V biosferi obstaja globalni (veliki ali geološki) cikel snovi, ki je obstajal pred pojavom prvih živih organizmov. Pri tem sodelujejo najrazličnejši kemični elementi. Geološki cikel se izvaja zahvaljujoč sončni, gravitacijski, tektonski in kozmični vrsti energije.
S pojavom žive snovi na podlagi geološkega cikla je nastal cikel organske snovi - mali (biotski ali biološki) cikel.
Biotski cikel snovi je neprekinjen, cikličen, neenakomeren v času in prostoru proces gibanja in preoblikovanja snovi, ki poteka z neposredno udeležbo živih organizmov.
Je neprekinjen proces nastajanja in uničevanja organske snovi in poteka ob sodelovanju vseh treh skupin organizmov: proizvajalcev, konzumentov in razkrojevalcev. V biotske cikle je vključenih okoli 40 biogenih elementov. Za žive organizme so najpomembnejši cikli ogljika, vodika, kisika, dušika, fosforja, žvepla, železa, kalija, kalcija in magnezija.
Z razvojem žive snovi se vse več elementov nenehno izloča iz geološkega cikla in vstopa v nov, biološki cikel. Skupna masa pepelnih snovi, ki se letno vključijo v biotski krog snovi samo na kopnem, je približno 8 milijard ton. To je nekajkrat večja od mase produktov, ki jih proizvedejo izbruhi vseh vulkanov na svetu skozi vse leto. Hitrost kroženja snovi v biosferi je drugačna. Živa snov biosfere se v povprečju obnavlja vsakih 8 let, masa fitoplanktona v oceanu se dnevno posodablja. Ves kisik v biosferi prehaja skozi živo snov v 2000 letih, ogljikov dioksid pa v 300 letih.
V ekosistemih se odvijajo lokalni biotski cikli, v biosferi pa biogeokemični cikli migracije atomov, ki ne le povezujejo vse tri zunanje lupine planeta v enotno celoto, temveč določajo tudi nenehno evolucijo njegove sestave.
¯ ¯
OZRAČJE HIDROSFERA
ŽIVA SNOVI
TLA
Biosfera se je pojavila s pojavom prvih živih organizmov pred približno 3,5 milijarde let. Ko se je življenje razvijalo, se je spreminjalo. Stopnje evolucije biosfere je mogoče razlikovati ob upoštevanju značilnosti vrste ekosistemov.
1. Nastanek in razvoj življenja v vodi. Faza je povezana z obstojem vodnih ekosistemov. V ozračju ni bilo kisika.
2. Pojav živih organizmov na kopnem, razvoj prizemno-zračnega okolja in tal ter nastanek kopenskih ekosistemov. To je postalo mogoče zaradi pojava kisika v ozračju in ozonskega zaslona. Zgodilo se je pred 2,5 milijardami let.
3. Pojav človeka, njegova preobrazba v biosocialno bitje in nastanek antropoekosistemov se je zgodil pred 1 milijonom let.
4. Prehod biosfere pod vplivom inteligentne človeške dejavnosti v novo kakovostno stanje - v noosfero.
Noosfera
Najvišja stopnja razvoja biosfere je noosfera - stopnja razumnega urejanja odnosa med človekom in naravo. Ta izraz je leta 1927 uvedel francoski filozof E. Leroy. Verjel je, da noosfera vključuje človeško družbo s svojo industrijo, jezikom in drugimi lastnostmi inteligentne dejavnosti. V 30-40 letih. XX stoletje V.I. Vernadsky je razvil materialistične ideje o noosferi. Verjel je, da noosfera nastane kot posledica interakcije biosfere in družbe, ki jo ureja tesno razmerje zakonov narave, mišljenja in družbeno-ekonomskih zakonov družbe, in poudaril, da
noosfera (sfera razuma) je stopnja razvoja biosfere, ko bo inteligentna dejavnost ljudi postala glavni odločilni dejavnik njenega trajnostnega razvoja.
Noosfera je nova, najvišja stopnja biosfere, povezana z nastankom in razvojem človeštva v njej, ki s spoznavanjem naravnih zakonov in izboljšanjem tehnologije postane velika sila, ki je po obsegu primerljiva z geološkimi, in začne imeti odločilno vplivati na potek procesov na Zemlji in jo s svojim delom temeljito spremeniti. Nastanek in razvoj človeštva sta se izrazila v nastanku novih oblik izmenjave snovi in energije med družbo in naravo, v vedno večjem vplivu človeka na biosfero. Noosfera bo prišla, ko bo človeštvo s pomočjo znanosti lahko smiselno nadzorovalo naravne in družbene procese. Zato noosfere ni mogoče šteti za posebno lupino Zemlje.
Veda o obvladovanju odnosa med človeško družbo in naravo se imenuje noogenika.
Glavni cilj noogenike je načrtovanje sedanjosti zaradi prihodnosti, njene glavne naloge pa so odpravljanje kršitev v odnosu med človekom in naravo, ki jih povzroča napredek tehnologije, in zavestno upravljanje razvoja biosfere. Oblikovati je treba načrtno, znanstveno utemeljeno rabo naravnih virov, ki bo poskrbela za obnavljanje v kroženju snovi tistega, kar je motil človek, v nasprotju s spontanim, plenilskim odnosom do narave, ki vodi v propadanje okolja. To zahteva trajnostni razvoj družbe, ki izpolnjuje potrebe sedanjosti, ne da bi ogrozila sposobnost prihodnjih generacij, da zadovoljijo svoje potrebe.
Trenutno je planet oblikovan biotehnosfera je del biosfere, ki ga je človek korenito spremenil v inženirske in tehnične strukture: mesta, obrate in tovarne, kamnolome in rudnike, ceste, jezove in rezervoarje itd.
BIOSFERA IN ČLOVEK
Biosfera za človeka je življenjski prostor in vir naravnih virov.
Naravni viri – naravni predmeti in pojavi, ki jih ljudje uporabljajo v procesu dela. Osebi zagotavljajo hrano, obleko in zatočišče. Glede na stopnjo izčrpanosti jih delimo na izčrpen in neizčrpen . Izčrpen vire delimo na obnovljiva in neobnovljiv . Neobnovljivi viri vključujejo tiste vire, ki se ne obnavljajo (ali obnavljajo stokrat počasneje, kot se porabljajo): nafta, premog, kovinske rude in večina mineralov. Obnovljivi naravni viri - prst, rastlinstvo in živalstvo, minerali (kuhinjska sol). Ti viri se nenehno obnavljajo z različnimi stopnjami: živali - več let, gozdovi - 60-80 let, tla, ki so izgubila rodovitnost - več tisočletij. Preseganje stopnje porabe nad stopnjo reprodukcije vodi v popolno izginotje vira.
Neizčrpen viri vključujejo vodo, podnebje (atmosferski zrak in energija vetra) in prostor: sončno sevanje, energija plimovanja morja. Vse večja onesnaženost okolja pa zahteva izvajanje okoljskih ukrepov za ohranitev teh virov.
Zadovoljevanje človeških potreb je nepredstavljivo brez izkoriščanja naravnih virov.
Vse vrste človekove dejavnosti v biosferi lahko združimo v štiri oblike.
1. Spremembe v strukturi zemeljske površine(oranje zemlje, izsuševanje vodnih teles, sečnja gozdov, gradnja kanalov). Človeštvo postaja močna geološka sila. Človek uporablja 75 % zemlje, 15 % rečnih voda, vsako minuto posekajo 20 hektarjev gozdov.
· Geološke in geomorfološke spremembe – intenziviranje procesov nastajanja grap, pojav in pogostost blatnih tokov in plazov.
· Kompleksne (krajinske) spremembe – kršitev celovitosti in naravne strukture krajine, edinstvenost naravnih spomenikov, izguba produktivnih zemljišč, dezertifikacija.
Geološko kroženje snovi imajo največjo hitrost v vodoravni smeri med kopnim in morjem. Pomen velikega kroženja je v tem, da so kamnine podvržene uničenju, preperevanju in da se produkti preperevanja, vključno z vodotopnimi hranili, prenašajo z vodnimi tokovi v Svetovni ocean z nastankom morskih plasti in se na kopno vrnejo le delno, npr. , s padavinami ali organizmi, ki jih ljudje izvlečejo iz vode. Nato se v daljšem časovnem obdobju pojavijo počasne geotektonske spremembe - premikanje celin, dviganje in spuščanje morskega dna, vulkanski izbruhi itd., zaradi česar se nastale plasti vrnejo na kopno in proces se začne znova. .
Velik geološki cikel snovi. Pod vplivom denudacijskih procesov pride do uničenja kamnin in sedimentacije. Nastanejo sedimentne kamnine. Na območjih stabilnega pogrezanja (običajno oceanskega dna) material geografske lupine vstopi v globoke plasti Zemlje. Nadalje se pod vplivom temperature in tlaka pojavijo metamorfni procesi, zaradi katerih nastanejo kamnine, snov se približa središču Zemlje. V globinah Zemlje se v pogojih zelo visokih temperatur pojavi magmatizem: kamnine se topijo, dvignejo v obliki magme po prelomih na zemeljsko površje in se ob izbruhih izlijejo na površje. Tako pride do kroženja snovi. Geološki cikel postane bolj zapleten, če upoštevamo izmenjavo snovi z vesoljem. Veliki geološki krog ni sklenjen v smislu, da delček snovi, ki pade v zemeljsko drobovje, ne pride nujno na površje, in obratno, delec, ki se dvigne med izbruhom, morda nikoli prej ni bil na zemeljskem površju.
Glavni viri energije za naravne procese na Zemlji
Sevanje sonca je glavni vir energije na Zemlji. Njegovo moč označuje sončna konstanta - količina energije, ki prehaja skozi enoto površine, pravokotno na sončne žarke. Na razdalji ene astronomske enote (to je v Zemljini orbiti) je ta konstanta približno 1370 W/m².
Živi organizmi uporabljajo energijo Sonca (fotosinteza) in energijo kemičnih vezi (kemosinteza). To energijo lahko uporabimo v različnih naravnih in umetnih procesih. Tretjino vse energije odbije atmosfera, 0,02 % porabijo rastline za fotosintezo, ostalo pa za vzdrževanje številnih naravnih procesov – segrevanje zemlje, oceana, ozračja, gibanje zraka. mas. Neposredno ogrevanje s sončnimi žarki ali pretvorbo energije s pomočjo fotocelic lahko uporabimo za pridobivanje električne energije (sončne elektrarne) ali opravljanje drugega koristnega dela. V daljni preteklosti so s fotosintezo pridobivali tudi energijo, shranjeno v nafti in drugih vrstah fosilnih goriv.
Ta ogromna energija vodi v globalno segrevanje, saj se po prehodu skozi naravne procese seva nazaj in ji atmosfera ne dovoli, da bi se vrnila.
2. Notranja energija Zemlje; manifestacija – vulkani, topli vrelci
18. Energijske transformacije biotskega in abiotskega izvora
V delujočem naravnem ekosistemu odpadki ne obstajajo. Vsi organizmi, živi ali mrtvi, so potencialno hrana za druge organizme: gosenica se prehranjuje z listjem, drozg gosenicami, jastreb lahko poje kosa. Ko rastline, gosenice, drozgi in jastrebi odmrejo, jih predelajo razkrojevalci.
Vsi organizmi, ki uporabljajo isto vrsto hrane, pripadajo istemu trofični nivo.
Organizmi v naravnih ekosistemih so vključeni v kompleksno mrežo številnih med seboj povezanih prehranjevalnih verig. Takšna mreža se imenuje prehranjevalni splet.
Piramide energijskih tokov: Z vsakim prehodom iz ene trofične ravni v drugo znotraj prehranjevalne verige ali spleta se opravi delo in toplotna energija se sprosti v okolje, količina visokokakovostne energije, ki jo porabijo organizmi na naslednji trofični ravni, pa se zmanjša.
10% pravilo: Pri prehodu iz ene trofične ravni v drugo se izgubi 90 % energije, 10 % pa se prenese na naslednjo raven.
Daljša kot je prehranjevalna veriga, več koristne energije se izgubi. Zato dolžina prehranjevalne verige običajno ne presega 4 - 5 povezav.
Energija zemeljske krajinske sfere:
1) sončna energija: toplotna, sevalna
2) pretok toplotne energije iz črevesja Zemlje
3) energija plimskega toka
4) tektonska energija
5) asimilacija energije med fotosintezo
Kroženje vode v naravi
Kroženje vode v naravi je proces cikličnega gibanja vode v zemeljski biosferi. Sestavljen je iz izhlapevanja, kondenzacije in padavin (atmosferske padavine delno izhlapevajo, delno tvorijo začasne in stalne odtoke in zbiralnike, delno pronicajo v tla in tvorijo podtalnico), ter procesov razplinjevanja plašča: voda neprekinjeno odteka iz plašča. . voda je bila najdena tudi v velikih globinah.
Morja izgubijo več vode zaradi izhlapevanja, kot je prejmejo s padavinami, na kopnem pa je ravno obratno. Voda neprekinjeno kroži po zemeljski obli, njena skupna količina pa ostaja nespremenjena.
75 % Zemljinega površja je pokritega z vodo. Vodna lupina Zemlje je hidrosfera. Večino predstavlja slana voda iz morij in oceanov, manjši del pa sladka voda iz jezer, rek, ledenikov, podtalnica in vodna para.
Na zemlji je voda v treh agregatnih stanjih: tekočem, trdnem in plinastem. Brez vode živi organizmi ne morejo obstajati. V vsakem organizmu je voda medij, v katerem potekajo kemične reakcije, brez katerih živi organizmi ne morejo živeti. Voda je najbolj dragocena in bistvena snov za življenje živih organizmov.
V naravi obstaja več vrst kroženja vode:
Veliki ali globalni cikel - vodno paro, ki nastane nad gladino oceanov, prenašajo vetrovi na celine, tam pade v obliki padavin in se vrne v ocean v obliki odtoka. Pri tem se spremeni kakovost vode: z izhlapevanjem se slana morska voda spremeni v sladko, onesnažena voda pa se prečisti.
Majhen ali oceanski cikel - vodna para, ki nastane nad gladino oceana, kondenzira in kot padavine pade nazaj v ocean.
Intrakontinentalni cikel - voda, ki je izhlapela nad kopno, ponovno pade na kopno v obliki padavin.
Na koncu sedimenti v procesu gibanja spet dosežejo Svetovni ocean.
Hitrost prenosa različnih vrst vode je zelo različna, različna pa so tudi obdobja toka in obdobja obnavljanja vode. Razlikujejo se od nekaj ur do več deset tisoč let. Atmosferska vlaga, ki nastane z izhlapevanjem vode iz oceanov, morij in kopnega in obstaja v obliki oblakov, se v povprečju obnavlja vsakih osem dni.
Vode, ki sestavljajo žive organizme, se obnovijo v nekaj urah. To je najbolj aktivna oblika izmenjave vode. Obdobje obnavljanja vodnih zalog v gorskih ledenikih je približno 1600 let, v ledenikih polarnih držav pa je veliko daljše - približno 9700 let.
Popolna obnova voda Svetovnega oceana se pojavi v približno 2700 letih.
Učinki interakcije med sončnim sevanjem, premikajočo se in vrtečo se zemljo.
Pri tem je treba upoštevati sezonsko spremenljivost: zima/poletje. Opišite, da zaradi vrtenja in gibanja Zemlje prihaja sončno sevanje neenakomerno, kar pomeni, da se podnebne razmere spreminjajo z zemljepisno širino.
Zemlja je nagnjena proti ravnini ekliptike za 23,5 stopinj.
Žarki prehajajo pod različnimi koti. Bilanca sevanja. Ni pomembno le, koliko prejme, ampak tudi, koliko izgubi in koliko ostane, upoštevajoč albedo.
Centri delovanja atmosfere
Velika območja vztrajnega visokega ali nizkega tlaka, povezana s splošnim kroženjem ozračja - središča atmosferskega delovanja. Določajo prevladujočo smer vetrov in služijo kot središča za nastanek geografskih tipov zračnih mas. Na sinoptičnih kartah so izražene kot sklenjene črte - izobare.
Vzroki: 1) heterogenost Zemlje;
2) razlika v fizičnem lastnosti zemlje in vode (toplotna kapaciteta)
3) razlika v površinskem albedu (R/Q): voda – 6%, ekv. gozdovi – 10-12 %, široki gozdovi – 18 %, travniki – 22-23 %, sneg – 92 %;
4) Coriolis F
To povzroča OCA.
Centri delovanja atmosfere:
● trajno– vse leto imajo visok ali nizek pritisk:
1. ekvatorialni nizki pas tlak, katerega os nekoliko seli od ekvatorja za Soncem proti poletni polobli - Ekvatorialna depresija (vzroki: velika količina Q in oceani);
2. vzdolž enega subtropskega pasu višine. pritisk na severu in Juž. hemisfere; nekaj jih poleti migrira v višja subtropska območja. zemljepisne širine, pozimi - na nižje; razpadejo v niz oceanskih anticikloni: v sev. polobli - azorski anticiklon (zlasti poleti) in havajski; v južnem - južni indijski, južni Pacifik in južni Atlantik;
3. območja upada. tlak nad oceani v visokih zemljepisnih širinah zmernih pasov: v sev. polobli - islandski (zlasti pozimi) in aleutski minimumi, na jugu - neprekinjen obroč nizkega tlaka, ki obkroža Antarktiko (50 0 S);
4. območja povečanega pritisk nad Arktiko (zlasti pozimi) in Antarktiko - anticikloni;
● sezonsko– lahko zasledimo kot območja visokega ali nizkega tlaka v enem letnem času, ki se v drugem letnem času spremenijo v središče delovanja ozračja nasprotnega predznaka. Njihov obstoj je povezan z močno spremembo temperature kopenske površine med letom glede na temperaturo površine oceanov; poletno pregrevanje zemlje ustvarja ugodne pogoje za nastanek nizkih območij. tlak, zimska hipotermija - za območja z višjim pritisk. Vse v. polobli v višja zimska območja. pritiski vključujejo azijske (sibirske) s središčem v Mongoliji in kanadske najvišje vrednosti ter južnoavstralske, južnoameriške in južnoafriške najvišje vrednosti. Poletna nizka območja tlak: v sev. polobli - južnoazijski (ali zahodnoazijski) in severnoameriški minimumi, na juž. - avstralske, južnoameriške in južnoafriške najnižje vrednosti).
Za središča delovanja atmosfere je značilna določena vrsta vremena. Zato zrak tukaj razmeroma hitro pridobi lastnosti spodnjega površja - vroč in vlažen v ekvatorialni depresiji, hladen in suh v mongolskem anticiklonu, hladen in vlažen v islandski nižini itd.
Planetarna izmenjava toplote in njeni vzroki
Glavne značilnosti planetarne izmenjave toplote. Sončna energija, ki jo absorbira površje sveta, se nato porabi za izhlapevanje in prenos toplote z turbulentnimi tokovi. V povprečju gre približno 80% celotnega planeta za izhlapevanje, preostalih 20% celotne toplote pa za turbulentno izmenjavo toplote.
Procesi izmenjave toplote in spremembe geografske širine njenih komponent v oceanu in na kopnem so zelo edinstveni. Vsa toplota, ki jo spomladi in poleti sprejme kopno, se jeseni in pozimi popolnoma izgubi; pri uravnoteženem letnem toplotnem proračunu se torej izkaže, da je povsod enak nič.
V Svetovnem oceanu se zaradi velike toplotne kapacitete vode in njene mobilnosti toplota kopiči v nizkih zemljepisnih širinah, od koder se s tokovi prenaša v visoke zemljepisne širine, kjer njena poraba presega njeno dobavo. Na ta način se pokrije primanjkljaj, ki nastane pri izmenjavi toplote vode z zrakom.
V ekvatorialnem območju Svetovnega oceana, z veliko količino absorbiranega sončnega sevanja in zmanjšano porabo energije, ima letni proračun toplote največje pozitivne vrednosti. Z oddaljevanjem od ekvatorja se pozitivni letni toplotni proračun zmanjšuje zaradi povečanja komponent porabe toplotne izmenjave, predvsem izhlapevanja. S prehodom iz tropov v zmerne zemljepisne širine postane proračun toplote negativen.
Znotraj zemljišča se vsa toplota, prejeta v pomladno-poletnem obdobju, porabi v jesensko-zimskem obdobju. V dolgi zgodovini Zemlje so vode Svetovnega oceana akumulirale ogromno količino toplote, ki je enaka 7,6 * 10^21 kcal. Kopičenje tako velike mase je razloženo z visoko toplotno kapaciteto vode in njenim intenzivnim mešanjem, med katerim pride do precej zapletene prerazporeditve toplote v debelini oceanosfere. Toplotna kapaciteta celotne atmosfere je 4-krat manjša od desetmetrske plasti vode v Svetovnem oceanu.
Kljub temu, da je delež sončne energije, ki gre za turbulentno izmenjavo toplote med površjem Zemlje in zrakom, razmeroma majhen, je glavni vir ogrevanja pripovršinskega dela ozračja. Intenzivnost te izmenjave toplote je odvisna od temperaturne razlike med zrakom in podlago (vodo ali zemljo). V nizkih zemljepisnih širinah planeta (od ekvatorja do približno štiridesete zemljepisne širine obeh hemisfer) se zrak segreva predvsem s kopnim, ki ne more akumulirati sončne energije in vso prejeto toploto odda ozračju. Zaradi turbulentne izmenjave toplote prejme zračna lupina od 20 do 40 kcal/cm^2 na leto, na območjih z nizko vlažnostjo (Sahara, Arabija itd.) pa celo več kot 60 kcal/cm^2. Vode v teh zemljepisnih širinah akumulirajo toploto in v procesu turbulentne izmenjave toplote v zrak sprostijo le 5-10 kcal/cm^2 na leto ali manj. Le na določenih območjih (omejeno območje) je voda v povprečju na leto hladnejša in zato prejema toploto iz zraka (v ekvatorialnem pasu, na severozahodu Indijskega oceana, pa tudi ob zahodni obali Afrike in Južne Amerike).
Izjemen ruski znanstvenik akademik V.I. Vernadskega.
Biosfera- kompleksna zunanja lupina Zemlje, ki vsebuje celotno celoto živih organizmov in tisti del snovi planeta, ki je v procesu nenehne izmenjave s temi organizmi. To je ena najpomembnejših geosfer Zemlje, ki je glavna sestavina naravnega okolja, ki obdaja človeka.
Zemlja je sestavljena iz koncentričnih školjke(geosfere) tako notranje kot zunanje. Med notranje spadata jedro in plašč, med zunanje pa: litosfera - kamnita lupina Zemlje, vključno z zemeljsko skorjo (slika 1) z debelino od 6 km (pod oceanom) do 80 km (gorski sistemi); hidrosfera - vodna lupina Zemlje; vzdušje- plinski ovoj Zemlje, sestavljen iz mešanice različnih plinov, vodne pare in prahu.
Na nadmorski višini od 10 do 50 km je plast ozona, katere največja koncentracija je na nadmorski višini 20-25 km in varuje Zemljo pred prekomernim ultravijoličnim sevanjem, ki je za telo usodno. Sem sodi tudi biosfera (v zunanje geosfere).
Biosfera - zunanja lupina Zemlje, ki vključuje del atmosfere do višine 25-30 km (do ozonske plasti), skoraj celotno hidrosfero in zgornji del litosfere do globine približno 3 km.
riž. 1. Shema strukture zemeljske skorje
(slika 2). Posebnost teh delov je, da jih naseljujejo živi organizmi, ki sestavljajo živo snov planeta. Interakcija abiotski del biosfere- zrak, voda, kamenje in organske snovi - biote povzročil nastanek tal in sedimentnih kamnin.
riž. 2. Struktura biosfere in razmerje površin, ki jih zasedajo osnovne strukturne enote
Kroženje snovi v biosferi in ekosistemih
Vse kemične spojine, ki so na voljo živim organizmom v biosferi, so omejene. Pomanjkanje kemičnih snovi, primernih za asimilacijo, pogosto zavira razvoj določenih skupin organizmov na lokalnih območjih kopnega ali oceana. Po mnenju akademika V.R. Williams, je edini način, da damo končne lastnosti neskončnemu, da se vrti po zaprti krivulji. Posledično se ohranja stabilnost biosfere zaradi kroženja snovi in energijskih tokov. Na voljo dva glavna cikla snovi: veliki - geološki in mali - biogeokemični.
Veliki geološki cikel(slika 3). Kristalne kamnine (magmatske) se pod vplivom fizikalnih, kemičnih in bioloških dejavnikov spreminjajo v sedimentne kamnine. Pesek in glina sta značilna sedimenta, produkta preoblikovanja globinskih kamnin. Vendar pa nastanek usedlin ne nastane le zaradi uničenja obstoječih kamnin, temveč tudi s sintezo biogenih mineralov – skeletov mikroorganizmov – iz naravnih virov – voda oceanov, morij in jezer. Rahli vodni sedimenti, ko so izolirani na dnu rezervoarjev z novimi deleži sedimentnega materiala, potopljeni do globine in izpostavljeni novim termodinamičnim pogojem (višje temperature in pritiski), izgubljajo vodo, strdijo in se spremenijo v sedimentne kamnine.
Kasneje se te kamnine pogrezajo v še globlje horizonte, kjer potekajo procesi njihove globinske transformacije v nove temperaturne in tlačne razmere - pride do procesov metamorfizma.
Pod vplivom endogenih energijskih tokov se globinske kamnine talijo in tvorijo magmo – vir novih magmatskih kamnin. Ko se te kamnine dvignejo na površje Zemlje, se pod vplivom preperevanja in transportnih procesov ponovno spremenijo v nove sedimentne kamnine.
Tako je veliki cikel posledica interakcije sončne (eksogene) energije z globoko (endogeno) energijo Zemlje. Prerazporeja snovi med biosfero in globljimi obzorji našega planeta.
riž. 3. Velik (geološki) cikel snovi (tanke puščice) in spremembe v raznolikosti v zemeljski skorji (polne široke puščice - rast, prelomljene puščice - zmanjšanje raznolikosti)
Ob Velikem vrtaču Imenuje se tudi kroženje vode med hidrosfero, atmosfero in litosfero, ki ga poganja energija Sonca. Voda izhlapeva s površine rezervoarjev in kopnega ter se nato vrne na Zemljo v obliki padavin. Nad oceanom izhlapevanje presega količino padavin, nad kopnim pa je ravno nasprotno. Te razlike kompenzirajo rečni tokovi. Kopenska vegetacija ima pomembno vlogo v svetovnem vodnem krogu. Transpiracija rastlin na določenih območjih zemeljske površine lahko predstavlja do 80-90% padavin, ki padejo tukaj, v povprečju za vsa podnebna območja - približno 30%. Za razliko od velikega cikla se mali cikel snovi dogaja le znotraj biosfere. Razmerje med velikim in malim vodnim krogom je prikazano na sl. 4.
Cikli na planetarni ravni so ustvarjeni iz neštetih lokalnih cikličnih gibanj atomov, ki jih poganja vitalna aktivnost organizmov v posameznih ekosistemih, in tistih gibanj, ki jih povzročajo krajinski in geološki vzroki (površinski in podzemni odtok, vetrna erozija, gibanje morskega dna, vulkanizem, gradnja gora). itd.).
riž. 4. Razmerje med velikim geološkim ciklom (GGC) vode in malim biogeokemičnim ciklom (SBC) vode
Za razliko od energije, ki jo telo enkrat porabi, se pretvori v toploto in izgubi, snovi krožijo v biosferi in ustvarjajo biogeokemične cikle. Od več kot devetdesetih elementov, ki jih najdemo v naravi, živi organizmi potrebujejo okoli štirideset. Najpomembnejši so potrebni v velikih količinah - ogljik, vodik, kisik, dušik. Cikli elementov in snovi se izvajajo zaradi samoregulacijskih procesov, v katerih sodelujejo vse komponente. Ti postopki so brez odpadkov. obstaja zakon globalnega zaprtja biogeokemijskega cikla v biosferi, ki deluje na vseh stopnjah svojega razvoja. V procesu evolucije biosfere se vloga biološke komponente pri zapiranju biogeokemičnih procesov povečuje.
koga cikel. Še večji vpliv na biogeokemični cikel ima človek. Toda njegova vloga se kaže v nasprotni smeri (gires se odprejo). Osnova biogeokemičnega kroženja snovi sta energija Sonca in klorofil zelenih rastlin. Drugi najpomembnejši cikli - voda, ogljik, dušik, fosfor in žveplo - so povezani z biogeokemijskim ciklom in prispevajo k njemu.
Kroženje vode v biosferi
Rastline uporabljajo vodik v vodi med fotosintezo za gradnjo organskih spojin, pri čemer sproščajo molekularni kisik. V dihalnih procesih vseh živih bitij pri oksidaciji organskih spojin ponovno nastaja voda. V zgodovini življenja je vsa prosta voda v hidrosferi večkrat šla skozi cikle razgradnje in nastajanja novih živih snovi planeta. Vsako leto je v vodni krog na Zemlji vključenih približno 500.000 km 3 vode. Kroženje vode in njene zaloge so prikazane na sl. 5 (relativno).
Kroženje kisika v biosferi
Svojo edinstveno atmosfero z visoko vsebnostjo prostega kisika Zemlja dolguje procesu fotosinteze. Nastajanje ozona v visokih plasteh ozračja je tesno povezano s kroženjem kisika. Kisik se sprošča iz molekul vode in je v bistvu stranski produkt fotosintetske aktivnosti v rastlinah. Abiotično kisik nastaja v zgornjih plasteh ozračja zaradi fotodisociacije vodne pare, vendar ta vir predstavlja le tisočinke odstotka tistega, ki ga dobi fotosinteza. Med vsebnostjo kisika v ozračju in hidrosferi obstaja tekoče ravnovesje. V vodi ga je približno 21-krat manj.
riž. 6. Diagram kisikovega cikla: krepke puščice - glavni tokovi dobave in porabe kisika
Izpuščeni kisik se intenzivno porablja v dihalnih procesih vseh aerobnih organizmov in pri oksidaciji različnih mineralnih spojin. Ti procesi potekajo v ozračju, zemlji, vodi, mulju in kamninah. Dokazano je, da je velik del kisika, vezanega v sedimentnih kamninah, fotosintetskega izvora. Menjalni sklad O v ozračju ne predstavlja več kot 5% celotne fotosintetske produkcije. Številne anaerobne bakterije tudi oksidirajo organske snovi s postopkom anaerobnega dihanja s pomočjo sulfatov ali nitratov.
Za popolno razgradnjo organske snovi, ki jo ustvarijo rastline, je potrebna natanko enaka količina kisika, kot se je sprostila med fotosintezo. Zakopavanje organske snovi v sedimentnih kamninah, premogu in šoti je služilo kot osnova za vzdrževanje kisikove izmenjave v ozračju. Ves kisik v njej gre skozi celoten cikel skozi žive organizme v približno 2000 letih.
Trenutno je velik del atmosferskega kisika vezan zaradi prometa, industrije in drugih oblik človekovega delovanja. Znano je, da človeštvo porabi že več kot 10 milijard ton prostega kisika od skupne količine 430-470 milijard ton, ki ga dobijo procesi fotosinteze. Če upoštevamo, da le majhen del fotosintetskega kisika vstopi v menjalni sklad, začne človekova dejavnost v zvezi s tem dobivati zaskrbljujoče razsežnosti.
Cikel kisika je tesno povezan s ciklom ogljika.
Kroženje ogljika v biosferi
Ogljik kot kemijski element je osnova življenja. Lahko se kombinira s številnimi drugimi elementi na različne načine, da tvori preproste in kompleksne organske molekule, ki sestavljajo žive celice. Po razširjenosti na planetu je ogljik na enajstem mestu (0,35 % teže zemeljske skorje), v živi snovi pa ga je v povprečju približno 18 ali 45 % suhe biomase.
V ozračju je ogljik del ogljikovega dioksida CO 2 in v manjši meri metana CH 4 . V hidrosferi je CO 2 raztopljen v vodi, njegova skupna vsebnost pa je precej višja od atmosferske. Ocean služi kot močan blažilnik za uravnavanje CO 2 v atmosferi: ko se njegova koncentracija v zraku povečuje, se poveča absorpcija ogljikovega dioksida v vodi. Nekatere molekule CO 2 reagirajo z vodo in tvorijo ogljikovo kislino, ki nato disociira v ione HCO 3 - in CO 2- 3 . Ti ioni reagirajo s kalcijevimi ali magnezijevimi kationi, da se oborijo karbonati konstanten pH vode.
Ogljikov dioksid v ozračju in hidrosferi je menjalni sklad v ogljikovem krogu, od koder ga jemljejo kopenske rastline in alge. Fotosinteza je osnova vseh bioloških ciklov na Zemlji. Sproščanje fiksnega ogljika se pojavi med dihalno aktivnostjo samih fotosintetskih organizmov in vseh heterotrofov - bakterij, gliv, živali, ki so vključene v prehranjevalno verigo zaradi žive ali odmrle organske snovi.
riž. 7. Ogljikov cikel
Še posebej aktivno je vračanje CO2 v ozračje iz tal, kjer je skoncentrirano delovanje številnih skupin organizmov, ki razgrajujejo ostanke odmrlih rastlin in živali ter poteka dihanje koreninskega sistema rastlin. Ta integralni proces se imenuje "dihanje tal" in pomembno prispeva k obnavljanju sklada za izmenjavo CO2 v zraku. Vzporedno s procesi mineralizacije organske snovi v tleh nastaja humus - kompleksen in stabilen molekularni kompleks, bogat z ogljikom. Talni humus je eden od pomembnih rezervoarjev ogljika na kopnem.
V pogojih, kjer aktivnost destruktorjev zavirajo okoljski dejavniki (na primer, ko se v tleh in na dnu rezervoarjev pojavi anaerobni režim), se organska snov, ki jo nabere vegetacija, ne razgradi in se sčasoma spremeni v kamnine, kot je premog ali rjava premog, šota, sapropeli, oljni skrilavci in drugi, bogati z akumulirano sončno energijo. Napolnijo zalogo ogljika, saj so dolgo časa izključeni iz biološkega cikla. Ogljik se začasno odlaga tudi v živi biomasi, v mrtvih odpadkih, v raztopljenih organskih snoveh oceanov itd. Vendar glavni rezervni sklad ogljika v pisni obliki niso živi organizmi ali fosilna goriva, ampak sedimentne kamnine – apnenci in dolomiti. Njihov nastanek je povezan tudi z delovanjem žive snovi. Ogljik teh karbonatov je dolgo časa zakopan v Zemljinem črevesju in vstopi v cikel šele med erozijo, ko so kamnine izpostavljene v tektonskih ciklih.
Le delčki odstotka ogljika od celotne količine na Zemlji sodelujejo v biogeokemičnem ciklu. Ogljik iz ozračja in hidrosfere večkrat prehaja skozi žive organizme. Kopenske rastline lahko izčrpajo svoje zaloge v zraku v 4-5 letih, zaloge v humusu v tleh pa v 300-400 letih. Glavni povratek ogljika v menjalni sklad nastane zaradi dejavnosti živih organizmov, le majhen del (tisočinke odstotka) pa se kompenzira s sproščanjem iz črevesja Zemlje kot dela vulkanskih plinov.
Trenutno pridobivanje in zgorevanje ogromnih zalog fosilnih goriv postaja močan dejavnik pri prenosu ogljika iz rezerve v menjalni sklad biosfere.
Kroženje dušika v biosferi
Ozračje in živa snov vsebujeta manj kot 2 % vsega dušika na Zemlji, vendar je to tisto, kar podpira življenje na planetu. Dušik je del najpomembnejših organskih molekul – DNK, proteinov, lipoproteinov, ATP, klorofila itd. V rastlinskih tkivih je njegovo razmerje proti ogljiku v povprečju 1 : 30, v morskih algah I : 6. Biološki cikel dušika je torej tudi tesno povezana z ogljikom.
Molekularni dušik atmosfere je nedostopen za rastline, ki ga lahko absorbirajo le v obliki amonijevih ionov, nitratov ali iz zemlje ali vodnih raztopin. Zato je pomanjkanje dušika pogosto dejavnik, ki omejuje primarno proizvodnjo - delo organizmov, povezano z ustvarjanjem organskih snovi iz anorganskih. Kljub temu je atmosferski dušik močno vključen v biološki cikel zaradi delovanja posebnih bakterij (fiksatorji dušika).
Amonifikacijski mikroorganizmi prav tako igrajo veliko vlogo v kroženju dušika. Beljakovine in druge organske snovi, ki vsebujejo dušik, razgradijo v amoniak. V amonijevi obliki dušik delno reabsorbirajo rastlinske korenine, delno pa ga prestrežejo nitrifikacijski mikroorganizmi, kar je nasprotno od funkcij skupine mikroorganizmov – denitrifikatorjev.
riž. 8. Kroženje dušika
V anaerobnih razmerah v tleh ali vodah uporabljajo nitratni kisik za oksidacijo organskih snovi in tako pridobivajo energijo za svoje življenje. Dušik se reducira v molekularni dušik. Fiksacija dušika in denitrifikacija sta po naravi približno uravnoteženi. Dušikov cikel je torej odvisen predvsem od delovanja bakterij, medtem ko se rastline vključijo vanj, uporabljajo vmesne produkte tega cikla in s proizvodnjo biomase močno povečajo obseg kroženja dušika v biosferi.
Vloga bakterij v kroženju dušika je tako velika, da bo življenje na našem planetu prenehalo, če bo uničenih le 20 njihovih vrst.
Nebiološka fiksacija dušika ter vnos njegovih oksidov in amoniaka v prst se pojavi tudi s padavinami med atmosfersko ionizacijo in razelektritvami strele. Sodobna industrija gnojil veže atmosferski dušik na ravni, ki je višja od naravne fiksacije dušika, da bi povečala pridelavo pridelkov.
Trenutno človekova dejavnost vedno bolj vpliva na kroženje dušika, predvsem v smeri presežka njegovega prehoda v vezane oblike nad procesi vračanja v molekularno stanje.
Kroženje fosforja v biosferi
Ta element, potreben za sintezo številnih organskih snovi, vključno z ATP, DNA, RNA, rastline absorbirajo le v obliki ionov ortofosforne kisline (P0 3 4 +). Spada med elemente, ki omejujejo primarno proizvodnjo tako na kopnem kot predvsem v oceanu, saj je menjalni fond fosforja v tleh in vodah majhen. Cikel tega elementa na lestvici biosfere ni zaprt.
Na kopnem rastline črpajo fosfate iz prsti, ki jih razkrojevalci sproščajo iz razpadajočih organskih ostankov. Toda v alkalnih ali kislih tleh se topnost fosforjevih spojin močno zmanjša. Glavni rezervni sklad fosfatov je v kamninah, ki so nastale na oceanskem dnu v geološki preteklosti. Med izpiranjem kamnin del teh rezerv preide v tla in se v obliki suspenzij in raztopin izpere v vodna telesa. V hidrosferi fosfate uporablja fitoplankton, ki prehaja skozi prehranjevalne verige do drugih hidrobiontov. Vendar pa je v oceanu večina fosforjevih spojin pokopanih z ostanki živali in rastlin na dnu, čemur sledi prehod s sedimentnimi kamninami v veliki geološki cikel. V globini se raztopljeni fosfati vežejo s kalcijem in tvorijo fosforite in apatite. V biosferi namreč obstaja enosmerni tok fosforja iz kamnin kopnega v globine oceana, zato je njegov menjalni fond v hidrosferi zelo omejen.
riž. 9. Kroženje fosforja
Kopenska nahajališča fosforitov in apatitov se uporabljajo za proizvodnjo gnojil. Vstop fosforja v sladkovodna telesa je eden glavnih razlogov za njihovo "cvetenje".
Kroženje žvepla v biosferi
Cikel žvepla, ki je potreben za gradnjo številnih aminokislin, je odgovoren za tridimenzionalno strukturo beljakovin in ga v biosferi vzdržuje širok spekter bakterij. Posamezne povezave v tem ciklu vključujejo aerobne mikroorganizme, ki oksidirajo žveplo organskih ostankov v sulfate, kot tudi anaerobne reduktorje sulfatov, ki reducirajo sulfate v vodikov sulfid. Poleg naštetih skupin žveplovih bakterij oksidirajo vodikov sulfid v elementarno žveplo in nato v sulfate. Rastline absorbirajo le ione SO2-4 iz zemlje in vode.
Obroč v sredini ponazarja proces oksidacije (O) in redukcije (R), ki izmenjuje žveplo med razpoložljivim bazenom sulfata in bazenom železovega sulfida globoko v tleh in sedimentih.
riž. 10. Kroženje žvepla. Obroč v sredini ponazarja proces oksidacije (0) in redukcije (R), skozi katerega se žveplo izmenjuje med bazenom razpoložljivega sulfata in bazenom železovih sulfidov, ki se nahajajo globoko v tleh in sedimentih.
Glavno kopičenje žvepla se pojavi v oceanu, kjer sulfatni ioni nenehno pritekajo s kopnega z rečnim odtokom. Ko se vodikov sulfid sprosti iz vode, se žveplo delno vrne v ozračje, kjer oksidira v dioksid, ki se v deževnici spremeni v žveplovo kislino. Industrijska uporaba velikih količin sulfatov in elementarnega žvepla ter izgorevanje fosilnih goriv sproščajo velike količine žveplovega dioksida v ozračje. To škoduje rastlinstvu, živalim, ljudem in služi kot vir kislega dežja, kar še poslabša negativne učinke človekovega posega v cikel žvepla.
Hitrost kroženja snovi
Vsi cikli snovi potekajo z različnimi hitrostmi (slika 11)
Tako so cikli vseh hranil na planetu podprti s kompleksno interakcijo različnih delov. Nastanejo zaradi delovanja skupin organizmov različnih funkcij, sistema odtoka in izhlapevanja, ki povezuje ocean in kopno, procesov kroženja vodnih in zračnih mas, delovanja gravitacijskih sil, tektonike litosferskih plošč in drugih velikih - obseg geoloških in geofizičnih procesov.
Biosfera deluje kot enoten kompleksen sistem, v katerem se pojavljajo različni cikli snovi. Glavno gonilo teh cikli so živa snov planeta, vsi živi organizmi, zagotavljanje procesov sinteze, transformacije in razgradnje organskih snovi.
riž. 11. Stopnje kroženja snovi (P. Cloud, A. Jibor, 1972)
Osnova ekološkega pogleda na svet je ideja, da vsako živo bitje obdaja veliko različnih dejavnikov, ki nanj vplivajo, ki skupaj tvorijo njegov življenjski prostor – biotop. torej biotop - del ozemlja, ki je homogen glede življenjskih pogojev za določene vrste rastlin ali živali(pobočje grape, urbani gozdni park, jezerce ali del velikega jezera, vendar s homogenimi razmerami - obalni del, globokomorski del).
Organizmi, značilni za določen biotop, sestavljajo življenjska skupnost ali biocenoza(živali, rastline in mikroorganizmi jezer, travnikov, obalnih pasov).
Življenjska skupnost (biocenoza) tvori s svojim biotopom enotno celoto, ki se imenuje ekološki sistem (ekosistem). Primer naravnih ekosistemov so mravljišče, jezero, ribnik, travnik, gozd, mesto, kmetija. Klasičen primer umetnega ekosistema je vesoljska ladja. Kot lahko vidite, tukaj ni stroge prostorske strukture. Blizu koncepta ekosistema je koncept biogeocenoza.
Glavne sestavine ekosistemov so:
- neživo (abiotsko) okolje. To so voda, minerali, plini, pa tudi organske snovi in humus;
- biotske komponente. Sem sodijo: proizvajalci ali proizvajalke (zelene rastline), konzumenti ali potrošniki (živa bitja, ki se hranijo s proizvajalci) in razkrojevalci ali razkrojevalci (mikroorganizmi).
Narava deluje izjemno gospodarno. Tako se biomasa, ki jo ustvarijo organizmi (snov teles organizmov) in energija, ki jo vsebujejo, preneseta na druge člane ekosistema: živali jedo rastline, te živali jedo druge živali. Ta proces se imenuje prehranjevalna ali trofična veriga. V naravi se prehranjevalne verige pogosto križajo, oblikovanje prehranjevalne mreže.
Primeri prehranjevalnih verig: rastlina – rastlinojed – plenilec; žito - poljska miš - lisica itd. in prehranjevalni splet sta prikazana na sl. 12.
Tako stanje ravnovesja v biosferi temelji na medsebojnem delovanju biotskih in abiotskih dejavnikov okolja, ki se vzdržuje z neprekinjeno izmenjavo snovi in energije med vsemi komponentami ekosistemov.
V zaprtih kroženjih naravnih ekosistemov je poleg drugih potrebna udeležba dveh dejavnikov: prisotnost razkrojevalcev in stalna dobava sončne energije. V urbanih in umetnih ekosistemih je razkrojevalcev malo ali nič, zato se tekoči, trdni in plinasti odpadki kopičijo in onesnažujejo okolje.
riž. 12. Prehranjevalni splet in smer toka snovi
Da biosfera še naprej obstaja, da se njeno gibanje (razvoj) ne ustavi, mora na Zemlji nenehno potekati kroženje biološko pomembnih snovi. To prehajanje biološko pomembnih snovi iz člena v člen je mogoče izvesti le z določeno porabo energije, katere vir je Sonce.
Sončna energija zagotavlja dva cikla snovi na Zemlji:
- geološki (abiotski) ali veliki cikel;
- biološki (biotski) ali mali cikel.
Geološki cikel najbolj jasno se kaže v vodnem krogu in atmosferskem kroženju.
Zemlja od Sonca letno prejme približno 21 10 20 kJ sevalne energije. Približno polovica se porabi za izhlapevanje vode. To je tisto, kar povzroča velik cikel.
Kroženje vode v biosferi temelji na dejstvu, da se njeno celotno izhlapevanje z zemeljske površine kompenzira s padavinami. Hkrati iz oceana izhlapi več vode, kot se je vrne s padavinami. Na kopnem, nasprotno, pade več padavin, kot voda izhlapi. Njeni presežki odtekajo v reke in jezera, od tam pa spet v ocean.
V procesu geološkega kroženja vode se mineralne spojine v planetarnem merilu prenašajo z enega kraja na drugega, spreminja pa se tudi agregatno stanje vode (tekoče, trdno - sneg, led; plinasto - para). Voda najintenzivneje kroži v parnem stanju.
S pojavom žive snovi, ki temelji na kroženju ozračja, vode, v njej raztopljenih mineralnih spojin, t.j. na podlagi abiotskega, geološkega cikla je nastal cikel organske snovi oz. biološki cikel.
Z razvojem žive snovi se vse več elementov nenehno izloča iz geološkega cikla in vstopa v nov, biološki cikel.
Za razliko od enostavnega prenosa in gibanja mineralnih elementov v velikem (geološkem) ciklu sta v malem (biološkem) ciklu najpomembnejši točki sinteza in razgradnja organskih spojin. Ta dva procesa sta v določenem razmerju, ki je osnova življenja in je ena njegovih glavnih značilnosti.
V nasprotju z geološkim ciklom ima biološki cikel nižjo energijo. Kot je znano, se le 0,1-0,2% sončne energije, ki pada na Zemljo, porabi za ustvarjanje organske snovi (do 50% za geološki cikel). Kljub temu se energija, vključena v biološki cikel, porabi za ogromno delo ustvarjanja primarne proizvodnje na Zemlji.
S pojavom žive snovi na Zemlji kemični elementi nenehno krožijo v biosferi, prehajajo iz zunanjega okolja v organizme in nazaj v zunanje okolje.
Takšno kroženje kemičnih elementov po bolj ali manj sklenjenih poteh, ki poteka z uporabo sončne energije skozi žive organizme, imenujemo biogeokemični cikel (cikel).
Glavni biogeokemični cikli so cikli kisika, ogljika, dušika, fosforja, žvepla, vode in hranil.
Ogljikov cikel.
Na kopnem se kroženje ogljika začne s fiksacijo ogljikovega dioksida v rastlinah med fotosintezo. Nato nastanejo ogljikovi hidrati iz ogljikovega dioksida in vode ter sprostita kisik. V tem primeru se ogljik delno sprosti med dihanjem rastlin kot ogljikov dioksid. Ogljik, fiksiran v rastlinah, do neke mere porabijo živali. Tudi živali pri dihanju sproščajo ogljikov dioksid. Mrtve živali in rastline razgradijo mikroorganizmi, zaradi česar ogljik v mrtvih organskih snoveh oksidira v ogljikov dioksid in se sprosti nazaj v ozračje.
Podoben ogljikov cikel se dogaja v oceanu.
Kroženje dušika.
Dušikov cikel tako kot drugi biogeokemični cikli zajema vsa področja biosfere. Kroženje dušika je povezano z njegovo pretvorbo v nitrate zaradi delovanja bakterij, ki vežejo dušik in nitrifikirajo. Nitrate absorbirajo rastline iz zemlje ali vode. Rastline jedo živali. Sčasoma razkrojevalci pretvorijo dušik nazaj v plinasto obliko in ga sprostijo nazaj v ozračje.
V sodobnih razmerah je človek posegel v kroženje dušika tako, da je na velikih površinah gojil metuljnice, ki vežejo dušik, in z umetno fiksacijo naravnega dušika. Kmetijstvo in industrija naj bi zagotovila skoraj 60 % več vezanega dušika kot naravni kopenski ekosistemi.
Podoben cikel dušika opazimo v vodnem okolju.
Fosforjev cikel.
Za razliko od ogljika in dušika so fosforjeve spojine v kamninah, ki erodirajo in sproščajo fosfate. Večina jih konča v morjih in oceanih in se lahko delno vrnejo na kopno prek morskih prehranjevalnih verig, ki se končajo z ribojedimi pticami. Nekateri fosfati vstopijo v tla in jih absorbirajo korenine rastlin. Absorpcija fosforja v rastlinah je odvisna od kislosti talne raztopine: ko se kislost poveča, se praktično netopni fosfati v vodi pretvorijo v zelo topno fosforno kislino. Rastline nato pojedo živali.
Glavne povezave v biogeokemičnih ciklih so različni organizmi, katerih raznolikost oblik določa intenzivnost ciklov in vpletenost skoraj vseh elementov zemeljske skorje v njih.
Na splošno je vsak cikel katerega koli kemičnega elementa del splošnega velikega cikla snovi na Zemlji, tj. so tesno povezani.
Pred nastankom biosfere so bili na Zemlji trije cikli snovi: mineralni cikel - premikanje magmatskih produktov iz globin na površje in nazaj; plinski cikel - kroženje zračnih mas, ki jih občasno segreva Sonce,Vodni krog - izhlapevanje vode in njen prenos z zračnimi masami, padavine (dež, sneg). Te tri cikle združuje en sam izraz - geološki (abiotski) cikel. S pojavom življenja so bili plinski, mineralni in vodni cikli dopolnjeni z biotski (biogeni) cikel - cikel kemičnih elementov, ki ga izvaja vitalna aktivnost organizmov. Skupaj z geološkim en sam biogeokemični cikel snovi na Zemlji.
Geološki cikel.
Približno polovica sončne energije, ki doseže zemeljsko površje, se porabi za izhlapevanje vode, preperevanje kamnin, raztapljanje mineralov, gibanje zračnih mas in z njimi vodne pare, prahu in trdnih preperelih delcev.
Gibanje vode in vetra vodi do erozije tal, premikanja, prerazporeditve in kopičenja mehanskih in kemičnih padavin v hidrosferi in litosferi. Ta cikel se dogaja še danes.
Zelo zanimivo Vodni krog. Iz hidrosfere v enem letu izhlapi približno 3,8 10 14 ton vode, le 3,4 10 14 ton vode pa se vrne s padavinami v vodni ovoj Zemlje. Manjkajoči del pade na kopno. Skupno pade na kopno približno 1 10 14 ton padavin, izhlapi pa približno 0,6 10 14 ton vode. Odvečna voda, ki nastane v litosferi, teče v jezera in reke, nato pa v Svetovni ocean (slika 2.4). Površinski odtok je približno 0,2 10 14 ton, preostalih 0,2 10 14 ton vode vstopi v podtalne vodonosnike, od koder voda odteka v reke, jezera in oceane ter dopolnjuje tudi rezervoarje podtalnice.
biotski cikel. Temelji na procesih sinteze organskih snovi z njihovim kasnejšim uničenjem v prvotne minerale. Procesi sinteze in razgradnje organskih snovi so temelj obstoja žive snovi in glavna značilnost delovanja biosfere.
Življenjska aktivnost katerega koli organizma je nemogoča brez presnove z okoljem. V procesu presnove telo porablja in asimilira potrebne snovi in sprošča odpadne produkte; velikost našega planeta ni neskončna in na koncu bi se vse koristne snovi predelale v neuporabne odpadke. Toda v procesu evolucije je bila najdena odlična rešitev: poleg organizmov, ki lahko gradijo živo snov iz nežive snovi, so se pojavili drugi organizmi, ki so to kompleksno organsko snov razgradili v začetne minerale, pripravljene za novo uporabo. »Edini način, da omejeni količini damo lastnosti neskončnosti,« je zapisal V.R. Williams, je, da se vrti vzdolž zaprte krivulje."
Mehanizem interakcije med živo in neživo naravo je sestavljen iz vpletenosti nežive snovi v področje življenja. Po nizu transformacij nežive snovi v živih organizmih se vrne v prejšnje prvotno stanje. Tak cikel je mogoč zaradi dejstva, da živi organizmi vsebujejo enake kemične elemente kot neživa narava.
Kako poteka ta cikel? V. I. Vernadsky je utemeljil, da je glavni pretvornik energije, ki prihaja iz vesolja (predvsem sončne), zelena snov rastlin. Samo ti so sposobni sintetizirati primarne organske spojine pod vplivom sončne energije. Znanstvenik je izračunal, da se skupna površina zelene snovi rastlin, ki absorbira energijo, glede na letni čas giblje od 0,86 do 4,2% površine Sonca. Hkrati je površina Zemlje
Živali, katerih hrana so rastline ali druge živali, v telesu sintetizirajo nove organske spojine.
Ostanki živali in rastlin služijo kot hrana za črve, glive in mikroorganizme, ki jih na koncu pretvorijo v prvotne minerale, pri čemer se sprošča ogljikov dioksid. Ti minerali spet služijo kot začetne surovine za ustvarjanje primarnih organskih spojin v rastlinah. Tako se krog sklene in začne se novo gibanje atomov.
Vendar krog snovi ni popolnoma sklenjen. Nekateri atomi izstopijo iz cikla, so fiksirani in organizirani z novimi oblikami živih organizmov in produkti njihove vitalne dejavnosti. S prodiranjem v litosfero, hidrosfero in troposfero so živi organizmi proizvedli in proizvajajo ogromno geokemičnega dela na premikanju in prerazporeditvi obstoječih snovi ter ustvarjanju novih. To je bistvo progresivnega razvoja biosfere, saj s tem širimo obseg biogeokemičnih ciklov in krepimo biosfero. Kot je opazil V.I. Vernadsky, v biosferi obstaja stalno biogeno gibanje atomov v obliki "vrtincev".
Za biotski cikel je za razliko od geološkega značilna nepomembna poraba energije. Kot smo že omenili, se približno 1% sončne energije, ki doseže zemeljsko površino, porabi za ustvarjanje primarne organske snovi. Ta energija zadošča za delovanje najkompleksnejših biogeokemičnih procesov na planetu.
