Kas ir biotiskais cikls? Kā slēgta sistēma tā veiksmīgi darbojas vairākus miljardus gadu.
Mēģināsim izdomāt, kas ir biotiskais cikls.
Funkcijas
Nomirušos augus un organismu atliekas apstrādā kukaiņi, sēnītes, baktērijas un vienšūņi. Dzīvnieki un augi pakāpeniski tiek pārveidoti elementāros organiskos un minerālos savienojumos. Biotiskais cikls ietver šo vielu iekļūšanu augsnē, pēc tam to patērēšanu augiem. Procesu raksturo slēgšana, nepārtrauktība, sabrukšana, gala savienojumu sadalīšanās. Tas ir nepārtraukts aplis, kas nosaka dzīvi uz planētas.
Nozīme
Oglekļa biotisko ciklu sauszemes ekosistēmās aplūkos, izmantojot fosfora piemēru. Pietiekams daudzums šī elementa ir atrodams neskartu augšņu trūdvielu horizontos, kā arī meža pakaišos. Pateicoties ciklam, biosfērā iespējams uzkrāt aptuveni 106-107 tonnas fosfora. Dabisko pļavu stepju fitomasā šī elementa ir aptuveni 30 kg/ha, kas zīdītājiem ir pilnīgi pietiekami.
Enerģijas apmaiņa
Botiskais cikls ietver enerģijas apmaiņu. Tās būtība ir saistīta ar to, ka enerģija nepazūd pārtikas (trofisko) pārvērtību ķēdē, bet tiek novērota tās pārveide no viena veida uz otru.
Saules enerģija tiek pārveidota līdzīgā procesā visos līmeņos. Tiešais saules enerģijas patēriņš ir raksturīgs tikai zaļajiem augiem fotosintēzes ietvaros.
Tie veido organisku savienojumu (glikozi) no oglekļa dioksīda un ūdens un uzkrāj enerģiju. Augu lapas tiek iekļautas šajā ķīmiskajā procesā tikai saules gaismas un hlorofila klātbūtnē.
Procesa līdzekļi
Dažos cilvēces pastāvēšanas periodos tika traucēts vielu biotiskais cikls. Tika izņemti tikai pārpalikumi, kas tika noglabāti kā gāze, ogles, nafta, kaļķakmens un citi organiskie minerāli.
Eftas vai ogļu sadegšanas laikā krāsnīs (motoros) izdalās un tiek izmantota enerģija, ko biosfēra uzkrājusi miljoniem gadu. Agrāk tādi pārpalikuminav piegružots biosfērā, to negatīvā ietekme uz biotisko ciklu netika novērota. Šodiena ir savādāka.
Specifikācija
Dzīvnieku daudzveidība ir svarīga veiksmīgai cikla īstenošanai. Viena suga nespēs noārdīt augu organiskās vielas biogeocenozē līdz galaproduktiem. Tas sadala tikai daļu no tiem, kā arī dažus tajos esošos organiskos savienojumus. Tīkli un barības ķēdes veidojas līdzīgi.
Biocenozē atmosfēra ir svarīga. Tas palīdz uzturēt enerģijas un vielu bioloģisko ciklu, kā arī nodrošināt ūdens bilanci.
Piesārņotājs var sadalīties formās, kuras var iesaistīties turpmākajos cikla posmos un asimilēt dzīviem organismiem.
Cikls ir balstīts uz piesārņojošo vielu sadalīšanos un uzsūkšanos ar mikroorganismiem, tas ir atkarīgs no ciklā tieši iesaistīto ķīmisko elementu aktivitātes un daudzuma.
Ekosistēma ir neorganisko un organisko komponentu summa, kurā notiek vielu biotiskais cikls.
Procesa diagramma
Augi, saņemot pastāvīgu enerģijas plūsmu no Saules, veido primāros produktus no neorganiskām vielām. Atlikušajās cikla saitēs notiek pārmaiņas un enerģijas zudums. Ražotāji, patērētāji, sadalītāji ekosistēmā patērē sākotnējās produkcijas dzīvo vielu. Dzīvnieki šādam procesam patērē daudzkārt vairāk zemākā līmeņa dzīvās vielas, samazinot kopējo daudzumuenerģijas rezerves. Aprite tiek nodrošināta, mijiedarbojoties trim grupām.
Pirmo grupu veido ražotāji. Tajos ietilpst zaļie augi, kas aktīvi piedalās fotosintēzē. Šādas vielas ir arī baktērijas, kas spēj veikt ķīmisko sintēzi. Tie veido primāro organisko vielu.
Otrā grupa - pirmās kārtas patērētāji. Viņi ir organisko vielu patērētāji. Tajos ietilpst plēsēji, kā arī vienšūņi. Dzīvnieki, kas ir klasificēti kā plēsēji, aptuveni 250 dažādas sugas.
Trešā grupa - destruktori (sadalītāji), kas sadala mirušās organiskās vielas līdz minerālvielām. Tie ietver sēnītes, baktērijas un vienšūņus. Saules enerģijas uzkrāšanās notiek cikla augšupejošā zarā fotosintēzes dēļ. Šajā posmā augi sintezē organiskās vielas no slāpekļa, ūdens, oglekļa dioksīda.
Enerģijas patēriņš
Ko vēl ņem vērā bioloģija? Augu elpošana tajā ieņem nozīmīgu vietu, jo šis process gandrīz pusi organiskās vielas oksidē līdz oglekļa dioksīdam, atgriežot to atmosfērā.
Otrs lielākais organisko savienojumu un uzkrātās enerģijas tērēšanas variants ir pirmās kārtas augu patērētāju izmantošana. Enerģija, ko fitofāgi uzkrāj ar pārtiku, tiek tērēta dzīvībai, elpošanai un reprodukcijai. Viņa izdalās ar ekskrementiem.
Zālēdāji ir barība plēsējiem (augstākā trofiskā līmeņa patērētājiem). Viņi savukārt tērē enerģiju,uzkrājas ar pārtiku, līdzīgi kā zālēdājiem dzīvniekiem.
Elementu attiecības
Atsevišķa saite ekosistēmā piegādā videi organiskās atliekas. Tie kalpo kā enerģijas un barības avots saprofāgu dzīvniekiem (sēnēm, baktērijām). Ogļhidrātu pārveidošanas pēdējais posms ir humifikācijas process, sekojoša humusa oksidēšana līdz oglekļa dioksīdam un pelnu fragmentu mineralizācija. Pēc tam tie atkal nonāk atmosfērā un augsnē, kļūstot par barību augiem.
Botiskais cikls ir nepārtraukts organisko savienojumu radīšanas un sadalīšanas process. Tas tiek realizēts caur visām trim organismu grupām. Dzīve bez ražotājiem nav iespējama, jo viņi ir dzīves pamatā. Tikai tiem ir iespēja radīt primāro organisko vielu, bez kuras turpmākais cikls nenotiks.
Pateicoties dažādu primārās un otrreizējās ražošanas secību patērētāju patēriņam, pārnesei no vienas sugas uz otru, uz Zemes iespējamas dažādas formas. Reduktori, kas sadala organiskās vielas, atgriež to cikla pirmajā posmā.
Liela mēroga ķīmisko komponentu migrācijas cikli saista planētas ārējos apvalkus vienā veselumā, tie izskaidro evolūcijas nepārtrauktību.
Saules enerģija darbojas kā biotiskā cikla dzinējspēks. Galvenais process, kas veicina organisko vielu veidošanos, ir fotosintēze. Tas ir iespējams tikai tad, ja zaļie augi izmanto saules enerģiju.
Augu lapas (autotrofi),kas sintezē glikozi, “saglabā” saules enerģiju organiskā savienojumā. No kosmosa nokļūstot biosfērā, enerģija uzkrājas augos, iežos un augsnē. Saule nodrošina ķīmisko elementu apriti, ļauj pēc kārtas veidoties neorganiskām vai organiskām vielām.
Kas ir svarīgi zināt
Botiskā ciklā bez oglekļa, skābekļa, ūdeņraža piedalās arī citi bioloģiski svarīgi elementi: kalcijs, slāpeklis, fosfors, silīcijs, kālijs, nātrijs, sērs. Šis process nav iespējams arī bez mikroelementiem: joda, cinka, broma, molibdēna, sudraba, niķeļa, svina, magnija. Dzīvās vielas absorbēto elementu sarakstā ir pat indes - arsēns, selēns, dzīvsudrabs, kā arī radioaktīvās sastāvdaļas (radijs, urāns).
Riteņbraukšanas ātrums
Enerģijas apmaiņa ir cikliska. Biosfēras dzīvās vielas atjaunošana tiek veikta aptuveni pēc 8 gadiem. Okeānā process norit daudz ātrāk (pēc 33 dienām). Atmosfērā skābeklis tiek aizstāts divos tūkstošos gadu, bet oglekļa monoksīds - 6 gados. Pilnīga ūdens nomaiņa hidrosfērā aizņem 2800 gadus.
Ķīmiskie savienojumi, kas ir pieejami biosfēras sastāvdaļām, ir ierobežoti. To izsmelšanas dēļ dažu organismu grupu attīstība okeānā un uz sauszemes tiek kavēta.
Tirkāžu iespējas
Tikai pateicoties enerģijas un vielu cirkulācijai, tiek uzturēts stabils biosfēras stāvoklis. Ir divas iespējas – ģeoloģiskā (lielā) un bioģeoķīmiskā (mazā).
Apsveriet pirmocikla iespēja. Magmatiskos ieži bioloģisko, ķīmisko, fizikālo faktoru ietekmē pārvēršas nogulumiežu iežos, jo īpaši mālos un smiltīs. Tie var rasties arī biogēno minerālu (mirušo mikroorganismu) sintēzes laikā no jūru un okeānu ūdeņiem. Ūdeņaini irdeni nogulumi pamazām uzkrājas rezervuāra dibenā, sacietē, veido blīvus iežus.
Tad notiek to transformācija, tiek novēroti metamorfisma procesi. Endogēnās enerģijas daļu iedarbībā slāņi tiek pārkausēti, veidojot magmu. Kad tie paceļas uz Zemes virsmu laika apstākļu ietekmē, pārnese, tie atkal tiek pārveidoti par nogulumiežiem.
Lielo ciklu raksturo eksogēnās (saules) enerģijas mijiedarbība ar Zemes endogēno (dziļo) enerģiju. Pateicoties šim procesam, viela tiek pārdalīta starp planētas dziļajiem apvāršņiem un biosfēru.
Tas ietver arī ūdens kustību starp litosfēru, atmosfēru, hidrosfēru, ko uzkrāj saules enerģija. Pirmkārt, ūdens iztvaiko no okeāna virsmas (jūras, ezeri, upes), pēc tam atgriežas zemē nokrišņu veidā. Kompensēt šādus procesus upju noteci. Veģetācijai ir svarīga loma ūdens apritē.
Maza cirkulācija ir raksturīga tikai biosfērai. Cikli tiek veidoti planētu mērogā no cikliskām vairākām atomu kustībām, kā arī no kustībām, ko izraisa vulkānisms, jūras gultnes kustība, vēja enerģija, pazemes plūsmas.
Apkopojiet
Biosfērā cirkulē vielas,veidojot bioģeoķīmiskos ciklus. Viņiem ir nepieciešami šādi elementi lielos daudzumos: skābeklis, slāpeklis, ogleklis, ūdeņradis. To aprite ir iespējama, pateicoties pašregulējošiem procesiem, kuros citi ekosistēmu komponenti kļūst par aktīviem dalībniekiem.
Visos biosfēras attīstības posmos darbojas cikla globālās slēgšanas likums. Šāda procesa pamatā ir saules enerģija, kā arī zaļo augu hlorofils.
Pilnīgai organisko vielu sadalīšanai, ko rada zaļie augi, nepieciešams tik daudz skābekļa, cik izdalās fotosintēzes laikā. Pateicoties organisko vielu apbedīšanai kūdrā, oglēs, nogulumiežu iežos, atmosfērā tiek uzturēts skābekļa apmaiņas fonds.
Transporta, rūpniecības uzņēmumu skaita pieauguma rezultātā tiek traucēts skābekļa cikls dabā. Tas negatīvi ietekmē biosistēmas dzīvotspēju, izraisa mutācijas un dažu dzīvo augu un dzīvnieku sugu pilnīgu izzušanu.
