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地質の大循環を指します。物質の大循環

傑出したロシアの科学者学者V.I. ヴェルナツキー。

生物圏- 地球の複雑な外殻。そこには生物全体と、これらの生物との継続的な交換の過程にある地球の物質の一部が含まれています。これは地球の最も重要な地圏の 1 つであり、主な構成要素です。自然環境人を取り囲んでいる。

地球は同心円でできている貝殻（天圏）内部と外部の両方。内部のものにはコアとマントルが含まれ、外部のものには次のようなものがあります。 リソスフェア -厚さ6km（海底）から80km（山系）の地殻（図1）を含む、地球の岩石の殻。 水圏 -地球の水の殻。 雰囲気- さまざまなガス、水蒸気、塵の混合物からなる地球のガス状の外皮。

高度 10 ～ 50 km にはオゾン層があり、その濃度は高度 20 ～ 25 km で最大となり、人体に致命的な過剰な紫外線から地球を守っています。生物圏もここ（外部の地球圏）に属します。

生物圏 -地球の外殻には、高さ 25 ～ 30 km (オゾン層まで) までの大気の一部、水圏のほぼ全体、および上部リソスフェアの深さ約3kmまで

米。 1. 地殻の構造の模式図

(図2)。これらの地域の特徴は、地球の生命体を構成する生物が生息していることです。交流 生物圏の非生物的な部分～空気、水、岩石、有機物～ 生物相土壌や堆積岩の形成を引き起こします。

米。 2. 生物圏の構造と基本構造単位が占める表面積の割合

生物圏と生態系における物質の循環

生物圏の生物が利用できるすべての化合物は限られています。同化に適した化学物質の枯渇は、陸地や海洋の局所的な領域における特定の生物群の発達を阻害することがよくあります。学者のV.R. ウィリアムズ、無限に有限の性質を与える唯一の方法は、閉じた曲線に沿って回転させることです。その結果、物質の循環とエネルギーの流れによって生物圏の安定が保たれています。利用可能 物質の 2 つの主要なサイクル: 大きい - 地質学的サイクルと小さい - 生物地球化学的サイクル。

大きい地質循環 (図3)。結晶岩（火成岩）は、物理的、化学的、生物学的要因の影響を受けて堆積岩に変わります。砂と粘土は典型的な堆積物であり、深い岩石が変化して生成されたものです。しかし、堆積物の形成は、既存の岩石の破壊だけでなく、微生物の骨格である生体鉱物の合成によっても起こります。天然資源- 海、海、湖の水。緩い水性堆積物は、堆積物の新たな部分とともに貯水池の底に隔離され、深部まで浸漬され、新たな熱力学的条件（より高い温度と圧力）にさらされると、水を失い、硬化し、堆積岩に変化します。

その後、これらの岩石はさらに深い地平線に沈み、そこで新しい温度と圧力条件への深い変化のプロセス、つまり変成作用のプロセスが起こります。

内生エネルギーの流れの影響下で、深部の岩石が溶けて、新しい火成岩の源であるマグマが形成されます。これらの岩石は地表に上がった後、風化や輸送過程の影響を受けて、再び新しい堆積岩に変わります。

したがって、偉大なサイクルは、太陽（外因性）エネルギーと地球の深層（内因性）エネルギーとの相互作用によって引き起こされます。それは生物圏と地球のより深い地平線との間で物質を再分配します。

米。 3. 物質の大規模な（地質学的）循環（細い矢印）と生物多様性の変化地球の地殻(幅の実線の矢印 - 成長、破線の矢印 - 多様性の減少)

大循環のそばで太陽のエネルギーによって動かされる、水圏、大気圏、岩石圏の間の水循環とも呼ばれます。水は貯水池や土地の表面から蒸発し、降水の形で地球に戻ります。海洋では蒸発量が降水量を上回りますが、陸上ではその逆になります。これらの違いは川の流れによって補われます。陸上植生は地球規模の水循環において重要な役割を果たしています。地表の特定の地域における植物の蒸散は、ここに降る降水量の最大80〜90％を占める可能性があり、すべての気候帯の平均では約30％を占めます。大循環とは異なり、物質の小循環は生物圏内でのみ発生します。大水循環と小水循環の関係は図のようになります。 4.

惑星規模のサイクルは、個々の生態系における生物の生命活動によって駆動される無数の局所的な原子の周期的運動と、地形および地質学的原因 (地表および地下の流出、風食、海底の動き、火山活動、造山) によって引き起こされる原子の無数の周期運動から作成されます。、など）。

米。 4. 水の大規模地質循環（GGC）と水の小規模生物地球化学循環（SBC）の関係

身体が使用すると熱に変換されて失われるエネルギーとは異なり、物質は生物圏を循環し、生物地球化学的なサイクルを生み出します。自然界に存在する 90 以上の元素のうち、生物には約 40 種類の元素が必要です。最も重要なもの、つまり炭素、水素、酸素、窒素は大量に必要です。元素と物質のサイクルは、すべてのコンポーネントが参加する自己調整プロセスによって実行されます。これらのプロセスには無駄がありません。存在する 生物圏における生物地球化学サイクルの地球規模の閉鎖の法則、開発のすべての段階で動作します。生物圏の進化の過程において、生物地球化学的プロセスの終結における生物学的構成要素の役割が増大します。
誰がサイクル。人間は生物地球化学サイクルに対してさらに大きな影響力を持っています。しかし、その役割は逆の方向に現れます（環流が開く）。生物地球化学的な物質循環の基礎は、太陽のエネルギーと緑の植物のクロロフィルです。その他の最も重要なサイクルである水、炭素、窒素、リン、硫黄は生物地球化学サイクルに関連しており、それに寄与しています。

生物圏の水循環

植物は光合成中に水中の水素を使用して有機化合物を構築し、分子状酸素を放出します。すべての生き物の呼吸過程では、有機化合物の酸化中に水が再び形成されます。生命の歴史において、水圏にあるすべての自由水は、地球の生物物質中で分解と新たな形成のサイクルを繰り返してきました。地球上の水循環には、毎年約 500,000 km 3 の水が関与しています。水の循環とその埋蔵量を図に示します。 5 (相対値)。

生物圏の酸素循環

地球は、光合成のプロセスにより、遊離酸素を多く含む独特な大気を形成しています。大気の上層でのオゾンの形成は酸素サイクルと密接に関係しています。酸素は水分子から放出され、本質的に植物の光合成活動の副産物です。非生物的には、水蒸気の光解離により大気の上層で酸素が発生しますが、この供給源は光合成によって供給される酸素の 1,000 分の 1 パーセントにすぎません。大気中の酸素含有量と水圏の間には流体平衡が存在します。水中では約 21 分の 1 になります。

米。 6. 酸素サイクルの図: 太字の矢印 - 酸素の供給と消費の主な流れ

放出された酸素は、すべての好気性生物の呼吸過程およびさまざまな鉱物化合物の酸化において集中的に消費されます。これらのプロセスは、大気、土壌、水、シルト、岩石の中で起こります。堆積岩に結合している酸素のかなりの部分が光合成起源のものであることが示されています。大気中の交換資金 O は、総光合成生産量の 5% に過ぎません。多くの嫌気性細菌も、硫酸塩または硝酸塩を使用して、嫌気呼吸のプロセスを通じて有機物を酸化します。

植物によって生成される有機物の完全な分解には、光合成中に放出されるのとまったく同じ量の酸素が必要です。堆積岩、石炭、泥炭への有機物の埋没は、大気中の酸素交換基金を維持するための基礎として機能しました。そこに含まれるすべての酸素は、約 2000 年かけて生物体内を一巡します。

現在、大気中の酸素のかなりの部分は、輸送、産業、その他の人為的活動の結果として結合されています。人類は、光合成プロセスによって供給される総量4,300～4,700億トンのうち、すでに100億トン以上の遊離酸素を消費していることが知られている。光合成酸素のほんの一部だけが交換基金に入るということを考慮すると、この点での人間の活動は驚くべき割合を獲得し始めます。

酸素循環は炭素循環と密接に関係しています。

生物圏における炭素循環

化学元素としての炭素は生命の基礎です。さまざまな方法で他の多くの元素と結合して、生きた細胞を構成する単純および複雑な有機分子を形成できます。地球上での分布に関しては、炭素は 11 位 (地殻の重量の 0.35%) にランクされていますが、生物では平均して乾燥バイオマスの約 18 または 45% を占めています。

大気中では、炭素は二酸化炭素 CO 2 の一部であり、程度は低いですがメタン CH 4 の一部でもあります。水圏では CO 2 が水に溶解しており、その総含有量は大気中の CO 2 よりもはるかに高くなります。海洋は、大気中の二酸化炭素を調整するための強力な緩衝材として機能します。大気中の二酸化炭素濃度が増加すると、水による二酸化炭素の吸収が増加します。 CO 2 分子の一部は水と反応して炭酸を形成し、その後 HCO 3 - および CO 2- 3 イオンに解離します。これらのイオンはカルシウムまたはマグネシウムのカチオンと反応して炭酸塩を沈殿させます。同様の反応が海洋の緩衝システムの根底にあり、水の一定のpH。

大気および水圏中の二酸化炭素は炭素循環における交換資金であり、そこから陸生植物や藻類によって摂取されます。光合成は地球上のすべての生物学的サイクルの基礎となっています。固定炭素の放出は、光合成生物自体と、生または死んだ有機物により食物連鎖に含まれる細菌、真菌、動物などのすべての従属栄養生物の呼吸活動中に発生します。

米。 7. 炭素循環

特に活発なのは、土壌から大気へのCO2の還元であり、そこでは多数の生物群の活動が集中し、死んだ動植物の残骸を分解し、植物の根系の呼吸が行われます。この統合的なプロセスは「土壌呼吸」と呼ばれ、大気中の CO2 交換資金の補充に大きく貢献します。有機物の鉱物化のプロセスと並行して、炭素が豊富な複雑で安定した分子複合体である腐植土が土壌中に形成されます。土壌腐植は陸上の重要な炭素貯蔵庫の 1 つです。

要因によって破壊者の活動が阻害されている状態外部環境（例えば、土壌や貯水池の底で嫌気性状態が発生する場合）、植生によって蓄積された有機物は分解されず、時間の経過とともに石炭や褐炭、泥炭、腐泥、オイルシェールなどの岩石に変わり、豊かな土壌になります。蓄積された太陽エネルギー。彼らは長い間生物学的循環から切り離されており、炭素貯蔵資金を補充します。炭素はまた、生きているバイオマス、死んだごみ、海洋の溶解有機物などにも一時的に沈着します。しかし 主要な炭素予備基金を書面で提出生物や化石燃料ではありませんが、 堆積岩 - 石灰岩とドロマイト。それらの形成は生物の活動にも関連しています。これらの炭酸塩の炭素は地球の腸内に長い間埋もれており、地殻変動で岩石が露出する浸食時にのみサイクルに入ります。

地球上の炭素の総量のうちのほんの一部だけが生物地球化学サイクルに参加します。大気や水圏からの炭素は何度も生物を通過します。陸上植物は空気中の埋蔵量を4〜5年で、土壌腐植土の埋蔵量を300〜400年で使い果たすことができます。交換基金への炭素の主な還元は生物の活動によって発生し、そのごく一部 (数千分の 1) だけが火山ガスの一部として地球の腸からの放出によって補われます。

現在、化石燃料の膨大な埋蔵量の抽出と燃焼は、埋蔵量から生物圏の交換基金へ炭素を移動させる強力な要因となっています。

生物圏の窒素循環

大気と生物に含まれる窒素は地球上の全窒素の 2% 未満ですが、地球上の生命を支えているのは窒素です。窒素は、DNA、タンパク質、リポタンパク質、ATP、クロロフィルなどの最も重要な有機分子の一部です。植物組織では、窒素と炭素の比率は平均 1:30、海藻では 1:6 です。窒素の生物学的循環は次のとおりです。したがって、炭素とも密接に関係しています。

大気中の分子状窒素は植物にはアクセスできず、植物はこの元素をアンモニウムイオン、硝酸塩の形で、または土壌や水溶液からのみ吸収できます。したがって、窒素欠乏が制限要因となることがよくあります。一次産品- 無機物から有機物の生成に関連する生物の働き。それにもかかわらず、大気中の窒素は、特殊な細菌（窒素固定剤）の活動により、生物循環に広く関与しています。

アンモニア微生物も窒素循環に大きな役割を果たします。タンパク質やその他の窒素含有有機物質をアンモニアに分解します。アンモニウムの形では、窒素の一部は植物の根に再吸収され、一部は硝化微生物によって遮断されます。これは微生物群の機能である脱窒剤とは逆です。

米。 8. 窒素循環

土壌や水中の嫌気的条件下で、硝酸塩からの酸素を利用して有機物質を酸化し、生命のエネルギーを得ます。窒素は分子状窒素に還元されます。窒素固定と脱窒は本質的にほぼバランスがとれています。したがって、窒素循環は主に細菌の活動に依存しますが、植物はこの循環の中間生成物を使用してそれに組み込まれ、バイオマスの生産を通じて生物圏の窒素循環の規模を大幅に拡大します。

窒素循環における細菌の役割は非常に大きいため、細菌種のうちたった 20 種が絶滅しただけでも、地球上の生命は消滅してしまいます。

窒素の非生物学的固定とその酸化物やアンモニアの土壌への侵入は、大気中の電離や雷の放電中の降雨によっても発生します。現代の肥料産業は、作物の生産量を増やすために、自然の窒素固定よりも高いレベルで大気中の窒素を固定しています。

現在、人間の活動は窒素循環にますます影響を及ぼしており、主に分子状態に戻るプロセスを超えて結合型への過剰な移行の方向に影響を与えています。

生物圏におけるリン循環

この元素は、ATP、DNA、RNA を含む多くの有機物質の合成に必要であり、オルトリン酸イオン (P0 3 4 +) の形でのみ植物に吸収されます。土壌と水中のリンの交換資金は少ないため、陸上および特に海洋の両方で一次生産を制限する元素に属します。生物圏の規模におけるこの要素のサイクルは閉じられていません。

陸上では、植物は有機残留物の分解により分解者によって放出されるリン酸塩を土壌から引き出します。しかし、アルカリ性または酸性の土壌では、リン化合物の溶解度は急激に低下します。リン酸塩の主な埋蔵量は、地質学的過去に海底で形成された岩石に含まれています。岩石の浸出中に、これらの埋蔵量の一部が土壌に入り、懸濁液や溶液の形で水域に洗い流されます。水圏では、リン酸塩は植物プランクトンによって使用され、食物連鎖を通って他の水生物に伝わります。しかし、海洋ではリン化合物のほとんどが動物や植物の死骸とともに底に埋もれ、その後堆積岩とともに大きな地質循環に移行していきます。深部では、溶解したリン酸塩がカルシウムと結合し、リン酸塩とアパタイトを形成します。実際、生物圏では、陸地の岩石から深海の深さへの一方向のリンの流れがあるため、水圏での交換資金は非常に限られています。

米。 9. リンサイクル

リン鉱石とアパタイトの陸生堆積物は肥料の生産に使用されます。淡水域へのリンの侵入は、それらの「ブルーミング」の主な理由の 1 つです。

生物圏における硫黄循環

硫黄のサイクルは、多数のアミノ酸の構築に必要であり、タンパク質の三次元構造に関与しており、生物圏ではさまざまな細菌によって維持されています。このサイクルの個々のつながりには、有機残基の硫黄を硫酸塩に酸化する好気性微生物と、硫酸塩を硫化水素に還元する嫌気性硫酸塩還元剤が含まれます。列挙された硫黄細菌のグループに加えて、それらは硫化水素を元素硫黄に酸化し、その後硫酸塩に酸化します。植物は土壌と水から SO2-4 イオンのみを吸収します。

中央のリングは、利用可能な硫酸塩プールと土壌および堆積物の深部にある硫化鉄プールの間で硫黄を交換する酸化 (O) と還元 (R) のプロセスを示しています。

米。 10. 硫黄サイクル。中央のリングは、酸化 (0) と還元 (R) のプロセスを示しています。このプロセスを通じて、利用可能な硫酸塩のプールと土壌や堆積物の深部にある硫化鉄のプールの間で硫黄が交換されます。

硫黄の主な蓄積は海洋で起こり、そこでは硫酸イオンが河川の流出とともに陸地から継続的に流れてきます。硫化水素が水から放出されると、硫黄の一部が大気中に戻り、そこで酸化されて二酸化炭素になり、雨水になります。硫酸。大量の硫酸塩および元素状硫黄の工業的使用および化石燃料の燃焼により、大量の二酸化硫黄が大気中に放出されます。植物、動物、人に害を与え、発生源となる酸性雨、硫黄サイクルへの人間の介入の悪影響を悪化させます。

物質の循環速度

物質のすべてのサイクルは異なる速度で発生します (図 11)

このように、地球上のすべての生体要素のサイクルは、さまざまな部分の複雑な相互作用によって支えられています。それらは、さまざまな機能を持つ生物群の活動、海と陸をつなぐ流出と蒸発のシステム、水の循環プロセス、および水の循環プロセスによって形成されます。気団、重力の作用、プレートテクトニクス、その他の大規模な地質学的および地球物理学的プロセス。

生物圏は、物質のさまざまなサイクルが発生する単一の複雑なシステムとして機能します。 これらの主な推進力は、 サイクルは地球の生命体であり、すべての生物であり、有機物の合成、変換、分解のプロセスを提供します。

米。 11. 物質の循環速度 (P. Cloud、A. Jibor、1972)

生態学的世界観の基礎は、すべての生き物はそれに影響を与えるさまざまな要因に囲まれており、それらが一緒になってその生息地、つまりビオトープを形成しているという考えです。したがって、 ビオトープ - 特定の種の植物または動物の生活条件の点で均質な領土の一部(渓谷の斜面、都市森林公園、小さな湖、または大きな湖の一部、ただし条件が均質な場所 - 海岸部分、深水部分)。

特定のビオトープに特徴的な生物が構成する 生命共同体またはバイオセノーシス（湖、牧草地、沿岸地域の動物、植物、微生物）。

生きたコミュニティ（バイオセノーシス）は、そのビオトープと呼ばれる単一の全体を形成します。 生態系（エコシステム）。自然生態系の例としては、蟻塚、湖、池、牧草地、森林、都市、農場などがあります。人工生態系の典型的な例は宇宙船です。ご覧のとおり、ここには厳密な空間構造はありません。エコシステムの概念に近いのは、 生物地殻変動。

エコシステムの主なコンポーネントは次のとおりです。

無生物（非生物）環境。これらは、水、鉱物、ガス、さらには有機物や腐植です。
生体成分。これらには、生産者または生産者 (緑色植物)、消費者または消費者 (生産者を餌とする生物)、および分解者または分解者 (微生物) が含まれます。

自然は極めて経済的に活動します。したがって、生物によって生成されたバイオマス（生物の体の物質）とそれらが含むエネルギーは、生態系の他のメンバーに伝達されます。つまり、動物は植物を食べ、これらの動物は他の動物に食べられます。このプロセスはと呼ばれます 食物、または栄養連鎖。自然界では食物連鎖が交差することが多く、 食物網を形成しています。

食物連鎖の例: 植物 - 草食動物 - 捕食動物。穀物-野ネズミ-キツネなどと食物網を図に示します。 12.

したがって、生物圏の平衡状態は生物的および非生物的な環境要因の相互作用に基づいており、生態系のすべての構成要素間の物質とエネルギーの継続的な交換を通じて維持されます。

自然生態系の閉鎖循環では、他の要因とともに、分解者の存在と太陽エネルギーの継続的な供給という2つの要因の参加が必要です。都市や人工の生態系では分解者がほとんどまたはまったく存在しないため、液体、固体、気体の廃棄物が蓄積し、環境を汚染します。

米。 12. 食物網と物質の流れの方向

地球上での自立した生命の基盤となるのは、 生物地球化学サイクル。生物の生命過程で使用されるすべての化学元素は一定の運動を経て、生体から化合物に変化します。無生物の自然帰ってきた。同じ原子を再利用できるため、必要な量のエネルギーが常に供給されれば、地球上の生命はほぼ永遠になります。

物質循環の種類。地球の生物圏は、物質の一定の循環とエネルギーの流れによって特徴付けられます。 物質の循環 – 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。物質の循環は、太陽の外部エネルギーと地球の内部エネルギーが継続的に供給（流れ）することによって起こります。

駆動力に応じて、ある程度の規則に従って、物質の循環の中で、地質学的循環、生物学的循環、および人為的循環を区別することができます。地球上に人類が出現する前に実現されたのは最初の 2 つだけでした。

地質循環（自然界の物質の大きな循環） – 物質の循環。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。

内因性プロセス（内部力学のプロセス）は地球の内部エネルギーの影響下で発生します。これは、放射性崩壊、鉱物形成の化学反応、岩石の結晶化などの結果として放出されるエネルギーです。内因性プロセスには、地殻変動、地震、火成作用、変成作用が含まれます。 外因性プロセス（外部力学のプロセス）は、太陽の外部エネルギーの影響下で発生します。外生プロセスには、岩石や鉱物の風化、地殻の一部の領域からの破壊生成物の除去と新しい領域への移動、堆積岩の形成に伴う破壊生成物の堆積と蓄積が含まれます。外生プロセスには、大気、水圏（河川、一時的な小川、地下水、海と海洋、湖と沼、氷）、さらには生物や人間の地質学的活動が含まれます。

最大の地形 (大陸と海洋盆地) と大きな地形 (山地と平原) は内因性のプロセスによって形成され、中小規模の地形 ( 川の谷、丘、峡谷、砂丘など）は、外因性プロセスにより、より大きな形状に重ねられます。したがって、内因性プロセスと外因性プロセスは作用において反対です。前者は大きなレリーフ形状の形成につながり、後者はその平滑化につながります。

火成岩は風化作用により堆積岩になります。地殻の移動地帯では、それらは地球の奥深くに突入します。そこでは、高温と高圧の影響下で、それらが溶けてマグマを形成し、それが地表に上昇して固化して火成岩を形成します。

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

生物学的（生物地球化学的）サイクル（生物圏における物質の小さな循環） – 生物の活動を原動力とする物質の循環。大きな地質学的サイクルとは対照的に、物質の小さな生物地球化学的サイクルは生物圏内で発生します。このサイクルにおける主なエネルギー源は、光合成を生成する太陽放射です。生態系では、独立栄養生物によって無機物から有機物が合成されます。その後、従属栄養生物によって消費されます。生命過程中または生物（独立栄養生物と従属栄養生物の両方）の死後の排泄の結果として、有機物質は石化、つまり無機物質への変換を受けます。これらの無機物質は、独立栄養生物による有機物質の合成に再利用できます。

生物地球化学サイクルでは、次の 2 つの部分を区別する必要があります。

1) 積立金 –これは生物とは関係のない物質の一部です。

2) 交換基金 –生物とその周囲の環境との間の直接交換によって関連付けられる、物質のかなり小さい部分。予備基金の場所に応じて、生物地球化学サイクルは 2 つのタイプに分類できます。

1) ガス式ジャイア大気および水圏の物質（炭素、酸素、窒素の循環）の予備基金を備えています。

2) 堆積循環地殻の中に蓄えられている資金（リン、カルシウム、鉄などのサイクル）。

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。物質の大部分は生物が「アクセスできない」形で地殻の埋蔵量に含まれているため、堆積サイクルは完全ではなく、より不活性です。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、生物に必要な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。

生物学的サイクルの強さは主に周囲温度と水の量によって決まります。たとえば、湿気の多い環境では生物学的サイクルがより激しく進行します。熱帯林ツンドラの中よりも。

人類の出現により、人為的な物質の循環、つまり交換が起こりました。 人為的循環（交換） – 人間の活動を原動力とする物質の循環（代謝）。これには 2 つのコンポーネントがあります。 生物学的、生命体としての人間の機能に関連しており、 テクニカル、人間の経済活動に関わるもの （テクノロジーサイクル）。

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。物質の人為的循環のオープンさは、 天然資源の枯渇と自然環境の汚染 –人類のあらゆる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。水循環は大きな地質循環を指し、生物起源元素（炭素、酸素、窒素、リン、硫黄、その他の生物起源元素）の循環は小さな生物地球化学循環を指します。

水の循環大気を通って陸地と海の間を移動することは、地質学的大循環を指します。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 km 3 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。

炭素循環。生産者は大気中から二酸化炭素を捕捉して有機物に変換し、消費者は生産者と下位の消費者の体内で有機物の形で炭素を吸収し、分解者は有機物を無機化して二酸化炭素の形で大気中に炭素を戻します。。世界の海洋では、死んだ生物に含まれる炭素の一部が海底に沈み、堆積岩に蓄積するため、炭素循環は複雑になっています。炭素のこの部分は生物循環から除外され、物質の地質循環に入ります。

生物学的に結合した炭素の主な貯蔵庫は森林であり、森林にはこの元素が最大 5,000 億トン含まれており、これは大気中の炭素埋蔵量の 2/3 に相当します。炭素循環への人間の介入 (石炭、石油、ガスの燃焼、除湿) は、大気中の CO 2 含有量の増加と温室効果の発現につながります。

CO 2 の循環速度、つまり大気中のすべての二酸化炭素が生物体を通過する時間は約 300 年です。

酸素サイクル。酸素循環は主に大気と生物の間で行われます。基本的に、遊離酸素 (O^) は緑色植物の光合成の結果として大気に入り、動物、植物、微生物による呼吸の過程、および有機残留物の無機化中に消費されます。紫外線の影響により、水とオゾンから少量の酸素が生成されます。火山噴火時など、地殻内での酸化プロセスにより大量の酸素が消費されます。酸素の主な割合（ほぼ 3/4 ）は陸上植物によって生成され、残りは世界の海洋の光合成生物によって生成されます。その周期の速さは約2000年です。

光合成中に生成される酸素の 23% が産業用および家庭用として年間消費されることが確立されており、この数字は増加し続けています。

窒素サイクル。大気中の窒素 (N 2) の供給量は膨大です (体積の 78%)。しかし、植物は遊離窒素を吸収できず、結合した形、主に NH 4 + または NO 3 – の形でのみ吸収します。大気中の遊離窒素は窒素固定細菌によって固定され、植物が利用できる形に変換されます。植物では、窒素は有機物（タンパク質、核酸など）に固定され、食物連鎖を通じて伝達されます。生物の死後、分解者は有機物質を無機化し、それらをアンモニウム化合物、硝酸塩、亜硝酸塩、および遊離窒素に変換し、大気中に戻します。

硝酸塩と亜硝酸塩は水に溶けやすく、地下水や植物に移行し、食物連鎖を通じて伝染する可能性があります。窒素肥料が誤って使用されたときによく見られるように、その量が多すぎると、水と食品が汚染され、人間の病気を引き起こします。

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。陸上生態系では、植物は土壌からリンを抽出し（主に PO 4 3- の形で）、それを有機化合物（タンパク質、核酸、リン脂質など）に組み込むか、無機の形で残します。その後、リンは食物連鎖を通じて移動します。生物の死後、その排泄物とともにリンは土壌に戻ります。

リン肥料の不適切な使用、水による土壌の浸食、風食により、大量のリンが土壌から除去されます。一方で、これはリン肥料の過剰消費とリン含有鉱石（リン鉱石、アパタイトなど）の埋蔵量の枯渇につながります。一方で、土壌からリン、窒素、硫黄などの生物起源元素が大量に水域に侵入すると、シアノバクテリアやその他の水生植物が急速に発達し（水の「ブルーミング」）、 富栄養化貯水池。しかし、リンの大部分は海に流出します。

水生生態系では、リンは植物プランクトンによって吸収され、食物連鎖に沿って海鳥に渡されます。彼らの排泄物はすぐに海に戻ってしまうか、最初は海岸に蓄積されてからいずれにしても海に流されます。死んだ海洋動物、特に魚から、リンは再び海に入り循環に加わりますが、一部の魚の骨格は深いところに到達し、それらに含まれるリンは再び堆積岩に行き着きます。つまり、生物地球化学的循環から外されます。。

硫黄サイクル。硫黄の主な埋蔵量は堆積物や土壌中にありますが、リンとは異なり、大気中に埋蔵量があります。主な役割生物地球化学サイクルにおける硫黄の関与は微生物に属します。それらの中には還元剤であるものもあれば、酸化剤であるものもあります。

硫黄は、岩石中では硫化物の形 (FeS 2 など)、溶液中ではイオン (SO 4 2-) の形、気相では硫化水素 (H 2 S) の形で存在します。または二酸化硫黄（SO 2）。一部の生物では、硫黄が純粋な形で蓄積し、それらが死ぬと、海底に天然硫黄の堆積物が形成されます。

陸上生態系では、硫黄は主に硫酸塩の形で土壌から植物に入ります。生物の中では、硫黄はイオンなどの形でタンパク質に含まれています。生物の死後、硫黄の一部は土壌中で微生物によってH 2 Sに還元され、残りの部分は酸化されて硫酸塩となり、再びサイクルに組み込まれます。生成した硫化水素は大気中に蒸発し、そこで酸化され、沈殿して土壌に戻ります。

人間による化石燃料 (特に石炭) の燃焼や化学産業からの排出物は、大気中に二酸化硫黄 (SO 2) の蓄積を引き起こし、水蒸気と反応して酸性雨の形で地上に降り注ぎます。。

生物地球化学サイクルは地質サイクルほど大規模ではなく、人間の影響を大きく受けます。経済活動は彼らの孤立を侵害し、非循環的になります。

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地質循環（自然界における物質の大循環）とは、外因性および内因性の地質学的プロセスを原動力とする物質の循環のことです。

地質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。

地質循環の境界は生物圏の境界よりもはるかに広く、その振幅は生物圏をはるかに超えた地殻の層にまで及びます。そして最も重要なことは、生物がこのサイクルのプロセスにおいて二次的な役割を果たしているということです。

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

地質サイクルの大きなサイクルにおいて最も重要な役割は、生物圏と技術圏の両方の物質の小さなサイクルによって演じられます。このサイクルでは、物質は長い間大きな地球化学の流れから切り離され、合成と無限のサイクルで変化します。分解。

この炭素はゆっくりとした地質サイクルに参加します。

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。

時間と空間の中で最も広範囲にわたるのは、いわゆる地質学的物質循環です。

自然界には 2 つのタイプの物質循環があります。1 つは陸地と海洋の間の物質の大規模な循環または地質学的循環です。小さいまたは生物学的 - 土壌と植物の間。

植物が土壌から抽出した水は、蒸気の状態で大気中に入り、冷却されて凝縮し、沈殿物の形で土壌や海に戻ります。地質学的水循環は、機械的な再分配、沈降、蓄積をもたらします。固体の沈殿陸上や貯水池の底、さらには土壌や岩石の機械的破壊の過程でも発生します。しかし、水の化学的機能は、生物またはその代謝産物の関与によって実行されます。天然水は土壌と同様、複雑な生体不活性物質です。

人間の地球化学活動は、生物学的および地質学的プロセスに匹敵する規模になりつつあります。地質周期では、露出リンクが急激に増加します。

一般的な性格と生物学的に主な痕跡を残す要因。同時に、地質学的水循環は、これらすべての要素を崩れた土地の層から海洋盆地に洗い流そうと絶えず努力しています。したがって、植物性食物要素を土地内で保存するには、それらを完全に水に溶けない形に変換する必要があります。この要件は生きた有機物によって満たされます。

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、バイオ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。

生態系の非生物的要因と生物の相互作用には、交互の有機化合物と鉱物化合物の形でのビオトープとバイオセノーシスの間の物質の継続的な循環が伴います。生物と無機環境の間の化学元素の交換は、生態系内でさまざまな段階で発生します。 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、中の人は、最近これらの埋葬地の開発には非常に成功しており、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す。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、次に硝酸塩の形でのみ植物に入ります。硝酸塩は、窒素固定生物（特定の種類の細菌、藍藻、菌類）の活動の結果です。。

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、体の構造に関する情報の記録、保存、読み取りに関連する生物学的システムの機能を実行する核酸 (RNA および DNA) の必須成分です。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。過去には、海鳥がリンを循環に戻していたようです。現在、リンの主な供給者は人間であり、人間は大量のリンを捕獲しています。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 :

微生物の分解による。
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） - 微生物の関与なしに植物の残骸や排泄物から栄養素が放出されること。

自然のリサイクルメカニズムを破壊したり、毒を与えたりしない限り、ほとんどの場合、自然に水と栄養素がサイクルに戻ります。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。

物質の大規模な（地質学的）循環と小規模な（生物地球化学的な）循環

私たちの地球上のすべての物質は循環の過程にあります。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。

大きい（地質的または非生物的）。

小さい（生物的、生物起源的、または生物学的）。

物質の循環と宇宙エネルギーの流れが生物圏の安定性を生み出します。非生物的要因（無生物）の作用によって生じる固体と水の循環を地質大循環といいます。大きな地質サイクル（数百万年続く）の間に、岩石は破壊され、風化し、物質は溶解して世界の海洋に入ります。地殻変動、大陸の沈下、海底の隆起が起こります。氷河の水の循環時間は8,000年、川では11日です。それは生物に栄養を供給し、その生存条件を大きく決定する大きな循環です。

生物圏における大きな地質循環は、次の 2 つの特徴を持っています。重要な点: 酸素炭素地質

a) 地球の地質学的発展全体を通して行われる。
b) は現代の惑星プロセスであり、更なる発展生物圏。

人類の発展の現段階では、大きなサイクルの結果として、硫黄酸化物、窒素酸化物、塵、放射性不純物などの汚染物質も長距離に渡って輸送されています。最も汚染された地域は、温帯緯度北半球。

物質の小さな生物起源または生物学的サイクルは、生物の関与により固相、液相、気相で発生します。地質循環とは対照的に、生物循環はより少ないエネルギーを必要とします。小さなサイクルは大きなサイクルの一部であり、生物地殻変動 (生態系内) のレベルで発生し、土壌の栄養素、水、炭素が植物に蓄積し、体の構築に費やされるという事実から構成されます。有機物の腐敗生成物は、ミネラル成分に分解されます。この小さなサイクルは閉じておらず、外部から生態系への物質やエネルギーの流れ、そしてそれらの一部が生物圏サイクルへ放出されることに関連しています。

多くの化学元素とその化合物が大小のサイクルに関与していますが、それらの中で最も重要なものは、人間の経済活動に関連した生物圏の発展の現在の段階を決定するものです。これらには、炭素、硫黄、窒素（それらの酸化物が大気の主な汚染物質である）、およびリン（リン酸塩が大陸水の主な汚染物質である）のサイクルが含まれます。ほとんどすべての汚染物質は有害物質として作用し、生体異物として分類されます。現在非常に重要生体異物、有毒元素、水銀（食品汚染物質）と鉛（ガソリンの成分）のサイクルがあります。さらに、生物相や人間の健康に害を及ぼす人為起源の多くの物質（DDT、殺虫剤、放射性核種など）は、大きなサイクルから小さなサイクルに渡って発生します。

生物学的サイクルの本質は、有機物の生成と生物によるその破壊という、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。

大循環とは異なり、小循環は異なる期間を持ち、季節性、一年生、多年性、永年性の小さな循環が区別されます。化学反応による太陽エネルギーを使用して、無機環境から植物や動物を通って化学物質が無機環境に戻る循環は、生物地球化学サイクルと呼ばれます。

私たちの地球の現在と未来は、生物圏の機能への生物の参加にかかっています。物質の循環において、生物物質、つまりバイオマスは、ガス、濃縮、酸化還元、生化学などの生物地球化学的機能を果たします。

生物学的循環は生物の関与によって発生し、食物栄養連鎖を通じた無機物から有機物の再生と、この有機物から無機物への分解で構成されます。生物学的サイクルにおける生産と破壊のプロセスの強さは、熱と水分の量に依存します。例えば、低速極地における有機物の分解は熱の欠如に依存します。

生物学的サイクルの強度を示す重要な指標は、化学元素の循環速度です。強度は、森林の落葉と落葉の質量の比に等しい指数によって特徴付けられます。指数が高いほど、循環の強度は低くなります。

インデックスイン針葉樹林- 10 - 17; 広葉樹3～4。サバンナは0.2以下。熱帯雨林では0.1以下、つまりここでは生物学的サイクルが最も激しくなります。

微生物を通る元素（窒素、リン、硫黄）の流れは、植物や動物を通る流れよりも桁違いに多くなります。生物学的サイクルは完全に可逆的ではなく、生物地球化学サイクルと密接に関連しています。化学元素は、生物学的サイクルのさまざまな経路に沿って生物圏を循環します。

- 生物によって吸収され、エネルギーが充電されます。
- 生命体を離れ、エネルギーを外部環境に放出します。

これらのサイクルには 2 つのタイプがあります。1 つはガス状物質のサイクルです。堆積サイクル（地殻中の埋蔵量）。

循環自体は 2 つの部分で構成されます。

- 予備費（これは生物に関連しない物質の一部です）。
- 移動（交換）資金（生物とその周囲の環境との間の直接交換に関連する物質のより小さな部分）。

環流は次のように分類されます。

- 地殻内に蓄えられたガス型サイクル（炭素、酸素、窒素サイクル） - 迅速な自己制御が可能。
- 地殻内の埋蔵量を伴う堆積サイクル（リン、カルシウム、鉄などのサイクル）はより不活性であり、物質の大部分は生物にとって「アクセスできない」形になっています。

環流は次のように分けることもできます。

- 閉鎖（酸素、炭素、窒素などのガス状物質の循環が海洋の大気圏と水圏に蓄えられているため、不足分はすぐに補われます）。
- オープンエンド型（リンなどの埋蔵金を地殻内に作成します。したがって、損失は十分に補償されません。つまり、赤字が生じます）。

地球上の生物学的サイクルの存在とそれらの最初のつながりのエネルギー基盤は、光合成のプロセスです。新しいサイクルはそれぞれ、前のサイクルの正確な繰り返しではありません。たとえば、生物圏の進化中に、プロセスの一部は不可逆的であり、その結果、生物起源の堆積物の形成と蓄積、大気中の酸素量の増加、多くの元素の同位体の量的比率の変化が生じました。、など。

物質の循環は通常、生物地球化学サイクルと呼ばれます。主な生物地球化学 (生物圏) 物質循環: 水循環、酸素循環、窒素循環 (窒素固定細菌の参加)、炭素循環 (好気性細菌の参加、年間約 130 トンの炭素が地質循環に排出される)、リンサイクル（土壌バクテリアの参加、年間1,400万トンのリンが海から洗い流される）、硫黄サイクル、金属カチオンのサイクル。

水の循環

水循環は閉じた循環であり、上で述べたように生命が存在しない場合でも発生する可能性がありますが、生物はそれを改変します。

このサイクルは、蒸発散量が降水量によって補われるという原理に基づいています。地球全体として、蒸発と降水量は互いにバランスを保っています。同時に、降水とともに戻ってくる水よりも、海から蒸発する水の方が多くなります。逆に陸上ではより多くの降水量が降りますが、余分な雨は湖や川に流れ込み、そこから再び海に流れ込みます。大陸と海洋の間の水分バランスは、川の流れによって維持されています。

したがって、地球規模の水循環には、降水、蒸発、水分移動、蒸散という 4 つの主要な流れがあります。

生物圏で最も豊富な物質である水は、多くの生物の生息地として機能するだけでなく、すべての生き物の体の不可欠な部分でもあります。生物圏で起こるすべての生命プロセスにおいて水は非常に重要であるにもかかわらず、生物は世界の大規模な水循環において決定的な役割を果たしていません。グローブ。このサイクルの原動力は太陽のエネルギーであり、そのエネルギーは流域や土地の表面からの水の蒸発に費やされます。蒸発した水分は、風によって運ばれる雲の形で大気中で凝縮します。雲が冷えると、降水が発生します。

結合していない自由水の総量（液体が存在する海洋の割合）塩水）、86～98％を占めます。残りの水（淡水）は極冠と氷河に蓄えられ、盆地とその地下水を形成します。植物で覆われた土地の表面に降った降水量の一部は葉の表面に保持され、その後大気中に蒸発します。土壌に到達した水分は、表面流出に加わったり、土壌に吸収されたりする可能性があります。土壌に完全に吸収された後（これは土壌の種類、岩石および植生被覆の特性によって異なります）、余分な堆積物は地下水の奥深くに浸透する可能性があります。降水量が土壌上層の水分保持能力を超えると、地表流出が始まります。その速度は土壌の状態、斜面の急勾配、降水時間、植生の性質によって異なります。植物は土壌を水の浸食から守ることができます）。土壌に保持された水は、土壌の表面から蒸発したり、植物の根から吸収された後、葉を通して大気中に蒸散（蒸発）します。

水の蒸散の流れ (土壌 - 植物の根 - 葉 - 大気) は、地球上の大きなサイクルにおいて、水が生物を通過する主な経路です。

炭素循環

あらゆる種類の有機物質は炭素の性質と特性に依存します。生化学プロセスそして地球上の生命体。ほとんどの生物の炭素含有量は、乾燥バイオマスの約 45% です。地球上のすべての生命物質は、地球上の有機物とすべての炭素のサイクルに参加しており、継続的に発生、変化、消滅、分解し、この順序で炭素は食物連鎖に沿ってある有機物から別の有機物の構築へと移動します。。さらに、すべての生き物は呼吸し、二酸化炭素を放出します。

陸上の炭素循環。炭素循環は陸上植物と海洋植物プランクトンによる光合成によって維持されています。植物は、太陽光のエネルギーを利用して二酸化炭素を吸収（無機炭素を固定）して有機化合物に変換し、バイオマスを生成します。夜になると、すべての生き物と同様に植物も呼吸し、二酸化炭素を放出します。

死んだ植物、死骸、および動物の排泄物は、多数の従属栄養生物（動物、腐生植物、菌類、微生物）の食物として機能します。これらすべての生物は主に土壌に生息し、生命の過程で有機炭素を含む独自のバイオマスを生成します。また、二酸化炭素を放出し、「土壌呼吸」を生み出します。多くの場合、死んだ有機物は完全には分解されず、腐植質（腐植質）が土壌に蓄積され、土壌の肥沃度に重要な役割を果たします。有機物質の石化と湿潤の程度は、湿度、温度、物理的特性土壌、有機残留物の組成などバクテリアや菌類の影響下で、腐植は二酸化炭素とミネラル化合物に分解されることがあります。

世界の海洋における炭素循環。海の炭素循環は陸上とは異なります。海洋は、より高次の栄養段階にある生物の弱いつながりであり、したがって炭素循環のすべてのつながりです。炭素が海洋の栄養連鎖を通過するのにかかる時間は短く、放出される二酸化炭素の量はわずかです。

海洋は、大気中の二酸化炭素を主に調節する役割を果たしています。海洋と大気の間では二酸化炭素の激しい交換が行われています。海洋水は高い溶解能力と緩衝能力を持っています。炭酸とその塩（炭酸塩）からなる系は、二酸化炭素の拡散を通じて大気とつながっている、一種の二酸化炭素貯蔵庫でしょうか？水から大気へ、そして再び大気へ。

日中の海洋では、植物プランクトンの光合成が集中的に行われ、遊離二酸化炭素が集中的に消費され、炭酸塩が追加の二酸化炭素生成源として機能します。夜間、動物や植物の呼吸により遊離酸の含有量が増加すると、そのかなりの部分が再び炭酸塩の組成に入ります。起こっているプロセスは次の方向に進みます: 生命体? それで？？ん?そ?? さ(NSO?)?? カコ？

自然界では、酸素不足、酸性度の高い環境、特定の埋葬条件などにより、一定量の有機物は石化されません。炭素の一部は、無機（石灰岩、チョーク、サンゴ）および有機（頁岩、石油、石炭）堆積物の形で生物循環から残ります。

人間の活動は地球上の炭素循環に大きな変化をもたらしています。景観、植生の種類、バイオセノーゼとその食物連鎖が変化し、広大な地表面積が排水または灌漑され、土壌の肥沃度が向上（または悪化）し、肥料や農薬が導入されます。最も危険なのは、燃料の燃焼の結果として大気中に二酸化炭素が放出されることです。同時に炭素の循環速度が速くなり、その周期が短くなります。

酸素サイクル

酸素は地球上に生命が存在するための必須条件です。それはほぼすべての生物学的化合物に含まれており、有機物質の酸化という生化学反応に参加し、生物圏の生物のすべての生命プロセスにエネルギーを提供します。酸素は、大気、土壌、水中の動物、植物、微生物の呼吸を確保し、岩石、土壌、シルト、帯水層で起こる化学酸化反応に関与します。

酸素サイクルの主な分岐は次のとおりです。

- 光合成中の遊離酸素の形成と、生物（植物、動物、大気中の微生物、土壌、水）の呼吸中のその吸収。
- オゾンスクリーンの形成。
- 酸化還元ゾーニングの作成。
- 火山噴火中の一酸化炭素の酸化、硫酸塩堆積岩の蓄積、体内の酸素消費人間の活動等。; 光合成の酸素分子はあらゆるところに関与しています。

窒素循環

窒素は、タンパク質、核酸、リポタンパク質、酵素、クロロフィルなど、すべての生物の生物学的に重要な有機物質の一部です。空気中には窒素が 79% 含まれていますが、生物にとっては窒素が不足しています。

生物圏の窒素は、生物がアクセスできないガス状 (N2) です。化学的にはほとんど活性がないため、高等植物 (およびほとんどの下等植物) や動物界が直接利用することはできません。植物は土壌からアンモニウムイオンまたは硝酸イオンの形で窒素を吸収します。いわゆる固定窒素。

窒素固定には、大気、工業、生物学的窒素固定があります。

大気固定は、大気が宇宙線や雷雨時の強い放電によってイオン化されるときに発生します。一方、空気中の窒素分子から窒素酸化物とアンモニア酸化物が形成され、大気中の沈殿によりアンモニウム、亜硝酸態窒素、硝酸性窒素に変換されます。そして土壌や水域に入ります。

産業の固定化は人間の経済活動の結果として起こります。大気は窒素化合物を生産する工場によって窒素化合物で汚染されています。火力発電所、工場、宇宙船、超音速航空機からの高温の排出物は、空気中の窒素を酸化します。窒素酸化物は、空気や降水からの水蒸気と相互作用して地面に戻り、イオンの形で土壌に入ります。

生物学的固定は窒素循環において主要な役割を果たします。それは土壌細菌によって行われます。

- 窒素固定細菌（および藍藻類）。
・高等植物と共生する微生物（根粒菌）。
- アンモニア化;
- 硝化;
- 脱窒。

土壌中の自由生活性窒素固定好気性（酸素存在下で存在する）細菌（アゾトバクター）は、呼吸中の土壌有機物の酸化から得られるエネルギーを使用して大気分子窒素を固定し、最終的に水素と結合して窒素を導入することができます。それはアミノ基（-NH2）の形で体のアミノ酸組成に組み込まれます。分子状窒素は、土壌中に存在する一部の嫌気性 (酸素のない状態で生息する) 細菌 (クロストリジウム菌) を固定することもできます。どちらの微生物も死ぬと、土壌を有機窒素で豊かにします。

水田の土壌にとって特に重要な藍藻は、窒素分子を生物学的に固定する能力もあります。

大気中の窒素の生物学的固定が最も効果的に行われるのは、マメ科植物の根粒内に共生する細菌（根粒細菌）です。

これらの細菌（リゾビウム）は、宿主植物のエネルギーを利用して窒素を固定し、同時に宿主の陸生器官に利用可能な窒素化合物を供給します。

土壌から窒素化合物を硝酸塩およびアンモニウムの形で吸収することにより、植物は体内に必要な窒素含有化合物を構築します（硝酸態窒素は植物細胞内で事前に還元されています）。生産工場は窒素物質を全体に供給します動物の世界そして人間性。死んだ植物は、栄養連鎖に従って生物還元剤として使用されます。

アンモニア微生物は窒素を含む有機物（アミノ酸、尿素）を分解してアンモニアを生成します。土壌中の有機窒素の一部は鉱化されず、腐植質、アスファルト、堆積岩の成分に変換されます。

アンモニア（アンモニウムイオンの形）が侵入する可能性があるルートシステム植物、または硝化プロセスで使用されます。

硝化微生物は化学合成生物であり、アンモニアから硝酸塩への酸化、亜硝酸塩から硝酸塩への酸化エネルギーを利用して、すべての生命プロセスを維持します。このエネルギーを使用して、硝化者は二酸化炭素を減らし、体内に有機物を構築します。硝化中のアンモニアの酸化は、次の反応を通じて進行します。

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

ＨＮＯ？ +O? ? 2HNO? + 198 kJ (48 kcal)。

硝化プロセス中に形成された硝酸塩は再び生物学的サイクルに入り、植物の根によって土壌から、または水の流出とともに植物プランクトンや植物底生生物に入った後、土壌から吸収されます。

生物圏には、大気中の窒素を固定して硝化する生物の他に、硝酸塩や亜硝酸塩を分子状窒素に還元できる微生物が存在します。脱窒者と呼ばれるこのような微生物は、水や土壌に遊離酸素が不足すると、硝酸態酸素を使用して有機物質を酸化します。

C?H??O?(グルコース) + 24KNO? ? 24KHCO? +6CO? +12N? + 18H?O + エネルギー

この場合に放出されるエネルギーは、脱窒微生物のすべての生命活動の基礎となります。

このように、生物物質はサイクルのあらゆる部分において例外的な役割を果たします。

現在、人間による大気中の窒素の工業的固定は、土壌の窒素バランス、ひいては生物圏の窒素循環全体においてますます重要な役割を果たしています。

リンサイクル

リンサイクルはもっと単純です。窒素の貯蔵庫は空気ですが、リンの貯蔵庫は侵食によって窒素が放出される岩石です。

炭素、酸素、水素、窒素はガス状であるため、大気中をより容易かつ迅速に移動し、生物学的サイクルでガス状化合物を形成します。生物の存在に必要な硫黄を除く他のすべての元素については、生物周期におけるガス状化合物の形成は特徴的ではありません。これらの元素は、主に水に溶けたイオンや分子の形で移動します。

リンは、オルトリン酸イオンの形で植物に同化され、すべての生物の生活に大きな役割を果たします。 ADP、ATP、DNA、RNA、その他の化合物の一部です。

生物圏のリンサイクルは閉じられていません。陸上のバイオジオセノーシスでは、リンは食物連鎖を通じて土壌から植物に吸収された後、リン酸塩の形で再び土壌に入ります。リンの主な量は植物の根系によって再吸収されます。リンは、土壌から流域への雨水の流出によって部分的に洗い流される可能性があります。

自然のバイオジオセノースではリンが不足していることが多く、アルカリ性で酸化された環境では通常、リンは不溶性化合物の形で見られます。

リソスフェア岩石には大量のリン酸塩が含まれています。それらの一部は徐々に土壌に浸透し、一部はリン酸肥料の生産のために人間によって開発され、そのほとんどは浸出して水圏に洗い流されます。そこでは、複雑な食物連鎖のさまざまな栄養レベルに位置する植物プランクトンと関連生物によって利用されます。

世界の海洋では、深層に植物や動物の死骸が堆積することにより、生物循環からリン酸塩が失われます。リンは主にリソスフェアから水とともに水圏に移動するため、生物的に（魚を食べるなどして）リソスフェアに移動します。海鳥、底生藻類の利用と魚粉肥料などとして）。

植物のミネラル栄養のすべての要素のうち、リンが不足していると考えられます。

硫黄サイクル

硫黄は硫黄含有アミノ酸（シスチン、システイン、メチオニンなど）の一部であるため、生物にとって硫黄は非常に重要です。タンパク質の一部である硫黄含有アミノ酸は、タンパク質分子に必要な三次元構造を維持します。

硫黄は、酸化された形、つまりイオンの形でのみ土壌から植物に吸収されます。植物では、硫黄は還元され、スルフヒドリル (-SH) およびジスルフィド (-S-S-) 基の形でアミノ酸に含まれます。

動物は有機物に含まれる還元型硫黄のみを同化します。動植物の死後、硫黄は土壌に戻り、そこでさまざまな形態の微生物の活動により変化します。

好気性条件下では、一部の微生物が有機硫黄を硫酸塩に酸化します。硫酸イオンは植物の根に吸収され、再び生物循環に組み込まれます。一部の硫酸塩は水の移動に含まれ、土壌から除去される可能性があります。腐植物質が豊富な土壌では、有機化合物中に大量の硫黄が含まれており、硫黄の浸出を防ぎます。

嫌気条件下では、有機硫黄化合物の分解により硫化水素が生成されます。硫酸塩や有機物が酸素のない環境にあると、硫酸塩還元菌の活動が活発になります。彼らは硫酸塩の酸素を使って有機物質を酸化し、その存在に必要なエネルギーを獲得します。

硫酸塩還元細菌は、地下水、泥、停滞した海水によく見られます。硫化水素はほとんどの生物にとって有毒であるため、水で満たされた土壌、湖、河口などに蓄積します。生命活動が大幅に減少したり、完全に停止したりすることもあります。この現象は黒海の表面から200メートル以下の深さで観察されます。

したがって、好ましい環境を作り出すには、硫化水素を硫酸イオンに酸化する必要があります。これにより、硫化水素の有害な影響が破壊され、硫黄は植物が利用できる形、つまり硫酸塩の形に変わります。この役割は、自然界では硫黄細菌 (無色、緑色、紫色) とチオン性細菌の特別なグループによって行われます。

無色の硫黄細菌は化学合成菌です。酸素による硫化水素の元素硫黄への酸化と、さらに硫酸塩への酸化から得られるエネルギーを使用します。

有色硫黄細菌は、硫化水素を水素供与体として使用して二酸化炭素を削減する光合成生物です。

緑色硫黄細菌で生成された元素硫黄は細胞から放出され、紫色細菌では細胞内に蓄積します。

このプロセスの全体的な反応は光還元です。

CO?+2H?Sライト? (CH2O)+H2O+2S。

チオニックバクテリアは、遊離酸素を使用して元素硫黄とそのさまざまな還元化合物を硫酸塩に酸化し、生物サイクルの主流に戻します。

硫黄の変換が起こる生物循環の過程では、生物、特に微生物が大きな役割を果たします。

硫酸イオンが土壌から継続的に世界海洋に流入するため、地球上の硫黄の主な貯留場所は世界海洋です。海洋からの硫黄の一部は、硫化水素、二酸化硫黄への酸化、硫酸と硫酸塩の形成を伴う雨水への溶解、沈殿を伴う硫黄の土壌被覆への戻りというスキームに従って大気中を通って陸地に戻ります。地球の。

無機陽イオンの循環

生物を構成する基本元素 (炭素、酸素、水素、リン、硫黄) に加えて、他の多くのマクロ元素およびミクロ元素である無機カチオンが非常に重要です。流域では、植物は必要な金属陽イオンを環境から直接受け取ります。陸上では、無機陽イオンの主な供給源は土壌であり、母岩の破壊中に土壌が無機陽イオンを受け取ります。植物では、根系に吸収されたカチオンは葉や他の器官に移動します。それらの一部（マグネシウム、鉄、銅、その他多数）は生物学的に重要な分子（クロロフィル、酵素）の一部です。他のものは遊離形態のままで、細胞原形質の必要なコロイド特性の維持に関与し、他のさまざまな機能を実行します。

生物が死ぬと、有機物質の石化中に無機カチオンが土壌に戻ります。土壌からのこれらの成分の損失は、雨水による金属陽イオンの浸出と除去、農作物の栽培、森林の伐採、家畜の飼料用の草の刈り取りなどの際の人間による有機物の拒絶と除去の結果として起こります。

鉱物肥料の合理的な使用、土壌再生、有機肥料の適用、および適切な農業技術は、生物圏のバイオセノースにおける無機カチオンのバランスを回復および維持するのに役立ちます。

人為的循環：生体異物（水銀、鉛、クロム）の循環

人間は自然の一部であり、自然との絶え間ない相互作用の中でのみ存在することができます。

生物圏で起こる物質とエネルギーの自然循環と人為的循環の間には、類似点と矛盾点があります。

自然 (生物地球化学) の生命サイクルには次の特徴があります。

- 生命の源としての太陽エネルギーの使用と、熱力学の法則に基づくそのすべての発現。
- 無駄なく実行される、つまりその生命活動の産物はすべて石化され、物質循環の次のサイクルに再び含まれます。同時に、廃棄物や減価償却された熱エネルギーは生物圏の外に除去されます。物質の生物地球化学的循環中に、廃棄物が形成されます。石炭、石油、ガス、その他の鉱物資源の形で埋蔵されています。廃棄物のない自然循環とは異なり、人為的循環には毎年増加する廃棄物が伴います。

自然界には無益なものや有害なものはなく、火山の噴火であっても、必要な元素（窒素など）が火山ガスとともに大気中に放出されるため、恩恵を受けています。

生物圏における生物地球化学サイクルの全球的閉鎖の法則があり、これはその発展のすべての段階で機能します。また、遷移中に生物地球化学サイクルの閉鎖が増加するという法則もあります。

人間は生物地球化学サイクルにおいて大きな役割を果たしていますが、その方向は逆です。人間は既存の物質循環を破壊し、これが彼の地質学的力、つまり生物圏に関して破壊的な力を明らかにします。人為的活動の結果として、生物地球化学サイクルの閉鎖性の度合いは減少します。

人為的サイクルは、地球上の緑の植物が捕らえた太陽光のエネルギーに限定されません。人類は、燃料、水力、原子力発電所のエネルギーを利用しています。

現段階の人為的活動は生物圏にとって巨大な破壊力であると主張することができます。

生物圏には、汚染物質に対する大きな耐性という特別な特性があります。この持続可能性は、自然環境のさまざまな構成要素が持つ自己浄化と自己治癒の自然な能力に基づいています。しかし、無制限ではありません。地球規模の危機の可能性により、生物圏の起こり得る状態に関する情報を得るために、生物圏を単一の全体として表す数学的モデル (ガイアシステム) の構築が必要になりました。

生体異物とは、人為的活動（殺虫剤、家庭用化学薬品、その他の汚染物質）の結果として現れる、生物にとって異物であり、生物プロセスの破壊を引き起こす可能性があります。病気や体の死。このような汚染物質は生分解されず、栄養連鎖に蓄積します。

水銀は非常に稀な元素です。それは地殻全体に散らばっており、辰砂などの少数の鉱物だけがそれを濃縮した形で含んでいます。水銀は生物圏の物質循環に関与し、気体状態および水溶液中で移動します。

辰砂から放出されると、蒸発中に水圏から火山ガスや温泉からのガスとともに大気中に侵入します。大気中のガス状水銀の一部は固相になって空気中から除去されます。落下した水銀は土壌、特に粘土質の土壌、水、岩石に吸収されます。可燃性鉱物（石油や石炭）には、最大 1 mg/kg の水銀が含まれています。海洋の水塊には約16億トン、底質中に5,000億トン、プランクトン中に200万トンが含まれています。河川水は陸地から年間約 4 万トンを運びますが、これは蒸発時に大気中に入る量（40 万トン）の 10 分の 1 です。年間約10万トンが地表に降り注ぐ。

水銀は、自然環境の天然成分から、人間の健康にとって生物圏への最も危険な人工放出物の 1 つへと変化しました。冶金、化学、電気、電子、紙パルプ、製薬産業で広く使用されており、医療だけでなく爆薬、ワニス、塗料の製造にも使用されています。産業排水と大気への排出物は、水銀鉱山、水銀生産工場、石炭、石油、石油製品を使用する火力発電所 (CHP およびボイラーハウス) とともに、この有毒成分による生物圏の主な汚染源です。さらに、水銀は、種子を処理したり作物を害虫から守るために農業で使用される有機水銀農薬の一部です。食物（卵、穀物の漬物、動物や鳥の肉、牛乳、魚）とともに人体に入ります。

水および川の堆積物中の水銀

自然水域に流入する水銀の約 80% は溶解した形で存在し、最終的には水の流れに沿って長距離にわたる水銀の分布に寄与することが確立されています。純粋な元素は無毒です。

水銀は、比較的無害な濃度で底泥水中に多くの場合見出されます。無機水銀化合物は、瓦礫や堆積物、湖や川の底泥、魚の体を覆う粘液中に生息する細菌によって、メチル水銀 CH?Hg やエチル水銀 C?H?Hg などの有毒な有機水銀化合物に変換されます。、魚の胃粘液に含まれます。これらの化合物は溶けやすく、移動しやすく、非常に有毒です。水銀の攻撃的な作用の化学的根拠は、硫黄、特にタンパク質の硫化水素基との親和性です。これらの分子は染色体と脳細胞に結合します。魚介類はそれらを人間が食べると危険な濃度まで蓄積し、水俣病を引き起こす可能性があります。

金属水銀とその無機化合物は主に肝臓、腎臓、腸管ただし、通常の状態では、それらは比較的早く体から除去され、人体にとって危険な量が蓄積する時間がありません。メチル水銀やその他のアルキル水銀化合物は、蓄積が起こるため、はるかに危険です。毒素は体から排出されるよりも早く体内に入り、中枢神経系に影響を与えます。

底質は水生生態系の重要な特徴です。底質は、重金属、放射性核種、毒性の高い有機物質を蓄積することで、一方では自己浄化に貢献します。水生環境、そしてその一方で、それらは水域の二次汚染の恒常的な発生源となっています。底質は、長期にわたる汚染パターン (特に低流量水域) を反映する有望な分析対象です。また、特に河口部では底質への無機水銀の蓄積が観察されます。堆積物（シルト、堆積物）の吸着能力が枯渇すると、緊張した状況が発生する可能性があります。吸着能力に達すると、重金属などの吸着が行われます。水銀が水に入り始めます。

海洋の嫌気性条件下では、死んだ藻類の堆積物中で水銀が水素を結合し、揮発性化合物に変化することが知られています。

微生物の関与により、金属水銀は 2 段階でメチル化されます。

CH?Hg+? (CH?)?Hg

メチル水銀は、ほぼもっぱら無機水銀のメチル化によって環境中に出現します。

水銀の生物学的半減期は長く、人体のほとんどの組織では 70 ～ 80 日です。

カジキやマグロなどの大型魚は、食物連鎖の最初から水銀に汚染されていることが知られています。魚よりもさらに水銀が牡蠣に蓄積（蓄積）していることに注目しないわけにはいきません。

水銀は、次のスキームに従って、呼吸、食物、皮膚を通して人体に入ります。

まず、水銀が変換されます。この要素はいくつかの形で自然に発生します。

体温計に使用される金属水銀とその無機塩 (塩化物など) は、比較的早く体から除去されます。

アルキル水銀化合物、特にメチル水銀やエチル水銀ははるかに有毒です。これらの化合物は非常にゆっくりと体から排出されますが、その量は 1 日あたりの総量のわずか約 1% です。水銀の大部分は入っていますが、天然水そこには無機化合物の形で含まれており、魚の場合は常に有毒なメチル水銀の形で現れます。湖や川の底泥、魚の体を覆う粘液、および魚の胃の粘液に含まれる細菌は、無機水銀化合物をメチル水銀に変換する能力があります。

第二に、選択的蓄積、または生物学的蓄積（濃縮）により、魚介類の水銀レベルが湾水よりも何倍も高いレベルに増加します。川に生息する魚介類はメチル水銀を人間が食料として使用するのに危険な濃度まで蓄積します。

世界の漁獲量の % には 0.5 mg/kg 以下の水銀が含まれており、95% には 0.3 mg/kg 未満の水銀が含まれています。魚に含まれるほとんどすべての水銀はメチル水銀の形です。

食品中の人体に対する水銀化合物のさまざまな毒性を考慮して、無機（総）水銀と有機結合水銀を決定する必要があります。私たちは総水銀含有量のみを決定します。医学的および生物学的要件によると、淡水の捕食性魚の水銀含有量は 0.6 mg/kg、海水魚では 0.4 mg/kg、淡水の非捕食魚では 0.3 mg/kg まで、マグロでは 0.7 mg まで許容されています。 /kg kg。ベビーフード製品の水銀含有量は、肉缶詰では 0.02 mg/kg、魚缶詰では 0.15 mg/kg、その他では 0.01 mg/kg を超えてはなりません。

鉛は自然環境のほぼすべての成分に存在します。地殻には0.0016%含まれています。自然レベル大気中の鉛 0.0005 mg/m3。その大部分は塵とともに堆積し、約 40% は降水によって降下します。植物は土壌、水、大気の沈着から鉛を摂取し、動物は植物と水を消費することによって鉛を摂取します。金属は食物、水、粉塵とともに人体に入ります。

生物圏における鉛汚染の主な原因は、排気ガスにトリエチル鉛が含まれるガソリンエンジンと、燃焼する火力発電所です。石炭、鉱業、冶金、化学工業。かなりの量の鉛が、肥料として使用される廃水とともに土壌に導入されます。チェルノブイリ原子力発電所の燃焼中の原子炉を消火するために鉛も使用されましたが、鉛は空気盆地に入り、広大な地域に拡散しました。鉛による環境汚染が進むにつれて、骨、髪、肝臓への鉛の沈着が増加します。

クロム。最も危険なのは有毒なクロム (6+) で、酸性およびアルカリ性の土壌、淡水および海水に移動します。海水中のクロムは、Cr (3+) 型で 10 ～ 20%、Cr (6+) で 25 ～ 40%、有機型で 45 ～ 65% 含まれています。 pH 5 ～ 7 の範囲では Cr (3+) が優勢であり、pH > 7 では Cr (6+) が優勢です。 Cr(6+) および有機クロム化合物は海水中で水酸化鉄と共沈しないことが知られています。

物質の自然循環は事実上閉じています。自然の生態系では、物質とエネルギーは控えめに使用され、一部の生物の廃棄は他の生物の生存のための重要な条件として機能します。人為的な物質循環には、膨大な天然資源の消費と環境汚染を引き起こす大量の廃棄物が伴います。最先端の処理施設を作っても問題は解決しないため、人為的循環を可能な限り閉じた、無駄のない、無駄のない技術を開発する必要があります。理論的には、無駄のない技術を生み出すことは可能ですが、無駄の少ない技術は現実のものです。

自然現象への適応

適応とは、進化の過程で生物が（最も単純なものから最も高度なものまで）発達した環境へのさまざまな適応です。適応能力は生物の主要な特性の 1 つであり、生物の存在の可能性を保証します。

適応プロセスを発展させる主な要因には、遺伝、変動性、自然 (および人工) 選択が含まれます。

体がさまざまな外部条件にさらされると、耐性が変化する可能性があります。そのような状況に自分自身があることに気づき、しばらくすると、彼はそれに慣れ、それらに適応します（ラテン語の適応から-適応する）。この結果、生理学的最適位置が変化します。

特定の範囲の存在に適応する生物の性質環境要因生態学的可塑性と呼ばれます。

特定の生物が生存できる環境要因の範囲が広ければ広いほど、その生物の生態学的可塑性は大きくなります。可塑性の程度に応じて、ステノエキ (stenoeki) とユーリビオント (euryek) の 2 種類の生物が区別されます。したがって、ステノビオントは生態学的に非可塑性です（たとえば、ヒラメは海水にしか生息せず、フナは淡水にしか生息しません）。丈夫ではなく、ユーリバイオントは生態学的に可塑的です。より丈夫です（たとえば、トゲウオは淡水と海水の両方に生息できます）。

生物は多くの異なる環境要因に同時に従わなければならないため、適応は多面的です。

生物が環境条件に適応するには、主に 3 つの方法があります。受け身; 回避有害な影響.

適応の積極的な経路は、抵抗力を強化し、因子が最適値から逸脱しているにもかかわらず、身体のすべての重要な機能が実行できるようにする制御プロセスを開発することです。たとえば、温血動物は、体内で起こる生化学的プロセスに最適な一定の体温を維持します。

適応の受動的経路は、生物の重要な機能が環境要因の変化に従属することです。たとえば、不利な環境条件下では、多くの生物は仮死状態（隠れた生命）に入り、体内の代謝が事実上停止します（冬眠状態、昆虫の無力化、冬眠、土壌中の胞子保存など）。胞子と種子の形態）。

悪影響の回避 - 不利な条件を回避するのに役立つ適応の発達、生物の行動（適応）。この場合の適応には、形態学的（体の構造の変化：サボテンの葉の変更）、生理学的（蓄えられた脂肪の酸化によりラクダ自身に水分が供給される）、行動学的（行動の変化：季節的な移動）が考えられます。鳥類、冬眠）。

生物は周期的要因によく適応しています。非周期的要因は病気を引き起こし、さらには生物の死を引き起こす可能性があります（たとえば、薬、農薬）。ただし、それらに長期間さらされると、それらへの適応も起こる可能性があります。

生物は、毎日、季節、潮汐のリズム、太陽活動のリズム、月相およびその他の厳密に周期的な現象。したがって、季節適応は、自然界の季節性と冬の休眠状態として区別されます。

自然の中の季節感。生物の適応における動植物にとっての主な重要性は、気温の年間変動です。わが国の平均して、人生に有利な期間は約6か月（春、夏）続きます。安定した霜が降りる前であっても、自然界では冬の休眠期間が始まります。

冬眠の状態。冬季休眠は、単に低温による発育の停止ではなく、発育の特定の段階でのみ起こる複雑な生理学的適応です。例えば、マラリア蚊やミソサザイ蝶は成虫の段階で越冬し、モンシロチョウは蛹の段階で越冬します。マイマイガ- 卵の段階で。

バイオリズム。進化の過程で、それぞれの種は、集中的な成長と発達、繁殖、冬の準備と越冬という特徴的な年間サイクルを発達させてきました。この現象を生体リズムといいます。すべての期間に一致ライフサイクル一年の適切な時期が種の存続にとって極めて重要です。

ほとんどの動植物における季節周期の調節における主な要因は、日の長さの変化です。

バイオリズムは次のとおりです。

外因性（外部）リズム（環境の周期的な変化（昼夜の変化、季節、太陽活動の反応として生じる））内因性（内部リズム）は身体自体によって生成されます

次に、内因性は次のように分類されます。

生理的リズム（心拍、呼吸、内分泌腺の働き、DNA、RNA、タンパク質の合成、酵素の働き、細胞分裂など）

生態リズム（毎日、年間、潮汐、月など）

DNA、RNA、タンパク質の合成、細胞分裂、心拍、呼吸などのプロセスにはリズムがあります。外部の影響により、これらのリズムの位相が変化し、振幅が変化することがあります。

生理的リズムは体の状態によって異なりますが、環境的リズムはより安定しており、外部のリズムに対応しています。内因性リズムにより、体は時間に合わせて調整し、今後の環境変化に事前に備えることができます。これが体の体内時計です。多くの生物は概日リズムおよび概日リズムによって特徴付けられます。

概日リズム (概日リズム) - 20 ～ 28 時間の周期で繰り返される生物学的プロセスと現象の強度と性質。概日リズムは日中の動物や植物の活動に関連しており、通常、温度と光の強さに依存します。例えば、コウモリ彼らは夕暮れ時に飛び、日中は休みますが、多くの浮遊生物は夜間は水面近くに留まり、日中は深部に降ります。

季節の生物学的リズムは、光周期の影響と関連しています。日長に対する生物の反応は光周期と呼ばれます。光周期性は、環境を制御する一般的な重要な適応です。季節の現象多種多様な生物に存在します。植物や動物の光周期の研究により、光に対する生物の反応は、日中の一定期間の明暗の交互の周期に基づいていることが示されています。昼夜の長さに対する生物（単細胞生物から人間まで）の反応は、生物が時間を測定できることを示しています。彼らはある種の体内時計を持っています。生物時計は、季節の周期に加えて、他の多くの生物学的現象を制御し、生物全体の活動と、細胞レベルでさえ起こるプロセス、特に細胞分裂の両方の正しい毎日のリズムを決定します。

ウイルスや微生物に至るまで、あらゆる生物に共通する性質。高等植物動物や動物には、突然変異を与える能力があります。これは、突然、自然かつ人為的に引き起こされ、遺伝物質に受け継がれる変化であり、体の特定の特性の変化につながります。突然変異の多様性は環境条件を満たさず、通常、既存の適応を混乱させます。

多くの昆虫は、発育の特定の段階で休眠（発育の長期停止）に入りますが、これを不利な条件での休息状態と混同すべきではありません。多くの海洋動物の繁殖は月のリズムの影響を受けています。

概日（年周）リズムは、生物学的プロセスと現象の強度と性質が 10 ～ 13 か月の周期で繰り返される変化です。

人の身体的および心理的状態にもリズミカルな特徴があります。

仕事と休息のリズムが崩れると、パフォーマンスが低下し、人間の健康に悪影響を及ぼします。適応して回復する時間が実質的にないため、極限状態にある人の状態は、その状態に対するその人の準備の度合いによって決まります。

地質の大循環を指します。 物質の大循環