Mereka memainkan peranan utama dalam kitaran geologi. Kitaran geologi jirim yang hebat

Untuk mengesan hubungan antara hidup dan alam yang tidak bernyawa, adalah perlu untuk memahami bagaimana kitaran bahan berlaku dalam biosfera.

Maknanya

Kitaran bahan ialah penyertaan berulang bahan yang sama dalam proses yang berlaku di litosfera, hidrosfera dan atmosfera.

Terdapat dua jenis kitaran bahan:

• geologi(kitaran hebat);
• biologi(gire kecil).

Daya penggerak peredaran geologi bahan adalah luaran (sinaran suria, graviti) dan dalaman (tenaga dalaman Bumi, suhu, tekanan) proses geologi, proses biologi - aktiviti makhluk hidup.

Kitaran Besar berlaku tanpa penyertaan organisma hidup. Di bawah pengaruh faktor luaran dan dalaman, pelepasan terbentuk dan terlicin. Akibat gempa bumi, luluhawa, letusan gunung berapi, dan pergerakan kerak bumi, lembah, gunung, sungai, bukit terbentuk, dan lapisan geologi terbentuk.

nasi. 1. Kitaran geologi.

Peredaran biologi bahan dalam biosfera berlaku dengan penyertaan organisma hidup yang menukar dan menghantar tenaga sepanjang rantai makanan. Sistem interaksi yang stabil antara bahan hidup (biotik) dan tidak hidup (abiotik) dipanggil biogeocenosis.

3 artikel TOPyang sedang membaca bersama ini

Untuk peredaran bahan berlaku, Beberapa syarat mesti dipenuhi:

• ketersediaan kira-kira 40 unsur kimia;
• kehadiran tenaga suria;
• interaksi organisma hidup.

nasi. 2. Kitaran biologi.

Kitaran bahan tidak mempunyai titik permulaan yang khusus. Proses ini berterusan dan satu peringkat sentiasa mengalir ke peringkat yang lain. Anda boleh mula mempertimbangkan kitaran dari mana-mana titik, intipati akan tetap sama.

Kitaran umum bahan termasuk proses berikut:

• fotosintesis;
• metabolisme;
• penguraian.

Tumbuhan, yang merupakan pengeluar dalam rantai makanan, menukar tenaga suria kepada bahan organik, yang memasuki badan haiwan pengurai dengan makanan. Selepas kematian, penguraian tumbuhan dan haiwan berlaku dengan bantuan pengguna - bakteria, kulat, cacing.

nasi. 3. Rantaian makanan.

Kitaran bahan

Bergantung pada lokasi bahan di alam semula jadi, mereka dibezakan dua jenis peredaran:

• gas- berlaku dalam hidrosfera dan atmosfera (oksigen, nitrogen, karbon);
• sedimen- berlaku dalam kerak bumi(kalsium, besi, fosforus).

Kitaran jirim dan tenaga dalam biosfera diterangkan dalam jadual menggunakan contoh beberapa unsur.

bahan	Kitaran	Maknanya
	Bulatan besar. Menyejat dari permukaan lautan atau darat, berlarutan di atmosfera, jatuh sebagai kerpasan, kembali ke badan air dan ke permukaan Bumi.	Bentuk semula jadi dan keadaan iklim planet
	Di darat terdapat peredaran kecil bahan. Ia diterima oleh pengeluar dan diteruskan kepada pengurai dan pengguna. Kembali sebagai karbon dioksida. Terdapat kitaran besar di lautan. Ditahan sebagai sedimen	Merupakan asas kepada semua bahan organik
	Bakteria pengikat nitrogen yang terdapat dalam akar tumbuhan membetulkan nitrogen bebas dari atmosfera dan membetulkannya dalam tumbuhan dalam bentuk protein tumbuhan, yang disalurkan lebih jauh di sepanjang rantai makanan.	Mengandungi protein dan bes nitrogen
Oksigen	Kitaran kecil - memasuki atmosfera semasa fotosintesis dan dimakan oleh organisma aerobik. Great Gyre - terbentuk daripada air dan ozon di bawah pengaruh sinaran ultraungu	Mengambil bahagian dalam proses pengoksidaan dan respirasi
	Ditemui di atmosfera dan tanah. Diserap oleh bakteria dan tumbuhan. Ada yang menetap di dasar laut	Diperlukan untuk membina asid amino
	gyres besar dan kecil. Terkandung dalam batu, dimakan oleh tumbuhan dari tanah dan dihantar melalui rantai makanan. Selepas organisma terurai, ia kembali ke tanah. Dalam takungan ia diserap oleh fitoplankton dan dihantar kepada ikan. Selepas ikan mati, ada yang kekal di dalam rangka dan mengendap di dasar

Kitaran bahan besar (geologi) dan kecil (biogeokimia).

Semua bahan di planet kita sedang dalam proses peredaran. Tenaga suria menyebabkan dua kitaran bahan di Bumi:

Besar (geologi atau abiotik);

Kecil (biotik, biogenik atau biologi).

Kitaran jirim dan aliran tenaga kosmik mewujudkan kestabilan biosfera. Kitaran jirim pepejal dan air yang berlaku akibat tindakan faktor abiotik (alam tidak bernyawa) dipanggil kitaran geologi yang hebat. Semasa kitaran geologi yang besar (bertahan berjuta-juta tahun), batuan dimusnahkan, terluluhawa, bahan terlarut dan memasuki Lautan Dunia; perubahan geotektonik, penenggelaman benua, dan kenaikan dasar laut berlaku. Masa kitaran air di glasier ialah 8,000 tahun, di sungai - 11 hari. Ia adalah kitaran hebat yang membekalkan organisma hidup dengan nutrien dan sebahagian besarnya menentukan keadaan kewujudan mereka.

besar, kitaran geologi dalam biosfera dicirikan oleh dua perkara penting: oksigen karbon geologi

• a) dijalankan sepanjang keseluruhan pembangunan geologi Bumi;
• b) ialah proses planet moden yang mengambil bahagian utama dalam perkembangan selanjutnya biosfera.

Pada peringkat perkembangan manusia sekarang, akibatnya gyre yang hebat Bahan pencemar seperti sulfur dan nitrogen oksida, habuk, dan bendasing radioaktif juga diangkut dalam jarak yang jauh. Kawasan latitud sederhana di Hemisfera Utara adalah yang paling tercemar.

Kitaran kecil, biogenik atau biologi bahan berlaku dalam fasa pepejal, cecair dan gas dengan penyertaan organisma hidup. Kitaran biologi, berbanding kitaran geologi, memerlukan lebih sedikit tenaga. Kitaran kecil adalah sebahagian daripada yang besar, berlaku pada tahap biogeocenoses (dalam ekosistem) dan terdiri daripada fakta bahawa nutrien tanah, air, dan karbon terkumpul dalam bahan tumbuhan dan dibelanjakan untuk membina badan. Hasil pereputan bahan organik terurai menjadi komponen mineral. Kitaran kecil tidak ditutup, yang dikaitkan dengan aliran bahan dan tenaga ke dalam ekosistem dari luar dan dengan pembebasan sebahagian daripadanya ke dalam kitaran biosfera.

Banyak unsur kimia dan sebatiannya terlibat dalam kitaran besar dan kecil, tetapi yang paling penting ialah yang menentukan peringkat moden pembangunan biosfera yang berkaitan dengan aktiviti ekonomi orang. Ini termasuk kitaran karbon, sulfur dan nitrogen (oksida mereka adalah pencemar utama atmosfera), serta fosforus (fosfat adalah pencemar utama perairan benua). Hampir semua bahan pencemar bertindak sebagai bahan berbahaya dan dikelaskan sebagai xenobiotik. Pada masa ini, kitaran xenobiotik - unsur toksik - merkuri (pencemar makanan) dan plumbum (komponen petrol) adalah sangat penting. Di samping itu, banyak bahan asal antropogenik (DDT, racun perosak, radionuklid, dll.) yang menyebabkan kemudaratan kepada biota dan kesihatan manusia datang dari kitaran besar kepada yang kecil.

Intipati kitaran biologi terletak pada berlakunya dua proses yang bertentangan tetapi saling berkaitan - penciptaan bahan organik dan pemusnahannya oleh bahan hidup.

Tidak seperti gire besar, gire kecil mempunyai tempoh yang berbeza: gire kecil bermusim, tahunan, saka dan sekular dibezakan. Kitaran bahan kimia daripada persekitaran tak organik melalui tumbuh-tumbuhan dan haiwan kembali ke persekitaran tak organik menggunakan tenaga suria daripada tindak balas kimia dipanggil kitaran biogeokimia.

Masa kini dan masa depan planet kita bergantung pada penyertaan organisma hidup dalam fungsi biosfera. Dalam kitaran bahan, bahan hidup, atau biojisim, melaksanakan fungsi biogeokimia: gas, kepekatan, redoks dan biokimia.

Kitaran biologi berlaku dengan penyertaan organisma hidup dan terdiri daripada pembiakan bahan organik daripada bukan organik dan penguraian organik ini kepada bukan organik melalui makanan. rantai trofik. Keamatan proses pengeluaran dan pemusnahan dalam kitaran biologi bergantung kepada jumlah haba dan lembapan. Sebagai contoh, kadar penguraian bahan organik yang rendah di kawasan kutub bergantung kepada kekurangan haba.

Penunjuk penting keamatan kitaran biologi ialah kadar peredaran unsur kimia. Keamatan dicirikan oleh indeks yang sama dengan nisbah jisim sampah hutan kepada sampah. Semakin tinggi indeks, semakin rendah keamatan peredaran.

Indeks masuk hutan konifer- 10 - 17; berdaun lebar 3 - 4; savana tidak lebih daripada 0.2; basah hutan tropika tidak lebih daripada 0.1, i.e. Di sini kitaran biologi adalah paling sengit.

Aliran unsur (nitrogen, fosforus, sulfur) melalui mikroorganisma adalah susunan magnitud yang lebih tinggi daripada melalui tumbuhan dan haiwan. Kitaran biologi tidak boleh diterbalikkan sepenuhnya; ia berkait rapat dengan kitaran biogeokimia. Unsur kimia beredar dalam biosfera sepanjang pelbagai laluan kitaran biologi:

• - diserap oleh bahan hidup dan dicas dengan tenaga;
• - meninggalkan bahan hidup, melepaskan tenaga ke persekitaran luaran.

Kitaran ini terdiri daripada dua jenis: kitaran bahan gas; kitaran sedimen (rizab dalam kerak bumi).

Gyres itu sendiri terdiri daripada dua bahagian:

• - dana rizab (ini adalah bahagian bahan yang tidak dikaitkan dengan organisma hidup);
• - dana mudah alih (pertukaran) (sebahagian kecil bahan yang dikaitkan dengan pertukaran langsung antara organisma dan persekitaran terdekatnya).

Gires dibahagikan kepada:

• - kitaran jenis gas dengan dana rizab dalam kerak bumi (kitaran karbon, oksigen, nitrogen) - mampu mengawal kendiri yang cepat;
• - kitaran sedimen dengan dana rizab dalam kerak bumi (kitaran fosforus, kalsium, besi, dll.) Lebih lengai, sebahagian besar bahan berada dalam bentuk "tidak boleh diakses" oleh organisma hidup.

Gires juga boleh dibahagikan kepada:

• - tertutup (kitaran bahan gas, sebagai contoh, oksigen, karbon dan nitrogen - rizab di atmosfera dan hidrosfera lautan, jadi kekurangan cepat dikompensasikan);
• - terbuka (mewujudkan dana rizab di kerak bumi, sebagai contoh, fosforus - oleh itu kerugian kurang mendapat pampasan, iaitu defisit dicipta).

Asas tenaga untuk kewujudan kitaran biologi di Bumi dan pautan awalnya ialah proses fotosintesis. Setiap kitaran peredaran baharu bukanlah pengulangan yang tepat daripada kitaran sebelumnya. Sebagai contoh, semasa evolusi biosfera, beberapa proses tidak dapat dipulihkan, mengakibatkan pembentukan dan pengumpulan sedimen biogenik, peningkatan jumlah oksigen di atmosfera, perubahan dalam nisbah kuantitatif isotop beberapa unsur. , dsb.

Peredaran bahan biasanya dipanggil kitaran biogeokimia. Kitaran biogeokimia (biosfera) utama bahan: kitaran air, kitaran oksigen, kitaran nitrogen (penyertaan bakteria pengikat nitrogen), kitaran karbon (penyertaan bakteria aerobik; setiap tahun kira-kira 130 tan karbon dilepaskan ke dalam kitaran geologi), fosforus kitaran (penyertaan bakteria tanah; setiap tahun dalam 14 juta tan fosforus dibasuh keluar dari lautan), kitaran sulfur, kitaran kation logam.

Kitaran air

Kitaran air adalah kitaran tertutup yang boleh berlaku, seperti yang dinyatakan di atas, walaupun tanpa kehidupan, tetapi organisma hidup mengubahnya.

Kitaran ini adalah berdasarkan prinsip: sejatanspirasi dikompensasikan oleh pemendakan. Untuk planet secara keseluruhan, penyejatan dan pemendakan mengimbangi antara satu sama lain. Pada masa yang sama, lebih banyak air yang menyejat dari lautan daripada kembali dengan kerpasan. Di darat, sebaliknya, lebih banyak hujan turun, tetapi lebihan itu mengalir ke tasik dan sungai, dan dari sana lagi ke lautan. Keseimbangan kelembapan antara benua dan lautan dikekalkan oleh aliran sungai.

Oleh itu, kitaran hidrologi global mempunyai empat aliran utama: pemendakan, penyejatan, pemindahan lembapan, dan transpirasi.

Air, bahan yang paling banyak dalam biosfera, bukan sahaja berfungsi sebagai habitat untuk banyak organisma, tetapi juga merupakan sebahagian daripada tubuh semua makhluk hidup. Walaupun air mempunyai kepentingan yang sangat besar dalam semua proses kehidupan yang berlaku di biosfera, bahan hidup tidak memainkan peranan yang menentukan dalam kitaran air yang besar di dunia. Daya penggerak kitaran ini ialah tenaga matahari, yang dibelanjakan untuk penyejatan air dari permukaan lembangan air atau tanah. Kelembapan sejat terpeluwap di atmosfera dalam bentuk awan yang dibawa oleh angin; Apabila awan sejuk, hujan berlaku.

Jumlah air bebas yang tidak terikat (perkadaran lautan dan laut yang mengandungi air masin cair) menyumbang 86 hingga 98%. Baki jumlah air (air tawar) disimpan dalam topi kutub dan glasier dan membentuk lembangan air dan air bawah tanahnya. Kerpasan yang jatuh di permukaan tanah yang dilitupi tumbuh-tumbuhan sebahagiannya dikekalkan oleh permukaan daun dan seterusnya menyejat ke atmosfera. Kelembapan yang sampai ke tanah boleh menyertai larian permukaan atau diserap oleh tanah. Setelah diserap sepenuhnya oleh tanah (ini bergantung kepada jenis tanah, ciri-ciri batuan dan penutup tumbuh-tumbuhan), lebihan sedimen boleh meresap lebih dalam ke dalam air bawah tanah. Jika jumlah kerpasan melebihi kapasiti menahan lembapan lapisan atas tanah, air larian permukaan bermula, kelajuannya bergantung kepada keadaan tanah, kecuraman cerun, tempoh kerpasan dan sifat tumbuh-tumbuhan ( tumbuh-tumbuhan boleh melindungi tanah daripada hakisan air). Air yang tertahan di dalam tanah boleh tersejat dari permukaannya atau, selepas diserap oleh akar tumbuhan, transpirasi (menguap) ke atmosfera melalui daun.

Aliran transpirasi air (tanah - akar tumbuhan - daun - atmosfera) adalah laluan utama air melalui bahan hidup dalam kitaran besarnya di planet kita.

Kitaran karbon

Keseluruhan kepelbagaian bahan organik, proses biokimia dan bentuk hidupan di Bumi bergantung pada sifat dan ciri karbon. Kandungan karbon dalam kebanyakan organisma hidup adalah kira-kira 45% daripada biojisim kering mereka. Semua bahan hidup di planet ini mengambil bahagian dalam kitaran bahan organik dan semua karbon di Bumi, yang terus timbul, berubah, mati, terurai, dan dalam urutan ini karbon dipindahkan dari satu bahan organik kepada pembinaan yang lain di sepanjang rantai makanan . Di samping itu, semua makhluk hidup bernafas, membebaskan karbon dioksida.

Kitaran karbon di darat. Kitaran karbon dikekalkan melalui fotosintesis oleh tumbuhan darat dan fitoplankton lautan. Dengan menyerap karbon dioksida (memperbaiki karbon bukan organik), tumbuhan menggunakan tenaga cahaya matahari untuk mengubahnya menjadi sebatian organik- mencipta biojisim anda sendiri. Pada waktu malam, tumbuhan, seperti semua makhluk hidup, bernafas, membebaskan karbon dioksida.

Tumbuhan mati, mayat dan najis haiwan berfungsi sebagai makanan untuk banyak organisma heterotropik (haiwan, tumbuhan saprofit, kulat, mikroorganisma). Semua organisma ini hidup terutamanya di dalam tanah dan dalam proses kehidupan mereka mencipta biojisim mereka sendiri, termasuk karbon organik. Mereka juga membebaskan karbon dioksida, mewujudkan "pernafasan tanah." Selalunya bahan organik mati tidak terurai sepenuhnya dan humus (humus) terkumpul di dalam tanah, yang memainkan peranan penting dalam kesuburan tanah. Tahap mineralisasi dan pelembapan bahan organik bergantung kepada banyak faktor: kelembapan, suhu, sifat fizikal tanah, komposisi sisa organik, dsb. Di bawah pengaruh bakteria dan kulat, humus boleh terurai menjadi karbon dioksida dan sebatian mineral.

Kitaran karbon di Lautan Dunia. Kitaran karbon di lautan berbeza dengan kitaran di darat. Lautan adalah pautan lemah organisma pada paras trofik yang lebih tinggi, dan oleh itu semua pautan kitaran karbon. Masa yang diperlukan untuk karbon melalui pautan trofik lautan adalah singkat, dan jumlah karbon dioksida yang dibebaskan adalah tidak ketara.

Lautan bertindak sebagai pengawal selia utama karbon dioksida di atmosfera. Terdapat pertukaran karbon dioksida yang sengit antara lautan dan atmosfera. Perairan lautan mempunyai kapasiti pelarutan dan kapasiti penampan yang tinggi. Sistem yang terdiri daripada asid karbonik dan garamnya (karbonat) ialah sejenis depot karbon dioksida, disambungkan ke atmosfera melalui resapan CO? dari air ke atmosfera dan belakang.

Di lautan pada siang hari, fotosintesis fitoplankton berlaku secara intensif, manakala karbon dioksida bebas digunakan secara intensif, karbonat berfungsi sumber tambahan pendidikannya. Pada waktu malam, apabila kandungan asid bebas meningkat disebabkan oleh pernafasan haiwan dan tumbuhan, sebahagian besar daripadanya sekali lagi masuk ke dalam komposisi karbonat. Proses yang berlaku pergi ke arah berikut: bahan hidup? JADI?? N?JADI?? Sa(NSO?)?? CaCO?.

Secara semula jadi, sejumlah bahan organik tidak mengalami mineralisasi akibat kekurangan oksigen, keasidan tinggi persekitaran, keadaan pengebumian tertentu, dll. Sesetengah karbon meninggalkan kitaran biologi dalam bentuk mendapan bukan organik (batu kapur, kapur, karang) dan organik (shale, minyak, arang batu).

Aktiviti manusia membuat perubahan ketara kepada kitaran karbon di planet kita. Landskap, jenis tumbuh-tumbuhan, biocenoses dan rantai makanannya berubah, kawasan besar permukaan tanah dikeringkan atau diairi, kesuburan tanah bertambah baik (atau bertambah buruk), baja dan racun perosak diperkenalkan, dsb. Yang paling berbahaya ialah pembebasan karbon dioksida ke atmosfera akibat daripada pembakaran bahan api. Pada masa yang sama, kadar peredaran karbon meningkat dan kitarannya memendek.

Kitaran oksigen

Oksigen adalah prasyarat kewujudan kehidupan di Bumi. Ia termasuk dalam hampir semua sebatian biologi, mengambil bahagian dalam tindak balas biokimia pengoksidaan bahan organik, menyediakan tenaga untuk semua proses hidup organisma dalam biosfera. Oksigen memastikan respirasi haiwan, tumbuhan dan mikroorganisma di atmosfera, tanah, air, dan mengambil bahagian dalam tindak balas pengoksidaan kimia yang berlaku dalam batu, tanah, kelodak, dan akuifer.

Cawangan utama kitaran oksigen:

• - pembentukan oksigen bebas semasa fotosintesis dan penyerapannya semasa respirasi organisma hidup (tumbuhan, haiwan, mikroorganisma di atmosfera, tanah, air);
• - pembentukan skrin ozon;
• - penciptaan zon redoks;
• - pengoksidaan karbon monoksida semasa letusan gunung berapi, pengumpulan batuan sedimen sulfat, penggunaan oksigen dalam aktiviti manusia, dsb.; Oksigen molekul fotosintesis terlibat di mana-mana.

Kitaran nitrogen

Nitrogen adalah sebahagian daripada bahan organik yang penting secara biologi bagi semua organisma hidup: protein, asid nukleik, lipoprotein, enzim, klorofil, dsb. Walaupun kandungan nitrogen (79%) di udara, ia adalah kekurangan untuk organisma hidup.

Nitrogen dalam biosfera berada dalam bentuk gas (N2) tidak boleh diakses oleh organisma - ia secara kimia sedikit aktif, jadi ia tidak boleh digunakan secara langsung oleh tumbuhan yang lebih tinggi (dan kebanyakan tumbuhan yang lebih rendah) dan dunia haiwan. Tumbuhan menyerap nitrogen dari tanah dalam bentuk ion ammonium atau ion nitrat, i.e. yang dipanggil nitrogen tetap.

Terdapat penetapan nitrogen atmosfera, perindustrian dan biologi.

Penetapan atmosfera berlaku apabila atmosfera diionkan oleh sinar kosmik dan semasa nyahcas elektrik yang kuat semasa ribut petir, manakala nitrogen dan oksida ammonia terbentuk daripada nitrogen molekul di udara, yang, terima kasih kepada pemendakan atmosfera, ditukar kepada ammonium, nitrit, dan nitrogen nitrat. dan masuk ke dalam tanah dan besen air.

Penetapan industri berlaku akibat aktiviti ekonomi manusia. Atmosfera tercemar dengan sebatian nitrogen oleh kilang-kilang yang menghasilkan sebatian nitrogen. Pelepasan panas daripada loji janakuasa haba, kilang, kapal angkasa, dan pesawat supersonik mengoksidakan nitrogen udara. Nitrogen oksida, berinteraksi dengan wap air dari udara dan pemendakan, kembali ke tanah dan memasuki tanah dalam bentuk ionik.

Penetapan biologi memainkan peranan utama dalam kitaran nitrogen. Ia dijalankan oleh bakteria tanah:

• - bakteria pengikat nitrogen (dan alga biru-hijau);
• - mikroorganisma yang hidup dalam simbiosis dengan tumbuhan yang lebih tinggi (bakteria nodul);
• - melembapkan;
• - nitrifikasi;
• - denitrifikasi.

Bakteria aerobik pengikat nitrogen yang hidup bebas (wujud dengan kehadiran oksigen) (Azotobacter) di dalam tanah mampu mengikat nitrogen molekul atmosfera menggunakan tenaga yang diperoleh daripada pengoksidaan bahan organik tanah semasa respirasi, akhirnya mengikatnya dengan hidrogen dan memperkenalkan ia dalam bentuk kumpulan amino (- NH2) ke dalam komposisi asid amino badannya. Nitrogen molekul juga mampu membetulkan beberapa bakteria anaerobik (hidup tanpa oksigen) yang wujud di dalam tanah (Clostridium). Apabila mereka mati, kedua-dua mikroorganisma memperkayakan tanah dengan nitrogen organik.

Alga biru-hijau, yang sangat penting untuk tanah sawah, juga mampu penetapan biologi nitrogen molekul.

Penetapan biologi nitrogen atmosfera yang paling berkesan berlaku pada bakteria yang hidup dalam simbiosis dalam nodul tumbuhan kekacang (bakteria nodul).

Bakteria ini (Rizobium) menggunakan tenaga tumbuhan perumah untuk membetulkan nitrogen, sementara pada masa yang sama membekalkan organ terestrial perumah dengan sebatian nitrogen yang tersedia untuknya.

Dengan mengasimilasikan sebatian nitrogen daripada tanah dalam bentuk nitrat dan ammonium, tumbuh-tumbuhan membina sebatian yang mengandungi nitrogen yang diperlukan dalam badan mereka (nitrogen nitrat telah dikurangkan terlebih dahulu dalam sel tumbuhan). Tumbuhan pengeluar membekalkan bahan bernitrogen kepada keseluruhannya fauna dan kemanusiaan. Tumbuhan mati digunakan, mengikut rantaian trofik, sebagai bioreducers.

Mikroorganisma pengamon mengurai bahan organik yang mengandungi nitrogen (asid amino, urea) untuk membentuk ammonia. Sebahagian daripada nitrogen organik dalam tanah tidak dimineralkan, tetapi ditukar kepada bahan humus, bitumen dan komponen batuan enapan.

Ammonia (dalam bentuk ion ammonium) boleh memasuki sistem akar tumbuhan, atau digunakan dalam proses nitrifikasi.

Mikroorganisma penghidratan adalah kemosintetik; mereka menggunakan tenaga pengoksidaan ammonia kepada nitrat dan nitrit kepada nitrat untuk memastikan semua proses hidup. Menggunakan tenaga ini, nitrifier mengurangkan karbon dioksida dan membina bahan organik dalam badan mereka. Pengoksidaan ammonia semasa nitrifikasi berlaku melalui tindak balas berikut:

NH? + 3O? ? 2HNO? + 2H?O + 600 kJ (148 kcal).

HNO? +O? ? 2HNO? + 198 kJ (48 kcal).

Nitrat yang terbentuk semasa proses nitrifikasi sekali lagi memasuki kitaran biologi, diserap dari tanah oleh akar tumbuhan atau selepas masuk bersama larian air ke dalam lembangan air - fitoplankton dan fitobenthos.

Bersama-sama dengan organisma yang membetulkan nitrogen atmosfera dan mennitrifkannya, terdapat mikroorganisma dalam biosfera yang mampu mengurangkan nitrat atau nitrit kepada nitrogen molekul. Mikroorganisma sedemikian, dipanggil denitrifiers, apabila terdapat kekurangan oksigen bebas dalam perairan atau tanah, menggunakan oksigen nitrat untuk mengoksidakan bahan organik:

C?H??O?(glukosa) + 24KNO? ? 24KHCO? + 6CO? +12N? + 18H?O + tenaga

Tenaga yang dibebaskan dalam kes ini berfungsi sebagai asas untuk semua aktiviti kehidupan mikroorganisma denitrifikasi.

Oleh itu, bahan hidup memainkan peranan yang luar biasa dalam semua bahagian kitaran.

Pada masa ini, penetapan industri nitrogen atmosfera oleh manusia memainkan peranan yang semakin penting dalam keseimbangan nitrogen tanah dan, akibatnya, dalam keseluruhan kitaran nitrogen dalam biosfera.

Kitaran fosforus

Kitaran fosforus lebih mudah. Manakala takungan nitrogen ialah udara, takungan fosforus ialah batuan dari mana ia dibebaskan oleh hakisan.

Karbon, oksigen, hidrogen dan nitrogen berhijrah dengan lebih mudah dan cepat di atmosfera, kerana ia dalam bentuk gas, membentuk sebatian gas dalam kitaran biologi. Untuk semua unsur lain, kecuali sulfur yang diperlukan untuk kewujudan bahan hidup, pembentukan sebatian gas dalam kitaran biologi adalah tidak biasa. Unsur-unsur ini berhijrah terutamanya dalam bentuk ion dan molekul yang terlarut dalam air.

Fosforus, diasimilasikan oleh tumbuhan dalam bentuk ion asid ortofosforik, mengambil bahagian yang besar dalam aktiviti kehidupan semua organisma hidup. Ia adalah sebahagian daripada ADP, ATP, DNA, RNA dan sebatian lain.

Kitaran fosforus dalam biosfera tidak ditutup. Dalam biogeocenoses daratan, fosforus, selepas diserap oleh tumbuhan dari tanah melalui rantai makanan, sekali lagi memasuki tanah dalam bentuk fosfat. Jumlah utama fosforus diserap semula oleh sistem akar tumbuhan. Fosforus boleh dihanyutkan sebahagiannya dengan larian air hujan dari tanah ke dalam besen air.

Dalam biogeocenoses semulajadi selalunya terdapat kekurangan fosforus, dan dalam persekitaran beralkali dan teroksida ia biasanya ditemui dalam bentuk sebatian tidak larut.

Batuan litosfera mengandungi sejumlah besar fosfat. Sebahagian daripadanya secara beransur-ansur masuk ke dalam tanah, ada yang dibangunkan oleh manusia untuk pengeluaran baja fosfat, dan kebanyakannya dilarutkan dan dibasuh ke dalam hidrosfera. Di sana ia digunakan oleh fitoplankton dan organisma berkaitan yang terletak pada tahap trofik rantai makanan kompleks yang berbeza.

Di Lautan Dunia, kehilangan fosfat daripada kitaran biologi berlaku disebabkan oleh pemendapan tinggalan tumbuhan dan haiwan pada kedalaman yang besar. Oleh kerana fosforus bergerak terutamanya dari litosfera ke hidrosfera dengan air, ia berhijrah ke litosfera secara biologi (memakan ikan oleh burung laut, menggunakan alga bentik dan tepung ikan sebagai baja, dsb.).

Daripada semua elemen pemakanan mineral Fosforus dalam tumbuhan boleh dianggap kekurangan.

Kitaran sulfur

Bagi organisma hidup, sulfur adalah sangat penting, kerana ia adalah sebahagian daripada asid amino yang mengandungi sulfur (cystine, cysteine, methionine, dll.). Sebagai sebahagian daripada protein, asid amino yang mengandungi sulfur mengekalkan struktur tiga dimensi molekul protein yang diperlukan.

Sulfur diserap oleh tumbuhan dari tanah hanya dalam bentuk teroksida, dalam bentuk ion. Dalam tumbuhan, sulfur dikurangkan dan termasuk dalam asid amino dalam bentuk kumpulan sulfhidril (-SH) dan disulfida (-S-S-).

Haiwan mengasimilasikan hanya sulfur terkurang yang terdapat dalam bahan organik. Selepas kematian organisma tumbuhan dan haiwan, sulfur kembali ke tanah, di mana, sebagai hasil daripada aktiviti pelbagai bentuk mikroorganisma, ia mengalami transformasi.

Di bawah keadaan aerobik, sesetengah mikroorganisma mengoksidakan sulfur organik kepada sulfat. Ion sulfat, yang diserap oleh akar tumbuhan, sekali lagi termasuk dalam kitaran biologi. Sesetengah sulfat mungkin termasuk dalam migrasi air dan dikeluarkan dari tanah. Dalam tanah yang kaya dengan bahan humik, sejumlah besar sulfur ditemui dalam sebatian organik, yang menghalang larut lesapnya.

Di bawah keadaan anaerobik, penguraian sebatian sulfur organik menghasilkan hidrogen sulfida. Jika sulfat dan bahan organik berada dalam persekitaran bebas oksigen, aktiviti bakteria penurun sulfat diaktifkan. Mereka menggunakan oksigen sulfat untuk mengoksidakan bahan organik dan dengan itu memperoleh tenaga yang diperlukan untuk kewujudan mereka.

Bakteria penurun sulfat adalah biasa dalam air bawah tanah, lumpur, dan air laut yang bertakung. Hidrogen sulfida adalah racun untuk kebanyakan organisma hidup, jadi pengumpulannya dalam tanah yang dipenuhi air, tasik, muara sungai, dll. mengurangkan atau menghentikan sepenuhnya proses kehidupan. Fenomena ini diperhatikan di Laut Hitam pada kedalaman di bawah 200 m dari permukaannya.

Oleh itu, untuk mencipta persekitaran yang menggalakkan adalah perlu untuk mengoksidakan hidrogen sulfida kepada ion sulfat, yang akan memusnahkan kesan berbahaya hidrogen sulfida, sulfur akan berubah menjadi bentuk yang boleh diakses oleh tumbuhan - dalam bentuk garam sulfat. Peranan ini dilakukan secara semula jadi oleh kumpulan khas bakteria sulfur (tidak berwarna, hijau, ungu) dan bakteria thionic.

Bakteria sulfur tidak berwarna adalah kemosintetik: mereka menggunakan tenaga yang diperoleh daripada pengoksidaan hidrogen sulfida oleh oksigen kepada unsur sulfur dan pengoksidaan selanjutnya kepada sulfat.

Bakteria sulfur berwarna ialah organisma fotosintesis yang menggunakan hidrogen sulfida sebagai penderma hidrogen untuk mengurangkan karbon dioksida.

Sulfur unsur yang terhasil dalam bakteria sulfur hijau dibebaskan daripada sel, dan dalam bakteria ungu ia terkumpul di dalam sel.

Reaksi keseluruhan proses ini ialah photoreduction:

CO?+ 2H?S cahaya? (CH?O)+ H?O +2S.

Bakteria tionik mengoksidakan unsur sulfur dan pelbagai sebatian terkurangnya kepada sulfat menggunakan oksigen bebas, mengembalikannya ke aliran utama kitaran biologi.

Dalam proses kitaran biologi, di mana transformasi sulfur berlaku, organisma hidup, terutamanya mikroorganisma, memainkan peranan yang besar.

Takungan utama sulfur di planet kita ialah Lautan Dunia, kerana ion sulfat terus mengalir ke dalamnya dari tanah. Sebahagian daripada sulfur dari lautan kembali ke darat melalui atmosfera mengikut skema hidrogen sulfida - pengoksidaannya kepada sulfur dioksida - pelarutan yang terakhir dalam air hujan dengan pembentukan asid sulfurik dan sulfat - pengembalian sulfur dari hujan ke dalam penutup tanah di Bumi.

Kitaran kation tak organik

Sebagai tambahan kepada unsur asas yang membentuk organisma hidup (karbon, oksigen, hidrogen, fosforus dan sulfur), banyak unsur makro dan mikro yang lain - kation tak organik - adalah amat penting. Dalam lembangan air, tumbuhan menerima kation logam yang mereka perlukan secara langsung dari alam sekitar. Di darat, sumber utama kation bukan organik adalah tanah, yang menerimanya semasa pemusnahan batu induk. Dalam tumbuhan, kation yang diserap oleh sistem akar berpindah ke daun dan organ lain; sebahagian daripadanya (magnesium, besi, kuprum dan beberapa yang lain) adalah sebahagian daripada molekul penting secara biologi (klorofil, enzim); yang lain, kekal dalam bentuk bebas, mengambil bahagian dalam mengekalkan sifat koloid yang diperlukan protoplasma sel dan melaksanakan pelbagai fungsi lain.

Apabila organisma hidup mati, kation tak organik kembali ke tanah semasa pemineralan bahan organik. Kehilangan komponen-komponen ini daripada tanah berlaku akibat daripada larut lesap dan penyingkiran kation logam dengan air hujan, penolakan dan penyingkiran bahan organik oleh manusia semasa penanaman tanaman pertanian, menebang hutan, memotong rumput untuk makanan ternakan, dsb.

Penggunaan rasional baja mineral, penambakan tanah, penggunaan baja organik, dan teknologi pertanian yang betul akan membantu memulihkan dan mengekalkan keseimbangan kation tak organik dalam biosenos biosfera.

Kitaran antropogenik: kitaran xenobiotik (merkuri, plumbum, kromium)

Kemanusiaan adalah sebahagian daripada alam semula jadi dan hanya boleh wujud dalam interaksi berterusan dengannya.

Terdapat persamaan dan percanggahan antara kitaran semula jadi dan antropogenik bahan dan tenaga yang berlaku dalam biosfera.

Kitaran semula jadi (biogeokimia) hidup mempunyai ciri-ciri berikut:

• - penggunaan tenaga suria sebagai sumber kehidupan dan semua manifestasinya berdasarkan undang-undang termodinamik;
• - ia dijalankan tanpa pembaziran, i.e. semua produk aktiviti pentingnya dimineralkan dan sekali lagi dimasukkan ke dalam kitaran seterusnya peredaran bahan. Pada masa yang sama, sisa, tenaga haba susut nilai dikeluarkan di luar biosfera. Semasa kitaran biogeokimia bahan, sisa terbentuk, i.e. rizab dalam bentuk arang batu, minyak, gas dan lain-lain sumber mineral. Berbeza dengan kitaran semula jadi tanpa sisa, kitaran antropogenik disertai dengan peningkatan sisa setiap tahun.

Tidak ada yang sia-sia atau berbahaya dalam alam semula jadi, walaupun dari letusan gunung berapi ada faedahnya, kerana unsur-unsur yang diperlukan (contohnya, nitrogen) memasuki udara dengan gas gunung berapi.

Terdapat undang-undang penutupan global kitaran biogeokimia dalam biosfera, yang beroperasi pada semua peringkat perkembangannya, serta peraturan peningkatan penutupan kitaran biogeokimia semasa penggantian.

Manusia memainkan peranan yang besar dalam kitaran biogeokimia, tetapi dalam arah yang bertentangan. Manusia mengganggu kitaran bahan yang sedia ada, dan ini menunjukkan kuasa geologinya - merosakkan berhubung dengan biosfera. Hasil daripada aktiviti antropogenik, tahap ketertutupan kitaran biogeokimia berkurangan.

Kitaran antropogenik tidak terhad kepada tenaga cahaya matahari yang ditangkap oleh tumbuhan hijau di planet ini. Manusia menggunakan tenaga bahan api, hidro dan loji kuasa nuklear.

Boleh dikatakan bahawa aktiviti antropogenik pada peringkat sekarang mewakili kuasa pemusnah yang besar untuk biosfera.

Biosfera mempunyai ciri khas - rintangan yang ketara terhadap bahan pencemar. Kestabilan ini adalah berdasarkan keupayaan semula jadi pelbagai komponen persekitaran semula jadi kepada penyucian diri dan penyembuhan diri. Tetapi tidak terhad. mungkin krisis global memerlukan pembinaan model matematik biosfera secara keseluruhan (sistem Gaia) untuk mendapatkan maklumat tentang kemungkinan keadaan biosfera.

Xenobiotik ialah bahan asing kepada organisma hidup yang muncul akibat aktiviti antropogenik (racun perosak, bahan kimia isi rumah dan bahan pencemar lain) yang boleh menyebabkan gangguan proses biotik, termasuk. penyakit atau kematian badan. Bahan pencemar tersebut tidak mengalami biodegradasi, tetapi terkumpul dalam rantai trofik.

Merkuri adalah unsur yang sangat jarang berlaku. Ia bertaburan di seluruh kerak bumi dan hanya beberapa mineral, seperti cinnabar, mengandunginya dalam bentuk pekat. Merkuri mengambil bahagian dalam kitaran jirim dalam biosfera, berhijrah dalam keadaan gas dan dalam larutan akueus.

Ia memasuki atmosfera dari hidrosfera semasa penyejatan, apabila dibebaskan dari cinnabar, dengan gas gunung berapi dan gas dari mata air terma. Sebahagian daripada gas merkuri di atmosfera bertukar menjadi fasa pepejal dan dikeluarkan daripada persekitaran udara. Merkuri yang dijatuhkan diserap oleh tanah, terutamanya tanah liat, air dan batu. Mineral mudah terbakar - minyak dan arang batu - mengandungi sehingga 1 mg/kg merkuri. DALAM jisim air lautan kira-kira 1.6 bilion tan, dalam sedimen bawah - 500 bilion tan, dalam plankton - 2 juta tan. Perairan sungai setiap tahun membawa kira-kira 40 ribu tan dari darat, iaitu 10 kali lebih rendah daripada apa yang memasuki atmosfera semasa penyejatan (400 ribu tan). Kira-kira 100 ribu tan jatuh di permukaan tanah setiap tahun.

Merkuri telah berubah daripada komponen semula jadi persekitaran semula jadi kepada salah satu pelepasan buatan manusia yang paling berbahaya ke dalam biosfera untuk kesihatan manusia. Ia digunakan secara meluas dalam industri metalurgi, kimia, elektrik, elektronik, pulpa dan kertas dan farmaseutikal dan digunakan dalam pengeluaran bahan letupan, varnis dan cat, serta dalam bidang perubatan. Efluen industri dan pelepasan atmosfera, bersama dengan lombong merkuri, loji pengeluaran merkuri dan loji kuasa haba (CHP dan rumah dandang) menggunakan arang batu, minyak dan produk petroleum, adalah sumber utama pencemaran biosfera dengan komponen toksik ini. Selain itu, merkuri adalah sebahagian daripada racun perosak organomerkuri yang digunakan dalam pertanian untuk merawat benih dan melindungi tanaman daripada perosak. Ia memasuki tubuh manusia dengan makanan (telur, bijirin jeruk, daging haiwan dan burung, susu, ikan).

Merkuri dalam air dan sedimen sungai

Telah ditetapkan bahawa kira-kira 80% merkuri yang memasuki badan air semula jadi adalah dalam bentuk terlarut, yang akhirnya menyumbang kepada pengedarannya pada jarak yang jauh bersama-sama dengan aliran air. Unsur tulen adalah tidak toksik.

Merkuri sering dijumpai dalam air kelodak dasar dalam kepekatan yang agak tidak berbahaya. Sebatian merkuri tak organik ditukar kepada sebatian merkuri organik toksik, seperti metilmerkuri CH?Hg dan etilmerkuri C?H?Hg, oleh bakteria yang hidup dalam detritus dan sedimen, dalam lumpur dasar tasik dan sungai, dalam lendir yang menutupi badan ikan , dan dalam lendir perut ikan. Sebatian ini mudah larut, mudah alih dan sangat beracun. Asas kimia untuk tindakan agresif merkuri adalah pertalian dengan sulfur, khususnya dengan kumpulan hidrogen sulfida dalam protein. Molekul ini mengikat kromosom dan sel otak. Ikan dan kerang boleh mengumpulnya kepada kepekatan yang berbahaya bagi manusia yang memakannya, menyebabkan penyakit Minamata.

Merkuri logam dan sebatian tak organiknya bertindak terutamanya pada hati, buah pinggang dan saluran usus, tetapi dalam keadaan biasa disingkirkan daripada badan dengan agak cepat dan jumlah yang berbahaya kepada tubuh manusia tidak mempunyai masa untuk terkumpul. Methylmercury dan sebatian alkil merkuri lain adalah lebih berbahaya kerana pengumpulan berlaku - toksin memasuki badan lebih cepat daripada disingkirkan daripada badan, menjejaskan sistem saraf pusat.

Sedimen bawah adalah ciri penting ekosistem akuatik. Dengan mengumpul logam berat, radionuklid dan bahan organik yang sangat toksik, sedimen bawah, di satu pihak, menyumbang kepada pembersihan diri persekitaran akuatik, dan di pihak yang lain, mewakili sumber pencemaran sekunder badan air yang berterusan. Sedimen bawah adalah objek analisis yang menjanjikan, mencerminkan corak pencemaran jangka panjang (terutamanya dalam badan air aliran rendah). Selain itu, pengumpulan merkuri tak organik dalam sedimen dasar diperhatikan terutamanya di muara sungai. Keadaan tegang mungkin timbul apabila kapasiti penjerapan sedimen (kelodak, sedimen) telah habis. Apabila kapasiti penjerapan dicapai, logam berat, termasuk. merkuri akan mula masuk ke dalam air.

Adalah diketahui bahawa di bawah keadaan anaerobik marin dalam sedimen alga mati, merkuri melekat hidrogen dan bertukar menjadi sebatian yang tidak menentu.

Dengan penyertaan mikroorganisma, raksa logam boleh dimetilasi dalam dua peringkat:

CH?Hg+ ? (CH?)?Hg

Methylmercury muncul dalam persekitaran hampir secara eksklusif melalui metilasi merkuri bukan organik.

Separuh hayat biologi merkuri adalah panjang; untuk kebanyakan tisu badan manusia ia adalah 70-80 hari.

Pencemaran merkuri diketahui berlaku pada permulaan rantai makanan. ikan besar, seperti ikan todak, tuna. Ia bukan tanpa minat untuk ambil perhatian bahawa, pada tahap yang lebih besar daripada ikan, merkuri terkumpul (terkumpul) dalam tiram.

Merkuri memasuki tubuh manusia melalui pernafasan, makanan dan melalui kulit mengikut skema berikut:

Pertama, merkuri berubah. Unsur ini berlaku secara semula jadi dalam beberapa bentuk.

Merkuri logam, yang digunakan dalam termometer, dan garam tak organiknya (contohnya, klorida) disingkirkan dari badan dengan cepat.

Lebih toksik ialah sebatian alkil merkuri, khususnya metil dan etil merkuri. Sebatian ini disingkirkan dari badan dengan sangat perlahan - hanya kira-kira 1% setiap hari. jumlah bilangan. Walaupun kebanyakan merkuri masuk perairan semula jadi, terkandung di sana dalam bentuk sebatian tak organik dalam ikan ia sentiasa muncul dalam bentuk metilmerkuri yang banyak beracun. Bakteria dalam kelodak dasar tasik dan sungai, dalam lendir yang menutupi badan ikan, serta dalam lendir perut ikan mampu menukar sebatian merkuri tak organik menjadi metilmerkuri.

Kedua, pengumpulan terpilih, atau pengumpulan biologi (kepekatan), meningkatkan paras merkuri dalam ikan dan kerang ke paras berkali-kali lebih tinggi daripada di perairan teluk. Ikan dan kerang yang hidup di sungai mengumpul metilmerkuri kepada kepekatan yang berbahaya bagi manusia yang menggunakannya sebagai makanan.

% daripada tangkapan ikan dunia mengandungi merkuri dalam kuantiti tidak lebih daripada 0.5 mg/kg, dan 95% mengandungi kurang daripada 0.3 mg/kg. Hampir semua merkuri dalam ikan adalah dalam bentuk metilmerkuri.

Dengan mengambil kira ketoksikan berbeza sebatian merkuri untuk manusia dalam produk makanan, adalah perlu untuk menentukan merkuri tak organik (jumlah) dan terikat secara organik. Kami hanya menentukan jumlah kandungan merkuri. Mengikut keperluan perubatan dan biologi, kandungan merkuri dalam air tawar ikan pemangsa 0.6 mg/kg dibenarkan, dalam ikan laut - 0.4 mg/kg, dalam ikan bukan pemangsa air tawar hanya 0.3 mg/kg, dan dalam ikan tuna sehingga 0.7 mg/kg. Dalam produk makanan bayi, kandungan merkuri tidak boleh melebihi 0.02 mg/kg dalam daging dalam tin, 0.15 mg/kg dalam ikan dalam tin, dan 0.01 mg/kg dalam yang lain.

Plumbum terdapat dalam hampir semua komponen persekitaran semula jadi. Kerak bumi mengandungi 0.0016%. Tahap semula jadi plumbum di atmosfera ialah 0.0005 mg/m3. Kebanyakannya dimendapkan dengan habuk, kira-kira 40% jatuh dengan pemendakan. Tumbuhan memperoleh plumbum daripada tanah, air dan pemendapan atmosfera, dan haiwan menerima plumbum daripada memakan tumbuhan dan air. Logam memasuki tubuh manusia bersama dengan makanan, air dan debu.

Sumber utama pencemaran plumbum dalam biosfera ialah enjin petrol, gas ekzos yang mengandungi trietil plumbum, loji kuasa haba membakar arang batu, perlombongan, metalurgi dan industri kimia. Sebilangan besar plumbum dimasukkan ke dalam tanah bersama-sama dengan air kumbahan, digunakan sebagai baja. Untuk memadamkan reaktor yang terbakar Loji kuasa nuklear Chernobyl Plumbum juga digunakan, yang memasuki udara dan tersebar di kawasan yang luas. Dengan peningkatan pencemaran alam sekitar oleh plumbum, pemendapannya dalam tulang, rambut, dan hati meningkat.

Chromium. Yang paling berbahaya ialah kromium toksik (6+), yang digerakkan dalam tanah berasid dan beralkali, dalam air tawar dan laut. DALAM air laut kromium ialah 10 - 20% diwakili oleh bentuk Cr (3+), 25 - 40% - Cr (6+), 45 - 65% - bentuk organik. Dalam julat pH 5 - 7, Cr (3+) mendominasi, dan pada pH > 7, Cr (6+) mendominasi. Diketahui bahawa sebatian Cr(6+) dan kromium organik tidak bersamaan dengan besi hidroksida dalam air laut.

Kitaran semula jadi bahan hampir tertutup. Dalam ekosistem semula jadi, jirim dan tenaga digunakan dengan jarang, dan sisa beberapa organisma berfungsi sebagai syarat penting untuk kewujudan yang lain. Kitaran bahan antropogenik disertai dengan penggunaan sumber semula jadi yang besar dan sejumlah besar sisa yang menyebabkan pencemaran alam sekitar. Penciptaan kemudahan rawatan yang paling canggih sekalipun tidak menyelesaikan masalah, jadi perlu membangunkan teknologi rendah dan bebas sisa yang menjadikan kitaran antropogenik setutup mungkin. Secara teorinya, adalah mungkin untuk mencipta teknologi bebas sisa, tetapi teknologi sisa rendah adalah nyata.

Penyesuaian terhadap fenomena alam

Adaptasi ialah pelbagai penyesuaian kepada persekitaran yang dibangunkan dalam organisma (daripada yang paling mudah kepada yang tertinggi) dalam proses evolusi. Keupayaan untuk menyesuaikan diri adalah salah satu sifat utama makhluk hidup, memastikan kemungkinan kewujudan mereka.

Faktor utama yang membangunkan proses penyesuaian termasuk: keturunan, kebolehubahan, pemilihan semula jadi (dan buatan).

Toleransi boleh berubah jika badan terdedah kepada yang lain keadaan luaran. Menemui dirinya dalam keadaan sedemikian, selepas beberapa lama dia terbiasa dengannya, menyesuaikan diri dengan mereka (dari penyesuaian Latin - untuk menyesuaikan diri). Akibat daripada ini adalah perubahan dalam kedudukan optimum fisiologi.

Sifat organisma untuk menyesuaikan diri dengan kewujudan dalam julat tertentu faktor persekitaran dipanggil keplastikan ekologi.

Lebih luas julat faktor persekitaran di mana organisma tertentu boleh hidup, lebih besar keplastikan ekologinya. Mengikut tahap keplastikan, dua jenis organisma dibezakan: stenobiont (stenoeca) dan eurybiont (eurieca). Oleh itu, stenobion secara ekologi bukan plastik (contohnya, flounder hanya hidup dalam air masin, dan crucian carp hanya dalam air tawar), i.e. tidak tahan lasak, dan eurybion adalah plastik dari segi ekologi, i.e. lebih tahan lasak (contohnya, stickleback tiga spined boleh hidup di kedua-dua air tawar dan masin).

Penyesuaian adalah multidimensi, kerana organisma mesti pada masa yang sama mematuhi banyak faktor persekitaran yang berbeza.

Terdapat tiga cara utama penyesuaian organisma kepada keadaan persekitaran: aktif; pasif; mengelakkan kesan buruk.

Laluan aktif penyesuaian adalah menguatkan rintangan, membangunkan proses pengawalseliaan yang membolehkan semua fungsi penting badan dijalankan, walaupun penyimpangan faktor dari optimum. Sebagai contoh, haiwan berdarah panas mengekalkan suhu badan yang tetap - optimum untuk proses biokimia yang berlaku di dalamnya.

Laluan pasif penyesuaian ialah subordinasi fungsi penting organisma kepada perubahan dalam faktor persekitaran. Sebagai contoh, di bawah keadaan persekitaran yang tidak menggalakkan, banyak organisma masuk ke dalam keadaan animasi yang digantung (kehidupan tersembunyi), di mana metabolisme dalam badan secara praktikal berhenti (keadaan dorman musim sejuk, kelesuan serangga, hibernasi, pemeliharaan spora dalam tanah dalam bentuk spora dan biji).

Mengelakkan kesan buruk - perkembangan penyesuaian, tingkah laku organisma (penyesuaian), yang membantu mengelakkan keadaan yang tidak menguntungkan. Dalam kes ini, penyesuaian boleh menjadi: morfologi (struktur badan berubah: pengubahsuaian daun kaktus), fisiologi (unta menyediakan dirinya dengan kelembapan akibat pengoksidaan rizab lemak), etologi (perubahan tingkah laku: migrasi bermusim burung, hibernasi pada musim sejuk).

Organisma hidup menyesuaikan diri dengan baik kepada faktor berkala. Faktor tidak berkala boleh menyebabkan penyakit dan juga kematian badan (contohnya, dadah, racun perosak). Walau bagaimanapun, dengan pendedahan yang berpanjangan kepada mereka, penyesuaian kepada mereka juga mungkin berlaku.

Organisma telah menyesuaikan diri dengan irama harian, bermusim, pasang surut, irama aktiviti suria, fasa bulan dan lain-lain fenomena berkala yang ketat. Oleh itu, penyesuaian bermusim dibezakan sebagai sifat bermusim dan keadaan dorman musim sejuk.

Sifat bermusim. Kepentingan utama untuk tumbuhan dan haiwan dalam penyesuaian organisma ialah kursus tahunan suhu. Tempoh yang sesuai untuk kehidupan, secara purata untuk negara kita, berlangsung kira-kira enam bulan (musim bunga, musim panas). Malah sebelum ketibaan fros yang stabil, tempoh dorman musim sejuk bermula secara semula jadi.

Keadaan dorman musim sejuk. Dorman musim sejuk bukan sekadar pemberhentian pembangunan akibat suhu rendah, tetapi penyesuaian fisiologi yang kompleks, yang berlaku hanya pada peringkat perkembangan tertentu. Sebagai contoh, nyamuk malaria dan rama-rama wren mengharungi musim sejuk dalam peringkat serangga dewasa, rama-rama kubis dalam peringkat pupa, dan rama-rama gipsi dalam peringkat telur.

Bioritma. Dalam proses evolusi, setiap spesies telah membangunkan kitaran tahunan ciri pertumbuhan dan perkembangan intensif, pembiakan, penyediaan untuk musim sejuk dan musim sejuk. Fenomena ini dipanggil irama biologi. Padankan setiap tempoh kitaran hidup dengan masa yang sesuai tahun adalah penting untuk kewujudan spesies.

Faktor utama dalam pengawalan kitaran bermusim dalam kebanyakan tumbuhan dan haiwan ialah perubahan panjang hari.

Bioritma ialah:

irama eksogen (luaran) (timbul sebagai tindak balas kepada perubahan berkala dalam persekitaran (perubahan siang dan malam, musim, aktiviti suria) endogen (irama dalaman) dihasilkan oleh badan itu sendiri

Sebaliknya, endogen dibahagikan kepada:

Irama fisiologi (degupan jantung, pernafasan, fungsi kelenjar rembesan dalaman, sintesis DNA, RNA, protein, kerja enzim, pembahagian sel, dll.)

Irama ekologi (harian, tahunan, pasang surut, bulan, dll.)

Proses DNA, RNA, sintesis protein, pembahagian sel, degupan jantung, pernafasan, dan lain-lain mempunyai irama. Pengaruh luaran boleh mengalihkan fasa irama ini dan mengubah amplitudnya.

Irama fisiologi berbeza-beza bergantung kepada keadaan badan, irama persekitaran lebih stabil dan sepadan dengan irama luaran. Dengan irama endogen, badan boleh mengorientasikan dirinya dalam masa dan bersedia lebih awal untuk perubahan persekitaran yang akan datang - ini adalah jam biologi badan. Banyak organisma hidup dicirikan oleh irama sirkadian dan sirkan.

Irama sirkadian (circadian) - keamatan berulang dan sifat proses dan fenomena biologi dengan tempoh 20 hingga 28 jam. Irama sirkadian dikaitkan dengan aktiviti haiwan dan tumbuhan pada siang hari dan, sebagai peraturan, bergantung pada suhu dan keamatan cahaya. Sebagai contoh, kelawar mereka terbang pada waktu senja dan berehat pada siang hari; banyak organisma planktonik tinggal berhampiran permukaan air pada waktu malam dan turun ke dalam pada siang hari.

Irama biologi bermusim dikaitkan dengan pengaruh cahaya - fotokala. Tindak balas organisma terhadap panjang hari dipanggil fotoperiodisme. Fotoperiodisme adalah penyesuaian penting umum yang mengawal selia fenomena bermusim dalam pelbagai jenis organisma. Kajian fotoperiodisme dalam tumbuh-tumbuhan dan haiwan telah menunjukkan bahawa tindak balas organisma terhadap cahaya adalah berdasarkan tempoh cahaya dan kegelapan yang silih berganti dalam tempoh tertentu pada siang hari. Tindak balas organisma (daripada organisma bersel tunggal kepada manusia) kepada panjang siang dan malam menunjukkan bahawa mereka dapat mengukur masa, i.e. Mereka mempunyai beberapa jenis jam biologi. Jam biologi, sebagai tambahan kepada kitaran bermusim, mengawal banyak fenomena biologi lain dan menentukan irama harian yang betul bagi kedua-dua aktiviti keseluruhan organisma dan proses yang berlaku walaupun pada peringkat selular, khususnya, pembahagian sel.

Harta sejagat bagi semua benda hidup, daripada virus dan mikroorganisma kepada tumbuhan dan haiwan yang lebih tinggi, adalah keupayaan untuk menghasilkan mutasi - perubahan yang diwarisi secara tiba-tiba, semula jadi dan buatan, yang diwarisi, yang membawa kepada perubahan dalam ciri-ciri tertentu organisma. Kebolehubahan mutasi tidak memenuhi keadaan persekitaran dan, sebagai peraturan, melanggar penyesuaian sedia ada.

Banyak serangga memasuki diapause (berhenti lama dalam pembangunan) pada peringkat pembangunan tertentu, yang tidak boleh dikelirukan dengan keadaan rehat dalam keadaan yang tidak menguntungkan. Pembiakan banyak haiwan laut dipengaruhi oleh irama bulan.

Irama Circanian (tahunan) ialah perubahan berulang dalam keamatan dan sifat proses dan fenomena biologi dengan tempoh 10 hingga 13 bulan.

Fizikal dan keadaan psikologi manusia juga mempunyai watak berirama.

Irama kerja dan rehat yang terganggu mengurangkan prestasi dan memberi kesan buruk kepada kesihatan manusia. Keadaan manusia di keadaan yang melampau bergantung pada tahap kesediaannya untuk keadaan ini, kerana hampir tidak ada masa untuk penyesuaian dan pemulihan.

Biosfera Bumi dicirikan oleh kitaran bahan tertentu dan aliran tenaga. Kitaran bahan ialah penyertaan berulang bahan dalam proses yang berlaku di atmosfera, hidrosfera dan litosfera, termasuk lapisan yang merupakan sebahagian daripada biosfera Bumi. Peredaran jirim berlaku dengan bekalan berterusan tenaga luaran daripada Matahari dan tenaga dalaman daripada Bumi.

Bergantung kepada daya penggerak, dalam kitaran bahan seseorang boleh membezakan kitaran geologi (kitaran besar), kitaran biologi (biogeokimia, kitaran kecil) dan kitaran antropogenik.

Kitaran geologi (kitaran besar bahan dalam biosfera)

Kitaran ini mengagihkan semula jirim antara biosfera dan ufuk Bumi yang lebih dalam. Daya penggerak di sebalik proses ini ialah proses geologi eksogen dan endogen. Proses endogen berlaku di bawah pengaruh tenaga dalaman Bumi. Ini adalah tenaga yang dibebaskan akibat daripada pereputan radioaktif, tindak balas kimia dalam pembentukan mineral, dsb. proses endogen termasuk, sebagai contoh, pergerakan tektonik dan gempa bumi. Proses-proses ini membawa kepada pembentukan bentuk besar relief (benua, lembangan lautan, gunung dan dataran). Proses eksogen berlaku di bawah pengaruh tenaga luar daripada Matahari. Ini termasuk aktiviti geologi atmosfera, hidrosfera, organisma hidup dan manusia. Proses ini membawa kepada pelicinan bentuk pelepasan yang besar ( lembah sungai, bukit, jurang, dll.).

Kitaran geologi berterusan selama berjuta-juta tahun dan terdiri daripada fakta bahawa batuan dimusnahkan, dan hasil luluhawa (termasuk nutrien larut air) dibawa oleh air mengalir ke Lautan Dunia, di mana ia membentuk strata marin dan hanya sebahagiannya kembali ke darat dengan hujan. Perubahan geotektonik, proses penenggelaman benua dan kenaikan dasar laut, pergerakan laut dan lautan dalam jangka masa yang panjang membawa kepada fakta bahawa strata ini kembali ke darat dan proses itu bermula semula. Simbol kitaran bahan ini adalah lingkaran, bukan bulatan, kerana kitaran baru tidak betul-betul mengulangi yang lama, tetapi memperkenalkan sesuatu yang baru.

Kitaran hebat merujuk kepada kitaran air (kitaran hidrologi) antara daratan dan lautan melalui atmosfera (Rajah 3.2).

Kitaran air secara amnya memainkan peranan utama dalam pembentukan keadaan semula jadi di planet kita. Dengan mengambil kira transpirasi air oleh tumbuhan dan penyerapannya dalam kitaran biogeokimia, keseluruhan bekalan air di Bumi akan rosak dan dipulihkan dalam tempoh 2 juta tahun.

nasi. 3. 2. Kitaran air dalam biosfera.

DALAM kitaran hidrologi semua bahagian hidrosfera saling berkait. Lebih daripada 500 ribu km3 air setiap tahun mengambil bahagian di dalamnya. Daya penggerak di sebalik proses ini adalah tenaga suria. Di bawah pengaruh tenaga suria, molekul air menjadi panas dan naik dalam bentuk gas ke atmosfera (875 km3 air tawar menyejat setiap hari). Apabila mereka naik, mereka secara beransur-ansur menyejukkan, mengembun dan membentuk awan. Apabila awan telah cukup sejuk, ia mengeluarkan air dalam bentuk pelbagai kerpasan yang jatuh semula ke lautan. Air yang sampai ke tanah boleh mengikut dua laluan berbeza: sama ada meresap ke dalam tanah (penyusupan) atau mengalir melaluinya (air larian permukaan). Di permukaan, air mengalir ke sungai dan sungai menuju ke lautan atau tempat lain di mana penyejatan berlaku. Air yang diserap ke dalam tanah boleh dikekalkan di lapisan atasnya (ufuk) dan dikembalikan ke atmosfera melalui transpirasi. Air sedemikian dipanggil kapilari. Air yang dibawa oleh graviti dan meresap ke bawah melalui liang dan retak dipanggil graviti. Air graviti meresap ke dalam lapisan batu atau tanah liat yang tidak dapat ditembusi, mengisi semua lompang. Rizab sedemikian dipanggil air bawah tanah, dan had atasnya ialah paras air bawah tanah. Lapisan bawah tanah batu yang melaluinya air bawah tanah mengalir perlahan dipanggil akuifer. Di bawah pengaruh graviti, air bawah tanah bergerak melalui akuifer sehingga ia menemui "jalan keluar" (contohnya, membentuk mata air semula jadi yang memberi makan kepada tasik, sungai, kolam, iaitu ia menjadi sebahagian daripada perairan permukaan). Oleh itu, kitaran air termasuk tiga "gelung" utama: air larian permukaan, sejatan-transpirasi, air bawah tanah. Kitaran air di Bumi setiap tahun melibatkan lebih daripada 500 ribu km3 air dan memainkan peranan utama dalam pembentukan keadaan semula jadi.

Kitaran biologi (biogeokimia).

(kitaran kecil bahan dalam biosfera)

Daya penggerak kitaran biologi bahan adalah aktiviti organisma hidup. Ia adalah sebahagian daripada yang lebih besar dan berlaku dalam biosfera pada peringkat ekosistem. Kitaran kecil terdiri daripada fakta bahawa nutrien, air dan karbon terkumpul dalam bahan tumbuhan (autotrof), dibelanjakan untuk pembinaan badan dan proses kehidupan kedua-dua tumbuhan dan organisma lain (biasanya haiwan - heterotrof) yang memakan tumbuhan ini. Hasil pereputan bahan organik di bawah pengaruh pengurai dan mikroorganisma (bakteria, kulat, cacing) sekali lagi terurai menjadi komponen mineral. Bahan bukan organik ini boleh digunakan semula untuk sintesis bahan organik oleh autotrof.

Dalam kitaran biogeokimia, perbezaan dibuat antara dana rizab (bahan yang tidak dikaitkan dengan organisma hidup) dan dana pertukaran (bahan yang dikaitkan dengan pertukaran langsung antara organisma dan persekitaran terdekatnya).

Bergantung pada lokasi dana rizab, kitaran biogeokimia dibahagikan kepada dua jenis:

Kitaran jenis gas dengan dana rizab bahan di atmosfera dan hidrosfera (kitaran karbon, oksigen, nitrogen).

Kitaran sedimen dengan dana rizab dalam kerak bumi (kitaran fosforus, kalsium, besi, dll.).

Peredaran jenis gas, mempunyai dana pertukaran yang besar, adalah lebih sempurna. Dan, sebagai tambahan, mereka mampu mengawal diri dengan pantas. Kitaran sedimen kurang sempurna, mereka lebih lengai, kerana sebahagian besar bahan terkandung dalam tabung rizab kerak bumi dalam bentuk yang tidak boleh diakses oleh organisma hidup. Kitaran sedemikian mudah terganggu oleh pelbagai jenis pengaruh, dan sebahagian daripada bahan yang ditukar meninggalkan kitaran. Ia boleh kembali semula kepada kitaran hanya hasil daripada proses geologi atau melalui pengekstrakan oleh bahan hidup.

Keamatan kitaran biologi ditentukan oleh suhu ambien dan jumlah air. Sebagai contoh, kitaran biologi lebih sengit di hutan hujan tropika berbanding di tundra.

Kitaran nutrien dan unsur asas

Kitaran karbon

Semua kehidupan di bumi adalah berasaskan karbon. Setiap molekul organisma hidup dibina berdasarkan rangka karbon. Atom karbon sentiasa berhijrah dari satu bahagian biosfera ke bahagian lain (Rajah 3. 3.).

nasi. 3. 3. Kitar karbon.

Cadangan karbon utama di Bumi adalah dalam bentuk karbon dioksida (CO2) yang terkandung di atmosfera dan terlarut di lautan. Tumbuhan menyerap molekul karbon dioksida semasa fotosintesis. Akibatnya, atom karbon ditukar kepada pelbagai sebatian organik dan dengan itu dimasukkan ke dalam struktur tumbuhan. Terdapat beberapa pilihan di bawah:

· kekalan karbon dalam tumbuhan ® molekul tumbuhan digunakan sebagai makanan untuk pengurai (organisma yang memakan bahan organik mati dan pada masa yang sama memecahkannya kepada sebatian tak organik ringkas) ® karbon kembali ke atmosfera sebagai CO2;

· tumbuhan dimakan oleh herbivor ® karbon dikembalikan ke atmosfera semasa pernafasan haiwan dan semasa penguraian selepas kematian; atau herbivor akan dimakan oleh karnivor dan kemudian karbon akan kembali semula ke atmosfera dengan cara yang sama;

· tumbuhan, selepas mati, bertukar menjadi bahan api fosil (contohnya, arang batu) ® karbon kembali ke atmosfera selepas penggunaan bahan api, letusan gunung berapi dan proses geoterma lain.

Dalam kes pembubaran molekul CO2 asal dalam air laut, beberapa pilihan juga mungkin: karbon dioksida hanya boleh kembali ke atmosfera (jenis pertukaran gas bersama ini antara Lautan Dunia dan atmosfera berlaku secara berterusan); karbon boleh memasuki tisu tumbuhan atau haiwan laut, kemudian ia akan terkumpul secara beransur-ansur dalam bentuk mendapan di dasar lautan dunia dan akhirnya bertukar menjadi batu kapur atau daripada mendapan kembali menjadi air laut.

Kadar kitaran CO2 adalah kira-kira 300 tahun.

Campur tangan manusia dalam kitaran karbon (pembakaran arang batu, minyak, gas, penyahlembapan) membawa kepada peningkatan kandungan CO2 di atmosfera dan pembangunan kesan rumah hijau. Pada masa ini, kajian kitaran karbon telah menjadi tugas penting bagi saintis yang terlibat dalam kajian atmosfera.

Kitaran oksigen

Oksigen adalah unsur yang paling banyak di Bumi (air laut mengandungi 85.82% oksigen, udara atmosfera 23.15%, dalam kerak bumi 47.2%). Sebatian oksigen sangat diperlukan untuk mengekalkan kehidupan (bermain peranan penting dalam proses metabolik dan pernafasan, adalah sebahagian daripada protein, lemak, karbohidrat dari mana organisma "dibina"). Sebahagian besar oksigen berada dalam keadaan terikat (jumlah oksigen molekul di atmosfera hanya 0.01% daripada jumlah kandungan oksigen dalam kerak bumi).

Oleh kerana oksigen terkandung dalam banyak sebatian kimia, kitarannya dalam biosfera adalah sangat kompleks dan terutamanya berlaku di antara atmosfera dan organisma hidup. Kepekatan oksigen di atmosfera dikekalkan oleh fotosintesis, akibatnya tumbuhan hijau, di bawah pengaruh cahaya matahari, menukar karbon dioksida dan air menjadi karbohidrat dan oksigen. Sebahagian besar oksigen dihasilkan oleh tumbuhan darat - hampir ¾, selebihnya - oleh organisma fotosintesis Lautan Dunia. Sumber oksigen yang kuat ialah penguraian fotokimia wap air di lapisan atas atmosfera di bawah pengaruh sinar ultraviolet matahari. Di samping itu, oksigen melengkapkan kitaran yang paling penting, memasuki komposisi air. Sebilangan kecil oksigen terbentuk daripada ozon di bawah pengaruh sinaran ultraungu.

Kelajuan kitaran oksigen adalah kira-kira 2 ribu tahun.

Penebangan hutan, hakisan tanah, dan pelbagai perlombongan permukaan mengurangkan jumlah jisim fotosintesis dan mengurangkan kitaran oksigen di kawasan yang luas. Di samping itu, 25% daripada oksigen yang dihasilkan hasil daripada asimilasi digunakan setiap tahun untuk keperluan industri dan domestik.

Kitaran nitrogen

Kitaran nitrogen biogeokimia, seperti kitaran sebelumnya, meliputi semua kawasan biosfera (Rajah 3.4).

nasi. 3. 4. Kitar nitrogen.

Nitrogen memasuki atmosfera bumi dalam bentuk tidak terikat dalam bentuk molekul diatomik (kira-kira 78% daripada jumlah isipadu atmosfera ialah nitrogen). Selain itu, nitrogen termasuk dalam tumbuhan dan organisma haiwan dalam bentuk protein. Tumbuhan mensintesis protein dengan menyerap nitrat daripada tanah. Nitrat terbentuk di sana daripada nitrogen atmosfera dan sebatian ammonium yang terdapat di dalam tanah. Proses menukar nitrogen atmosfera kepada bentuk yang boleh digunakan oleh tumbuhan dan haiwan dipanggil fiksasi nitrogen. Apabila bahan organik membusuk, sebahagian besar nitrogen yang terkandung di dalamnya ditukar menjadi ammonia, yang, di bawah pengaruh bakteria nitrifikasi yang hidup di dalam tanah, kemudiannya dioksidakan menjadi asid nitrik. Asid ini, bertindak balas dengan karbonat dalam tanah (contohnya, kalsium karbonat CaCO3), membentuk nitrat. Sebahagian daripada nitrogen sentiasa dibebaskan semasa pereputan dalam bentuk bebas ke atmosfera. Di samping itu, nitrogen bebas dibebaskan semasa pembakaran bahan organik, semasa pembakaran kayu, arang batu, dan gambut. Di samping itu, terdapat bakteria yang, jika tiada akses udara yang mencukupi, boleh mengambil oksigen daripada nitrat, memusnahkannya dan membebaskan nitrogen bebas. Aktiviti bakteria denitrifikasi membawa kepada fakta bahawa sebahagian daripada nitrogen daripada bentuk yang tersedia untuk tumbuhan hijau (nitrat) menjadi tidak boleh diakses (nitrogen bebas). Oleh itu, tidak semua nitrogen yang merupakan sebahagian daripada tumbuhan mati kembali semula ke dalam tanah (sebahagian daripadanya dibebaskan secara beransur-ansur dalam bentuk bebas).

Proses yang mengimbangi kehilangan nitrogen termasuk, pertama sekali, pelepasan elektrik yang berlaku di atmosfera, yang sentiasa menghasilkan sejumlah nitrogen oksida (yang terakhir, dengan air, menghasilkan asid nitrik, yang bertukar menjadi nitrat dalam tanah). Satu lagi sumber penambahan semula sebatian nitrogen tanah ialah aktiviti penting yang dipanggil azotobakteria, yang mampu mengasimilasikan nitrogen atmosfera. Sebahagian daripada bakteria ini menetap pada akar tumbuhan dari keluarga kekacang, menyebabkan pembentukan pembengkakan ciri - nodul. Bakteria nodul, mengasimilasikan nitrogen atmosfera, memprosesnya menjadi sebatian nitrogen, dan tumbuhan, seterusnya, menukar yang terakhir kepada protein dan bahan kompleks lain. Oleh itu, kitaran nitrogen berterusan berlaku di alam semula jadi.

Disebabkan fakta bahawa setiap tahun bahagian tumbuhan yang paling kaya dengan protein (contohnya, bijirin) dikeluarkan dari ladang dengan penuaian, tanah "memerlukan" penggunaan baja untuk mengimbangi kerugian di dalamnya. elemen penting pemakanan tumbuhan. Terutamanya kalsium nitrat (Ca(NO)2), ammonium nitrat (NH4NO3), natrium nitrat (NANO3), dan kalium nitrat (KNO3) digunakan. Selain itu, bukannya baja kimia, tumbuhan itu sendiri daripada keluarga kekacang digunakan. Sekiranya jumlah baja nitrogen tiruan yang digunakan pada tanah adalah terlalu besar, maka nitrat juga masuk ke dalam tubuh manusia, di mana ia boleh ditukar menjadi nitrit, yang sangat toksik dan boleh menyebabkan kanser.

Kitaran fosforus

Sebahagian besar fosforus terkandung dalam batuan yang terbentuk pada era geologi yang lalu. Kandungan fosforus dalam kerak bumi berkisar antara 8 - 10 hingga 20% (mengikut berat) dan ia terdapat di sini dalam bentuk mineral (fluorapatit, chlorapatite, dll.), yang merupakan sebahagian daripada fosfat semula jadi - apatit dan fosforit. Fosforus boleh memasuki kitaran biogeokimia akibat daripada luluhawa batuan. Proses hakisan membawa fosforus ke dalam laut dalam bentuk mineral apatit. Organisma hidup memainkan peranan penting dalam transformasi fosforus. Organisma mengekstrak fosforus daripada tanah dan larutan akueus. Fosforus kemudian dipindahkan melalui rantai makanan. Dengan kematian organisma, fosforus kembali ke tanah dan lumpur laut, dan tertumpu dalam bentuk deposit fosfat laut, yang seterusnya mewujudkan keadaan untuk penciptaan batu kaya fosforus (Rajah 3. 5.).

nasi. 3.5. Kitaran fosforus dalam biosfera (menurut P. Duvigneau, M. Tang, 1973; seperti yang dipinda).

Jika baja fosfat digunakan secara tidak betul, akibat hakisan air dan angin (kemusnahan di bawah pengaruh air atau angin) bilangan yang besar fosforus dikeluarkan dari tanah. Di satu pihak, ini membawa kepada penggunaan baja fosforus yang berlebihan dan pengurangan rizab bijih yang mengandungi fosforus.

Sebaliknya, peningkatan kandungan fosforus dalam saluran air pengangkutannya menyebabkan peningkatan pesat dalam biojisim tumbuhan akuatik, "mekar badan air" dan eutrofikasinya (pengayaan dalam nutrien).

Memandangkan tumbuhan mengeluarkan sejumlah besar fosforus dari tanah, dan penambahan semula jadi sebatian fosforus di dalam tanah adalah sangat tidak penting, penggunaan baja fosforus pada tanah adalah salah satu langkah terpenting untuk meningkatkan produktiviti. Kira-kira 125 juta tan bijih fosfat dilombong setiap tahun di dunia. Kebanyakannya dibelanjakan untuk pengeluaran baja fosfat.

Kitaran sulfur

Dana rizab utama sulfur terletak di sedimen, tanah dan atmosfera. Peranan utama dalam penglibatan sulfur dalam kitaran biogeokimia tergolong dalam mikroorganisma. Sebahagian daripada mereka adalah agen penurunan, yang lain adalah agen pengoksidaan (Rajah 3. 6.).

nasi. 3. 6. Kitaran sulfur (menurut Yu. Odum, 1975).

Secara semula jadi, pelbagai sulfida besi, plumbum, zink, dan lain-lain diketahui dalam kuantiti yang banyak Sulfur sulfida dioksidakan dalam biosfera kepada sulfur sulfat. Sulfat diserap oleh tumbuhan. Dalam organisma hidup, sulfur adalah sebahagian daripada asid amino dan protein, dan dalam tumbuhan, sebagai tambahan, ia adalah sebahagian daripada minyak pati, dll. Proses pemusnahan sisa-sisa organisma dalam tanah dan dalam lumpur laut disertai dengan transformasi kompleks sulfur (mikroorganisma mencipta banyak sebatian sulfur perantaraan). Selepas kematian organisma hidup, sebahagian daripada sulfur dikurangkan dalam tanah oleh mikroorganisma kepada H2S, bahagian lain dioksidakan kepada sulfat dan sekali lagi dimasukkan ke dalam kitaran. Hidrogen sulfida yang terhasil di atmosfera teroksida dan dikembalikan ke tanah dengan pemendakan. Di samping itu, hidrogen sulfida boleh membentuk semula sulfida "sekunder", dan sulfur sulfat mencipta gipsum. Sebaliknya, sulfida dan gipsum sekali lagi dimusnahkan, dan sulfur meneruskan penghijrahannya.

Selain itu, sulfur dalam bentuk SO2, SO3, H2S dan unsur sulfur dibebaskan ke atmosfera oleh gunung berapi.

Kitaran sulfur boleh terganggu oleh campur tangan manusia. Sebabnya ialah pembakaran arang batu dan pelepasan industri kimia, mengakibatkan pembentukan sulfur dioksida, yang mengganggu proses fotosintesis dan membawa kepada kematian tumbuh-tumbuhan.

Oleh itu, kitaran biogeokimia memastikan homeostasis biosfera. Walau bagaimanapun, mereka sebahagian besarnya terdedah kepada pengaruh manusia. Dan salah satu tindakan anti-ekologi manusia yang paling berkuasa dikaitkan dengan gangguan dan juga pemusnahan kitaran semula jadi (mereka menjadi asiklik).

Kitaran antropogenik

Daya penggerak kitaran antropogenik adalah aktiviti manusia. Kitaran ini merangkumi dua komponen: biologi, yang berkaitan dengan fungsi manusia sebagai organisma hidup, dan teknikal, yang berkaitan dengan aktiviti ekonomi manusia. Kitaran antropogenik, tidak seperti kitaran geologi dan biologi, tidak ditutup. Kekurangan penutupan ini menyebabkan kehabisan sumber asli dan pencemaran alam sekitar.

Semua bahan di planet kita sedang dalam proses peredaran. Tenaga suria menyebabkan dua kitaran bahan di Bumi:

1) Besar (geologi atau abiotik);

2) Kecil (biotik, biogenik atau biologi).

Kitaran jirim dan aliran tenaga kosmik mewujudkan kestabilan biosfera. Kitaran bahan pepejal dan air yang berlaku akibat tindakan faktor abiotik (alam tidak bernyawa) dipanggil kitaran geologi yang hebat. Semasa kitaran geologi yang besar (bertahan berjuta-juta tahun), batuan dimusnahkan, terluluhawa, bahan terlarut dan memasuki Lautan Dunia; perubahan geotektonik, penenggelaman benua, dan kenaikan dasar laut berlaku. Masa kitaran air di glasier ialah 8,000 tahun, di sungai - 11 hari. Ia adalah kitaran hebat yang membekalkan organisma hidup dengan nutrien dan sebahagian besarnya menentukan keadaan kewujudan mereka.

Kitaran geologi yang hebat dalam biosfera dicirikan oleh dua perkara penting:

a) dijalankan sepanjang keseluruhan pembangunan geologi Bumi;

b) ialah proses planet moden yang mengambil bahagian utama dalam pembangunan selanjutnya biosfera.

Pada peringkat perkembangan manusia sekarang, hasil daripada kitaran besar, bahan pencemar seperti sulfur dan nitrogen oksida, habuk, dan bendasing radioaktif juga diangkut pada jarak yang jauh. Kawasan latitud sederhana di Hemisfera Utara adalah yang paling tercemar.

Kitaran kecil, biogenik atau biologi bahan berlaku dalam fasa pepejal, cecair dan gas dengan penyertaan organisma hidup. Kitaran biologi, berbanding kitaran geologi, memerlukan lebih sedikit tenaga. Kitaran kecil adalah sebahagian daripada kitaran besar dan berlaku pada tahap biogeosenosis (dalam ekosistem) dan terletak pada fakta bahawa nutrien tanah, air, dan karbon terkumpul dalam bahan tumbuhan dan dibelanjakan untuk membina badan. Hasil pereputan bahan organik terurai menjadi komponen mineral. gyre kecil tidak ditutup, yang dikaitkan dengan aliran bahan dan tenaga ke dalam ekosistem dari luar dan dengan pelepasan sebahagian daripadanya ke dalam kitaran biosfera.

Banyak unsur kimia dan sebatiannya terlibat dalam kitaran besar dan kecil, tetapi yang paling penting daripada mereka adalah yang menentukan peringkat semasa pembangunan biosfera, yang berkaitan dengan aktiviti ekonomi manusia. Ini termasuk gyres karbon, sulfur dan nitrogen(oksida mereka - pencemar udara utama), dan juga fosforus (fosfat adalah pencemar utama perairan benua). Hampir semua bahan pencemar dianggap berbahaya dan dikelaskan sebagai xenobiotik.

Pada masa ini, kitaran xenobiotik - unsur toksik - sangat penting merkuri (pencemar makanan) produk) dan plumbum (komponen petrol). Di samping itu, banyak bahan asal antropogenik (DDT, racun perosak, radionuklid, dll.) yang menyebabkan kemudaratan kepada biota dan kesihatan manusia datang dari kitaran besar kepada yang kecil.

Intipati kitaran biologi terletak pada berlakunya dua proses yang bertentangan, tetapi saling berkaitan - ciptaan bahan organik dannya kemusnahan bahan hidup.

Tidak seperti gire besar, gire kecil mempunyai tempoh yang berbeza: gire kecil bermusim, tahunan, saka dan sekular dibezakan.

Kitaran bahan kimia dari persekitaran tak organik melalui tumbuh-tumbuhan dan haiwan kembali ke persekitaran tak organik menggunakan tindak balas kimia tenaga suria dipanggil kitaran biogeokimia .

Masa kini dan masa depan planet kita bergantung pada penyertaan organisma hidup dalam fungsi biosfera. Dalam kitaran bahan, bahan hidup, atau biojisim, melaksanakan fungsi biogeokimia: gas, kepekatan, redoks dan biokimia.

Kitaran biologi berlaku dengan penyertaan organisma hidup dan terdiri daripada pembiakan bahan organik daripada bukan organik dan penguraian organik ini kepada bukan organik melalui rantaian trofik makanan. Keamatan proses pengeluaran dan pemusnahan dalam kitaran biologi bergantung kepada jumlah haba dan lembapan. Sebagai contoh, kadar penguraian bahan organik yang rendah di kawasan kutub bergantung kepada kekurangan haba.

Penunjuk penting keamatan kitaran biologi ialah kadar peredaran unsur kimia. Keamatan dicirikan indeks , sama dengan nisbah jisim sampah hutan kepada sampah. Semakin tinggi indeks, semakin rendah keamatan peredaran.

Indeks dalam hutan konifer - 10 - 17; berdaun lebar 3 - 4; savana tidak lebih daripada 0.2; di hutan hujan tropika tidak lebih daripada 0.1, i.e. Di sini kitaran biologi adalah paling sengit.

Aliran unsur (nitrogen, fosforus, sulfur) melalui mikroorganisma adalah susunan magnitud yang lebih tinggi daripada melalui tumbuhan dan haiwan. Kitaran biologi tidak boleh diterbalikkan sepenuhnya; ia berkait rapat dengan kitaran biogeokimia. Unsur kimia beredar dalam biosfera sepanjang pelbagai laluan kitaran biologi:

diserap oleh bahan hidup dan dicas dengan tenaga;

meninggalkan bahan hidup, melepaskan tenaga ke persekitaran luaran.

Kitaran ini terdiri daripada dua jenis: kitaran bahan gas; kitaran sedimen (rizab dalam kerak bumi).

Gyres itu sendiri terdiri daripada dua bahagian:

- tabung rizab(ini adalah bahagian bahan yang tidak dikaitkan dengan organisma hidup);

- dana mudah alih (pertukaran).(sebahagian kecil bahan yang berkaitan dengan pertukaran langsung antara organisma dan persekitaran terdekatnya).

Gires dibahagikan kepada:

Gires jenis gas dengan dana rizab dalam kerak bumi (karbon, oksigen, kitaran nitrogen) - mampu mengawal kendiri yang cepat;

Gires jenis sedimen dengan tabung rizab dalam kerak bumi (kitaran fosforus, kalsium, besi, dll.) - lebih lengai, sebahagian besar bahan berada dalam bentuk "tidak boleh diakses" oleh organisma hidup.

Gires juga boleh dibahagikan kepada:

- tertutup(peredaran bahan gas, sebagai contoh, oksigen, karbon dan nitrogen, adalah rizab di atmosfera dan hidrosfera lautan, jadi kekurangan itu cepat dikompensasikan);

- terbuka(mewujudkan dana rizab di kerak bumi, sebagai contoh, fosforus - oleh itu kerugian kurang mendapat pampasan, iaitu defisit dicipta).

Asas tenaga untuk kewujudan kitaran biologi di Bumi dan pautan awalnya ialah proses fotosintesis. Setiap kitaran peredaran baharu bukanlah pengulangan yang tepat daripada kitaran sebelumnya. Sebagai contoh, semasa evolusi biosfera, beberapa proses tidak dapat dipulihkan, mengakibatkan pembentukan dan pengumpulan sedimen biogenik, peningkatan jumlah oksigen di atmosfera, perubahan dalam nisbah kuantitatif isotop beberapa unsur. , dsb.

Peredaran bahan biasanya dipanggil kitaran biogeokimia . Kitaran asas biogeokimia (biosfera) bahan: kitaran air, kitaran oksigen, kitaran nitrogen(penglibatan bakteria pengikat nitrogen), kitaran karbon(penyertaan bakteria aerobik; setiap tahun kira-kira 130 tan karbon dilepaskan ke dalam kitaran geologi), kitaran fosforus(penglibatan bakteria tanah; 14 juta tan fosforus), kitaran sulfur, kitaran kation logam.

Tenaga suria di Bumi menyebabkan dua kitaran bahan: besar (geologi), paling jelas ditunjukkan dalam kitaran air dan peredaran atmosfera, dan kecil, biologi(biotik), berkembang berdasarkan besar dan terdiri daripada berterusan, kitaran, tetapi tidak sekata dalam masa dan ruang, dan disertai dengan kerugian yang lebih kurang ketara dalam pengagihan semula semula jadi bahan, tenaga dan maklumat dalam sistem ekologi pelbagai peringkat. organisasi. Kedua-dua kitaran saling berkaitan dan mewakili, seolah-olah, satu proses.

Bertahan selama berjuta-juta tahun. Batuan musnah, luluhawa dan dibawa oleh aliran air ke Lautan Dunia, di mana ia membentuk lapisan marin yang kuat. Sesetengah sebatian kimia larut dalam air atau dimakan oleh biocenosis. Perubahan geotonik besar yang perlahan, proses yang berkaitan dengan penenggelaman benua dan kenaikan dasar laut, pergerakan laut dan lautan dalam jangka masa yang panjang membawa kepada fakta bahawa strata ini kembali ke darat dan proses itu bermula semula.

Kitaran biologi, sebagai sebahagian daripada yang lebih besar, berlaku pada tahap biogeocenosis dan terdiri daripada fakta bahawa nutrien daripada tanah, air, dan udara terkumpul dalam tumbuhan dan dibelanjakan untuk mencipta jisim dan proses kehidupan di dalamnya. Hasil pereputan bahan organik di bawah pengaruh bakteria sekali lagi diuraikan menjadi komponen mineral yang boleh diakses oleh tumbuhan, dan ditarik ke dalam aliran bahan oleh mereka.

Interaksi faktor abiotik dan organisma hidup ekosistem disertai dengan peredaran berterusan bahan antara biotope dan biocenosis dalam bentuk sebatian organik dan mineral berselang-seli. Pertukaran unsur kimia antara organisma hidup dan persekitaran tak organik, pelbagai peringkat yang berlaku dalam ekosistem, dipanggil kitaran biogeokimia, atau kitaran biogeokimia.

Kewujudan kitaran sedemikian mewujudkan peluang untuk pengawalseliaan kendiri (homeostasis) sistem, yang memberikan kestabilan ekosistem: ketekalan peratusan pelbagai elemen yang menakjubkan.

Kitaran biokimia asas .

Kitaran air

Kira-kira satu pertiga daripada tenaga suria yang sampai ke Bumi dibelanjakan untuk menggerakkan kitaran air. Laut kehilangan lebih banyak air akibat penyejatan daripada yang diterima melalui pemendakan. Di darat keadaan adalah sebaliknya. Iaitu, sebahagian besar kerpasan yang menyokong ekosistem darat datang kepada kita dari laut.

Walau bagaimanapun, tumbuh-tumbuhan di kawasan tertentu juga memberi sumbangan besar kepada kitaran air, terutamanya di kawasan yang terletak di pedalaman benua, atau "disaring" dari laut oleh rabung pergunungan. Hakikatnya ialah air yang memasuki tumbuhan dari tanah hampir sepenuhnya (97-99%) menyejat melalui daun. Ini dipanggil transpirasi. Penyejatan menyejukkan daun dan menggalakkan pergerakan nutrien dalam tumbuhan.

Kitaran karbon

Karbon adalah salah satu komponen yang paling penting untuk kehidupan. Ia termasuk dalam bahan organik semasa fotosintesis. Kemudian sebahagian besarnya memasuki rantai makanan haiwan dan terkumpul di dalam badan mereka dalam bentuk pelbagai jenis karbohidrat.

Peranan utama dalam kitaran karbon dimainkan oleh dana atmosfera dan hidrosfera karbon dioksida CO2. Dana ini diisi semula dengan pernafasan tumbuhan dan haiwan, serta oleh penguraian bahan organik mati. Beberapa karbon melarikan diri dari kitaran ke tapak pelupusan. Walau bagaimanapun, orang dalam kebelakangan ini Ia agak berjaya dalam membangunkan tapak pengebumian ini, mengembalikan karbon dan unsur-unsur lain yang penting untuk kehidupan, terkumpul selama berjuta-juta tahun, kepada kitaran kehidupan. Tali pinggang hijau fotosintesis dan sistem karbonat laut mengekalkan tahap CO2 yang tetap di atmosfera.

Kitaran nitrogen

Nitrogen adalah sebahagian daripada asid amino, yang utama bahan binaan untuk protein. Sumber utama nitrogen ialah atmosfera, dari mana nitrogen memasuki tanah dan kemudian ke dalam tumbuhan hanya dalam bentuk nitrat, yang merupakan hasil daripada aktiviti organisma pengikat nitrogen (jenis bakteria tertentu, alga biru-hijau dan kulat. .

Sumber kedua nitrogen untuk tumbuhan adalah hasil daripada penguraian bahan organik, khususnya protein. Dalam kes ini, ammonia pada mulanya terbentuk, yang ditukar oleh bakteria nitrifikasi kepada nitrat dan nitrit.

Kembalinya nitrogen ke atmosfera berlaku akibat aktiviti bakteria denitrifikasi, yang menguraikan nitrat menjadi nitrogen dan oksigen bebas.

Kitaran fosforus

Fosforus adalah komponen penting asid nukleik (RNA dan DNA), yang melaksanakan fungsi dalam sistem biologi yang berkaitan dengan merekod, menyimpan dan membaca maklumat tentang struktur badan. Fosforus adalah unsur yang agak jarang berlaku. Fosforus hanya terdapat dalam beberapa sebatian kimia. Ia beredar, mengubah bahan organik menjadi fosfat, yang kemudiannya boleh digunakan oleh tumbuhan. Keanehan kitaran fosforus ialah tiada fasa gas di dalamnya. Iaitu, takungan utama fosforus bukanlah atmosfera, tetapi batuan dan mendapan lain yang terbentuk pada zaman lampau. Batuan ini tertakluk kepada hakisan, membebaskan fosfat ke dalam ekosistem. Selepas penggunaan berulang oleh organisma darat dan laut, fosforus akhirnya dikumuhkan ke dalam sedimen bawah. Ini mengancam kekurangan fosforus. Pada masa lalu burung laut, nampaknya, mengembalikan fosforus kepada kitaran. Pada masa kini, pembekal utama fosforus adalah manusia, yang menangkap ikan laut dalam kuantiti yang banyak dan juga memproses sedimen dasar menjadi fosfat.

Kitaran sulfur

Sulfur adalah unsur yang diperlukan untuk sintesis banyak protein. Biosistem memerlukan sedikit sulfur.

Kitaran sulfur berlaku melalui udara, air dan tanah. Sulfat SO4 adalah serupa dengan nitrat dan fosfat - yang utama borang yang boleh diakses sulfur, yang dipulihkan oleh tumbuhan dan termasuk dalam protein. Kemudian dia pergi rantai makanan ekosistem dan kembali kepada kitaran dengan najis haiwan. Sumber utama sebatian sulfur yang memasuki biosfera ialah aktiviti pengeluaran manusia (pembakaran arang batu dan hidrokarbon yang mengandungi sulfur), gunung berapi, penguraian bahan organik dan penguraian bijih dan mineral yang mengandungi sulfur.

Cara untuk mengembalikan elemen kepada kitaran :

• melalui penguraian mikrob;
• melalui najis haiwan;
• penghantaran terus dari tumbuhan ke tumbuhan dalam simbiosis;
• proses fizikal (kilat, pengionan, dll.);
• disebabkan oleh tenaga bahan api (contohnya, semasa penetapan nitrogen industri);
• autolisis (pembubaran diri) - pembebasan nutrien daripada sisa tumbuhan dan najis tanpa penyertaan mikroorganisma.

Jika anda tidak memusnahkan mekanisme kitar semula semula jadi dan tidak meracuni mereka, maka mereka kebanyakannya secara spontan mengembalikan air dan nutrien ke kitaran. Malangnya, manusia mempercepatkan pergerakan banyak bahan sehingga kitaran menjadi tidak sempurna atau proses kehilangan kitarannya: di beberapa tempat terdapat kekurangan, dan di tempat lain terdapat lebihan beberapa bahan.