens ciklas.

Nuo gyvybės atsiradimo Žemėje, biologinis ciklas. Jis užtikrina nuolatines transformacijas, dėl kurių medžiagos, jas panaudojus vieniems organizmams, pereina į kitiems organizmams virškinamą formą. Energijos pagrindas yra saulės energija, ateinanti į Žemę. Augalų organizmai pasisavina mineralines medžiagas, kurios mitybos grandinėmis patenka į gyvūnų organizmą, o paskui skaidytojų (bakterijų, grybų ir kt.) pagalba grįžta į dirvą ar atmosferą. Šio ciklo intensyvumas lemia gyvų organizmų skaičių ir įvairovę Žemėje bei jų sukauptos energijos kiekį. biomasė. Maks. biologinio ciklo sausumoje intensyvumas stebimas atogrąžų miškuose, kur augalų liekanos beveik nesikaupia, o išsiskyrusias mineralines medžiagas augalai iškart pasisavina. Ciklo intensyvumas labai mažas pelkėse ir tundroje, kur kaupiasi augalų liekanos, kurios nespėja suirti. Ypač svarbūs yra biogeninių cheminių elementų ciklai anglies. Augalų organizmai kasmet iš atmosferos išgauna iki 300 milijardų tonų anglies dioksido (arba 100 milijardų tonų anglies). Augalus iš dalies suėda gyvūnai ir iš dalies miršta. Dėl organizmų kvėpavimo, jų liekanų irimo, rūgimo ir irimo procesų organinės medžiagos virsta anglies dioksidu arba nusėda sapropelio, humuso, durpių pavidalu, iš kurių susidaro anglis, nafta, degiosios dujos. vėliau susidaro. Labai maža jo dalis dalyvauja aktyviosios anglies cikle, nemaža dalis išsaugoma degių iškastinių kalkakmenių ir kitų uolienų pavidalu. Pagrindinis azoto masė koncentruota atmosferoje (3,8510N? t); Pasaulio vandenyno vandenyse yra 2510Ni tonų Azoto cikle pagrindinis vaidmuo tenka mikroorganizmams: azoto fiksatoriams, nitrifikatoriams ir denitrifikatoriams. Kasmet sausumoje apytiksliai. 4510? tonų azoto, vandens aplinkoje yra 4 kartus mažiau. Azoto turinčius junginius iš negyvų likučių nitrifikuojantys mikroorganizmai paverčia azoto oksidais, kuriuos vėliau suskaido denitrifikuojančios bakterijos ir išsiskiria molekulinis azotas. Ciklai taip pat siejami su gyvąja medžiaga deguonies, fosforo, sieros ir daug kitų elementų. Žmogaus įtakos medžiagų apykaitai darosi vis reikšmingesnės. Jie tapo lyginami su geologinių procesų rezultatais: biosferoje atsiranda nauji medžiagų migracijos keliai, atsiranda naujų cheminių junginių, kurių anksčiau nebuvo, keičiasi vandens ciklas.