自然界における物質の大規模な地質循環。 石油とガスに関する大百科事典

地球上の太陽エネルギーは物質の 2 つのサイクルを引き起こします。 大きい（地質学的）最も明確に現れるのは水循環と大気循環です。 小さい、生物学的な（生物的）大規模な基盤に基づいて発展し、連続的で周期的だが時間と空間が不均一であり、さまざまなレベルの生態系内での物質、エネルギー、情報の自然な再分配における多かれ少なかれ重大な損失を伴います。組織の。 両方のサイクルは相互に接続されており、いわば単一のプロセスを表します。

何百万年も続きます。 岩石は破壊され、風化し、水の流れによって世界の海洋に運ばれ、そこで強力な海洋地層を形成します。 一部の化学化合物は水に溶解するか、生物セノーシスによって消費されます。 大きくゆっくりとした地質変化、大陸の沈下と海底の隆起に関連するプロセス、長期間にわたる海と海の動きは、これらの地層が陸地に戻り、プロセスが再び始まるという事実につながります。

生体サイクルより大きなものの一部であり、生物地殻変動のレベルで発生し、土壌、水、空気からの栄養素が植物に蓄積し、植物の質量と生命プロセスの作成に費やされるという事実から構成されます。 細菌の影響下での有機物の腐敗生成物は、植物が利用できるミネラル成分に再び分解され、細菌によって物質の流れに引き込まれます。

交流 非生物的要因そして生態系の生物は、有機化合物と鉱物化合物が交互に現れる形で、ビオトープとバイオセノーシスの間で物質の継続的な循環を伴います。 交換 化学元素生態系内で起こるさまざまな段階を生物と無機環境の間で呼びます。 生物地球化学サイクル、または生物地球化学サイクル。

このようなサイクルの存在は、システムの自己調整 (ホメオスタシス) の機会を生み出し、生態系に安定性、つまりさまざまな要素の割合の驚くべき一定性をもたらします。

基本的な生化学サイクル .

水の循環

地球に到達する太陽​​エネルギーの約 3 分の 1 は、水循環を動かすために費やされます。 海は降水によって受け取る水よりも蒸発によって多くの水を失います。 陸上では状況は逆です。 つまり、陸上の生態系を支える降水量のかなりの部分が海から私たちにもたらされているのです。

しかし、特定の地域の植生も水循環に大きく寄与しており、特に大陸の内部に位置する地域、または山の尾根によって海から「遮蔽」されている地域では顕著です。 事実は、土壌から植物に入った水はほぼ完全に（97〜99％）葉を通して蒸発します。 これを蒸散といいます。 蒸発により葉が冷やされ、植物内の栄養素の移動が促進されます。

炭素循環

炭素は生命にとって最も重要な成分の一つです。 光合成の際に有機物に含まれます。 その後、その大部分が動物の食物連鎖に入り、さまざまな種類の炭水化物の形で体内に蓄積されます。

炭素循環における主な役割は、二酸化炭素 CO2 の大気圏および水圏基金によって演じられます。 この資金は、動植物の呼吸や死んだ有機物の分解によって補充されます。 一部の炭素はサイクルから埋立地に逃げます。 しかし、人類は最近、これらの埋葬地の開発にかなり成功し、何百万年もかけて蓄積された生命にとって重要な炭素やその他の元素を生命のサイクルに戻しました。 光合成緑地帯と海の炭酸塩システムは、大気中の CO2 レベルを一定に維持します。

窒素循環

窒素は主なアミノ酸の一部です。 建材タンパク質のために。 窒素の主な供給源は大気であり、そこから窒素は土壌に入り、その後、窒素固定生物の活動の結果である硝酸塩の形でのみ植物に入ります（ 個々の種細菌、藍藻、真菌。

植物の 2 番目の窒素源は、有機物、特にタンパク質の分解の結果です。 この場合、最初にアンモニアが生成され、これが硝化細菌によって硝酸塩と亜硝酸塩に変換されます。

窒素の大気への戻りは、硝酸塩を遊離窒素と酸素に分解する脱窒細菌の活動の結果として起こります。

リンサイクル

リンは必須成分です 核酸(RNA および DNA)、生物システム内で生物の構造に関する情報の記録、保存、読み取りに関連する機能を実行します。 リンはかなり希少な元素です。 リンは少数の化合物にのみ含まれています。 それは循環して有機物をリン酸塩に変え、植物が利用できるようにします。 リンサイクルの特徴は、その中に気相が存在しないことです。 つまり、リンの主な貯蔵庫は大気ではなく、過去の時代に形成された岩石やその他の堆積物です。 これらの岩石は侵食を受けやすく、生態系にリン酸塩が放出されます。 リンは陸や海の生物によって繰り返し消費された後、最終的には底質中に排泄されます。 これはリン欠乏症の脅威となります。 過去に 海鳥、明らかにリンをサイクルに戻しました。 現在、リンの主な供給者は人間です。 たくさんの 海の魚、底質をリン酸塩に処理するだけでなく。

硫黄サイクル

硫黄は、多くのタンパク質の合成に必要な元素です。 生物系は硫黄をほとんど必要としません。

硫黄循環は空気、水、土壌を通じて起こります。 SO4 硫酸塩は、硝酸塩やリン酸塩と同様、硫黄の主な入手可能な形態であり、植物によって還元され、タンパク質に組み込まれます。 その後、生態系の食物連鎖を通過し、動物の排泄物とともに再び循環に戻ります。 生物圏に流入する硫黄化合物の主な発生源は、人間の生産活動（石炭および硫黄含有炭化水素の燃焼）、火山、有機物の分解、硫黄含有鉱石および鉱物の分解です。

要素をサイクルに戻す方法 :

• 微生物の分解によって。
• 動物の排泄物を介して。
• 共生による植物から植物への直接伝達。
• 物理的プロセス（雷、イオン化など）。
• 燃料エネルギーによるもの（例えば、工業用窒素固定時）。
• 自己分解（自己溶解） - 放出 栄養素微生物の関与なしに、植物の残骸や排泄物から生成されます。

破壊しなければ 自然のメカニズム毒を与えずにリサイクルすれば、ほとんど自発的に水と栄養素をサイクルに戻します。 残念ながら、人間は多くの物質の移動を加速しすぎて、サイクルが不完全になったり、プロセスが周期性を失ったりします。ある場所では一部の物質が不足し、別の場所では過剰になります。

地質循環物質は陸と海の間で水平方向の速度が最も速くなります。 大循環の意味は、岩石が破壊、風化を受け、水溶性栄養素を含む風化生成物が水の流れによって海洋地層の形成とともに世界の海洋に運ばれ、たとえば一部のみ陸地に戻ることです。 、人間によって水から抽出された沈殿物や生物が含まれます。 その後、長い時間をかけて、大陸の移動、海底の隆起と沈下、火山の噴火など、ゆっくりとした地殻変動が起こり、その結果、形成された地層が陸地に戻り、プロセスが再び始まります。 。

大きい 地質循環物質。 露出プロセスの影響下で、破壊が発生します 岩そして沈殿。 堆積岩が形成されます。 安定した浸水領域（通常は 海底） 物質 地理的範囲地球の深層に侵入します。 さらに、温度と圧力の影響下で変成プロセスが発生し、その結果岩石が形成され、物質は地球の中心に近づきます。 地球の腸の中で 高温マグマ活動が発生します。岩石が溶け、断層に沿ってマグマの形で上昇し、 地球の表面そして噴火の際には地表に放出されます。 こうして物質の循環が起こるのです。 宇宙との物質の交換を考慮すると、地質周期はさらに複雑になります。 地球の腸に落ちた物質の粒子が必ずしも地表に来るとは限らないという意味では、地質学的大周期は閉じていません。逆も同様で、噴火中に上昇する粒子はこれまで地球の表面に存在しなかった可能性があります。

地球上の自然現象の主なエネルギー源

太陽からの放射線は地球上の主なエネルギー源です。 その電力は太陽定数、つまり太陽光線に垂直な単位面積を通過するエネルギー量によって特徴付けられます。 1 天文単位の距離 (つまり、地球の軌道上) では、この定数は約 1370 W/m² です。

生物は太陽のエネルギー（光合成）と化学結合のエネルギー（化学合成）を利用します。 このエネルギーは、さまざまな自然および人工プロセスで使用できます。 全エネルギーの3分の1は大気によって反射され、0.02％は植物によって光合成に使用され、残りは地球、海洋、大気の加熱、空気の動きなど、多くの自然プロセスを維持するために使用されます。 重量 太陽光線による直接加熱や光電池を使用したエネルギー変換は、発電 (太陽光発電所) やその他の有用な作業に使用できます。 遠い過去には、石油や他の種類の化石燃料に蓄えられたエネルギーも光合成によって得られました。

この膨大なエネルギーは、自然過程を経た後に放射され、大気によって元に戻ることができないため、地球温暖化につながります。

2. 地球の内部エネルギー。 現象 – 火山、温泉

18. 生物および非生物由来のエネルギー変換

機能している自然生態系では、廃棄物は存在しません。生きているか死んでいるかにかかわらず、すべての生物は他の生物の餌となる可能性があります。毛虫は木の葉を食べ、ツグミは毛虫を食べ、タカはクロウタドリを食べることができます。 植物、毛虫、ツグミ、タカが死ぬと、それらは順番に分解者によって処理されます。

同じ種類の食物を使用するすべての生物は同じに属します 栄養段階。

自然生態系内の生物は、相互に接続された多くの食物連鎖の複雑なネットワークに関与しています。 このようなネットワークを次のように呼びます。 食物網。

エネルギーの流れのピラミッド:食物連鎖またはネットワーク内で、ある栄養段階から別の栄養段階に移行するたびに、作業が行われます。 環境熱エネルギーが放出され、次の栄養段階の生物が使用する高品質のエネルギーの量が減少します。

10% ルール:ある栄養レベルから別の栄養レベルに移動すると、エネルギーの 90% が失われ、10% が次のレベルに転送されます。

食物連鎖が長ければ長いほど、より多くの有用なエネルギーが失われます。 したがって、食物連鎖の長さは通常 4 ～ 5 リンクを超えません。

地球の景観領域のエネルギー:

1) 太陽エネルギー: 熱、放射

2) 地球の腸からの熱エネルギーの流れ

3) 潮流エネルギー

4) 地殻エネルギー

5) 光合成中のエネルギー同化

自然界の水循環

自然界の水循環は、地球の生物圏における水の循環移動のプロセスです。 それは、蒸発、凝縮、降水（大気中の降水は部分的に蒸発し、部分的に一時的および永続的な排水路と貯水池を形成し、部分的に地面に浸透して地下水を形成します）と、マントルの脱ガスのプロセスで構成されます。水はマントルから継続的に流れます。 。 かなり深いところでも水が発見されています。

海では降水によって得られる水よりも蒸発によって失われる水の方が多くなりますが、陸上では状況が逆になります。 水は地球上を循環し続けますが、その総量は変化しません。

地球の表面の 75% は水で覆われています。 ウォーターシェル地球は水圏です。 そのほとんどは、 塩水海と海、そして小さなもの - 淡水湖、川、氷河、地下水、水蒸気。

地球上では、水は液体、固体、気体の 3 つの集合状態で存在します。 水がなければ生物は存在できません。 どのような生物においても、水は化学反応が起こる媒体であり、水なしでは生物は生きていくことができません。 水は生物の生命にとって最も貴重で不可欠な物質です。

自然界にはいくつかのタイプの水循環があります。

偉大な、または地球規模のサイクル - 海洋の表面上に形成された水蒸気は風によって大陸に運ばれ、降水の形で大陸に降下し、流出の形で海洋に戻ります。 この過程で、水の質は蒸発により変化し、塩味になります。 海水きれいな水になり、汚れた水もきれいになります。

小さな海洋サイクル - 海洋表面上に形成された水蒸気が凝縮し、降水物として海に戻ります。

大陸内の循環 - 地表で蒸発した水は、降水の形で再び陸地に降り注ぎます。

最終的には、移動途中の堆積物は再び世界の海に到達します。

さまざまな種類の水の移動速度は大きく異なり、流れの期間と水の更新の期間も異なります。 その期間は数時間から数万年までさまざまです。 大洋、海、陸地からの水の蒸発によって形成され、雲の形で存在する大気中の水分は、平均して 8 日ごとに更新されます。

生物を構成する水は数時間以内に回復します。 これは水交換の最も活発な形式です。 山岳氷河の水資源の更新期間は約1,600年ですが、極地の氷河ではそれははるかに長く、約9,700年です。

世界の海洋の水は約 2,700 年で完全に更新されます。

太陽放射、移動および回転する地球間の相互作用の影響。

この点に関しては、冬/夏などの季節変動を考慮する必要があります。 地球の自転と運動により、太陽放射が不均一に届くことを説明します。 気候条件緯度によって変化します。

地球は黄道面に対して 23.5 度傾いています。

光線はさまざまな角度で通過します。 放射線のバランス。 アルベドを考慮して、どれだけ受け取るかだけでなく、どれだけ損失し、どれだけ残るかも重要です。

大気の作用中心

持続的な高値または高値の広い領域 低圧、大気の大循環に関連する – 大気の活動の中心。 それらは風の支配的な方向を決定し、地理的なタイプの気団の形成の中心として機能します。 総観図では、それらは閉じた線、つまり等圧線として表現されます。

原因: 1) 地球の不均一性。

２）体格の違い 土地と水の性質（熱容量）

3) 表面アルベドの差 (R/Q): 水 – 6%、等量。 森林 - 10-12%、広い森林 - 18%、牧草地 - 22-23%、雪 - 92%。

4) コリオリ F

これにより OCA が発生します。

大気の作用中心:

● 永続– 一年中高気圧または低気圧にさらされています。

1. 赤道低域 圧力、その軸は太陽に続いて赤道から夏半球に向かって若干移動します - 赤道低気圧（理由：大量のQと海洋）。

2. 亜熱帯の標高帯に沿って。 北の圧力 そしてユジ。 半球。 いくつかは夏に高地の亜熱帯地域に移動します。 冬には緯度が低くなります。 一連の海洋に分かれる 高気圧：北部。 半球 - アゾレス諸島高気圧（特に夏）とハワイ。 南部 - 南インド、南太平洋、南大西洋。

3. 衰退している分野。 高緯度の海洋にかかる圧力 温帯：すべて入っています。 半球 - アイスランド（特に冬）とアリューシャン極小、南 - 南極を取り囲む低気圧の連続的な環（南緯50度）。

4.増加した領域 北極（特に冬）と南極にかかる気圧 - 高気圧。

● 季節限定– ある季節には高気圧または低気圧の領域として追跡でき、別の季節には反対の星座の大気の作用中心に変化します。 彼らの存在が関係しているのは、 突然の変化年間を通じて、海洋表面の温度に対する地表面の温度。 夏の土地の過熱は、ここに低地地域の形成に好ましい条件を作り出します。 気圧、冬期低体温症 - より高い地域向け プレッシャー。 全部入りました。 半球から冬季の高地まで。 圧力には、モンゴルを中心とするアジア（シベリア）高気圧、カナダ高気圧、南オーストラリア高気圧、南アメリカ高気圧、南アフリカ高気圧が含まれます。 夏の低地 気圧：北。 半球 - 南アジア (または西アジア) と北アメリカ極小地域、南部。 - オーストラリア、南米、南アフリカの最低値）。

大気の作用中心は、特定の種類の天候によって特徴付けられます。 したがって、ここの空気は、比較的早くその下にある地表の特性を獲得します。赤道低気圧では高温多湿、モンゴル高気圧では寒くて乾燥、アイスランド低気圧では冷たく湿った状態などです。

惑星の熱交換とその原因

遊星熱交換器の主な特徴。 表面に吸収される太陽エネルギー グローブ、その後、乱流による蒸発と熱伝達に費やされます。 平均して、地球全体の約 80% が蒸発し、残りの 20% が乱流熱交換に使われます。

海洋と陸上における熱交換のプロセスとその構成要素の地理的緯度の変化は非常に独特です。 春と夏に陸地が吸収した熱は秋と冬に完全に失われます。 したがって、年間の熱収支がバランスが取れていれば、どこでもゼロに等しいことがわかります。

世界の海洋では、水の高い熱容量とその移動性により、熱は低緯度に蓄積し、そこから海流によって高緯度に移動し、そこでその消費量が供給量を上回ります。 このようにして、水と空気の熱交換で生じる不足が補われます。

で 赤道帯世界の海洋では、大量の太陽放射が吸収され、エネルギー消費が削減されるため、年間の熱収支は最大になります。 正の値。 赤道から離れると、熱交換の消費要素、主に蒸発が増加するため、プラスの年間熱収支は減少します。 熱帯から熱帯への移行に伴い、 温帯緯度熱収支はマイナスになります。

陸地内では、春夏に受け取った熱はすべて秋冬に費やされます。 世界の海の向こうの海で 長い歴史地球は 7.6 * 10^21 kcal に相当する膨大な量の熱を蓄積しています。 このような大きな質量の蓄積は、水の高い熱容量とその激しい混合によって説明され、その間に海洋圏の厚さの中でかなり複雑な熱の再分配が起こります。 大気全体の熱容量は、世界の海洋の 10 メートルの水層の熱容量の 4 分の 1 です。

地球の表面と大気の間の乱流熱交換に使われる太陽エネルギーの割合は比較的小さいという事実にもかかわらず、それは大気の表面近くの部分を加熱する主な源です。 この熱交換の強さは、空気とその下にある表面 (水または土地) との温度差によって異なります。 地球の低緯度地域（赤道から両半球の緯度約 40 度まで）では、空気は主に陸地によって加熱され、陸地は太陽エネルギーを蓄積できず、受け取った熱をすべて大気中に放出します。 乱流の熱交換により、エアシェルは年間 20 ～ 40 kcal/cm^2、湿度の低い地域 (サハラ、アラビアなど) では 60 kcal/cm^2 以上の熱を受けます。 これらの緯度の水域は熱を蓄積し、乱流熱交換の過程で空気中に放出する量は年間 5 ～ 10 kcal/cm^2 以下のみです。 特定の地域（限られた地域）でのみ、水は年平均でより冷たくなることが判明し、そのため空気から熱を受け取ります（赤道帯、北西部） インド洋、アフリカの西海岸沖と南アメリカ）。

硫黄とリンのサイクルは、典型的な堆積生物地球化学サイクルです。 このようなサイクルは、さまざまな種類の影響によって簡単に中断され、交換された物質の一部がサイクルから外れます。 結果としてサイクルに戻るしかない 地質学的プロセスまたは生物親和性成分を生物から抽出することによっても可能です。[...]

物質の循環とエネルギーの変換により、生物圏全体とその個々の部分の動的なバランスと安定性が確保されます。 同時に、一般的な単一のサイクルには、非生物的要因の作用の結果として起こる固体と水のサイクル（大きな地質サイクル）と、固体、液体中の物質の小さな生物サイクルがあります。生物の関与により生じる気相は区別されます。[...]

炭素循環。 炭素は、地質学的、生物学的、および生物学的要素を考慮する際に、おそらく最も頻繁に言及される化学元素の 1 つです。 ここ数年そして技術的な問題も。[...]

物質の循環とは、地球の生物圏の一部である層を含む、大気圏、水圏、岩石圏で起こるプロセスに物質が繰り返し関与することです。 この場合、大規模 (地質学的) と小規模 (生物起源および生化学的) の 2 つの主要なサイクルが区別されます。[...]

地質学的および生物学的サイクルはほぼ閉じていますが、人為的サイクルについてはそうは言えません。 したがって、彼らは人為的循環についてではなく、人為的代謝について話すことがよくあります。 物質の人為的循環が終わらないことが枯渇につながる 天然資源そして汚染 自然環境- 人類のすべての環境問題の主な原因。[...]

基本的な栄養素と要素のサイクル。 生物にとって最も重要な物質と元素の循環を考えてみましょう (図 3-8)。 水循環は大きな地質学的循環です。 そして生物起源の元素（炭素、酸素、窒素、リン、硫黄、その他の生物起源の元素）のサイクルから小さな生物地球化学まで。[...]

大気中を通る陸地と海洋の間の水の循環は、地質学的大循環の一部です。 水は海洋表面から蒸発し、陸地に運ばれて降水として降下し、地表および地下流出の形で海に戻るか、または降水として海面に降下します。 地球上の水循環には、年間 50 万 km3 以上の水が関与しています。 水の循環は全体として、地球上の自然条件の形成に大きな役割を果たしています。 植物による水の蒸散と生物地球化学サイクルにおける吸収を考慮すると、地球上の水供給全体は崩壊し、200万年後に回復します。

リンサイクル。 リンの大部分は、過去の地質時代に形成された岩石に含まれています。 リンは、岩石の風化過程の結果として生物地球化学サイクルに含まれます。[...]

ガス型循環は、大規模な為替資金を有しており、したがって迅速な自主規制が可能であるため、より完全である。 物質の大部分が埋蔵量に含まれるため、堆積サイクルは完全ではなく、より不活性になります。 地球の地殻生物にとって「アクセスできない」形で。 このようなサイクルはさまざまな影響によって簡単に乱れ、交換された物質の一部がサイクルから外れてしまいます。 地質学的プロセスの結果として、または生物による抽出を通じてのみ、再びサイクルに戻ることができます。 しかし、生物が必要とする物質を地殻から抽出することは、大気中から抽出するよりもはるかに困難です。

地質循環は、水循環と大気循環の例によって明確に示されます。 太陽から受け取るエネルギーの最大半分が水の蒸発に費やされると推定されています。 地表からの蒸発は降水によって補われます。 同時に、海洋からは降水とともに戻ってくる水よりも多くの水が蒸発しますが、陸上ではその逆が起こり、水が蒸発するよりも降水量の方が多くなります。 その余剰分は川や湖に流れ込み、そこから再び海に流れ込みます。 地質循環の過程で、水の集合状態は液体、固体～雪、氷、気体～蒸気と繰り返し変化します。 その最大の循環は蒸気状態で観察されます。 水とともに、他の鉱物も地球規模の地質循環の中で、ある場所から別の場所に移動します。

水の循環。 このセクションの初めに、その地質学的サイクルが考慮されました。 基本的に、それは地球と海洋の表面からの水の蒸発とそれらへの降水のプロセスに帰着します。 個々の生態系内では、大規模な水循環 (遮断、蒸発散、浸透) を複雑にする追加のプロセスが発生します。[...]

地質学的サイクル。 大陸と海底の相対的な位置や輪郭は常に変化しています。 地球の上部殻内では、物質の大循環と呼ばれる、一部の岩石が他の岩石に徐々に置き換えられ続けています。 山の形成と破壊という地質学的プロセスは、地球の生物圏における最大のエネルギープロセスです。[...]

物質の循環（地球上） - 自然界において多かれ少なかれ周期的な物質の変化と移動のプロセスを繰り返し繰り返すこと。 一般的な K.v. 個々のプロセス（水、窒素、炭素、その他の物質や化学元素の循環）で構成されていますが、物質は散逸、除去、埋没、組成の変化などがあるため、完全には可逆的ではありません。生物学的、生物地球化学的、地質学的なものがあります。 K.v.、および個々の化学元素 (図 15) と水のサイクル。 人間の活動 現代の舞台開発は主にK.vの強度を高めます。 そして、自然の惑星プロセスの規模に匹敵する影響力を持っています。[...]

生物地球化学サイクルは、生物の積極的な参加による不活性で有機的な性質による化学元素の移動と変換です。 化学元素は生物循環のさまざまな経路に沿って生物圏を循環します。化学元素は生物に吸収されてエネルギーを充電され、その後生物から離れ、蓄積されたエネルギーを外部環境に放出します。 このような多かれ少なかれ閉じた経路は、V.I. ベルナツキーによって「生物地球化学サイクル」と呼ばれました。これらのサイクルは、1) 大気圏または水圏 (海洋) での埋蔵量を伴うガス状物質の循環と、2) 堆積物循環の 2 つの主なタイプに分類できます。すべての生物地球化学サイクルにおいて、生物は積極的な役割を果たします。この機会に、V.I. Vernadsky (1965, p. 127) は次のように書いています。 「有効エネルギーは膨大です。生物物質は最も強力な地質学的力であり、時間の経過とともに成長します。」 主なサイクルには、炭素、酸素、窒素、リン、硫黄、生物起源のカチオンのサイクルが含まれます。たとえば、生物圏の生命において重要な役割を果たす、典型的な生体親和性元素 (炭素、酸素、リン) のサイクルの主な特徴。[...]

地質循環 (自然界における物質の大循環) は物質の循環であり、その原動力は外因性および内因性の地質学的プロセスです。[...]

地球表面の地質学的変化により、生物圏の物質の一部がこのサイクルから除外される可能性があります。 たとえば、石炭や石油などの生物起源の堆積物は、何千年もの間、地殻の厚さの中に保存されていますが、原理的には、それらが生物圏サイクルに再び組み込まれる可能性を排除することはできません。[...]

地球上の物質循環を知ることは、人間の生活に大きな影響を与えると同時に、人間の影響も受けているため、実践的に大きな意味を持ちます。 これらの衝突の結果は、地質学的プロセスの結果と同等になっています。 要素の新しい移行方法が発生し、 化学物質、生物圏における物質の代謝回転速度は大きく変化します。[...]

自然界（地質学的）における物質の大循環は、太陽エネルギーと地球の深部エネルギーとの相互作用によって引き起こされ、生物圏と地球のより深い地平線の間で物質を再分配します。 この「火成岩 - 堆積岩 - 変成岩（温度と圧力によって変化する） - 火成岩」という系の循環は、火成作用、変成作用、岩石生成、そして地殻の力学によって起こります（図 6.2）。 物質の循環の象徴は螺旋です。循環の新しい各サイクルは古いサイクルを正確に繰り返すのではなく、何か新しいものを導入し、それが時間の経過とともに非常に重要な変化をもたらします。[...]

地質大循環は堆積岩を地殻の奥深くに引き込み、そこに含まれる元素を生物学的循環システムから永久に排除します。 地質学的歴史の過程で、変化した堆積岩は再び地球の表面に現れ、生物、水、空気の活動によって徐々に破壊され、再び生物圏サイクルに組み込まれます。

このように、物質の地質循環は生物の関与なしで起こり、生物圏と地球の深層との間で物質を再分配します。

したがって、岩石の地質サイクルと循環は、1) 風化、2) 堆積物の形成、3) 堆積岩の形成、4) 変成作用、5) マグマ化から構成されます。 マグマの地表への放出と火成岩の形成は、このサイクル全体をもう一度繰り返します。 地殻変動の隆起や露出の結果、岩石が地表に到達し、風化を繰り返すと、完全なサイクルはさまざまな段階 (3 または 4) で中断される可能性があります。[...]

バクテリアの地質学的活動は非常に重要です。 細菌は自然界の物質循環に積極的に関与しており、すべての有機化合物と無機化合物のかなりの部分が大きく変化します。 そして、この物質の循環は、地球上の生命の存在の基礎です。[...]

水圏では、炭素循環の停止は、CaCO3 (石灰石、チョーク、サンゴ) の組成に CO2 が含まれることに関連しています。 このバージョンでは、炭素は地質時代全体のサイクルから外れ、生物圏の概念には含まれていません。 しかし、海面より上の有機岩石の上昇は、大気中の降水による石灰岩や同様の岩石の浸出や、地衣類や植物の根の影響といった生物起源の手段による炭素循環の再開につながります。 】

生態系の自然循環から炭素の一部を除去し、地球の腸内にある有機物の化石埋蔵量の形で「保存」することは、検討中のプロセスの重要な特徴です。 遠い地質時代では、光合成された有機物のかなりの部分は消費者にも分解者にも利用されず、デトリタスの形で蓄積されました。 その後、デトリタスの層はさまざまな鉱物堆積物の層の下に埋もれ、そこで数百万年にわたる高温と圧力の影響を受けて、石油、石炭、および石油に変化しました。 天然ガス(原料、期間、地中の滞在条件によって異なります)。 同様のプロセスが現在も行われていますが、それほど激しくはありません。 その結果、泥炭が形成されます。[...]

生物地球化学サイクル [gr. キクロス - 円]、生物地球化学サイクル - 生物圏の構成要素間での化学元素の交換と変換の周期的なプロセス（無機形態から生物物質を経て再び無機形態へ）。 それは主に太陽エネルギー（光合成）と一部のエネルギーを使用して達成されます。 化学反応（化学合成）。 物質の循環を参照してください。 物質の生物学的循環。 物質の地質学的循環。[...]

「舞台裏」に残っているすべての注目された地質学的プロセスと、その最終結果が壮大である他の多くの地質学的プロセスは、第一に相互に関連しており、第二に、今日まで続いているリソスフェアの発展を確実にする主要なメカニズムです。物質とエネルギーの絶え間ない循環と変化に参加することで、私たちが観察するリソスフェアの物理的状態が維持されます。[...]

地球上のこれらすべての惑星プロセスは密接に絡み合い、太陽から来るエネルギーを再分配する共通の地球規模の物質循環を形成しています。 それは小さな循環システムを通じて行われます。 火山活動と地殻内の海洋プレートの動きによって引き起こされる地殻変動は、大小の循環と関係しています。 その結果、地球上では大規模な物質循環が起こります。[...]

土壌は、陸上の生物地球変動に不可欠な要素です。 それは物質の大きな地質学的サイクルと小さな生物学的サイクルの共役（相互作用）を実行します。 土壌は材料組成の独特な複合体です 自然教育。 土壌物質は、固体 (鉱物および有機粒子)、液体 (土壌溶液)、気体 (土壌空気)、生物 (生物) の 4 つの物理相で表されます。 土壌は複雑な特徴を持っています 空間構成そして、兆候、特性、プロセスの区別。[...]

「大気、土壌、植物、動物、微生物」というシステムが継続的に機能しているおかげで、多くの化学元素とその化合物の生物地球化学サイクルが発達し、陸地、大気、内陸水を覆っています。 その総合的な特徴は、陸地を流れる川の総量、上部マントルから惑星の生物圏への物質の総供給量に匹敵します。 だからこそ、地球上の生物は何百万年もの間、地質学的に重要な要素であったのです。[...]

生物圏の生物相が主要部分を決定する 化学変化惑星上で。 したがって、生命物質の巨大な変容をもたらす地質学的役割についての V.I. ベルナツキーの判断は次のとおりです。 有機進化の過程で、生物は自らの器官、組織、細胞、血液を何千回も（103から105の異なるサイクルで）通過し、大気全体、世界の海洋全体、そして地球の大部分を通過しました。土壌塊、そして膨大な鉱物物質の塊。 そして彼らは「それを見逃しただけでなく、自分たちの必要に応じて地球環境全体を改変してしまいました。[...]

もちろん、再生不可能な資源もすべて枯渇します。 これらには、地球の地質学的歴史の中で生じた採掘材料、鉱石、鉱物のほか、生物循環から外れて深層に埋もれた古代生物圏の生成物（化石燃料や堆積物）など、化石の大部分が含まれます。炭酸塩。 一部の鉱物資源は、下層土、深海の深層、または地殻の表面で、地球化学プロセス中にゆっくりと形成されています。 ミネラルについて 非常に重要資源の利用可能性と質のほか、未知ではあるが推定される資源 (77)、推定される可能性 (77)、実際の探査 (R) 埋蔵量と運用可能 (E) 埋蔵量の間の定量的な関係があり、通常は N > P > R > E (図 6.6).[...]

物理的および化学的システムとしての海洋の研究は、生物学的システムとしての研究よりもはるかに速く進歩しています。 海洋の起源と地質学的歴史に関する仮説は、当初は推測でしたが、現在ではしっかりと確立されています 理論的根拠.[ ...]

一般に、生物は地表の物質の流れを非常に強力に制御しており、生物学的サイクルの特定の元素を選択的に保持します。 毎年、窒素は地質循環よりも生物循環に6〜20倍関与しており、リンは3〜30倍です。 同時に、硫黄は反対に、生物循環よりも地質循環に 2 ～ 4 倍多く関与しています (表 4)。

フィードバックの複雑なシステムは、種の分化の増加だけでなく、特定の種の形成にも貢献しました。 自然の複合体、環境条件と生物圏の特定の部分の地質学的歴史に応じた特異性を持っています。 [...]

合成洗剤（洗剤、界面活性剤）。 これらは、世界中で大量に生産されている人工界面活性剤の大きなグループを構成しています。 これらの物質は家庭廃棄物とともに大量に地質環境に流入します。 廃水。 それらのほとんどは有毒ではありませんが、合成洗剤はさまざまな生態系を破壊し、土壌や地下水中の物質の地球化学的循環の自然プロセスを混乱させる可能性があります。

炭素の大部分は、海底の炭酸塩堆積物（1.3 ～ 101 トン）、結晶岩（1.0 1016 トン）、石炭および石油（3.4 1015 トン）に蓄積されます。 ゆっくりとした地質サイクルに関与しているのはこの炭素です。 地球上の生命と大気のガスバランスは、小さな（生物）循環に参加する植物（5×10 t）および動物（5×109 t）の組織に含まれる比較的少量の炭素によって支えられています。 しかし現在、人類は炭素を含む物質の循環を集中的に閉じようとしています。 例えば、すべての家畜の総バイオマスはすでにすべての野生陸生動物のバイオマスを超えていると推定されています。 栽培植物の面積は自然の生物地殻変動の領域に近づきつつあり、多くの文化的生態系はその生産性において自然の生態系よりも著しく優れており、人間によって継続的に増加しています。[...]

リン酸塩が廃水とともに水域に入ると、飽和し、場合によっては過飽和になります。 生態系。 自然条件下でのリンは、ほとんど糞とともに、または魚を食べる鳥の死後にのみ陸に戻ります。 リン酸塩の大部分は底質を形成し、サイクルは最も遅い段階に入ります。 実際に海洋リン鉱床を上昇させることができるのは、何百万年にもわたって起こる地質学的プロセスだけであり、その後リンは記載されたサイクルに再導入されます。

各大陸からの堆積物の年間除去を特徴付ける値を表に示します。 17. 土壌の損失が最も大きいのは、最も古代の文明があり、土地の最も広範な開発が行われた大陸であるアジアの特徴であることが容易にわかります。 このプロセスの速度は変化しますが、地質学的活動が最小限の期間には、高地を犠牲にして溶解したミネラル栄養素の蓄積が低地や海洋で発生します。 また、特に 重要局所的な生物学的帰還機構を獲得しており、そのおかげで物質の損失は下層の岩石からの供給を超えない（これはカルシウム循環を考えるときに議論した）。 つまり、寿命が長ければ長いほど、 重要な要素物質は一定の領域に留まり、その後の世代の生物によって何度も何度も使用されるため、外部から必要とされる新しい物質は少なくなります。 残念ながら、リンのセクションですでに述べたように、人間はしばしばこのバランスを崩します。通常は意図的ではありませんが、それは単純に、何千年にもわたって発展してきた生命と無機物質との共生の複雑さを十分に理解していないからです。 例えば、現在では（これはまだ証明されていませんが）、サケが産卵のために川に入るのを防ぐダムは、サケだけでなく、非遡上性の魚や狩猟動物、さらにはサケの数の減少につながると考えられています。一部の地域では木材生産量が減少。 北部地域アメリカ西部。 サケは内陸で産卵して死ぬと、海から戻ってきた貴重な栄養素を残します。 森林からの大量の木材の除去（倒木が分解するときに自然界で起こることとは異なり、木材に含まれるミネラルが土に戻ることはありません）も、通常は栄養素の供給が不足している状況で、間違いなく高地を疲弊させます。あの人は貧しいです。[...]

5 番目の機能は人類の生物地球化学活動であり、産業、輸送、 農業。 この機能は地球の歴史の中で特別な位置を占めており、細心の注意を払って研究する価値があります。 したがって、私たちの惑星の生物全体、つまり生物物質は、生体親和性の化学元素の一定のサイクルの中にあります。 生物圏における物質の生物学的循環は、大きな地質学的サイクルと関連しています(図12.20)。

炭素を発生させるもう 1 つのプロセスは、腐生菌によるフムスの形成と、その後の菌類や細菌による物質の石灰化です。 これは非常に遅いプロセスであり、その速度は酸素の量によって決まります。 化学組成土壌、その温度。 酸素が不足し酸性度が高いと、炭素が泥炭に蓄積します。 遠い地質時代にも同様のプロセスが石炭と石油の堆積物を形成し、炭素循環のプロセスが停止しました。[...]

例として、森林生態系の環境形成の役割を考えてみましょう。 林産物とバイオマスは、植物の光合成の過程で生成される有機物と蓄積されたエネルギーの埋蔵量です。 光合成の速度は、二酸化炭素の吸収速度と大気中への酸素の放出速度を決定します。 したがって、1 トンの植物生成物が形成されると、平均して 1.5 ～ 1.8 トンの CO2 が吸収され、1.2 ～ 1.4 トンの O2 が放出されます。死んだ有機物を含むバイオマスは、生物起源の炭素の主な貯蔵庫です。 この有機物の一部は長期間にわたってサイクルから除去され、地質堆積物を形成します。[...]

ウラジミール・イワノビッチ・ヴェルナツキー（1863-1945） - ロシアの偉大な科学者、学者、生物地球化学と生物圏の研究の創始者。 彼は当然のことながら、世界科学における最大の普遍主義者の一人と考えられています。 V.I. の科学的関心 ヴェルナツキーは非常に幅が広​​い。 彼は鉱物学、地球化学、放射線地質学、結晶学に多大な貢献をしました。 彼らは、相互作用する元素の組成、構造、移動のパターンと、地球の地殻、水圏、大気の構造に関する最初の研究を実施しました。 1923 年に、彼は地球化学過程における生物の主導的な役割に関する理論を定式化しました。 1926年、著書「バイオスフィア」の中で、V.I。 ベルナツキーは、生物圏の新しい概念と、宇宙および地球の物質循環における生物の役割を提唱しました。 人間の活動の結果としての自然の変化は、V.I.によって見られます。 ヴェルナツキーは、強力な惑星プロセスとして（「地質学的現象としての科学的思考」、1936年）、そして生物圏がヌースフィア、つまり心の領域へと成長する可能性として考えました。

地球上のすべての物質は循環しています。 太陽エネルギーは地球上の物質に 2 つのサイクルを引き起こします。 大規模（地質学的、生物圏）そして 小さい（生物学的）。

生物圏における物質の大循環は、次の 2 つの特徴を持っています。 重要な点: それは地球の地質学的発展全体を通して起こり、現代の惑星のプロセスを表しており、 更なる発展生物圏。

地質サイクルは、岩石の形成と破壊、そしてその後の破壊生成物（砕屑物質や化学元素）の移動に関連しています。 地表と水の表面の熱特性、つまり太陽光線の吸収と反射、熱伝導率と熱容量は、これらのプロセスにおいて重要な役割を果たし、今後も重要な役割を果たし続けます。 地球表面の不安定な熱水状態は、惑星の大気循環システムとともに、地球の発展の初期段階での物質の地質循環を決定しました。 内因性プロセス、大陸、海洋、現代の地圏の形成に関連していました。 生物圏の形成に伴い、生物の老廃物も大きなサイクルの中に組み込まれました。 地質循環は生物に栄養素を供給し、生物の生存条件を大きく決定します。

主な化学元素リソスフェア: 酸素、ケイ素、アルミニウム、鉄、マグネシウム、ナトリウム、カリウムなど - 上部マントルの深部からリソスフェアの表面まで通過する大きなサイクルに参加しています。 結晶化してできた火成岩

マグマは地球の深部から岩石圏の表面に到達し、生物圏の中で分解・風化を受けます。 風化生成物は移動状態に入り、水と風によって凹凸の低い領域に運ばれ、川や海に入り、厚い堆積岩の層を形成し、時間が経つにつれて温度と圧力が上昇した領域の深部に突入して変成を受けます。 、つまり「再溶解」。 この融解中に、新しい変成岩が現れ、地殻の上部地平線に入り、再び物質の循環に入ります。 (図32)。

米。 32. 地質学的（大）物質循環

容易に移動する物質 - ガスや 天然水、地球の大気と水圏を構成しています。 リソスフェアの物質循環ははるかにゆっくりです。 一般に、化学元素の各サイクルは一般的な周期の一部です。 大旋回地球上の物質はすべて密接に関連しています。 このサイクルにおける生物圏の生物は、生物圏内を継続的に循環する化学元素を再分配するという多大な働きをしており、外部環境から生物体に入り、再び外部環境に流れ込みます。

小さな、または生物学的な物質循環- これ

植物、動物、菌類、微生物、土壌の間の物質の循環。 生物学的サイクルの本質は、有機物質の生成とその破壊という、相反するものの相互に関連した 2 つのプロセスの発生にあります。 第一段階有機物質の出現は、緑色植物の光合成、つまり、太陽エネルギーを使用した二酸化炭素、水、および単純な鉱物化合物からの生物物質の形成によるものです。 植物（生産者）は、硫黄、リン、カルシウム、カリウム、マグネシウム、マンガン、ケイ素、アルミニウム、亜鉛、銅、およびその他の元素の分子を土壌から溶液として抽出します。 草食動物（一次消費者）は、植物由来の食物の形でこれらの元素の化合物を吸収します。 捕食者（二次消費者）は草食動物を捕食し、より多くの食物を消費します 複雑な構成、タンパク質、脂肪、アミノ酸、その他の物質が含まれます。 微生物（分解者）による死んだ植物や動物の死骸の有機物質の破壊の過程で、単純な鉱物化合物が土壌や水生環境に入り、植物による同化に利用され、生物学的サイクルの次のラウンドが始まります。 (図33)。

自然界の物質の循環は、個々の化学元素とその化合物の変換と移動の繰り返しの周期的なプロセスです。 地球の発展の歴史を通じて起こり、今日も続いています。 循環する物質の組成と量には常に一定の偏りが存在するため、自然界ではサイクルが完全に繰り返されることはありません。 これは、惑星としての地球の漸進的な発展を決定します。 物質の循環は、基本的な地層が形成された地質学的発展段階に特に特徴的です。 地球の殻。 発現規模で言えば1位は 地質循環。 それは主に内部の殻内の物質の動きを表します。上昇する地殻変動と火山活動の結果として上昇します。 外殻内での水平移動と蓄積。 下向きの動き - 堆積物の埋没、下向きの地殻変動の結果としての沈下。 深部では変成作用が起こり、物質が溶けてマグマや変成岩が形成されます。 地理的エンベロープを作成する際の基本的な役割は、 水の循環.

地球上に生命が誕生して以来、 生物学的サイクル。 これにより、物質が一部の生物によって使用された後、他の生物にとって消化可能な形態に変化する結果として、継続的な変化が保証されます。 エネルギーの基本は地球に降り注ぐ太陽エネルギーです。 植物生物はミネラルを吸収し、食物連鎖を通じて動物の体内に入り、分解者（細菌、菌類など）の助けを借りて土壌や大気中に戻ります。 このサイクルの強さによって、地球上の生物の数と多様性、そしてそれらが蓄積するエネルギーの量が決まります。 バイオマス。 最大。 陸上の生物学的サイクルの激しさは湿潤な環境で観察されます。 熱帯林、植物残留物はほとんど蓄積せず、放出されたミネラルはすぐに植物に吸収されます。 沼地やツンドラでは、分解する時間がない植物の残骸が蓄積するため、このサイクルの強度は非常に低くなります。 特別な意味主に生物起源の化学元素のサイクルがあります。 炭素。 植物生物は年間最大 3,000 億トンの二酸化炭素 (または 1,000 億トンの炭素) を大気から抽出します。 植物は部分的に動物に食べられ、部分的には枯れます。 有機物生物の呼吸、その死骸の分解、発酵と腐敗の過程の結果として、二酸化炭素に変わるか、腐泥、腐植土、泥炭の形で堆積し、そこから石炭、石油、可燃性ガスが生成されます。その後結成されました。 そのごく一部が活性炭サイクルに参加しており、 かなりの量可燃性の化石石灰岩やその他の岩石の形で保存されます。 基本 窒素の質量は大気中で濃縮されます (3.8510N? t)。 世界の海洋の海域には 2510 ニッケル トンが含まれており、窒素循環の主役は微生物、つまり窒素固定剤、硝化剤、脱窒剤です。 陸上では毎年、約 4510? 窒素、中 水環境 4倍少ない。 死んだ残留物からの窒素含有化合物は、硝化微生物によって窒素酸化物に変換され、その後脱窒細菌によって分解されて分子状窒素が放出されます。 周期は生物にも関係している 酸素, リン, 硫黄など多くの要素があります。 人間の影響が物質の循環に及ぼす影響は、ますます重要になってきています。 それらは地質学的プロセスの結果に匹敵するようになりました。生物圏に物質の新しい移動ルートが現れ、以前は存在しなかった新しい化合物が現れ、水循環が変化します。