Büyük jeolojik döngüyü ifade eder. Büyük jeolojik madde döngüsü

Seçkin Rus bilim adamı Akademisyen V.I. Vernadsky.

Biyosfer- Canlı organizmaların tümünü ve gezegenin maddesinin bu organizmalarla sürekli değişim sürecinde olan kısmını içeren Dünya'nın karmaşık dış kabuğu. Bu, ana bileşen olan Dünya'nın en önemli jeosferlerinden biridir. doğal çevre bir kişiyi çevreliyor.

Dünya eş merkezlidir kabuklar(jeosferler) hem iç hem de dış. İç olanlar çekirdek ve mantoyu ve dış olanları içerir: litosfer - 6 km (okyanusun altında) ila 80 km (dağ sistemleri) kalınlığında yer kabuğunu (Şekil 1) içeren Dünya'nın kayalık kabuğu; hidrosfer - Dünyanın su kabuğu; atmosfer- Çeşitli gazların, su buharının ve tozun karışımından oluşan Dünya'nın gazlı zarfı.

10 ila 50 km yükseklikte, maksimum konsantrasyonu 20-25 km yükseklikte olan, Dünya'yı vücut için ölümcül olan aşırı ultraviyole radyasyondan koruyan bir ozon tabakası vardır. Biyosfer de buraya (dış jeosferlere) aittir.

Biyosfer - atmosferin 25-30 km yüksekliğe kadar (ozon tabakasına kadar) bir kısmını, neredeyse tüm hidrosferi içeren Dünya'nın dış kabuğu ve Üst kısmı Litosfer yaklaşık 3 km derinliğe kadar

Pirinç. 1. Yer kabuğunun yapısının şeması

(İncir. 2). Bu parçaların özelliği, gezegenin canlı maddesini oluşturan canlı organizmaların burada yaşamasıdır. Etkileşim biyosferin abiyotik kısmı- hava, su, kayalar ve organik maddeler - biyotalar toprakların ve tortul kayaçların oluşmasına neden oldu.

Pirinç. 2. Biyosferin yapısı ve temel yapısal birimlerin kapladığı yüzeylerin oranı

Biyosfer ve ekosistemlerdeki maddelerin döngüsü

Biyosferdeki canlı organizmaların kullanabileceği tüm kimyasal bileşikler sınırlıdır. Asimilasyona uygun kimyasal maddelerin tükenmesi, genellikle kara veya okyanusun yerel alanlarında belirli organizma gruplarının gelişimini engeller. Akademisyen V.R. Williams'a göre sonsuzluğun sonlu özelliklerini vermenin tek yolu onun kapalı bir eğri boyunca dönmesini sağlamaktır. Sonuç olarak, madde döngüsü ve enerji akışı nedeniyle biyosferin stabilitesi korunur. Mevcut iki ana madde döngüsü: büyük - jeolojik ve küçük - biyojeokimyasal.

Büyük jeolojik döngü (Şek. 3). Kristal kayaçlar (mağmatik) fiziksel, kimyasal ve biyolojik faktörlerin etkisiyle tortul kayaçlara dönüşür. Kum ve kil, derin kayaların dönüşümünün ürünleri olan tipik çökeltilerdir. Bununla birlikte, çökeltilerin oluşumu yalnızca mevcut kayaların tahrip olması nedeniyle değil, aynı zamanda biyojenik minerallerin (mikroorganizmaların iskeletleri) sentezi yoluyla da meydana gelir. doğal Kaynaklar- okyanus, deniz ve göl suları. Gevşek sulu tortular, rezervuarların dibinde yeni tortul malzeme bölümleriyle izole edildikleri, derinliğe daldırıldıkları ve yeni termodinamik koşullara (daha yüksek sıcaklık ve basınç) maruz kaldıkları için su kaybeder, sertleşir ve tortul kayalara dönüşürler.

Daha sonra, bu kayalar, yeni sıcaklık ve basınç koşullarına derin dönüşüm süreçlerinin gerçekleştiği daha da derin ufuklara batar - metamorfizma süreçleri meydana gelir.

Endojen enerji akışlarının etkisi altında derin kayalar erir ve yeni magmatik kayaların kaynağı olan magma oluşur. Bu kayalar Dünya yüzeyine çıktıktan sonra hava koşulları ve taşınma süreçlerinin etkisiyle yeniden yeni tortul kayalara dönüşürler.

Böylece, büyük döngü, güneş (dışsal) enerjinin, Dünyanın derin (içsel) enerjisi ile etkileşiminden kaynaklanır. Biyosfer ile gezegenimizin daha derin ufukları arasındaki maddeleri yeniden dağıtır.

Pirinç. 3. Büyük (jeolojik) madde döngüsü (ince oklar) ve çeşitlilikteki değişiklikler yerkabuğu(düz geniş oklar - büyüme, kırık oklar - çeşitlilikte azalma)

Büyük Girdap'ın yanında Hidrosfer, atmosfer ve litosfer arasındaki, Güneş enerjisiyle yürütülen su döngüsüne de denir. Su, rezervuarların ve toprağın yüzeyinden buharlaşır ve ardından yağış şeklinde Dünya'ya geri döner. Okyanus üzerinde buharlaşma yağıştan fazladır; karada ise tam tersidir. Bu farklılıklar nehir akışlarıyla telafi edilir. Kara bitki örtüsü küresel su döngüsünde önemli bir rol oynamaktadır. Dünya yüzeyinin belirli bölgelerindeki bitkilerin terlemesi, buraya düşen yağışların %80-90'ını ve ortalama olarak tüm iklim bölgeleri için yaklaşık %30'unu oluşturabilir. Büyük döngünün aksine, maddelerin küçük döngüsü yalnızca biyosferde meydana gelir. Büyük ve küçük su döngüleri arasındaki ilişki Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.

Gezegensel ölçekte döngüler, bireysel ekosistemlerdeki organizmaların yaşamsal faaliyetleri tarafından yönlendirilen atomların sayısız yerel döngüsel hareketlerinden ve peyzaj ve jeolojik nedenlerden (yüzey ve yeraltı akışı, rüzgar erozyonu, deniz yatağı hareketi, volkanizma, dağ oluşumu) kaynaklanan hareketlerden yaratılır. , vesaire. ).

Pirinç. 4. Suyun büyük jeolojik döngüsü (GGC) ile suyun küçük biyojeokimyasal döngüsü (SBC) arasındaki ilişki

Vücut tarafından kullanıldığında ısıya dönüştürülen ve kaybedilen enerjinin aksine, maddeler biyosferde dolaşarak biyojeokimyasal döngüler yaratır. Doğada bulunan doksandan fazla elementten canlı organizmaların kırk kadarına ihtiyacı vardır. En önemlileri büyük miktarlarda gereklidir; karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen. Elementlerin ve maddelerin döngüleri, tüm bileşenlerin katıldığı kendi kendini düzenleyen süreçler nedeniyle gerçekleştirilir. Bu işlemler atıksızdır. Var biyosferdeki biyojeokimyasal döngünün küresel kapanması yasası gelişiminin her aşamasında faaliyet göstermektedir. Biyosferin evrimi sürecinde biyolojik bileşenin biyojeokimyasal süreçlerin kapanmasındaki rolü artar.
kimin döngüsü. İnsanların biyojeokimyasal döngü üzerinde daha büyük bir etkisi vardır. Ancak rolü ters yönde kendini gösterir (girdaplar açılır). Maddelerin biyojeokimyasal döngüsünün temeli Güneş enerjisi ve yeşil bitkilerin klorofilidir. Diğer en önemli döngüler (su, karbon, nitrojen, fosfor ve kükürt) biyojeokimyasal döngüyle ilişkilidir ve ona katkıda bulunur.

Biyosferdeki su döngüsü

Bitkiler, fotosentez sırasında organik bileşikler oluşturmak ve moleküler oksijeni serbest bırakmak için sudaki hidrojeni kullanır. Tüm canlıların solunum süreçlerinde organik bileşiklerin oksidasyonu sırasında yeniden su oluşur. Yaşam tarihinde, hidrosferdeki tüm serbest su, gezegenin canlı maddesinde defalarca ayrışma ve yeni oluşum döngülerinden geçmiştir. Dünya üzerindeki su döngüsüne her yıl yaklaşık 500.000 km3 su karışmaktadır. Su döngüsü ve rezervleri Şekil 2'de gösterilmektedir. 5 (göreceli değerlerde).

Biyosferdeki oksijen döngüsü

Dünya, yüksek miktarda serbest oksijen içeren eşsiz atmosferini fotosentez sürecine borçludur. Atmosferin yüksek katmanlarında ozonun oluşması oksijen döngüsüyle yakından ilişkilidir. Oksijen su moleküllerinden salınır ve esas olarak bitkilerdeki fotosentetik aktivitenin bir yan ürünüdür. Abiyotik olarak oksijen, su buharının foto-ayrışması nedeniyle atmosferin üst katmanlarında ortaya çıkar, ancak bu kaynak, fotosentez tarafından sağlananın yalnızca yüzde binde birini oluşturur. Atmosferdeki oksijen içeriği ile hidrosfer arasında bir sıvı dengesi vardır. Suda yaklaşık 21 kat daha azdır.

Pirinç. 6. Oksijen döngüsünün şeması: kalın oklar - oksijen tedariki ve tüketiminin ana akışları

Açığa çıkan oksijen, tüm aerobik organizmaların solunum süreçlerinde ve çeşitli mineral bileşiklerin oksidasyonunda yoğun olarak tüketilir. Bu süreçler atmosferde, toprakta, suda, siltte ve kayalarda meydana gelir. Sedimanter kayaçlarda bağlı olan oksijenin önemli bir kısmının fotosentetik kökenli olduğu gösterilmiştir. Atmosferdeki değişim fonu O, toplam fotosentetik üretimin %5'inden fazlasını oluşturmaz. Birçok anaerobik bakteri, sülfatlar veya nitratlar kullanarak anaerobik solunum süreci yoluyla organik maddeyi de oksitler.

Bitkiler tarafından oluşturulan organik maddenin tamamen ayrışması, fotosentez sırasında açığa çıkan oksijenin aynısını gerektirir. Organik maddenin tortul kayalara, kömürlere ve turbalara gömülmesi, atmosferdeki oksijen değişim fonunun korunmasının temelini oluşturdu. İçerisindeki tüm oksijen yaklaşık 2000 yılda canlı organizmalar arasında tam bir döngüden geçer.

Şu anda, atmosferik oksijenin önemli bir kısmı ulaşım, endüstri ve diğer antropojenik aktivite biçimlerinin bir sonucu olarak bağlanmaktadır. İnsanlığın halihazırda fotosentez işlemleriyle sağlanan toplam 430-470 milyar ton serbest oksijenin 10 milyar tondan fazlasını harcadığı bilinmektedir. Fotosentetik oksijenin yalnızca küçük bir kısmının değişim fonuna girdiğini hesaba katarsak, bu bağlamda insan faaliyeti endişe verici boyutlar kazanmaya başlar.

Oksijen döngüsü karbon döngüsüyle yakından ilişkilidir.

Biyosferdeki karbon döngüsü

Kimyasal bir element olarak karbon yaşamın temelidir. Canlı hücreleri oluşturan basit ve karmaşık organik molekülleri oluşturmak için diğer birçok elementle çeşitli şekillerde birleşebilir. Gezegendeki dağılım açısından karbon on birinci sırada yer alır (yer kabuğunun ağırlığının %0,35'i), ancak canlı maddelerde kuru biyokütlenin ortalama %18 veya %45'ini oluşturur.

Atmosferde karbon, karbondioksit CO2'nin ve daha az ölçüde metan CH4'ün bir parçasıdır. Hidrosferde CO2 suda çözünür ve toplam içeriği atmosferik olandan çok daha yüksektir. Okyanus, atmosferdeki CO2'nin düzenlenmesi için güçlü bir tampon görevi görür: havadaki konsantrasyonu arttıkça karbondioksitin su tarafından emilmesi artar. CO 2 moleküllerinin bazıları suyla reaksiyona girerek karbonik asit oluşturur ve bu daha sonra HCO 3 - ve CO 2 - 3 iyonlarına ayrışır. Bu iyonlar kalsiyum veya magnezyum katyonlarıyla reaksiyona girerek karbonatları çökertir. Benzer reaksiyonlar okyanusun tampon sisteminin temelini oluşturur ve Suyun sabit pH'ı.

Atmosferdeki ve hidrosferdeki karbondioksit, karasal bitkiler ve algler tarafından alındığı karbon döngüsündeki bir değişim fonudur. Fotosentez Dünya üzerindeki tüm biyolojik döngülerin temelini oluşturur. Sabit karbon salınımı, fotosentetik organizmaların kendilerinin ve tüm heterotrofların - canlı veya ölü organik madde nedeniyle besin zincirine dahil olan bakteriler, mantarlar, hayvanlar - solunum aktivitesi sırasında meydana gelir.

Pirinç. 7. Karbon döngüsü

CO2'nin, çok sayıda organizma grubunun aktivitesinin yoğunlaştığı, ölü bitki ve hayvan kalıntılarının ayrıştırıldığı ve bitki kök sistemlerinin solunumunun gerçekleştiği topraktan atmosfere dönüşü özellikle aktiftir. Bu tamamlayıcı sürece “toprak solunumu” denir ve havadaki CO2 değişim fonunun yenilenmesine önemli katkı sağlar. Organik maddenin mineralizasyon süreçlerine paralel olarak topraklarda humus oluşur - karbon açısından zengin, karmaşık ve kararlı bir moleküler kompleks. Toprak humusu karadaki önemli karbon depolarından biridir.

Yıkıcıların aktivitelerinin faktörler tarafından engellendiği durumlarda dış ortam(örneğin, toprakta ve rezervuarların dibinde anaerobik bir rejim meydana geldiğinde), bitki örtüsü tarafından biriken organik maddeler ayrışmaz ve zamanla kömür veya kahverengi kömür, turba, sapropel, petrol şist ve diğerleri gibi zengin kayalara dönüşür. Birikmiş güneş enerjisinde. Biyolojik döngüden uzun süre koparak karbon rezerv fonunu yenilerler. Karbon aynı zamanda canlı biyokütlede, ölü çöplerde, okyanusun çözünmüş organik maddesinde vb. geçici olarak birikmektedir. Fakat ana karbon rezerv fonu yazılı olarak canlı organizmalar veya fosil yakıtlar değil, tortul kayaçlar - kireçtaşları ve dolomitler. Bunların oluşumu aynı zamanda canlı maddenin aktivitesiyle de ilişkilidir. Bu karbonatların karbonu uzun süre Dünya'nın bağırsaklarında gömülü kalır ve döngüye yalnızca erozyon sırasında kayalar tektonik döngülere maruz kaldığında girer.

Biyojeokimyasal döngüye, Dünya'daki toplam miktardaki karbonun yalnızca yüzde birlik bir kısmı katılır. Atmosferden ve hidrosferden gelen karbon, canlı organizmaların içinden birçok kez geçer. Kara bitkileri havadaki rezervlerini 4-5 yılda, toprak humusundaki rezervlerini ise 300-400 yılda tüketebilmektedir. Karbonun değişim fonuna ana geri dönüşü, canlı organizmaların faaliyeti nedeniyle meydana gelir ve bunun yalnızca küçük bir kısmı (yüzde binde biri), volkanik gazların bir parçası olarak Dünya'nın bağırsaklarından salınarak telafi edilir.

Şu anda, devasa fosil yakıt rezervlerinin çıkarılması ve yakılması, karbonun rezervden biyosferin değişim fonuna transferinde güçlü bir faktör haline geliyor.

Biyosferdeki azot döngüsü

Atmosfer ve canlı maddeler Dünya'daki tüm nitrojenin %2'sinden azını içerir, ancak gezegendeki yaşamı destekleyen şey de budur. Azot en önemli organik moleküllerin bir parçasıdır - DNA, proteinler, lipoproteinler, ATP, klorofil vb. Bitki dokularında karbona oranı ortalama 1: 30 ve deniz yosununda I: 6'dır. Azotun biyolojik döngüsü dolayısıyla karbonla da yakından ilişkilidir.

Atmosferdeki moleküler azot, bu elementi yalnızca amonyum iyonları, nitratlar şeklinde veya topraktan veya sulu çözeltilerden emebilen bitkiler için erişilemez. Bu nedenle nitrojen eksikliği çoğu zaman sınırlayıcı bir faktördür. Birincil ürünler- inorganik maddelerden organik maddelerin oluşturulmasıyla ilgili organizmaların çalışması. Bununla birlikte, atmosferik nitrojen, özel bakterilerin (azot sabitleyiciler) aktivitesi nedeniyle biyolojik döngüye geniş ölçüde dahil olur.

Amonifiye edici mikroorganizmalar da nitrojen döngüsünde büyük rol oynar. Proteinleri ve diğer azot içeren organik maddeleri amonyağa ayrıştırırlar. Amonyum formunda, nitrojen kısmen bitki kökleri tarafından yeniden emilir ve kısmen nitrifikasyon mikroorganizmaları tarafından durdurulur; bu, mikroorganizmalar grubunun - denitrifikasyon yapıcıların işlevlerinin tersidir.

Pirinç. 8. Azot döngüsü

Toprakta veya sularda anaerobik koşullar altında, organik maddeleri oksitlemek için nitratlardan gelen oksijeni kullanırlar ve yaşamları için enerji elde ederler. Azot moleküler nitrojene indirgenir. Azot fiksasyonu ve denitrifikasyon doğada yaklaşık olarak dengelidir. Nitrojen döngüsü bu nedenle öncelikle bakterilerin aktivitesine bağlıdır; bitkiler ise bu döngünün ara ürünlerini kullanarak ve biyokütle üretimi yoluyla biyosferdeki nitrojen dolaşımının ölçeğini büyük ölçüde artırarak bu döngüye entegre olur.

Bakterilerin nitrojen döngüsündeki rolü o kadar büyüktür ki, türlerinden sadece 20'si yok olsa gezegenimizdeki yaşam da sona erecektir.

Azotun biyolojik olmayan fiksasyonu ve oksitlerinin ve amonyağının toprağa girişi, atmosferik iyonlaşma ve yıldırım deşarjları sırasında yağışlarla da meydana gelir. Modern gübre endüstrisi, mahsul üretimini arttırmak için atmosferik nitrojeni doğal nitrojen sabitlemesinden daha yüksek seviyelerde sabitler.

Şu anda, insan aktivitesi, nitrojen döngüsünü, esas olarak moleküler duruma dönüş süreçleri boyunca bağlı formlara fazla transfer edilmesi yönünde giderek daha fazla etkilemektedir.

Biyosferdeki fosfor döngüsü

ATP, DNA, RNA dahil birçok organik maddenin sentezi için gerekli olan bu element, bitkiler tarafından yalnızca ortofosforik asit iyonları (P0 3 4 +) formunda emilir. Toprakta ve sularda fosforun değişim fonu küçük olduğundan hem karada hem de özellikle okyanusta birincil üretimi sınırlayan unsurlara aittir. Bu elementin biyosfer ölçeğindeki döngüsü kapalı değil.

Karada bitkiler, ayrıştırıcılar tarafından ayrışan organik artıklardan salınan fosfatları topraktan çekerler. Ancak alkali veya asidik topraklarda fosfor bileşiklerinin çözünürlüğü keskin bir şekilde azalır. Fosfatların ana rezerv fonu, jeolojik geçmişte okyanus tabanında oluşan kayalarda bulunur. Kaya liçi sırasında bu rezervlerin bir kısmı toprağa geçer ve süspansiyonlar ve çözeltiler halinde su kütlelerine yıkanır. Hidrosferde fosfatlar, besin zincirlerinden diğer hidrobiyontlara geçen fitoplanktonlar tarafından kullanılır. Bununla birlikte, okyanuslarda fosfor bileşiklerinin çoğu, hayvan ve bitki kalıntılarıyla birlikte dipte gömülür ve ardından tortul kayaçlarla birlikte büyük jeolojik döngüye geçiş yapar. Derinlerde çözünmüş fosfatlar kalsiyuma bağlanarak fosforitler ve apatitleri oluşturur. Biyosferde aslında karadaki kayalardan okyanusun derinliklerine tek yönlü bir fosfor akışı vardır, bu nedenle hidrosferdeki değişim fonu çok sınırlıdır.

Pirinç. 9. Fosfor döngüsü

Gübre üretiminde karasal fosforit ve apatit yatakları kullanılmaktadır. Fosforun tatlı su kütlelerine girişi, “çiçeklenmelerinin” ana nedenlerinden biridir.

Biyosferdeki kükürt döngüsü

Bir dizi amino asidin yapımı için gerekli olan kükürt döngüsü, proteinlerin üç boyutlu yapısından sorumludur ve biyosferde çok çeşitli bakteriler tarafından korunur. Bu döngüdeki bireysel bağlantılar, organik kalıntıların kükürtünü sülfatlara oksitleyen aerobik mikroorganizmaların yanı sıra, sülfatları hidrojen sülfite indirgeyen anaerobik sülfat indirgeyicileri içerir. Listelenen kükürt bakterisi gruplarına ek olarak, hidrojen sülfürü elementel kükürte ve daha sonra sülfatlara oksitlerler. Bitkiler topraktan ve sudan sadece SO2-4 iyonlarını emer.

Ortadaki halka, mevcut sülfat havuzu ile toprağın ve çökeltilerin derinliklerindeki demir sülfür havuzu arasında kükürt alışverişini sağlayan oksidasyon (O) ve indirgeme (R) sürecini göstermektedir.

Pirinç. 10. Kükürt döngüsü. Ortadaki halka, mevcut sülfat havuzu ile toprağın ve çökeltilerin derinliklerinde bulunan demir sülfür havuzu arasında kükürtün değiş tokuş edildiği oksidasyon (0) ve indirgeme (R) sürecini göstermektedir.

Kükürtün ana birikimi, sülfat iyonlarının nehir akıntısıyla sürekli olarak karadan aktığı okyanusta meydana gelir. Hidrojen sülfit sudan salındığında, kükürt kısmen atmosfere geri döner, burada oksitlenerek dioksite dönüşür ve yağmur suyuna dönüşür. sülfürik asit. Büyük miktarlarda sülfatların ve elementel kükürtün endüstriyel kullanımı ve fosil yakıtların yakılması, atmosfere büyük miktarlarda kükürt dioksit salmaktadır. Bitkilere, hayvanlara, insanlara zarar verir ve kaynak görevi görür. asit yağmuru kükürt döngüsüne insan müdahalesinin olumsuz etkilerini şiddetlendiriyor.

Maddelerin dolaşım hızı

Maddelerin tüm döngüleri farklı hızlarda gerçekleşir (Şekil 11)

Böylece gezegendeki tüm biyojenik elementlerin döngüleri, farklı parçaların karmaşık etkileşimi ile desteklenmektedir. Farklı işlevlere sahip organizma gruplarının faaliyetleri, okyanusu ve toprağı birbirine bağlayan akış ve buharlaşma sistemi, su dolaşımı süreçleri ve hava kütleleri yerçekiminin etkisi, levha tektoniği ve diğer büyük ölçekli jeolojik ve jeofizik süreçler.

Biyosfer, çeşitli madde döngülerinin meydana geldiği tek bir karmaşık sistem gibi davranır. Bunların ana itici gücü döngüler gezegenin canlı maddesidir, tüm canlı organizmalar, organik maddenin sentezi, dönüşümü ve ayrışması süreçlerini sağlamak.

Pirinç. 11. Maddelerin dolaşım hızları (P. Cloud, A. Jibor, 1972)

Ekolojik dünya görüşünün temeli, her canlının kendisini etkileyen birçok farklı faktörle çevrelendiği ve bunların birlikte yaşam alanını, yani bir biyotopu oluşturduğu fikridir. Buradan, biyotop - belirli bitki veya hayvan türlerinin yaşam koşulları açısından homojen olan bir bölge bölümü(bir dağ geçidinin eğimi, kentsel orman parkı, küçük göl veya büyük bir gölün bir kısmı, ancak homojen koşullarla - kıyı kısmı, derin su kısmı).

Belirli bir biyotopun karakteristik özelliği olan organizmalar oluşur yaşam topluluğu veya biyosinoz(göllerin, çayırların, kıyı şeritlerinin hayvanları, bitkileri ve mikroorganizmaları).

Yaşayan bir topluluk (biyosenoz), biyotopu ile tek bir bütün oluşturur. ekolojik sistem (ekosistem). Doğal ekosistemlere örnek olarak karınca yuvası, göl, gölet, çayır, orman, şehir, çiftlik verilebilir. Yapay ekosistemin klasik bir örneği uzay gemisidir. Gördüğünüz gibi burada katı bir mekansal yapı yok. Ekosistem kavramına yakın bir kavramdır biyojeosinoz.

Ekosistemlerin ana bileşenleri şunlardır:

• cansız (abiyotik) çevre. Bunlar su, mineraller, gazların yanı sıra organik madde ve humustur;
• biyotik bileşenler. Bunlar şunları içerir: üreticiler veya üreticiler (yeşil bitkiler), tüketiciler veya tüketiciler (üreticilerle beslenen canlılar) ve ayrıştırıcılar veya ayrıştırıcılar (mikroorganizmalar).

Doğa son derece ekonomik bir şekilde çalışmaktadır. Böylece organizmaların yarattığı biyokütle (organizmaların vücutlarının maddesi) ve içerdikleri enerji ekosistemin diğer üyelerine aktarılır: hayvanlar bitkileri yerler, bu hayvanlar diğer hayvanlar tarafından yenir. Bu süreç denir yiyecek veya trofik zincir. Doğada besin zincirleri sıklıkla kesişir. bir besin ağı oluşturur.

Besin zinciri örnekleri: bitki - otobur - yırtıcı; tahıl - tarla faresi - tilki vb. ve besin ağı Şekil 1'de gösterilmektedir. 12.

Dolayısıyla biyosferdeki denge durumu, ekosistemlerin tüm bileşenleri arasında sürekli madde ve enerji alışverişi yoluyla sağlanan biyotik ve abiyotik çevresel faktörlerin etkileşimine dayanmaktadır.

Doğal ekosistemlerin kapalı dolaşımlarında diğerleriyle birlikte iki faktörün katılımı gereklidir: ayrıştırıcıların varlığı ve sürekli güneş enerjisi temini. Kentsel ve yapay ekosistemlerde ayrıştırıcıların sayısı çok azdır veya hiç yoktur, dolayısıyla sıvı, katı ve gaz halindeki atıklar birikerek çevreyi kirletir.

Pirinç. 12. Besin ağı ve maddenin akış yönü

Dünya üzerinde kendi kendini idame ettirebilen yaşamın temeli biyojeokimyasal döngüler. Organizmaların yaşam süreçlerinde kullanılan tüm kimyasal elementler, canlı bedenlerden bileşiklere geçerek sürekli hareket halindedir. cansız doğa ve geri. Aynı atomların yeniden kullanılma olasılığı, gerekli miktarda enerjinin sürekli olarak sağlanması koşuluyla, Dünya'daki yaşamı neredeyse sonsuz hale getiriyor.

Madde döngüsü türleri. Dünyanın biyosferi belirli bir madde döngüsü ve enerji akışı ile karakterize edilir. Maddelerin döngüsü – Dünya biyosferinin bir parçası olan katmanlar da dahil olmak üzere atmosferde, hidrosferde ve litosferde meydana gelen süreçlere maddelerin tekrar tekrar katılımı. Maddelerin dolaşımı, Güneş'in dış enerjisinin ve Dünyanın iç enerjisinin sürekli beslenmesi (akışı) ile gerçekleşir.

İtici güce bağlı olarak, belli bir derecede konvansiyonla, madde döngüsü içerisinde jeolojik, biyolojik ve antropojenik döngüler ayırt edilebilir. İnsanın Dünya'da ortaya çıkışından önce yalnızca ilk ikisi gerçekleşmişti.

Jeolojik döngü (doğadaki maddelerin büyük döngüsü) – İtici gücü dışsal ve içsel jeolojik süreçler olan madde döngüsü.

Endojen süreçler(iç dinamik süreçleri) Dünya'nın iç enerjisinin etkisi altında meydana gelir. Bu, radyoaktif bozunma, mineral oluşumunun kimyasal reaksiyonları, kayaların kristalleşmesi vb. sonucunda açığa çıkan enerjidir. Endojen süreçler şunları içerir: tektonik hareketler, depremler, magmatizma, metamorfizma. Dışsal süreçler(dış dinamik süreçleri) Güneş'in dış enerjisinin etkisi altında meydana gelir. Dışsal süreçler arasında kayaların ve minerallerin aşınması, yıkım ürünlerinin yer kabuğunun bazı bölgelerinden uzaklaştırılması ve bunların yeni alanlara aktarılması, tortul kayaçların oluşumuyla yıkım ürünlerinin birikmesi ve birikmesi yer alır. Eksojen süreçler, atmosferin, hidrosferin (nehirler, geçici akarsular, yeraltı suyu, denizler ve okyanuslar, göller ve bataklıklar, buz) yanı sıra canlı organizmalar ve insanların jeolojik aktivitesini içerir.

En büyük yer şekilleri (kıtalar ve okyanus havzaları) ve büyük şekiller (dağlar ve ovalar) endojen süreçlerle, orta ve küçük yer şekilleri ise (dağlar ve ovalar) oluşmuştur. nehir vadileri, tepeler, dağ geçitleri, kum tepeleri vb.) dışsal süreçler nedeniyle daha büyük formların üzerine bindirilmiştir. Bu nedenle, endojen ve eksojen süreçler eylemlerinde zıttır. Birincisi büyük kabartma formlarının oluşmasına, ikincisi ise yumuşatılmasına yol açar.

Magmatik kayaçlar hava koşullarının etkisiyle tortul kayaçlara dönüşür. Yerkabuğunun hareketli bölgelerinde, Dünya'nın derinliklerine dalarlar. Orada, yüksek sıcaklık ve basınçların etkisi altında eriyip magma oluştururlar, bu da yüzeye çıkıp katılaşarak magmatik kayaçlar oluşturur.

Böylece, maddelerin jeolojik döngüsü canlı organizmaların katılımı olmadan gerçekleşir ve maddeleri biyosfer ile Dünyanın daha derin katmanları arasında yeniden dağıtır.

Biyolojik (biyojeokimyasal) döngü (biyosferdeki maddelerin küçük döngüsü) – İtici gücü canlı organizmaların aktivitesi olan maddelerin döngüsü. Büyük jeolojik döngünün aksine, biyosferde maddelerin küçük biyojeokimyasal döngüsü meydana gelir. Döngüdeki ana enerji kaynağı, fotosentezi oluşturan güneş ışınımıdır. Bir ekosistemde organik maddeler ototroflar tarafından inorganik maddelerden sentezlenir. Daha sonra heterotroflar tarafından tüketilirler. Yaşam süreçleri sırasında veya organizmaların (hem ototroflar hem de heterotroflar) ölümünden sonra atılımın bir sonucu olarak, organik maddeler mineralizasyona, yani inorganik maddelere dönüşmeye uğrar. Bu inorganik maddeler, ototroflar tarafından organik maddelerin sentezi için yeniden kullanılabilir.

Biyojeokimyasal döngülerde iki kısım ayırt edilmelidir:

1) yedek fonlar - bu, canlı organizmalarla ilişkili olmayan bir maddenin parçasıdır;

2) değişim fonu – Organizmalar ve onların yakın çevreleri arasında doğrudan alışverişle ilişkilendirilen maddenin önemli ölçüde daha küçük bir kısmı. Rezerv fonunun konumuna bağlı olarak biyojeokimyasal döngüler iki türe ayrılabilir:

1) Gaz tipi girdaplar atmosferde ve hidrosferde (karbon, oksijen, nitrojen döngüleri) rezerv madde rezervi ile.

2) Tortul girdaplar yer kabuğunda bir rezerv fonu ile (fosfor, kalsiyum, demir döngüleri vb.).

Gaz tipi dolaşımlar daha mükemmeldir çünkü büyük bir değişim fonuna sahiptirler ve bu nedenle hızlı bir şekilde kendi kendini düzenleme yeteneğine sahiptirler. Tortul döngüler daha az mükemmeldir, daha hareketsizdirler, çünkü maddenin büyük bir kısmı yer kabuğunun rezerv fonunda canlı organizmalar için "erişilemez" bir biçimde bulunur. Bu tür döngüler çeşitli etkilerle kolayca bozulur ve değiştirilen malzemenin bir kısmı döngüden çıkar. Ancak jeolojik süreçler sonucunda ya da canlı maddeler tarafından çıkarılmasıyla tekrar döngüye dönebilir. Ancak canlı organizmaların ihtiyaç duyduğu maddeleri yer kabuğundan çıkarmak, atmosferden çıkarmaktan çok daha zordur.

Biyolojik döngünün yoğunluğu öncelikle ortam sıcaklığı ve su miktarı tarafından belirlenir. Örneğin biyolojik döngü nemli ortamlarda daha yoğun ilerler. tropikal ormanlar tundrada olduğundan daha.

İnsanın gelişiyle birlikte maddelerin antropojenik dolaşımı veya değişimi ortaya çıktı. Antropojenik döngü (değişim) – İtici gücü insan faaliyeti olan maddelerin döngüsü (metabolizması). İçinde iki bileşen var: biyolojik,İnsanın yaşayan bir organizma olarak işleyişiyle ilişkili ve teknik,İnsanın ekonomik faaliyetleriyle ilgili (teknolojik döngü).

Jeolojik ve biyolojik döngüler büyük ölçüde kapalıdır, bu da antropojenik döngü için söylenemez. Bu nedenle genellikle antropojenik döngüden değil, antropojenik metabolizmadan bahsederler. Antropojenik madde döngüsünün açıklığı, doğal kaynakların tükenmesi ve doğal çevrenin kirlenmesi -İnsanlığın tüm çevre sorunlarının temel nedenleri.

Temel besin ve elementlerin döngüleri. Canlı organizmalar için en önemli madde ve elementlerin döngülerini ele alalım. Su döngüsü büyük jeolojik döngüyü, biyojenik elementlerin (karbon, oksijen, nitrojen, fosfor, kükürt ve diğer biyojenik elementler) döngüleri ise küçük biyojeokimyasal döngüyü ifade eder.

Su döngüsü kara ile okyanus arasında atmosfer yoluyla gerçekleşen büyük jeolojik döngüyü ifade eder. Su, okyanusların yüzeyinden buharlaşır ve ya karaya taşınır, burada yağış olarak düşer, yüzey ve yer altı akışı şeklinde okyanusa geri döner ya da okyanus yüzeyine yağış olarak düşer. Dünyadaki su döngüsüne yılda 500 bin km3'ten fazla su katılmaktadır. Su döngüsü bir bütün olarak gezegenimizdeki doğal koşulların şekillenmesinde önemli bir rol oynuyor. Suyun bitkiler tarafından terlemesi ve biyojeokimyasal döngüde emilmesi dikkate alındığında, Dünya'daki su kaynaklarının tamamı parçalanarak 2 milyon yıl içinde eski haline dönmektedir.

Karbon döngüsü.Üreticiler atmosferden karbondioksiti yakalayıp organik maddelere dönüştürür, tüketiciler alt düzey üretici ve tüketicilerin vücutları ile karbonu organik madde formunda emer, ayrıştırıcılar organik maddeleri mineralize ederek karbonu karbondioksit şeklinde atmosfere geri verir. . Dünya Okyanusunda, ölü organizmalarda bulunan karbonun bir kısmının dibe çökerek tortul kayaçlarda birikmesi nedeniyle karbon döngüsü karmaşıklaşmaktadır. Karbonun bu kısmı biyolojik döngünün dışında bırakılır ve maddelerin jeolojik döngüsüne girer.

Biyolojik olarak bağlı karbonun ana rezervuarı ormanlardır; atmosferdeki rezervinin 2/3'ü olan bu elementin 500 milyar tona kadarını içerirler. Karbon döngüsüne insan müdahalesi (kömürün, petrolün, gazın yakılması, nem alma), atmosferdeki CO2 içeriğinin artmasına ve sera etkisinin gelişmesine yol açar.

CO 2 dolaşım hızı, yani atmosferdeki tüm karbondioksitin canlı maddelerden geçme süresi yaklaşık 300 yıldır.

Oksijen döngüsü. Oksijen döngüsü esas olarak atmosfer ve canlı organizmalar arasında gerçekleşir. Temel olarak serbest oksijen (0^), yeşil bitkilerin fotosentezi sonucu atmosfere girerek hayvanların, bitkilerin ve mikroorganizmaların solunum sürecinde ve organik kalıntıların mineralizasyonu sırasında tüketilir. Ultraviyole radyasyonun etkisi altında su ve ozondan az miktarda oksijen oluşur. Volkanik patlamalar vb. sırasında yer kabuğundaki oksidatif süreçler tarafından büyük miktarda oksijen tüketilir. Oksijenin büyük bir kısmı kara bitkileri tarafından üretilir - neredeyse 3/4'ü, geri kalanı - Dünya Okyanusu'ndaki fotosentetik organizmalar tarafından. Döngünün hızı yaklaşık 2 bin yıldır.

Fotosentez sırasında üretilen oksijenin yıllık %23'ünün endüstriyel ve evsel ihtiyaçlar için tüketildiği ve bu rakamın sürekli arttığı tespit edilmiştir.

Nitrojen döngüsü. Atmosferdeki nitrojen (N2) arzı çok büyüktür (hacminin% 78'i). Bununla birlikte, bitkiler serbest nitrojeni ememezler, ancak yalnızca bağlı formda, esas olarak NH4+ veya NO3- formunda emerler. Atmosferdeki serbest nitrojen, nitrojeni sabitleyen bakteriler tarafından sabitlenir ve bitkilerin kullanabileceği formlara dönüştürülür. Bitkilerde azot, organik maddede (proteinlerde, nükleik asitlerde vb.) sabitlenir ve besin zincirleri yoluyla aktarılır. Canlı organizmaların ölümünden sonra, ayrıştırıcılar organik maddeleri mineralize eder ve bunları amonyum bileşiklerine, nitratlara, nitritlere ve ayrıca atmosfere geri dönen serbest nitrojene dönüştürür.

Nitratlar ve nitritler suda yüksek oranda çözünür, yeraltı sularına ve bitkilere geçebilir ve besin zincirleri yoluyla aktarılabilir. Azotlu gübrelerin yanlış kullanıldığında sıklıkla görülen miktarları aşırı büyükse, su ve yiyecekler kirlenir ve insan hastalıklarına neden olur.

Fosfor döngüsü. Fosforun büyük kısmı geçmiş jeolojik çağlarda oluşan kayalarda bulunur. Fosfor, kayaların ayrışma süreçlerinin bir sonucu olarak biyojeokimyasal döngüye dahil edilir. Karasal ekosistemlerde bitkiler, fosforu topraktan (çoğunlukla PO 4 3- formunda) alıp organik bileşiklere (proteinler, nükleik asitler, fosfolipidler vb.) dahil eder veya inorganik formda bırakır. Fosfor daha sonra besin zincirleri yoluyla aktarılır. Fosfor, canlı organizmaların ölümü ve atılımları ile toprağa geri döner.

Fosforlu gübrelerin yanlış kullanımı, toprakların su ve rüzgar erozyonu ile topraktan büyük miktarda fosfor uzaklaştırılır. Bu bir yandan aşırı fosforlu gübre tüketimine ve fosfor içeren cevher rezervlerinin (fosforitler, apatit vb.) tükenmesine yol açar. Öte yandan, topraktan su kütlelerine büyük miktarlarda fosfor, nitrojen, kükürt vb. biyojenik elementlerin girişi, siyanobakterilerin ve diğer su bitkilerinin hızlı bir şekilde gelişmesine (suyun "çiçeklenmesine") neden olur ve ötrofikasyon rezervuarlar. Ancak fosforun büyük kısmı denize taşınıyor.

Su ekosistemlerinde fosfor, fitoplanktonlar tarafından emilir ve besin zinciri boyunca deniz kuşlarına aktarılır. Dışkıları ya hemen denize karışıyor ya da önce kıyıda birikiyor, sonra yine denize karışıyor. Ölen deniz hayvanlarından, özellikle balıklardan, fosfor tekrar denize ve döngüye girer, ancak bazı balık iskeletleri büyük derinliklere ulaşır ve içlerinde bulunan fosfor tekrar tortul kayaçlara dönüşür, yani biyojeokimyasal döngüden kapatılır. .

Kükürt döngüsü. Kükürtün ana rezerv fonu çökeltilerde ve toprakta bulunur, ancak fosforun aksine atmosferde bir rezerv fonu vardır. ana rol kükürtün biyojeokimyasal döngüye katılımı mikroorganizmalara aittir. Bunlardan bazıları indirgeyici ajanlar, bazıları ise oksitleyici ajanlardır.

Kayalarda kükürt, sülfitler (FeS 2 vb.) formunda, çözeltilerde - bir iyon formunda (SO 4 2–), gaz fazında hidrojen sülfit (H 2 S) formunda bulunur. veya kükürt dioksit (S02). Bazı organizmalarda kükürt saf haliyle birikir ve öldüklerinde denizlerin dibinde doğal kükürt birikintileri oluşur.

Karasal ekosistemlerde kükürt bitkilere topraktan esas olarak sülfat formunda girer. Canlı organizmalarda kükürt proteinlerin içinde iyonlar vb. şeklinde bulunur. Canlı organizmaların ölümünden sonra topraktaki kükürtün bir kısmı mikroorganizmalar tarafından H2S'ye indirgenir, diğer kısmı ise sülfatlara oksitlenir ve tekrar döngüye dahil olur. Ortaya çıkan hidrojen sülfür atmosfere buharlaşır, burada oksitlenir ve çökelmeyle birlikte toprağa geri döner.

Fosil yakıtların (özellikle kömür) insan tarafından yakılması ve kimya endüstrisinden kaynaklanan emisyonlar, atmosferde su buharı ile reaksiyona giren ve asit yağmuru şeklinde yere düşen kükürt dioksitin (SO2) birikmesine neden olur. .

Biyojeokimyasal döngüler jeolojik döngüler kadar büyük ölçekli değildir ve büyük ölçüde insan etkisine tabidir. Ekonomik faaliyet onların izolasyonunu ihlal ediyor, döngüsel olmuyorlar.

Sayfa 1

Jeolojik döngü (doğadaki büyük madde döngüsü), itici gücü dışsal ve içsel jeolojik süreçler olan bir madde döngüsüdür.

Jeolojik döngü, itici gücü dışsal ve içsel jeolojik süreçler olan maddelerin dolaşımıdır.

Jeolojik döngünün sınırları biyosferin sınırlarından çok daha geniştir; genliği, biyosferin çok ötesinde yer kabuğunun katmanlarını kapsar. Ve en önemlisi canlı organizmalar bu döngünün süreçlerinde ikincil bir rol oynamaktadır.

Böylece, maddelerin jeolojik döngüsü canlı organizmaların katılımı olmadan gerçekleşir ve maddeleri biyosfer ile Dünyanın daha derin katmanları arasında yeniden dağıtır.

Jeolojik döngünün büyük döngüsündeki en önemli rol, hem biyosfer hem de teknosferik maddenin küçük döngüleri tarafından oynanır; bu döngülerde madde, büyük jeokimyasal akıştan uzun bir süre için kapatılır, sonsuz sentez döngülerine dönüşür ve ayrışma.

Jeolojik döngünün büyük döngüsündeki en önemli rol, hem biyosfer hem de teknosferik maddenin küçük döngüleri tarafından oynanır; bu döngülerde madde, büyük jeokimyasal akıştan uzun bir süre için kapatılır, sonsuz sentez döngülerine dönüşür ve ayrışma.

Bu karbon yavaş jeolojik döngüde yer alır.

Yavaş jeolojik döngüde yer alan bu karbondur. Dünyadaki yaşam ve atmosferin gaz dengesi, küçük (biyojenik) döngüye katılan bitki (5 10 ton) ve hayvan (5 109 ton) dokularında bulunan nispeten küçük miktarlardaki karbon tarafından desteklenir. Ancak şu anda insanlar, karbon da dahil olmak üzere maddelerin döngüsünü yoğun bir şekilde kapatıyor. Örneğin, tüm evcil hayvanların toplam biyokütlesinin halihazırda tüm yabani kara hayvanlarının biyokütlesini aştığı tahmin edilmektedir. Ekili bitki alanları, doğal biyojeosinoz alanlarına yaklaşıyor ve birçok kültürel ekosistem, insanlar tarafından sürekli olarak arttırılan verimlilik açısından doğal olanlardan önemli ölçüde üstün.

Zaman ve mekan açısından en kapsamlı olanı, maddelerin jeolojik döngüsüdür.

Doğada 2 tür madde döngüsü vardır: kara ve okyanus arasındaki büyük veya jeolojik madde döngüsü; küçük veya biyolojik - toprak ve bitkiler arasında.

Bitkinin topraktan çıkardığı su, buhar halinde atmosfere girer, daha sonra soğuyarak yoğunlaşır ve yağış şeklinde toprağa veya okyanusa geri döner. Jeolojik su döngüsü mekanik yeniden dağıtım, çökelme ve birikim sağlar katı yağış karada ve rezervuarların dibinde ve ayrıca toprak ve kayaların mekanik olarak tahrip edilmesi sürecinde. Ancak suyun kimyasal işlevi canlı organizmaların veya onların metabolik ürünlerinin katılımıyla gerçekleştirilir. Topraklar gibi doğal sular da karmaşık biyoinert maddelerdir.

İnsan jeokimyasal aktivitesi biyolojik ve jeolojik süreçlerle ölçek olarak karşılaştırılabilir hale geliyor. Jeolojik döngüde soyulma bağlantısı keskin bir şekilde artar.

Genel karakter ve biyolojik üzerinde ana iz bırakan faktör. Aynı zamanda, jeolojik su döngüsü sürekli olarak tüm bu unsurları ufalanan kara katmanlarından okyanus havzasına doğru yıkamaya çabalıyor. Bu nedenle bitki besin elementlerinin toprakta korunması, bunların suda kesinlikle çözünmeyen bir forma dönüştürülmesini gerektirir. Bu gereksinim canlı organik madde tarafından karşılanır.

Dünyadaki güneş enerjisi iki madde döngüsüne neden olur: büyük (jeolojik) en açık şekilde su döngüsünde ve atmosferik dolaşımda ortaya çıkar ve küçük, biyolojik(biyotik), büyük bir temelde gelişen ve sürekli, döngüsel, ancak zaman ve mekan açısından eşit olmayan bir şekilde oluşan ve çeşitli düzeylerdeki ekolojik sistemler içinde maddenin, enerjinin ve bilginin doğal yeniden dağıtımında az çok önemli kayıpların eşlik ettiği organizasyon. Her iki döngü de birbirine bağlıdır ve sanki tek bir süreci temsil eder.

Milyonlarca yıl sürer. Kayalar yok edilir, yıpranır ve su akıntılarıyla Dünya Okyanusu'na taşınır, burada güçlü deniz katmanları oluşur. Bazı kimyasal bileşikler suda çözünür veya biyosinoz tarafından tüketilir. Büyük yavaş jeotonik değişiklikler, kıtaların çökmesi ve deniz tabanının yükselmesiyle ilişkili süreçler, denizlerin ve okyanusların uzun süre hareketi, bu katmanların karaya dönmesine ve sürecin yeniden başlamasına neden olur.

Biyolojik döngü Daha büyük olanın bir parçası olan biyojeosinoz seviyesinde meydana gelir ve topraktan, sudan ve havadan gelen besinlerin bitkilerde birikmesi ve bunların kütlelerini ve yaşam süreçlerini oluşturmak için harcanmasından oluşur. Bakterilerin etkisi altındaki organik maddenin çürüme ürünleri, yine bitkilerin erişebileceği mineral bileşenlere ayrışır ve onlar tarafından madde akışına çekilir.

Abiyotik faktörlerin ve ekosistemin canlı organizmalarının etkileşimine, biyotop ile biyosenoz arasında alternatif organik ve mineral bileşikler formunda sürekli bir madde dolaşımı eşlik eder. Ekosistem içerisinde çeşitli aşamaları gerçekleşen, canlı organizmalar ile inorganik çevre arasındaki kimyasal element alışverişine denir. biyojeokimyasal döngü veya biyojeokimyasal döngü.

Bu tür döngülerin varlığı, sistemin kendi kendini düzenlemesi (homeostazisi) için fırsat yaratır, bu da ekosisteme istikrar sağlar: çeşitli elementlerin yüzdesinin inanılmaz bir sabitliği.

Temel biyokimyasal döngüler .

Su döngüsü

Dünya'ya ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık üçte biri su döngüsünü harekete geçirmek için harcanıyor. Deniz, yağış yoluyla aldığından daha fazlasını buharlaşma nedeniyle kaybeder. Karada ise durum tam tersi. Yani kara ekosistemlerini destekleyen yağışların önemli bir kısmı denizlerden bize geliyor.

Bununla birlikte, belirli bir alanın bitki örtüsü, özellikle kıtanın iç kısmında yer alan veya denizden bir dağ sırtıyla "perdelenen" bölgelerde, su döngüsüne de önemli bir katkı sağlar. Gerçek şu ki, bitkilere topraktan giren suyun neredeyse tamamı (% 97-99) yapraklar aracılığıyla buharlaşıyor. Buna terleme denir. Buharlaşma yaprakları soğutur ve bitkilerdeki besin maddelerinin hareketini destekler.

Karbon döngüsü

Karbon yaşam için en önemli bileşenlerden biridir. Fotosentez sırasında organik maddeye dahil edilir. Daha sonra büyük kısmı hayvanların besin zincirlerine girer ve vücutlarında çeşitli karbonhidrat türleri şeklinde birikir.

Karbon döngüsündeki ana rol, karbondioksit CO2'nin atmosferik ve hidrosfer fonları tarafından oynanır. Bu fon, bitki ve hayvanların solunumunun yanı sıra ölü organik maddelerin ayrışmasıyla da yenilenir. Döngüden bir miktar karbon çöplüklere kaçıyor. Ancak içindeki kişi Son zamanlarda Bu mezarlıkların geliştirilmesi, milyonlarca yıl boyunca biriken karbon ve yaşam için önemli olan diğer elementlerin yaşam döngüsüne kazandırılması konusunda oldukça başarılıdır. Fotosentetik yeşil kuşak ve denizin karbonat sistemi, atmosferde sabit bir CO2 seviyesini korur.

Nitrojen döngüsü

Azot, ana amino asitlerin bir parçasıdır Yapı malzemesi proteinler için. Azotun ana kaynağı, nitrojenin toprağa girdiği ve daha sonra nitrojeni sabitleyen organizmaların (belirli bakteri türleri, mavi-yeşil algler ve mantarlar) aktivitesinin sonucu olan sadece nitrat formunda bitkilere girdiği atmosferdir. .

Bitkiler için ikinci azot kaynağı, organik maddenin, özellikle proteinlerin ayrışmasının sonucudur. Bu durumda, başlangıçta nitrifikasyon bakterileri tarafından nitratlara ve nitritlere dönüştürülen amonyak oluşur.

Azotun atmosfere dönüşü, nitratları serbest nitrojen ve oksijene ayrıştıran denitrifikasyon bakterilerinin aktivitesinin bir sonucu olarak meydana gelir.

Fosfor döngüsü

Fosfor, biyolojik sistemlerde vücudun yapısı hakkındaki bilgilerin kaydedilmesi, saklanması ve okunmasıyla ilgili işlevleri yerine getiren nükleik asitlerin (RNA ve DNA) gerekli bir bileşenidir. Fosfor oldukça nadir bir elementtir. Fosfor yalnızca birkaç kimyasal bileşikte bulunur. Dolaşır ve organik maddeyi daha sonra bitkiler tarafından kullanılabilecek fosfatlara dönüştürür. Fosfor döngüsünün özelliği, içinde gaz fazının bulunmamasıdır. Yani fosforun ana deposu atmosfer değil, geçmiş çağlarda oluşan kayalar ve diğer birikintilerdir. Bu kayalar erozyona maruz kalıyor ve fosfatlar ekosistemlere salınıyor. Fosfor, kara ve deniz organizmaları tarafından tekrar tekrar tüketildikten sonra en sonunda dipteki çökeltilere atılır. Bu fosfor eksikliğini tehdit eder. Geçmişte deniz kuşlarının döngüye fosforu geri kazandırdığı görülüyor. Günümüzde fosforun ana tedarikçisi, büyük miktarda fosfor yakalayan insanlardır. deniz balığı, ayrıca dip çökeltilerinin fosfatlara işlenmesi.

Kükürt döngüsü

Kükürt birçok proteinin sentezi için gerekli bir elementtir. Biyosistemler çok az kükürt gerektirir.

Kükürt döngüsü hava, su ve toprakta gerçekleşir. Nitrat ve fosfat gibi SO4 sülfat da bitkiler tarafından indirgenen ve proteinlere dahil edilen kükürtün mevcut ana formudur. Daha sonra ekosistemlerin besin zincirlerinden geçerek hayvan dışkısıyla döngüye geri döner. Biyosfere giren kükürt bileşiklerinin ana kaynakları insan üretim faaliyetleri (kömür ve kükürt içeren hidrokarbonların yakılması), volkanlar, organik maddenin ayrışması ve kükürt içeren cevher ve minerallerin ayrışmasıdır.

Öğeleri döngüye döndürmenin yolları :

• mikrobiyal ayrışma yoluyla;
• hayvan dışkısı yoluyla;
• simbiyozda bitkiden bitkiye doğrudan aktarım;
• fiziksel süreçler (yıldırım, iyonlaşma vb.);
• yakıt enerjisi nedeniyle (örneğin endüstriyel nitrojen fiksasyonu sırasında);
• otoliz (kendi kendine çözünme) - mikroorganizmaların katılımı olmadan besin maddelerinin bitki kalıntılarından ve dışkılardan salınması.

Doğal geri dönüşüm mekanizmalarını yok etmezseniz ve zehirlemezseniz, çoğunlukla suyu ve besinleri kendiliğinden döngüye geri döndürürler. Ne yazık ki, insan birçok maddenin hareketini o kadar hızlandırıyor ki, döngüler kusurlu hale geliyor veya süreç döngüselliğini kaybediyor: bazı yerlerde bazı maddeler eksik, bazı yerlerde ise fazla oluyor.

Büyük (jeolojik) ve küçük (biyojeokimyasal) madde döngüsü

Gezegenimizdeki tüm maddeler dolaşım halindedir. Güneş enerjisi Dünya üzerinde iki madde döngüsüne neden olur:

Büyük (jeolojik veya abiyotik);

Küçük (biyotik, biyojenik veya biyolojik).

Madde döngüleri ve kozmik enerji akışları biyosferin istikrarını yaratır. Abiyotik faktörlerin (cansız doğa) etkisi sonucu oluşan katı madde ve su döngüsüne büyük jeolojik döngü denir. Büyük bir jeolojik döngü sırasında (milyonlarca yıl süren), kayalar yok edilir, aşınır, maddeler çözülür ve Dünya Okyanuslarına girer; jeotektonik değişiklikler, kıtaların çökmesi ve deniz yatağının yükselmesi meydana gelir. Buzullarda su döngüsü süresi 8.000 yıl, nehirlerde ise 11 gündür. Canlı organizmalara besin sağlayan ve onların varoluş koşullarını büyük ölçüde belirleyen büyük döngüdür.

Biyosferdeki büyük jeolojik döngü iki şekilde karakterize edilir: önemli noktalar: oksijen karbon jeolojik

• a) Dünyanın tüm jeolojik gelişimi boyunca gerçekleştirilir;
• b) önde gelen bir rol oynayan modern bir gezegensel süreçtir. Daha fazla gelişme biyosfer.

İnsan gelişiminin mevcut aşamasında, büyük döngünün bir sonucu olarak, kükürt ve nitrojen oksitler gibi kirleticiler, toz ve radyoaktif yabancı maddeler de uzun mesafelere taşınmaktadır. En çok kirlenen alanlar şunlardı: ılıman enlemler Kuzey yarımküre.

Maddelerin küçük, biyojenik veya biyolojik döngüsü, canlı organizmaların katılımıyla katı, sıvı ve gaz halinde meydana gelir. Biyolojik döngü, jeolojik döngünün aksine daha az enerji gerektirir. Küçük döngü, büyük döngünün bir parçasıdır, biyojeosinoz düzeyinde (ekosistemler içinde) meydana gelir ve toprak besinlerinin, suyun ve karbonun bitki maddesinde birikmesi ve vücudun inşası için harcanması gerçeğinden oluşur. Organik maddenin bozunma ürünleri mineral bileşenlere ayrışır. Maddelerin ve enerjinin dışarıdan ekosisteme akışı ve bir kısmının biyosfer döngüsüne salınması ile ilişkili olan küçük döngü kapalı değildir.

Birçok kimyasal element ve bunların bileşikleri büyük ve küçük döngülere dahil olur, ancak bunlardan en önemlileri, insanın ekonomik faaliyetleriyle ilişkili olarak biyosferin mevcut gelişim aşamasını belirleyenlerdir. Bunlar arasında karbon, kükürt ve nitrojen döngüleri (oksitleri atmosferin ana kirleticileridir) ve ayrıca fosfor (fosfatlar kıtasal suların ana kirleticisidir) döngüleri yer alır. Neredeyse tüm kirleticiler zararlı maddeler gibi davranır ve ksenobiyotik olarak sınıflandırılır. Şu anda büyük önem ksenobiyotikler - toksik elementler - cıva (bir gıda kirleticisi) ve kurşun (benzinin bir bileşeni) döngüsüne sahiptirler. Ayrıca biyotaya ve insan sağlığına zarar veren antropojenik kökenli birçok madde (DDT, pestisitler, radyonüklidler vb.) büyük döngüden küçük döngüye doğru gelmektedir.

Biyolojik döngünün özü, iki zıt fakat birbirine bağlı sürecin ortaya çıkmasında yatmaktadır - organik maddenin yaratılması ve onun canlı madde tarafından yok edilmesi.

Büyük girdaptan farklı olarak, küçük girdap farklı bir süreye sahiptir: mevsimsel, yıllık, çok yıllık ve laik küçük girdaplar ayırt edilir. Kimyasal reaksiyonlardan elde edilen güneş enerjisini kullanarak inorganik ortamdan bitki örtüsü ve hayvanlar aracılığıyla kimyasalların inorganik ortama geri dönmesine biyojeokimyasal döngü denir.

Gezegenimizin bugünü ve geleceği, canlı organizmaların biyosferin işleyişine katılımına bağlıdır. Madde döngüsünde, canlı madde veya biyokütle biyojeokimyasal işlevleri yerine getirir: gaz, konsantrasyon, redoks ve biyokimyasal.

Biyolojik döngü, canlı organizmaların katılımıyla oluşur ve organik maddenin inorganikten çoğaltılmasından ve bu organik maddenin besin zinciri yoluyla inorganiğe ayrışmasından oluşur. Biyolojik döngüdeki üretim ve yıkım süreçlerinin yoğunluğu, ısı ve nem miktarına bağlıdır. Örneğin, düşük hız Kutup bölgelerindeki organik maddenin ayrışması ısı eksikliğine bağlıdır.

Biyolojik döngünün yoğunluğunun önemli bir göstergesi, kimyasal elementlerin dolaşım hızıdır. Yoğunluk, orman çöpü kütlesinin çöpe oranına eşit bir indeks ile karakterize edilir. Endeks ne kadar yüksek olursa dolaşımın yoğunluğu o kadar düşük olur.

Dizin girişi iğne yapraklı ormanlar- 10 - 17; geniş yapraklı 3 - 4; savan 0,2'den fazla değil; tropik yağmur ormanlarında 0,1'den fazla değil, yani. Burada biyolojik döngü en yoğundur.

Elementlerin (azot, fosfor, kükürt) mikroorganizmalar yoluyla akışı, bitki ve hayvanlardan çok daha yüksektir. Biyolojik döngü tamamen tersine çevrilemez; biyojeokimyasal döngüyle yakından ilişkilidir. Kimyasal elementler biyosferde biyolojik döngünün çeşitli yolları boyunca dolaşır:

• - canlı madde tarafından emilir ve enerji ile yüklenir;
• - canlı maddeyi bırakın, enerjiyi dış ortama bırakın.

Bu döngüler iki türdendir: gaz halindeki maddelerin döngüsü; tortul döngü (yer kabuğundaki rezerv).

Girdapların kendisi iki bölümden oluşur:

• - rezerv fonu (bu, maddenin canlı organizmalarla ilişkili olmayan kısmıdır);
• - mobil (değişim) fonu (organizmalar ve yakın çevreleri arasında doğrudan değişimle ilişkili maddenin daha küçük bir kısmı).

Girdiler ikiye ayrılır:

• - yerkabuğunda rezerv fonu bulunan gaz tipi döngüler (karbon, oksijen, nitrojen döngüleri) - hızlı bir şekilde kendi kendini düzenleme yeteneğine sahip;
• - yer kabuğunda rezerv fonu bulunan tortul döngüler (fosfor, kalsiyum, demir vb. döngüleri) daha atıldır, maddenin büyük kısmı canlı organizmalar için "erişilemez" bir biçimdedir.

Girdaplar ayrıca aşağıdakilere de ayrılabilir:

• - kapalı (oksijen, karbon ve nitrojen gibi gaz halindeki maddelerin döngüsü - okyanusun atmosferinde ve hidrosferinde bir rezerv, bu nedenle kıtlık hızla telafi edilir);
• - açık uçlu (yer kabuğunda, örneğin fosforda bir rezerv fonu oluşturmak - bu nedenle kayıplar yetersiz şekilde telafi edilir, yani bir açık yaratılır).

Dünyadaki biyolojik döngülerin varlığının ve bunların ilk bağlantılarının enerji temeli, fotosentez sürecidir. Her yeni döngü bir öncekinin tam olarak tekrarı değildir. Örneğin, biyosferin evrimi sırasında bazı süreçler geri döndürülemezdi, bu da biyojenik çökeltilerin oluşmasına ve birikmesine, atmosferdeki oksijen miktarında artışa, bazı elementlerin izotoplarının nicel oranlarında değişikliklere neden oldu. , vesaire.

Maddelerin dolaşımına genellikle biyojeokimyasal döngüler denir. Maddelerin ana biyojeokimyasal (biyosfer) döngüleri: su döngüsü, oksijen döngüsü, nitrojen döngüsü (nitrojen sabitleyen bakterilerin katılımı), karbon döngüsü (aerobik bakterilerin katılımı; jeolojik döngüye yılda yaklaşık 130 ton karbon boşaltılır), fosfor döngüsü (toprak bakterilerinin katılımı; yılda 14 milyon ton fosforun okyanuslardan yıkanması), kükürt döngüsü, metal katyonlarının döngüsü.

Su döngüsü

Su döngüsü, yukarıda da belirtildiği gibi, yaşamın yokluğunda bile gerçekleşebilen, ancak canlı organizmaların bunu değiştirdiği kapalı bir döngüdür.

Döngü şu prensibe dayanmaktadır: buharlaşma ve terleme yağışla telafi edilir. Gezegenin tamamı için buharlaşma ve yağış birbirini dengeliyor. Aynı zamanda, okyanuslardan yağışla geri dönen sudan daha fazla su buharlaşıyor. Karada ise tam tersine daha fazla yağış düşer, ancak fazla yağış göllere ve nehirlere, oradan da tekrar okyanusa akar. Kıtalar ve okyanuslar arasındaki nem dengesi nehir akışıyla sağlanır.

Böylece, küresel hidrolojik döngünün dört ana akışı vardır: yağış, buharlaşma, nem transferi ve terleme.

Biyosferde en bol bulunan madde olan su, birçok organizmanın yaşam alanı olmasının yanı sıra tüm canlıların vücudunun ayrılmaz bir parçasıdır. Biyosferde meydana gelen tüm yaşam süreçlerinde suyun muazzam önemine rağmen, canlı maddeler dünyadaki büyük su döngüsünde belirleyici bir rol oynamamaktadır. küre. Bu döngünün itici gücü, su havzalarının veya karaların yüzeyinden suyun buharlaşması için harcanan güneş enerjisidir. Buharlaşan nem, rüzgarın taşıdığı bulutlar şeklinde atmosferde yoğunlaşır; Bulutlar soğuduğunda yağış meydana gelir.

Toplam serbest bağlanmamış su miktarı (sıvı sıvıların bulunduğu okyanus ve denizlerin oranı) tuzlu su), %86 ila 98'ini oluşturur. Geriye kalan su miktarı (tatlı su) kutuplarda ve buzullarda depolanarak su havzalarını ve yeraltı suyunu oluşturur. Bitki örtüsüyle kaplı arazi yüzeyine düşen yağış kısmen yaprak yüzeyi tarafından tutulur ve daha sonra buharlaşarak atmosfere karışır. Toprağa ulaşan nem yüzey akışına katılabilir veya toprak tarafından emilebilir. Toprak tarafından tamamen emilen (bu, toprağın türüne, kayaların özelliklerine ve bitki örtüsüne bağlıdır) aşırı tortu, yeraltı suyunun daha derinlerine sızabilir. Yağış miktarı toprağın üst katmanlarının nem tutma kapasitesini aşarsa, hızı toprağın durumuna, eğimin dikliğine, yağış süresine ve bitki örtüsünün doğasına bağlı olan yüzey akışı başlar ( bitki örtüsü toprağı su erozyonundan koruyabilir). Toprakta tutulan su, yüzeyinden buharlaşabilir veya bitki kökleri tarafından emildikten sonra yapraklar aracılığıyla atmosfere geçebilir (buharlaşabilir).

Suyun terleme akışı (toprak - bitki kökleri - yapraklar - atmosfer), gezegenimizdeki büyük döngüsünde suyun canlı maddeler arasındaki ana yoludur.

Karbon döngüsü

Organik maddelerin tüm çeşitliliği karbonun özelliklerine ve özelliklerine bağlıdır. biyokimyasal süreçler ve Dünya'daki yaşam formları. Çoğu canlı organizmadaki karbon içeriği kuru biyokütlenin yaklaşık %45'idir. Gezegendeki tüm canlı maddeler, sürekli olarak ortaya çıkan, değişen, ölen, ayrışan Dünya üzerindeki tüm karbon ve organik madde döngüsüne katılır ve bu sırayla karbon, besin zinciri boyunca bir organik maddeden diğerinin yapımına aktarılır. . Ayrıca tüm canlılar nefes alıp karbondioksit açığa çıkarır.

Karada karbon döngüsü. Karbon döngüsü, kara bitkileri ve okyanus fitoplanktonunun fotosenteziyle sağlanır. Bitkiler, karbondioksiti emerek (inorganik karbonu sabitleyerek), güneş ışığının enerjisini kullanarak onu organik bileşiklere dönüştürerek biyokütlelerini oluşturur. Geceleri tüm canlılar gibi bitkiler de nefes alır ve karbondioksit salar.

Ölü bitkiler, cesetler ve hayvan dışkıları çok sayıda heterotrofik organizma (hayvanlar, saprofitik bitkiler, mantarlar, mikroorganizmalar) için besin görevi görür. Bütün bu organizmalar esas olarak toprakta yaşar ve yaşam sürecinde organik karbon içeren kendi biyokütlelerini yaratırlar. Ayrıca karbondioksit salarak "toprak solunumu" yaratırlar. Çoğu zaman ölü organik madde tamamen ayrışmaz ve toprakta humus (humus) birikerek toprağın verimliliğinde önemli rol oynar. Organik maddelerin mineralizasyon ve nemlenme derecesi birçok faktöre bağlıdır: nem, sıcaklık, fiziki ozellikleri toprak, organik kalıntıların bileşimi vb. Bakteri ve mantarların etkisi altında humus, karbondioksit ve mineral bileşiklere ayrışabilir.

Dünya Okyanusunda karbon döngüsü. Okyanustaki karbon döngüsü karadaki döngüden farklıdır. Okyanus, daha yüksek trofik seviyelerdeki organizmaların zayıf halkasıdır ve dolayısıyla karbon döngüsünün tüm bağlantılarıdır. Karbonun okyanusun trofik bağlantısından geçmesi için gereken süre kısadır ve salınan karbondioksit miktarı önemsizdir.

Okyanus, atmosferdeki karbondioksitin ana düzenleyicisi olarak görev yapar. Okyanus ve atmosfer arasında yoğun bir karbondioksit değişimi vardır. Okyanus suları yüksek çözünme ve tamponlama kapasitesine sahiptir. Karbonik asit ve tuzlarından (karbonatlar) oluşan bir sistem, CO difüzyonu yoluyla atmosfere bağlanan bir tür karbondioksit deposu mudur? sudan atmosfere ve geriye.

Gün içerisinde okyanusta fitoplankton fotosentezi yoğun olarak gerçekleşirken, serbest karbondioksit yoğun olarak tüketilirken, karbonatlar da oluşumunun ek kaynağı olarak görev yapıyor. Geceleri hayvanların ve bitkilerin solunumu nedeniyle serbest asit içeriği arttığında bunun önemli bir kısmı tekrar karbonatların bileşimine girer. Gerçekleşen süreçler şu yönlerde ilerliyor: Canlı madde mi? BU YÜZDEN?? N?SO?? Sa(NSO?)?? CaCO?.

Doğada, oksijen eksikliği, ortamın yüksek asitliği, özel gömme koşulları vb. nedeniyle belirli miktarda organik madde mineralizasyona uğramaz. Karbonun bir kısmı biyolojik döngüden inorganik (kireçtaşı, tebeşir, mercan) ve organik (şeyl, petrol, kömür) birikintiler şeklinde ayrılır.

İnsan faaliyetleri gezegenimizdeki karbon döngüsünde önemli değişiklikler yapıyor. Manzaralar, bitki örtüsü türleri, biyosinozlar ve bunların besin zincirleri değişir, arazi yüzeyinin büyük alanları kurutulur veya sulanır, toprak verimliliği artar (veya kötüleşir), gübreler ve pestisitler eklenir vb. En tehlikelisi yakıtın yanması sonucu atmosfere karbondioksit salınmasıdır. Aynı zamanda karbon dolaşım hızı artar ve döngüsü kısalır.

Oksijen döngüsü

Oksijen, dünyadaki yaşamın varlığı için bir ön koşuldur. Hemen hemen tüm biyolojik bileşiklere dahil edilir, organik maddelerin oksidasyonunun biyokimyasal reaksiyonlarına katılır, biyosferdeki organizmaların tüm yaşam süreçleri için enerji sağlar. Oksijen atmosferde, toprakta, suda hayvanların, bitkilerin ve mikroorganizmaların solunumunu sağlar ve kayalarda, topraklarda, siltlerde ve akiferlerde meydana gelen kimyasal oksidasyon reaksiyonlarına katılır.

Oksijen döngüsünün ana dalları:

• - fotosentez sırasında serbest oksijenin oluşması ve canlı organizmaların (bitkiler, hayvanlar, atmosferdeki mikroorganizmalar, toprak, su) solunumu sırasında emilmesi;
• - bir ozon perdesinin oluşturulması;
• - redoks bölgelerinin oluşturulması;
• - Volkanik patlamalar sırasında karbon monoksitin oksidasyonu, sülfatlı tortul kayaların birikmesi, oksijen tüketimi insan aktivitesi vesaire.; Fotosentezin moleküler oksijeni her yerde bulunur.

Nitrojen döngüsü

Azot, tüm canlı organizmaların biyolojik olarak önemli organik maddelerinin bir parçasıdır: proteinler, nükleik asitler, lipoproteinler, enzimler, klorofil vb. Havadaki nitrojen içeriğine (%79) rağmen canlı organizmalar için yetersizdir.

Biyosferdeki nitrojen, organizmaların erişemeyeceği gaz formundadır (N2) - kimyasal olarak çok az aktiftir, bu nedenle yüksek bitkiler (ve çoğu alt bitki) ve hayvanlar dünyası tarafından doğrudan kullanılamaz. Bitkiler topraktan nitrojeni amonyum iyonları veya nitrat iyonları formunda emer; sabit nitrojen denir.

Atmosferik, endüstriyel ve biyolojik azot fiksasyonu vardır.

Atmosferin kozmik ışınlar tarafından iyonize edilmesi ve fırtınalar sırasında güçlü elektrik deşarjları sırasında atmosferik fiksasyon meydana gelirken, havadaki moleküler nitrojenden nitrojen ve amonyak oksitler oluşur ve atmosferik yağış sayesinde amonyum, nitrit ve nitrat nitrojene dönüştürülür. ve toprak ve su havzalarına girin.

Endüstriyel fiksasyon, insanın ekonomik faaliyetinin bir sonucu olarak ortaya çıkar. Azot bileşikleri üreten fabrikalar tarafından atmosfer azot bileşikleri ile kirlenmektedir. Termik santrallerden, fabrikalardan, uzay gemilerinden ve süpersonik uçaklardan kaynaklanan sıcak emisyonlar havadaki nitrojeni oksitler. Azot oksitler, havadaki su buharı ve yağışla etkileşime girerek toprağa geri döner ve iyonik formda toprağa girer.

Biyolojik fiksasyon nitrojen döngüsünde önemli bir rol oynar. Toprak bakterileri tarafından gerçekleştirilir:

• - nitrojen sabitleyen bakteriler (ve mavi-yeşil algler);
• - daha yüksek bitkilerle simbiyoz halinde yaşayan mikroorganizmalar (nodül bakterileri);
• - amonifikasyon;
• - nitrifikasyon;
• - nitrifikasyondan arındırma.

Topraktaki serbest yaşayan nitrojen sabitleyici aerobik (oksijen varlığında mevcut) bakteriler (Azotobacter), solunum sırasında toprak organik maddesinin oksidasyonundan elde edilen enerjiyi kullanarak atmosferik moleküler nitrojeni sabitleyebilir, sonuçta onu hidrojenle bağlayabilir ve tanıtabilir. bir amino grubu (-NH2) formunda vücudunun amino asit bileşimine katar. Moleküler nitrojen ayrıca toprakta bulunan bazı anaerobik (oksijen yokluğunda yaşayan) bakterileri (Clostridium) sabitleyebilme özelliğine sahiptir. Öldükçe her iki mikroorganizma da toprağı organik nitrojenle zenginleştirir.

Özellikle pirinç tarlalarının toprakları için önemli olan mavi-yeşil algler aynı zamanda moleküler nitrojeni biyolojik olarak sabitleyebilmektedir.

Atmosferdeki nitrojenin en etkili biyolojik fiksasyonu, baklagil bitkilerinin nodüllerinde (nodül bakterileri) simbiyoz halinde yaşayan bakterilerde meydana gelir.

Bu bakteriler (Rizobium), konakçı bitkinin enerjisini nitrojeni sabitlemek için kullanır, aynı zamanda konağın karasal organlarına mevcut nitrojen bileşiklerini sağlar.

Bitkiler, topraktaki nitrojen bileşiklerini nitrat ve amonyum formlarında özümseyerek vücutlarının gerekli nitrojen içeren bileşiklerini oluşturur (nitrat nitrojeni bitki hücrelerinde önceden indirgenir). Üretici bitkiler tüm dünyaya azotlu maddeler sağlar hayvan dünyası ve insanlık. Ölü bitkiler biyoredüktör olarak trofik zincire göre kullanılır.

Amonifiye edici mikroorganizmalar, nitrojen içeren organik maddeleri (amino asitler, üre) amonyak oluşturmak üzere ayrıştırır. Topraktaki organik azotun bir kısmı mineralize olmayıp humus maddelerine, bitüme ve tortul kayaç bileşenlerine dönüştürülür.

Amonyak (amonyum iyonu formunda) girebilir kök sistem bitkilerde veya nitrifikasyon proseslerinde kullanılır.

Nitrifikasyon mikroorganizmaları kemosentetiktir; tüm yaşam süreçlerini sağlamak için amonyağın nitratlara ve nitritlerin nitratlara oksidasyonunun enerjisini kullanırlar. Nitrifikasyon maddeleri bu enerjiyi kullanarak karbondioksiti azaltır ve vücutlarında organik madde oluşturur. Nitrifikasyon sırasında amonyak oksidasyonu aşağıdaki reaksiyonlarla ilerler:

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

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

Nitrifikasyon işlemleri sırasında oluşan nitratlar tekrar biyolojik döngüye girer, bitki kökleri tarafından topraktan emilir veya su akışıyla birlikte su havzalarına (fitoplankton ve fitobentos) girdikten sonra emilir.

Biyosferde atmosferik nitrojeni sabitleyen ve nitrifiye eden organizmaların yanı sıra, nitratları veya nitritleri moleküler nitrojene indirgeyebilen mikroorganizmalar da vardır. Denitrifikasyon maddeleri olarak adlandırılan bu tür mikroorganizmalar, sularda veya toprakta serbest oksijen eksikliği olduğunda, organik maddeleri oksitlemek için nitrat oksijeni kullanır:

C?H??O?(glikoz) + 24KNO? ? 24KHCO? + 6CO? +12N? + 18H?O + enerji

Bu durumda açığa çıkan enerji, denitrifikasyon yapan mikroorganizmaların tüm yaşam aktivitelerinin temelini oluşturur.

Bu nedenle canlı maddeler döngünün her bölümünde olağanüstü bir rol oynar.

Şu anda, atmosferik nitrojenin insanlar tarafından endüstriyel olarak sabitlenmesi, toprağın nitrojen dengesinde ve dolayısıyla biyosferdeki tüm nitrojen döngüsünde giderek daha önemli bir rol oynamaktadır.

Fosfor döngüsü

Fosfor döngüsü daha basittir. Azotun deposu hava iken, fosforun deposu ise erozyonla açığa çıkan kayalardır.

Karbon, oksijen, hidrojen ve nitrojen gaz halinde olduklarından atmosferde daha kolay ve hızlı bir şekilde göç ederek biyolojik döngülerde gazlı bileşikler oluştururlar. Canlı maddenin varlığı için gerekli olan kükürt dışındaki diğer tüm elementler için, biyolojik döngülerde gaz halindeki bileşiklerin oluşumu karakteristik değildir. Bu elementler esas olarak suda çözünmüş iyonlar ve moleküller halinde göç eder.

Bitkiler tarafından ortofosforik asit iyonları şeklinde asimile edilen fosfor, tüm canlı organizmaların yaşamında büyük yer tutar. ADP, ATP, DNA, RNA ve diğer bileşiklerin bir parçasıdır.

Biyosferdeki fosfor döngüsü kapalı değildir. Karasal biyojeosinozlarda fosfor, besin zinciri yoluyla bitkiler tarafından topraktan emildikten sonra tekrar fosfat formunda toprağa girer. Fosforun ana miktarı bitkilerin kök sistemi tarafından yeniden emilir. Fosfor kısmen yağmur suyunun topraktan su havzalarına akmasıyla yıkanarak giderilebilir.

Doğal biyojeosinozlarda genellikle fosfor eksikliği vardır ve alkali ve oksitlenmiş bir ortamda genellikle çözünmeyen bileşikler formunda bulunur.

Litosfer kayaları büyük miktarda fosfat içerir. Bazıları yavaş yavaş toprağa geçiyor, bazıları insanlar tarafından fosfatlı gübre üretimi için geliştiriliyor ve çoğu da süzülüp hidrosfere yıkanıyor. Orada, karmaşık besin zincirlerinin farklı trofik seviyelerinde bulunan fitoplankton ve ilgili organizmalar tarafından kullanılırlar.

Dünya Okyanuslarında, bitki ve hayvan kalıntılarının büyük derinliklerde birikmesi nedeniyle biyolojik döngüden kaynaklanan fosfat kaybı meydana gelir. Fosfor esas olarak litosferden hidrosfere suyla birlikte hareket ettiğinden biyolojik olarak litosfere göç eder (balık yiyerek). Deniz kuşları bentik alglerin kullanımı ve balık unu gübre vb. olarak).

Bitki mineral beslenmesinin tüm unsurları arasında fosforun eksik olduğu düşünülebilir.

Kükürt döngüsü

Canlı organizmalar için kükürt büyük önem taşır çünkü kükürt içeren amino asitlerin (sistin, sistein, metiyonin vb.) bir parçasıdır. Proteinlerin bir parçası olan kükürt içeren amino asitler, protein moleküllerinin gerekli üç boyutlu yapısını korur.

Kükürt bitkiler tarafından topraktan yalnızca oksitlenmiş formda, iyon formunda emilir. Bitkilerde kükürt indirgenir ve sülfhidril (-SH) ve disülfid (-S-S-) grupları formunda amino asitlere dahil edilir.

Hayvanlar yalnızca organik maddede bulunan indirgenmiş kükürdü özümser. Bitki ve hayvan organizmalarının ölümünden sonra kükürt toprağa geri döner ve burada çok sayıda mikroorganizma türünün faaliyeti sonucunda dönüşümlere uğrar.

Aerobik koşullar altında bazı mikroorganizmalar organik kükürdü sülfatlara oksitler. Bitki kökleri tarafından emilen sülfat iyonları tekrar biyolojik döngüye dahil olur. Bazı sülfatlar su göçüne katılarak topraktan uzaklaştırılabilir. Hümik maddeler açısından zengin topraklarda, organik bileşiklerde sızıntıyı önleyen önemli miktarda kükürt bulunur.

Anaerobik koşullar altında organik kükürt bileşiklerinin ayrışması hidrojen sülfit üretir. Sülfatlar ve organik maddeler oksijensiz ortamda bulunursa sülfat indirgeyen bakterilerin aktivitesi aktive olur. Organik maddeleri oksitlemek için sülfatların oksijenini kullanırlar ve böylece varlıkları için gerekli enerjiyi elde ederler.

Sülfat indirgeyen bakteriler yeraltı sularında, çamurda ve durgun deniz suyunda yaygındır. Hidrojen sülfit çoğu canlı organizma için bir zehirdir, bu nedenle suyla dolu toprakta, göllerde, haliçlerde vb. birikmesi yaşam süreçlerini önemli ölçüde azaltır veya hatta tamamen durdurur. Bu fenomen Karadeniz'de yüzeyinden 200 m'nin altında bir derinlikte gözlenmektedir.

Bu nedenle, uygun bir ortam yaratmak için, hidrojen sülfürün zararlı etkilerini yok edecek olan hidrojen sülfürü sülfat iyonlarına oksitlemek gerekir, kükürt, sülfat tuzları şeklinde bitkilerin erişebileceği bir forma dönüşecektir. Bu rol doğada özel bir grup kükürt bakterisi (renksiz, yeşil, mor) ve tiyonik bakteriler tarafından gerçekleştirilir.

Renksiz kükürt bakterileri kemosentetiktir: hidrojen sülfürün oksijenle elementel kükürte oksidasyonundan ve bunun sülfatlara daha fazla oksidasyonundan elde edilen enerjiyi kullanırlar.

Renkli kükürt bakterileri, karbondioksiti azaltmak için hidrojen donörü olarak hidrojen sülfür kullanan fotosentetik organizmalardır.

Yeşil kükürt bakterilerinde ortaya çıkan elementel kükürt hücrelerden salınır ve mor bakterilerde hücrelerin içinde birikir.

Bu sürecin genel reaksiyonu foto indirgemedir:

CO?+ 2H?S ışığı? (CH?O)+ H?O +2S.

Tiyonik bakteriler, serbest oksijeni kullanarak elementel kükürdü ve onun çeşitli indirgenmiş bileşiklerini sülfatlara oksitler ve onu biyolojik döngünün ana akışına geri döndürür.

Kükürtün dönüşümünün gerçekleştiği biyolojik döngü süreçlerinde canlı organizmalar, özellikle mikroorganizmalar büyük rol oynar.

Gezegenimizdeki ana kükürt rezervuarı Dünya Okyanusudur, çünkü sülfat iyonları sürekli olarak topraktan ona akar. Okyanustaki kükürtün bir kısmı, hidrojen sülfür şemasına göre atmosfer yoluyla karaya geri döner - kükürt dioksite oksidasyonu - ikincisinin yağmur suyunda sülfürik asit ve sülfat oluşumu ile çözülmesi - kükürtün yağışla birlikte toprak örtüsüne geri dönüşü Yeryüzünün.

İnorganik katyonların döngüsü

Canlı organizmaları oluşturan temel elementlerin (karbon, oksijen, hidrojen, fosfor ve kükürt) yanı sıra diğer birçok makro ve mikro element (inorganik katyonlar) hayati önem taşır. Su havzalarında bitkiler ihtiyaç duydukları metal katyonlarını doğrudan çevreden alırlar. Karada inorganik katyonların ana kaynağı, ana kayaların yok edilmesi sırasında onları alan topraktır. Bitkilerde kök sistemleri tarafından emilen katyonlar yapraklara ve diğer organlara taşınır; bunlardan bazıları (magnezyum, demir, bakır ve diğerleri) biyolojik olarak önemli moleküllerin (klorofil, enzimler) bir parçasıdır; serbest formda kalan diğerleri, hücre protoplazmasının gerekli kolloidal özelliklerinin korunmasına katılır ve diğer çeşitli işlevleri yerine getirir.

Canlılar öldüğünde organik maddelerin mineralizasyonu sırasında inorganik katyonlar toprağa geri döner. Bu bileşenlerin topraktan kaybı, metal katyonlarının yağmur suyuyla süzülmesi ve uzaklaştırılması, tarım bitkilerinin yetiştirilmesi, ormanların kesilmesi, hayvan yemi için çim biçilmesi vb. sırasında organik maddenin insanlar tarafından reddedilmesi ve uzaklaştırılması sonucu meydana gelir.

Mineral gübrelerin rasyonel kullanımı, toprağın ıslahı, organik gübrelerin uygulanması ve uygun tarım teknolojisi, biyosferin biyosenozlarındaki inorganik katyonların dengesinin yeniden sağlanmasına ve korunmasına yardımcı olacaktır.

Antropojenik döngü: ksenobiyotiklerin döngüsü (cıva, kurşun, krom)

İnsanlık doğanın bir parçasıdır ve ancak onunla sürekli etkileşim halinde var olabilir.

Biyosferde meydana gelen doğal ve antropojenik madde ve enerji döngüsü arasında benzerlikler ve çelişkiler vardır.

Yaşamın doğal (biyojeokimyasal) döngüsü aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• - Güneş enerjisinin bir yaşam kaynağı olarak kullanılması ve termodinamik yasalara dayanan tüm tezahürleri;
• - atık olmadan gerçekleştirilir, yani. hayati aktivitesinin tüm ürünleri mineralize edilir ve tekrar madde dolaşımının bir sonraki döngüsüne dahil edilir. Aynı zamanda atık, yıpranmış termal enerji biyosferin dışına atılır. Maddelerin biyojeokimyasal döngüsü sırasında atık oluşur, yani. kömür, petrol, gaz ve diğer maden kaynakları şeklinde rezervler. Atıksız doğal döngünün aksine antropojenik döngüye her yıl artan atıklar eşlik ediyor.

Doğada yararsız ve zararlı hiçbir şey yoktur; volkanik patlamaların bile faydaları vardır, çünkü gerekli elementler (örneğin nitrojen) volkanik gazlarla havaya salınır.

Gelişiminin her aşamasında işleyen biyosferdeki biyojeokimyasal döngünün küresel olarak kapanması yasasının yanı sıra, ardıllık sırasında biyojeokimyasal döngünün artan şekilde kapanması kuralı da vardır.

İnsanlar biyojeokimyasal döngüde çok büyük bir rol oynuyor, ancak bu rol tam tersi yönde. İnsan, mevcut madde döngülerini bozar ve bu, onun biyosferle ilgili olarak yıkıcı olan jeolojik gücünü gösterir. Antropojenik aktivitenin bir sonucu olarak biyojeokimyasal döngülerin kapalılık derecesi azalır.

Antropojenik döngü, gezegenin yeşil bitkileri tarafından yakalanan güneş ışığının enerjisiyle sınırlı değildir. İnsanlık enerjisini yakıt, hidro ve nükleer santrallerden kullanmaktadır.

Mevcut aşamada antropojenik aktivitenin biyosfer için büyük bir yıkıcı gücü temsil ettiği ileri sürülebilir.

Biyosferin özel bir özelliği vardır; kirleticilere karşı önemli bir direnç. Bu sürdürülebilirlik, doğal çevrenin çeşitli bileşenlerinin kendi kendini temizleme ve iyileştirme konusundaki doğal yeteneğine dayanmaktadır. Ama sınırsız değil. Olası bir küresel kriz, biyosferin olası durumu hakkında bilgi edinmek için biyosferin matematiksel modelinin tek bir bütün olarak (Gaia sistemi) inşa edilmesini gerektirmiştir.

Ksenobiyotik, antropojenik faaliyetlerin (pestisitler, ev kimyasalları ve diğer kirleticiler) bir sonucu olarak ortaya çıkan, canlı organizmalara yabancı bir maddedir ve biyotik süreçlerin bozulmasına neden olabilir. vücudun hastalığı veya ölümü. Bu tür kirleticiler biyolojik olarak parçalanmaz, ancak trofik zincirlerde birikir.

Cıva çok nadir bulunan bir elementtir. Yerkabuğu boyunca dağılmış durumdadır ve zinober gibi yalnızca birkaç mineral onu konsantre biçimde içerir. Cıva, gaz halinde ve sulu çözeltilerde göç ederek biyosferdeki madde döngüsüne katılır.

Buharlaşma sırasında, zinoberden salındığında volkanik gazlar ve termal kaynaklardan gelen gazlarla atmosfere hidrosferden girer. Atmosferdeki gaz halindeki cıvanın bir kısmı katı faza dönüşerek havadan uzaklaştırılır. Düşen cıva topraklar, özellikle killi topraklar, su ve kayalar tarafından emilir. Yanıcı mineraller (petrol ve kömür) 1 mg/kg'a kadar cıva içerir. Okyanusların su kütlesi yaklaşık 1,6 milyar ton, dip çökeltilerinde - 500 milyar ton ve planktonda - 2 milyon ton içerir. Nehir suları karadan yılda yaklaşık 40 bin ton taşıyor; bu, buharlaşma sırasında atmosfere giren miktarın (400 bin ton) 10 katı kadardır. Yılda yaklaşık 100 bin ton kara yüzeyine düşüyor.

Cıva, doğal çevrenin doğal bir bileşeni olmaktan çıkıp, insan sağlığı açısından biyosfere insan yapımı en tehlikeli emisyonlardan birine dönüşmüştür. Metalurji, kimya, elektrik, elektronik, kağıt hamuru ve kağıt ile ilaç endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır ve tıpta olduğu gibi patlayıcı, vernik ve boya üretiminde de kullanılmaktadır. Endüstriyel atıklar ve atmosferik emisyonların yanı sıra cıva madenleri, cıva üretim tesisleri ve kömür, petrol ve petrol ürünleri kullanan termik santraller (CHP'ler ve kazan daireleri), bu toksik bileşenle biyosferin kirlenmesinin ana kaynaklarıdır. Ayrıca cıva, tarımda tohumları işlemek ve mahsulleri zararlılardan korumak için kullanılan organ cıvalı pestisitlerin bir parçasıdır. İnsan vücuduna gıdayla (yumurta, salamura tahıl, hayvan ve kuş eti, süt, balık) girer.

Su ve nehir çökeltilerindeki cıva

Doğal su kütlelerine giren cıvanın yaklaşık %80'inin çözünmüş formda olduğu ve bunun da sonuçta su akışlarıyla birlikte uzun mesafelere yayılmasına katkıda bulunduğu tespit edilmiştir. Saf element toksik değildir.

Cıva genellikle dipteki alüvyon suyunda nispeten zararsız konsantrasyonlarda bulunur. İnorganik cıva bileşikleri, göl ve nehirlerin dip çamurlarında, balık vücutlarını kaplayan mukusta, döküntü ve tortularda yaşayan bakteriler tarafından metilcıva CH?Hg ve etilcıva C?H?Hg gibi toksik organik cıva bileşiklerine dönüştürülür. ve balık midesi mukusunda. Bu bileşikler kolaylıkla çözünür, hareketli ve çok zehirlidir. Cıvanın agresif etkisinin kimyasal temeli, sülfürle, özellikle de proteinlerdeki hidrojen sülfür grubuyla olan yakınlığıdır. Bu moleküller kromozomlara ve beyin hücrelerine bağlanır. Balık ve kabuklu deniz ürünleri, onları yiyen insanlar için tehlikeli olan konsantrasyonlara kadar biriktirebilir ve Minamata hastalığına neden olabilir.

Metalik cıva ve onun inorganik bileşikleri esas olarak karaciğer, böbrekler ve bağırsak Ancak normal şartlarda vücuttan nispeten hızlı bir şekilde atılırlar ve insan vücudu için tehlikeli olan miktarın birikmeye vakti yoktur. Metilcıva ve diğer alkil cıva bileşikleri çok daha tehlikelidir çünkü birikme meydana gelir; toksin vücuda vücuttan atıldığından daha hızlı girer ve merkezi sinir sistemini etkiler.

Dip çökeltileri su ekosistemlerinin önemli bir özelliğidir. Dip çökeltileri ağır metalleri, radyonüklitleri ve yüksek derecede toksik organik maddeleri biriktirerek bir yandan kendi kendini temizlemeye katkıda bulunur. su ortamları diğer yandan su kütlelerinin sürekli ikincil kirliliğinin kaynağını temsil ederler. Dip çökeltileri, uzun vadeli bir kirlilik modelini (özellikle düşük akışlı su kütlelerinde) yansıtan umut verici bir analiz nesnesidir. Ayrıca özellikle nehir ağızlarında dip sedimentlerinde inorganik cıva birikimi görülmektedir. Tortuların (silt, tortu) adsorpsiyon kapasitesi tükendiğinde gergin bir durum ortaya çıkabilir. Adsorpsiyon kapasitesine ulaşıldığında ağır metaller dahil. cıva suya girmeye başlayacak.

Denizdeki anaerobik koşullar altında ölü alg çökeltilerinde cıvanın hidrojen bağlayarak uçucu bileşiklere dönüştüğü bilinmektedir.

Mikroorganizmaların katılımıyla metalik cıva iki aşamada metillenebilir:

CH?Hg+ ? (CH?)?Hg

Metilcıva çevrede neredeyse tamamen inorganik civanın metilasyonu yoluyla ortaya çıkar.

Cıvanın biyolojik yarı ömrü uzundur; insan vücudundaki çoğu doku için bu süre 70-80 gündür.

Kılıç balığı ve ton balığı gibi büyük balıkların besin zincirinin başlangıcında cıva ile kirlendiği bilinmektedir. İstiridyelerde cıvanın balıklardan çok daha fazla biriktiği (biriktiği) dikkat çekicidir.

Cıva insan vücuduna solunumla, yiyeceklerle ve deri yoluyla aşağıdaki şemaya göre girer:

İlk olarak cıva dönüştürülür. Bu element doğal olarak çeşitli şekillerde oluşur.

Termometrelerde kullanılan metalik cıva ve onun inorganik tuzları (örneğin klorür) vücuttan nispeten hızlı bir şekilde atılır.

Alkil cıva bileşikleri, özellikle metil ve etil cıva çok daha toksiktir. Bu bileşikler vücuttan çok yavaş bir şekilde atılır - günlük toplam miktarın yalnızca %1'i. Cıvanın büyük bir kısmı içeri girmesine rağmen doğal sular, burada inorganik bileşikler halinde bulunur; balıklarda her zaman çok zehirli metilcıva formunda görünür. Göllerin ve nehirlerin dip çamurunda, balık vücutlarını kaplayan mukusta ve balık midelerinin mukusunda bulunan bakteriler, inorganik cıva bileşiklerini metil cıvaya dönüştürebilme kapasitesine sahiptir.

İkincisi, seçici birikim veya biyolojik birikim (konsantrasyon), balıklarda ve kabuklu deniz hayvanlarında cıva seviyelerini körfez sularındakinden çok daha yüksek seviyelere çıkarır. Nehirde yaşayan balıklar ve kabuklu deniz ürünleri, metil cıvayı, onları yiyecek olarak kullanan insanlar için tehlikeli olacak konsantrasyonlarda biriktirir.

Dünya çapında yakalanan balıkların %'si 0,5 mg/kg'ı aşmayan miktarlarda cıva içerir ve %95'i 0,3 mg/kg'dan daha az miktarda cıva içerir. Balıklardaki cıvanın neredeyse tamamı metil cıva formundadır.

Gıda ürünlerindeki cıva bileşiklerinin insanlar için farklı toksisitesi dikkate alındığında, inorganik (toplam) ve organik olarak bağlı cıvanın belirlenmesi gerekmektedir. Yalnızca toplam cıva içeriğini belirliyoruz. Tıbbi ve biyolojik gerekliliklere göre, tatlı su yırtıcı balıklarında cıva içeriğine 0,6 mg/kg, deniz balıklarında - 0,4 mg/kg, tatlı su yırtıcı olmayan balıklarda sadece 0,3 mg/kg ve ton balıklarında 0,7 mg'a kadar izin verilmektedir. /kgkg. Bebek maması ürünlerinde civa içeriği konserve etlerde 0,02 mg/kg'ı, konserve balıklarda 0,15 mg/kg'ı, diğerlerinde ise 0,01 mg/kg'ı geçmemelidir.

Kurşun doğal çevrenin hemen hemen tüm bileşenlerinde mevcuttur. Yerkabuğunda %0,0016 oranında bulunur. Doğal seviye atmosferdeki kurşun 0,0005 mg/m3'tür. Çoğu tozla birikiyor, yaklaşık %40'ı yağışla düşüyor. Bitkiler kurşunu topraktan, sudan ve atmosferik birikimden elde ederken, hayvanlar da kurşunu bitki ve su tüketerek alırlar. Metal insan vücuduna yiyecek, su ve tozla birlikte girer.

Biyosferdeki kurşun kirliliğinin ana kaynakları, egzoz gazları trietil kurşun içeren benzinli motorlar ve yanan termik santrallerdir. kömür madencilik, metalurji ve kimyasal endüstri. Gübre olarak kullanılan atık sularla birlikte önemli miktarda kurşun da toprağa karışıyor. Çernobil nükleer santralinin yanan reaktörünü söndürmek için hava havzasına giren ve geniş alanlara yayılan kurşun da kullanıldı. Kurşunun çevre kirliliğinin artmasıyla kemiklerde, saçta ve karaciğerde birikmesi artar.

Krom. En tehlikelisi asidik ve alkali topraklarda, tatlı ve deniz sularında mobilize olan toksik kromdur (6+). Deniz suyunda kromun %10 - 20'si Cr (3+) formuyla, %25 - 40'ı Cr (6+) ve %45 - 65'i organik formla temsil edilir. pH 5 - 7 aralığında Cr (3+) baskındır ve pH > 7'de Cr (6+) baskındır. Cr(6+) ve organik krom bileşiklerinin deniz suyunda demir hidroksit ile birlikte çökelmediği bilinmektedir.

Maddelerin doğal döngüleri pratik olarak kapalıdır. Doğal ekosistemlerde madde ve enerji idareli kullanılır ve bazı organizmaların israfı diğerlerinin varlığı için önemli bir koşul görevi görür. Antropojenik madde döngüsüne, büyük miktarda doğal kaynak tüketimi ve çevre kirliliğine neden olan büyük miktarda atık eşlik ediyor. En gelişmiş arıtma tesislerinin oluşturulması bile sorunu çözmüyor, dolayısıyla antropojenik döngüyü mümkün olduğu kadar kapalı hale getiren düşük ve atıksız teknolojilerin geliştirilmesi gerekiyor. Teorik olarak atıksız bir teknoloji yaratmak mümkündür ancak düşük atıklı teknolojiler gerçektir.

Doğal olaylara uyum

Adaptasyonlar, evrim sürecinde organizmalarda (en basitinden en yükseğine kadar) geliştirilen çevreye çeşitli adaptasyonlardır. Uyum sağlama yeteneği, canlıların var olma olasılığını sağlayan temel özelliklerinden biridir.

Adaptasyon sürecini geliştiren ana faktörler şunlardır: kalıtım, değişkenlik, doğal (ve yapay) seçilim.

Vücudun farklı dış koşullara maruz kalması durumunda tolerans değişebilir. Kendini bu tür koşullarda bulan, bir süre sonra alışır, onlara uyum sağlar (Latince uyarlamasından - uyum sağlamak). Bunun sonucu fizyolojik optimumun konumundaki bir değişikliktir.

Organizmaların belirli bir aralıktaki varoluşa uyum sağlama özelliği çevresel faktör ekolojik esneklik denir.

Belirli bir organizmanın yaşayabileceği çevresel faktörlerin aralığı ne kadar geniş olursa, ekolojik esnekliği de o kadar büyük olur. Plastisite derecesine göre iki tür organizma ayırt edilir: stenobiont (stenoeki) ve eurybiont (euryek). Bu nedenle, stenobiontlar ekolojik olarak plastik değildir (örneğin, pisi balığı yalnızca tuzlu suda yaşar ve havuz sazanı yalnızca tatlı suda yaşar), yani. dayanıklı değildirler ve eurybiontlar ekolojik olarak plastiktir; daha dayanıklı (örneğin, üç dikenli dikenli balık hem tatlı hem de tuzlu sularda yaşayabilir).

Adaptasyonlar çok boyutludur, çünkü organizma aynı anda birçok farklı çevresel faktöre uyum sağlamak zorundadır.

Organizmaların çevresel koşullara adaptasyonunun üç ana yolu vardır: aktif; pasif; kaçınma yan etkiler.

Adaptasyonun aktif yolu, direncin güçlendirilmesi, faktörün optimumdan sapmalarına rağmen vücudun tüm hayati fonksiyonlarının yerine getirilmesine izin veren düzenleyici süreçlerin geliştirilmesidir. Örneğin, sıcakkanlı hayvanlar sabit bir vücut ısısını korurlar; bu, içinde meydana gelen biyokimyasal süreçler için idealdir.

Pasif adaptasyon yolu, organizmaların hayati işlevlerinin çevresel faktörlerdeki değişikliklere tabi kılınmasıdır. Örneğin, olumsuz çevresel koşullar altında, birçok organizma, vücuttaki metabolizmanın pratik olarak durduğu (kış uykusu durumu, böceklerin uyuşukluğu, kış uykusu, topraktaki sporların korunması) askıya alınmış bir animasyon (gizli yaşam) durumuna girer. spor ve tohum şeklinde).

Olumsuz etkilerden kaçınma - olumsuz koşulların önlenmesine yardımcı olan adaptasyonların gelişimi, organizmaların davranışları (adaptasyon). Bu durumda adaptasyonlar şunlar olabilir: morfolojik (vücudun yapısı değişir: kaktüsün yapraklarının değiştirilmesi), fizyolojik (yağ rezervlerinin oksidasyonu nedeniyle deve kendine nem sağlar), etolojik (davranış değişiklikleri: mevsimsel göçler) kuşların kış uykusu, kış uykusu).

Canlı organizmalar periyodik faktörlere iyi adapte olmuşlardır. Periyodik olmayan faktörler organizmanın hastalığa ve hatta ölümüne neden olabilir (örneğin, ilaçlar, Tarım ilacı). Ancak bunlara uzun süre maruz kalındığında adaptasyon da meydana gelebilir.

Organizmalar günlük, mevsimsel, gelgit ritimlerine, güneş aktivitesinin ritimlerine, Ay evreleri ve diğer kesinlikle periyodik olaylar. Böylece mevsimsel uyum, doğadaki mevsimsellik ve kış uykusu durumu olarak ikiye ayrılır.

Doğada mevsimsellik. Organizmaların adaptasyonunda bitki ve hayvanlar için en önemli önem, yıllık sıcaklık değişimidir. Ülkemiz için yaşama elverişli dönem ortalama olarak altı ay kadar (ilkbahar, yaz) sürmektedir. Sabit donların gelmesinden önce bile doğada bir kış uykusu dönemi başlar.

Kış uykusu durumu. Kış uykusu, yalnızca düşük sıcaklıkların bir sonucu olarak gelişimin durması değil, aynı zamanda gelişimin yalnızca belirli bir aşamasında meydana gelen karmaşık bir fizyolojik adaptasyondur. Örneğin, sıtma sivrisineği ve çalıkuşu kelebeği yetişkin böcek aşamasında kışı geçirir, lahana kelebeği pupa aşamasında, çingene güvesi- yumurta aşamasında.

Biyoritimler. Evrim sürecinde, her tür, yoğun büyüme ve gelişme, üreme, kışa hazırlık ve kışlamadan oluşan karakteristik bir yıllık döngü geliştirmiştir. Bu olguya biyolojik ritim denir. Her periyodu eşleştir yaşam döngüsü Yılın uygun zamanında yapılması türün varlığı açısından çok önemlidir.

Çoğu bitki ve hayvanda mevsimsel döngülerin düzenlenmesinde temel faktör gün uzunluğundaki değişikliktir.

Bioritmler şunlardır:

eksojen (dış) ritimler (çevredeki periyodik değişikliklere (gündüz ve gece değişimi, mevsimler, güneş aktivitesi değişimi) tepki olarak ortaya çıkar) endojen (iç ritimler) vücudun kendisi tarafından üretilir

Buna karşılık, endojenler ikiye ayrılır:

Fizyolojik ritimler (kalp atışı, nefes alma, endokrin bezlerinin çalışması, DNA, RNA, protein sentezi, enzimlerin çalışması, hücre bölünmesi vb.)

Ekolojik ritimler (günlük, yıllık, gelgit, ay vb.)

DNA, RNA, protein sentezi, hücre bölünmesi, kalp atışı, nefes alma vb. süreçlerin ritmi vardır. Dış etkiler bu ritimlerin fazlarını kaydırabilir ve genliklerini değiştirebilir.

Fizyolojik ritimler vücudun durumuna göre değişir, çevresel ritimler daha stabildir ve dış ritimlere karşılık gelir. Endojen ritimlerle vücut kendisini zamana göre yönlendirebilir ve yaklaşan çevresel değişikliklere önceden hazırlanabilir; bu, vücudun biyolojik saatidir. Birçok canlı organizma sirkadiyen ve sirkadiyen ritimlerle karakterize edilir.

Sirkadiyen ritimler (sirkadiyen) - 20 ila 28 saatlik bir süre ile biyolojik süreçlerin ve olayların tekrarlanan yoğunlukları ve doğası. Sirkadiyen ritimler, hayvanların ve bitkilerin gün içindeki aktiviteleriyle ilişkilidir ve kural olarak sıcaklığa ve ışık yoğunluğuna bağlıdır. Örneğin, yarasalar alacakaranlıkta uçarlar ve gündüzleri dinlenirler; birçok planktonik organizma geceleri su yüzeyine yakın kalır ve gündüzleri derinliklere iner.

Mevsimsel biyolojik ritimler ışığın - fotoperiyodun etkisiyle ilişkilidir. Organizmaların gün uzunluğuna tepkisine fotoperiyodizm denir. Fotoperiyodizm düzenleyen genel önemli bir adaptasyondur mevsimsel olaylarçok çeşitli organizmalarda. Bitkilerde ve hayvanlarda fotoperiyodizmin incelenmesi, organizmaların ışığa tepkisinin gün boyunca belirli bir süre boyunca değişen ışık ve karanlık dönemlerine dayandığını göstermiştir. Organizmaların (tek hücrelilerden insanlara kadar) gece ve gündüzün uzunluğuna verdikleri tepki, onların zamanı ölçebildiklerini göstermektedir. Bir çeşit biyolojik saatleri var. Biyolojik saatler, mevsimsel döngülere ek olarak, diğer birçok biyolojik olayı kontrol eder ve hem tüm organizmaların aktivitesinin hem de hücresel düzeyde, özellikle hücre bölünmesinde bile meydana gelen süreçlerin doğru günlük ritmini belirler.

Virüslerden mikroorganizmalara kadar tüm canlıların evrensel bir özelliği. yüksek bitkiler ve hayvanlarda, vücudun belirli özelliklerinde değişikliklere yol açan, genetik materyalde ani, doğal ve yapay olarak meydana gelen, kalıtsal değişiklikler olan mutasyonlar verme yeteneğidir. Mutasyonel değişkenlik çevresel koşulları karşılamaz ve kural olarak mevcut adaptasyonları bozar.

Pek çok böcek, gelişimin belirli bir aşamasında diapoza (gelişimde uzun bir duraklama) girer ve bu, olumsuz koşullarda dinlenme durumuyla karıştırılmamalıdır. Birçok deniz hayvanının üremesi ay ritimlerinden etkilenir.

Circanian (yıllık) ritimler, biyolojik süreçlerin ve olayların yoğunluğunda ve doğasında 10 ila 13 aylık bir süre boyunca tekrarlanan değişikliklerdir.

İnsanın fiziksel ve psikolojik durumunun da ritmik bir karakteri vardır.

Çalışma ve dinlenme ritminin bozulması performansı düşürür ve insan sağlığını olumsuz etkiler. Bir kişinin aşırı koşullardaki durumu, bu koşullara hazırlık derecesine bağlı olacaktır, çünkü pratikte uyum ve iyileşme için zaman yoktur.