Maddelerin biyolojik döngüsü. Biyolojik ve jeolojik döngüler

Biyosferdeki maddelerin döngüsü, maddelerin eklem, birbirine bağlı dönüşümü ve hareketinin döngüsel, tekrar tekrar tekrarlanan bir sürecidir. Madde döngüsünün varlığı gerekli bir durum

Biyosferin varlığı. Maddelerin bazı organizmalar tarafından kullanıldıktan sonra diğer organizmaların erişebileceği bir forma dönüştürülmesi gerekir. Maddelerin bir bağlantıdan diğerine böyle bir geçişi enerji harcamasını gerektirir ve bu nedenle yalnızca güneş enerjisinin katılımıyla mümkündür. Güneş enerjisinin kullanılmasıyla gezegende birbirine bağlı iki madde döngüsü meydana gelir: büyük - jeolojik ve küçük - biyolojik (biyotik). Maddelerin jeolojik döngüsü

- abiyotik faktörlerin etkisi altında gerçekleştirilen maddelerin göç süreci: hava koşulları, erozyon, su hareketi vb. Canlı organizmalar buna katılmaz. Gezegende canlı maddenin ortaya çıkmasıyla birlikte, biyolojik (biyotik) döngü . Tüm canlı organizmalar buna katılır, bazı maddeleri çevreden emer ve diğerlerini serbest bırakır. Örneğin bitkiler yaşam sürecinde çevreden karbondioksit, su ve mineralleri tüketerek oksijen açığa çıkarırlar. Hayvanlar solunum için bitkilerden salınan oksijeni kullanır. Bitkileri yerler ve sindirim sonucunda fotosentez sırasında oluşan organik maddeleri özümserler. Karbondioksit ve sindirilmemiş yiyecek artıklarını açığa çıkarırlar. Bitkiler ve hayvanlar öldükten sonra bir yığın ölü organik madde (döküntü) oluştururlar. Detritus, mikroskobik mantarlar ve bakteriler tarafından ayrışmaya (mineralizasyona) hazırdır. Hayati aktivitelerinin bir sonucu olarak biyosfere ilave miktarda karbondioksit girer. Ve organik maddeler orijinallerine dönüştürülür inorganik bileşenler

İçerdiği enerji organik madde ah, besin zincirlerinden geçtikçe azalır. Çoğu, çevreye ısı şeklinde dağılır veya organizmaların hayati süreçlerini sürdürmek için harcanır. Örneğin hayvanların ve bitkilerin solunumu, bitkilerde maddelerin taşınması ve ayrıca canlı organizmaların biyosentez süreçleri. Ayrıca ayrıştırıcıların aktivitesi sonucu oluşan biyojenler organizmaların kullanabileceği enerjiyi içermez. İÇİNDE bu durumda yalnızca biyosferdeki enerji akışından bahsedebiliriz, döngüden söz edemeyiz. Bu nedenle biyosferin sürdürülebilir varlığının koşulu, biyojeosinozlarda maddelerin sürekli dolaşımı ve enerji akışıdır.

Jeolojik ve biyolojik döngüler birlikte, nitrojen, su, karbon ve oksijen döngülerine dayanan maddelerin genel biyojeokimyasal döngüsünü oluşturur.

Azot döngüsü

Azot biyosferdeki en yaygın elementlerden biridir. Biyosfer nitrojeninin büyük kısmı atmosferde gaz halinde bulunur. Kimya dersinden bildiğiniz gibi moleküler nitrojendeki (N 2) atomlar arasındaki kimyasal bağlar çok güçlüdür. Bu nedenle çoğu canlı organizma onu doğrudan kullanamaz. Dolayısıyla nitrojen döngüsündeki önemli bir aşama, onun sabitlenmesi ve organizmaların erişebileceği bir forma dönüştürülmesidir. Azot fiksasyonunun üç yolu vardır.

atmosferik sabitleme. Atmosferin etkisi altında elektrik deşarjları(yıldırım) nitrojeni oksijenle reaksiyona girerek nitrojen oksit (NO) ve dioksit (NO2) oluşturabilir. Nitrik oksit (NO), oksijen tarafından çok hızlı bir şekilde oksitlenir ve nitrojen dioksite dönüştürülür. Azot dioksit su buharında çözünür ve çökelmeyle birlikte nitröz (HNO 2) ve nitrik (HNO 3) asitler halinde toprağa girer. Toprakta bu asitlerin ayrışması sonucu nitrit (NO 2 –) ve nitrat iyonları (NO 3 –) oluşur. Nitrit ve nitrat iyonları bitkiler tarafından zaten emilebilmekte ve biyolojik döngüye dahil edilebilmektedir. Atmosferdeki nitrojen fiksasyonu yılda yaklaşık 10 milyon ton nitrojene karşılık gelir; bu, biyosferdeki yıllık nitrojen fiksasyonunun yaklaşık %3'üdür.

Biyolojik fiksasyon. Azotu bitkilerin erişebileceği formlara dönüştüren azot sabitleyici bakteriler tarafından gerçekleştirilir. Mikroorganizmalar sayesinde nitrojenin yaklaşık yarısı bağlanır. En iyi bilinen bakteriler baklagillerin nodüllerindeki nitrojeni sabitleyen bakterilerdir. Bitkilere amonyak (NH3) formunda azot sağlarlar. Amonyak, bitkiler tarafından emilen amonyum iyonunu (NH4 +) oluşturmak için suda oldukça çözünür. Bu nedenle baklagiller en iyi öncüllerdir ekili bitkilerürün rotasyonunda. Hayvanların ve bitkilerin ölümü ve kalıntılarının ayrışmasından sonra toprak, organik ve mineral azot bileşikleriyle zenginleşir. Daha sonra, paslandırıcı (amonifiye edici) bakteriler, bitki ve hayvanların nitrojen içeren maddelerini (proteinler, üre, nükleik asitler) amonyağa parçalar. Bu süreç denir amonifikasyon. Amonyağın çoğu daha sonra nitrifikasyon bakterileri tarafından tekrar bitkiler tarafından kullanılan nitritlere ve nitratlara oksitlenir. Azot, bir grup denitrifikasyon bakterisi tarafından gerçekleştirilen denitrifikasyon yoluyla atmosfere geri döndürülür. Sonuç olarak nitrojen bileşikleri moleküler nitrojene indirgenir. Nitrat ve amonyum formundaki nitrojenin bir kısmı yüzey akışıyla yüzeye girer. su ekosistemleri. Burada nitrojen suda yaşayan organizmalar tarafından emilir veya dipteki organik çökeltilere girer.

Endüstriyel sabitleme. Mineral azotlu gübrelerin üretimi sırasında her yıl endüstriyel olarak büyük miktarda azot sabitlenir. Bu tür gübrelerden gelen azot, bitkiler tarafından amonyum ve nitrat formlarında emilir. Belarus'ta üretilen azotlu gübrelerin hacmi şu anda yılda yaklaşık 900 bin tondur. En büyük üretici OJSC GrodnoAzot'tur. Bu işletme üre, amonyum nitrat, amonyum sülfat ve diğer azotlu gübreler üretmektedir.

Yapay olarak uygulanan azotun yaklaşık 1/10'u bitkiler tarafından kullanılır. Geri kalanı yüzey akışı ve yeraltı suyuyla su ekosistemlerine gidiyor. Bu, fitoplankton tarafından emilebilen büyük miktarlarda nitrojen bileşiklerinin suda birikmesine yol açar. Sonuç olarak alglerin hızla çoğalması (ötrofikasyon) ve bunun sonucunda su ekosistemlerinde ölüm mümkündür.

Su döngüsü

Su biyosferin ana bileşenidir. Döngü sırasında hemen hemen tüm elementlerin çözünmesi için bir ortamdır. Biyosfer suyunun çoğu, sıvı su ve sonsuz buzdan gelen su (biyosferdeki tüm su rezervlerinin% 99'undan fazlası) ile temsil edilir. Suyun küçük bir kısmı içeride gaz hali atmosferik su buharıdır. Biyosfer su döngüsü, Dünya yüzeyinden buharlaşmasının yağışla telafi edilmesi gerçeğine dayanmaktadır. Su, yağış şeklinde kara yüzeyine ulaştığında kayaların tahrip olmasına katkıda bulunur. Bu, onları canlı organizmaların kullanımına sunan mineralleri sağlar. Jeolojik döngüsünü belirleyen, gezegenin yüzeyinden suyun buharlaşmasıdır. Gelen güneş enerjisinin yaklaşık yarısını tüketir. Suyun deniz ve okyanus yüzeyinden buharlaşması, yağışla geri dönüşünden daha hızlı gerçekleşir. Kıtalarda yağışın buharlaşmaya üstün gelmesi nedeniyle bu fark yüzey ve derin akışla telafi edilir.

Karadaki suyun buharlaşma yoğunluğunun artması büyük ölçüde bitkilerin yaşamsal aktivitesinden kaynaklanmaktadır. Bitkiler topraktan su alır ve onu aktif olarak atmosfere aktarır. Bitki hücrelerindeki suyun bir kısmı fotosentez sırasında parçalanır. Bu durumda hidrojen şu şekilde sabitlenir: organik bileşikler ve oksijen atmosfere salınır.

Hayvanlar suyu vücuttaki ozmotik ve tuz dengesini korumak için kullanır ve onu metabolik ürünlerle birlikte dış ortama salarlar.

Karbon döngüsü

Kimyasal bir element olan karbon, atmosferde karbondioksit halinde bulunur. Bu, canlı organizmaların Dünya gezegenindeki bu elementin döngüsüne zorunlu katılımını belirler. Karbonun alındığı ana yol inorganik bileşikler zorunlu bir kimyasal element olduğu organik maddelerin bileşimine geçer - bu fotosentez sürecidir. Canlı organizmaların solunumu sırasında ve ölü organik maddelerin bakteriler tarafından parçalanması sırasında karbonun bir kısmı karbondioksit olarak atmosfere salınır. Bitkiler tarafından emilen karbon hayvanlar tarafından tüketilir. Ayrıca mercan polipleri ve yumuşakçalar, iskelet yapıları ve kabukları oluşturmak için karbon bileşiklerini kullanır. Ölüp yerleştikten sonra dipte kireçtaşı birikintileri oluşur. Böylece karbon döngüden çıkarılabilir. Karbonun döngüden uzun süre uzaklaştırılması minerallerin oluşumuyla sağlanır: kömür, petrol, turba.

Gezegenimizin varlığı boyunca döngüden çıkan karbon, volkanik patlamalar ve diğer doğal süreçler sırasında atmosfere giren karbondioksit ile telafi edildi. Şu anda, atmosferdeki karbon yenilenmesinin doğal süreçlerine önemli miktarda karbon eklenmiştir. antropojenik etki. Örneğin hidrokarbon yakıtları yakarken. Bu da Dünya üzerinde yüzyıllardır düzenlenen karbon döngüsünü bozuyor.

Karbondioksit konsantrasyonunda yüzyıl boyunca sadece %0,01'lik bir artış, gözle görülür bir tabloya yol açtı. sera etkisi. Gezegendeki ortalama yıllık sıcaklık 0,5 °C arttı ve Dünya Okyanusunun seviyesi neredeyse 15 cm yükseldi. Bilim adamlarına göre, yıllık ortalama sıcaklık 3-4 °C daha artarsa, sonsuz buz erimeye başlayacak. eritmek. Aynı zamanda Dünya Okyanusu'nun seviyesi 50-60 cm yükselecek ve bu da karanın önemli bir kısmının sular altında kalmasına yol açacak. Bu küresel kabul edilir çevre felaketiÇünkü Dünya nüfusunun yaklaşık %40'ı bu bölgelerde yaşıyor.

Oksijen döngüsü

Oksijen biyosferin işleyişinde özel bir rol oynar önemli rol metabolik süreçlerde ve canlı organizmaların solunumunda. Solunum, yakıtın yanması ve çürüme işlemleri sonucunda atmosferdeki oksijen miktarındaki azalma, bitkilerin fotosentez sırasında açığa çıkardığı oksijenle telafi edilir.

Oksijen, soğudukça Dünya'nın birincil atmosferinde oluştu. Yüksek reaktivitesi nedeniyle gaz halinden çeşitli inorganik bileşiklerin (karbonatlar, sülfatlar, demir oksitler vb.) bileşimine geçmiştir. Gezegenin günümüzün oksijen içeren atmosferi, yalnızca canlı organizmalar tarafından gerçekleştirilen fotosentez nedeniyle oluşmuştur. Atmosferdeki oksijen içeriği uzun süredir mevcut seviyelere yükseliyor. Miktarını sabit bir seviyede tutmak şu anda ancak fotosentetik organizmalar sayesinde mümkün.

Ne yazık ki, son on yıllar Ormansızlaşmaya ve toprak erozyonuna yol açan insan faaliyetleri fotosentezin yoğunluğunu azaltır. Bu da Dünya'nın geniş alanlarındaki oksijen döngüsünün doğal seyrini bozuyor.

Olumsuz en atmosferik oksijen, maruz kaldığında ozon ekranının oluşumu ve yok edilmesi süreçlerine katılır. ultraviyole radyasyon Güneş.

Maddelerin biyojenik döngüsünün temeli güneş enerjisidir. Biyosferin sürdürülebilir varlığının temel koşulu, biyojeosinozlarda maddelerin sürekli dolaşımı ve enerji akışıdır. Canlı organizmalar nitrojen, karbon ve oksijen döngülerinde önemli bir rol oynar. Biyosferdeki küresel su döngüsünün temeli fiziksel süreçlerle sağlanmaktadır.

Konu 3.4. ELEMENTLERİN BİYOLOJİK DÖNGÜSÜ

3.4.1. Maddelerin biyolojik döngüsünün genel kavramı

Canlı organizmaların birbirleriyle etkileşimini incelemenin başlangıcından bu yana çevre biyojenik kütle transferi süreçlerinin olduğu ortaya çıktı döngüsel doğa(bkz. Şekil 2.3.2).

Uzayda değişen uzunlukta ve zaman biçiminde eşit olmayan kütle aktarım döngüleri dinamik sistem biyosfer. V.I. Vernadsky çoğunluğun tarihinin kimyasal elementler Biyosfer kütlesinin %99'undan fazlasını oluşturan bu oluşum ancak dairesel göçler (döngüler) dikkate alınarak anlaşılabilir. Aynı zamanda “bu döngüler atomların yalnızca ana kısmında geri dönüşümlüdür, bazı elementler ise kaçınılmaz ve sürekli olarak döngüden çıkarlar. Bu çıktı doğaldır, yani. döngüsel süreç tamamen tersine çevrilemez.” Göç döngülerinin tam olmayan tersine çevrilebilirliği ve dengesizliği, organizmaların uyum sağlayabileceği belirli göç eden element konsantrasyonlarına izin verir, ancak aynı zamanda belirli bir döngüden fazla miktardaki elementin uzaklaştırılmasını da sağlar.

Yani, biyosferin bir sistem olarak bütünlüğü, organik maddenin sentezi ve ayrışmasıyla ilişkili süreçlerin anahtar rol oynadığı bileşenleri arasındaki sürekli madde alışverişinden kaynaklanmaktadır. Hem canlı organizmalar ile çevre arasındaki metabolizma sırasında hem de organizmanın bir bütün olarak ölümünden veya bireysel organlarının ölümünden sonra organik maddenin mineralizasyon süreçlerinde gerçekleşirler. Buna ek olarak, doğası gereği biyojenik olmayan çeşitli bileşenler arasındaki madde alışverişi süreçleri de biyosferdeki madde döngüsüne katkıda bulunur. coğrafi zarf.

3.4.2. Maddelerin biyojeokimyasal döngüsünün unsurları.
Karadaki ve okyanustaki elementlerin biyolojik döngüsünün parametreleri

Maddelerin biyolojik döngüsü bir dizi kabul sürecini temsil eder kimyasal organizmalar canlı organizmalara dönüştürülmesi, yeni karmaşık bileşiklerin biyokimyasal sentezi ve elementlerin toprağa, atmosfere ve hidrosfere geri dönüşü (Şekil)

Abiojenik ve biyolojik döngüler yakından iç içe geçmiş olup, gezegensel bir jeokimyasal döngü ve yerel madde döngülerinden oluşan bir sistem oluşturur. Böylece milyarlarca yıl boyunca biyolojik tarih Gezegenimiz, biyosferin normal işleyişinin temelini oluşturan büyük bir biyojeokimyasal döngü ve doğadaki kimyasal elementlerin farklılaşmasını geliştirmiştir. Yani gelişmiş bir biyosfer koşullarında madde döngüsü biyolojik, jeolojik ve jeokimyasal faktörlerin birleşik etkisiyle yönlendirilir. Aralarındaki ilişki farklı olabilir ama eylem ortak olmalı! Maddelerin biyojeokimyasal dolaşımı ve biyojeokimyasal döngüler terimleri bu anlamda kullanılmaktadır.

Biyolojik döngü tamamen dengelenmiş bir kapalı döngü değildir.

Maddelerin biyolojik döngüsünde gerçekleştirilen işlemlerin biyolojik, biyokimyasal ve jeokimyasal önemi ilk kez V.V. Dokuchaev. V.I.'nin çalışmalarında daha da ortaya çıktı. Vernadsky, B.B. Polynova, D.N. Pryanishnikova, V.N. Sukacheva, L.E. Rodina, N.I. Bazilevich, V.A. Kovda ve diğer araştırmacılar.

Kimyasal elementlerin doğal biyolojik döngülerini incelemeye başlamadan önce en sık kullanılan terimlere aşina olmak gerekir.

Biyokütle - biriken canlı madde kütlesi şu anda zaman.

Bitki kütlesi (veya bitki biyokütlesi0 - herhangi bir belirli alanda veya bir bütün olarak gezegende belirli bir anda anatomik yapılarını koruyan bitki topluluklarının yaşayan ve ölü organizmalarının kütlesi.

Bitki kütlesinin yapısı - Bitkilerin yer altı ve yer üstü kısımlarının yanı sıra bitkilerin yıllık ve çok yıllık, fotosentetik ve fotosentetik olmayan kısımlarının oranı.

Paçavra – Tesis ile mekanik bağlantıyı koruyan tesislerin ölü kısımları.

Çürümek - Birim zamanda birim alan başına toprak üstü ve yer altı kısımlarında ölen bitkilerin organik madde miktarı.

Yavrulamak - değişen derecelerde mineralizasyona sahip çok yıllık bitki artıkları birikintileri.

Kazanmak – Bir organizmanın veya organizma topluluğunun, birim zamanda birim alanda biriken kütlesi.

Gerçek Kazanç – büyüme miktarının birim alan başına birim zamandaki çöp miktarına oranı.

Birincil üretim – Ototrofların (yeşil bitkiler) birim zamanda birim alan başına oluşturduğu canlı madde kütlesi.

İkincil ürünler – heterotrofların birim zamanda birim alan başına oluşturduğu organik madde kütlesi.

Biyolojik döngünün kapasitesi ve hızı arasında ayrım yapmak da gereklidir.

Biyolojik döngünün kapasitesi – olgun bir biyosinozun (fitosenoz) kütlesinde bulunan kimyasal elementlerin sayısı.

Biyolojik döngünün yoğunluğu – birim zaman başına birim alan başına biyokütle büyümesinde bulunan kimyasal elementlerin miktarı.

Biyolojik devir oranı - Bir elementin canlı madde tarafından absorbe edilmesinden canlı maddeden salınmasına kadar geçen süre.

Alan. Rodina ve N.I. Bazilevich (1965), karadaki elementlerin biyolojik döngüsünün tam döngüsü aşağıdaki bileşenlerden oluşur:

1. Karbonun bitkiler tarafından atmosferden ve azot, kül elementleri ve suyun topraktan emilmesi, bitki organizmalarının vücutlarına sabitlenmesi, ölü bitkiler veya bunların parçaları ile toprağa girmesi, çöplerin ayrışması ve içerdiği elementlerin salınması onlara.
2. Bitkilerin bazı kısımlarının kendileriyle beslenen hayvanlar tarafından yenilmesi, bunların hayvanların vücutlarında yeni organik bileşiklere dönüştürülmesi ve bir kısmının hayvan organizmalarında sabitlenmesi, daha sonra hayvanların dışkıları veya cesetleri ile toprağa girmeleri, her ikisinin de ayrışması ve bunların içerdiği elementlerin salınması.
3. Bitkiler ve atmosfer (toprak havası dahil) arasındaki gaz değişimi.
4. Bazı elementlerin toprak üstü bitki organları ve kök sistemleri tarafından ömür boyu doğrudan toprağa salgılanması.

Biyosferin yapısı genel görünüm birinci dereceden en büyük iki doğal kompleksi temsil eder - kıta ve okyanus. İÇİNDE modern çağ Bir bütün olarak kara bir elüvyon sistemidir, okyanus ise birikimli bir sistemdir. Okyanus ve kara arasındaki "jeokimyasal ilişkinin" tarihi, toprağın kimyasal bileşimine yansır ve okyanus suları. Yaşamın temeli olan elementler (Si, Al, Fe, Mn, C, P, N, Ca, K) toprakta birikmekte ve H, O, Na, Cl, S, Mg ise toprağın kimyasal temelini oluşturmaktadır. okyanus.

Dünya karalarının bitkileri, hayvanları ve toprak örtüsü karmaşık bir sistem oluşturur. Güneş enerjisini, atmosferik karbonu, nemi, oksijeni, hidrojeni, nitrojeni, fosforu, kükürtü, kalsiyumu ve diğer biyofilik elementleri bağlayıp yeniden dağıtan bu sistem, sürekli olarak yeni biyokütle oluşturur ve serbest oksijen üretir.

Okyanusta ikinci bir sistem daha var ( su bitkileri ve hayvanlar), gezegende fitobiyokütle oluşumu ve oksijenin atmosfere salınması yoluyla güneş enerjisini, karbonu, nitrojeni, fosforu ve diğer biyofilleri bağlamak gibi aynı işlevleri yerine getirir.

Biyosferde kozmik enerjinin (öncelikle Güneş enerjisinin) birikiminin ve yeniden dağıtımının üç biçimi olduğunu zaten biliyorsunuz.

Bunlardan ilkinin özü şudur. Canlı organizmalar, besin zincirleri ve ilişkili hayvanlar ve bakteriler aracılığıyla dokularını birçok kimyasal element ve bunların bileşiklerini kullanarak oluştururlar. Bunların en önemlileri arasında H, O, N, P, S, Ca, K, Mg, Si, Al, Mn gibi makro elementlerin yanı sıra I, Co, Cu, Zn, Mo vb. mikro elementler bulunur. Bu durumda Hafif izotopların seçici seçimi, daha ağır olanlardan karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen ve kükürt oluşur.

Karada, suda ve havada yaşayan canlılar, yaşamları boyunca ve hatta ölümden sonra bile çevreyle sürekli bir alışveriş halindedir. Bu durumda, organizmaların ve çevrenin (metabolitler) intravital metabolizma ürünlerinin toplam kütlesi ve hacmi, canlı maddenin biyokütlesinden birkaç kat daha fazladır.

Biyojeokimyasal döngünün unsurları aşağıdaki bileşenlerdir:

1. Sürekli veya düzenli olarak tekrarlanan enerji akışı, yeni bileşiklerin oluşumu ve sentezi süreçleri.
2. Fiziksel, kimyasal ve biyolojik ajanların etkisi altında enerjinin sürekli veya periyodik aktarımı veya yeniden dağıtılması süreçleri ve sentezlenen bileşiklerin uzaklaştırılması ve yönsel hareketi süreçleri.
3. Sıralı dönüşümün yönlendirilmiş ritmik süreçleri: biyojenik ve abiojenik çevresel etkilerin etkisi altında önceden sentezlenmiş bileşiklerin ayrışması, yok edilmesi.
4. Maddelerin yeni, düzenli döngüleri için başlangıç ​​bileşenleri rolünü oynayan, gaz, sıvı veya katı haldeki en basit mineral veya organomineral bileşenlerin sürekli veya periyodik oluşumu.

Biyolojik olanlar organizmaların hayati faaliyetlerinden kaynaklanır (beslenme, besin bağlantıları, üreme, büyüme, metabolik ürünlerin hareketi, ölüm, ayrışma, mineralizasyon)

Çalışma sırasında dikkate alınan zorunlu parametreler biyojeokimyasal döngüler aşağıdaki ana göstergelerdir:

1. Toplam biyokütle ve gerçek büyümesi (bitki, hayvanat bahçesi ve mikrobiyal kütle ayrı ayrı).
2. Organik çöp (miktar, bileşim)
3. Toprak organik maddesi (humus, ayrışmamış organik madde).
4. Toprakların, suların, havanın, çökeltilerin, biyokütlenin bireysel fraksiyonlarının temel malzeme bileşimi.
5. Zemin ve yeraltı rezervleri biyojenik enerji.
6. Ömür boyu metabolitler
7. Canlı organizma türlerinin sayısı, sayıları, bileşimleri
8. Her türün organizmalarının yaşam beklentisi, canlı organizma popülasyonlarının ve toprağın yaşam dinamikleri.
9. Ekolojik ve meteorolojik çevre: insan müdahalesinin arka planı ve değerlendirilmesi.
10. Çeşitli manzaraların özellikleri ve unsurları.
11. Kirleticilerin miktarı, kimyasal, fiziksel, biyolojik özellikleri.

Belirli bir kimyasal elementin bireysel önemi, bitki külündeki (ağırlıkça) element içeriğinin topraktaki (veya topraktaki) aynı elementin içeriğine oranıyla belirlenen biyolojik absorpsiyon katsayısı ile değerlendirilir. yer kabuğu).

1966'da V.A. Kovda, genel karbon döngüsünün ortalama süresini karakterize etmek için kaydedilen fitobiyokütlenin fitomadaki yıllık fotosentetik artışa oranının kullanılmasını önerdi. Bu katsayı, belirli bir alanda (veya genel olarak karada) biyokütlenin genel sentez-mineralizasyon döngüsünün ortalama süresini karakterize eder. Hesaplamalar, bu döngünün genel olarak arazi payının 300-400 ila 1000 yıl arasındaki süreye uyduğunu göstermiştir. Buna göre bu ortalamayla hızla gidiyor biyokütleye bağlı mineral bileşiklerin salınımı, toprakta humusun oluşumu ve mineralizasyonu.

Biyosferdeki canlı maddenin mineral bileşenlerinin biyojeokimyasal öneminin genel bir değerlendirmesi için V.A. Kovda, biyokütledeki mineral madde rezervinin yanı sıra büyüme ve çöp yoluyla dolaşıma katılan yıllık mineral madde miktarını nehirlerin yıllık kimyasal akışıyla karşılaştırmayı önerdi. Bu değerlerin karşılaştırılabilir olduğu ortaya çıktı. Bu, nehir sularında çözünen maddelerin çoğunun, okyanus veya iç çöküntüler yönünde su ile jeokimyasal göçe katılmadan önce bitki-toprak sisteminin biyolojik döngüsünden geçtiği anlamına gelir.

Biyojeokimyasal döngü indekslerinin farklı türlerde büyük ölçüde değiştiği ortaya çıktı. iklim koşullarıçeşitli bitki topluluklarının örtüsü altında, farklı koşullar doğal drenaj, yani N.I. Bazilevich ve L.E. Rodin, belirli bir biyojeosinoz koşulları altında altlığın ayrışmasının yoğunluğunu ve altlığın korunma süresini karakterize eden ek bir katsayı hesaplamayı önerdi, orana eşitçöp kütlesinin yıllık çöp kütlesine oranı. Bu araştırmacılara göre, fitomas ayrışma indeksleri kuzeydeki tundra ve bataklıklarda en yüksek, bozkır ve yarı çöllerde ise en düşük (yaklaşık 1).

B.B. Polynov, su göç endeksinin, buharlaşan nehir veya yeraltı suyundaki mineral kalıntısındaki bir element miktarının, kayalardaki (veya yer kabuğundaki) aynı kimyasal bileşenin içeriğine oranına eşit olarak hesaplanmasını önerdi. Su göç endekslerinin hesaplanması, biyosferdeki en hareketli göçmenlerin klor, kükürt, bor, brom, iyot, kalsiyum, sodyum, magnezyum, flor, stronsiyum, çinko, uranyum ve molibden olduğunu gösterdi. En az hareketli olanlar silikon, alüminyum, demir, potasyum, fosfor, baryum, manganez, rubidyum, bakır, nikel, kobalt, arsenik, lityumdur.

Bozulmamış biyojeokimyasal döngüler neredeyse daireseldir; neredeyse ayrılmış karakter. Doğadaki döngülerin çoğalma (tekrarlanma) derecesi çok yüksektir (V.A. Kovda'ya göre -% 90-98). Böylece döngüde yer alan bileşenlerin bileşimi, miktarı ve konsantrasyonunda belirli bir sabitlik korunur. Ancak biyojeokimyasal döngülerin tam olarak kapanmaması, daha sonra göreceğimiz gibi, çok önemli bir jeokimyasal öneme sahiptir ve biyosferin evrimine katkıda bulunur. Bu nedenle atmosferde biyojenik oksijen birikimi, yerkabuğunda karbon bileşiklerinin (petrol, kömür, kireç taşları) biyojenik ve kemojenik birikimi vardır.

Karadaki biyojeokimyasal döngünün ana parametrelerine daha yakından bakalım.

Elementlerin genel biyojeokimyasal döngüsü, bireysel kimyasal elementlerin biyojeokimyasal döngülerini içerir. Biyosferin bir bütün olarak işleyişinde ve daha düşük bir sınıflandırma seviyesindeki bireysel jeosistemlerde en önemli rol, canlı madde ve fizyolojik süreçlerin bileşimindeki rolleri nedeniyle canlı organizmalar için en gerekli olan çeşitli kimyasal elementlerin döngüleri tarafından oynanır. . Bu en önemli kimyasal elementler arasında karbon, oksijen, nitrojen, kükürt, fosfor vb. bulunur.

Seçkin Rus bilim adamı Akademisyen V.I. Vernadsky.

Biyosfer- Canlı organizmaların tümünü ve gezegenin maddesinin bu organizmalarla sürekli değişim sürecinde olan kısmını içeren Dünya'nın karmaşık dış kabuğu. Bu, insanları çevreleyen doğal çevrenin ana bileşeni olan Dünya'nın en önemli jeosferlerinden biridir.

Dünya eş merkezlidir kabuklar(jeosferler) hem iç hem de dış. İç olanlar çekirdek ve mantoyu ve dış olanları içerir: litosfer - 6 km (okyanusun altında) ila 80 km (dağ sistemleri) kalınlığında yer kabuğunu (Şekil 1) içeren Dünya'nın kayalık kabuğu; hidrosfer - Dünyanın su kabuğu; atmosfer- Çeşitli gazların, su buharının ve tozun karışımından oluşan Dünya'nın gazlı zarfı.

10 ila 50 km yükseklikte, maksimum konsantrasyonu 20-25 km yükseklikte olan, Dünya'yı vücut için ölümcül olan aşırı ultraviyole radyasyondan koruyan bir ozon tabakası vardır. Biyosfer de buraya (dış jeosferlere) aittir.

Biyosfer - Atmosferin 25-30 km yüksekliğe kadar (ozon tabakasına kadar) bir kısmını, neredeyse tüm hidrosferi ve litosferin üst kısmını yaklaşık 3 km derinliğe kadar içeren Dünya'nın dış kabuğu

Pirinç. 1. Yer kabuğunun yapısının şeması

(Şekil 2). Bu parçaların özelliği, onları oluşturan canlı organizmaların yaşamasıdır. canlı madde gezegenler. Etkileşim biyosferin abiyotik kısmı- hava, su, kayalar ve organik maddeler - biyotalar toprakların ve tortul kayaçların oluşmasına neden oldu.

Pirinç. 2. Biyosferin yapısı ve temel yapısal birimlerin kapladığı yüzeylerin oranı

Biyosfer ve ekosistemlerdeki maddelerin döngüsü

Biyosferdeki canlı organizmaların kullanabileceği tüm kimyasal bileşikler sınırlıdır. Sindirilebilirliğin tükenmesi kimyasallar genellikle belirli organizma gruplarının gelişimini engeller. yerel alanlar kara veya okyanus. Akademisyen V.R. Williams, vermenin tek yolu nihai özellikler Sonsuzun amacı kapalı bir eğri boyunca dönmesini sağlamaktır. Sonuç olarak, madde döngüsü ve enerji akışı nedeniyle biyosferin stabilitesi korunur. Mevcut iki ana madde döngüsü: büyük - jeolojik ve küçük - biyojeokimyasal.

Büyük Jeolojik Döngü(Şekil 3). Kristal kayaçlar (mağmatik) fiziksel, kimyasal ve biyolojik faktörlerin etkisiyle tortul kayaçlara dönüşür. Kum ve kil, derin kayaların dönüşümünün ürünleri olan tipik çökeltilerdir. Bununla birlikte, çökeltilerin oluşumu yalnızca mevcut kayaların tahrip olması nedeniyle değil, aynı zamanda biyojenik minerallerin (mikroorganizmaların iskeletleri) sentezi yoluyla da meydana gelir. doğal kaynaklar- okyanus, deniz ve göl suları. Gevşek sulu çökeller, rezervuarların dibinde yeni tortul malzeme bölümleriyle izole edildikleri, derinliğe daldırıldıkları ve yeni termodinamik koşullara (daha yüksek sıcaklık ve basınç) maruz kaldıkları için su kaybeder, sertleşir ve tortul kayalara dönüşürler.

Daha sonra, bu kayalar, yeni sıcaklık ve basınç koşullarına derin dönüşüm süreçlerinin gerçekleştiği daha da derin ufuklara batar - metamorfizma süreçleri meydana gelir.

Endojen enerji akışlarının etkisi altında derin kayalar erir ve yeni magmatik kayaların kaynağı olan magma oluşur. Bu kayalar Dünya yüzeyine çıktıktan sonra hava koşulları ve taşınma süreçlerinin etkisiyle yeniden yeni tortul kayalara dönüşürler.

Böylece, büyük girdap Güneş (dışsal) enerjinin Dünya'nın derin (endojen) enerjisi ile etkileşiminden kaynaklanır. Biyosfer ile gezegenimizin daha derin ufukları arasındaki maddeleri yeniden dağıtır.

Pirinç. 3. Maddelerin büyük (jeolojik) döngüsü (ince oklar) ve yer kabuğundaki çeşitlilikteki değişiklikler (düz geniş oklar - büyüme, kırık oklar - çeşitliliğin azalması)

Büyük Girdap'ın yanında Hidrosfer, atmosfer ve litosfer arasındaki, Güneş enerjisiyle yürütülen su döngüsüne de denir. Su, rezervuarların ve toprağın yüzeyinden buharlaşır ve ardından yağış şeklinde Dünya'ya geri döner. Okyanus üzerinde buharlaşma yağıştan fazladır; karada ise tam tersidir. Bu farklılıklar nehir akışlarıyla telafi edilir. İÇİNDE küresel dolaşım Kara bitki örtüsü suda önemli bir rol oynar. Bireysel alanlarda bitkilerin terlemesi dünyanın yüzeyi buraya düşen yağışların %80-90'ını oluşturabilir ve ortalama olarak tümü için iklim bölgeleri- yaklaşık %30. Büyük döngünün aksine, maddelerin küçük döngüsü yalnızca biyosferde meydana gelir. Büyük ve küçük su döngüleri arasındaki ilişki Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.

Gezegensel ölçekte döngüler, bireysel ekosistemlerdeki organizmaların yaşamsal faaliyetleri tarafından yönlendirilen atomların sayısız yerel döngüsel hareketlerinden ve peyzaj ve jeolojik nedenlerden (yüzey ve yer altı akışı, rüzgar erozyonu, deniz yatağı hareketi, volkanizma, dağ inşası vb.).

Pirinç. 4. Suyun büyük jeolojik döngüsü (GGC) ile suyun küçük biyojeokimyasal döngüsü (SBC) arasındaki ilişki

Vücut tarafından kullanıldığında ısıya dönüştürülen ve kaybedilen enerjinin aksine, maddeler biyosferde dolaşarak biyojeokimyasal döngüler yaratır. Doğada bulunan doksandan fazla elementten canlı organizmaların kırk kadarına ihtiyacı vardır. Onlar için en önemlileri gerekli büyük miktarlar- karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen. Elementlerin ve maddelerin döngüleri, tüm bileşenlerin katıldığı kendi kendini düzenleyen süreçler nedeniyle gerçekleştirilir. Bu işlemler atıksızdır. Var biyosferdeki biyojeokimyasal döngünün küresel kapanması yasası gelişiminin her aşamasında faaliyet göstermektedir. Biyosferin evrimi sürecinde rolü biyolojik bileşen biyojeokimyasalların kapatılmasında
kimin döngüsü. İnsanların biyojeokimyasal döngü üzerinde daha büyük bir etkisi vardır. Ancak rolü ters yönde kendini gösterir (girdaplar açılır). Maddelerin biyojeokimyasal döngüsünün temeli Güneş enerjisi ve yeşil bitkilerin klorofilidir. Diğer en önemli döngüler (su, karbon, nitrojen, fosfor ve kükürt) biyojeokimyasal döngüyle ilişkilidir ve ona katkıda bulunur.

Biyosferdeki su döngüsü

Bitkiler, fotosentez sırasında organik bileşikler oluşturmak ve moleküler oksijeni serbest bırakmak için sudaki hidrojeni kullanır. Tüm canlıların solunum süreçlerinde organik bileşiklerin oksidasyonu sırasında yeniden su oluşur. Yaşam tarihinde, hidrosferdeki tüm serbest su, gezegenin canlı maddesinde defalarca ayrışma ve yeni oluşum döngülerinden geçmiştir. Dünya üzerindeki su döngüsüne her yıl yaklaşık 500.000 km3 su karışmaktadır. Su döngüsü ve rezervleri Şekil 2'de gösterilmektedir. 5 (göreceli değerlerde).

Biyosferdeki oksijen döngüsü

Dünya, yüksek miktarda serbest oksijen içeren eşsiz atmosferini fotosentez sürecine borçludur. Atmosferin yüksek katmanlarında ozonun oluşması oksijen döngüsüyle yakından ilişkilidir. Oksijen su moleküllerinden salınır ve esas olarak bitkilerdeki fotosentetik aktivitenin bir yan ürünüdür. Abiyotik olarak oksijen oluşur üst katmanlar Atmosfer, su buharının fotoayrışmasından kaynaklanmaktadır, ancak bu kaynak, fotosentezle sağlanan kaynağın yalnızca yüzde binde birini oluşturur. Atmosferdeki oksijen içeriği ile hidrosfer arasında bir sıvı dengesi vardır. Suda yaklaşık 21 kat daha azdır.

Pirinç. 6. Oksijen döngüsünün şeması: kalın oklar - oksijen tedariki ve tüketiminin ana akışları

Açığa çıkan oksijen, tüm aerobik organizmaların solunum süreçlerinde ve çeşitli mineral bileşiklerin oksidasyonunda yoğun olarak tüketilir. Bu süreçler atmosferde, toprakta, suda, siltte ve kayalarda meydana gelir. Sedimanter kayaçlarda bağlı olan oksijenin önemli bir kısmının fotosentetik kökenli olduğu gösterilmiştir. Atmosferdeki değişim fonu O, toplam fotosentetik üretimin %5'inden fazlasını oluşturmaz. Birçok anaerobik bakteri, sülfatlar veya nitratlar kullanarak anaerobik solunum süreci yoluyla organik maddeyi de oksitler.

Açık tam ayrışma Bitkilerin oluşturduğu organik madde, fotosentez sırasında açığa çıkan oksijenin aynısını gerektirir. Organik maddenin tortul kayalara, kömürlere ve turbalara gömülmesi, atmosferdeki oksijen değişim fonunun korunmasının temelini oluşturdu. İçerisindeki tüm oksijen yaklaşık 2000 yılda canlı organizmalar arasında tam bir döngüden geçer.

Şu anda, atmosferik oksijenin önemli bir kısmı ulaşım, endüstri ve diğer antropojenik aktivite biçimlerinin bir sonucu olarak bağlanmaktadır. İnsanlığın halihazırda fotosentez işlemleriyle sağlanan toplam 430-470 milyar ton serbest oksijenin 10 milyar tondan fazlasını harcadığı bilinmektedir. Fotosentetik oksijenin yalnızca küçük bir kısmının değişim fonuna girdiğini hesaba katarsak, bu bağlamda insan faaliyeti endişe verici boyutlar kazanmaya başlar.

Oksijen döngüsü karbon döngüsüyle yakından ilişkilidir.

Biyosferdeki karbon döngüsü

Kimyasal bir element olarak karbon yaşamın temelidir. Yapabilir farklı şekillerde Canlı hücreleri oluşturan basit ve karmaşık organik molekülleri oluşturmak için diğer birçok elementle birleşir. Gezegendeki dağılım açısından karbon on birinci sıradadır (yer kabuğunun ağırlığının %0,35'i), ancak canlı maddelerde kuru biyokütlenin ortalama %18 veya %45'ini oluşturur.

Atmosferde karbon, karbondioksit CO2'nin ve daha az ölçüde metan CH4'ün bir parçasıdır. Hidrosferde CO2 suda çözünür ve toplam içeriği atmosferik olandan çok daha yüksektir. Okyanus, atmosferdeki CO2'nin düzenlenmesi için güçlü bir tampon görevi görür: havadaki konsantrasyonu arttıkça karbondioksitin su tarafından emilmesi artar. CO 2 moleküllerinin bazıları suyla reaksiyona girerek karbonik asit oluşturur ve bu daha sonra HCO 3 - ve CO 2 - 3 iyonlarına ayrışır. Bu iyonlar, karbonatları çökeltmek için kalsiyum veya magnezyum katyonlarıyla reaksiyona girer. Bu tür reaksiyonlar, okyanusun tampon sisteminin temelini oluşturur. Suyun sabit pH'ı.

Atmosferdeki ve hidrosferdeki karbondioksit, karasal bitkiler ve algler tarafından alındığı karbon döngüsündeki bir değişim fonudur. Fotosentez Dünya üzerindeki tüm biyolojik döngülerin temelini oluşturur. Sabit karbon salınımı, fotosentetik organizmaların kendilerinin ve tüm heterotrofların - canlı veya ölü organik madde nedeniyle besin zincirine dahil olan bakteriler, mantarlar, hayvanlar - solunum aktivitesi sırasında meydana gelir.

Pirinç. 7. Karbon döngüsü

CO2'nin, çok sayıda organizma grubunun aktivitesinin yoğunlaştığı, ölü bitki ve hayvan kalıntılarının ayrıştırıldığı ve bitki kök sistemlerinin solunumunun gerçekleştiği topraktan atmosfere dönüşü özellikle aktiftir. Bu tamamlayıcı sürece “toprak solunumu” denir ve havadaki CO2 değişim fonunun yenilenmesine önemli bir katkı sağlar. Organik maddenin mineralizasyon süreçlerine paralel olarak topraklarda humus oluşur - karbon açısından zengin, karmaşık ve kararlı bir moleküler kompleks. Toprak humusu karadaki önemli karbon depolarından biridir.

Yıkıcıların aktivitelerinin faktörler tarafından engellendiği durumlarda dış çevre(örneğin, toprakta ve rezervuarların dibinde anaerobik bir rejim oluştuğunda), bitki örtüsü tarafından biriken organik maddeler ayrışmaz ve zamanla kömür veya kahverengi kömür, turba, sapropel, petrol şist ve diğer zengin kayalara dönüşür. birikmiş güneş enerjisi. Biyolojik döngüden uzun süre koparak karbon rezerv fonunu yenilerler. Karbon aynı zamanda canlı biyokütlede, ölü çöplerde, okyanusun çözünmüş organik maddesinde vb. geçici olarak birikmektedir. Fakat ana karbon rezerv fonu yazılı olarak canlı organizmalar veya fosil yakıtlar değil, tortul kayaçlar - kireçtaşları ve dolomitler. Bunların oluşumu aynı zamanda canlı maddenin aktivitesiyle de ilişkilidir. Bu karbonatların karbonu uzun süre Dünya'nın bağırsaklarında gömülü kalır ve döngüye yalnızca erozyon sırasında kayalar tektonik döngülere maruz kaldığında girer.

İÇİNDE biyojeokimyasal döngü Dünyadaki toplam miktardaki karbonun yalnızca yüzde birlik kısmı söz konusudur. Atmosferden ve hidrosferden gelen karbon, canlı organizmaların içinden birçok kez geçer. Kara bitkileri havadaki rezervlerini 4-5 yılda, toprak humusundaki rezervlerini ise 300-400 yılda tüketebilmektedir. Karbonun değişim fonuna ana geri dönüşü, canlı organizmaların faaliyeti nedeniyle meydana gelir ve bunun yalnızca küçük bir kısmı (yüzde binde biri), volkanik gazların bir parçası olarak Dünya'nın bağırsaklarından salınarak telafi edilir.

Şu anda, devasa fosil yakıt rezervlerinin çıkarılması ve yakılması, karbonun rezervden biyosferin değişim fonuna transferinde güçlü bir faktör haline geliyor.

Biyosferdeki azot döngüsü

Atmosfer ve canlı maddeler Dünya'daki tüm nitrojenin %2'sinden azını içerir, ancak gezegendeki yaşamı destekleyen şey de budur. Azot en önemlilerin bir parçasıdır organik moleküller- DNA, proteinler, lipoproteinler, ATP, klorofil vb. Bitki dokularında karbona oranı ortalama 1:30, deniz yosununda I: 6'dır. Biyolojik döngü nitrojen bu nedenle karbonla da yakından ilişkilidir.

Atmosferdeki moleküler azot, bu elementi yalnızca amonyum iyonları, nitratlar şeklinde veya topraktan veya topraktan emebilen bitkiler için erişilemez. sulu çözeltiler. Bu nedenle, nitrojen eksikliği genellikle birincil üretimi sınırlayan bir faktördür - organizmaların inorganik maddelerden organik maddelerin oluşturulmasıyla ilişkili çalışması. Bununla birlikte, atmosferik nitrojen, özel bakterilerin (azot sabitleyiciler) aktivitesi nedeniyle biyolojik döngüye geniş ölçüde dahil olur.

Azot döngüsünde büyük katılım amonifiye edici mikroorganizmaları da kabul eder. Proteinleri ve diğer azot içeren organik maddeleri amonyağa ayrıştırırlar. Amonyum formunda, nitrojen kısmen bitki kökleri tarafından yeniden emilir ve kısmen nitrifikasyon mikroorganizmaları tarafından durdurulur; bu, mikroorganizmalar grubunun - denitrifikasyon yapıcıların işlevlerinin tersidir.

Pirinç. 8. Azot döngüsü

Toprakta veya sularda anaerobik koşullar altında, organik maddeleri oksitlemek için nitrat oksijeni kullanırlar ve yaşamları için enerji elde ederler. Azot moleküler nitrojene indirgenir. Azot fiksasyonu ve denitrifikasyon doğada yaklaşık olarak dengelidir. Nitrojen döngüsü bu nedenle öncelikle bakterilerin aktivitesine bağlıdır; bitkiler ise bu döngünün ara ürünlerini kullanarak ve biyokütle üretimi yoluyla biyosferdeki nitrojen dolaşımının ölçeğini büyük ölçüde artırarak bu döngüye entegre olur.

Bakterilerin nitrojen döngüsündeki rolü o kadar büyük ki, türlerinden sadece 20'si yok olsa gezegenimizdeki yaşam da sona erecek.

Azotun biyolojik olmayan fiksasyonu ve oksitlerinin ve amonyağının toprağa girişi, atmosferik iyonlaşma ve yıldırım deşarjları sırasında yağışlarla da meydana gelir. Modern gübre endüstrisi, mahsul üretimini arttırmak için atmosferik nitrojeni doğal nitrojen sabitlemesinden daha yüksek seviyelerde sabitler.

Şu anda, insan faaliyetleri nitrojen döngüsünü giderek daha fazla etkiliyor, özellikle nitrojene dönüşümünü aşma yönünde. ilgili formlar moleküler duruma dönüş süreçleri üzerinde.

Biyosferdeki fosfor döngüsü

ATP, DNA, RNA dahil birçok organik maddenin sentezi için gerekli olan bu element, bitkiler tarafından yalnızca ortofosforik asit iyonları (P0 3 4 +) formunda emilir. Toprakta ve sularda fosforun değişim fonu küçük olduğundan hem karada hem de özellikle okyanusta birincil üretimi sınırlayan unsurlara aittir. Bu elementin biyosfer ölçeğindeki döngüsü kapalı değil.

Karada bitkiler, ayrıştırıcılar tarafından ayrışan organik artıklardan salınan fosfatları topraktan çekerler. Ancak alkali veya asidik topraklarda fosfor bileşiklerinin çözünürlüğü keskin bir şekilde azalır. Fosfatların ana rezerv fonu, jeolojik geçmişte okyanus tabanında oluşan kayalarda bulunur. Kaya liçi sırasında bu rezervlerin bir kısmı toprağa geçer ve süspansiyonlar ve çözeltiler halinde su kütlelerine yıkanır. Hidrosferde fosfatlar, besin zincirlerinden diğer hidrobiyontlara geçen fitoplanktonlar tarafından kullanılır. Ancak okyanuslarda fosfor bileşiklerinin çoğu, hayvan ve bitki kalıntılarıyla birlikte dipte gömülür ve bunu tortul kayaçlarla birlikte büyük jeolojik döngüye geçiş izler. Derinlerde çözünmüş fosfatlar kalsiyum ile bağlanarak fosforitler ve apatitleri oluşturur. Biyosferde aslında karadaki kayalardan okyanusun derinliklerine tek yönlü bir fosfor akışı vardır; bu nedenle hidrosferdeki değişim fonu çok sınırlıdır.

Pirinç. 9. Fosfor döngüsü

Gübre üretiminde karasal fosforit ve apatit yatakları kullanılmaktadır. Fosforun tatlı su kütlelerine girişi, “çiçeklenmelerinin” ana nedenlerinden biridir.

Biyosferdeki kükürt döngüsü

Bir dizi amino asidin yapımı için gerekli olan kükürt döngüsü, üç boyutlu yapı proteinler biyosferde çok çeşitli bakteriler tarafından desteklenir. Bu döngüdeki bireysel bağlantılar, organik kalıntıların sülfürünü sülfatlara oksitleyen aerobik mikroorganizmaların yanı sıra, sülfatları hidrojen sülfüre indirgeyen anaerobik sülfat indirgeyicileri içerir. Listelenen kükürt bakterisi gruplarına ek olarak, hidrojen sülfürü elementel kükürte ve daha sonra sülfatlara oksitlerler. Bitkiler topraktan ve sudan sadece SO2-4 iyonlarını emer.

Ortadaki halka, mevcut sülfat havuzu ile toprağın ve çökeltilerin derinliklerindeki demir sülfür havuzu arasında kükürt alışverişini sağlayan oksidasyon (O) ve indirgeme (R) sürecini göstermektedir.

Pirinç. 10. Kükürt döngüsü. Ortadaki halka, mevcut sülfat havuzu ile toprağın ve çökeltilerin derinliklerinde bulunan demir sülfür havuzu arasında kükürtün değiş tokuş edildiği oksidasyon (0) ve indirgeme (R) sürecini göstermektedir.

Kükürtün ana birikimi, sülfat iyonlarının nehir akıntısıyla sürekli olarak karadan aktığı okyanusta meydana gelir. Hidrojen sülfit sudan salındığında, kükürt kısmen atmosfere geri döner, burada dioksite oksitlenir ve yağmur suyunda sülfürik asite dönüşür. Endüstriyel kullanım büyük miktarlarda sülfatlar ve elementel kükürt ve fosil yakıtların yanması, atmosfere büyük miktarlarda kükürt dioksit salar. Bu bitki örtüsüne, hayvanlara ve insanlara zarar verir ve asit yağmuru kaynağı olarak hizmet eder, bu da durumu ağırlaştırır. olumsuz etkiler kükürt döngüsüne insan müdahalesi.

Maddelerin dolaşım hızı

Maddelerin tüm döngüleri farklı hızlarda gerçekleşir (Şekil 11)

Böylece gezegendeki tüm biyojenik elementlerin döngüleri, farklı parçaların karmaşık etkileşimi ile desteklenmektedir. Farklı işlevlere sahip organizma gruplarının faaliyetleri, okyanusu ve karayı birbirine bağlayan akış ve buharlaşma sistemi, su ve hava kütlelerinin dolaşım süreçleri, yerçekimi kuvvetlerinin etkisi, litosferik plakaların tektoniği ve diğer büyük ölçekli jeolojik ve jeofizik süreçler.

Biyosfer tek parça gibi davranır karmaşık sistemçeşitli madde döngülerinin meydana geldiği. Bunların ana itici gücü döngüler gezegenin canlı maddesidir, tüm canlı organizmalar, organik maddenin sentezi, dönüşümü ve ayrışması süreçlerini sağlamak.

Pirinç. 11. Maddelerin dolaşım hızları (P. Cloud, A. Jibor, 1972)

Ekolojik dünya görüşünün merkezinde her insanın yaşayan yaratık Onu etkileyen birçok farklı faktörle çevrilidir ve bunlar birlikte onun yaşam alanını, yani bir biyotopu oluşturur. Buradan, biyotop - yaşam koşulları açısından homojen olan bir bölge bölümü belirli türler bitkiler veya hayvanlar(bir dağ geçidinin eğimi, kentsel orman parkı, küçük göl veya büyük bir gölün bir kısmı, ancak homojen koşullarla - kıyı kısmı, derin su kısmı).

Belirli bir biyotopun karakteristik özelliği olan organizmalar oluşur yaşam topluluğu veya biyosinoz(göllerin, çayırların, kıyı şeritlerinin hayvanları, bitkileri ve mikroorganizmaları).

Yaşayan bir topluluk (biyosenoz), biyotopu ile tek bir bütün oluşturur. ekolojik sistem (ekosistem).Örnek doğal ekosistemler karınca yuvası, göl, gölet, çayır, orman, şehir, çiftlik görevi görebilir. Klasik örnek yapay ekosistem uzay aracı. Gördüğünüz gibi katı bir kural yok mekansal yapı. Ekosistem kavramına yakın bir kavramdır biyojeosinoz.

Ekosistemlerin ana bileşenleri şunlardır:

• cansız (abiyotik) ortam. Bunlar su, mineraller, gazların yanı sıra organik madde ve humustur;
• biyotik bileşenler. Bunlar şunları içerir: üreticiler veya üreticiler (yeşil bitkiler), tüketiciler veya tüketiciler (üreticilerle beslenen canlılar) ve ayrıştırıcılar veya ayrıştırıcılar (mikroorganizmalar).

Doğa son derece ekonomik bir şekilde çalışmaktadır. Böylece organizmaların yarattığı biyokütle (organizmaların vücutlarının maddesi) ve içerdikleri enerji ekosistemin diğer üyelerine aktarılır: hayvanlar bitkileri yerler, bu hayvanlar diğer hayvanlar tarafından yenir. Bu süreç denir yiyecek veya trofik zincir. Doğada besin zincirleri sıklıkla kesişir. bir besin ağı oluşturur.

Örnekler besin zincirleri: bitki - otobur - yırtıcı hayvan; mısır gevreği - tarla faresi- tilki vb. ve besin ağı Şekil 1'de gösterilmektedir. 12.

Dolayısıyla biyosferdeki denge durumu, ekosistemlerin tüm bileşenleri arasında sürekli madde ve enerji alışverişi yoluyla sağlanan biyotik ve abiyotik çevresel faktörlerin etkileşimine dayanmaktadır.

Doğal ekosistemlerin kapalı dolaşımlarında diğerleriyle birlikte iki faktörün katılımı gereklidir: ayrıştırıcıların varlığı ve sürekli güneş enerjisi temini. Kentsel ve yapay ekosistemlerde ayrıştırıcıların sayısı çok azdır veya hiç yoktur, dolayısıyla sıvı, katı ve gaz halindeki atıklar birikerek çevreyi kirletir.

Pirinç. 12. Besin ağı ve maddenin akış yönü

Günümüzde bitkiler ve hayvanlar dönüşüyor doğal çevre. Bunun örnekleri arasında okyanuslardaki mercan resifleri, bataklıklardaki turba birikintileri, likenlerin yayılması, dağları yok eden alglerin yayılması ve mikroorganizmalar sayılabilir. Hemen hemen tüm kimyasal elementler biyolojik döngüye katılır periyodik tablo D.I. Mendeleev, ancak bunların arasında en önemlileri öne çıkıyor.

Karbon. Doğadaki karbon kaynakları çeşitli olduğu kadar çoktur. Bu arada, yalnızca atmosferde gaz halinde veya suda çözünmüş halde bulunan karbondioksit, onu canlıların organik maddesine dönüştürmenin temelini oluşturan karbon kaynağıdır. Bitkiler tarafından yakalanan karbondioksit, fotosentez sırasında şekere dönüştürülür ve diğer biyosentetik işlemlerle proteinlere, lipitlere vb. dönüştürülür. çeşitli maddeler Hayvanlar ve yeşil olmayan bitkiler için karbonhidratlı yiyecek olarak servis yapın. Öte yandan, tüm organizmalar karbondioksit formunda karbonu solunum yapar ve atmosfere salarlar. Ölüm meydana geldiğinde, saprofajlar cesetleri ayrıştırıp mineralize ederek besin zincirleri oluştururlar; bu zincirlerin sonunda karbon sıklıkla karbondioksit şeklinde döngüye yeniden girer ("toprak solunumu" olarak adlandırılır). Ölü bitki ve hayvan artıklarının birikmesi karbon döngüsünü yavaşlatır: Toprakta yaşayan saprofit hayvanlar ve saprofitik mikroorganizmalar, toprağın yüzeyinde biriken kalıntıları humusa dönüştürür. Organizmaların humus üzerindeki etki oranı aynı olmaktan uzaktır ve karbonun nihai mineralizasyonuna yol açan mantar ve bakteri zincirleri farklı uzunluklardadır. Kural olarak humus hızla ayrışır.
Bazen zincir kısa ve eksik olabilir. Bu durumda tüketici zinciri, hava eksikliği veya çok yüksek asit nedeniyle hareket edemez, bunun sonucunda organik kalıntılar turba şeklinde birikerek turba bataklıkları oluşturur. Yemyeşil bir sfagnum yosunu örtüsüne sahip bazı turba bataklıklarında, turba katmanı 20 m veya daha fazlasına ulaşır. Döngünün durduğu yer burasıdır. Fosil organik bileşiklerin petrol formundaki birikimleri, jeolojik zaman ölçeğinde döngünün yavaşladığını göstermektedir.

Karbondioksitin tebeşir, kireçtaşı, dolomit veya mercan şeklinde birikmesi nedeniyle karbon döngüsü suda da yavaşlar. Genellikle bu karbon kütleleri döngünün tamamı boyunca döngünün dışında kalır. jeolojik dönemler deniz seviyesinin üzerine çıkana kadar. Bu andan itibaren kireçtaşının çözünmesi sonucu ve/veya likenlerin ve ayrıca çiçekli bitki köklerinin etkisi altında karbon ve kalsiyumun döngüye dahil edilmesi başlar.

AZOT. Azot döngüsü oldukça karmaşıktır. %78 oranında nitrojen içerir ancak canlı organizmaların büyük çoğunluğu tarafından kullanılabilmesi için belirli kimyasal bileşikler halinde sabitlenmesi gerekir. Azot fiksasyonu işlem sırasında meydana gelir volkanik aktivite atmosferdeki yıldırım deşarjları sırasında, meteorların yanması sırasında. Bununla birlikte, hem serbest yaşayan hem de bazı bitkilerin köklerinde ve bazen yapraklarında yaşayan mikroorganizmalar, nitrojen fiksasyonu sürecinde kıyaslanamayacak kadar büyük bir öneme sahiptir. Serbest yaşayan bakterilerden nitrojen, aerobik organizmalar (yani oksijene erişimi olan yaşayanlar) ve ayrıca anaerobik organizmalar (yani oksijene erişimi olmayan yaşayanlar) tarafından sabitlenir. Bu tür serbest yaşayan bakteriler tarafından sabitlenen nitrojen miktarı, yılda 1 hektar başına 2 - 3 kg ile 5 - 6 kg arasında değişmektedir. Toprakta yaşayan mavi-yeşil alglerin nitrojen fiksasyonunda belli bir rol oynadığı anlaşılıyor.

Metabolik ürünler ve bitki ve hayvan kalıntılarıyla toprağa giren organik maddeler mineral maddelere ayrışır, bakteriler ise organik maddelerin nitrojenini amonyum tuzlarına dönüştürür.

Azotun değerini geniş bir aralıkta değiştirebilme yeteneği, onun çeşitli organik bileşiklerin yaratılmasındaki özel rolünü belirler.

Dünyanın yüzeyinde büyük olduğu iyi bilinmektedir. Güneş enerjisinin neden olduğu su kütlelerinden buharlaşma atmosferik nem oluşturur. Bu nem, rüzgarın taşıdığı bulutlara yoğunlaşır. Bulutlar soğuduğunda yağış yağmur ve kar şeklinde düşer. Yağış toprak tarafından emilir veya yüzeyi üzerinden akar. Su denizlere ve okyanuslara geri döner. Bitkiler tarafından buharlaştırılan su miktarı genellikle fazladır. Bitkiler için çok fazla nem ve su varsa buharlaşma artar. Bir huş ağacı günde 75 litre, kayın ağacı - 100 litre, ıhlamur - 200 litre ve 1 hektar orman - 20 ila 50 bin litre suyu buharlaştırır. 1 hektar başına düşen yaprak kütlesi sadece 4940 kg olan huş ormanı, günde 47 bin litre suyu buharlaştırırken, ladin ormanı 1 hektar başına düşen iğne kütlesi 31 bin kg'dır. - Sadece 43 bin litre öküz tembellik içinde. Buğday, gelişme döneminde 1 hektar başına 3750 ton su kullanıyor, bu da 375 mm yağışa karşılık geliyor.

Kantitatif anlamda oksijen, canlı maddenin ana bileşenidir. Dokulardaki suyu da hesaba katarsak, örneğin insan vücudunda %62,8 oksijen ve %19,4 karbon bulunur. Bir bütün olarak ele alındığında oksijen, karbon ve hidrojenle karşılaştırıldığında ana elementtir.

Oksijen döngüsü, bu elementin çok sayıda kimyasal bileşik oluşturabilmesi nedeniyle karmaşık hale gelir. Sonuç olarak, atmosfer arasında veya bu iki ortam arasında birçok ara döngü ortaya çıkar.

Oksijen, belirli bir konsantrasyondan başlayarak aerobik organizmalarda bile hücreler ve dokular için çok toksiktir. Fransız bilim adamı Louis Pasteur (1822 - 1895), hiçbir canlı anaerobik organizmanın atmosferik oksijeni %1 aşan oksijen konsantrasyonlarına (Pasteur etkisi) dayanamayacağını kanıtladı.

Oksijen döngüsü esas olarak atmosfer ve canlı organizmalar arasında gerçekleşir. Fotosentez sırasında oksijenin gaz halinde üretilip salınması süreci, solunum sırasında tüketilmesi sürecinin tam tersidir. Bu durumda organik maddeler yok olur ve oksijen, hidrojenle etkileşime girer. Bazı açılardan oksijen döngüsü karbondioksitin ters döngüsüne benzer: birinin hareketi şu yönde gerçekleşir: ters hareket bir diğer.

Sülfür. Bu elementin döngüsünün baskın kısmı tortul niteliktedir ve toprakta ve suda meydana gelir. Canlıların kullanabileceği ana kükürt kaynağı her türlü sülfattır. Birçok sülfatın sudaki iyi çözünürlüğü, inorganik kükürtün ekosistemlere erişimini kolaylaştırır. Bitkiler, sülfatları emerek onları onarır ve kükürt içeren amino asitler üretir.

Biyosenozun çeşitli organik atıkları, sonuçta toprakta bulunan sülfoproteinlerden hidrojen sülfit üreten bakteriler tarafından ayrıştırılır. Bazı bakteriler aynı zamanda anaerobik koşullar altında indirgedikleri sülfatlardan hidrojen sülfit de üretebilirler. Bu bakteriler metabolizmaları için gerekli enerjiyi sülfatlardan yararlanarak elde ederler.

Öte yandan, hidrojen sülfiti yeniden sülfatlara oksitleyebilen bakteriler de var ve bu da üreticilerin kullanabileceği kükürt arzını yeniden artırıyor. Bu tür bakterilere kemosentetik denir, çünkü ışığın katılımı olmadan yalnızca basit kimyasalların oksidasyonu yoluyla hücresel enerji üretebilirler. Bu nedenle, biyosferde tortul kayaçlar, esas olarak pirit formunda bulunan ana kükürt rezervlerinin yanı sıra alçı gibi sülfatları da içerir.

Fosfor. Fosfor döngüsü nispeten basit ve çok eksiktir. Fosfor, oldukça büyük miktarlarda bulunduğu canlı maddenin ana kurucu unsurlarından biridir. Canlıların kullanabileceği fosfor rezervlerinin tamamı litosferde yoğunlaşmıştır. İnorganik fosforun ana kaynakları magmatik kayaçlar (örneğin apatit) veya tortul kayaçlardır (örneğin fosforitler). Mineral fosfor - nadir element biyosferde, yer kabuğunda %1'den fazla değildir ve bu da birçok ekosistemin verimliliğini sınırlayan ana faktördür. Yer kabuğundaki kayalardan gelen inorganik fosfor, süzülme ve çözünme yoluyla dolaşıma katılır. kıtasal sular. Karasal ekosistemlere girer, katılımıyla çeşitli organik bileşikleri sentezleyen ve dolayısıyla trofik ilişkilere dahil olan bitkiler tarafından emilir. Daha sonra organik fosfatlar, canlıların cesetleri, atıkları ve salgılarıyla birlikte toprağa geri gönderilir, burada tekrar mikroorganizmalara maruz kalırlar ve mineral ortofosfatlara dönüştürülerek yeşil bitkiler ve diğer ototroflar (Yunan ototroflarından) tarafından tüketime hazır hale getirilirler. ve kupa - yiyecek, beslenme).

Fosfor su ekosistemlerine getirilir akan sular. Nehirler okyanusları sürekli olarak fosfatlarla zenginleştirir, bu da tatlı su veya deniz sularının besin zincirlerinin çeşitli seviyelerinde bulunan fitoplanktonların ve canlı organizmaların gelişimini destekler. Peyzajdaki herhangi bir kimyasal elementin geçmişi, ölçek ve süre açısından değişen sayısız döngüden oluşur. Zıt süreçler (biyojenik birikim ve mineralizasyon) atomların tek bir biyolojik döngüsünü oluşturur.

Tundra manzaraları yaz döneminin kısa olduğu soğuk koşullarda oluşur ve bu nedenle verimsizdir. Alçak topraklar tundranın birçok özelliğinin temel nedenidir. “Yaşam dalgaları” aynı zamanda ısı açığıyla da ilişkilidir: yıllar içinde daha fazla sıcak yaz canlı madde üretimi artar. Bazı bitkiler tundrada yalnızca uygun yıllarda çiçek açar (örneğin, Kuzey Kutbu tundrasındaki ateş otu). Tundradaki bitkiler yavaş büyür. Likenler yılda 1-10 mm kadar büyür; 83 mm gövde çapına sahip ardıç 544'e kadar yıllık halkaya sahip olabilir. Bu sadece etki değil düşük sıcaklıklar ama aynı zamanda yokluk yeterli miktar besin öğeleri.

Birçok tundrada yosunlar ve likenler önemli bir rol oynamaktadır. Bunların hakim olduğu manzaralar var.

Tundrada bitki biyokütlesi 170,3 u/ha'dır ve bunun %72'si yeraltı kısmındadır. Biyokütledeki yıllık artış 23,5 c/ha, yıllık çöp ise 21,9 c/ha'dır. Böylece gerçek artış farka eşit büyüme ve çöp arasında, çok küçük - 1,6 c/ha (kuzey taygada - 10 c/ha, güney taygada - 30 c/ha, nemli tropiklerde - 75 c/ha).

Düşük sıcaklık nedeniyle, tundradaki organizma kalıntılarının ayrışması yavaştır; birçok mikroorganizma grubu (lifi parçalayan bakteriler vb.) işlev görmez veya çok zayıf çalışır. Bu da yüzeyde ve toprakta organik madde birikmesine neden olur.

Rusya'daki geniş yapraklı ormanlar Avrupa kısmında dağıtılmaktadır. Bunların hepsi nemli ılıman-sıcak iklimin bölgeleridir. Buradaki biyokütle, nemli tropik bölgelerden (3000-5000 c/ha) çok daha az değildir, ancak yıllık üretim ve yeşil özümseyen kütle birkaç kat daha azdır. Ürünler 80 ila 150 c/ha arasında değişir (nemli tropik bölgelerde - 300 - 500 c/ha), meşe ormanlarındaki yeşil özümseyen kütle biyokütlenin %1'ini oluşturur ve 40 c/ha'ya (%8 ve 400 c/ha) ulaşır. nemli tropik bölgelerde).

Geniş yapraklı ağaçlar kül açısından, özellikle de yapraklar (%5'e kadar) açısından nispeten zengindir. Yaprakların külünde çok fazla Ca bulunur - kuru madde başına% 20'ye veya% 0,6 - 3,8'e kadar, daha az K (% 0,15 - 2,0) ve Si (% 0,4 - 2,8), hatta daha az Mg , A1, P, yanı sıra Fe, Mn, Na, C1.

Tayga'da biyokütle nemli tropik bölgelere ve yaprak döken ormanlara göre çok daha düşük değildir. Güney taygada biyokütle 3000 c/ha'yı aşıyor ve yalnızca kuzey taygada 500 - 1500 c/ha'ya düşüyor. Taygadaki zoomass ihmal edilebilir düzeydedir (güney taygada - biyokütlenin %0,01'i).

Biyokütlenin %60'ından fazlası, lif (yaklaşık %50), lignin (%20-30), hemiselüloz (%10'dan fazla) içeren ahşapla temsil edilir.

Güney taygadaki yıllık üretim hemen hemen geniş yapraklı ormanlardakiyle aynıdır (85 c/ha'ya karşı meşe ormanlarında 90 c/ha), kuzey taygada ise çok daha azdır (40 - 60 c/ha). Güney taygadaki bitki çöpü meşe ormanlarındakinden daha azdır ve 55 c/ha'ya eşittir (meşe ormanlarında 65 c/ha); kuzey taygada ise daha da azdır - 35 c/ha.

Nemli tropikler ekvatoral, güney ve güney-orta bölgelerde geniş alanları kaplar. Geçmiş jeolojik çağlarda (Devoniyen'in sonundan itibaren) daha da yaygındılar. Burada ısının bolluğu yağışın bolluğuyla birleşiyor; ısı ve nem atomların tek biyolojik döngüsünü sınırlamaz. atomlar yıl boyunca aynı yoğunlukta meydana gelir, göçün periyodikliği zayıf bir şekilde ifade edilir.
Isı ve nemin bolluğu, nemli tropik bölgelerde yıllık büyük miktarda canlı madde üretimini belirler. Buradaki üretim miktarı yaprak döken ormanlara ve taygaya göre 2 - 3 kat daha fazla olup 300 - 500 c/ha'ya ulaşmaktadır. Biyokütle ve ürünlerin oranına göre, yer üstü ve yer altı, yeşil ve yeşil olmayan biyokütle ve diğer birçok gösterge nemli tropikler ayrıca diğer ıslak orman manzaralarından önemli ölçüde farklı değildir. Ancak biyokütledeki potasyum miktarı bakımından nemli tropikler yaprak döken ormanlardan farklıdır. Nemli tropik bölgelerdeki hayvanların biyokütlesi, biyokütlenin yaklaşık %1'idir (45 c/ha). Bunlar esas olarak termitler, karıncalar ve diğer alt hayvanlardır. Bu göstergeye göre nemli tropikler, yalnızca 3,6 c/ha zoomass'ın (biyokütlenin %0,01'i) biriktiği taygadan keskin biçimde farklıdır. Büyük bir organik madde kütlesinin ayrışması, suyu karbondioksit ve organik asitlerle doyurur. Biyolojik döngü sırasında suya giren ana elementler Si ve Ca, K. Mg, Al, Fe, Mn, S'dir. Tropikal ağaçların yaprakları yüksek Si içeriğine sahiptir. Biyolojik döngü sırasında yağmur suyu, yapraklardan büyük miktarda N, P, K, Ca, Mg, Na, CI, S ve diğer elementleri yıkar.

Bozkırlar ve çöller birçok özellik bakımından birbirine benzer. Bozkırlardaki biyokütle, orman alanlarına göre çok daha azdır - 100 ila 350 c/ha arası. Çoğu, ormanların aksine köklerde yoğunlaşmıştır (%70 - 90). Bozkırlardaki hayvanların biyokütlesi yaklaşık %6'dır. Yıllık üretim 13 - 50 c/ha, yani biyokütlenin %30 - 50'sidir.

Her yıl, bozkırlardaki atomların biyolojik döngüsüne yüzlerce kilogram suda çözünebilen madde (1 hektar başına) dahil olur; yani taygadan (çayır bozkırları - 700 kg/ha; güney tayga - 155 kg) önemli ölçüde daha fazladır. /Ha). Çayır bozkırlarında yılda 700 kg/ha suda çözünür madde çöple birlikte geri döner ve kuru olanlarda - 150 kg/ha (güney tayganın ladin ormanlarında - 120 kg/ha). Altlıkta bazlar, organik asitleri tamamen nötralize ederek önemli bir rol oynar.

Orman manzaralarının aksine, bozkır toprakları biyokütleden 20 - 30 kat daha fazla organik madde biriktirir (çayır bozkırlarında - 8000 c/ha'ya kadar humus; kuru bozkırlarda - 1000 - 1500 c/ha). Bozkırlar ve çöller için en karakteristik elementler, tuzlanma sırasında sularda, toprakta ve hava koşullarından kaynaklanan ürünlerde biriken Ca, Na ve Mg'dir.

Mineral bileşimlerine göre tüm bozkır otları üç gruba ayrılır: Si içeriği yüksek ve N içeriği düşük olan otlar; önemli miktarda K, Ca ve N içeren baklagiller; forbs bir ara pozisyon işgal ediyor.

Maddelerin biyolojik döngüsü - kimyasal elementlerin tutarlı, sürekli dolaşımı; güneş radyasyonu ve besin zincirleri aracılığıyla birleşen organizmalar topluluğu tarafından sürdürülür.

(I.G.Pidoplichko K.M. tarafından düzenlenen biyolojik yazara göre, Sitnik, 1974).

Maddelerin biyolojik döngüsü, hava, toprak, sudaki elementlerden organik maddelerin oluşumu ve bu maddelerin daha sonra ayrışması ve bunun sonucunda elementlerin mineral formuna geçmesi süreçlerinden oluşur.

Maddelerin biyolojik döngüsü gerekli dış ve iç ortam canlı organizmalar ve stabilitesini korur. Bu, her şeyden önce karbon, oksijen, nitrojen, fosfor vb. döngüsüdür.

Maddelerin döngüsü, maddelerin atmosferde, hidrosferde ve litosferde meydana gelen işlemlere tekrar tekrar katılımıdır. gezegenin biyosferinin bir parçası olan katmanlarda. Biyofilik elementlerin (azot, fosfor, kükürt) dolaşımı özellikle önemlidir. (Reimers N.F.D., 1990'dan sonra).

Biyolojik döngü sürekli, döngüsel bir olgudur, ancak zaman ve mekan açısından eşit değildir ve biyojeosinozdan biyosfere kadar çeşitli hiyerarşik organizasyon seviyelerindeki ekosistemler içindeki madde, enerji ve bilginin doğal yeniden dağıtımında az çok önemli kayıplarla birlikte görülür (N.F. Reimers) , 1990). Biyojeosinozda maddelerin tam dolaşımı gerçekleşmez çünkü Bazı maddeler her zaman sınırlarının ötesine geçer.

Biyotik değişim çemberi geniştir (biyosferik) - maddenin, enerjinin ve bilginin doğal döngüsel yeniden dağıtımının, zaman ve mekan açısından eşit olmayan, tekrar tekrar (tek yönlü enerji akışı hariç) yaşam ortamına giren, doğal döngüsel yeniden dağıtımının gezegensel bir sürecidir. Biyosferin sürekli yenilenen ekolojik sistemleri (Reimers N.F., 1990).

Ve burada ana parametre çevresel verimlilik katsayısıdır. Organizmaların biyokütlesinin tükettikleri organik madde miktarına oranına bazen çevresel verimlilik katsayısı denir. Bu katsayı kural olarak 10-20'yi geçmez.

Canlı bir organizmanın birim ağırlığı başına metabolik süreçlerin (metabolizma) yoğunluğu genellikle daha büyüktür, organizma ne kadar küçükse. Bu modelin nedeni, metabolik sürecin, organizmaların yüzeyi boyunca gazların difüzyon hızına önemli derecede bağımlı olmasıdır; bu oran, boyutları küçüldükçe biyokütle birimi başına artar.

V.A. Kovda'nın tahminlerine (1969) göre Dünya'nın toplam biyokütle değeri = 3,10 (12), bu değerin %95'inden fazlası bitkilerle ve %5'i hayvanlarla ilgilidir. Bütün bunların büyük kısmı kıtaların ormanlarına düşüyor.

Kıtalardaki bitkilerin toplam verimliliğinin 140,10 (9) ton olduğunu varsayarak, kıtalardaki organik maddenin dolaşımının bir döngüsünün diğer döngüler için yaklaşık 20 yıl (bu muhtemelen ormanlar için de geçerlidir) olduğu sonucunu çıkarıyoruz. okyanuslar için daha da kısadır - fitoplankton için birkaç gün). Hayvansal organik madde dolaşımının bir döngüsünün süresi birkaç yıldır (hayvanların toplam biyokütlesi yaklaşık 10 (11) tondur ve bitkilerin toplam verimliliğinin %10'unu emerler - dolayısıyla bu hesaplama). Huxley'den (1962) elde edilen verilere göre, Afrika savanlarında büyük yabani hayvanların biyokütlesi 15-25 ton/km2'ye, ılıman ormanlarda - 1 ton/km2'ye, tundrada - 0,8 ton/km2'ye ulaşabilir. yarı çölde - 0,35 ton/km.metrekare.

İnsanların biyolojik kütlesinin değerlendirilmesi ve diyetleri sırasında tüketilen enerjinin hesaplanması daha doğru hesaplanır.

Şimdi (4 milyardan fazla insanda, insanların biyokütlesi yaklaşık 0,2,10^19 tondur. (ve şimdi 5 milyarın üzerindedir). Bir kişi günde 2,5,10^3 kcal enerji tüketir, o zaman toplam insanların enerji tüketimi 1,8,10 ^15kcal/yıldır. Bu değer yaklaşık olarak tarımsal üretimin modern üretkenliğine karşılık gelir, yani modern çağda bir kişi yaklaşık %0,2 tüketir! birincil üretim organik dünya. Birkaç bin yıl önce bu rakam %0,01'in oldukça altındaydı ve artmaya devam edecek.

Bir kişi ürünleri tüketerek, gezegenimiz için bu yeni ısı kaynağı olan teknik enerjiyi tüketir.

Organik madde oluşturma süreci, genellikle karbondioksit olarak adlandırılan karbondioksitin ototrofik bitkiler tarafından atmosferden ve hidrosferden emilmesine dayandığından, öncelikle küresel biyolojik döngü içinde analiz edilmesi gerekir. Atmosferde yaklaşık 2.3.10^12 tane var, yani. Tüm atmosferik havanın %0,032'si (%hacim). Hidrosferde 130,10^12 tondan fazla var. Farklı coğrafi bölgelerde ve yüksekliğe göre çok az değişiklik gösterir. Bunun nedeni karbondioksit içeriğinin sıcaklıktan bağımsız olmasıdır. Karbondioksit döngüsünün ana bileşenleri biyolojik süreçlerle ve biraz da jeolojik süreçlerle belirlenir. Fotosentez için yıllık tüketim 3,10^17'dir (bunlar karbonattır). Atmosferdeki karbondioksitin yenilenme süresi ortalama 10 yıl kadardı.

Şimdi biyosferdeki bireysel döngüleri ele almaya geçelim. Temel itici güç Gezegendeki madde döngüleri canlı maddedir. Dünya'nın biyosferinin aşamalı gelişimini sağlayan canlı maddedir, daha doğrusu onun bir döngü sistemi aracılığıyla gerçekleşen aktivitesidir. Madde ve enerji döngüsü iki karşıt sürece dayanmaktadır: yaratılış ve yıkım. Birincisi canlı maddenin oluşumunu ve enerji birikimini sağlar, ikincisi karmaşık organik bileşiklerin yok edilmesini ve bunların basit minerallere dönüşmesini sağlar: karbondioksit, su, çeşitli tuzlar vb. Biyosfer sürekli bir döngü nedeniyle (sayesinde) var olur. Biyolojik döngülerin varlığının enerji temelinin fotosentez süreci olduğunu daha önce belirtmiştik. Bu süreç sırasında (enerji açısından biyolojik döngünün yükselen dalını temsil eden tam da bu süreçtir) büyük miktar enerji (güneş), organik maddelerin potansiyel kimyasal enerjisine (kimyasal) dönüştürülür. İnen dal (enerjik olarak konuşursak) diğerleridir yaşam süreçleri fotosentez sırasında oluşan biyolojik bileşiklerin dönüşümlerinin ve depolanan enerjinin kullanımının gerçekleştiği yer. Bu işlemler, organik maddelerin oksidasyonu ve mineralizasyonu, bu maddelerin kimyasal bağlarında depolanan enerjinin bozunması ve ısıya dönüşmesi ile sona ermektedir.