Az anyagok biogeokémiai keringése a bioszférában a különféle elemek folyamatos cseréjének legfontosabb természetes folyamata az élettelen környezet és az élőlények (állatok, növények, stb.) között. Minden alapvető tulajdonságaikon alapul. A legfontosabbak közé tartozik az anyagcsere, a szaporodás és az örökletes tulajdonságok átvitelének képessége.
Biogeokémiai nitrogénciklus
Minden elemnek megvan a maga jelentése. A nitrogén fontos szerepet játszik a különféle szerves vegyületek összetételében. Annak ellenére, hogy a légkörben magas a nitrogén százaléka, a növények és állatok számára nem elérhető. Ennek megvannak az okai. Energetikailag a növények számára előnyösebb az ásványi nitrogén, az állatoknak pedig a szerves vegyületek részeként hasznosítani.
A légkörből származó molekuláris nitrogént nitrogénmegkötő mikroorganizmusok kötik meg, és ammónia formájában hozzájárulnak a talajban való felhalmozódásához. Mások az elh alt szervezetek nitrogénjét használják fel. Hozzájárulnak az ammónia felhalmozódásához is. Nitrátokká alakul, amelyeket a növények aktívan használnak. Általánosságban ezek a biogeokémiai jellemzőknitrogén ciklus. Vegye figyelembe más természetes anyagok anyagcseréjének folyamatát is.
A szén, kén és foszfor biogeokémiai körforgásának jellemzői
Ezek a kémiai elemek minden élő szervezet számára szükségesek. Létfontosságú szükségleteik azonban ezzel még nem értek véget. Ezért a makrotápanyagok egy kis biológiai ciklusban vesznek részt (az élőlények igénye meglehetősen nagy): kálium, magnézium, nátrium; valamint nyomelemek: bór, mangán, klór stb.
A talajból jutnak be a növényekbe, bár gyakran csapadékkal. A fitomassza részeként a szenet, a ként és a foszfort a növényevő fogyasztók fogyasztják, és így bekerülnek a trofikus láncokba. Egyes állatok azonban kielégítik ezeknek az elemeknek a szükségességét, megkerülve a növényeket. A patás állatok meglátogatják a sónyalókat, kirágják a talajt, vagy ürüléket, régi csontokat esznek. A tengeri állatok közvetlenül a vízből szívják fel a sót. Az elh alt maradványok mineralizációja során a mikroorganizmusok kémiai elemeket juttatnak vissza a talajba és a vízbe. Így tevékenységük hozzájárul a környezet tápanyagokkal való gazdagításához.
Ökoszisztéma egyensúlya
A bioszférában egy kis biogeokémiai körforgásban fontos körülmény annak teljessége. Az ökoszisztémában az elemek bevitele és kimenete kiegyensúlyozott, míg a nehézségek elsősorban a talajban lefogl alt elemekkel adódnak.
Az anyag- és energiaáramlás egyensúlya határozza meg az ökoszisztéma stabilitását – homeosztázisát. A bioszféra külső energiaforrásokat használ fel, amelyekrendezettségét és meglehetősen összetett szerkezetét biztosítja. A szórt fényenergiát a növények kémiai kötési energia koncentrált állapotává alakítják át.
Ugyanakkor sem az energia környezetből való eltávolítása, sem átalakítása nem vezet hulladékképződéshez.
Az emberi tevékenységek hatása a bioszféra folyamataira
Az emberi beavatkozás a biogeokémiai ciklusokban többféleképpen történik. Ez mindenekelőtt az ökoszisztéma biokomponensének megsemmisülése (növénypusztulás vagy területváltozás az energiahordozók kitermelése során). A szerves anyag elégetésekor a koncentrált állapotból származó energia diszpergált állapotba kerül, ami aeroszolok és gáznemű égéstermékek által okozott hőszennyezéshez vezet. Egy természetes ökoszisztémában a biogeokémiai körfolyamatokban részt vevő atomokat többször is felhasználják. Ezt elősegíti a létfontosságú anyagot alkotó könnyű biogén elemek körfolyamataiban való részvétel.
Az emberi beavatkozás nemcsak a benne rejlő elemek további mennyiségének a környezetbe juttatását jelenti, hanem új kémiai vegyületeket is, beleértve az ember által szintetizáltakat is. Ezek nagy részét a növények felveszik, majd a táplálékláncba táplálják.
Példa erre az ólom, higanyvegyületek, arzén stb. Az ilyen anyagok bevitele megzavarja a természetes körforgást, megváltoztatja az elemek egyensúlyát, vagy felhalmozódásához vezet az élő szervezetekben, csökkenti termelékenységüket vagy halált okoz. Különösena növényvédő szerek és a nehézfémek erős pusztító hatásúak. Így az ökoszisztéma stabilitása, homeosztázisa az emberi tevékenység által közvetlenül vagy közvetve megsérthető.
Ökológiai piramis
Térjünk át az ökoszisztéma és a biogeokémiai ciklusok legfontosabb működési mintázataira. Használjuk erre az ökológiai piramis elvét. A trofikus egyenletek biológiai tömege alapján épül fel. Egy ilyen piramis bármely részének területe megközelítőleg megegyezik az anyag tömegével. Mivel az élőlények szintjüket az előző felhasználásával építik fel, ennek a területnek fokozatosan csökkennie kell. Az egyes szintek ilyen csökkentése tízszeres lehet.
Például a szárazföldi ökoszisztémákra jellemző ökológiai piramis, amelyben a termelők évelő növények, nagy biomasszával rendelkezik, bár a termelési folyamat nem a legmagasabb intenzitású. Ezt a növényevő állatok tömegének éves növekedése ellensúlyozza. A szerves tömeg képződési mintáját piramisszabálynak nevezzük. Vannak más fajtái is.
Fordított piramis
Vegyük a víztestek ökoszisztémáját. A számukra épített piramis kicsit másképp nézhet ki. Úgy tűnik, fejjel lefelé. A tény az, hogy a rövid életű algák nagyon gyorsan szaporodnak, de a fogyasztók ugyanolyan intenzíven fogyasztják őket. Ezért az egyidejűleg rögzített biomassza ebben az esetben nem tükrözi a termelési folyamat intenzitását az év kedvező időszakában. Ha figyelembe vesszük, hogy a nagy fogyasztók (hal,rákfélék) halmozódnak fel és lassabban fogyasztják, a fogyasztók össztömege nagyobb.
Az ökoszisztémában zajló termelési folyamat lehetővé teszi sikeres működésüket. Meghatározza az energiaáramlás természetét a bioszférában. Mint tudják, az élő szervezetek a fogyasztói. A napból származó fényenergiát a zöld növények használják fel, és szerves molekulák képződéséhez vezet, ahol kémiai kötések formájában raktározódik. Ennek egy része a növények légzése során szabadul fel, és a növekedésre, az anyagok felszívódására és mozgására használják fel. Így megy végbe a biogeokémiai ciklus.
Energiacsere
Mint tudod, a termodinamika törvényei vannak. Az energia egy része elvész, hőt bocsát ki. Ez az egyik törvény működése. Megerősíti az energia kötelező elvesztését az egyik típusból a másikba való átalakulás folyamatában. Amikor felhalmozódik a növényi anyagokban, az állatok felhasználják.
A molekulák hasadása energia felszabadulásával jár. Jelentős részét az állatok életfolyamataiban használják, egyik formából a másikba kerülve. Ezek a bioszintézis folyamatai és az új kötések energiájának felhalmozódása. Ezek mechanikai, elektromos, hő- és egyéb energiafajták. Átalakulása során egy rész ismét elveszik, hőt ad le. Az energia fokozatosan egy másik szintre kerül. Ugyanakkor elvesztése az emésztetlen élelmiszer egy részének (ürülék) és az anyagcsere szerves salakanyagaiban (ürülék) kidobásakor is fellép.
Feldolgozásenergiafelhasználás
A káosz ritka a természetben, általában minden rendben van. Figyeljünk az energia felhasználási és átalakítási folyamatának néhány mennyiségi mintájára. Az első szakaszban a növények átlagosan bevételük körülbelül 1%-át használják fel. Néha ez a szám eléri a 2%-ot. A legkedvezőtlenebb körülmények között 0,1%-ra csökken. Amikor az energiát a termelőktől az elsőrendű fogyasztókhoz továbbítják, a hatásfok eléri a 10%-ot.
Úgy tűnik, hogy a húsevők hatékonyabban emésztik meg az ételt. Ez az élelmiszerek kémiai összetételének sajátosságaiból és az állatok könnyű emészthetőségéből adódik. Ennek ellenére már a harmadrendű fogyasztók szintjén a beérkező energia mennyisége nagyon kicsi, és a kezdeti értékek ezredrészével jellemezhető.
