Küçük (biyolojik) döngü

Biyosferdeki canlı maddenin kütlesi nispeten küçüktür. Dünyanın yüzeyine dağılmışsa, sonuç yalnızca 1,5 cm'lik bir katmandır. Tablo 4.1, biyosferin ve dünyanın diğer jeosferlerinin bazı niceliksel özelliklerini karşılaştırmaktadır. Gezegenin diğer kabuklarının kütlesinin 10-6 katından daha azını oluşturan biyosfer, kıyaslanamaz derecede daha fazla çeşitliliğe sahiptir ve bileşimini bir milyon kat daha hızlı yeniler.

Tablo 4.1

Biyosferin Dünya'nın diğer jeosferleriyle karşılaştırılması

*Canlı ağırlığa dayalı canlı madde

4.4.1. Biyosferin işlevleri

Biyosferin biyotası sayesinde gezegendeki kimyasal dönüşümlerin büyük kısmı meydana gelir. Dolayısıyla V.I. Vernadsky, canlı maddenin muazzam dönüştürücü jeolojik rolü hakkında. Organik evrim sırasında canlı organizmalar kendi içlerinden, organlarından, dokularından, hücrelerinden ve kanından, tüm atmosferden, Dünya Okyanusu'nun tüm hacminden, toprak kütlesinin büyük bir kısmından ve çok büyük miktarda mineral maddeden bin kez geçtiler ( 103'ten 105'e kadar farklı döngüler için). Ve bunu kaçırmakla kalmadılar, aynı zamanda dünyanın çevresini kendi ihtiyaçları doğrultusunda değiştirdiler.

Güneş enerjisini kimyasal bağların enerjisine dönüştürme yetenekleri sayesinde bitkiler ve diğer organizmalar, gezegen ölçeğinde bir dizi temel biyojeokimyasal işlevi yerine getirir.

Gaz fonksiyonu. Canlılar, fotosentez ve solunum işlemleri yoluyla çevreyle sürekli olarak oksijen ve karbondioksit alışverişinde bulunurlar. Bitkiler, gezegenin jeokimyasal evriminde indirgeyici bir ortamdan oksitleyici bir ortama geçişte ve modern atmosferin gaz bileşiminin oluşumunda belirleyici bir rol oynadı. Bitkiler, tüm modern canlı organizmaların tamamı için optimal olan O2 ve CO2 konsantrasyonlarını sıkı bir şekilde kontrol eder.

Konsantrasyon işlevi. Canlı organizmalar vücutlarından büyük miktarlarda hava ve doğal çözeltiler geçirerek biyojenik göç (kimyasalların hareketi) ve kimyasal elementlerin ve bunların bileşiklerinin konsantrasyonunu gerçekleştirirler. Bu, organik maddenin biyosentezi, mercan adalarının oluşumu, kabukların ve iskeletlerin oluşumu, tortul kireçtaşı tabakalarının ortaya çıkışı, bazı metal cevherlerinin birikmesi, okyanus tabanında demir-mangan nodüllerinin birikmesi vb. ile ilgilidir. Biyolojik evrimin ilk aşamaları su ortamında gerçekleşti. Organizmalar ihtiyaç duydukları maddeleri seyreltik sulu bir çözeltiden çıkarmayı öğrenmişler ve vücutlarındaki konsantrasyonlarını sürekli arttırmışlardır.

Canlı maddenin redoks fonksiyonu, elementlerin biyojenik göçü ve maddelerin konsantrasyonu ile yakından ilişkilidir. Doğadaki birçok madde stabildir ve normal koşullar altında oksidasyona uğramaz, örneğin moleküler nitrojen en önemli biyojenik elementlerden biridir. Ancak canlı hücreler o kadar güçlü katalizörlere (enzimlere) sahiptirler ki, birçok redoks reaksiyonunu abiyotik bir ortamda olduğundan milyonlarca kat daha hızlı gerçekleştirebilirler.

Biyosferin canlı maddesinin bilgi işlevi. Yapının basit bir yansıması olan "ölü" bilgiden farklı olan aktif ("canlı") bilginin gezegende ortaya çıkması, ilk ilkel canlıların ortaya çıkışıyla oldu. Organizmaların, bir enerji akışını, bir program rolü oynayan aktif bir moleküler yapıyla birleştirerek bilgi elde edebildikleri ortaya çıktı. Moleküler bilgiyi algılama, saklama ve işleme yeteneği doğada hızlı bir evrim geçirmiş ve ekolojik sistemi oluşturan en önemli faktör haline gelmiştir. Biyotanın toplam genetik bilgi kaynağının 1015 bit olduğu tahmin edilmektedir. Küresel biyotanın tüm hücrelerinde metabolizma ve enerji ile ilişkili moleküler bilgi akışının toplam gücü 1036 bit/s'ye ulaşır (Gorshkov ve diğerleri, 1996).

4.4.2. Biyolojik döngünün bileşenleri.

Biyolojik döngü, biyosferin tüm bileşenleri arasında (yani toprak, hava, su, hayvanlar, mikroorganizmalar vb. arasında) meydana gelir. Canlı organizmaların zorunlu katılımıyla oluşur.

Biyosfere ulaşan güneş ışınımı yılda yaklaşık 2,5*1024 J enerji taşır. Fotosentez işlemi sırasında bunun sadece% 0,3'ü doğrudan organik maddelerin kimyasal bağlarının enerjisine dönüştürülür, yani. Biyolojik döngüye dahil olur. Ve Dünya'ya düşen güneş enerjisinin %0,1 - 0,2'sinin saf birincil üretimde yer aldığı ortaya çıkıyor. Bu enerjinin diğer kaderi, gıdadaki organik maddenin trofik zincirlerin basamakları yoluyla aktarılmasıyla ilişkilidir.

Biyolojik döngü şartlı olarak birbirine bağlı bileşenlere ayrılabilir: maddelerin döngüsü ve enerji döngüsü.

4.4.3. Enerji döngüsü. Biyosferde enerjinin dönüşümü

Bir ekosistem, sürekli olarak enerji, madde ve bilgi alışverişinde bulunan canlı organizmaların bir koleksiyonu olarak tanımlanabilir. Enerji iş yapabilme yeteneği olarak tanımlanabilir. Ekosistemlerdeki enerjinin hareketi de dahil olmak üzere enerjinin özellikleri, termodinamik yasalarıyla tanımlanır.

Termodinamiğin birinci kanunu veya enerjinin korunumu kanunu, enerjinin yok olmadığını veya yeniden yaratılmadığını, sadece bir formdan diğerine geçtiğini belirtir.

Termodinamiğin ikinci yasası, kapalı bir sistemde entropinin yalnızca artabileceğini belirtir. Ekosistemlerdeki enerjiyle ilgili olarak aşağıdaki formülasyon uygundur: Enerjinin dönüşümüyle ilgili süreçler, yalnızca enerjinin konsantre bir formdan dağınık bir forma geçmesi, yani bozunması koşuluyla kendiliğinden gerçekleşebilir. Kullanılamaz hale gelen enerji miktarının ölçüsü veya enerjinin bozunması sırasında meydana gelen düzen değişikliğinin ölçüsü entropidir. Sistemin derecesi ne kadar yüksek olursa entropisi o kadar düşük olur.

Başka bir deyişle canlı madde, uzayın ve güneşin enerjisini alır ve dünyevi süreçlerin (kimyasal, mekanik, termal, elektriksel) enerjisine dönüştürür. Bu enerjiyi ve inorganik maddeyi biyosferdeki maddelerin sürekli döngüsüne dahil eder. Biyosferdeki enerji akışının Güneş'ten bitkilere (ototroflar) ve hayvanlara (heterotroflar) doğru tek bir yönü vardır. Sabit kritik çevresel göstergelere (homeostaz) sahip, istikrarlı bir durumdaki doğal, el değmemiş ekosistemler, en düzenli sistemlerdir ve en düşük entropiyle karakterize edilir.

4.4.4. Canlı doğadaki maddelerin döngüsü

Canlı maddenin oluşumu ve ayrışması, kimyasal elementlerin biyolojik döngüsü adı verilen tek bir sürecin iki yüzüdür. Yaşam, organizmalar ve çevre arasındaki kimyasal elementlerin döngüsüdür.

Döngünün nedeni, organizmaların vücutlarını oluşturan elementlerin sınırlı sayıda olmasıdır. Her organizma, yaşam için gerekli olan maddeleri çevreden alır ve kullanılmayanları geri verir. Bu durumda:

Bazı organizmalar mineralleri doğrudan çevreden tüketir;

diğerleri önce işlenmiş ve izole edilmiş ürünleri kullanır;

üçüncü - ikinci vb. maddeler orijinal hallerinde çevreye dönene kadar.

Biyosferde, birbirlerinin atık ürünlerini kullanabilen çeşitli organizmaların bir arada bulunmasına açık bir ihtiyaç vardır. Neredeyse atıksız biyolojik üretim görüyoruz.

Maddelerin canlı organizmalardaki dolaşımı kabaca dört sürece indirgenebilir:

1. Fotosentez. Fotosentezin bir sonucu olarak bitkiler güneş enerjisini emer ve biriktirir ve organik maddeleri (birincil biyolojik ürünler) ve inorganik maddelerden oksijeni sentezler. Birincil biyolojik ürünler çok çeşitlidir; karbonhidratlar (glikoz), nişasta, lif, proteinler ve yağlar içerirler.

En basit karbonhidratın (glikoz) fotosentez şeması aşağıdaki şemaya sahiptir:

Bu süreç yalnızca gün içinde meydana gelir ve buna bitki kütlesinde bir artış eşlik eder.

Dünya üzerinde fotosentez sonucu yılda yaklaşık 100 milyar ton organik madde oluşmakta, yaklaşık 200 milyar ton karbondioksit emilmekte ve yaklaşık 145 milyar ton oksijen açığa çıkmaktadır.

Fotosentez, Dünya'da yaşamın varlığının sağlanmasında belirleyici bir rol oynamaktadır. Küresel önemi, fotosentezin, minimalist prensibe uygun olarak termodinamik bir süreçte enerjinin dağılmadığı, aksine biriktiği tek süreç olduğu gerçeğiyle açıklanmaktadır.

Bitkiler, proteinlerin yapımı için gerekli olan amino asitleri sentezleyerek diğer canlı organizmalardan nispeten bağımsız olarak var olabilirler. Bu, bitkilerin ototrofisini (beslenmede bağımsızlık) gösterir. Aynı zamanda, bitkilerin yeşil kütlesi ve fotosentez sırasında üretilen oksijen, bir sonraki canlı organizma grubunun (hayvanlar, mikroorganizmalar) yaşamını desteklemenin temelini oluşturur. Bu, bu organizma grubunun heterotrofisini gösterir.

2. Nefes almak. Süreç fotosentezin tersidir. Tüm canlı hücrelerde görülür. Solunum sırasında organik madde oksijen tarafından oksitlenir, bunun sonucunda karbondioksit, su oluşur ve enerji açığa çıkar.

3. Ototrofik ve heterotrofik organizmalar arasındaki besin (trofik) bağlantıları. Bu durumda enerji ve madde, daha önce detaylı olarak ele aldığımız besin zincirinin halkaları boyunca aktarılır.

4. Terleme süreci. Biyolojik döngüdeki en önemli süreçlerden biri.

Şematik olarak aşağıdaki gibi tarif edilebilir. Bitkiler topraktaki nemi kökleri aracılığıyla emer. Aynı zamanda suda çözünmüş, emilen mineralleri de alırlar ve çevre koşullarına bağlı olarak nem az çok yoğun bir şekilde buharlaşır.

4.4.5. Biyojeokimyasal döngüler

Jeolojik ve biyolojik döngüler birbiriyle bağlantılıdır; biyojeokimyasal döngüler (BGCC) adı verilen maddelerin dolaşımına yol açan tek bir süreç olarak var olurlar. Bu element döngüsü, ekosistemdeki organik maddelerin sentezi ve bozunmasından kaynaklanmaktadır (Şekil 4.1). Biyosferin tüm elementleri BGCC'ye dahil değildir, yalnızca biyojenik olanları içerir. Canlı organizmalar bunlardan oluşur; bu elementler çok sayıda reaksiyona girer ve canlı organizmalarda meydana gelen süreçlere katılır. Yüzde cinsinden, biyosferdeki canlı maddenin toplam kütlesi aşağıdaki ana biyojenik elementlerden oluşur: oksijen - %70, karbon - %18, hidrojen - %10,5, kalsiyum - %0,5, potasyum - %0,3, nitrojen - 0, %3, (oksijen, hidrojen, nitrojen, karbon tüm manzaralarda bulunur ve canlı organizmaların temelidir - %98).

Kimyasal elementlerin biyojenik göçünün özü.

Dolayısıyla biyosferde biyojenik bir madde döngüsü (yani organizmaların yaşamsal aktivitesinden kaynaklanan bir döngü) ve tek yönlü bir enerji akışı vardır. Kimyasal elementlerin biyojenik göçü temel olarak iki karşıt süreç tarafından belirlenir:

1. Güneş enerjisi sayesinde çevresel unsurlardan canlı maddenin oluşması.

2. Enerjinin açığa çıkmasıyla birlikte organik maddelerin yok edilmesi. Bu durumda, mineral maddelerin elementleri tekrar tekrar canlı organizmalara girer, böylece karmaşık organik bileşiklerin, formların bir parçası haline gelir ve daha sonra ikincisi yok edildiğinde tekrar mineral bir form kazanırlar.

Canlı organizmaların parçası olan ancak biyojenik olarak sınıflandırılmayan elementler vardır. Bu tür elementler organizmalardaki ağırlık oranlarına göre sınıflandırılır:

Makroelementler – kütlenin en az %10-2'sini oluşturan;

Mikro elementler – kütlenin %9*10-3 ila %1*10-3'ü arasındaki bileşenler;

Ultramikro elementler – kütlenin %9*10-6'sından azı;

Biyojenik elementlerin biyosferin diğer kimyasal elementleri arasındaki yerini belirlemek için ekolojide kabul edilen sınıflandırmayı ele alalım. Biyosferde meydana gelen süreçlerdeki aktivitelerine göre tüm kimyasal elementler 6 gruba ayrılır:

Soy gazlar - helyum, neon, argon, kripton, ksenon. İnert gazlar canlı organizmaların bir parçası değildir.

Asil metaller - rutenyum, radyum, paladyum, osmiyum, iridyum, platin, altın. Bu metaller yer kabuğunda neredeyse hiç bileşik oluşturmaz.

Döngüsel veya biyojenik elementler (bunlara ayrıca göçmen denir). Yer kabuğundaki bu biyojenik element grubu toplam kütlenin %99,7'sini, geri kalan 5 grup ise %0,3'ünü oluşturur. Bu nedenle, elementlerin büyük bir kısmı coğrafi zarf içinde dolaşan göçmenlerdir ve inert elementlerin bir kısmı çok küçüktür.

Serbest atomların baskınlığı ile karakterize edilen dağınık elementler. Kimyasal reaksiyonlara girerler ancak bileşikleri yer kabuğunda nadiren bulunur. İki alt gruba ayrılırlar. Birincisi - rubidyum, sezyum, niyobyum, tantal - yer kabuğunun derinliklerinde bileşikler oluşturur ve yüzeyde mineralleri yok edilir. İkincisi - iyot, brom - yalnızca yüzeyde reaksiyona girer.

Radyoaktif elementler - polonyum, radon, radyum, uranyum, neptunyum, plütonyum.

Nadir toprak elementleri - itriyum, samaryum, europium, tulyum vb.

Tüm yıl boyunca biyokimyasal döngüler yaklaşık 480 milyar ton maddeyi harekete geçiriyor.

V.I. Vernadsky, kimyasal elementlerin biyojenik göçünün özünü açıklayan üç biyojeokimyasal prensibi formüle etti:

Biyosferdeki kimyasal elementlerin biyojenik göçü her zaman maksimum tezahürü için çaba gösterir.

Türlerin jeolojik zaman içerisinde istikrarlı yaşam formlarının oluşmasına yol açan evrimi, atomların biyojenik göçünü artıracak yönde ilerlemektedir.

Canlı madde, biyosferi yeniden yaratan ve koruyan bir faktör olan çevresi ile sürekli kimyasal alışveriş içindedir.

Bu elementlerden bazılarının biyosferde nasıl hareket ettiğini düşünelim.

Karbon döngüsü. Biyotik döngünün ana katılımcısı, organik maddelerin temeli olan karbondur. Karbon döngüsü öncelikle canlı madde ile atmosferik karbondioksit arasında fotosentez süreci yoluyla meydana gelir. Otçulların yiyeceklerinden, etoburların ise otçullardan elde edilir. Solunum ve çürüme sırasında karbondioksit kısmen atmosfere geri döner; geri dönüş ise organik minerallerin yakılmasıyla gerçekleşir.

Karbonun atmosfere geri dönüşü olmazsa 7-8 yıl içinde yeşil bitkiler tarafından tüketilecektir. Fotosentez yoluyla biyolojik karbon dönüşüm hızı 300 yıldır. Okyanuslar atmosferdeki CO2 içeriğinin düzenlenmesinde büyük rol oynamaktadır. Atmosferdeki CO2 içeriği artarsa ​​bir kısmı suda çözünerek kalsiyum karbonatla reaksiyona girer.

Oksijen döngüsü.

Oksijen yüksek kimyasal aktiviteye sahiptir ve yer kabuğunun hemen hemen tüm elementleriyle birleşir. Esas olarak bileşikler halinde bulunur. Canlı maddenin her dördüncü atomu bir oksijen atomudur. Atmosferdeki moleküler oksijenin neredeyse tamamı yeşil bitkilerin faaliyeti nedeniyle ortaya çıkar ve sabit bir seviyede tutulur. Solunum sırasında bağlanan ve fotosentez sırasında açığa çıkan atmosferik oksijen, 200 yıl içinde tüm canlı organizmalardan geçer.

Azot döngüsü. Azot tüm proteinlerin ayrılmaz bir parçasıdır. Organik maddeyi oluşturan bir element olan sabit nitrojenin doğadaki nitrojene genel oranı 1:100000'dir. Azot molekülündeki kimyasal bağ enerjisi çok yüksektir. Bu nedenle, nitrojenin diğer elementlerle (oksijen, hidrojen) kombinasyonu (nitrojen fiksasyonu süreci) çok fazla enerji gerektirir. Endüstriyel nitrojen fiksasyonu, -500°C sıcaklıkta ve –300 atm basınçta katalizörlerin varlığında gerçekleşir.

Bildiğiniz gibi atmosferde %78'den fazla moleküler nitrojen bulunur ancak bu haliyle yeşil bitkiler için mevcut değildir. Bitkiler beslenmeleri için yalnızca nitrik ve nitröz asitlerin tuzlarını kullanabilirler. Bu tuzların oluşma yolları nelerdir? İşte bunlardan bazıları:

Biyosferde nitrojen fiksasyonu, biyokatalizin yüksek verimliliği nedeniyle normal sıcaklık ve basınçta birkaç anaerobik bakteri ve siyanobakteri grubu tarafından gerçekleştirilir. Bakterilerin yılda yaklaşık 1 milyar ton nitrojeni bağlı forma dönüştürdüğüne inanılmaktadır (küresel endüstriyel fiksasyon hacmi yaklaşık 90 milyon tondur).

Toprak nitrojenini sabitleyen bakteriler havadaki moleküler nitrojeni emebilir. Toprağı azotlu bileşiklerle zenginleştirirler, dolayısıyla önemleri son derece büyüktür.

Bitkisel ve hayvansal kökenli organik maddelerin azot içeren bileşiklerinin ayrışması sonucu.

Bakterilerin etkisi altında nitrojen nitratlara, nitritlere ve amonyum bileşiklerine dönüşür. Bitkilerde besin zincirlerinde organizmadan organizmaya aktarılan protein bileşiklerinin sentezinde nitrojen bileşikleri görev alır.

Fosfor döngüsü. Protein sentezinin onsuz mümkün olmadığı bir diğer önemli element de fosfordur. Ana kaynaklar magmatik kayaçlar (apatit) ve tortul kayaçlardır (fosforitler).

İnorganik fosfor, doğal liç işlemlerinin bir sonucu olarak döngüye dahil olur. Fosfor, katılımıyla bir dizi organik bileşiği sentezleyen ve bunları çeşitli trofik seviyelere aktaran canlı organizmalar tarafından emilir.

Trofik zincirlerdeki yolculuğunu tamamlayan organik fosfatlar, mikroplar tarafından parçalanarak yeşil bitkilerin kullanabileceği mineral fosfatlara dönüştürülür.

Maddenin ve enerjinin hareketini sağlayan biyolojik dolaşım sürecinde atık birikimine yer yoktur. Her yaşam formunun atık ürünleri (yani atıklar), diğer organizmalar için bir üreme alanı sağlar.

Teorik olarak biyokütlenin üretimi ve ayrışması arasında biyosferde her zaman bir denge sağlanmalıdır. Ancak bazı jeolojik dönemlerde, bazı doğal koşullar ve afetler nedeniyle biyolojik ürünlerin tamamı özümsenip dönüştürülemeyince biyolojik döngünün dengesi bozuldu. Bu durumlarda, yer kabuğunda korunan ve biriken, su kalınlığı, tortu altında fazla biyolojik ürünler oluşmuş ve permafrost bölgesinde son bulmuştur. Kömür, petrol, gaz ve kireçtaşı yatakları bu şekilde oluştu. Biyosferi kirletmedikleri unutulmamalıdır. Organik mineraller, fotosentez işlemi sırasında biriken Güneş enerjisini yoğunlaştırır. Artık insan, organik fosil yakıtları yakarak bu enerjiyi açığa çıkarıyor.

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, 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. Williams'a göre sonsuzluğun 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(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, 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.

Böylece, büyük döngü, güneş (dışsal) enerjinin, Dünyanın 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 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. 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 çevrimi 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 olarak).

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. 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.

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 (organizmaların inorganik maddelerden organik maddeler oluşturmayla ilgili çalışması) sınırlayan bir faktördür. 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 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 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. 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, 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 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. 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 motoru 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).

Yaşayan bir topluluk (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) 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. 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

Sayfa 1

Jeolojik döngü (doğadaki büyük madde döngüsü), itici gücü dışsal ve içsel jeolojik süreçler olan bir madde döngüsüdür.  

Jeolojik döngü, itici gücü dışsal ve içsel jeolojik süreçler olan maddelerin dolaşımıdır.  

Jeolojik döngünün sınırları biyosferin sınırlarından çok daha geniştir; genliği, biyosferin sınırlarının çok ötesinde yer kabuğunun katmanlarını kapsar. Ve en önemlisi canlı organizmalar bu döngünün süreçlerinde ikincil bir rol oynamaktadır.  

Böylece, maddelerin jeolojik döngüsü canlı organizmaların katılımı olmadan gerçekleşir ve maddeleri biyosfer ile Dünyanın daha derin katmanları arasında yeniden dağıtır.  

Jeolojik döngünün büyük döngüsündeki en önemli rol, maddenin büyük jeokimyasal akıştan uzun bir süre için kapatıldığı, sonsuz sentez döngülerine dönüştüğü ve maddenin hem biyosfer hem de teknosferik küçük döngüleri tarafından oynanır. ayrışma.  

Jeolojik döngünün büyük döngüsündeki en önemli rol, hem biyosfer hem de teknosferik maddenin küçük döngüleri tarafından oynanır; bu döngülerde madde, büyük jeokimyasal akıştan uzun bir süre için kapatılır, sonsuz sentez döngülerine dönüşür ve ayrışma.  

Bu karbon yavaş jeolojik döngüde yer alır.  

Yavaş jeolojik döngüde yer alan bu karbondur. Dünyadaki yaşam ve atmosferin gaz dengesi, küçük (biyojenik) döngüye katılan bitki (5 10 ton) ve hayvan (5 109 ton) dokularında bulunan nispeten küçük miktarlardaki karbon tarafından desteklenir. Ancak şu anda insanlar, karbon da dahil olmak üzere maddelerin döngüsünü yoğun bir şekilde kapatıyor. Örneğin, tüm evcil hayvanların toplam biyokütlesinin halihazırda tüm yabani kara hayvanlarının biyokütlesini aştığı tahmin edilmektedir. Ekili bitki alanları doğal biyojeosinoz alanlarına yaklaşıyor ve birçok kültürel ekosistem, insanlar tarafından sürekli olarak artan verimlilik açısından doğal olanlardan önemli ölçüde üstün.  

Zaman ve mekan açısından en kapsamlı olanı, maddelerin jeolojik döngüsüdür.  

Doğada 2 tür madde dolaşımı vardır: kara ve okyanus arasındaki büyük veya jeolojik madde döngüsü; küçük veya biyolojik - toprak ve bitkiler arasında.  

Bir bitkinin topraktan çıkardığı su, buhar halinde atmosfere girer, daha sonra soğuyarak yoğunlaşır ve yağış şeklinde toprağa veya okyanusa geri döner. Jeolojik su döngüsü, katı çökeltilerin karada ve rezervuarların dibinde mekanik olarak yeniden dağıtılmasını, birikmesini, birikmesini ve ayrıca toprak ve kayaların mekanik olarak tahrip edilmesi sürecini sağlar. Ancak suyun kimyasal işlevi canlı organizmaların veya onların metabolik ürünlerinin katılımıyla gerçekleştirilir. Topraklar gibi doğal sular da karmaşık biyoinert maddelerdir.  

İnsan jeokimyasal aktivitesi biyolojik ve jeolojik süreçlerle ölçek olarak karşılaştırılabilir hale geliyor. Jeolojik döngüde soyulma bağlantısı keskin bir şekilde artar.  

Genel karakter ve biyolojik üzerinde ana iz bırakan faktör. Aynı zamanda, jeolojik su döngüsü sürekli olarak tüm bu unsurları ufalanan kara katmanlarından okyanus havzasına doğru yıkamaya çabalıyor. Bu nedenle bitki besin elementlerinin toprakta korunması, bunların suda kesinlikle çözünmeyen bir forma dönüştürülmesini gerektirir. Bu gereksinim canlı organik madde tarafından karşılanır.  

Canlı ve cansız doğa arasındaki ilişkinin izini sürmek için biyosferde madde döngüsünün nasıl gerçekleştiğini anlamak gerekir.

Anlam

Maddelerin döngüsü, aynı maddelerin litosfer, hidrosfer ve atmosferde meydana gelen işlemlere tekrar tekrar katılmasıdır.

İki tür madde döngüsü vardır:

• jeolojik(büyük döngü);
• biyolojik(küçük döngü).

Maddelerin jeolojik dolaşımının itici gücü dış (güneş radyasyonu, yerçekimi) ve iç (Dünyanın iç enerjisi, sıcaklık, basınç) jeolojik süreçler, biyolojik süreçler - canlıların aktivitesidir.

Büyük Döngü, canlı organizmaların katılımı olmadan gerçekleşir. Dış ve iç faktörlerin etkisi altında rahatlama oluşur ve düzeltilir. Depremler, hava koşulları, volkanik patlamalar ve yer kabuğunun hareketi sonucunda vadiler, dağlar, nehirler, tepeler oluşur, jeolojik katmanlar oluşur.

Pirinç. 1. Jeolojik döngü.

Biyosferdeki maddelerin biyolojik dolaşımı, besin zinciri boyunca enerjiyi dönüştüren ve ileten canlı organizmaların katılımıyla gerçekleşir. Canlı (biyotik) ve cansız (abiyotik) maddeler arasındaki istikrarlı bir etkileşim sistemine biyojeosinoz denir.

EN İYİ 3 makalebununla birlikte okuyanlar

Maddelerin dolaşımının gerçekleşebilmesi için, Çeşitli koşulların karşılanması gerekir:

• yaklaşık 40 kimyasal elementin varlığı;
• güneş enerjisinin varlığı;
• canlı organizmaların etkileşimi.

Pirinç. 2. Biyolojik döngü.

Madde döngüsünün belirli bir başlangıç ​​noktası yoktur. Süreç süreklidir ve bir aşama her zaman diğerine akar. Döngüyü düşünmeye herhangi bir noktadan başlayabilirsiniz, özü aynı kalacaktır.

Genel madde döngüsü aşağıdaki süreçleri içerir:

• fotosentez;
• metabolizma;
• ayrışma.

Besin zincirinde üretici olan bitkiler, güneş enerjisini, besinle birlikte ayrıştırıcı hayvanların vücuduna giren organik maddelere dönüştürür. Ölümden sonra bitki ve hayvanların ayrışması tüketicilerin (bakteri, mantar, solucan) yardımıyla gerçekleşir.

Pirinç. 3. Besin zinciri.

Maddelerin döngüsü

Maddelerin doğadaki konumlarına göre ayrılırlar. iki tür dolaşım:

• gaz- hidrosferde ve atmosferde meydana gelir (oksijen, nitrojen, karbon);
• tortul- yer kabuğunda oluşur (kalsiyum, demir, fosfor).

Biyosferdeki madde ve enerji döngüsü tabloda çeşitli elementlerin örnekleri kullanılarak açıklanmaktadır.

Gezegenimizdeki tüm maddeler dolaşım halindedir. Güneş enerjisi, Dünya üzerinde büyük veya biyosfer (tüm biyosferi kapsayan) ve küçük veya biyolojik (ekosistemler içinde) olmak üzere iki madde döngüsüne neden olur.

Maddelerin biyosfer dolaşımından önce, kayaların oluşumu ve yok edilmesi ve ardından yıkım ürünlerinin - kırıntılı malzeme ve kimyasal elementlerin hareketi ile ilişkili jeolojik bir dolaşım vardı. Kara ve su yüzeyinin termal özellikleri bu süreçlerde önemli bir rol oynadı ve oynamaya devam ediyor: güneş ışığının yansıması yoluyla emilim, ısı iletkenliğinin ısı kapasitesine oranı. Su, güneş enerjisini daha fazla emer ve aynı enlemlerdeki kara yüzeyi daha fazla ısınır. Dünya yüzeyinin dengesiz hidrotermal rejimi, gezegensel atmosferik dolaşım sistemi ile birlikte, Dünya'nın gelişiminin ilk aşamasında endojen süreçlerle birlikte kıtaların, okyanusların ve modern oluşumlarla ilişkilendirilen maddelerin jeolojik dolaşımını belirledi. jeosferler. Jeolojik tezahürü, ayrışma ürünlerinin hava kütleleri ve içinde çözünmüş su - mineral bileşikleri tarafından aktarılmasıyla da belirtilmektedir. Biyosferin oluşmasıyla birlikte organizmaların atık ürünleri de büyük döngüye dahil oldu. Jeolojik döngü, varlığını durdurmadan yeni özellikler kazandı: maddenin biyosfer hareketinin ilk aşamasıdır. Canlı organizmalara besin sağlayan ve onların varoluş koşullarını büyük ölçüde belirleyen odur.

Biyosferdeki büyük madde döngüsü iki önemli noktayla karakterize edilir:

Dünyanın tüm jeolojik gelişimi boyunca gerçekleştirilen;

Biyosferin daha da gelişmesinde öncü rol oynayan modern bir gezegensel süreçtir (Radkevich, 1983).

İnsan gelişiminin mevcut aşamasında, büyük döngünün bir sonucu olarak, kükürt ve nitrojen oksitler gibi kirleticiler, toz ve radyoaktif yabancı maddeler de uzun mesafelere taşınmaktadır. Kuzey Yarımküre'nin ılıman enlemleri bölgesi en büyük kirlenmeye maruz kaldı.

Küçük veya biyolojik madde döngüsü, biyosferi bir bütün olarak kaplayan büyük, jeolojik bir döngünün arka planında ortaya çıkar. Ekosistemlerin içinde meydana gelir ancak kapalı değildir, bu da ekosisteme dışarıdan madde ve enerji girişi ve bir kısmının biyosfer döngüsüne salınması ile ilişkilidir. Bu nedenle insanlar bazen biyolojik döngüden değil, ekosistemlerdeki ve bireysel organizmalardaki enerji alışverişinden bahseder.

Karadaki bitkiler, hayvanlar ve toprak örtüsü, biyokütleyi oluşturan, güneş enerjisini, atmosferik karbonu, nemi, oksijeni, hidrojeni, nitrojeni, fosforu, kükürt, kalsiyumu ve organizmaların yaşamında yer alan diğer elementleri bağlayan ve yeniden dağıtan karmaşık bir dünya sistemi oluşturur. Su ortamındaki bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmalar, güneş enerjisini ve maddelerin biyolojik döngüsünü birbirine bağlama işlevini yerine getiren başka bir gezegen sistemi oluşturur.

Biyolojik döngünün özü, iki zıt fakat birbirine bağlı sürecin ortaya çıkmasında yatmaktadır - organik maddenin yaratılması ve yok edilmesi. Organik madde oluşumunun ilk aşaması yeşil bitkilerin fotosentezinden kaynaklanmaktadır; bu maddenin Güneş'in ışınım enerjisini kullanarak karbondioksit, su ve mineral bileşiklerinden oluşması. Bitkiler topraktan kükürt, fosfor, kalsiyum, potasyum, magnezyum, manganez, silikon, alüminyum, bakır, çinko ve diğer elementleri çözünmüş halde çıkarır. Otçul hayvanlar zaten bu elementlerin bileşiklerini bitki kökenli gıda formunda emer. Yırtıcı hayvanlar otçul hayvanlarla beslenir, proteinler, yağlar, amino asitler vb. dahil olmak üzere daha karmaşık bir bileşime sahip yiyecekleri tüketir. Ölü bitkilerin ve hayvan kalıntılarının organik maddesinin mikroorganizmalar tarafından yok edilmesi sürecinde, basit mineral bileşikleri toprağa ve suya girer. Bitkiler tarafından asimilasyona uygun ortam oluşur ve bir sonraki tur biyolojik döngü başlar.

Büyük girdaptan farklı olarak, küçük girdap farklı bir süreye sahiptir: mevsimsel, yıllık, çok yıllık ve laik küçük girdaplar ayırt edilir. Maddelerin biyolojik döngüsünü incelerken, bitki örtüsü gelişiminin yıllık dinamikleri tarafından belirlenen yıllık ritime asıl dikkat gösterilir.