Vielu bioģeoķīmiskā cirkulācija biosfērā ir vissvarīgākais dabiskais dažādu elementu nepārtrauktas apmaiņas process starp nedzīvu vidi un organismiem (dzīvniekiem, augiem utt.) Visa pamatā ir to fundamentālās īpašības. Vissvarīgākie ir vielmaiņas, vairošanās, iedzimtu īpašību pārnešanas spējas.
Bioģeoķīmiskais slāpekļa cikls
Katram elementam ir sava nozīme. Slāpeklis spēlē nozīmīgu lomu dažādu organisko savienojumu sastāvā. Neskatoties uz lielo slāpekļa procentuālo daudzumu atmosfērā, tas nav pieejams augiem un dzīvniekiem. Tam ir iemesli. Enerģētiski augiem izdevīgāk ir izmantot minerālo slāpekli, bet dzīvniekiem - organisko savienojumu sastāvā.
Molekulāro slāpekli no atmosfēras saista slāpekli fiksējošie mikroorganismi un veicina tā uzkrāšanos augsnē amonjaka veidā. Citi izmanto slāpekli no mirušiem organismiem. Tie arī veicina amonjaka uzkrāšanos. Tas pārvēršas par nitrātiem, kurus aktīvi izmanto augi. Kopumā tās ir bioģeoķīmiskās vielas īpašībasslāpekļa cikls. Apsveriet arī citu dabisko vielu metabolisma procesu.
Oglekļa, sēra un fosfora bioģeoķīmiskā cikla iezīmes
Šie ķīmiskie elementi ir nepieciešami ikvienam dzīvam organismam. Tomēr ar to viņu dzīvībai svarīgās vajadzības nebeidzas. Tāpēc mazā bioloģiskā ciklā tiek iesaistīti makroelementi (organismu nepieciešamība pēc tiem ir diezgan liela): kālijs, magnijs, nātrijs; kā arī mikroelementi: bors, mangāns, hlors utt.
Tie iekļūst augos no augsnes, lai gan bieži vien ar nokrišņiem. Kā daļu no fitomasas oglekli, sēru un fosforu patērē zālēdāji, un tādējādi tie nonāk trofiskajās ķēdēs. Tomēr daži dzīvnieki apmierina vajadzību pēc šiem elementiem, apejot augus. Nagaiņi apmeklē sāļus, izgrauž augsni vai ēd ekskrementus, vecus kaulus. Jūras dzīvnieki absorbē sāli tieši no ūdens. Mirušo atlieku mineralizācijas procesā mikroorganismi atgriež ķīmiskos elementus augsnē un ūdenī. Tādējādi viņu darbība veicina vides bagātināšanu ar barības vielām.
Ekosistēmu bilance
Nelielā bioģeoķīmiskā ciklā biosfērā svarīgs apstāklis ir tā pilnība. Ekosistēmā elementu ievade un izvade ir līdzsvarota, savukārt grūtības rodas galvenokārt ar elementiem, kas ir rezervēti augsnē.
Materiālu un enerģijas plūsmas līdzsvars nosaka ekosistēmas stabilitāti – tās homeostāzi. Biosfēra izmanto ārējos enerģijas avotus, kasnodrošina tā sakārtotību un diezgan sarežģīto struktūru. Izkliedētās gaismas enerģiju augi pārvērš koncentrētā ķīmiskās saites enerģijas stāvoklī.
Tajā pašā laikā gan enerģijas izņemšana no vides, gan tās pārveidošana neizraisa atkritumu veidošanos.
Cilvēka darbības ietekme uz biosfēras procesiem
Cilvēka iejaukšanās bioģeoķīmiskajos ciklos tiek veikta dažādos veidos. Pirmkārt, tā ir ekosistēmas biokomponenta iznīcināšana (augu iznīcināšana vai teritorijas maiņa enerģijas nesēju ieguves laikā). Dedzinot organiskās vielas, enerģija no koncentrēta stāvokļa pāriet izkliedētā stāvoklī, kas izraisa termisko piesārņojumu ar aerosoliem un gāzveida degšanas produktiem. Dabiskā ekosistēmā bioģeoķīmiskajos ciklos iesaistītie atomi tiek izmantoti atkārtoti. To veicina dalība vieglo biogēno elementu ciklos, kas veido vitālo vielu.
Cilvēka iejaukšanās nozīmē ne tikai papildu daudzuma tai raksturīgo elementu iekļūšanu vidē, bet arī jaunus ķīmiskos savienojumus, tostarp cilvēka sintezētos. Daudzus no tiem uzņem augi un pēc tam ievada barības ķēdē.
Piemērs ir svins, dzīvsudraba savienojumi, arsēns utt. Šādu vielu uzņemšana izjauc dabisko ciklu, mainot elementu līdzsvaru vai noved pie to uzkrāšanās dzīvos organismos, samazinot to produktivitāti vai izraisot nāvi. It īpašipesticīdiem un smagajiem metāliem ir spēcīga destruktīva iedarbība. Tādējādi ekosistēmas stabilitāte, tās homeostāze var tikt tieši vai netieši pārkāpta cilvēka darbības rezultātā.
Ekoloģiskā piramīda
Pievērsīsimies svarīgākajiem ekosistēmas funkcionēšanas modeļiem un bioģeoķīmiskiem cikliem. Šim nolūkam izmantosim ekoloģiskās piramīdas principu. Tas ir veidots, pamatojoties uz trofisko vienādojumu bioloģisko masu. Jebkuras šādas piramīdas daļas laukums ir aptuveni vienāds ar vielas masu. Tā kā organismi veido savu līmeni, izmantojot iepriekšējo, šim laukumam vajadzētu pakāpeniski samazināties. Šāds katra līmeņa samazinājums var būt desmitkārtīgs.
Piemēram, sauszemes ekosistēmām raksturīgajai ekoloģiskajai piramīdai, kurā ražotāji ir daudzgadīgi augi, ir liela biomasa, lai gan ražošanas process nav ar augstāko intensitāti. To līdzsvaro zālēdāju dzīvnieku masas ikgadējais pieaugums. Organiskās masas veidošanās modeli sauc par piramīdas likumu. Ir arī citi tā veidi.
Apgrieztā piramīda
Ņemiet vērā ūdenstilpņu ekosistēmu. Viņiem uzbūvētā piramīda var izskatīties nedaudz savādāk. Šķiet, ka tas ir apgriezts otrādi. Fakts ir tāds, ka īslaicīgas aļģes vairojas ļoti ātri, bet tikpat intensīvi tās patērē patērētāji. Līdz ar to vienlaicīgi fiksētā biomasa šajā gadījumā neatspoguļo ražošanas procesa intensitāti gada labvēlīgajā periodā. Ja ņemam vērā, ka lielie patērētāji (zivis,vēžveidīgie) uzkrājas un tiek ēsti lēnāk, kopējā patērētāju masa ir lielāka.
Ražošanas process ekosistēmā nodrošina to veiksmīgu darbību. Tas nosaka enerģijas plūsmas raksturu biosfērā. Kā zināms, dzīvie organismi ir tās patērētāji. Saules gaismas enerģiju izmanto zaļie augi, un tā noved pie organisko molekulu veidošanās, kur tā tiek uzkrāta ķīmisko saišu veidā. Daļa no tā izdalās augu elpošanas laikā un tiek izmantota vielu augšanai, absorbcijai un kustībai. Tādā veidā tiek veikts bioģeoķīmiskais cikls.
Enerģijas apmaiņa
Kā jūs zināt, pastāv termodinamikas likumi. Daļa enerģijas tiek zaudēta, izdalot siltumu. Tā darbojas viens no likumiem. Viņš apstiprina obligātu enerģijas zudumu tās pārveidošanas procesā no viena veida uz otru. Uzkrājoties augu vielā, to izmanto dzīvnieki.
Molekulu šķelšanos pavada enerģijas izdalīšanās. Ievērojama tā daļa tiek izmantota dzīvnieku dzīves procesā, pārejot no vienas formas uz otru. Tie ir biosintēzes un jaunu saišu enerģijas uzkrāšanas procesi. Tie ir mehāniskā, elektriskā, siltuma un cita veida enerģija. Pārveidojot, daļa atkal tiek zaudēta, izdalot siltumu. Enerģija pakāpeniski pāriet uz citu līmeni. Tajā pašā laikā tā zudums rodas arī izmetot daļu nesagremotas pārtikas (ekskrementi) un vielmaiņas organiskajos atkritumos (ekskrementi).
Apstrādātenerģijas patēriņš
Haoss dabā ir retums, parasti viss ir kārtībā. Pievērsīsim uzmanību dažiem enerģijas izmantošanas un pārveidošanas procesa kvantitatīviem modeļiem. Pirmajā posmā augi izmanto vidēji aptuveni 1% no saviem ienākumiem. Dažreiz šis rādītājs sasniedz 2%. Visnelabvēlīgākajos apstākļos tas samazinās līdz 0,1%. Nododot enerģiju no ražotājiem pirmās kārtas patērētājiem, efektivitāte sasniedz 10%.
Šķiet, ka plēsēji pārtiku sagremo daudz efektīvāk. Tas ir saistīts ar pārtikas ķīmiskā sastāva īpatnībām un dzīvnieku gremošanas vieglumu. Tomēr jau trešās kārtas patērētāju līmenī ienākošās enerģijas daudzums ir ļoti mazs un to raksturo sākotnējo vērtību tūkstošdaļas.
