Büyük jeolojik madde döngüsü. Maddelerin küçük biyolojik (coğrafi) dolaşımı. Maddenin büyük jeolojik döngüsü

Gezegendeki tüm maddeler dolaşım sürecindedir. Güneş enerjisi Dünya üzerinde iki madde döngüsüne neden olur: büyük (jeolojik, biyosfer) Ve küçük (biyolojik).

Büyük Girdap Biyosferdeki maddeler iki ile karakterize edilir önemli noktalar: Dünyanın tüm jeolojik gelişimi boyunca meydana gelir ve öncü rol oynayan modern bir gezegensel süreci temsil eder. Daha fazla gelişme biyosfer.

Jeolojik döngü, kayaların oluşumu ve yıkımı ve ardından yıkım ürünlerinin - kırıntılı malzeme ve kimyasal elementlerin hareketi ile ilişkilidir. Kara ve su yüzeyinin termal özellikleri bu süreçlerde önemli bir rol oynadı ve oynamaya devam ediyor: emilim ve yansıma. Güneş ışınları, termal iletkenlik ve ısı kapasitesi. Dünya yüzeyinin dengesiz hidrotermal rejimi, gezegensel atmosferik dolaşım sistemiyle birlikte belirlendi. jeolojik döngü Dünya'nın gelişiminin ilk aşamasında endojen süreçlerle birlikte kıtaların, okyanusların ve modern jeosferlerin oluşumuyla ilişkilendirilen maddeler. Biyosferin oluşmasıyla birlikte organizmaların atık ürünleri de büyük döngüye dahil oldu. Jeolojik döngü canlı organizmalara besin sağlar ve onların varoluş koşullarını büyük ölçüde belirler.

Ana kimyasal elementler litosfer: oksijen, silikon, alüminyum, demir, magnezyum, sodyum, potasyum ve diğerleri - üst mantonun derin kısımlarından litosferin yüzeyine geçerek büyük bir döngüye katılırlar. Kristalleşmeyle oluşan magmatik kaya

Litosferin yüzeyine Dünya'nın derinliklerinden gelen magma, biyosferde ayrışmaya ve hava koşullarına maruz kalır. Ayrışma ürünleri hareketli bir duruma girer, su ve rüzgar tarafından rölyefin alçak bölgelerine taşınır, nehirlere, okyanusa girer ve kalın tortul kaya katmanları oluşturur, bunlar zamanla sıcaklık ve basıncın arttığı bölgelerde derinliğe dalarak metamorfoza uğrar. yani "yeniden eritilmiş". Bu erime sırasında yerkabuğunun üst ufuklarına giren ve tekrar madde döngüsüne giren yeni bir metamorfik kaya ortaya çıkar. (Şek. 32).

Pirinç. 32. Jeolojik (büyük) madde döngüsü

Kolayca hareket edebilen maddeler - gazlar ve doğal sular, gezegenin atmosferini ve hidrosferini oluşturur. Litosfer malzemesi çok daha yavaş döngü yapar. Genel olarak, herhangi bir kimyasal elementin her döngüsü, Dünya üzerindeki genel büyük madde döngüsünün bir parçasıdır ve hepsi birbiriyle yakından bağlantılıdır. Bu döngüdeki biyosferin canlı maddesi, biyosferde sürekli dolaşan kimyasal elementleri yeniden dağıtarak muazzam bir iş gerçekleştirir. dış ortam organizmalara ve tekrar dış çevreye.

Küçük veya biyolojik madde döngüsü- Bu

Bitkiler, hayvanlar, mantarlar, mikroorganizmalar ve toprak arasındaki maddelerin dolaşımı. Biyolojik döngünün özü, iki zıt fakat birbirine bağlı sürecin ortaya çıkmasında yatmaktadır - organik maddelerin yaratılması ve bunların yok edilmesi. İlk aşama Organik maddelerin ortaya çıkışı, yeşil bitkilerin fotosentezinden, yani güneş enerjisini kullanarak karbondioksit, su ve basit mineral bileşiklerinden canlı maddenin oluşmasından kaynaklanmaktadır. Bitkiler (üreticiler) topraktan çözelti halinde kükürt, fosfor, kalsiyum, potasyum, magnezyum, manganez, silikon, alüminyum, çinko, bakır ve diğer element moleküllerini çıkarırlar. Otçul hayvanlar (birinci dereceden tüketiciler), bu elementlerin bileşiklerini bitki kökenli gıda formunda emer. Yırtıcı hayvanlar (ikinci dereceden tüketiciler) otçullarla beslenirler ve daha fazla yiyecek tüketirler. karmaşık kompozisyon proteinler, yağlar, amino asitler ve diğer maddeler dahil. Ölü bitki ve hayvan kalıntılarının organik maddelerinin mikroorganizmalar (ayrıştırıcılar) tarafından yok edilmesi sürecinde, basit mineral bileşikleri toprağa ve su ortamına girerek bitkiler tarafından asimilasyona uygun hale gelir ve biyolojik döngünün bir sonraki turu başlar. (Şek. 33).

Küçük (biyolojik) döngü

Biyosferdeki canlı maddenin kütlesi nispeten küçüktür. Eğer dünya yüzeyine dağılmışsa, sonuç yalnızca 1,5 cm'lik bir katman olur Tablo 4.1, biyosferin ve Dünya'nın diğer jeosferlerinin bazı niceliksel özelliklerini karşılaştırır. Gezegenin diğer kabuklarının kütlesinin 10-6 katından daha azını oluşturan biyosfer, kıyaslanamaz derecede daha fazla çeşitliliğe sahiptir ve bileşimini bir milyon kat daha hızlı yeniler.

Tablo 4.1

Biyosferin Dünya'nın diğer jeosferleriyle karşılaştırılması

*Canlı ağırlığa dayalı canlı madde

4.4.1. Biyosferin işlevleri

Biyosferin biyotası sayesinde baskın kısım kimyasal dönüşümler gezegende. Dolayısıyla V.I. Vernadsky, canlı maddenin muazzam dönüştürücü jeolojik rolü hakkında. Organik evrim sırasında canlı organizmalar kendi içlerinden, organlarından, dokularından, hücrelerinden, kanından, tüm atmosferden, Dünya Okyanusu'nun tüm hacminden, toprak kütlesinin büyük bir kısmından ve çok büyük bir mineral kütlesinden bin kez (çünkü) geçtiler. 103'ten 105'e kadar farklı döngüler). Ve bunu kaçırmakla kalmadılar, aynı zamanda dünyanın çevresini kendi ihtiyaçları doğrultusunda değiştirdiler.

Güneş enerjisini kimyasal bağların enerjisine dönüştürme yetenekleri sayesinde bitkiler ve diğer organizmalar, gezegen ölçeğinde bir dizi temel biyojeokimyasal işlevi yerine getirir.

Gaz fonksiyonu. Canlılar, fotosentez ve solunum işlemleri yoluyla çevreyle sürekli olarak oksijen ve karbondioksit alışverişinde bulunurlar. Bitkiler, gezegenin jeokimyasal evriminde ve oluşumunda indirgeyici bir ortamdan oksitleyici bir ortama geçişte belirleyici bir rol oynamıştır. gaz bileşimi modern atmosfer. Bitkiler, tüm modern canlı organizmaların tamamı için optimal olan O2 ve CO2 konsantrasyonlarını sıkı bir şekilde kontrol eder.

Konsantrasyon işlevi. Canlılar vücutlarından büyük miktarlarda hava ve doğal çözeltiler geçirerek biyojenik göç (hareket) gerçekleştirirler. kimyasal maddeler) ve kimyasal elementlerin ve bunların bileşiklerinin konsantrasyonu. Bu, organik maddenin biyosentezi, mercan adalarının oluşumu, kabukların ve iskeletlerin oluşumu, tortul kireçtaşı katmanlarının ortaya çıkması, bazı metal cevherlerinin birikmesi, demir-manganez nodüllerinin okyanus tabanında birikmesi vb. ile ilgilidir. aşamalar biyolojik evrim gerçekleşti su ortamı. Organizmalar ihtiyaç duydukları maddeleri seyreltik sulu bir çözeltiden çıkarmayı öğrenmişler ve vücutlarındaki konsantrasyonlarını sürekli arttırmışlardır.

Canlı maddenin redoks fonksiyonu, elementlerin biyojenik göçü ve maddelerin konsantrasyonu ile yakından ilişkilidir. Doğadaki birçok madde stabildir ve normal koşullar altında oksidasyona uğramaz, örneğin moleküler nitrojen en önemli biyojenik elementlerden biridir. Ancak canlı hücreler o kadar güçlü katalizörlere (enzimlere) sahiptirler ki, birçok redoks reaksiyonunu abiyotik bir ortamda gerçekleşebileceklerinden milyonlarca kat daha hızlı gerçekleştirebilirler.

Biyosferin canlı maddesinin bilgi işlevi. Yapının basit bir yansıması olan "ölü" bilgiden farklı olan aktif ("canlı") bilginin gezegende ortaya çıkması, ilk ilkel canlıların ortaya çıkışıyla oldu. Organizmaların, bir enerji akışını, bir program rolü oynayan aktif bir moleküler yapıyla birleştirerek bilgi elde edebildikleri ortaya çıktı. Moleküler bilgiyi algılama, saklama ve işleme yeteneği doğada hızlı bir evrim geçirmiş ve ekolojik sistemi oluşturan en önemli faktör haline gelmiştir. Biyotanın toplam genetik bilgi kaynağının 1015 bit olduğu tahmin edilmektedir. Küresel biyotanın tüm hücrelerinde metabolizma ve enerji ile ilişkili moleküler bilgi akışının toplam gücü 1036 bit/s'ye ulaşır (Gorshkov ve diğerleri, 1996).

4.4.2. Biyolojik döngünün bileşenleri.

Biyolojik döngü, biyosferin tüm bileşenleri arasında (yani toprak, hava, su, hayvanlar, mikroorganizmalar vb. arasında) meydana gelir. Canlı organizmaların zorunlu katılımıyla oluşur.

Biyosfere ulaşan güneş ışınımı yılda yaklaşık 2,5*1024 J enerji taşır. Fotosentez işlemi sırasında bunun yalnızca% 0,3'ü doğrudan organik maddelerin kimyasal bağlarının enerjisine dönüştürülür, yani. Biyolojik döngüye dahil olur. Ve Dünya'ya düşen güneş enerjisinin% 0,1 - 0,2'sinin saf olarak bulunduğu ortaya çıkıyor birincil üretim. Daha fazla kader bu enerji transferle ilişkilidir organik madde trofik zincirlerin basamakları boyunca yiyecek.

Biyolojik döngü şartlı olarak birbirine bağlı bileşenlere ayrılabilir: maddelerin döngüsü ve enerji döngüsü.

4.4.3. Enerji döngüsü. Biyosferde enerjinin dönüşümü

Bir ekosistem, sürekli olarak enerji, madde ve bilgi alışverişinde bulunan canlı organizmaların bir koleksiyonu olarak tanımlanabilir. Enerji iş yapabilme yeteneği olarak tanımlanabilir. Ekosistemlerdeki enerjinin hareketi de dahil olmak üzere enerjinin özellikleri, termodinamik yasalarıyla tanımlanır.

Termodinamiğin birinci kanunu veya enerjinin korunumu kanunu, enerjinin yok olmadığını veya yeniden yaratılmadığını, sadece bir formdan diğerine geçtiğini belirtir.

Termodinamiğin ikinci yasası, kapalı bir sistemde entropinin yalnızca artabileceğini belirtir. Ekosistemlerdeki enerjiyle ilgili olarak aşağıdaki formülasyon uygundur: Enerjinin dönüşümüyle ilgili süreçler, yalnızca enerjinin konsantre bir formdan dağınık bir forma geçmesi, yani bozunması koşuluyla kendiliğinden gerçekleşebilir. Kullanılamaz hale gelen enerji miktarının ölçüsü ya da enerjinin bozunması sırasında meydana gelen düzen değişikliğinin ölçüsü entropidir. Sistemin derecesi ne kadar yüksek olursa entropisi o kadar düşük olur.

Yani canlı madde uzayın, güneşin enerjisini alıp enerjiye dönüştürür. dünyevi süreçler(kimyasal, mekanik, termal, elektrik). Bu enerjiyi ve inorganik maddeyi biyosferdeki maddelerin sürekli döngüsüne dahil eder. Biyosferdeki enerji akışının Güneş'ten bitkilere (ototroflar) ve hayvanlara (heterotroflar) kadar tek bir yönü vardır. Sabit kritik çevresel göstergelere (homeostaz) sahip, istikrarlı bir durumdaki doğal, el değmemiş ekosistemler en düzenli sistemlerdir ve en düşük entropiyle karakterize edilir.

4.4.4. Canlı doğadaki maddelerin döngüsü

Canlı maddenin oluşumu ve ayrışması, kimyasal elementlerin biyolojik döngüsü adı verilen tek bir sürecin iki yüzüdür. Yaşam, organizmalar ve çevre arasındaki kimyasal elementlerin döngüsüdür.

Döngünün nedeni, organizmaların vücutlarını oluşturan elementlerin sınırlı sayıda olmasıdır. Her organizmanın özütlediği çevre yaşam için gerekli olan maddeleri geri verir ve kullanılmayanları geri verir. Burada:

Bazı organizmalar mineralleri doğrudan çevreden tüketir;

diğerleri önce işlenmiş ve izole edilmiş ürünleri kullanır;

üçüncü - ikinci vb. maddeler orijinal hallerinde çevreye dönene kadar.

Biyosferde bir arada yaşama ihtiyacı açıktır çeşitli organizmalar birbirlerinin atık ürünlerini kullanma yeteneğine sahiptirler. Neredeyse atıksız biyolojik üretim görüyoruz.

Maddelerin canlı organizmalardaki dolaşımı kabaca dört sürece indirgenebilir:

1. Fotosentez. Fotosentezin bir sonucu olarak bitkiler güneş enerjisini emer ve biriktirir ve organik maddeleri (birincil biyolojik ürünler) ve inorganik maddelerden oksijeni sentezler. Birincil biyolojik ürünler çok çeşitlidir; karbonhidratlar (glikoz), nişasta, lif, proteinler ve yağlar içerirler.

En basit karbonhidratın (glikoz) fotosentez şeması aşağıdaki şemaya sahiptir:

Bu süreç yalnızca gün içinde meydana gelir ve buna bitki kütlesinde bir artış eşlik eder.

Dünya üzerinde fotosentez sonucu yılda yaklaşık 100 milyar ton organik madde oluşmakta, yaklaşık 200 milyar ton karbondioksit emilmekte ve yaklaşık 145 milyar ton oksijen açığa çıkmaktadır.

Fotosentez, Dünya'da yaşamın varlığının sağlanmasında belirleyici bir rol oynamaktadır. Küresel önemi, fotosentezin, minimalist prensibe uygun olarak termodinamik bir süreçte enerjinin dağılmadığı, aksine biriktiği tek süreç olduğu gerçeğiyle açıklanmaktadır.

Bitkiler, proteinlerin yapımı için gerekli amino asitleri sentezleyerek diğer canlı organizmalardan nispeten bağımsız olarak var olabilirler. Bu, bitkilerin ototrofisini (beslenmede bağımsızlık) gösterir. Aynı zamanda, bitkilerin yeşil kütlesi ve fotosentez sırasında üretilen oksijen, bir sonraki canlı organizma grubunun (hayvanlar, mikroorganizmalar) yaşamını desteklemenin temelini oluşturur. Bu, bu organizma grubunun heterotrofisini gösterir.

2. Nefes almak. Süreç fotosentezin tersidir. Tüm canlı hücrelerde görülür. Solunum sırasında organik madde oksijen tarafından oksitlenir, bunun sonucunda karbondioksit, su oluşur ve enerji açığa çıkar.

3. Ototrofik ve heterotrofik organizmalar arasındaki besin (trofik) bağlantıları. Bu durumda enerji ve madde, daha önce detaylı olarak ele aldığımız besin zincirinin halkaları boyunca aktarılır.

4. Terleme süreci. Biyolojik döngüdeki en önemli süreçlerden biri.

Şematik olarak aşağıdaki gibi tarif edilebilir. Bitkiler topraktaki nemi kökleri aracılığıyla emer. Aynı zamanda suda çözünmüş, emilen mineralleri de alırlar ve çevre koşullarına bağlı olarak nem az çok yoğun bir şekilde buharlaşır.

4.4.5. Biyojeokimyasal döngüler

Jeolojik ve biyolojik döngüler birbiriyle bağlantılıdır - biyojeokimyasal döngüler (BGCC) adı verilen maddelerin dolaşımına yol açan tek bir süreç olarak var olurlar. Bu element döngüsü, ekosistemdeki organik maddelerin sentezi ve bozunmasından kaynaklanmaktadır (Şekil 4.1) Biyosferin tüm elementleri BGCC'ye dahil değildir, sadece biyojenik olanları içerir. Canlı organizmalar bunlardan oluşur; bu elementler çok sayıda reaksiyona girer ve canlı organizmalarda meydana gelen süreçlere katılır. Yüzde cinsinden, biyosferdeki canlı maddenin toplam kütlesi aşağıdaki ana biyojenik elementlerden oluşur: oksijen - %70, karbon - %18, hidrojen - %10,5, kalsiyum - %0,5, potasyum - %0,3, nitrojen - 0, %3 (oksijen, hidrojen, nitrojen, karbon tüm manzaralarda bulunur ve canlı organizmaların temelidir - %98).

Kimyasal elementlerin biyojenik göçünün özü.

Dolayısıyla biyosferde biyojenik bir madde döngüsü (yani organizmaların yaşamsal aktivitesinden kaynaklanan bir döngü) ve tek yönlü bir enerji akışı vardır. Kimyasal elementlerin biyojenik göçü temel olarak iki karşıt süreç tarafından belirlenir:

1. Güneş enerjisi sayesinde çevresel unsurlardan canlı maddenin oluşması.

2. Enerjinin açığa çıkmasıyla birlikte organik maddelerin yok edilmesi. Bu durumda, mineral maddelerin elementleri tekrar tekrar canlı organizmalara girer, böylece karmaşık organik bileşiklerin, formların bir parçası haline gelir ve daha sonra ikincisi yok edildiğinde tekrar mineral bir form kazanırlar.

Canlı organizmaların parçası olan ancak biyojenik olarak sınıflandırılmayan elementler vardır. Bu tür elementler organizmalardaki ağırlık oranlarına göre sınıflandırılır:

Makroelementler – kütlenin en az %10-2'sini oluşturan;

Mikro elementler – kütlenin %9*10-3 ila %1*10-3'ü arasındaki bileşenler;

Ultramikro elementler – kütlenin %9*10-6'sından azı;

Besinlerin biyosferin diğer kimyasal elementleri arasındaki yerini belirlemek için ekolojide kabul edilen sınıflandırmayı ele alalım. Biyosferde meydana gelen süreçlerdeki aktivitelerine göre tüm kimyasal elementler 6 gruba ayrılır:

Soy gazlar - helyum, neon, argon, kripton, ksenon. İnert gazlar canlı organizmaların bir parçası değildir.

Asil metaller– rutenyum, radyum, paladyum, osmiyum, iridyum, platin, altın. Bu metaller neredeyse hiç bileşik oluşturmaz. yerkabuğu.

Döngüsel veya biyojenik elementler (bunlara ayrıca göçmen denir). Yer kabuğundaki bu biyojenik element grubu toplam kütlenin %99,7'sini, geri kalan 5 grup ise %0,3'ünü oluşturur. Dolayısıyla elementlerin büyük bir kısmı dolaşımda olan göçmenlerdir. coğrafi zarf ve inert elemanların kısmı çok küçüktür.

Serbest atomların baskınlığı ile karakterize edilen dağınık elementler. Kimyasal reaksiyonlara girerler ancak bileşikleri yer kabuğunda nadiren bulunur. İki alt gruba ayrılırlar. Birincisi - rubidyum, sezyum, niyobyum, tantal - yer kabuğunun derinliklerinde bileşikler oluşturur ve yüzeyde mineralleri yok edilir. İkincisi - iyot, brom - yalnızca yüzeyde reaksiyona girer.

Radyoaktif elementler - polonyum, radon, radyum, uranyum, neptunyum, plütonyum.

Nadir toprak elementleri - itriyum, samaryum, europium, tülyum vb.

Tüm yıl boyunca biyokimyasal döngüler yaklaşık 480 milyar ton maddeyi harekete geçiriyor.

VE. Vernadsky, kimyasal elementlerin biyojenik göçünün özünü açıklayan üç biyojeokimyasal prensibi formüle etti:

Biyosferdeki kimyasal elementlerin biyojenik göçü her zaman maksimum tezahürü için çaba gösterir.

Türlerin jeolojik zaman içerisinde istikrarlı yaşam formlarının oluşmasına yol açan evrimi, atomların biyojenik göçünü artıracak yönde ilerlemektedir.

Canlı madde, biyosferi yeniden yaratan ve koruyan bir faktör olan çevresi ile sürekli kimyasal alışveriş içindedir.

Bu elementlerden bazılarının biyosferde nasıl hareket ettiğini düşünelim.

Karbon döngüsü. Biyotik döngünün ana katılımcısı, organik maddelerin temeli olan karbondur. Karbon döngüsü öncelikle canlı madde ile atmosferik karbondioksit arasında fotosentez süreci yoluyla meydana gelir. Otçulların yiyeceklerinden, etoburların ise otçullardan elde edilir. Solunum ve çürüme sırasında karbondioksit kısmen atmosfere geri döner; geri dönüş ise organik minerallerin yakılmasıyla gerçekleşir.

Karbonun atmosfere geri dönüşü olmazsa 7-8 yıl içinde yeşil bitkiler tarafından tüketilecektir. Fotosentez yoluyla biyolojik karbon dönüşüm hızı 300 yıldır. Okyanuslar atmosferdeki CO2 içeriğinin düzenlenmesinde büyük rol oynamaktadır. Atmosferdeki CO2 içeriği artarsa ​​bir kısmı suda çözünerek kalsiyum karbonatla reaksiyona girer.

Oksijen döngüsü.

Oksijen yüksek kimyasal aktiviteye sahiptir ve yer kabuğunun hemen hemen tüm elementleriyle birleşir. Esas olarak bileşikler halinde bulunur. Canlı maddenin her dördüncü atomu bir oksijen atomudur. Atmosferdeki moleküler oksijenin neredeyse tamamı yeşil bitkilerin faaliyeti nedeniyle ortaya çıkar ve sabit bir seviyede tutulur. Solunum sırasında bağlanan ve fotosentez sırasında açığa çıkan atmosferik oksijen, 200 yıl içinde tüm canlı organizmalardan geçer.

Nitrojen döngüsü. Azot ayrılmaz parça tüm proteinler. Organik maddeyi oluşturan bir element olan sabit nitrojenin doğadaki nitrojene genel oranı 1:100000'dir. Azot molekülündeki kimyasal bağ enerjisi çok yüksektir. Bu nedenle, nitrojenin diğer elementlerle (oksijen, hidrojen (nitrojen fiksasyonu işlemi) kombinasyonu) çok fazla enerji gerektirir. Endüstriyel nitrojen fiksasyonu, -500°C sıcaklıkta ve –300 atm basınçta katalizörlerin varlığında gerçekleşir.

Bilindiği gibi atmosferde %78'den fazla moleküler nitrojen bulunur ancak bu haliyle mevcut değildir. yeşil bitkiler. Bitkiler beslenmeleri için yalnızca nitrik ve nitröz asitlerin tuzlarını kullanabilirler. Bu tuzların oluşma yolları nelerdir? Bunlardan bazıları:

Biyosferde nitrojen fiksasyonu, biyokatalizin yüksek verimliliği nedeniyle normal sıcaklık ve basınçta birkaç anaerobik bakteri ve siyanobakteri grubu tarafından gerçekleştirilir. Bakterilerin yılda yaklaşık 1 milyar ton nitrojeni bağlı forma dönüştürdüğüne inanılmaktadır (küresel endüstriyel fiksasyon hacmi yaklaşık 90 milyon tondur).

Toprak nitrojenini sabitleyen bakteriler havadaki moleküler nitrojeni emebilir. Toprağı azotlu bileşiklerle zenginleştirirler, dolayısıyla önemleri son derece büyüktür.

Bitkisel ve hayvansal kökenli organik maddelerin azot içeren bileşiklerinin ayrışması sonucu.

Bakterilerin etkisi altında nitrojen nitratlara, nitritlere ve amonyum bileşiklerine dönüşür. Bitkilerde besin zincirlerinde organizmadan organizmaya aktarılan protein bileşiklerinin sentezinde nitrojen bileşikleri görev alır.

Fosfor döngüsü. Bir tane daha önemli unsur Protein sentezinin imkansız olduğu fosfordur. Ana kaynaklar magmatik kayaçlar (apatit) ve tortul kayaçlardır (fosforitler).

İnorganik fosfor, doğal liç işlemlerinin bir sonucu olarak döngüye dahil olur. Fosfor, katılımıyla bir dizi organik bileşiği sentezleyen ve bunları çeşitli trofik seviyelere aktaran canlı organizmalar tarafından emilir.

Trofik zincirlerdeki yolculuğunu tamamlayan organik fosfatlar, mikroplar tarafından parçalanarak yeşil bitkilerin kullanabileceği mineral fosfatlara dönüştürülür.

Maddenin ve enerjinin hareketini sağlayan biyolojik dolaşım sürecinde atık birikimine yer yoktur. Her yaşam formunun atık ürünleri (yani atıklar), diğer organizmalar için bir üreme alanı sağlar.

Teorik olarak biyokütlenin üretimi ile ayrışması arasında biyosferde her zaman bir denge korunmalıdır. Ancak bazılarında jeolojik dönemler biyolojik döngünün dengesi bazı nedenlerden dolayı bozuldu doğal şartlar felaketler, biyolojik ürünlerin tümü asimile edilmedi veya dönüştürülmedi. Bu durumlarda fazlalıklar oluştu biyolojik ürünler Yerkabuğunda, su kalınlığı altında korunan ve biriken tortu, bölgede sona erdi sürekli donmuş toprak. Mevduat böyle oluştu kömür, petrol, gaz, kireçtaşı. Biyosferi kirletmedikleri unutulmamalıdır. Fotosentez sürecinde biriken Güneş enerjisi organik minerallerde yoğunlaşmıştır. Artık kişi organik yanıcı mineralleri yakarak bu enerjiyi açığa çıkarır.

Doğadaki maddelerin büyük döngüsü güneş enerjisinin Dünya'nın derin enerjisi ile etkileşiminden kaynaklanır ve maddenin biyosfer ile Dünyanın daha derin ufukları arasında yeniden dağılımını gerçekleştirir.

tortul kayalar magmatik kayaların aşınması nedeniyle oluşan, yer kabuğunun hareketli bölgelerinde tekrar bölgeye dalma yüksek sıcaklıklar ve baskı. Orada erir ve yeni magmatik kayaların kaynağı olan magmayı oluştururlar. Bu kayaları yükselttikten sonra yeryüzü ve ayrışma süreçlerinin etkisi onları yeniden yeni tortul kayalara dönüştürür. Yeni döngü eskisini tam olarak tekrarlamıyor, ancak yeni bir şey getiriyor ve bu da zamanla çok önemli değişikliklere yol açıyor.

İtici güç büyük (jeolojik) döngüöyle eksojen ve endojen jeolojik süreçler.

Endojen süreçler(iç dinamik süreçleri), radyoaktif bozunma sonucu açığa çıkan Dünya'nın iç enerjisinin etkisi altında meydana gelir, kimyasal reaksiyonlar minerallerin oluşumu, kayaların kristalleşmesi vb. (örneğin tektonik hareketler, depremler, magmatizma, metamorfizma).

Dışsal süreçler(dış dinamik süreçleri) Güneş'in dış enerjisinin etkisi altında meydana gelir. Örnekler: kayaların ve minerallerin aşınması, yıkım ürünlerinin yer kabuğunun bazı bölgelerinden uzaklaştırılması ve yeni alanlara aktarılması, tortul kayaçların oluşmasıyla yıkım ürünlerinin birikmesi ve birikmesi. Ex.pr.'ye göreceli atmosferin, hidrosferin, ayrıca canlı organizmaların ve insanların jeolojik aktivitesi.

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

Jeolojik döngü örnekleri. 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.

Büyük bir döngünün bir örneği, atmosfer boyunca kara ve okyanus arasındaki su döngüsüdür (Şekil 2.1).

Pirinç. 2.1. Genel kabul görmüş hidrolojik (iklimsel) şema

doğada su döngüsü

Dünya Okyanusunun yüzeyinden buharlaşan nem (Dünya yüzeyine ulaşan güneş enerjisinin neredeyse yarısını tüketir), karaya aktarılır, burada yağış şeklinde düşer, yüzey ve yer altı akışı şeklinde okyanusa geri döner. . Su döngüsü aynı zamanda daha basit bir şemaya göre gerçekleşir: okyanus yüzeyinden nemin buharlaşması - su buharının yoğunlaşması - okyanusun aynı su yüzeyinde yağış.

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 tüm su kaynağı 2 milyon yıl içinde bozulmakta ve yenilenmektedir.

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

Yaşamak ile yaşam arasındaki ilişkinin izini sürmek cansız doğa Biyosferde madde döngüsünün nasıl gerçekleştiğini anlamak gerekir.

Anlam

Maddelerin döngüsü, aynı maddelerin litosfer, hidrosfer ve atmosferde meydana gelen işlemlere tekrar tekrar katılmasıdır.

İki tür madde döngüsü vardır:

• jeolojik(büyük döngü);
• biyolojik(küçük girdap).

Maddelerin jeolojik dolaşımının itici gücü dış (güneş radyasyonu, yerçekimi) ve iç (Dünya'nın iç enerjisi, sıcaklık, basınç) jeolojik süreçler, biyolojik süreçler - canlıların aktivitesidir.

Büyük Döngü, canlı organizmaların katılımı olmadan gerçekleşir. Dış ve iç faktörlerin etkisi altında rahatlama oluşur ve düzeltilir. Depremler, hava koşulları, volkanik patlamalar ve yer kabuğunun hareketi sonucunda vadiler, dağlar, nehirler, tepeler oluşur, jeolojik katmanlar oluşur.

Pirinç. 1. Jeolojik döngü.

Biyosferdeki maddelerin biyolojik dolaşımı, besin zinciri boyunca enerjiyi dönüştüren ve ileten canlı organizmaların katılımıyla gerçekleşir. Canlı (biyotik) ve cansız (abiyotik) maddeler arasındaki istikrarlı bir etkileşim sistemine biyojeosinoz denir.

EN İYİ 3 makalebununla birlikte okuyanlar

Maddelerin dolaşımının gerçekleşebilmesi için, Çeşitli koşulların karşılanması gerekir:

• yaklaşık 40 kimyasal elementin varlığı;
• güneş enerjisinin varlığı;
• canlı organizmaların etkileşimi.

Pirinç. 2. Biyolojik döngü.

Madde döngüsünün belirli bir başlangıç ​​noktası yoktur. Süreç süreklidir ve bir aşama her zaman diğerine akar. Döngüye herhangi bir noktadan bakmaya başlayabilirsiniz, özü aynı kalacaktır.

Genel madde döngüsü aşağıdaki süreçleri içerir:

• fotosentez;
• metabolizma;
• ayrışma.

Besin zincirinde üretici olan bitkiler, güneş enerjisini, besinle birlikte ayrıştırıcı hayvanların vücuduna giren organik maddelere dönüştürür. Ölümden sonra bitki ve hayvanların ayrışması tüketicilerin (bakteri, mantar, solucan) yardımıyla gerçekleşir.

Pirinç. 3. Besin zinciri.

Maddelerin döngüsü

Maddelerin doğadaki konumlarına göre ayrılırlar. iki tür dolaşım:

• gaz- hidrosferde ve atmosferde meydana gelir (oksijen, nitrojen, karbon);
• tortul- yer kabuğunda oluşur (kalsiyum, demir, fosfor).

Biyosferdeki madde ve enerji döngüsü tabloda çeşitli elementlerin örnekleri kullanılarak açıklanmaktadır.

Madde	Döngü	Anlam
	Büyük daire. Okyanus veya kara yüzeyinden buharlaşır, atmosferde kalır, yağış olarak düşer, su kütlelerine ve Dünya yüzeyine geri döner.	Doğal formlar ve iklim koşulları gezegenler
	Karada küçük bir madde döngüsü vardır. Üreticiler tarafından alınıp ayrıştırıcılara ve tüketicilere aktarılırlar. Karbondioksit olarak geri döner. Okyanusta büyük bir döngü var. Tortu olarak tutuldu	Tüm organik maddelerin temelidir
	Bitki köklerinde bulunan nitrojen sabitleyici bakteriler, atmosferdeki serbest nitrojeni sabitler ve onu besin zinciri boyunca daha ileri aktarılan bitki proteini formunda bitkilere sabitler.	Proteinler ve azotlu bazlar içerir
Oksijen	Küçük döngü - fotosentez sırasında atmosfere girer ve aerobik organizmalar tarafından tüketilir. Büyük Gyre - ultraviyole radyasyonun etkisi altında su ve ozondan oluşur	Oksidasyon ve solunum süreçlerine katılır
	Atmosferde ve toprakta bulunur. Bakteriler ve bitkiler tarafından emilir. Bazıları deniz yatağına yerleşiyor	Amino asitlerin yapımı için gerekli
	Büyük ve küçük girdaplar. Kayaların içinde bulunur, bitkiler tarafından topraktan tüketilir ve besin zinciri yoluyla aktarılır. Organizmalar ayrıştıktan sonra toprağa geri döner. Rezervuarda fitoplankton tarafından emilir ve balıklara aktarılır. Balıklar öldükten sonra bir kısmı iskelette kalır ve dibe çöker.

Büyük jeolojik madde döngüsü. Maddelerin küçük biyolojik (coğrafi) döngüsü

Maddelerin büyük jeolojik döngüsü, güneş enerjisinin Dünya'nın derin enerjileriyle etkileşiminden kaynaklanır ve maddelerin biyosfer ile Dünyanın daha derin ufukları arasında yeniden dağılımını gerçekleştirir. Tortul kayaçlar, yer kabuğunun hareketli bölgelerinde yüksek sıcaklık ve basınç bölgesine daldırılır. Orada erir ve yeni magmatik kayaların kaynağı olan magmayı oluştururlar. Bu kayalar yeryüzüne çıkıp hava koşullarına maruz kaldıktan sonra yeniden yeni tortul kayaçlara dönüşürler.

Büyük Döngü aynı zamanda suyun kara ve okyanus arasında atmosfer yoluyla dolaşımını da içerir. Dünya okyanuslarının yüzeyinden buharlaşan nem, karaya aktarılır ve burada yağış şeklinde düşer, bu da yüzey akışı ve yer altı akışı şeklinde okyanusa geri döner. Su döngüsü aynı zamanda daha basit bir şemaya göre gerçekleşir: okyanus yüzeyinden nemin buharlaşması - su buharının yoğunlaşması - okyanus yüzeyinde yağış. Her gün 500 bin metreküpün üzerinde su döngüsüne katılıyor. km. su. Dünyadaki su kaynaklarının tamamı bozuluyor ve 2 milyon yıl içinde yeniden oluşuyor.

Küçük madde döngüsü (biyojeokimyasal) yalnızca biyosferde meydana gelir. Özü, fotosentez işlemi sırasında inorganik bileşiklerden canlı maddenin oluşumunda ve organik maddenin ayrışma sırasında tekrar inorganik bileşiklere dönüştürülmesinde yatmaktadır. Biyosferin yaşamı için bu döngü esastır ve yaşamın devamıdır. Canlı madde değişerek, doğup ve ölerek gezegenimizdeki yaşamı destekler, maddelerin biyojeokimyasal döngüsünü sağlar. Döngüdeki ana enerji kaynağı fotosentezi sağlayan güneş ışığıdır.

Biyojeokimyasal döngünün özü, vücut tarafından emilen kimyasal elementlerin daha sonra onu terk etmesi ve vücuda girmesidir. abiyotik çevre Bir süre sonra tekrar canlı bir organizmaya girerler. Biyojeokimyasal döngülerde, rezerv fonu veya organizmalarla ilişkili olmayan maddeler arasında ayrım yapmak gelenekseldir; Organizmalar ve yakın çevreleri arasında doğrudan besin alışverişi nedeniyle fon değişimi. Biyosferi bir bütün olarak ele alırsak, jeolojik döngüde atmosferde ve hidrosferde rezerv fonu bulunan gazlı maddelerin döngüsünü ve yerkabuğunda rezerv fonu bulunan sedimanter döngüyü ayırt edebiliriz.

Bir bütün olarak girdaplar aşağıdaki hususların yerine getirilmesini sağlar: temel fonksiyonlar Biyosferdeki canlı madde:

• o Gaz: ölü organik maddenin ayrışmasının bir ürünü.
• o Konsantrasyon: organizmalar birçok kimyasal elementi biriktirir.
• o Redoks: Su kütlelerinde yaşayan organizmalar asit rejimini düzenler.
• o Biyokimyasal: canlı maddenin uzayda çoğalması, büyümesi ve hareketi
• o Biyojeokimyasal insan faaliyeti: doğal maddelerin insanların ekonomik ve evsel ihtiyaçları için kullanılması.

Dünya üzerinde güneş enerjisini tüketmeyen, biriktiren tek süreç, fotosentez sonucunda organik maddenin oluşmasıdır. Güneş enerjisinin bağlanması ve depolanması, Dünya'daki canlı maddenin ana gezegensel işlevidir. En önemli besinler karbon, nitrojen, oksijen, fosfor ve kükürttür.