Biyosferde, ilk canlı organizmaların ortaya çıkmasından önce var olan küresel (büyük veya jeolojik) bir madde döngüsü vardır. İçinde çok çeşitli kimyasal elementler bulunur. Jeolojik döngü güneş, yer çekimi, tektonik ve kozmik enerji türleri sayesinde gerçekleştirilir.
Jeolojik döngü temelinde canlı maddenin ortaya çıkışıyla birlikte, küçük (biyotik veya biyolojik) bir döngü olan bir organik madde döngüsü ortaya çıktı.
Maddelerin biyotik döngüsü, canlı organizmaların doğrudan katılımıyla meydana gelen, maddelerin sürekli, döngüsel, zaman ve mekan açısından eşit olmayan bir hareket ve dönüşüm sürecidir. Organik maddenin sürekli bir yaratım ve yok etme sürecidir ve üç organizma grubunun (üreticiler, tüketiciler ve ayrıştırıcılar) katılımıyla gerçekleştirilir. Biyotik döngülerde yaklaşık 40 biyojenik element yer alır. Karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen, fosfor, kükürt, demir, potasyum, kalsiyum ve magnezyum döngüleri canlı organizmalar için büyük önem taşımaktadır.
Canlı madde geliştikçe jeolojik döngüden sürekli olarak daha fazla element çıkarılıyor ve yeni bir biyolojik döngüye giriyor. Yalnızca karadaki maddelerin biyotik döngüsüne yıllık olarak katılan kül maddelerinin toplam kütlesi yaklaşık 8 milyar tondur. Bu, yıl boyunca dünyadaki tüm yanardağların patlamasıyla üretilen ürün kütlesinden birkaç kat daha fazladır. Biyosferdeki maddenin dolaşım hızı farklıdır. Biyosferin canlı maddesi ortalama 8 yılda bir yenilenir, okyanustaki fitoplankton kütlesi günlük olarak güncellenir. Biyosferdeki tüm oksijen canlı maddelerden 2000 yılda, karbondioksit ise 300 yılda geçer.
Ekosistemlerde yerel biyotik döngüler meydana gelir ve biyosferde, yalnızca gezegenin üç dış kabuğunu tek bir bütün halinde birbirine bağlamakla kalmayıp aynı zamanda bileşiminin sürekli evrimini de belirleyen atomik göçün biyojeokimyasal döngüleri gerçekleşir.
ATMOSFER HİDROSFER
¯ ¯
CANLI MADDE
TOPRAK
Biyosferin evrimi
Biyosfer yaklaşık 3,5 milyar yıl önce ilk canlı organizmaların ortaya çıkmasıyla ortaya çıkmıştır. Hayat geliştikçe değişti. Biyosfer evriminin aşamaları, ekosistem türlerinin özellikleri dikkate alınarak ayırt edilebilir.
1. Suda yaşamın ortaya çıkışı ve gelişimi. Aşama, su ekosistemlerinin varlığıyla ilişkilidir. Atmosferde oksijen yoktu.
2. Canlı organizmaların karaya çıkması, yer-hava ortamının ve toprağın gelişmesi ve karasal ekosistemlerin ortaya çıkması. Bu, atmosferdeki oksijenin ve ozon perdesinin ortaya çıkması sayesinde mümkün oldu. 2,5 milyar yıl önce oldu.
3. İnsanın ortaya çıkışı, biyososyal bir varlığa dönüşmesi ve antropekosistemlerin ortaya çıkışı 1 milyon yıl önce gerçekleşmiştir.
4. Akıllı insan faaliyetinin etkisi altında biyosferin yeni bir niteliksel duruma - noosfere geçişi.
Noosfer
Biyosferin gelişiminin en yüksek aşaması noosferdir - insan ve doğa arasındaki ilişkinin makul bir şekilde düzenlenme aşaması. Bu terim 1927'de Fransız filozof E. Leroy tarafından tanıtıldı. Noosferin, endüstrisi, dili ve diğer akıllı faaliyet nitelikleriyle insan toplumunu içerdiğine inanıyordu. 30-40'larda. XX yüzyıl V.I. Vernadsky noosfer hakkında materyalist fikirler geliştirdi. Noosferin, biyosfer ile toplum arasındaki etkileşimin bir sonucu olarak ortaya çıktığına, doğa yasalarının, toplumun düşünme ve sosyo-ekonomik yasalarının yakın ilişkisi tarafından yönetildiğine inanıyordu ve şunu vurguladı:
noosfer (akıl alanı), insanların akıllı aktivitesinin sürdürülebilir kalkınmasında ana belirleyici faktör olacağı biyosferin gelişim aşamasıdır.
Noosfer, biyosferin yeni, en yüksek aşamasıdır ve içinde insanlığın ortaya çıkışı ve gelişmesiyle ilişkilidir; doğa yasalarını öğrenerek ve teknolojiyi geliştirerek, jeolojik olanlarla karşılaştırılabilir ölçekte en büyük güç haline gelir ve sahip olmaya başlar. Dünyadaki süreçlerin gidişatı üzerinde belirleyici etki, onu emeğinizle derinden değiştiriyor. İnsanlığın oluşumu ve gelişimi, insanın biyosfer üzerindeki giderek artan etkisinde, toplum ve doğa arasında yeni madde ve enerji alışverişi biçimlerinin ortaya çıkmasıyla ifade edildi. Noosfer, insanlığın bilimin yardımıyla doğal ve sosyal süreçleri anlamlı bir şekilde kontrol edebildiği zaman gelecek. Bu nedenle noosfer, Dünya'nın özel bir kabuğu olarak kabul edilemez.
İnsan toplumu ile doğa arasındaki ilişkiyi yönetme bilimine noojenik denir.
Noogenics'in temel amacı, gelecek adına bugünü planlamaktır ve temel görevleri, teknolojinin ilerlemesi nedeniyle insan ve doğa arasındaki ilişkide meydana gelen ihlallerin düzeltilmesi ve biyosferin evriminin bilinçli yönetimidir. Doğaya karşı kendiliğinden, çevresel bozulmaya yol açan yağmacı bir tutumun aksine, insan tarafından rahatsız edilen maddelerin madde döngüsünde restorasyonunu sağlayan planlı, bilimsel temelli bir doğal kaynak kullanımı oluşturulmalıdır. Bu, gelecek nesillerin ihtiyaçlarını karşılama becerisinden ödün vermeden, bugünün ihtiyaçlarını karşılayan bir toplumun sürdürülebilir kalkınmasını gerektirir.
Şu anda gezegen oluştu biyoteknosfer, insan tarafından radikal bir şekilde mühendislik ve teknik yapılara dönüştürülen biyosferin bir parçasıdır: şehirler, fabrikalar ve fabrikalar, taş ocakları ve madenler, yollar, barajlar ve rezervuarlar vb.
BİYOSFER VE İNSAN
İnsanlar için biyosfer yaşam alanı ve doğal kaynakların kaynağı.
Doğal Kaynaklar – insanların emek sürecinde kullandıkları doğal nesneler ve olaylar. Bir kişiye yiyecek, giyecek ve barınak sağlarlar. Yorgunluk derecesine göre ikiye ayrılırlar. tükenmez ve tükenmez . Tükenebilir kaynaklar ikiye ayrılır yenilenebilir Ve yenilenemez . Yenilenemeyen kaynaklar, yenilenmeyen (veya tüketildiğinden yüzlerce kat daha yavaş yenilenen) kaynakları içerir: petrol, kömür, metal cevherleri ve çoğu mineral. Yenilenebilir doğal kaynaklar – toprak, flora ve fauna, mineraller (sofra tuzu). Bu kaynaklar sürekli olarak farklı oranlarda yenilenir: hayvanlar - birkaç yıl, ormanlar - 60-80 yıl, doğurganlığını kaybeden topraklar - birkaç bin yıl boyunca. Tüketim oranının üreme oranının üzerine çıkması, kaynağın tamamen yok olmasına neden olur.
Tükenmez kaynaklar su, iklim (atmosferik hava ve rüzgar enerjisi) ve uzayı içerir: güneş radyasyonu, deniz gelgit enerjisi. Ancak artan çevre kirliliği, bu kaynakların korunmasına yönelik çevresel tedbirlerin uygulanmasını gerektirmektedir.
Doğal kaynaklar kullanılmadan insan ihtiyaçlarının karşılanması düşünülemez.
Biyosferdeki her türlü insan faaliyeti dört biçimde birleştirilebilir.
1. Dünya yüzeyinin yapısındaki değişiklikler(toprağı sürmek, su kütlelerini boşaltmak, ormanları kesmek, kanal inşa etmek). İnsanlık güçlü bir jeolojik güç haline geliyor. İnsanoğlu arazilerin %75'ini, nehir sularının %15'ini kullanıyor, her dakika 20 hektar orman kesiliyor.
· Jeolojik ve jeomorfolojik değişiklikler – vadilerin oluşum süreçlerinin yoğunlaşması, çamur akışlarının ve toprak kaymalarının görünümü ve sıklığı.
· Karmaşık (peyzaj) değişiklikler – peyzajın bütünlüğünün ve doğal yapısının ihlali, doğal anıtların benzersizliği, verimli alanların kaybı, çölleşme.
Jeolojik dolaşım Maddeler kara ve deniz arasındaki yatay yönde en yüksek hıza sahiptir. Büyük dolaşımın anlamı, kayaların tahribat, hava koşulları ve suda çözünebilen besinler de dahil olmak üzere hava koşullarına maruz kalan ürünlerinin, deniz katmanlarının oluşmasıyla birlikte su akışlarıyla Dünya Okyanusu'na taşınması ve örneğin yalnızca kısmen karaya geri dönmesidir. yağış veya insanlar tarafından sudan çıkarılan organizmalar ile. Daha sonra, uzun bir süre boyunca yavaş jeotektonik değişiklikler meydana gelir - kıtaların hareketi, deniz yatağının yükselmesi ve alçalması, volkanik patlamalar vb. Bunun sonucunda oluşan tabakalar karaya döner ve süreç yeniden başlar. .
Maddenin büyük jeolojik döngüsü. Aşınma süreçlerinin etkisi altında kaya tahribatı ve çökelme meydana gelir. Tortul kayaçlar oluşur. Sabit çöküntü alanlarında (genellikle okyanus tabanı), coğrafi kabuğun malzemesi Dünyanın derin katmanlarına girer. Ayrıca sıcaklık ve basıncın etkisi altında metamorfik süreçler meydana gelir, bunun sonucunda kayalar oluşur, madde Dünya'nın merkezine yaklaşır. Dünyanın derinliklerinde, çok yüksek sıcaklık koşullarında magmatizma meydana gelir: kayalar erir, faylar boyunca magma şeklinde dünya yüzeyine yükselir ve patlamalar sırasında yüzeye dökülür. Böylece maddenin döngüsü meydana gelir. Dış uzayla madde alışverişini hesaba katarsak jeolojik döngü daha karmaşık hale gelir. Büyük jeolojik döngü, Dünya'nın içlerine düşen bir madde parçacığının mutlaka yüzeye çıkmaması veya tam tersi, bir patlama sırasında yükselen bir parçacığın hiçbir zaman Dünya yüzeyinde bulunmaması anlamında kapalı değildir. önce
Dünyadaki doğal süreçler için ana enerji kaynakları
Güneş'ten gelen radyasyon Dünya'daki ana enerji kaynağıdır. Gücü güneş sabiti ile karakterize edilir - güneş ışınlarına dik bir birim alandan geçen enerji miktarı. Bir astronomik birim uzaklıkta (yani Dünya'nın yörüngesinde) bu sabit yaklaşık 1370 W/m²'dir.
Canlı organizmalar Güneş enerjisini (fotosentez) ve kimyasal bağların enerjisini (kemosentez) kullanır. Bu enerji çeşitli doğal ve yapay işlemlerde kullanılabilir. Tüm enerjinin üçte biri atmosfer tarafından yansıtılır,% 0,02'si bitkiler tarafından fotosentez için kullanılır ve geri kalanı birçok doğal süreci sürdürmek için kullanılır - dünyayı, okyanusu, atmosferi, hava hareketini ısıtmak. ağırlık Güneş ışınlarıyla doğrudan ısıtma veya fotoseller kullanılarak enerji dönüşümü, elektrik üretmek (güneş enerjisi santralleri) veya başka faydalı işler yapmak için kullanılabilir. Uzak geçmişte petrol ve diğer fosil yakıt türlerinde depolanan enerji de fotosentez yoluyla elde ediliyordu.
Bu muazzam enerji, doğal süreçlerden geçtikten sonra geri yansıdığı ve atmosferin geri kaçmasına izin vermediği için küresel ısınmaya yol açmaktadır.
2. Dünyanın iç enerjisi; tezahürü – volkanlar, kaplıcalar
18. Biyotik ve abiyotik kökenli enerji dönüşümleri
İşleyen bir doğal ekosistemde atık yoktur. Canlı veya ölü tüm organizmalar potansiyel olarak diğer organizmalar için besindir: Bir tırtıl yaprakları yer, ardıç kuşu tırtılları yer, şahin bir karatavuk yiyebilir. Bitkiler, tırtıllar, ardıç kuşları ve şahinler öldüğünde bunlar da ayrıştırıcılar tarafından işlenir.
Aynı tür besini kullanan tüm organizmalar aynı gruba aittir tropik seviye.
Doğal ekosistemlerdeki organizmalar, birbirine bağlı birçok besin zincirinden oluşan karmaşık bir ağa dahil olurlar. Böyle bir ağa denir besin ağı.
Enerji akışı piramitleri: Besin zinciri veya ağı içinde bir trofik seviyeden diğerine her geçişte iş yapılır ve termal enerji çevreye salınır ve bir sonraki trofik seviyedeki organizmaların kullandığı yüksek kaliteli enerji miktarı azalır.
%10 kuralı: Bir trofik seviyeden diğerine geçerken enerjinin %90'ı kaybolur ve %10'u bir sonraki seviyeye aktarılır.
Besin zinciri ne kadar uzun olursa, o kadar faydalı enerji kaybolur. Bu nedenle besin zincirinin uzunluğu genellikle 4-5 bağlantıyı geçmez.
Dünyanın peyzaj küresinin enerjisi:
1) güneş enerjisi: termal, radyant
2) Dünyanın bağırsaklarından termal enerji akışı
3) gelgit akıntılarının enerjisi
4) tektonik enerji
5) fotosentez sırasında enerji asimilasyonu
Doğada su döngüsü
Doğadaki su döngüsü, suyun dünyanın biyosferindeki döngüsel hareketi sürecidir. Buharlaşma, yoğunlaşma ve yağıştan (atmosferik yağış kısmen buharlaşır, kısmen geçici ve kalıcı drenajlar ve rezervuarlar oluşturur, kısmen yere sızar ve yeraltı suyu oluşturur) ve mantonun gazdan arındırma işlemlerinden oluşur: mantodan su sürekli olarak akar . çok derinlerde bile su bulunmuştur.
Denizler, yağış yoluyla aldıklarından daha fazlasını buharlaşma nedeniyle kaybederken, karada durum tam tersidir. Su dünya üzerinde sürekli olarak dolaşır, ancak toplam miktarı değişmez.
Dünya yüzeyinin %75'i sularla kaplıdır. Dünyanın su kabuğu hidrosferdir. Çoğu denizlerden ve okyanuslardan gelen tuzlu su, daha küçük bir kısmı ise göllerden, nehirlerden, buzullardan, yeraltı sularından ve su buharından gelen tatlı sudur.
Yeryüzünde su üç toplanma halinde bulunur: sıvı, katı ve gaz. Su olmadan canlı organizmalar var olamaz. Herhangi bir organizmada su, canlı organizmaların onsuz yaşayamayacağı kimyasal reaksiyonların meydana geldiği ortamdır. Su, canlı organizmaların yaşamı için en değerli ve temel maddedir.
Doğada çeşitli su döngüleri vardır:
Büyük veya Küresel Döngü - okyanusların yüzeyinin üzerinde oluşan su buharı rüzgarlar tarafından kıtalara taşınır, oraya yağış şeklinde düşer ve akıntı şeklinde okyanusa geri döner. Bu süreçte suyun kalitesi değişir; buharlaşmayla tuzlu deniz suyu tatlı suya dönüşür ve kirli su arıtılır.
Küçük veya okyanus döngüsü - Okyanus yüzeyinin üzerinde oluşan su buharı yoğunlaşır ve yağış olarak tekrar okyanusa düşer.
Kıtalararası döngü; kara yüzeyinde buharlaşan su, yağış şeklinde tekrar karaya düşer.
Sonunda hareket sürecindeki çökeltiler tekrar Dünya Okyanuslarına ulaşır.
Farklı su türlerinin aktarım hızları büyük farklılıklar gösterir ve akış dönemleri ile suyun yenilenme dönemleri de farklıdır. Birkaç saatten birkaç on binlerce yıla kadar değişirler. Okyanus, deniz ve karadaki suyun buharlaşmasıyla oluşan ve bulutlar halinde var olan atmosferik nem, ortalama sekiz günde bir yenilenir.
Canlı organizmaları oluşturan sular birkaç saat içinde yenilenir. Bu, su değişiminin en aktif şeklidir. Dağ buzullarındaki su rezervlerinin yenilenme süresi yaklaşık 1.600 yıl, kutup ülkelerinin buzullarında ise çok daha uzundur - yaklaşık 9.700 yıl.
Dünya Okyanusu sularının tamamen yenilenmesi yaklaşık 2.700 yılda gerçekleşir.
Güneş radyasyonu ile hareketli ve dönen dünya arasındaki etkileşimin etkileri.
Bu konuda mevsimsel değişkenliği dikkate almak gerekir: kış/yaz. Dünyanın dönüşü ve hareketi nedeniyle güneş ışınımının eşit olmayan bir şekilde geldiğini, bunun da iklim koşullarının enlemle birlikte değiştiği anlamına geldiğini açıklayın.
Dünya ekliptik düzleme 23,5 derece eğimlidir.
Işınlar farklı açılardan geçer. Radyasyon dengesi. Albedo dikkate alınarak sadece ne kadar kazandığı değil, ne kadar kaybettiği ve ne kadar kaldığı da önemlidir.
Atmosferin etki merkezleri
Atmosferin genel dolaşımıyla ilişkili, sürekli yüksek veya alçak basınçtan oluşan geniş alanlar - atmosferik eylem merkezleri. Rüzgarların hakim yönünü belirlerler ve coğrafi hava kütlelerinin oluşumunda merkez görevi görürler. Sinoptik haritalarda kapalı çizgiler - izobarlar olarak ifade edilirler.
Nedenler: 1) Dünyanın heterojenliği;
2) fiziksel farklılık toprağın ve suyun özellikleri (ısı kapasitesi)
3) yüzey albedosundaki fark (R/Q): su – %6, eq. ormanlar – %10-12, geniş ormanlar – %18, çayırlar – %22-23, kar – %92;
4) Coriolis F
Bu OCA'ya neden olur.
Atmosferin etki merkezleri:
● kalıcı– tüm yıl boyunca yüksek veya düşük basınca sahiptirler:
1. ekvator düşük bandı Ekseni Güneş'i takip ederek ekvatordan yaz yarımküresine doğru bir miktar hareket eden basınç - Ekvator çöküntüsü (sebepler: büyük miktarda Q ve okyanuslar);
2. Bir subtropikal yükseklik şeridi boyunca. Kuzeydeki baskı ve Yuzh. yarım küreler; birkaçı yaz aylarında daha yüksek subtropikal bölgelere göç eder. enlemler, kışın - daha düşük olanlara; bir dizi okyanusa bölün antisiklonlar: Kuzeyde. yarım küreler - Azor antisiklon (özellikle yaz aylarında) ve Hawaii; Güney - Güney Hindistan, Güney Pasifik ve Güney Atlantik'te;
3. düşüş alanları. Ilıman bölgelerin yüksek enlemlerinde okyanuslar üzerindeki baskı: Kuzeyde. yarımküreler - Güney'de İzlanda (özellikle kışın) ve Aleut minimumları - Antarktika'yı (50 0 S) çevreleyen sürekli bir düşük basınç halkası;
4. artan alanlar Kuzey Kutbu (özellikle kışın) ve Antarktika - antisiklonlar üzerindeki baskı;
● mevsimsel– Bir mevsimde yüksek veya alçak basınç alanları olarak izlenebilir, başka bir mevsimde karşıt burcun atmosferinin hareket merkezine dönüşür. Varlıkları, okyanus yüzeyinin sıcaklığına göre yıl boyunca kara yüzeyinin sıcaklığındaki keskin bir değişiklikle ilişkilidir; yazın toprağın aşırı ısınması burada alçak alanların oluşması için uygun koşullar yaratır. basınç, kış hipotermisi - daha yüksek alanlar için basınç. Hepsi icinde. yarımkürelerden daha yüksek kış bölgelerine. Baskılar arasında Moğolistan merkezli Asya (Sibirya) ve Kanada yüksekleri ile Güney Avustralya, Güney Amerika ve Güney Afrika yüksekleri yer alıyor. Yaz alçak alanları basınç: Kuzeyde. yarımküreler - Güney'de Güney Asya (veya Batı Asya) ve Kuzey Amerika minimumları. - Avustralya, Güney Amerika ve Güney Afrika'nın en düşük seviyeleri).
Atmosferin etki merkezleri belirli bir hava durumu ile karakterize edilir. Bu nedenle, buradaki hava, nispeten hızlı bir şekilde alttaki yüzeyin özelliklerini kazanır - Ekvator Çöküntüsü'nde sıcak ve nemli, Moğol Antisiklonunda soğuk ve kuru, İzlanda Alçak'ında serin ve nemli, vb.
Gezegensel ısı değişimi ve nedenleri
Gezegensel ısı değişiminin ana özellikleri. Dünyanın yüzeyi tarafından emilen güneş enerjisi daha sonra buharlaşma ve türbülanslı akışlarla ısı transferine harcanır. Ortalama olarak, tüm gezegenin yaklaşık% 80'i buharlaşmaya, toplam ısının kalan% 20'si ise türbülanslı ısı değişimine gidiyor.
Isı değişimi süreçleri ve bileşenlerinin okyanustaki ve karadaki coğrafi enlemindeki değişiklikler çok benzersizdir. İlkbahar ve yaz aylarında karaların emdiği ısının tamamı sonbahar ve kış aylarında tamamen kaybolur; dengeli bir yıllık ısı bütçesi ile bu nedenle her yerde sıfır olduğu ortaya çıkıyor.
Dünya Okyanusunda, suyun yüksek ısı kapasitesi ve hareketliliği nedeniyle ısı, akıntılar tarafından tüketiminin arzını aştığı yüksek enlemlere aktarıldığı düşük enlemlerde birikir. Bu sayede suyun hava ile ısı alışverişinde yarattığı açık kapatılır.
Dünya Okyanusunun ekvator bölgesinde, büyük miktarda emilen güneş ışınımı ve azaltılmış enerji tüketimi ile yıllık ısı bütçesi maksimum pozitif değerlere sahiptir. Ekvatordan uzaklaştıkça, ısı alışverişinin tüketim bileşenlerinin (özellikle buharlaşma) artması nedeniyle pozitif yıllık ısı bütçesi azalır. Tropik bölgelerden ılıman enlemlere geçişle birlikte ısı bütçesi negatif hale gelir.
Arazi içerisinde ilkbahar-yaz döneminde alınan ısının tamamı sonbahar-kış döneminde harcanmaktadır. Dünyanın uzun tarihi boyunca, Dünya Okyanusunun suları 7,6 * 10^21 kcal'a eşit büyük miktarda ısı biriktirmiştir. Bu kadar büyük bir kütlenin birikmesi, suyun yüksek ısı kapasitesi ve yoğun karışımıyla açıklanır; bu sırada okyanusosferin kalınlığında ısının oldukça karmaşık bir yeniden dağılımı meydana gelir. Tüm atmosferin ısı kapasitesi, Dünya Okyanusundaki on metrelik su tabakasınınkinden 4 kat daha azdır.
Dünya yüzeyi ile hava arasındaki türbülanslı ısı alışverişine giden güneş enerjisinin payı nispeten küçük olmasına rağmen, atmosferin yüzeye yakın kısmının ısıtılmasının ana kaynağıdır. Bu ısı alışverişinin yoğunluğu, hava ile alttaki yüzey (su veya kara) arasındaki sıcaklık farkına bağlıdır. Gezegenin alçak enlemlerinde (ekvatordan her iki yarımkürenin yaklaşık kırkıncı enlemine kadar), hava esas olarak güneş enerjisini biriktiremeyen ve aldığı tüm ısıyı atmosfere veren kara tarafından ısıtılır. Türbülanslı ısı alışverişi nedeniyle, hava kabuğu yılda 20 ila 40 kcal/cm^2 alır ve nemin düşük olduğu bölgelerde (Sahra, Arabistan, vb.) 60 kcal/cm^2'den bile fazla olur. Bu enlemlerdeki sular ısı biriktirir ve türbülanslı ısı alışverişi sürecinde havaya yılda yalnızca 5-10 kcal/cm2 veya daha azını salar. Yalnızca belirli bölgelerde (sınırlı alan) su yılda ortalama olarak daha soğuktur ve bu nedenle havadan ısı alır (ekvator bölgesinde, Hint Okyanusu'nun kuzeybatısında, ayrıca Afrika'nın batı kıyısı ve Güney Amerika'da).
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
(İncir. 2). Bu parçaların özelliği, gezegenin canlı maddesini oluşturan canlı organizmaların burada yaşamasıdır. 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. Asimilasyona uygun kimyasal maddelerin tükenmesi, genellikle kara veya okyanusun yerel alanlarında belirli organizma gruplarının gelişimini engeller. Akademisyen V.R.'ye göre. Williams'a göre sonsuzun sonlu özelliklerini vermenin tek yolu onun 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(Şek. 3). Kristal kayaçlar (mağmatik) fiziksel, kimyasal ve biyolojik faktörlerin etkisi altında tortul kayaçlara dönüşür. Kum ve kil, derin kayaların dönüşümünün ürünleri olan tipik çökeltilerdir. Bununla birlikte, çökelti oluşumu yalnızca mevcut kayaların tahrip olması nedeniyle değil, aynı zamanda biyojenik minerallerin - mikroorganizmaların iskeletlerinin - doğal kaynaklardan - okyanus, deniz ve göl sularından - sentezi yoluyla da meydana gelir. 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.
Bu nedenle, büyük döngü, güneş (dışsal) enerjinin Dünya'nın derin (içsel) 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'in enerjisiyle yürütülen su döngüsüne de denir. Su, rezervuarların ve toprağın yüzeyinden buharlaşır ve daha sonra yağış şeklinde Dünya'ya geri döner. Okyanus üzerinde buharlaşma yağıştan fazladır; karada ise tam tersidir. Bu farklılıklar nehir akışlarıyla telafi edilir. Kara bitki örtüsü küresel su döngüsünde önemli bir rol oynamaktadır. Dünya yüzeyinin belirli bölgelerindeki bitkilerin terlemesi, buraya düşen yağışların %80-90'ını ve ortalama olarak tüm iklim bölgeleri için yaklaşık %30'unu oluşturabilir. 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 yeraltı akışı, rüzgar erozyonu, deniz yatağı hareketi, volkanizma, dağ oluşumu) kaynaklanan hareketlerden yaratılır. , vesaire. ).
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. En önemlileri büyük miktarlarda gereklidir; 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 biyolojik bileşenin biyojeokimyasal süreçlerin kapanmasındaki rolü artar.
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, su buharının foto-ayrışması nedeniyle atmosferin üst katmanlarında ortaya çıkar, ancak bu kaynak, fotosentez tarafından sağlananın 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. Tortul 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.
Bitkiler tarafından oluşturulan organik maddenin tamamen ayrışması, 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. Canlı hücreleri oluşturan basit ve karmaşık organik molekülleri oluşturmak için diğer birçok elementle çeşitli şekillerde birleşebilir. 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 aktivitesinin çevresel faktörler tarafından engellendiği koşullarda (örneğin, toprakta ve rezervuarların dibinde anaerobik bir rejim oluştuğunda), bitki örtüsü tarafından biriken organik maddeler ayrışmaz ve zamanla kömür veya kahverengi gibi kayalara dönüşür. kömür, turba, sapropel, bitümlü şist ve birikmiş güneş enerjisi açısından zengin diğerleri. 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.
Biyojeokimyasal döngüye, Dünya'daki toplam miktardaki karbonun yalnızca yüzde birlik bir kısmı katılır. 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 önemli organik moleküllerin bir parçasıdır - DNA, proteinler, lipoproteinler, ATP, klorofil vb. Bitki dokularında karbona oranı ortalama 1: 30 ve deniz yosununda I: 6'dır. Azotun biyolojik döngüsü dolayısıyla karbonla da yakından ilişkilidir.
Atmosferdeki moleküler nitrojen, bu elementi yalnızca amonyum iyonları, nitratlar şeklinde veya topraktan veya sulu çözeltilerden emebilen bitkiler için erişilemez. 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.
Amonifiye edici mikroorganizmalar da nitrojen döngüsünde büyük rol oynar. 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 nitratlardan gelen 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 büyüktür ki, türlerinden sadece 20'si yok olsa gezegenimizdeki yaşam da sona erecektir.
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 aktivitesi, nitrojen döngüsünü, esas olarak moleküler duruma dönüş süreçleri boyunca bağlı formlara fazla transfer edilmesi yönünde giderek daha fazla etkilemektedir.
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. Bununla birlikte, okyanuslarda fosfor bileşiklerinin çoğu, hayvan ve bitki kalıntılarıyla birlikte dipte gömülür ve ardından tortul kayaçlarla birlikte büyük jeolojik döngüye geçiş yapar. 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, proteinlerin üç boyutlu yapısından sorumludur ve biyosferde çok çeşitli bakteriler tarafından korunur. Bu döngüdeki bireysel bağlantılar, organik kalıntıların sülfürünü sülfatlara oksitleyen aerobik mikroorganizmaların yanı sıra, sülfatları hidrojen sülfite 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 sülfit 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. Büyük miktarlarda sülfatların ve elementel kükürtün endüstriyel kullanımı ve fosil yakıtların yakılması, atmosfere büyük miktarlarda kükürt dioksit salmaktadır. Bu bitki örtüsüne, hayvanlara ve insanlara zarar verir ve asit yağmuru kaynağı olarak hizmet eder, bu da kükürt döngüsüne insan müdahalesinin olumsuz etkilerini şiddetlendirir.
Maddelerin dolaşım hızı
Maddelerin tüm döngüleri farklı hızlarda gerçekleşir (Şekil 11)
Böylece gezegendeki tüm besinlerin döngüleri, farklı parçaların karmaşık etkileşimi ile desteklenir. 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, çeşitli madde döngülerinin meydana geldiği tek bir karmaşık sistem gibi davranır. 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 temeli, her canlının kendisini etkileyen birçok farklı faktörle çevrelendiği ve bunların birlikte yaşam alanını, yani bir biyotopu oluşturduğu fikridir. Buradan, biyotop - belirli bitki veya hayvan türlerinin yaşam koşulları açısından homojen olan bir bölge bölümü(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).
Canlı topluluğu (biyosenoz), biyotopu ile tek bir bütün oluşturur. ekolojik sistem (ekosistem). Doğal ekosistemlere örnek olarak karınca yuvası, göl, gölet, çayır, orman, şehir, çiftlik verilebilir. Yapay ekosistemin klasik bir örneği uzay gemisidir. Gördüğünüz gibi burada katı bir mekansal yapı yok. Ekosistem kavramına yakın bir kavramdır biyojeosinoz.
Ekosistemlerin ana bileşenleri şunlardır:
- cansız (abiyotik) çevre. 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. besin ağı oluşturuyoruz.
Besin zinciri örnekleri: bitki - otobur - yırtıcı; tahıl - 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
Biyosferin varlığını sürdürmesi, hareketinin (gelişmesinin) durmaması için, biyolojik olarak önemli maddelerin dolaşımının Dünya'da sürekli olarak gerçekleşmesi gerekir. Biyolojik önemi olan maddelerin halkadan halkaya bu geçişi ancak kaynağı Güneş olan belirli bir enerji harcaması ile gerçekleştirilebilmektedir.
Güneş enerjisi Dünya'da iki madde döngüsü sağlar:
- jeolojik (abiyotik) veya büyük döngü;
- biyolojik (biyotik) veya küçük döngü.
Jeolojik döngü en açık şekilde su döngüsünde ve atmosferik dolaşımda kendini gösterir.
Dünya, Güneş'ten yılda yaklaşık 21 10 20 kJ radyant enerji almaktadır. Bunun yaklaşık yarısı suyun buharlaşmasına harcanıyor. Büyük döngüye neden olan şey budur.
Biyosferdeki su döngüsü, Dünya yüzeyinden toplam buharlaşmanın yağışla telafi edilmesi gerçeğine dayanmaktadır. Aynı zamanda, okyanuslardan yağışla geri dönen sudan daha fazla su buharlaşıyor. Karada ise suyun buharlaşmasından daha fazla yağış düşer. Fazlalığı nehirlere ve göllere, oradan da tekrar okyanusa akar.
Suyun jeolojik döngüsü sürecinde, mineral bileşikleri gezegen ölçeğinde bir yerden diğerine aktarılır ve suyun toplam durumu da değişir (sıvı, katı - kar, buz; gaz - buhar). Su en yoğun şekilde buhar halinde dolaşır.
Atmosferin dolaşımına dayalı canlı maddenin ortaya çıkışıyla birlikte, su, içinde çözünmüş mineral bileşikleri, yani. abiyotik, jeolojik döngü temelinde, organik madde döngüsü veya küçük bir döngü ortaya çıktı, biyolojik döngü.
Canlı madde geliştikçe jeolojik döngüden sürekli olarak daha fazla element çıkarılıyor ve yeni bir biyolojik döngüye giriyor.
Büyük (jeolojik) döngüde mineral elementlerin basit aktarımı ve hareketinin aksine, küçük (biyolojik) döngüde en önemli noktalar organik bileşiklerin sentezi ve yok edilmesidir. Bu iki süreç, yaşamın temelini oluşturan ve onun temel özelliklerinden birini oluşturan belirli bir ilişki içindedir.
Jeolojik döngünün aksine biyolojik döngünün enerjisi daha düşüktür. Bilindiği gibi, Dünya'ya gelen güneş enerjisinin yalnızca %0,1-0,2'si organik madde oluşumuna harcanmaktadır (jeolojik döngüde %50'ye kadar). Buna rağmen biyolojik döngüde yer alan enerji, Dünya'da birincil üretimin yaratılmasına yönelik muazzam çalışmaya harcanmaktadır.
Dünya üzerinde canlı maddenin ortaya çıkmasıyla birlikte kimyasal elementler biyosferde sürekli olarak dolaşarak dış ortamdan organizmalara ve tekrar dış ortama geçer.
Kimyasal elementlerin, canlı organizmalar arasında güneş enerjisi kullanılarak az çok kapalı yollar boyunca bu şekilde dolaşımına denir. biyojeokimyasal döngü (döngü).
Ana biyojeokimyasal döngüler oksijen, karbon, nitrojen, fosfor, kükürt, su ve besin döngüleridir.
Karbon döngüsü.
Karada karbon döngüsü, fotosentez sırasında karbondioksitin bitkiler tarafından sabitlenmesiyle başlar. Daha sonra karbondioksit ve sudan karbonhidratlar oluşur ve oksijen açığa çıkar. Bu durumda karbon, bitki solunumu sırasında kısmen karbondioksit olarak açığa çıkar. Bitkilerde sabit olan karbonun bir kısmı hayvanlar tarafından tüketilir. Hayvanlar nefes alırken karbondioksit de salarlar. Ölü hayvanlar ve bitkiler mikroorganizmalar tarafından ayrıştırılarak ölü organik maddedeki karbonun karbondioksite oksitlenmesine ve atmosfere geri salınmasına neden olur.
Benzer bir karbon döngüsü okyanuslarda da meydana gelir.
Nitrojen döngüsü.
Azot döngüsü, diğer biyojeokimyasal döngüler gibi, biyosferin tüm alanlarını kapsar. Azot döngüsü, nitrojeni sabitleyen ve nitrifikasyon bakterilerinin aktivitesi nedeniyle nitrojenin nitratlara dönüşümüyle ilişkilidir. Nitratlar bitkiler tarafından topraktan veya sudan emilir. Bitkiler hayvanlar tarafından yenir. Sonunda ayrıştırıcılar nitrojeni tekrar gaz formuna dönüştürür ve tekrar atmosfere salarlar.
Modern koşullarda insanlar geniş alanlarda nitrojeni sabitleyen baklagiller yetiştirerek ve doğal nitrojeni yapay olarak sabitleyerek nitrojen döngüsüne müdahale etmişlerdir. Tarım ve endüstrinin, doğal karasal ekosistemlerden yaklaşık %60 daha fazla sabit nitrojen sağladığı düşünülüyor.
Su ortamında da benzer bir nitrojen döngüsü gözlenir.
Fosfor döngüsü.
Karbon ve nitrojenden farklı olarak, kayalarda fosfatları aşındıran ve serbest bırakan fosfor bileşikleri bulunur. Birçoğu denizlere ve okyanuslara gidiyor ve balık yiyen kuşlarla biten deniz besin zincirleri yoluyla kısmen karaya geri döndürülebiliyor. Bazı fosfatlar toprağa girer ve bitki kökleri tarafından emilir. Fosforun bitkiler tarafından emilmesi, toprak çözeltisinin asitliğine bağlıdır: asitlik arttıkça, suda pratik olarak çözünmeyen fosfatlar, yüksek oranda çözünür fosforik asite dönüştürülür. Bitkiler daha sonra hayvanlar tarafından yenir.
Biyojeokimyasal döngülerdeki ana bağlantılar, çeşitli formları döngülerin yoğunluğunu ve yer kabuğunun neredeyse tüm elementlerinin bunlara katılımını belirleyen çeşitli organizmalardır.
Genel olarak, herhangi bir kimyasal elementin her döngüsü Dünya üzerindeki maddelerin genel büyük döngüsünün bir parçasıdır; yakından ilişkilidirler.
Biyosferin ortaya çıkmasından önce Dünya'da üç madde döngüsü vardı: maden döngüsü - magmatik ürünlerin derinliklerden yüzeye ve geriye doğru hareketi; gaz döngüsü - Güneş tarafından periyodik olarak ısıtılan hava kütlelerinin dolaşımı,Su döngüsü - suyun buharlaşması ve hava kütleleri, yağış (yağmur, kar) yoluyla taşınması. Bu üç döngü tek bir terimle birleşiyor - jeolojik (abiyotik) döngü. Yaşamın gelişiyle birlikte gaz, mineral ve su döngüleri eklendi. biyotik (biyojenik) döngü - organizmaların hayati aktivitesi tarafından gerçekleştirilen kimyasal elementlerin döngüsü. Jeolojik olanla birlikte tek bir biyojeokimyasal döngü Dünyadaki maddeler.
Jeolojik döngü.
Dünya yüzeyine ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık yarısı suyun buharlaşması, kayaların aşınması, minerallerin çözünmesi, hava kütlelerinin hareketi ve bunlarla birlikte su buharı, toz ve hava koşullarına dayanıklı katı parçacıkların hareketi için harcanır.
Suyun ve rüzgarın hareketi, hidrosfer ve litosferde toprak erozyonuna, hareketine, yeniden dağıtımına ve mekanik ve kimyasal yağışların birikmesine yol açar. Bu döngü günümüzde de devam etmektedir.
Büyük ilgi Su döngüsü. Bir yılda hidrosferden yaklaşık 3,8 10 14 ton su buharlaşır ve yağışla birlikte yalnızca 3,4 10 14 ton su Dünya'nın su kabuğuna geri döner. Eksik kısım karaya düşüyor. Toplamda karaya yaklaşık 1 10 14 ton yağış düşüyor ve yaklaşık 0,6 10 14 ton su buharlaşıyor. Litosferde oluşan fazla su göllere ve nehirlere, ardından Dünya Okyanusuna akar (Şekil 2.4). Yüzey akışı yaklaşık 0,2 10 14 tondur, geri kalan 0,2 10 14 ton su, suyun nehirlere, göllere ve okyanusa aktığı toprak altı akiferlerine girer ve aynı zamanda yeraltı suyu rezervuarlarını da doldurur.
biyotik döngü. Organik maddelerin sentezlenmesi ve daha sonra orijinal minerallere yok edilmesi işlemlerine dayanır. Organik maddelerin sentezlenmesi ve yok edilmesi süreçleri, canlı maddenin varlığının temeli ve biyosferin işleyişinin temel özelliğidir.
Herhangi bir organizmanın yaşam aktivitesi, çevreyle metabolizma olmadan mümkün değildir. Metabolizma sürecinde vücut gerekli maddeleri tüketir, özümser ve atık ürünleri açığa çıkarır; gezegenimizin büyüklüğü sonsuz değildir ve sonuçta tüm faydalı maddeler işe yaramaz atıklara dönüştürülür. Bununla birlikte, evrim sürecinde mükemmel bir çözüm bulundu: Cansız maddeden canlı madde oluşturabilen organizmalara ek olarak, bu karmaşık organik maddeyi yeni kullanıma hazır ilk minerallere ayrıştıran başka organizmalar da ortaya çıktı. V.R. "Sınırlı bir miktara sonsuzluğun özelliklerini vermenin tek yolu" diye yazdı. Williams'ın amacı onun kapalı bir eğri boyunca dönmesini sağlamaktır."
Canlı ve cansız doğa arasındaki etkileşim mekanizması, cansız maddenin yaşam alanına dahil edilmesinden oluşur. Canlı organizmalardaki cansız madde bir dizi dönüşümden sonra eski orijinal durumuna geri döner. Böyle bir döngü, canlı organizmaların cansız doğayla aynı kimyasal elementleri içermesi nedeniyle mümkündür.
Bu döngü nasıl gerçekleşiyor? V.I. Vernadsky, uzaydan gelen enerjinin (çoğunlukla güneş enerjisi) ana dönüştürücüsünün bitkilerin yeşil maddesi olduğunu doğruladı. Yalnızca güneş enerjisinin etkisi altında birincil organik bileşikleri sentezleyebilirler. Bilim adamı, yılın zamanına bağlı olarak enerjiyi emen bitkilerin yeşil maddesinin toplam yüzey alanının Güneş'in yüzey alanının% 0,86 ila 4,2'si arasında değiştiğini hesapladı. Aynı zamanda Dünya'nın yüzey alanı
Besinleri bitki olan hayvanlar veya diğer hayvanlar vücutlarında yeni organik bileşikler sentezlerler.
Hayvan ve bitki kalıntıları solucanlar, mantarlar ve mikroorganizmalar için besin görevi görür ve sonuçta bunları orijinal minerallere dönüştürerek karbondioksit açığa çıkarır. Bu mineraller yine bitkiler tarafından birincil organik bileşiklerin oluşturulmasında ilk hammadde görevi görür. Böylece çember kapanır ve atomların yeni bir hareketi başlar.
Aynı zamanda maddelerin döngüsü de tam anlamıyla kapalı değildir. Bazı atomlar döngüyü terk eder, yeni canlı organizma biçimleri ve onların yaşamsal faaliyetlerinin ürünleri tarafından sabitlenir ve düzenlenir. Litosfere, hidrosfere ve troposfere nüfuz eden canlı organizmalar, mevcut maddelerin hareketi ve yeniden dağıtımı ve yenilerinin yaratılması üzerinde muazzam jeokimyasal çalışmalar üretti ve üretiyor. Biyojeokimyasal döngülerin kapsamını genişlettiği ve biyosferi güçlendirdiği için biyosferin aşamalı gelişiminin özü budur. V.I. Vernadsky'nin belirttiği gibi, biyosferde atomların "girdaplar" şeklinde sürekli bir biyojenik hareketi vardır.
Jeolojik döngüden farklı olarak biyotik döngü, önemsiz enerji tüketimiyle karakterize edilir. Daha önce de belirtildiği gibi, Dünya yüzeyine ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık %1'i birincil organik maddenin oluşturulması için harcanmaktadır. Bu enerji, gezegendeki en karmaşık biyojeokimyasal süreçlerin işleyişi için yeterlidir.
