Biogeokemijska cirkulacija tvari u biosferi najvažniji je prirodni proces kontinuirane razmjene različitih elemenata između nežive okoline i organizama (životinja, biljaka itd.) Sve se temelji na njihovim temeljnim karakteristikama. Najvažnije uključuju sposobnost metabolizma, razmnožavanja, prijenosa nasljednih svojstava.
Biogeokemijski ciklus dušika
Svaki element ima svoje značenje. Dušik ima važnu ulogu u sastavu raznih organskih spojeva. Unatoč visokom postotku dušika u atmosferi, on nije dostupan biljkama i životinjama. Za to postoje razlozi. Energetski je za biljke korisnije koristiti mineralni dušik, a za životinje - kao dio organskih spojeva.
Molekularni dušik iz atmosfere vezan je mikroorganizmima koji fiksiraju dušik i doprinosi njegovom nakupljanju u tlu u obliku amonijaka. Drugi koriste dušik iz mrtvih organizama. Oni također doprinose nakupljanju amonijaka. Pretvara se u nitrate, koje biljke aktivno koriste. To su, općenito govoreći, značajke biogeokemijskeciklus dušika. Uzmite u obzir i proces metabolizma drugih prirodnih tvari.
Obilježja biogeokemijskog ciklusa ugljika, sumpora i fosfora
Ovi kemijski elementi neophodni su za svaki živi organizam. Međutim, njihove vitalne potrebe tu ne prestaju. Stoga su makronutrijenti uključeni u mali biološki ciklus (potreba organizama za njima je prilično velika): kalij, magnezij, natrij; kao i elementi u tragovima: bor, mangan, klor, itd.
U biljke ulaze iz tla, iako često s oborinama. Kao dio fitomase, ugljik, sumpor i fosfor konzumiraju biljojedi konzumenti i tako ulaze u trofičke lance. Međutim, neke životinje zadovoljavaju potrebu za tim elementima zaobilazeći biljke. Kopkari posjećuju solne liže, grizu tlo ili jedu izmet, stare kosti. Morske životinje apsorbiraju sol izravno iz vode. U procesu mineralizacije mrtvih ostataka mikroorganizmi vraćaju kemijske elemente u tlo i vodu. Tako svojim djelovanjem doprinose obogaćivanju okoliša hranjivim tvarima.
ravnoteža ekosustava
U malom biogeokemijskom ciklusu u biosferi, važna okolnost je njegova potpunost. U ekosustavu je unos i izlaz elemenata uravnotežen, dok poteškoće nastaju uglavnom s elementima koji su rezervirani u tlu.
Ravnoteža protoka materije i energije određuje stabilnost ekosustava – njegovu homeostazu. Biosfera koristi vanjske izvore energije, kojiosigurava njegovu urednost i prilično složenu strukturu. Biljke pretvaraju raspršenu svjetlosnu energiju u koncentriranu energiju kemijske veze.
Istovremeno, i uklanjanje energije iz okoliša i njezina transformacija ne dovode do stvaranja otpada.
Utjecaj ljudskih aktivnosti na biosferske procese
Ljudska intervencija u biogeokemijske cikluse provodi se na različite načine. Prije svega, to je uništavanje biokomponente ekosustava (uništavanje biljaka ili promjena teritorija tijekom vađenja energetskih nositelja). Izgaranjem organske tvari energija iz koncentriranog stanja prelazi u raspršeno, što dovodi do toplinskog onečišćenja aerosolima i plinovitim produktima izgaranja. U prirodnom ekosustavu atomi uključeni u biogeokemijske cikluse se više puta koriste. To je olakšano sudjelovanjem u ciklusima svjetlosnih biogenih elemenata koji čine vitalnu tvar.
Ljudska intervencija podrazumijeva unošenje u okoliš ne samo dodatne količine njegovih inherentnih elemenata, već i novih kemijskih spojeva, uključujući i one koje sintetizira čovjek. Mnoge od njih biljke preuzimaju i zatim unose u lanac ishrane.
Primjer je olovo, spojevi žive, arsen, itd. Unos takvih tvari remeti prirodni ciklus, mijenja ravnotežu elemenata ili dovodi do njihovog nakupljanja u živim organizmima, smanjujući njihovu produktivnost ili uzrokujući smrt. Posebnopesticidi i teški metali imaju jako razorno djelovanje. Dakle, stabilnost ekosustava, njegova homeostaza može biti narušena izravno ili neizravno ljudskim aktivnostima.
Ekološka piramida
Okrenimo se najvažnijim obrascima funkcioniranja ekosustava i biogeokemijskih ciklusa. Za to se poslužimo principom ekološke piramide. Izgrađen je na temelju biološke mase trofičkih jednadžbi. Površina bilo kojeg dijela takve piramide približno je jednaka masi tvari. Budući da organizmi svoju razinu grade koristeći prethodnu, ovo područje bi se trebalo postupno smanjivati. Takvo smanjenje svake razine može biti deseterostruko.
Na primjer, ekološka piramida, karakteristična za kopnene ekosustave, u kojima su proizvođači višegodišnje biljke, ima veliku biomasu, iako proizvodni proces nije najvećeg intenziteta. Uravnotežuje se godišnjim povećanjem mase biljojeda. Obrazac formiranja organske mase naziva se pravilo piramide. Postoje i druge njegove varijante.
Obrnuta piramida
Uzmite ekosustav vodenih tijela. Piramida izgrađena za njih može izgledati malo drugačije. Izgleda kao da je naopako. Činjenica je da se kratkotrajne alge vrlo brzo razmnožavaju, ali ih potrošači jednako intenzivno konzumiraju. Dakle, istovremeno zabilježena biomasa u ovom slučaju ne odražava intenzitet proizvodnog procesa u povoljnom razdoblju godine. Ako uzmemo u obzir da veliki potrošači (riba,rakovi) nakupljaju se i jedu se sporije, ukupna masa konzumenata je veća.
Proizvodni proces u ekosustavu omogućuje njihovo uspješno funkcioniranje. Određuje prirodu protoka energije u biosferi. Kao što znate, živi organizmi su njegovi potrošači. Svjetlosnu energiju sunca koriste zelene biljke i dovodi do stvaranja organskih molekula, gdje se pohranjuje u obliku kemijskih veza. Dio se oslobađa tijekom disanja biljaka i koristi se za rast, apsorpciju i kretanje tvari. Ovako se odvija biogeokemijski ciklus.
Energy Exchange
Kao što znate, postoje zakoni termodinamike. Dio energije se gubi, dajući toplinu. To je djelovanje jednog od zakona. On potvrđuje obvezni gubitak energije u procesu njezine transformacije iz jedne vrste u drugu. Kada se nakuplja u biljnoj tvari, koriste ga životinje.
Cijepanje molekula je popraćeno oslobađanjem energije. Značajan dio se koristi u procesu života životinja, prelazeći iz jednog oblika u drugi. To su procesi biosinteze i akumulacije energije novih veza. To su mehanička, električna, toplinska i druge vrste energije. Tijekom njegove transformacije, dio se ponovno gubi, dajući toplinu. Energija postupno prelazi na drugu razinu. Istovremeno, njegov gubitak nastaje i pri izbacivanju dijela neprobavljene hrane (izmeta) i u organskim otpadnim produktima metabolizma (izmet).
Procespotrošnja energije
Kaos je rijedak u prirodi, obično je sve u redu. Obratimo pozornost na neke kvantitativne obrasce procesa korištenja i pretvorbe energije. U prvoj fazi biljke koriste u prosjeku oko 1% svog prihoda. Ponekad ova brojka doseže 2%. U najnepovoljnijim uvjetima pada na 0,1%. Kada se energija prenosi od proizvođača do potrošača prvog reda, učinkovitost doseže 10%.
Čini se da mesožderi učinkovitije probavljaju hranu. To je zbog osobitosti kemijskog sastava hrane i lakoće probave životinja. Ipak, već na razini potrošača trećeg reda količina ulazne energije je vrlo mala i karakteriziraju je tisućinke početnih vrijednosti.
