Ainete biogeokeemiline tsirkulatsioon biosfääris on elutu keskkonna ja organismide (loomad, taimed jne) vahelise erinevate elementide pideva vahetuse kõige olulisem looduslik protsess. Kõik põhineb nende põhiomadustel. Kõige olulisemate hulka kuuluvad ainevahetuse, paljunemise ja pärilike omaduste ülekandmise võime.
Biogeokeemiline lämmastikutsükkel
Igal elemendil on oma tähendus. Lämmastik mängib olulist rolli erinevate orgaaniliste ühendite koostises. Vaatamata suurele lämmastiku protsendile atmosfääris ei ole see taimedele ja loomadele kättesaadav. Sellel on põhjused. Energeetiliselt on taimede jaoks kasulikum kasutada mineraalset lämmastikku ja loomadele orgaaniliste ühendite osana.
Atmosfääri molekulaarset lämmastikku seovad lämmastikku siduvad mikroorganismid ja see aitab kaasa selle akumuleerumisele pinnasesse ammoniaagi kujul. Teised kasutavad surnud organismide lämmastikku. Nad aitavad kaasa ka ammoniaagi kogunemisele. See muutub nitraatideks, mida taimed aktiivselt kasutavad. Need on üldiselt biogeokeemia omadusedlämmastiku tsükkel. Võtke arvesse ka teiste looduslike ainete metabolismi.
Süsiniku, väävli ja fosfori biogeokeemilise tsükli tunnused
Need keemilised elemendid on vajalikud igale elusorganismile. Kuid nende elulised vajadused ei lõpe sellega. Seetõttu osalevad väikeses bioloogilises tsüklis makrotoitained (organismide vajadus nende järele on üsna suur): kaalium, magneesium, naatrium; samuti mikroelemendid: boor, mangaan, kloor jne.
Need sisenevad taimedesse mullast, kuigi sageli koos sademetega. Fütomassi osana tarbivad taimtoidulised tarbijad süsinikku, väävlit ja fosforit, mis sisenevad seega troofilistesse ahelatesse. Kuid mõned loomad rahuldavad nende elementide vajaduse, jättes taimedest mööda. Kabiloomad külastavad soolalakkusid, närivad mulda välja või söövad väljaheiteid, vanu luid. Mereloomad imavad soola otse veest. Surnud jääkainete mineraliseerumise käigus tagastavad mikroorganismid keemilisi elemente mulda ja vette. Seega aitab nende tegevus kaasa keskkonna rikastamisele toitainetega.
Ökosüsteemi tasakaal
Biosfääri väikeses biogeokeemilises tsüklis on oluline asjaolu selle täielikkus. Ökosüsteemis on elementide sisend ja väljund tasakaalus, samas kui raskused tekivad peamiselt pinnases reserveeritud elementidega.
Aine ja energia voolu tasakaal määrab ökosüsteemi stabiilsuse – selle homöostaasi. Biosfäär kasutab väliseid energiaallikaid, mistagab selle korrastatuse ja üsna keeruka struktuuri. Taimed muudavad hajutatud valgusenergia keemilise sideme energia kontsentreeritud olekusse.
Samas ei põhjusta nii energia eemaldamine keskkonnast kui ka selle muundamine jäätmete teket.
Inimtegevuse mõju biosfääri protsessidele
Inimese sekkumine biogeokeemilistesse tsüklitesse toimub mitmel viisil. Esiteks on see ökosüsteemi biokomponendi hävitamine (taimede hävitamine või territooriumi muutumine energiakandjate kaevandamise käigus). Orgaanilise aine põletamisel läheb energia kontsentreeritud olekust hajutatud olekusse, mis põhjustab aerosoolide ja gaasiliste põlemisproduktide soojusreostust. Looduslikus ökosüsteemis kasutatakse biogeokeemilistes tsüklites osalevaid aatomeid korduv alt. Seda soodustab osalemine kergete biogeensete elementide tsüklites, mis moodustavad elutähtsa aine.
Inimese sekkumine tähendab mitte ainult täiendava koguse selle loomupäraste elementide, vaid ka uute keemiliste ühendite, sealhulgas inimese sünteesitud ühendite viimist keskkonda. Paljud neist omastavad taimed ja suunatakse seejärel toiduahelasse.
Näiteks plii, elavhõbedaühendid, arseen jne. Selliste ainete tarbimine häirib looduslikku ringlust, muudab elementide tasakaalu või viib nende kuhjumiseni elusorganismides, vähendades nende produktiivsust või põhjustades surma. Eritipestitsiididel ja raskmetallidel on tugev hävitav toime. Seega võib inimtegevus otseselt või kaudselt rikkuda ökosüsteemi stabiilsust, selle homöostaasi.
Ökoloogiline püramiid
Pöördume ökosüsteemi ja biogeokeemiliste tsüklite olulisemate toimimismustrite juurde. Kasutame selleks ökoloogilise püramiidi põhimõtet. See on üles ehitatud troofiliste võrrandite bioloogilise massi alusel. Sellise püramiidi mis tahes osa pindala on ligikaudu võrdne aine massiga. Kuna organismid loovad oma taseme eelmise taseme abil, peaks see ala järk-järgult vähenema. Iga taseme vähendamine võib olla kümnekordne.
Näiteks maismaaökosüsteemidele omasel ökoloogilisel püramiidil, mille tootjateks on mitmeaastased taimed, on suur biomass, kuigi tootmisprotsess ei ole just kõige intensiivsem. Seda tasakaalustab iga-aastane taimtoiduliste loomade massi suurenemine. Orgaanilise massi moodustumise mustrit nimetatakse püramiidireegliks. Seda on teisigi sorte.
Ümberpööratud püramiid
Võtke veekogude ökosüsteem. Nende jaoks ehitatud püramiid võib veidi teistsugune välja näha. Tundub, et see on tagurpidi. Fakt on see, et lühiealised vetikad paljunevad väga kiiresti, kuid tarbijad tarbivad neid sama intensiivselt. Seetõttu ei kajasta antud juhul samaaegselt registreeritud biomass tootmisprotsessi intensiivsust aasta soodsal perioodil. Kui võtta arvesse, et suurtarbijad (kala,koorikloomad) kogunevad ja neid süüakse aeglasem alt, tarbijate kogumass on suurem.
Tootmisprotsess ökosüsteemis võimaldab nende edukat toimimist. See määrab biosfääri energiavoo olemuse. Nagu teate, on selle tarbijad elusorganismid. Päikesest saadavat valgusenergiat kasutavad rohelised taimed ja see viib orgaaniliste molekulide moodustumiseni, kus see salvestub keemiliste sidemete kujul. Osa sellest vabaneb taimede hingamise käigus ja seda kasutavad nad ainete kasvuks, imendumiseks ja liikumiseks. Nii toimub biogeokeemiline tsükkel.
Energiavahetus
Nagu teate, kehtivad termodünaamika seadused. Osa energiast läheb kaotsi, eraldades soojust. See on ühe seaduse toimimine. Ta kinnitab kohustuslikku energiakadu selle ühest tüübist teise muutumise protsessis. Kui koguneb taimsesse ainesse, kasutavad seda loomad.
Molekulide lõhenemisega kaasneb energia vabanemine. Märkimisväärne osa sellest kasutatakse loomade eluprotsessis, kandes ühest vormist teise. Need on biosünteesi protsessid ja uute sidemete energia kogunemine. Need on mehaaniline, elektriline, soojus- ja muud energialiigid. Selle ümberkujundamise käigus läheb osa jälle kaduma, eraldades soojust. Energia liigub järk-järgult teisele tasemele. Samas tekib selle kadu ka osa seedimata toidu (ekskrementide) ja ainevahetuse orgaaniliste jääkproduktide (ekskrementide) väljaviskamisel.
Protsessenergiakasutus
Kaos on looduses haruldane, tavaliselt on kõik korras. Pöörame tähelepanu mõnele energia kasutamise ja muundamise protsessi kvantitatiivsele mustrile. Esimesel etapil kasutavad taimed keskmiselt umbes 1% oma sissetulekust. Mõnikord ulatub see arv 2% -ni. Kõige ebasoodsamatel tingimustel langeb see 0,1%-ni. Energia ülekandmisel tootjatelt esmajärjekorras tarbijatele jõuab kasutegur 10%.
Paistab, et lihasööjad seedivad toitu tõhusam alt. Selle põhjuseks on toidu keemilise koostise iseärasused ja loomade seedimise lihtsus. Sellest hoolimata on juba kolmandat järku tarbijate tasemel sissetuleva energia hulk väga väike ja seda iseloomustavad tuhanded algväärtused.
