De biogeochemische circulatie van stoffen in de biosfeer is het belangrijkste natuurlijke proces van de continue uitwisseling van verschillende elementen tussen de levenloze omgeving en organismen (dieren, planten, enz.) Alles is gebaseerd op hun fundamentele kenmerken. De belangrijkste zijn het vermogen om te metabolisme, om zich voort te planten, om erfelijke eigenschappen over te dragen.
Biogeochemische stikstofcyclus
Elk element heeft zijn eigen betekenis. Stikstof speelt een belangrijke rol in de samenstelling van verschillende organische verbindingen. Ondanks het hoge percentage stikstof in de atmosfeer is het niet beschikbaar voor planten en dieren. Hier zijn redenen voor. Energetisch gezien is het gunstiger voor planten om minerale stikstof te gebruiken, en voor dieren - als onderdeel van organische verbindingen.
Moleculaire stikstof uit de atmosfeer wordt gebonden door stikstofbindende micro-organismen en draagt bij aan de accumulatie ervan in de bodem in de vorm van ammoniak. Anderen gebruiken stikstof van dode organismen. Ze dragen ook bij aan de ophoping van ammoniak. Het verandert in nitraten, die actief door planten worden gebruikt. Dit zijn, in algemene termen, de kenmerken van de biogeochemischestikstof cyclus. Denk ook aan het proces van metabolisme van andere natuurlijke stoffen.
Kenmerken van de biogeochemische cyclus van koolstof, zwavel en fosfor
Deze chemische elementen zijn nodig voor elk levend organisme. Daar houden hun vitale behoeften echter niet op. Daarom zijn macronutriënten betrokken bij een kleine biologische cyclus (de behoefte van organismen aan hen is vrij groot): kalium, magnesium, natrium; evenals sporenelementen: boor, mangaan, chloor, enz.
Ze komen planten binnen vanuit de grond, hoewel vaak met neerslag. Als onderdeel van de fytomassa worden koolstof, zwavel en fosfor geconsumeerd door herbivore consumenten en komen zo in de trofische ketens. Sommige dieren voldoen echter aan de behoefte aan deze elementen om planten te omzeilen. Hoefdieren bezoeken likstenen, knagen de grond weg of eten uitwerpselen, oude botten. Zeedieren nemen zout rechtstreeks uit het water op. Tijdens het mineralisatieproces van dode residuen, brengen micro-organismen chemische elementen terug naar de bodem en het water. Zo dragen hun activiteiten bij aan de verrijking van het milieu met nutriënten.
Ecosysteembalans
In een kleine biogeochemische cyclus in de biosfeer is een belangrijke omstandigheid de volledigheid ervan. In het ecosysteem is de input en output van elementen in evenwicht, terwijl moeilijkheden zich vooral voordoen met elementen die in de bodem zijn gereserveerd.
De balans van de stroom van materie en energie bepa alt de stabiliteit van het ecosysteem - zijn homeostase. De biosfeer maakt gebruik van externe energiebronnen, diezorgt voor ordelijkheid en vrij complexe structuur. Verstrooide lichtenergie wordt door planten omgezet in een geconcentreerde toestand van chemische bindingsenergie.
Tegelijkertijd leiden zowel de verwijdering van energie uit de omgeving als de transformatie ervan niet tot de vorming van afval.
Invloed van menselijke activiteiten op biosferische processen
Menselijke interventie in biogeochemische cycli wordt op verschillende manieren uitgevoerd. Allereerst is dit de vernietiging van de biocomponent van het ecosysteem (vernietiging van planten of verandering van het territorium tijdens de winning van energiedragers). Wanneer organisch materiaal wordt verbrand, gaat energie van een geconcentreerde toestand over in een verspreide toestand, wat leidt tot thermische vervuiling door aerosolen en gasvormige verbrandingsproducten. In een natuurlijk ecosysteem worden de atomen die betrokken zijn bij biogeochemische cycli herhaaldelijk gebruikt. Dit wordt mogelijk gemaakt door deelname aan de cycli van lichte biogene elementen waaruit de vitale substantie bestaat.
Menselijk ingrijpen houdt in dat niet alleen een extra hoeveelheid van zijn inherente elementen in het milieu wordt geïntroduceerd, maar ook nieuwe chemische verbindingen, waaronder die welke door de mens zijn gesynthetiseerd. Veel hiervan worden door planten opgenomen en vervolgens in de voedselketen ingevoerd.
Een voorbeeld is lood, kwikverbindingen, arseen, enz. De inname van dergelijke stoffen verstoort de natuurlijke cyclus, verandert de balans van elementen, of leidt tot ophoping in levende organismen, waardoor hun productiviteit wordt verminderd of de dood wordt veroorzaakt. Vooralpesticiden en zware metalen hebben een sterk destructieve werking. Zo kan de stabiliteit van het ecosysteem, de homeostase ervan, direct of indirect worden geschonden door menselijke activiteiten.
Ecologische piramide
Laten we eens kijken naar de belangrijkste werkingspatronen van het ecosysteem en de biogeochemische cycli. Laten we hiervoor het principe van de ecologische piramide gebruiken. Het is gebouwd op basis van de biologische massa van trofische vergelijkingen. Het gebied van elk deel van zo'n piramide is ongeveer gelijk aan de massa van de substantie. Aangezien organismen hun niveau opbouwen met behulp van de vorige, zou dit gebied geleidelijk moeten afnemen. Een dergelijke verlaging van elk niveau kan vertienvoudigd zijn.
De ecologische piramide, kenmerkend voor terrestrische ecosystemen, waarin de producenten vaste planten zijn, heeft bijvoorbeeld een grote biomassa, hoewel het productieproces niet van de hoogste intensiteit is. Het wordt gecompenseerd door de jaarlijkse toename van de massa plantenetende dieren. Het patroon van vorming van organische massa wordt de piramideregel genoemd. Er zijn andere varianten van.
Omgekeerde Piramide
Neem het ecosysteem van waterlichamen. De piramide die voor hen is gebouwd, ziet er misschien een beetje anders uit. Het lijkt alsof het ondersteboven staat. Feit is dat kortlevende algen zich zeer snel vermenigvuldigen, maar door de consument net zo intensief worden geconsumeerd. De gelijktijdig geregistreerde biomassa weerspiegelt in dit geval dus niet de intensiteit van het productieproces in de gunstige periode van het jaar. Als we er rekening mee houden dat grootverbruikers (vis,schaaldieren) accumuleren en worden langzamer gegeten, de totale massa consumenten is hoger.
Het productieproces in het ecosysteem maakt hun succesvol functioneren mogelijk. Het bepa alt de aard van de energiestroom in de biosfeer. Zoals u weet, zijn levende organismen de consumenten ervan. De lichtenergie van de zon wordt gebruikt door groene planten en leidt tot de vorming van organische moleculen, waar het wordt opgeslagen in de vorm van chemische bindingen. Een deel ervan komt vrij bij de ademhaling van planten en wordt door planten gebruikt voor groei, opname en beweging van stoffen. Dit is hoe de biogeochemische cyclus wordt uitgevoerd.
Energie-uitwisseling
Zoals je weet, zijn er wetten van de thermodynamica. Een deel van de energie gaat verloren en geeft warmte af. Dit is de werking van een van de wetten. Hij bevestigt het verplichte energieverlies tijdens de transformatie van het ene type naar het andere. Wanneer het zich ophoopt in plantaardig materiaal, wordt het door dieren gebruikt.
Het splitsen van moleculen gaat gepaard met het vrijkomen van energie. Een aanzienlijk deel ervan wordt gebruikt in het levensproces van dieren, van de ene vorm naar de andere. Dit zijn de processen van biosynthese en accumulatie van energie van nieuwe bindingen. Dit zijn mechanische, elektrische, thermische en andere soorten energie. Tijdens de transformatie gaat er weer een deel verloren en geeft het warmte af. Energie verplaatst zich geleidelijk naar een ander niveau. Tegelijkertijd treedt het verlies ook op bij het weggooien van een deel van onverteerd voedsel (uitwerpselen) en in organische afvalproducten van de stofwisseling (uitwerpselen).
Procesenergieverbruik
Chaos is zeldzaam in de natuur, meestal is alles in orde. Laten we eens kijken naar enkele kwantitatieve patronen van het proces van het gebruiken en omzetten van energie. In de eerste fase gebruiken planten gemiddeld ongeveer 1% van hun inkomen. Soms bereikt dit cijfer 2%. In de minst gunstige omstandigheden da alt het tot 0,1%. Wanneer energie wordt overgedragen van producenten naar consumenten van de eerste orde, bereikt het rendement 10%.
Carnivoren lijken voedsel efficiënter te verteren. Dit komt door de eigenaardigheden van de chemische samenstelling van voedsel en het gemak van vertering door dieren. Desalniettemin is de hoeveelheid inkomende energie al op het niveau van consumenten van de derde orde erg klein en wordt deze gekenmerkt door duizendsten van de beginwaarden.
