Në biosferë ekziston një cikël global (i madh, ose gjeologjik) i substancave, i cili ekzistonte para shfaqjes së organizmave të parë të gjallë. Një shumëllojshmëri e gjerë e elementeve kimike janë të përfshira në të. Cikli gjeologjik kryhet falë llojeve të energjisë diellore, gravitacionale, tektonike dhe kozmike.
Me ardhjen e materies së gjallë në bazë të ciklit gjeologjik, lindi një cikël i lëndës organike - një cikël i vogël (biotik ose biologjik).
Cikli biotik i substancave është një proces i vazhdueshëm, ciklik, i pabarabartë në kohë dhe hapësirë i lëvizjes dhe transformimit të substancave, që ndodh me pjesëmarrjen e drejtpërdrejtë të organizmave të gjallë. Është një proces i vazhdueshëm i krijimit dhe shkatërrimit të lëndës organike dhe realizohet me pjesëmarrjen e të tre grupeve të organizmave: prodhuesit, konsumatorët dhe dekompozuesit. Rreth 40 elementë biogjenikë janë të përfshirë në ciklet biotike. Ciklet e karbonit, hidrogjenit, oksigjenit, azotit, fosforit, squfurit, hekurit, kaliumit, kalciumit dhe magnezit kanë rëndësi më të madhe për organizmat e gjallë.
Ndërsa materia e gjallë zhvillohet, gjithnjë e më shumë elementë nxirren vazhdimisht nga cikli gjeologjik dhe hyjnë në një cikël të ri, biologjik. Masa totale e substancave të hirit të përfshira çdo vit në ciklin biotik të substancave vetëm në tokë është rreth 8 miliardë tonë. Kjo është disa herë më e madhe se masa e produkteve të prodhuara nga shpërthimet e të gjithë vullkaneve në botë gjatë gjithë vitit. Shkalla e qarkullimit të materies në biosferë është e ndryshme. Lënda e gjallë e biosferës rinovohet mesatarisht çdo 8 vjet, masa e fitoplanktonit në oqean përditësohet çdo ditë. I gjithë oksigjeni në biosferë kalon përmes lëndës së gjallë në 2000 vjet, dhe dioksidi i karbonit - në 300 vjet.
Në ekosisteme zhvillohen cikle biotike lokale dhe në biosferë zhvillohen cikle biogjeokimike të migrimit atomik, të cilat jo vetëm që lidhin të tre guaskat e jashtme të planetit në një tërësi të vetme, por edhe përcaktojnë evolucionin e vazhdueshëm të përbërjes së tij.
HIDROSFERA E ATMOSFERËS
¯ ¯
SUBSTANCË E GJALLË
TOKA
Evolucioni i biosferës
Biosfera u shfaq me shfaqjen e organizmave të parë të gjallë rreth 3.5 miliardë vjet më parë. Me zhvillimin e jetës, ajo ndryshoi. Fazat e evolucionit të biosferës mund të dallohen duke marrë parasysh karakteristikat e llojit të ekosistemeve.
1. Shfaqja dhe zhvillimi i jetës në ujë. Skena lidhet me ekzistencën e ekosistemeve ujore. Nuk kishte oksigjen në atmosferë.
2. Shfaqja e organizmave të gjallë në tokë, zhvillimi i mjedisit tokësor-ajror dhe tokës dhe shfaqja e ekosistemeve tokësore. Kjo u bë e mundur falë shfaqjes së oksigjenit në atmosferë dhe ekranit të ozonit. Ndodhi 2.5 miliardë vjet më parë.
3. Shfaqja e njeriut, shndërrimi i tij në një qenie biosociale dhe shfaqja e antropoekosistemeve ka ndodhur 1 milion vjet më parë.
4. Kalimi i biosferës nën ndikimin e veprimtarisë inteligjente njerëzore në një gjendje të re cilësore - në noosferë.
Noosferë
Faza më e lartë e zhvillimit të biosferës është noosfera - faza e rregullimit të arsyeshëm të marrëdhënieve midis njeriut dhe natyrës. Ky term u prezantua në vitin 1927 nga filozofi francez E. Leroy. Ai besonte se noosfera përfshin shoqërinë njerëzore me industrinë, gjuhën dhe atributet e tjera të veprimtarisë inteligjente. Në vitet 30-40. Shekulli XX V.I. Vernadsky zhvilloi ide materialiste për noosferën. Ai besonte se noosfera lind si rezultat i ndërveprimit të biosferës dhe shoqërisë, drejtohet nga marrëdhënia e ngushtë e ligjeve të natyrës, të menduarit dhe ligjeve socio-ekonomike të shoqërisë, dhe theksoi se
noosfera (sfera e arsyes) është faza e zhvillimit të biosferës kur veprimtaria inteligjente e njerëzve do të bëhet faktori kryesor përcaktues në zhvillimin e saj të qëndrueshëm.
Noosfera është një fazë e re, më e lartë e biosferës, e lidhur me shfaqjen dhe zhvillimin e njerëzimit në të, e cila, duke mësuar ligjet e natyrës dhe duke përmirësuar teknologjinë, bëhet forca më e madhe e krahasueshme në shkallë me ato gjeologjike dhe fillon të ketë një ndikim vendimtar në rrjedhën e proceseve në Tokë, duke e ndryshuar thellësisht atë me punën tuaj. Formimi dhe zhvillimi i njerëzimit u shpreh në shfaqjen e formave të reja të shkëmbimit të materies dhe energjisë midis shoqërisë dhe natyrës, në ndikimin gjithnjë në rritje të njeriut në biosferë. Noosfera do të vijë kur njerëzimi, me ndihmën e shkencës, do të jetë në gjendje të kontrollojë në mënyrë kuptimplotë proceset natyrore dhe shoqërore. Prandaj, noosfera nuk mund të konsiderohet një guaskë e veçantë e Tokës.
Shkenca e menaxhimit të marrëdhënieve midis shoqërisë njerëzore dhe natyrës quhet noogenics.
Qëllimi kryesor i noogenics është planifikimi i së tashmes për hir të së ardhmes, dhe detyrat e tij kryesore janë korrigjimi i shkeljeve në marrëdhëniet midis njeriut dhe natyrës të shkaktuara nga përparimi i teknologjisë dhe menaxhimi i ndërgjegjshëm i evolucionit të biosferës. Duhet të formohet një përdorim i planifikuar, i bazuar shkencërisht i burimeve natyrore, duke parashikuar rivendosjen në ciklin e substancave të asaj që është shqetësuar nga njeriu, në krahasim me një qëndrim spontan, grabitqar ndaj natyrës, që çon në përkeqësim të mjedisit. Kjo kërkon një zhvillim të qëndrueshëm të një shoqërie që plotëson nevojat e së tashmes pa kompromentuar aftësinë e brezave të ardhshëm për të përmbushur nevojat e tyre.
Aktualisht, planeti është formuar bioteknosfera është një pjesë e biosferës që është shndërruar rrënjësisht nga njeriu në struktura inxhinierike dhe teknike: qytete, uzina dhe fabrika, gurore dhe miniera, rrugë, diga dhe rezervuarë etj.
BIOSFERA DHE NJERIU
Biosfera për njerëzit është habitati dhe burimi i burimeve natyrore.
Burime natyrore – objektet dhe dukuritë natyrore që njerëzit përdorin në procesin e punës. Ata i sigurojnë një personi ushqim, veshje dhe strehim. Sipas shkallës së rraskapitjes ato ndahen në i shteruar dhe i pashtershëm . I shteruar burimet ndahen në të rinovueshme Dhe të pa rinovueshme . Burimet jo të rinovueshme përfshijnë ato burime që nuk rigjenerohen (ose rinovohen qindra herë më ngadalë se sa konsumohen): nafta, qymyri, xehet e metaleve dhe shumica e mineraleve. Burimet natyrore të rinovueshme - toka, flora dhe fauna, mineralet (kripa e tryezës). Këto burime restaurohen vazhdimisht me ritme të ndryshme: kafshët - disa vjet, pyjet - 60-80 vjet, tokat që kanë humbur pjellorinë - gjatë disa mijëvjeçarëve. Tejkalimi i shkallës së konsumit mbi shkallën e riprodhimit çon në zhdukjen e plotë të burimit.
I pashtershëm burimet përfshijnë ujin, klimën (ajrin atmosferik dhe energjinë e erës) dhe hapësirën: rrezatimi diellor, energjia e baticave të detit. Megjithatë, ndotja në rritje e mjedisit kërkon zbatimin e masave mjedisore për ruajtjen e këtyre burimeve.
Kënaqja e nevojave njerëzore është e paimagjinueshme pa shfrytëzimin e burimeve natyrore.
Të gjitha llojet e veprimtarisë njerëzore në biosferë mund të kombinohen në katër forma.
1. Ndryshimet në strukturën e sipërfaqes së tokës(lërimi i tokës, kullimi i trupave ujorë, prerja e pyjeve, ndërtimi i kanaleve). Njerëzimi po bëhet një forcë e fuqishme gjeologjike. Njeriu përdor 75% të tokës, 15% të ujërave të lumenjve, 20 hektarë pyje priten çdo minutë.
· Ndryshimet gjeologjike dhe gjeomorfologjike – intensifikimi i proceseve të formimit të përroskave, shfaqja dhe shpeshtësia e baltave dhe rrëshqitjeve.
· Ndryshime komplekse (peizazhore) – cenim i integritetit dhe strukturës natyrore të peizazheve, veçantia e monumenteve natyrore, humbja e tokave prodhuese, shkretëtirëzimi.
Qarkullimi gjeologjik substancat kanë shpejtësinë më të madhe në drejtimin horizontal ndërmjet tokës dhe detit. Kuptimi i qarkullimit të madh është se shkëmbinjtë i nënshtrohen shkatërrimit, motit dhe produkteve të motit, përfshirë lëndët ushqyese të tretshme në ujë, barten nga rrjedhat e ujit në Oqeanin Botëror me formimin e shtresave detare dhe kthehen në tokë vetëm pjesërisht, për shembull. , me reshje ose organizma të nxjerrë nga uji nga njerëzit. Më pas, për një periudhë të gjatë kohore, ndodhin ndryshime të ngadalta gjeotektonike - lëvizja e kontinenteve, ngritja dhe rënia e shtratit të detit, shpërthimet vullkanike etj., si rezultat i të cilave shtresat e formuara kthehen në tokë dhe procesi fillon përsëri. .
Cikli i madh gjeologjik i materies. Nën ndikimin e proceseve të zhveshjes ndodhin shkatërrimi dhe sedimentimi i shkëmbinjve. Formohen shkëmbinj sedimentarë. Në zonat me ulje të qëndrueshme (zakonisht në fundin e oqeanit), materiali i guaskës gjeografike hyn në shtresat e thella të Tokës. Më tej, nën ndikimin e temperaturës dhe presionit, ndodhin procese metamorfike, si rezultat i të cilave formohen shkëmbinj, substanca lëviz më afër qendrës së Tokës. Në thellësi të Tokës, në kushte temperaturash shumë të larta, ndodh magmatizmi: shkëmbinjtë shkrihen, ngrihen në formën e magmës përgjatë gabimeve në sipërfaqen e tokës dhe derdhen në sipërfaqe gjatë shpërthimeve. Kështu, ndodh cikli i materies. Cikli gjeologjik bëhet më i ndërlikuar nëse marrim parasysh shkëmbimin e materies me hapësirën e jashtme. Cikli i madh gjeologjik nuk është i mbyllur në kuptimin që një pjesë e materies që bie në zorrët e Tokës nuk del domosdoshmërisht në sipërfaqe, dhe anasjelltas, një grimcë që ngrihet gjatë një shpërthimi mund të mos ketë qenë kurrë në sipërfaqen e tokës. përpara
Burimet kryesore të energjisë për proceset natyrore në Tokë
Rrezatimi nga Dielli është burimi kryesor i energjisë në Tokë. Fuqia e tij karakterizohet nga konstanta diellore - sasia e energjisë që kalon nëpër një sipërfaqe njësi pingul me rrezet e diellit. Në një distancë prej një njësie astronomike (d.m.th., në orbitën e Tokës), kjo konstante është afërsisht 1370 W/m².
Organizmat e gjallë përdorin energjinë e Diellit (fotosintezë) dhe energjinë e lidhjeve kimike (kemosinteza). Kjo energji mund të përdoret në procese të ndryshme natyrore dhe artificiale. Një e treta e të gjithë energjisë reflektohet nga atmosfera, 0.02% përdoret nga bimët për fotosintezë, dhe pjesa tjetër përdoret për të mbajtur shumë procese natyrore - ngrohjen e tokës, oqeanit, atmosferës, lëvizjes së ajrit. wt. Ngrohja direkte nga rrezet e diellit ose shndërrimi i energjisë duke përdorur fotocela mund të përdoret për të gjeneruar energji elektrike (centralet diellore) ose për të kryer punë të tjera të dobishme. Në të kaluarën e largët, energjia e ruajtur në naftë dhe lloje të tjera të lëndëve djegëse fosile fitohej gjithashtu përmes fotosintezës.
Kjo energji e madhe çon në ngrohjen globale, sepse pasi të ketë kaluar nëpër procese natyrore ajo rrezatohet prapa dhe atmosfera nuk e lejon atë të shpëtojë.
2. Energjia e brendshme e Tokës; manifestimi - vullkanet, burimet e nxehta
18. Shndërrimet energjetike me origjinë biotike dhe abiotike
Në një ekosistem natyror funksional, mbetjet nuk ekzistojnë. Të gjithë organizmat, të gjallë apo të vdekur, janë potencialisht ushqim për organizmat e tjerë: një vemje ha gjeth, një mëllenjë ha vemjet, një skifteri mund të hajë një zog të zi. Kur bimët, vemjet, mëllenjat dhe skifterët vdesin, ato përpunohen nga ana e tyre nga dekompozuesit.
Të gjithë organizmat që përdorin të njëjtin lloj ushqimi i përkasin të njëjtit niveli trofik.
Organizmat në ekosistemet natyrore janë të përfshirë në një rrjet kompleks të shumë zinxhirëve ushqimorë të ndërlidhur. Një rrjet i tillë quhet rrjeta ushqimore.
Piramidat e rrjedhave të energjisë: Me çdo kalim nga një nivel trofik në tjetrin brenda një zinxhiri ushqimor ose rrjetë, punohet dhe energjia termike lëshohet në mjedis dhe sasia e energjisë me cilësi të lartë të përdorur nga organizmat në nivelin tjetër trofik zvogëlohet.
Rregulli 10%: Kur lëvizni nga një nivel trofik në tjetrin, 90% e energjisë humbet dhe 10% transferohet në nivelin tjetër.
Sa më i gjatë të jetë zinxhiri ushqimor, aq më shumë energji e dobishme humbet. Prandaj, gjatësia e zinxhirit ushqimor zakonisht nuk i kalon 4 - 5 hallka.
Energjia e sferës së peizazhit të Tokës:
1) energjia diellore: termike, rrezatuese
2) rrjedha e energjisë termike nga zorrët e Tokës
3) energjia e rrymës së baticës
4) energjia tektonike
5) asimilimi i energjisë gjatë fotosintezës
Cikli i ujit në natyrë
Cikli i ujit në natyrë është procesi i lëvizjes ciklike të ujit në biosferën e tokës. Ai përbëhet nga avullimi, kondensimi dhe reshjet (reshjet atmosferike avullohen pjesërisht, pjesërisht formon kullues dhe rezervuarë të përkohshëm dhe të përhershëm, pjesërisht depërton në tokë dhe formon ujërat nëntokësore), si dhe proceset e degazimit të mantelit: uji rrjedh vazhdimisht nga manteli. . uji është gjetur edhe në thellësi të mëdha.
Detet humbasin më shumë ujë për shkak të avullimit sesa marrin përmes reshjeve në tokë, situata është e kundërta. Uji qarkullon vazhdimisht në glob, ndërsa sasia totale e tij mbetet e pandryshuar.
75% e sipërfaqes së Tokës është e mbuluar me ujë. Predha ujore e Tokës është hidrosfera. Pjesa më e madhe e tij është ujë i kripur nga detet dhe oqeanet, dhe një pjesë më e vogël është ujë i ëmbël nga liqenet, lumenjtë, akullnajat, ujërat nëntokësore dhe avujt e ujit.
Në tokë, uji ekziston në tre gjendje grumbullimi: të lëngët, të ngurtë dhe të gaztë. Pa ujë, organizmat e gjallë nuk mund të ekzistojnë. Në çdo organizëm, uji është mjedisi në të cilin ndodhin reaksionet kimike, pa të cilin organizmat e gjallë nuk mund të jetojnë. Uji është substanca më e vlefshme dhe thelbësore për jetën e organizmave të gjallë.
Ekzistojnë disa lloje të cikleve të ujit në natyrë:
Cikli i Madh, ose Global, - avulli i ujit i formuar mbi sipërfaqen e oqeaneve bartet nga erërat në kontinente, bie atje në formën e reshjeve dhe kthehet në oqean në formën e rrjedhjes. Në këtë proces, cilësia e ujit ndryshon: me avullimin, uji i kripur i detit kthehet në ujë të ëmbël dhe uji i ndotur pastrohet.
Cikli i vogël ose oqeanik - avujt e ujit të formuar mbi sipërfaqen e oqeanit kondensohen dhe bien si reshje përsëri në oqean.
Cikli intrakontinental - uji që ka avulluar mbi sipërfaqen e tokës përsëri bie në tokë në formën e reshjeve.
Në fund, sedimentet në procesin e lëvizjes përsëri arrijnë në Oqeanin Botëror.
Shkalla e transferimit të llojeve të ndryshme të ujit ndryshon shumë, dhe periudhat e rrjedhjes dhe periudhat e rinovimit të ujit janë gjithashtu të ndryshme. Ato ndryshojnë nga disa orë në disa dhjetëra mijëra vjet. Lagështia atmosferike, e cila formohet nga avullimi i ujit nga oqeanet, detet dhe toka dhe ekziston në formën e reve, rinovohet mesatarisht çdo tetë ditë.
Ujërat që përbëjnë organizmat e gjallë rikthehen brenda pak orësh. Kjo është forma më aktive e shkëmbimit të ujit. Periudha e rinovimit të rezervave ujore në akullnajat malore është rreth 1600 vjet, në akullnajat e vendeve polare është shumë më e gjatë - rreth 9700 vjet.
Rinovimi i plotë i ujërave të Oqeanit Botëror ndodh në rreth 2700 vjet.
Efektet e ndërveprimit midis rrezatimit diellor, tokës në lëvizje dhe rrotulluese.
Në këtë çështje duhet të merret parasysh ndryshueshmëria sezonale: dimër/verë. Përshkruani se për shkak të rrotullimit dhe lëvizjes së Tokës, rrezatimi diellor arrin në mënyrë të pabarabartë, që do të thotë se kushtet klimatike ndryshojnë me gjerësinë gjeografike.
Toka është e prirur nga rrafshi ekliptik me 23.5 gradë.
Rrezet kalojnë në kënde të ndryshme. Bilanci i rrezatimit. Është e rëndësishme jo vetëm sa merr, por edhe sa humbet dhe sa mbetet, duke marrë parasysh albedon.
Qendrat e veprimit të atmosferës
Zona të mëdha të presionit të vazhdueshëm të lartë ose të ulët të lidhur me qarkullimin e përgjithshëm të atmosferës - qendrat e veprimit atmosferik. Ato përcaktojnë drejtimin dominues të erërave dhe shërbejnë si qendra për formimin e llojeve gjeografike të masave ajrore. Në hartat sinoptike ato shprehen si vija të mbyllura - izobare.
Shkaqet: 1) heterogjeniteti i Tokës;
2) dallimi në fizik vetitë e tokës dhe ujit (kapaciteti i nxehtësisë)
3) dallimi në albedo sipërfaqësore (R/Q): ujë – 6%, eq. pyjet – 10-12%, pyjet e gjera – 18%, livadhore – 22-23%, bora – 92%;
4) Coriolis F
Kjo shkakton OCA.
Qendrat e veprimit të atmosferës:
● të përhershme– kanë presion të lartë ose të ulët gjatë gjithë vitit:
1. brezi i ulët ekuatorial presioni, boshti i të cilit migron disi nga ekuatori duke ndjekur Diellin drejt hemisferës verore - Depresioni ekuatorial (arsye: një sasi e madhe Q dhe oqeanet);
2. përgjatë një brezi subtropikal të lartësisë. presion në veri dhe Yuzh. hemisferat; disa migrojnë gjatë verës në zonat më të larta subtropikale. gjerësi, në dimër - në ato më të ulëta; ndahen në një seri oqeanike anticiklonet: në veri. hemisferat - anticikloni i Azores (veçanërisht në verë) dhe Havai; në Jug - Indiane Jugore, Paqësor Jugor dhe Atlantik Jugor;
3. zonat e rënies. presioni mbi oqeanet në gjerësi të larta të zonave të buta: në veri. hemisferat - islandeze (veçanërisht në dimër) dhe minimumet aleutiane, në jug - një unazë e vazhdueshme me presion të ulët që rrethon Antarktidën (50 0 S);
4. zonat e rritura presion mbi Arktik (sidomos në dimër) dhe Antarktidë - anticiklone;
● sezonale– mund të gjurmohen si zona me presion të lartë ose të ulët gjatë një sezoni, duke ndryshuar në një sezon tjetër në qendrën e veprimit të atmosferës së shenjës së kundërt. Ekzistenca e tyre shoqërohet me një ndryshim të mprehtë gjatë vitit të temperaturës së sipërfaqes së tokës në raport me temperaturën e sipërfaqes së oqeaneve; mbinxehja verore e tokës krijon kushte të favorshme për formimin e zonave të ulëta këtu. presion, hipotermi dimërore - për zonat më të larta presioni. Të gjitha brenda. hemisferat në zonat më të larta të dimrit. Presionet përfshijnë majat aziatike (siberiane) me qendër në Mongoli dhe majat kanadeze, dhe majat e Australisë së Jugut, Amerikës së Jugut dhe Afrikës së Jugut. Zonat e ulëta të verës presioni: në veri. hemisferat - Minimumet e Azisë Jugore (ose Azisë Perëndimore) dhe të Amerikës së Veriut, në Jug. - Uljet e Australisë, Amerikës së Jugut dhe Afrikës së Jugut).
Qendrat e veprimit të atmosferës karakterizohen nga një lloj moti i caktuar. Prandaj, ajri këtu fiton relativisht shpejt vetitë e sipërfaqes së poshtme - i nxehtë dhe i lagësht në Depresionin Ekuatorial, i ftohtë dhe i thatë në Anticiklonin Mongol, i ftohtë dhe i lagësht në Ultësirën Islandeze, etj.
Shkëmbimi planetar i nxehtësisë dhe shkaqet e tij
Karakteristikat kryesore të shkëmbimit planetar të nxehtësisë. Energjia diellore e absorbuar nga sipërfaqja e globit shpenzohet më pas për avullimin dhe transferimin e nxehtësisë nga rrjedhat e turbullta. Mesatarisht, rreth 80% e të gjithë planetit shkon në avullim, dhe 20% e mbetur e nxehtësisë totale shkon në shkëmbim të turbullt të nxehtësisë.
Proceset e shkëmbimit të nxehtësisë dhe ndryshimet në gjerësinë gjeografike të përbërësve të tij në oqean dhe në tokë janë shumë unike. E gjithë nxehtësia e thithur nga toka në pranverë dhe verë humbet plotësisht në vjeshtë dhe dimër; me një buxhet të balancuar vjetor të ngrohjes, prandaj rezulton të jetë zero kudo.
Në Oqeanin Botëror, për shkak të kapacitetit të lartë të nxehtësisë së ujit dhe lëvizshmërisë së tij, nxehtësia akumulohet në gjerësi të ulëta, nga ku me rryma transferohet në gjerësi të larta, ku konsumi i tij tejkalon furnizimin e tij. Në këtë mënyrë mbulohet deficiti i krijuar në shkëmbimin e nxehtësisë së ujit me ajrin.
Në zonën ekuatoriale të Oqeanit Botëror, me një sasi të madhe të rrezatimit diellor të absorbuar dhe konsum të reduktuar të energjisë, buxheti vjetor i ngrohjes ka vlera maksimale pozitive. Me largësinë nga ekuatori, buxheti vjetor pozitiv i nxehtësisë zvogëlohet për shkak të rritjes së komponentëve të konsumit të shkëmbimit të nxehtësisë, kryesisht avullimit. Me kalimin nga tropikët në gjerësi të butë, buxheti i ngrohjes bëhet negativ.
Brenda tokës, e gjithë nxehtësia e marrë në periudhën pranverë-verë shpenzohet në periudhën vjeshtë-dimër. Gjatë historisë së gjatë të Tokës, ujërat e Oqeanit Botëror kanë grumbulluar një sasi të madhe nxehtësie të barabartë me 7.6 * 10^21 kcal. Akumulimi i një mase kaq të madhe shpjegohet me kapacitetin e lartë të nxehtësisë së ujit dhe përzierjen e tij intensive, gjatë së cilës ndodh një rishpërndarje mjaft komplekse e nxehtësisë në trashësinë e oqeanosferës. Kapaciteti i nxehtësisë i të gjithë atmosferës është 4 herë më i vogël se ai i një shtrese uji prej dhjetë metrash në Oqeanin Botëror.
Përkundër faktit se pjesa e energjisë diellore që shkon në shkëmbimin e turbullt të nxehtësisë midis sipërfaqes së Tokës dhe ajrit është relativisht e vogël, ajo është burimi kryesor i ngrohjes së pjesës afër sipërfaqes së atmosferës. Intensiteti i këtij shkëmbimi të nxehtësisë varet nga ndryshimi i temperaturës midis ajrit dhe sipërfaqes së poshtme (ujit ose tokës). Në gjerësitë e ulëta të planetit (nga ekuatori deri në gjerësinë e dyzetë të të dy hemisferave), ajri nxehet kryesisht nga toka, e cila nuk është në gjendje të grumbullojë energjinë diellore dhe ia lë të gjithë nxehtësinë që merr atmosferës. Për shkak të shkëmbimit të turbullt të nxehtësisë, guaska e ajrit merr nga 20 deri në 40 kcal/cm^2 në vit, dhe në zonat me lagështi të ulët (Sahara, Arabi, etj.) - edhe më shumë se 60 kcal/cm^2. Ujërat në këto gjerësi akumulojnë nxehtësi, duke lëshuar vetëm 5-10 kcal/cm^2 në vit ose më pak në ajër në procesin e shkëmbimit të nxehtësisë së trazuar. Vetëm në zona të caktuara (zona e kufizuar) uji është mesatarisht më i ftohtë në vit dhe për këtë arsye merr nxehtësi nga ajri (në zonën ekuatoriale, në veriperëndim të Oqeanit Indian, si dhe në brigjet perëndimore të Afrikës dhe Amerikës së Jugut).
Shkencëtari i shquar rus Akademik V.I. Vernadsky.
Biosfera- guaska komplekse e jashtme e Tokës, e cila përmban të gjithë organizmat e gjallë dhe atë pjesë të substancës së planetit që është në proces shkëmbimi të vazhdueshëm me këta organizma. Kjo është një nga gjeosferat më të rëndësishme të Tokës, e cila është përbërësi kryesor i mjedisit natyror që rrethon njerëzit.
Toka është e përbërë nga koncentrikë predha(gjeosferat) si të brendshme ashtu edhe të jashtme. Ato të brendshme përfshijnë bërthamën dhe mantelin, dhe ato të jashtme: litosferë - guaska shkëmbore e Tokës, duke përfshirë koren e tokës (Fig. 1) me trashësi 6 km (nën oqean) deri në 80 km (sistemet malore); hidrosferë - guaska ujore e Tokës; Atmosferë- mbështjellësi i gaztë i Tokës, i përbërë nga një përzierje e gazrave të ndryshëm, avujt e ujit dhe pluhuri.
Në një lartësi prej 10 deri në 50 km ka një shtresë ozoni, me përqendrim maksimal në lartësinë 20-25 km, duke mbrojtur Tokën nga rrezatimi i tepërt ultravjollcë, i cili është fatal për trupin. Këtu (gjeosferave të jashtme) i përket edhe biosfera.
Biosfera - guaska e jashtme e Tokës, e cila përfshin një pjesë të atmosferës deri në lartësinë 25-30 km (deri në shtresën e ozonit), pothuajse të gjithë hidrosferën dhe pjesën e sipërme të litosferës në një thellësi prej afërsisht 3 km
Oriz. 1. Skema e strukturës së kores së tokës
(Fig. 2). E veçanta e këtyre pjesëve është se ato janë të banuara nga organizma të gjallë që përbëjnë lëndën e gjallë të planetit. Ndërveprim pjesë abiotike e biosferës- ajri, uji, gurët dhe lënda organike - biotat shkaktoi formimin e dherave dhe shkëmbinjve sedimentarë.
Oriz. 2. Struktura e biosferës dhe raporti i sipërfaqeve të zëna nga njësitë strukturore bazë
Cikli i substancave në biosferë dhe ekosisteme
Të gjitha përbërjet kimike të disponueshme për organizmat e gjallë në biosferë janë të kufizuara. Shkarkimi i substancave kimike të përshtatshme për asimilim shpesh pengon zhvillimin e grupeve të caktuara të organizmave në zonat lokale të tokës ose oqeanit. Sipas akademikut V.R. Williams, e vetmja mënyrë për të dhënë vetitë e fundme të infinitit është ta bëjmë atë të rrotullohet përgjatë një kurbë të mbyllur. Rrjedhimisht, qëndrueshmëria e biosferës ruhet për shkak të ciklit të substancave dhe rrjedhave të energjisë. Në dispozicion dy cikle kryesore të substancave: të mëdha - gjeologjike dhe të vogla - biogjeokimike.
Cikli i madh gjeologjik(Fig. 3). Shkëmbinjtë kristalorë (magmatikë) shndërrohen në shkëmbinj sedimentarë nën ndikimin e faktorëve fizikë, kimikë dhe biologjikë. Rëra dhe argjila janë sedimente tipike, produkte të transformimit të shkëmbinjve të thellë. Sidoqoftë, formimi i sedimenteve ndodh jo vetëm për shkak të shkatërrimit të shkëmbinjve ekzistues, por edhe përmes sintezës së mineraleve biogjene - skeleteve të mikroorganizmave - nga burimet natyrore - ujërat e oqeanit, deteve dhe liqeneve. Sedimentet e lirshme ujore, pasi janë të izoluara në fund të rezervuarëve me pjesë të reja të materialit sedimentar, të zhytur në thellësi dhe të ekspozuara ndaj kushteve të reja termodinamike (temperatura dhe presione më të larta), humbasin ujin, ngurtësohen dhe shndërrohen në shkëmbinj sedimentarë.
Më pas, këta shkëmbinj zhyten në horizonte edhe më të thella, ku ndodhin proceset e shndërrimit të tyre të thellë në kushte të reja të temperaturës dhe presionit - ndodhin procese metamorfizmi.
Nën ndikimin e rrjedhave endogjene të energjisë, shkëmbinjtë e thellë shkrihen, duke formuar magmë - një burim i shkëmbinjve të rinj magmatikë. Pasi këta shkëmbinj ngrihen në sipërfaqen e Tokës, nën ndikimin e proceseve të motit dhe transportit, ata përsëri shndërrohen në shkëmbinj të rinj sedimentarë.
Kështu, cikli i madh shkaktohet nga bashkëveprimi i energjisë diellore (ekzogjene) me energjinë e thellë (endogjene) të Tokës. Ai rishpërndan substancat midis biosferës dhe horizonteve më të thella të planetit tonë.
Oriz. 3. Cikli i madh (gjeologjik) i substancave (shigjeta të holla) dhe ndryshime në diversitetin në koren e tokës (shigjeta të gjera të forta - rritje, shigjeta të thyera - ulje e diversitetit)
Nga Gyre e Madhe Quhet gjithashtu cikli i ujit midis hidrosferës, atmosferës dhe litosferës, i cili drejtohet nga energjia e Diellit. Uji avullohet nga sipërfaqja e rezervuarëve dhe tokës dhe më pas kthehet në Tokë në formën e reshjeve. Mbi oqean, avullimi i kalon reshjet mbi tokë, është e kundërta. Këto dallime kompensohen nga rrjedhat e lumenjve. Bimësia e tokës luan një rol të rëndësishëm në ciklin global të ujit. Transpirimi i bimëve në zona të caktuara të sipërfaqes së tokës mund të përbëjë deri në 80-90% të reshjeve që bien këtu, dhe mesatarisht për të gjitha zonat klimatike - rreth 30%. Ndryshe nga cikli i madh, cikli i vogël i substancave ndodh vetëm brenda biosferës. Marrëdhënia midis cikleve të mëdha dhe të vogla të ujit është paraqitur në Fig. 4.
Ciklet në një shkallë planetare krijohen nga lëvizjet e panumërta ciklike lokale të atomeve të nxitura nga aktiviteti jetësor i organizmave në ekosistemet individuale, dhe ato lëvizje që shkaktohen nga shkaqe peizazhi dhe gjeologjike (rrjedhja sipërfaqësore dhe nëntokësore, erozioni i erës, lëvizja e shtratit të detit, vullkanizmi, ndërtesa malore, etj.).
Oriz. 4. Marrëdhënia midis ciklit të madh gjeologjik (GGC) të ujit dhe ciklit të vogël biogjeokimik (SBC) të ujit
Ndryshe nga energjia, e cila sapo përdoret nga trupi shndërrohet në nxehtësi dhe humbet, substancat qarkullojnë në biosferë, duke krijuar cikle biogjeokimike. Nga më shumë se nëntëdhjetë elementë që gjenden në natyrë, organizmave të gjallë u duhen rreth dyzet. Ato më të rëndësishmet kërkohen në sasi të mëdha - karboni, hidrogjeni, oksigjeni, azoti. Ciklet e elementeve dhe substancave kryhen për shkak të proceseve vetërregulluese në të cilat marrin pjesë të gjithë përbërësit. Këto procese janë pa mbeturina. ekziston ligji i mbylljes globale të ciklit biogjeokimik në biosferë, duke vepruar në të gjitha fazat e zhvillimit të saj. Në procesin e evolucionit të biosferës rritet roli i komponentit biologjik në mbylljen e proceseve biogjeokimike.
të cilit cikli. Njerëzit kanë një ndikim edhe më të madh në ciklin biogjeokimik. Por roli i tij manifestohet në drejtim të kundërt (xhirot bëhen të hapura). Baza e ciklit biogjeokimik të substancave është energjia e Diellit dhe klorofili i bimëve të gjelbra. Ciklet e tjera më të rëndësishme - uji, karboni, azoti, fosfori dhe squfuri - lidhen dhe kontribuojnë në ciklin biogjeokimik.
Cikli i ujit në biosferë
Bimët përdorin hidrogjenin në ujë gjatë fotosintezës për të ndërtuar komponime organike, duke çliruar oksigjen molekular. Në proceset e frymëmarrjes të të gjitha qenieve të gjalla, gjatë oksidimit të përbërjeve organike, përsëri formohet uji. Në historinë e jetës, i gjithë uji i lirë në hidrosferë ka kaluar vazhdimisht nëpër cikle dekompozimi dhe formimi të ri në lëndën e gjallë të planetit. Rreth 500,000 km 3 ujë përfshihet në ciklin e ujit në Tokë çdo vit. Cikli i ujit dhe rezervat e tij janë paraqitur në Fig. 5 (në vlera relative).
Cikli i oksigjenit në biosferë
Toka i detyrohet atmosferës së saj unike me një përmbajtje të lartë të oksigjenit të lirë procesit të fotosintezës. Formimi i ozonit në shtresat e larta të atmosferës është i lidhur ngushtë me ciklin e oksigjenit. Oksigjeni lirohet nga molekulat e ujit dhe është në thelb një nënprodukt i aktivitetit fotosintetik në bimë. Në mënyrë abiotike, oksigjeni lind në shtresat e sipërme të atmosferës për shkak të fotodissociimit të avullit të ujit, por ky burim përbën vetëm të mijtën e përqindjes së atij që furnizohet nga fotosinteza. Ekziston një ekuilibër i lëngjeve midis përmbajtjes së oksigjenit në atmosferë dhe hidrosferës. Në ujë është afërsisht 21 herë më pak.
Oriz. 6. Diagrami i ciklit të oksigjenit: shigjeta të theksuara - rrjedhat kryesore të furnizimit dhe konsumit të oksigjenit
Oksigjeni i çliruar konsumohet intensivisht në proceset e frymëmarrjes të të gjithë organizmave aerobikë dhe në oksidimin e përbërjeve të ndryshme minerale. Këto procese ndodhin në atmosferë, tokë, ujë, baltë dhe shkëmbinj. Është treguar se një pjesë e konsiderueshme e oksigjenit të lidhur në shkëmbinjtë sedimentarë është me origjinë fotosintetike. Fondi i këmbimit O në atmosferë përbën jo më shumë se 5% të prodhimit total fotosintetik. Shumë baktere anaerobe gjithashtu oksidojnë lëndën organike përmes procesit të frymëmarrjes anaerobe, duke përdorur sulfate ose nitrate.
Zbërthimi i plotë i lëndës organike të krijuar nga bimët kërkon saktësisht të njëjtën sasi oksigjeni që lirohet gjatë fotosintezës. Varrimi i lëndës organike në shkëmbinj sedimentarë, thëngjij dhe torfe shërbeu si bazë për ruajtjen e fondit të shkëmbimit të oksigjenit në atmosferë. I gjithë oksigjeni në të kalon një cikël të plotë nëpër organizmat e gjallë në rreth 2000 vjet.
Aktualisht, një pjesë e konsiderueshme e oksigjenit atmosferik është e lidhur si rezultat i transportit, industrisë dhe formave të tjera të aktivitetit antropogjen. Dihet se njerëzimi tashmë shpenzon më shumë se 10 miliardë tonë oksigjen të lirë nga një sasi totale prej 430-470 miliardë tonësh të furnizuar nga proceset e fotosintezës. Nëse marrim parasysh se vetëm një pjesë e vogël e oksigjenit fotosintetik hyn në fondin e këmbimit, aktiviteti njerëzor në këtë drejtim fillon të marrë përmasa alarmante.
Cikli i oksigjenit është i lidhur ngushtë me ciklin e karbonit.
Cikli i karbonit në biosferë
Karboni si element kimik është baza e jetës. Mund të kombinohet me shumë elementë të tjerë në mënyra të ndryshme për të formuar molekula organike të thjeshta dhe komplekse që përbëjnë qelizat e gjalla. Për sa i përket shpërndarjes në planet, karboni renditet i njëmbëdhjeti (0.35% e peshës së kores së tokës), por në lëndën e gjallë mesatarisht është rreth 18 ose 45% e biomasës së thatë.
Në atmosferë, karboni është pjesë e dioksidit të karbonit CO 2 dhe, në një masë më të vogël, metanit CH 4 . Në hidrosferë, CO 2 shpërndahet në ujë, dhe përmbajtja e tij totale është shumë më e lartë se ajo atmosferike. Oqeani shërben si një tampon i fuqishëm për rregullimin e CO 2 në atmosferë: me rritjen e përqendrimit të tij në ajër, rritet thithja e dioksidit të karbonit nga uji. Disa nga molekulat e CO 2 reagojnë me ujin, duke formuar acid karbonik, i cili më pas shpërndahet në jone HCO 3 - dhe CO 2- 3. Këto jone reagojnë me kationet e kalciumit ose magnezit për të precipituar karbonatet, duke mbajtur a pH konstant i ujit.
Dioksidi i karbonit në atmosferë dhe hidrosferë është një fond shkëmbimi në ciklin e karbonit, nga ku merret nga bimët tokësore dhe algat. Fotosinteza qëndron në themel të të gjitha cikleve biologjike në Tokë. Lëshimi i karbonit fiks ndodh gjatë aktivitetit të frymëmarrjes të vetë organizmave fotosintetikë dhe të gjithë heterotrofeve - baktereve, kërpudhave, kafshëve që përfshihen në zinxhirin ushqimor për shkak të lëndës organike të gjallë ose të vdekur.
Oriz. 7. Cikli i karbonit
Veçanërisht aktiv është kthimi i CO2 në atmosferë nga toka, ku përqendrohet aktiviteti i grupeve të shumta të organizmave, duke dekompozuar mbetjet e bimëve dhe kafshëve të ngordhura dhe bëhet frymëmarrja e sistemeve rrënore të bimëve. Ky proces integral quhet "frymëmarrja e tokës" dhe jep një kontribut të rëndësishëm në rimbushjen e fondit të shkëmbimit të CO2 në ajër. Paralelisht me proceset e mineralizimit të lëndës organike, humusi formohet në tokë - një kompleks molekular kompleks dhe i qëndrueshëm i pasur me karbon. Humusi i tokës është një nga rezervuarët e rëndësishëm të karbonit në tokë.
Në kushtet kur aktiviteti i shkatërruesve pengohet nga faktorë mjedisorë (për shembull, kur një regjim anaerobik ndodh në tokë dhe në fund të rezervuarëve), lënda organike e akumuluar nga bimësia nuk dekompozohet, duke u kthyer me kalimin e kohës në shkëmbinj si qymyri ose kafe. qymyr, torfe, sapropelë, argjilë nafte dhe të tjera të pasura me energji të akumuluar diellore. Ata plotësojnë fondin rezervë të karbonit, duke u shkëputur nga cikli biologjik për një kohë të gjatë. Karboni gjithashtu depozitohet përkohësisht në biomasë të gjallë, në mbeturina të ngordhura, në lëndë organike të tretur të oqeanit, etj. Megjithatë fondin kryesor rezervë të karbonit me shkrim nuk janë organizma të gjallë apo lëndë djegëse fosile, por shkëmbinjtë sedimentarë - gëlqerorët dhe dolomitet. Formimi i tyre shoqërohet gjithashtu me aktivitetin e materies së gjallë. Karboni i këtyre karbonateve groposet për një kohë të gjatë në zorrët e Tokës dhe hyn në cikël vetëm gjatë erozionit kur shkëmbinjtë ekspozohen në cikle tektonike.
Vetëm fraksione të një për qind të karbonit nga sasia totale në Tokë marrin pjesë në ciklin biogjeokimik. Karboni nga atmosfera dhe hidrosfera kalon nëpër organizmat e gjallë shumë herë. Bimët e tokës janë në gjendje të shterojnë rezervat e saj në ajër në 4-5 vjet, rezervat në humusin e tokës - në 300-400 vjet. Kthimi kryesor i karbonit në fondin e këmbimit ndodh për shkak të aktivitetit të organizmave të gjallë, dhe vetëm një pjesë e vogël e tij (të mijëtat e përqindjes) kompensohet nga lirimi nga zorrët e Tokës si pjesë e gazeve vullkanike.
Aktualisht, nxjerrja dhe djegia e rezervave të mëdha të lëndëve djegëse fosile po bëhet një faktor i fuqishëm në transferimin e karbonit nga rezerva në fondin e këmbimit të biosferës.
Cikli i azotit në biosferë
Atmosfera dhe lënda e gjallë përmbajnë më pak se 2% të të gjithë azotit në Tokë, por është ajo që mbështet jetën në planet. Azoti është pjesë e molekulave organike më të rëndësishme - ADN-së, proteinave, lipoproteinave, ATP, klorofilit, etj. Në indet bimore, raporti i tij ndaj karbonit është mesatarisht 1:30, dhe në algat e detit I: 6. Cikli biologjik i azotit është prandaj edhe i lidhur ngushtë me karbonin.
Azoti molekular i atmosferës është i paarritshëm për bimët, të cilat mund ta thithin këtë element vetëm në formën e joneve të amonit, nitrateve ose nga toka ose tretësirat ujore. Prandaj, mungesa e azotit është shpesh një faktor që kufizon prodhimin parësor - puna e organizmave që lidhet me krijimin e substancave organike nga ato inorganike. Sidoqoftë, azoti atmosferik është përfshirë gjerësisht në ciklin biologjik për shkak të aktivitetit të baktereve të veçanta (fiksuesit e azotit).
Mikroorganizmat amonifikues gjithashtu luajnë një rol të madh në ciklin e azotit. Ata dekompozojnë proteinat dhe substancat e tjera organike që përmbajnë azot në amoniak. Në formën e amoniumit, azoti pjesërisht ripërthithet nga rrënjët e bimëve, dhe pjesërisht kapet nga mikroorganizmat nitrifikues, gjë që është e kundërta e funksioneve të grupit të mikroorganizmave - denitrifikuesit.
Oriz. 8. Cikli i azotit
Në kushte anaerobe në tokë ose ujë, ata përdorin oksigjen nitrat për të oksiduar substancat organike, duke marrë energji për jetën e tyre. Azoti reduktohet në azot molekular. Fiksimi dhe denitrifikimi i azotit janë afërsisht të ekuilibruar në natyrë. Kështu, cikli i azotit varet kryesisht nga aktiviteti i baktereve, ndërsa bimët integrohen në të, duke përdorur produkte të ndërmjetme të këtij cikli dhe duke rritur në masë të madhe shkallën e qarkullimit të azotit në biosferë përmes prodhimit të biomasës.
Roli i baktereve në ciklin e azotit është aq i madh sa nëse shkatërrohen vetëm 20 lloje të tyre, jeta në planetin tonë do të pushojë.
Fiksimi jobiologjik i azotit dhe hyrja e oksideve dhe amoniakut të tij në tokë ndodh edhe me reshjet gjatë jonizimit atmosferik dhe shkarkimeve të rrufesë. Industria moderne e plehrave rregullon azotin atmosferik në nivele më të mëdha se fiksimi natyror i azotit në mënyrë që të rrisë prodhimin e të korrave.
Aktualisht, aktiviteti njerëzor po ndikon gjithnjë e më shumë në ciklin e azotit, kryesisht në drejtim të tejkalimit të transferimit të tij në forma të lidhura gjatë proceseve të kthimit në gjendjen molekulare.
Cikli i fosforit në biosferë
Ky element, i nevojshëm për sintezën e shumë substancave organike, duke përfshirë ATP, ADN, ARN, absorbohet nga bimët vetëm në formën e joneve të acidit ortofosforik (P0 3 4 +). I përket elementëve që kufizojnë prodhimin parësor si në tokë ashtu edhe në oqean, pasi fondi i shkëmbimit të fosforit në tokë dhe ujëra është i vogël. Cikli i këtij elementi në shkallën e biosferës nuk është i mbyllur.
Në tokë, bimët nxjerrin fosfate nga toka, të çliruara nga dekompozuesit nga mbetjet organike të dekompozimit. Sidoqoftë, në tokën alkaline ose acide tretshmëria e përbërjeve të fosforit zvogëlohet ndjeshëm. Fondi kryesor rezervë i fosfateve përmbahet në shkëmbinjtë e krijuar në fundin e oqeanit në të kaluarën gjeologjike. Gjatë shpëlarjes së shkëmbinjve, një pjesë e këtyre rezervave kalon në tokë dhe shpërndahet në trupat ujorë në formën e pezullimeve dhe solucioneve. Në hidrosferë, fosfatet përdoren nga fitoplanktoni, duke kaluar përmes zinxhirëve ushqimorë tek hidrobiontet e tjera. Megjithatë, në oqean, shumica e përbërjeve të fosforit janë varrosur me mbetjet e kafshëve dhe bimëve në fund, e ndjekur nga një kalim me shkëmbinj sedimentarë në ciklin e madh gjeologjik. Në thellësi, fosfatet e tretura lidhen me kalciumin, duke formuar fosforite dhe apatite. Në biosferë, në fakt, ekziston një rrjedhë e njëanshme e fosforit nga shkëmbinjtë e tokës në thellësitë e oqeanit, prandaj, fondi i shkëmbimit të tij në hidrosferë është shumë i kufizuar.
Oriz. 9. Cikli i fosforit
Depozitat tokësore të fosforiteve dhe apatiteve përdoren në prodhimin e plehrave. Hyrja e fosforit në trupat e ujit të ëmbël është një nga arsyet kryesore për "lulëzimin" e tyre.
Cikli i squfurit në biosferë
Cikli i squfurit, i nevojshëm për ndërtimin e një numri aminoacidesh, është përgjegjës për strukturën tredimensionale të proteinave dhe mbahet në biosferë nga një gamë e gjerë bakteresh. Lidhjet individuale në këtë cikël përfshijnë mikroorganizma aerobikë që oksidojnë squfurin e mbetjeve organike në sulfate, si dhe reduktues anaerobe të sulfatit që reduktojnë sulfatet në sulfid hidrogjeni. Përveç grupeve të listuara të baktereve të squfurit, ato oksidojnë sulfurin e hidrogjenit në squfur elementar dhe më pas në sulfate. Bimët thithin vetëm jonet SO2-4 nga toka dhe uji.
Unaza në qendër ilustron procesin e oksidimit (O) dhe reduktimit (R) që shkëmben squfurin midis rezervuarit të sulfatit në dispozicion dhe pishinës së sulfurit të hekurit thellë në tokë dhe sedimente.
Oriz. 10. Cikli i squfurit. Unaza në qendër ilustron procesin e oksidimit (0) dhe reduktimit (R), përmes të cilit squfuri shkëmbehet midis grupit të sulfatit të disponueshëm dhe pishinës së sulfideve të hekurit të vendosura thellë në tokë dhe sedimente.
Akumulimi kryesor i squfurit ndodh në oqean, ku jonet e sulfatit rrjedhin vazhdimisht nga toka me rrjedhjen e lumenjve. Kur sulfuri i hidrogjenit lirohet nga uji, squfuri pjesërisht kthehet në atmosferë, ku oksidohet në dioksid, duke u shndërruar në acid sulfurik në ujërat e shiut. Përdorimi industrial i sasive të mëdha të sulfateve dhe squfurit elementar dhe djegia e lëndëve djegëse fosile lëshon vëllime të mëdha të dioksidit të squfurit në atmosferë. Kjo dëmton bimësinë, kafshët, njerëzit dhe shërben si burim i shiut acid, i cili përkeqëson efektet negative të ndërhyrjes njerëzore në ciklin e squfurit.
Shkalla e qarkullimit të substancave
Të gjitha ciklet e substancave ndodhin me shpejtësi të ndryshme (Fig. 11)
Kështu, ciklet e të gjithë elementëve biogjenë në planet mbështeten nga ndërveprimi kompleks i pjesëve të ndryshme. Ato formohen nga aktiviteti i grupeve të organizmave me funksione të ndryshme, sistemi i rrjedhjes dhe avullimit që lidh oqeanin dhe tokën, proceset e qarkullimit të masave të ujit dhe ajrit, veprimi i forcave gravitacionale, tektonika e pllakave litosferike dhe të tjera të mëdha. -proceset gjeologjike dhe gjeofizike në shkallë.
Biosfera vepron si një sistem i vetëm kompleks në të cilin ndodhin cikle të ndryshme substancash. Motori kryesor i këtyre ciklet është lënda e gjallë e planetit, të gjithë organizmave të gjallë, sigurimi i proceseve të sintezës, transformimit dhe zbërthimit të lëndës organike.
Oriz. 11. Normat e qarkullimit të substancave (P. Cloud, A. Jibor, 1972)
Baza e pikëpamjes ekologjike të botës është ideja se çdo krijesë e gjallë është e rrethuar nga shumë faktorë të ndryshëm që ndikojnë në të, të cilët së bashku formojnë habitatin e saj - një biotop. Prandaj, biotopi - një pjesë e territorit që është homogjene për sa i përket kushteve të jetesës për lloje të caktuara të bimëve ose kafshëve(pjerrësia e një përroske, parku pyjor urban, liqeni i vogël ose pjesë e një liqeni të madh, por me kushte homogjene - pjesa bregdetare, pjesa me ujë të thellë).
Organizmat karakteristikë të një biotopi të caktuar përbëjnë komuniteti jetësor ose biocenoza(kafshët, bimët dhe mikroorganizmat e liqeneve, livadheve, brezave bregdetarë).
Bashkësia e gjallë (biocenoza) formon një tërësi të vetme me biotopin e saj, i cili quhet sistemi (ekosistem) ekologjik. Një shembull i ekosistemeve natyrore është një kodër milingonash, liqen, pellg, livadh, pyll, qytet, fermë. Një shembull klasik i një ekosistemi artificial është një anije kozmike. Siç mund ta shihni, këtu nuk ka një strukturë të rreptë hapësinore. Afër konceptit të një ekosistemi është koncepti biogjeocenoza.
Përbërësit kryesorë të ekosistemeve janë:
- mjedis jo i gjallë (abiotik). Këto janë uji, mineralet, gazrat, si dhe lëndët organike dhe humusi;
- komponentët biotikë. Këto përfshijnë: prodhuesit ose prodhuesit (bimët e gjelbra), konsumatorët ose konsumatorët (qeniet e gjalla që ushqehen me prodhuesit) dhe dekompozuesit ose dekompozuesit (mikroorganizmat).
Natyra funksionon jashtëzakonisht ekonomikisht. Kështu, biomasa e krijuar nga organizmat (substanca e trupave të organizmave) dhe energjia që ato përmbajnë transferohen te anëtarët e tjerë të ekosistemit: kafshët hanë bimë, këto kafshë hahen nga kafshët e tjera. Ky proces quhet ushqim, ose trofik, zinxhir. Në natyrë, zinxhirët ushqimorë shpesh kryqëzohen, duke formuar një rrjetë ushqimore.
Shembuj të zinxhirëve ushqimorë: bimë - barngrënës - grabitqar; drithëra - miu i fushës - dhelpra etj dhe rrjeta ushqimore janë paraqitur në Fig. 12.
Kështu, gjendja e ekuilibrit në biosferë bazohet në bashkëveprimin e faktorëve mjedisorë biotikë dhe abiotikë, i cili ruhet përmes shkëmbimit të vazhdueshëm të materies dhe energjisë midis të gjithë përbërësve të ekosistemeve.
Në qarkullimet e mbyllura të ekosistemeve natyrore, së bashku me të tjerët, është e nevojshme pjesëmarrja e dy faktorëve: prania e dekompozuesve dhe furnizimi i vazhdueshëm me energji diellore. Në ekosistemet urbane dhe artificiale ka pak ose aspak dekompozues, kështu që mbetjet e lëngshme, të ngurta dhe të gazta grumbullohen duke ndotur mjedisin.
Oriz. 12. Rrjeti ushqimor dhe drejtimi i rrjedhës së materies
Në mënyrë që biosfera të vazhdojë të ekzistojë, në mënyrë që lëvizja (zhvillimi) i saj të mos ndalet, qarkullimi i substancave të rëndësishme biologjikisht duhet të ndodhë vazhdimisht në Tokë. Ky kalim i substancave të rëndësishme biologjikisht nga lidhja në lidhje mund të kryhet vetëm me një shpenzim të caktuar energjie, burimi i së cilës është Dielli.
Energjia diellore siguron dy cikle substancash në Tokë:
- cikël gjeologjik (abiotik), ose i madh;
- cikli biologjik (biotik), ose i vogël.
Cikli gjeologjik manifestohet më qartë në ciklin e ujit dhe qarkullimin atmosferik.
Toka merr afërsisht 21 10 20 kJ energji rrezatuese çdo vit nga Dielli. Rreth gjysma e saj shpenzohet për avullimin e ujit. Kjo është ajo që shkakton ciklin e madh.
Cikli i ujit në biosferë bazohet në faktin se avullimi i tij total nga sipërfaqja e Tokës kompensohet nga reshjet. Në të njëjtën kohë, më shumë ujë avullohet nga oqeani sesa kthehet me reshje. Në tokë, përkundrazi, bien më shumë reshje sesa avullohet uji. Teprica e saj derdhet në lumenj dhe liqene, dhe prej andej përsëri në oqean.
Në procesin e ciklit gjeologjik të ujit, komponimet minerale transferohen nga një vend në tjetrin në një shkallë planetare, dhe gjendja agregate e ujit gjithashtu ndryshon (i lëngët, i ngurtë - borë, akull; i gaztë - avull). Uji qarkullon më intensivisht në gjendje avulli.
Me ardhjen e lëndës së gjallë të bazuar në qarkullimin e atmosferës, uji, përbërjet minerale të tretura në të, d.m.th. në bazë të ciklit abiotik, gjeologjik, një cikël lëndësh organike, ose të vogla, u ngrit, cikli biologjik.
Ndërsa materia e gjallë zhvillohet, gjithnjë e më shumë elementë nxirren vazhdimisht nga cikli gjeologjik dhe hyjnë në një cikël të ri, biologjik.
Në ndryshim nga transferimi dhe lëvizja e thjeshtë e elementeve minerale në ciklin e madh (gjeologjik), në ciklin e vogël (biologjik) momentet më të rëndësishme janë sinteza dhe shkatërrimi i përbërjeve organike. Këto dy procese janë në një marrëdhënie të caktuar, e cila qëndron në themel të jetës dhe përbën një nga tiparet kryesore të saj.
Në ndryshim nga cikli gjeologjik, cikli biologjik ka energji më të ulët. Siç dihet, vetëm 0,1-0,2% e energjisë diellore që bie në Tokë shpenzohet për krijimin e lëndës organike (deri në 50% për ciklin gjeologjik). Përkundër kësaj, energjia e përfshirë në ciklin biologjik shpenzohet në punën e madhe të krijimit të prodhimit primar në Tokë.
Me shfaqjen e materies së gjallë në Tokë, elementët kimikë qarkullojnë vazhdimisht në biosferë, duke kaluar nga mjedisi i jashtëm në organizma dhe përsëri në mjedisin e jashtëm.
Një qarkullim i tillë i elementeve kimike përgjatë shtigjeve pak a shumë të mbyllura, që ndodh duke përdorur energjinë diellore nëpër organizmat e gjallë, quhet cikli (cikli) biogjeokimik.
Ciklet kryesore biogjeokimike janë ciklet e oksigjenit, karbonit, azotit, fosforit, squfurit, ujit dhe lëndëve ushqyese.
Cikli i karbonit.
Në tokë, cikli i karbonit fillon me fiksimin e dioksidit të karbonit nga bimët gjatë fotosintezës. Më pas, karbohidratet formohen nga dioksidi i karbonit dhe lirohet uji dhe oksigjeni. Në këtë rast, karboni lëshohet pjesërisht gjatë frymëmarrjes së bimëve si dioksid karboni. Karboni i fiksuar në bimë konsumohet në një farë mase nga kafshët. Kafshët gjithashtu lëshojnë dioksid karboni kur marrin frymë. Kafshët dhe bimët e ngordhura dekompozohen nga mikroorganizmat, duke bërë që karboni në lëndën organike të vdekur të oksidohet në dioksid karboni dhe të lëshohet përsëri në atmosferë.
Një cikël i ngjashëm karboni ndodh në oqean.
Cikli i azotit.
Cikli i azotit, si ciklet e tjera biogjeokimike, mbulon të gjitha zonat e biosferës. Cikli i azotit shoqërohet me shndërrimin e tij në nitrate për shkak të aktivitetit të baktereve fiksuese dhe nitrifikuese të azotit. Nitratet thithen nga bimët nga toka ose uji. Bimët hahen nga kafshët. Përfundimisht, dekompozuesit e kthejnë azotin përsëri në formë të gaztë dhe e lëshojnë atë përsëri në atmosferë.
Në kushtet moderne, njerëzit kanë ndërhyrë në ciklin e azotit duke rritur bishtajoret fiksuese të azotit në sipërfaqe të mëdha dhe duke fiksuar artificialisht azotin natyror. Bujqësia dhe industria mendohet se ofrojnë gati 60% më shumë azot fiks sesa ekosistemet natyrore tokësore.
Një cikël i ngjashëm i azotit vërehet në mjedisin ujor.
Cikli i fosforit.
Ndryshe nga karboni dhe azoti, komponimet e fosforit gjenden në shkëmbinj që gërryen dhe çlirojnë fosfate. Shumica e tyre përfundojnë në dete dhe oqeane dhe mund të kthehen pjesërisht në tokë përmes zinxhirëve ushqimorë detarë që përfundojnë me zogjtë që hanë peshq. Disa fosfate hyjnë në tokë dhe absorbohen nga rrënjët e bimëve. Thithja e fosforit nga bimët varet nga aciditeti i tretësirës së tokës: me rritjen e aciditetit, fosfatet praktikisht të patretshme në ujë shndërrohen në acid fosforik shumë të tretshëm. Bimët më pas hahen nga kafshët.
Lidhjet kryesore në ciklet biogjeokimike janë organizma të ndryshëm, shumëllojshmëria e formave të të cilave përcakton intensitetin e cikleve dhe përfshirjen e pothuajse të gjithë elementëve të kores së tokës në to.
Në përgjithësi, çdo cikël i çdo elementi kimik është pjesë e ciklit të përgjithshëm të madh të substancave në Tokë, d.m.th. ato janë të lidhura ngushtë.
Para shfaqjes së biosferës, kishte tre cikle të materies në Tokë: cikli mineral - lëvizja e produkteve magmatike nga thellësia në sipërfaqe dhe mbrapa; cikli i gazit - qarkullimi i masave ajrore të ngrohura periodikisht nga dielli,Cikli i ujit - avullimi i ujit dhe bartja e tij nga masat ajrore, reshjet (shiu, bora). Këto tre cikle bashkohen me një term të vetëm - cikli gjeologjik (abiotik). Me ardhjen e jetës, ciklet e gazit, mineraleve dhe ujit u plotësuan nga cikli biotik (biogjenik). - cikli i elementeve kimike të kryera nga aktiviteti jetësor i organizmave. Bashkë me atë gjeologjike një të vetme cikli biogjeokimik substancave në Tokë.
Cikli gjeologjik.
Rreth gjysma e energjisë diellore që arrin në sipërfaqen e Tokës shpenzohet për avullimin e ujit, gërryerjen e shkëmbinjve, shpërbërjen e mineraleve, lëvizjen e masave ajrore dhe, bashkë me to, avujt e ujit, pluhurin dhe grimcat e ngurta të motit.
Lëvizja e ujit dhe erës çon në erozionin e tokës, lëvizjen, rishpërndarjen dhe akumulimin e reshjeve mekanike dhe kimike në hidrosferë dhe litosferë. Ky cikël po ndodh edhe sot.
Me interes të madh Cikli i ujit. Përafërsisht 3,8 10 14 ton ujë avullohet nga hidrosfera në një vit, dhe vetëm 3,4 10 14 ton ujë kthehet me reshje në guaskën ujore të Tokës. Pjesa që mungon bie në tokë. Në total, rreth 1 10 14 ton reshje bien në tokë dhe afërsisht 0,6 10 14 ton ujë avullohet. Uji i tepërt i formuar në litosferë derdhet në liqene dhe lumenj, dhe më pas në Oqeanin Botëror (Fig. 2.4). Rrjedhja sipërfaqësore është afërsisht 0,2 10 14 ton, pjesa e mbetur prej 0,2 10 14 ton ujë hyn në akuiferët nëntokësor, nga ku uji derdhet në lumenj, liqene dhe oqean, dhe gjithashtu plotëson rezervuarët e ujërave nëntokësore.
cikli biotik. Ai bazohet në proceset e sintezës së substancave organike me shkatërrimin e tyre të mëvonshëm në mineralet origjinale. Proceset e sintezës dhe shkatërrimit të substancave organike janë themeli i ekzistencës së lëndës së gjallë dhe tipari kryesor i funksionimit të biosferës.
Aktiviteti jetësor i çdo organizmi është i pamundur pa metabolizmin me mjedisin. Në procesin e metabolizmit, trupi konsumon dhe asimilon substancat e nevojshme dhe lëshon produkte të mbeturinave, madhësia e planetit tonë nuk është e pafundme, dhe në fund të fundit të gjitha substancat e dobishme do të përpunohen në mbeturina të padobishme. Sidoqoftë, në procesin e evolucionit, u gjet një zgjidhje e shkëlqyeshme: përveç organizmave që mund të ndërtojnë lëndë të gjallë nga lënda jo e gjallë, u shfaqën organizma të tjerë që e zbërthejnë këtë lëndë organike komplekse në minerale fillestare, të gatshme për përdorim të ri. "E vetmja mënyrë për t'i dhënë një sasi të kufizuar vetitë e pafundësisë," shkroi V.R. Williams, duhet ta bëjë atë të rrotullohet përgjatë një kurbë të mbyllur."
Mekanizmi i ndërveprimit midis natyrës së gjallë dhe të pajetë konsiston në përfshirjen e lëndës së pajetë në sferën e jetës. Pas një sërë transformimesh të lëndës së pajetë në organizmat e gjallë, ajo kthehet në gjendjen e mëparshme origjinale. Një cikël i tillë është i mundur për shkak të faktit se organizmat e gjallë përmbajnë të njëjtat elemente kimike si natyra e pajetë.
Si ndodh ky cikël? V.I. Vernadsky vërtetoi se konverteri kryesor i energjisë që vjen nga hapësira (kryesisht diellore) është lënda e gjelbër e bimëve. Vetëm ata janë të aftë të sintetizojnë përbërjet organike parësore nën ndikimin e energjisë diellore. Shkencëtari llogariti se sipërfaqja totale e lëndës së gjelbër të bimëve që thith energjinë, në varësi të kohës së vitit, varion nga 0,86 në 4,2% të sipërfaqes së Diellit. Në të njëjtën kohë, sipërfaqja e Tokës
Kafshët ushqimi i të cilave janë bimët ose kafshët e tjera sintetizojnë përbërje të reja organike në trupin e tyre.
Mbetjet e kafshëve dhe bimëve shërbejnë si ushqim për krimbat, kërpudhat dhe mikroorganizmat, të cilët përfundimisht i shndërrojnë ato në mineralet origjinale, duke çliruar dioksid karboni. Këto minerale shërbejnë sërish si lëndë e parë fillestare për krijimin e përbërjeve organike parësore nga bimët. Kështu rrethi mbyllet dhe fillon një lëvizje e re e atomeve.
Megjithatë, cikli i substancave nuk është plotësisht i mbyllur. Disa prej atomeve dalin nga cikli, fiksohen dhe organizohen nga forma të reja të organizmave të gjallë dhe produktet e veprimtarisë së tyre jetësore. Duke depërtuar në litosferë, hidrosferë dhe troposferë, organizmat e gjallë kanë prodhuar dhe po prodhojnë një punë të madhe gjeokimike për lëvizjen dhe rishpërndarjen e substancave ekzistuese dhe krijimin e të rejave. Ky është thelbi i zhvillimit progresiv të biosferës, pasi kjo zgjeron fushën e cikleve biogjeokimike dhe forcon biosferën. Siç vuri në dukje V.I. Vernadsky, në biosferë ekziston një lëvizje e vazhdueshme biogjene e atomeve në formën e "vorbullave".
Ndryshe nga ai gjeologjik, cikli biotik karakterizohet nga konsumi i parëndësishëm i energjisë. Siç u përmend tashmë, rreth 1% e energjisë diellore që arrin në sipërfaqen e Tokës shpenzohet për krijimin e lëndës organike parësore. Kjo energji është e mjaftueshme për funksionimin e proceseve më komplekse biogjeokimike në planet.
