Siklus nutrisi. Selain unsur-unsur dasar yang dipertimbangkan, sejumlah unsur lain juga berperan dalam proses metabolisme organisme hidup. Beberapa di antaranya hadir dalam jumlah banyak dan termasuk dalam kategori zat gizi makro, seperti natrium, kalium, kalsium, magnesium. Beberapa unsur terkandung dalam konsentrasi yang sangat kecil (unsur mikro), tetapi juga penting (besi, seng, tembaga, mangan, dll).[...]

Siklus nutrisi dan elemen dasar. Mari kita perhatikan siklus zat dan elemen paling penting bagi organisme hidup (Gbr. 3-8). Siklus air adalah siklus geologi yang besar; dan siklus unsur biogenik (karbon, oksigen, nitrogen, fosfor, belerang, dan unsur biogenik lainnya) - hingga biogeokimia kecil.[...]

Laju siklus nutrisi cukup tinggi. Waktu pergantian karbon di atmosfer adalah sekitar 8 tahun. Setiap tahun, sekitar 12% karbon dioksida di udara didaur ulang menjadi siklus di ekosistem darat. Total waktu siklus nitrogen diperkirakan lebih dari 110 tahun, untuk oksigen 2500 tahun.[...]

Siklus biotik. Siklus unsur hara yang disebabkan oleh sintesis dan pembusukan zat organik dalam suatu ekosistem disebut siklus zat biotik. Selain unsur biogenik, siklus biotik melibatkan unsur mineral yang paling penting bagi biota dan berbagai senyawa. Oleh karena itu, seluruh proses siklus transformasi kimia yang disebabkan oleh biota, terutama yang terjadi di seluruh biosfer, disebut juga siklus biogeakimia.[...]

Siklus biotik adalah peredaran unsur hara dan zat lain yang terlibat di dalamnya dalam ekosistem, di biosfer antara komponen biotik dan abiotiknya. Ciri terpenting dari siklus biotik biosfer adalah tingkat isolasi yang tinggi.[...]

Di sisi lain, unsur-unsur biogenik sebagai komponen biomassa hanya mengubah molekul, yang meliputi, misalnya, nitrat N-protein N-limbah N. Unsur-unsur tersebut dapat digunakan berulang kali, dan ciri khasnya adalah siklus. Berbeda dengan energi radiasi matahari, cadangan unsur biogenik tidak konstan. Proses memasukkan sebagian dari bahan-bahan tersebut ke dalam biomassa hidup akan mengurangi jumlah bahan-bahan tersebut yang tersisa di masyarakat. Jika tumbuhan dan fitofag pada akhirnya tidak membusuk, pasokan nutrisi akan habis dan kehidupan di Bumi akan terhenti. Aktivitas organisme heterotrofik merupakan faktor penentu dalam menjaga siklus unsur biogenik dan pembentukan produk. Pada Gambar. 17.24 menunjukkan bahwa pelepasan unsur-unsur tersebut dalam bentuk senyawa anorganik sederhana hanya terjadi dari sistem pengurai. Pada kenyataannya, sejumlah molekul sederhana ini (terutama CO2) juga disediakan oleh sistem konsumen, namun dengan cara ini sebagian kecil dari unsur biogenik kembali ke siklus. Peran yang menentukan di sini adalah milik sistem pengurai.[ ...]

Kekuatan pendorong siklus zat adalah aliran energi matahari dan aktivitas makhluk hidup, yang mengarah pada pergerakan sejumlah besar unsur kimia, konsentrasi dan redistribusi energi yang terakumulasi selama proses fotosintesis. Berkat fotosintesis dan siklus siklus nutrisi yang terus berjalan, organisasi yang stabil dari semua ekosistem dan biosfer secara keseluruhan tercipta, dan fungsi normalnya terlaksana.[...]

Dengan tidak adanya aliran eksternal senyawa biogenik, biosfer dapat eksis secara stabil hanya jika terdapat siklus tertutup zat, di mana nutrisi melakukan siklus tertutup, secara bergantian berpindah dari bagian anorganik biosfer ke bagian organik, dan seterusnya. dan sebaliknya. Siklus ini dilakukan oleh organisme hidup di biosfer. Biosfer diyakini mengandung sekitar 1027 organisme hidup yang tidak berkorelasi satu sama lain. Dalam proses perkembangan evolusioner biosfer, terbentuklah tiga kelompok organisme berikut, yang berbeda dalam tujuan fungsional dan partisipasinya dalam siklus nutrisi: produsen, pengurai, dan konsumen.[...]

Proses material di alam yang hidup, siklus unsur biogenik dikaitkan dengan aliran energi dengan koefisien stoikiometri yang bervariasi dalam organisme yang paling beragam hanya dalam satu urutan besarnya. Selain itu, karena efisiensi katalisis yang tinggi, konsumsi energi untuk sintesis zat baru dalam organisme jauh lebih sedikit dibandingkan analog teknis dari proses ini.[...]

Kesimpulan yang sangat penting bagi praktik, yang muncul dari banyak penelitian intensif tentang siklus unsur hara, adalah bahwa kelebihan pupuk dapat menimbulkan kerugian bagi manusia seperti halnya kekurangan pupuk. Jika lebih banyak bahan yang dimasukkan ke dalam suatu sistem daripada yang dapat digunakan oleh organisme yang aktif saat ini, kelebihan tersebut akan dengan cepat terikat oleh tanah dan sedimen atau hilang karena pencucian, dan menjadi tidak tersedia pada saat pertumbuhan organisme paling diinginkan. Banyak orang yang salah mengira bahwa jika 1 kg pupuk (atau pestisida) direkomendasikan untuk area tertentu di taman atau kolam mereka, maka 2 kg akan memberikan manfaat dua kali lipat. Para pendukung kebijakan yang lebih banyak-lebih-lebih ini sebaiknya memahami hubungan tekanan subsidi yang diilustrasikan pada Gambar 1. 3.5. Subsidi pasti akan menjadi sumber stres jika tidak diterapkan secara hati-hati. Pemupukan ekosistem seperti kolam ikan yang berlebihan tidak hanya menyia-nyiakan hasil yang dicapai, namun dapat menyebabkan perubahan sistem yang tidak terduga, serta mencemari ekosistem hilir. Karena organisme yang berbeda beradaptasi dengan tingkat kandungan unsur yang berbeda, pemupukan berlebihan yang berkepanjangan menyebabkan perubahan komposisi spesies organisme, dan organisme yang kita perlukan mungkin hilang dan organisme yang tidak diperlukan mungkin muncul. [...]

Banyak proses yang terjadi di dalam tanah berhubungan dengan aktivitas vital mikroorganisme tanah - siklus nutrisi, mineralisasi sisa-sisa hewan dan tumbuhan, pengayaan tanah dengan bentuk nitrogen yang tersedia bagi tanaman. Kesuburan tanah berhubungan dengan aktivitas mikroorganisme. Akibatnya, mikroorganisme tanah secara langsung mempengaruhi kehidupan tumbuhan, dan melalui mereka, hewan dan manusia, menjadi salah satu bagian utama ekosistem darat.[...]

Kolam dan danau sangat cocok untuk penelitian, karena dalam waktu singkat siklus nutrisi di dalamnya dapat dianggap independen. Hutchinson (1957) dan Pomeroy (1970) menerbitkan ulasan penelitian tentang siklus fosfor dan siklus elemen penting lainnya.[...]

Transpirasi juga memiliki sisi positifnya. Penguapan mendinginkan daun dan, di antara proses lainnya, mendorong siklus nutrisi. Proses lainnya adalah pengangkutan ion melalui tanah ke akar, pengangkutan ion antar sel akar, pergerakan di dalam tanaman, dan pencucian dari daun (Kozlowski, 1964, 1968). Beberapa proses ini memerlukan energi metabolisme, yang dapat membatasi laju pengangkutan air dan garam (Fried dan Broeshart, 1967). Dengan demikian, transpirasi bukan sekadar fungsi permukaan fisik yang terekspos. Hutan tidak serta merta kehilangan lebih banyak air dibandingkan tumbuhan berumput. Peran transpirasi sebagai subsidi energi pada kondisi hutan lembab telah dibahas pada Bab. 3. Jika udara terlalu lembab (kelembaban relatif mendekati 100%), seperti yang terjadi di beberapa hutan awan tropis, pepohonan menjadi kerdil dan sebagian besar vegetasi terdiri dari epifit, tampaknya karena kurangnya transpirasi. Traksi" (N. Odum, Merpati, 1970).[...]

Energi tidak dapat ditransfer dalam siklus tertutup dan digunakan kembali, namun materi bisa. - Materi (termasuk nutrisi) dapat melewati komunitas dalam “lingkaran”. - Siklus nutrisi tidak pernah sempurna. - Studi di Hutan Hubbard Brook. ■-The masukan dan keluaran unsur hara biasanya rendah dibandingkan dengan jumlah yang terlibat dalam siklus tersebut, meskipun belerang merupakan pengecualian penting terhadap aturan ini (terutama karena “hujan asam”), - Deforestasi membuka siklus dan menyebabkan hilangnya unsur hara.- Terestrial bioma berbeda dalam distribusi nutrisi antara bahan organik mati dan jaringan hidup, - Arus dan sedimentasi merupakan faktor penting■ yang mempengaruhi aliran nutrisi dalam ekosistem perairan.[...]

Semua orang mengkonsumsi makanan, menjadi konsumen urutan ke-1 dan ke-2 dalam rantai makanan. Mereka mengeluarkan produk metabolisme fisiologis yang digunakan oleh pengurai yang berpartisipasi dalam siklus nutrisi. Manusia adalah salah satu dari 3 juta spesies biologis yang diketahui saat ini di Bumi.[...]

Ekosistem apa pun dapat dianggap sebagai serangkaian blok yang dilewati oleh berbagai material dan di dalamnya material-material tersebut dapat bertahan selama periode waktu yang berbeda-beda (Gambar 10.3). Dalam siklus zat mineral dalam suatu ekosistem, biasanya ada tiga blok aktif yang terlibat: organisme hidup, detritus organik mati, dan zat anorganik yang tersedia. Dua blok tambahan - zat anorganik yang dapat diakses secara tidak langsung dan zat organik yang mengendap - dikaitkan dengan siklus nutrisi di beberapa bagian perifer dari siklus umum (Gbr. 10.3), namun pertukaran antara blok ini dan ekosistem lainnya berjalan lambat dibandingkan untuk pertukaran yang terjadi antara blok aktif.[...]

Karbon, nitrogen dan fosfor penting dalam kehidupan organisme. Senyawa mereka diperlukan untuk pembentukan oksigen dan bahan organik dalam proses fotosintesis. Sedimen dasar memainkan peran penting dalam siklus nutrisi. Dalam satu kasus mereka adalah sumber, di sisi lain - akumulator sumber daya organik dan mineral dari reservoir. Pasokan mereka dari sedimen dasar bergantung pada pH, serta konsentrasi unsur-unsur ini dalam air. Dengan peningkatan pH dan rendahnya konsentrasi nutrisi, pasokan fosfor, besi dan unsur-unsur lain dari sedimen dasar ke dalam air meningkat.[...]

Tugas penting dalam mempelajari struktur dan fungsi komunitas (biocenosis) adalah mempelajari stabilitas komunitas dan kemampuan mereka untuk menahan dampak buruk. Saat mempelajari ekosistem, dimungkinkan untuk menganalisis secara kuantitatif siklus materi dan perubahan aliran energi selama transisi dari satu tingkat nutrisi ke tingkat nutrisi lainnya. Pendekatan produksi energi pada tingkat populasi dan biocenotic memungkinkan kita untuk membandingkan berbagai ekosistem alami dan ekosistem buatan manusia. Tugas lain ilmu lingkungan adalah mempelajari berbagai jenis hubungan dalam ekosistem darat dan perairan. Sangatlah penting untuk mempelajari biosfer secara keseluruhan: menentukan produksi dan penghancuran primer di seluruh dunia, siklus nutrisi global; masalah-masalah ini hanya dapat diselesaikan dengan upaya gabungan para ilmuwan dari berbagai negara.[...]

Sistem periodik dalam kimia, hukum gerak benda langit dalam astronomi, dll.) Pola-pola ini terwujud, misalnya, dengan adanya spesies yang sama (atau bentuk pertumbuhan, produktivitas, laju sirkulasi unsur biogenik yang sama. , dll. ) di berbagai tempat. Hal ini pada gilirannya mengarah pada penciptaan hipotesis tentang alasan terulangnya hal tersebut. Hipotesis kemudian dapat diuji dengan observasi atau eksperimen lebih lanjut.[...]

Segala bentuk hubungan bersama-sama membentuk mekanisme seleksi alam dan menjamin stabilitas masyarakat sebagai bentuk organisasi kehidupan. Komunitas merupakan bentuk minimal pengorganisasian kehidupan. mampu berfungsi dalam waktu yang hampir tidak terbatas pada suatu wilayah tertentu. Hanya pada tingkat masyarakat siklus unsur hara dapat dilakukan di suatu wilayah tertentu, yang tanpanya tidak mungkin menjamin harapan hidup yang tidak terbatas dengan sumber daya kehidupan yang terbatas di wilayah tersebut. [...]

Akibat aktivitas kehidupan organisme, terjadilah dua proses yang berlawanan dan tidak dapat dipisahkan. Di satu sisi bahan organik hidup disintesis dari komponen abiotik sederhana, di sisi lain senyawa organik diuraikan menjadi zat abiotik sederhana. Kedua proses ini menjamin pertukaran zat antara komponen biotik dan abiotik ekosistem dan merupakan inti utama siklus biogeokimia nutrisi. [...]

Kembali pada tahun tujuh puluhan abad ke-20, ahli kimia James Lovelock dan ahli mikrobiologi Lynn Margulis mengemukakan teori pengaturan kompleks atmosfer bumi oleh objek biologis, yang menyatakan bahwa tumbuhan dan mikroorganisme, bersama dengan lingkungan fisik, memastikan pemeliharaan geokimia tertentu. kondisi bumi yang mendukung kehidupan. Ini adalah kandungan oksigen yang relatif tinggi di atmosfer dan kandungan karbon dioksida yang rendah, kelembapan dan suhu udara tertentu. Peran khusus dalam peraturan ini dimiliki oleh mikroorganisme ekosistem darat dan perairan, yang menjamin sirkulasi nutrisi. Peran pengaturan mikroorganisme di Lautan Dunia dalam mempertahankan sejumlah karbon dioksida di atmosfer bumi dan dalam mencegah efek rumah kaca sudah diketahui.[...]

Potensi reproduksi makhluk hidup sangat besar. Jika kematian dihentikan untuk beberapa waktu dan reproduksi serta pertumbuhan tidak dibatasi dengan cara apa pun, maka “ledakan biologis” dalam skala kosmik akan terjadi: dalam waktu kurang dari dua hari, biomassa mikroorganisme akan beberapa kali lebih besar daripada massa mikroorganisme. dunia. Hal ini tidak terjadi karena keterbatasan substansi; Biomassa ekosfer dipertahankan pada tingkat yang relatif konstan selama ratusan juta tahun. Dengan pemompaan aliran energi matahari secara konstan, alam yang hidup mengatasi keterbatasan bahan nutrisi dengan mengatur siklus nutrisi. Hal ini memastikan produktivitas tinggi di banyak ekosistem (lihat Tabel 2.1).[...]

Tekanan antropogenik terhadap alam tidak hanya terbatas pada polusi saja. Yang tidak kalah pentingnya adalah eksploitasi sumber daya alam dan gangguan yang diakibatkannya terhadap sistem ekologi. Pengelolaan lingkungan sangatlah mahal – jauh melebihi nilai moneter dari sumber daya yang dikonsumsi. Pertama-tama, karena dalam perekonomian alam, dan juga dalam perekonomian manusia, tidak ada sumber daya yang bebas: ruang, energi, sinar matahari, air, oksigen, tidak peduli betapapun tak habisnya cadangannya di Bumi, dibayar dengan ketat. oleh sistem apa pun yang mengkonsumsinya, dibayar untuk kelengkapan dan kecepatan pengembalian, perputaran nilai, tertutupnya siklus material - nutrisi, energi, makanan, uang, kesehatan... Karena sehubungan dengan semua itu, berlaku hukum sumber daya yang terbatas.

Siklus di alam
Aktivitas organisme hidup disertai dengan ekstraksi sejumlah besar mineral dari alam mati di sekitarnya. Setelah
Ketika organisme mati, unsur kimia penyusunnya dikembalikan ke lingkungan. Beginilah siklus biogenik zat terjadi di alam, yaitu.
peredaran zat antara atmosfer, hidrosfer, litosfer, dan organisme hidup.
Mari kita berikan beberapa contoh.
Siklus air.
Di bawah pengaruh energi matahari, air menguap dari permukaan waduk dan diangkut dalam jarak jauh melalui arus udara. Jatuh
permukaan tanah dalam bentuk presipitasi, berkontribusi terhadap rusaknya batuan dan membuat mineral penyusunnya tersedia bagi tanaman,
mikroorganisme dan hewan. Hal ini mengikis lapisan atas tanah dan daun beserta senyawa-senyawa kimia yang terlarut di dalamnya dan tersuspensi
partikel organik dan anorganik ke laut dan samudera. Sirkulasi air antara lautan dan daratan merupakan penghubung terpenting dalam kelangsungan kehidupan di Bumi.
Tumbuhan berpartisipasi dalam siklus air dengan dua cara: mereka mengekstraknya dari tanah dan menguapkannya ke atmosfer; bagian dari air dalam sel tumbuhan
dipecah selama fotosintesis. Dalam hal ini, hidrogen difiksasi dalam bentuk senyawa organik, dan oksigen memasuki atmosfer.
Hewan mengkonsumsi air untuk menjaga keseimbangan osmotik dan garam dalam tubuh dan melepaskannya ke lingkungan luar bersama dengan makanan
metabolisme.
Siklus karbon.
Karbon memasuki biosfer sebagai hasil fiksasinya selama fotosintesis. Jumlah karbon yang diserap tanaman setiap tahunnya adalah
diperkirakan mencapai 46 miliar ton, sebagian masuk ke dalam tubuh hewan dan dikeluarkan melalui respirasi dalam bentuk CO2 yang kembali masuk ke atmosfer.
Selain itu, cadangan karbon di atmosfer terisi kembali karena aktivitas gunung berapi dan pembakaran bahan bakar fosil oleh manusia. Meskipun bagian utama
karbon dioksida yang masuk ke atmosfer diserap oleh laut dan disimpan dalam bentuk karbonat, kandungan CO2 di udara perlahan tapi pasti
naik.
Siklus nitrogen.
Nitrogen, salah satu unsur biogenik utama, ditemukan dalam jumlah besar di atmosfer, yang menyumbang 80% dari total massa gas.
komponen. Namun, dalam bentuk molekuler, ia tidak dapat digunakan baik oleh tumbuhan tingkat tinggi maupun hewan.
Nitrogen di atmosfer diubah menjadi bentuk yang dapat digunakan melalui pelepasan listrik (di mana nitrogen oksida terbentuk, dikombinasikan dengan
penghasil air asam nitrat dan asam nitrat), bakteri pengikat nitrogen dan ganggang biru-hijau. Pada saat yang sama, amonia terbentuk, yang lainnya
bakteri kemosintetik berturut-turut berubah menjadi nitrit dan nitrat. Yang terakhir ini paling mudah dicerna oleh tanaman. Fiksasi nitrogen biologis
di darat kurang lebih 1 g/m2, dan di daerah subur mencapai 20 g/m2.
Setelah organisme mati, bakteri pembusuk menguraikan senyawa yang mengandung nitrogen menjadi amonia. Sebagian masuk ke atmosfer, sebagian lagi
direduksi dengan denitrifikasi bakteri menjadi molekul nitrogen, tetapi sebagian besar dioksidasi menjadi nitrit dan nitrat dan digunakan kembali.
Sejumlah senyawa nitrogen mengendap di sedimen laut dalam dan dikeluarkan dari siklus dalam waktu yang lama (jutaan tahun). Kerugian ini
dikompensasi oleh masuknya nitrogen ke atmosfer dengan gas vulkanik.
Siklus belerang.
Belerang adalah bagian dari protein dan juga merupakan elemen penting. Dalam bentuk senyawa dengan logam sulfida, terjadi dalam bentuk bijih
di darat dan merupakan bagian dari sedimen laut dalam. Senyawa-senyawa ini diubah menjadi bentuk larut yang dapat diserap melalui kemosintetik
bakteri yang mampu memperoleh energi dengan mengoksidasi senyawa belerang tereduksi. Akibatnya, sulfat terbentuk, yang digunakan
tanaman. Sulfat yang terkubur dalam terlibat dalam siklus oleh kelompok mikroorganisme lain yang mereduksi sulfat menjadi hidrogen sulfida.
Siklus fosfor.
Reservoir fosfor merupakan endapan senyawanya pada batuan. Karena pencucian, ia berakhir di sistem sungai dan sebagian digunakan
tumbuhan, dan sebagian lagi terbawa ke laut, kemudian mengendap di sedimen laut dalam. Selain itu, 1 hingga 2 juta ton mineral yang mengandung fosfor ditambang setiap tahun di dunia.
keturunan Sebagian besar fosfor ini juga tersapu dan dikeluarkan dari siklus. Penangkapan ikan mengembalikan sebagian fosfor ke darat dalam jumlah kecil.
ukuran (sekitar 60 ribu ton unsur fosfor per tahun).
Dari contoh-contoh di atas jelaslah betapa pentingnya peran organisme hidup dalam evolusi alam mati. Aktivitas mereka sangat signifikan
mempengaruhi pembentukan komposisi atmosfer dan kerak bumi. Kontribusi besar terhadap pemahaman tentang hubungan antara alam hidup dan alam mati diberikan oleh orang-orang yang luar biasa
Ilmuwan Soviet V.I.Vernadsky. Ia mengungkapkan peran geologis organisme hidup dan menunjukkan bahwa aktivitas mereka merupakan faktor terpenting
transformasi cangkang mineral planet ini.
Dengan demikian, organisme hidup, yang dipengaruhi oleh faktor-faktor alam yang tidak bernyawa, mengubah kondisi lingkungan melalui aktivitasnya.
lingkungan, yaitu habitat mereka. Hal ini menyebabkan perubahan struktur seluruh komunitas biocenosis.
Telah diketahui bahwa nitrogen, fosfor, dan kalium dapat mempunyai pengaruh positif terbesar terhadap hasil tanaman budidaya, dan oleh karena itu ketiganya
Unsur tersebut ditambahkan dalam jumlah terbesar ke dalam tanah dengan pupuk yang digunakan dalam pertanian. Oleh karena itu, nitrogen dan fosfor ternyata menjadi penyebab utama
percepatan eutrofikasi danau di negara-negara dengan pertanian intensif. Eutrofikasi adalah proses memperkaya badan air dengan nutrisi. Dia
adalah kejadian alami di danau karena sungai membawa nutrisi dari daerah drainase sekitarnya. Namun, proses ini
biasanya berjalan sangat lambat, selama ribuan tahun.
Eutrofikasi yang tidak wajar, yang menyebabkan peningkatan pesat produktivitas danau, terjadi akibat limpasan air dari kegiatan pertanian
lahan yang dapat diperkaya dengan unsur hara dari pupuk.
Ada juga dua sumber fosfor penting lainnya: air limbah dan deterjen. Air limbah, baik dalam bentuk aslinya maupun
diproses, diperkaya dengan fosfat. Deterjen rumah tangga mengandung 15% hingga 60% fosfat yang dapat terbiodegradasi. Dapat diringkas secara singkat bahwa
Eutrofikasi pada akhirnya menyebabkan menipisnya sumber oksigen dan kematian sebagian besar organisme hidup di danau, dan dalam situasi ekstrim, di danau.
sungai
Organisme dalam suatu ekosistem dihubungkan oleh kesamaan energi dan nutrisi, dan kedua konsep ini perlu dibedakan dengan jelas. Seluruh ekosistem
dapat diibaratkan suatu mekanisme tunggal yang menghabiskan energi dan nutrisi untuk melakukan kerja. Nutrisi pada awalnya
berasal dari komponen abiotik sistem, yang pada akhirnya akan dikembalikan sebagai produk limbah atau setelah kematian
dan kehancuran organisme. Dengan demikian, siklus nutrisi yang konstan terjadi dalam ekosistem, yang melibatkan makhluk hidup dan benda mati.
Komponen. Siklus seperti ini disebut siklus biogeokimia.
Pada kedalaman puluhan kilometer, batuan dan mineral terkena tekanan dan suhu tinggi. Akibatnya, hal itu terjadi
metamorfisme (perubahan) struktur, mineral, dan terkadang komposisi kimianya, yang mengarah pada terbentuknya batuan metamorf.
Saat batuan metamorf turun lebih jauh ke dalam bumi, mereka dapat meleleh dan membentuk magma. Energi internal Bumi (yaitu endogen
gaya) mengangkat magma ke permukaan. Dengan batuan cair, mis. magma, unsur-unsur kimia dibawa ke permukaan bumi selama
letusan gunung berapi, memadat di ketebalan kerak bumi dalam bentuk intrusi. Proses pembangunan gunung mengangkat batuan dan mineral dalam
permukaan tanah. Di sini batuan terkena sinar matahari, air, hewan dan tumbuhan, mis. dimusnahkan, diangkut dan disimpan sebagai
curah hujan di lokasi baru. Akibatnya terbentuklah batuan sedimen. Mereka terakumulasi di zona bergerak kerak bumi dan ketika membungkuk lagi
turun ke kedalaman yang sangat dalam (lebih dari 10 km).
Proses metamorfisme, transportasi, kristalisasi dimulai kembali, dan unsur-unsur kimia kembali ke permukaan bumi. Seperti
"Jalur" unsur-unsur kimia disebut siklus geologi besar. Siklus geologi tidak tertutup, karena bagian dari unsur kimia
keluar dari siklus: dibawa ke luar angkasa, diikat dengan ikatan kuat di permukaan bumi, dan sebagian datang dari luar, dari luar angkasa, dengan meteorit.
Siklus geologi adalah perjalanan global unsur-unsur kimia di dalam planet ini. Mereka melakukan perjalanan lebih singkat di Bumi
dalam masing-masing bagiannya. Penggagas utamanya adalah materi hidup. Organisme secara intensif menyerap unsur-unsur kimia dari tanah, udara dan air. Tetapi
pada saat yang sama dan mengembalikannya. Unsur-unsur kimia tersapu dari tanaman oleh air hujan, dilepaskan ke atmosfer selama respirasi dan disimpan di dalamnya
tanah setelah kematian organisme. Unsur-unsur kimia yang kembali lagi dan lagi terlibat dalam “perjalanan” materi hidup. Semuanya bersama-sama menjadi kenyataan
siklus biologis, atau kecil, unsur-unsur kimia. Dia juga tidak tertutup.
Beberapa elemen “wisatawan” terbawa melampaui batasnya dengan air permukaan dan air tanah, sementara beberapa lainnya “dimatikan” dari sumber air.
siklus dan tetap hidup di pepohonan, tanah, dan gambut.
Rute lain dari unsur-unsur kimia mengalir dari atas ke bawah dari puncak dan daerah aliran sungai ke lembah dan dasar sungai, cekungan, cekungan. Pada
daerah aliran sungai, unsur-unsur kimia hanya masuk melalui curah hujan, dan terbawa bersama air dan di bawah pengaruh gravitasi. Konsumsi zat
mendominasi pasokan, sebagaimana dibuktikan dengan nama lanskap daerah aliran sungai yang eluvial.
Di lereng, kehidupan unsur-unsur kimia berubah. Kecepatan gerakan mereka meningkat tajam, dan mereka “mengendarai” lereng seperti penumpang,
duduk dengan nyaman di kompartemen kereta. Bentang alam lereng disebut transit.
Unsur-unsur kimia dapat “beristirahat” dari jalan hanya di lanskap akumulatif yang terletak di cekungan relief. DI DALAM
Mereka sering tinggal di tempat-tempat ini, menciptakan kondisi nutrisi yang baik untuk tumbuh-tumbuhan. Dalam beberapa kasus, vegetasi sudah harus menghadapi tantangan
kelebihan unsur kimia.
Bertahun-tahun yang lalu, manusia melakukan intervensi dalam distribusi unsur-unsur kimia. Sejak awal abad kedua puluh, aktivitas manusia telah menjadi jalur utama
perjalanan mereka. Selama penambangan, sejumlah besar zat dikeluarkan dari kerak bumi. Pemrosesan industri mereka disertai dengan
emisi unsur kimia dari limbah produksi ke atmosfer, air, dan tanah. Ini mencemari habitat organisme hidup. Di tanah
muncul area baru dengan konsentrasi unsur kimia yang tinggi; anomali geokimia buatan manusia. Hal ini biasa terjadi di sekitar tambang
logam non-ferrous (tembaga, timah). Daerah-daerah ini terkadang menyerupai lanskap bulan karena praktis tidak ada kehidupan karena kandungannya yang tinggi
unsur-unsur berbahaya dalam tanah dan perairan. Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi tidak mungkin dihentikan, namun masyarakat harus ingat bahwa polusi ada batasnya
lingkungan alam yang tidak dapat dilintasi, penyakit manusia dan bahkan kepunahan peradaban tidak dapat dihindari.
Dengan menciptakan “tempat pembuangan sampah” biogeokimia, alam mungkin ingin memperingatkan manusia agar tidak melakukan aktivitas yang disalahpahami dan tidak bermoral, untuk menunjukkan kepadanya
dengan menggunakan contoh yang jelas tentang akibat dari terganggunya distribusi unsur-unsur kimia di kerak bumi dan di permukaannya.

Di dalam biosfer, hampir setiap unsur kimia melewati rantai organisme hidup dan termasuk dalam sistem transformasi biogeokimia. Jadi, semua oksigen di planet ini - produk fotosintesis - diperbarui setiap 2000 tahun, dan semua karbon dioksida - setiap 6,3 tahun. Proses perubahan total air di Bumi (di hidrosfer) memakan waktu 2.800 tahun. Pembaruan makhluk hidup di biosfer terjadi rata-rata dalam waktu 8 tahun, sedangkan fitomassa daratan (biomassa tumbuhan darat) adalah 14 tahun, dan untuk lautan yang didominasi oleh organisme dengan masa hidup yang pendek (misalnya plankton) - 33 hari.

Sintesis materi hidup membutuhkan sekitar 40 unsur. Zat yang paling vital adalah zat yang membentuk molekul protein - karbon, nitrogen, oksigen, fosfor, dan belerang. Unsur-unsur lain diperlukan dalam jumlah yang lebih kecil, tetapi unsur-unsur tersebut juga diperlukan. Ini adalah kalsium, zat besi, kalium, magnesium, dll. Semua elemen secara bergantian berpindah dari materi hidup ke materi inert (tak hidup), berpartisipasi dalam siklus biogeokimia yang kompleks. Yang terakhir ini dapat dibagi menjadi dua kelompok: siklus gas, di mana reservoir utama unsur-unsurnya adalah atmosfer (siklus karbon, nitrogen, oksigen dan air), siklus sedimen, yang unsur-unsurnya berada dalam keadaan padat di batuan sedimen (siklus fosfor, besi, belerang). Perputaran unsur sangat berbeda dengan konversi energi fisik sederhana, yang pada akhirnya dilepaskan sebagai panas dan tidak pernah digunakan lagi.

3.2.1. Siklus karbon

Karbon (C) terdapat di planet kita dalam berbagai senyawa, mulai dari karbon murni (batubara, grafit, dll), hingga senyawa organik dengan berat molekul tinggi. Dasar dari siklus biogenik unsur ini adalah senyawa anorganik - karbon dioksida (karbon dioksida CO 2), terbentuk selama penguraian asam karbonat (Gbr. 3.2).

Satu-satunya sumber karbon yang digunakan tanaman untuk sintesis zat organik adalah karbon dioksida, yang merupakan bagian dari atmosfer atau terlarut dalam air.

Fotosintesis menghasilkan karbohidrat dari karbon dioksida dan air dan melepaskan oksigen ke atmosfer. Karbohidrat yang dihasilkan sebagian digunakan oleh organisme fotosintesis itu sendiri (tumbuhan hijau) untuk memperoleh energi yang digunakan untuk pertumbuhan dan perkembangan, dan sebagian lagi dikonsumsi oleh hewan ketika menggunakan fotosintesis untuk makanan. Pada saat yang sama, karbon dioksida keluar ke lingkungan melalui akar, daun, dan juga dilepaskan oleh hewan selama respirasi. Hewan dan tumbuhan yang mati lambat laun diurai oleh mikroorganisme tanah, karbon dalam jaringannya dioksidasi kembali menjadi karbon dioksida dan dikembalikan ke atmosfer. Proses serupa terjadi di lautan.

Berkat fotosintesis, oksigen bebas yang cukup telah terakumulasi di atmosfer agar kehidupan protein dapat berkembang. Tumbuhan hijau yang berfotosintesis dan sistem karbonat laut secara efektif menghilangkan kelebihan CO2 dari atmosfer, yang dapat menyebabkan planet menjadi terlalu panas. Namun peningkatan konsumsi bahan bakar fosil, emisi gas dari industri, serta penurunan kapasitas penyerapan tanaman hijau akibat berkurangnya hutan secara signifikan dan pengaruh polutan kimia terhadap proses fotosintesis itu sendiri mulai mengubah keadaan secara signifikan. dana atmosfer dari siklus karbon. Durasi siklus karbon adalah ~ 300...1000 tahun. Saat ini kandungan karbondioksida tidak mengalami penurunan, sebab cadangannya terus-menerus diisi ulang melalui respirasi, fermentasi, dan pembakaran. Terdapat bahaya nyata bahwa, sebagai akibat dari perkembangan produksi industri dan terganggunya keseimbangan biosfer, kandungan CO 2 di atmosfer dapat meningkat, yang akan menyebabkan peningkatan efek rumah kaca dan perubahan iklim global. .

geser 2

Maksud dan tujuan proyek. Sasaran: Sasaran: Mempertimbangkan siklus zat dan interaksinya satu sama lain. 1) Pelajari literatur tentang topik ini. 2) Mempelajari siklus unsur-unsur kimia dan hubungannya. 3) Pertimbangkan pengaruh antropogenik terhadap siklus zat di alam.

geser 3

geser 4

Perkenalan. Peredaran zat di alam merupakan konsep ekologi terpenting yang mencerminkan pola alami persebaran dan transformasi zat di biosfer. Dengan bantuan konsep ini, terbentuklah gagasan tentang proses siklus di alam, mekanisme terjadinya, dan pentingnya keberadaan kehidupan di Bumi.

geser 5

Bab I. Siklus unsur kimia di alam. Fungsi utama biosfer adalah untuk menjamin peredaran unsur-unsur kimia, yang dinyatakan dalam peredaran zat antara atmosfer, tanah, hidrosfer, dan organisme hidup.

geser 6

1.1. Siklus nitrogen. Penyimpanan utama nitrogen adalah atmosfer, yang terdapat dalam bentuk zat sederhana N2, yang secara kimia inert. Hanya saat terjadi badai petir atau akibat aktivitas bakteri nitrifikasi, nitrogen bebas berubah menjadi nitrogen terikat. Dalam bentuk terikat (NH4+), ia memasuki tanah atau laut, dan segera diserap oleh tanaman. Ketika mereka mati, nitrogen kembali ke tanah atau laut dan kemudian dengan cepat diserap kembali oleh tanaman.

Geser 7

Diagram siklus nitrogen di alam.

Geser 8

1.2. Siklus karbon. Seperti unsur lainnya, atom karbon di alam tidak tertahan secara permanen dalam senyawa yang sama, melainkan berpindah dari satu zat ke zat lainnya. Sebagai hasil dari aktivitas vital tumbuhan hijau - fotosintesis - karbon dari atmosfer, yang terkandung dalam karbon monoksida (IV), masuk ke dalam tumbuhan. Ini adalah bagaimana oksigen bebas dan zat organik tumbuhan terbentuk di alam, yang berfungsi sebagai makanan bagi hewan. Dalam hal ini, karbon masuk ke dalam tubuh hewan, kemudian diubah kembali menjadi karbon monoksida (IV) dan dikembalikan melalui sistem pernapasan ke atmosfer. Karbon monoksida (IV) juga terikat selama pelapukan mineral dan batuan, dan dikembalikan ke atmosfer melalui sumber vulkanik dan mineral.

Geser 9

Diagram siklus karbon di alam.

Geser 10

Siklus fosfor. 1.3. Siklus fosfor agak lebih sederhana daripada siklus nitrogen, karena fosfor hanya terdapat dalam beberapa bentuk kimia: unsur ini bersirkulasi, secara bertahap berubah dari senyawa organik menjadi fosfat, yang dapat diserap oleh tanaman. Namun, tidak seperti nitrogen, cadangan fosfor bukanlah atmosfer, melainkan batuan dan sedimen lain yang terbentuk pada era geologi masa lalu. Batuan ini secara bertahap terkikis, melepaskan fosfat ke ekosistem. Fosfor dalam jumlah besar masuk ke laut dan disimpan di sana. Itulah sebabnya kembalinya fosfor ke dalam siklus tidak mengkompensasi kehilangannya. Siklus fosfor bagi organisme hidup sama pentingnya dengan siklus nitrogen, unsur ini merupakan salah satu komponen utama asam nukleat, membran sel, sistem transfer energi, jaringan tulang dan dentin.

geser 11

Diagram siklus fosfor di alam.

geser 12

Bab II. Pengaruh antropogenik terhadap siklus unsur kimia di alam. Aktivitas produksi manusia memasukkan aliran tambahan unsur-unsur beracun ke dalam siklus zat. Migrasi unsur-unsur ini ke dalam tanah dan sungai meningkatkan kemungkinan kontak dengan organisme hidup. Dengan demikian, mikroorganisme berpartisipasi dalam banyak siklus. Dalam beberapa kasus, mereka mengubah senyawa kimia yang tidak larut menjadi senyawa kimia yang dapat larut, banyak di antaranya beracun. Di negara lain, aktivitas mereka terhambat (terkadang sepenuhnya) karena pencemaran lingkungan. Keduanya mengganggu stabilitas siklus biokimia. Siklus oksigen, karbon, dan nitrogen mudah dipulihkan karena mekanisme pengaturan mandiri (berkat kehadiran dana atmosfer atau lautan yang besar, mereka dengan cepat mengisi kembali zat-zat yang hilang). Tipe kedua meliputi siklus sedimen (siklus belerang, fosfor, besi). Mereka mudah terganggu dan sulit dipulihkan, karena sebagian besar zat terkonsentrasi pada dana yang relatif tidak aktif dan tidak aktif di kerak bumi. Pengaruh antropogenik terhadap siklus terletak pada kenyataan bahwa manusia, dengan menggunakan hampir semua elemen yang ditemukan di alam dalam aktivitasnya, secara signifikan mempercepat pergerakan banyak zat dan dengan demikian mengganggu sifat siklus dari siklus tersebut. Dengan demikian, siklus zat menjadi tidak seimbang ketika unsur-unsur kimia terakumulasi dalam ekosistem atau dikeluarkan dari ekosistem. Oleh karena itu, tindakan lingkungan harus berkontribusi pada kembalinya zat ke siklusnya.

geser 13

Kesimpulan. Dalam karya ini kami memberikan konsep siklus unsur kimia di alam. Dengan bantuan konsep ini, kami membentuk gagasan tentang proses siklus di alam, mekanisme terjadinya dan signifikansinya bagi keberadaan kehidupan di Bumi. Siklus unsur-unsur kimia sangat penting bagi pembentukan dan perkembangan kehidupan. Mereka juga menilai pengaruh manusia pada berbagai siklus. Dengan demikian, campur tangan manusia berdampak buruk pada siklus unsur kimia di alam. Saat ini, terdapat banyak undang-undang lingkungan hidup. Semuanya bertujuan untuk melindungi alam dari campur tangan manusia yang merugikan, yaitu melestarikan siklus unsur-unsur kimia di alam.

Geser 14

Terima kasih atas perhatian Anda!

Lihat semua slide

SIKLUS BIOGENIK

Mari kita perhatikan siklus yang memainkan peran terbesar di biosfer, yang meliputi siklus biogeokimia karbon, nitrogen, oksigen, sulfur, dan fosfor.

Siklus karbon. Sumber karbon di alam sangat banyak dan beragam. Sementara itu, hanya karbon dioksida, baik dalam bentuk gas di atmosfer maupun dalam bentuk terlarut dalam air, yang merupakan sumber karbon yang menjadi dasar pengolahan.

menjadi bahan organik makhluk hidup. Diserap oleh tanaman selama fotosintesis, ia diubah menjadi gula, dan dalam proses biosintesis lainnya diubah menjadi protein, lipid, dll. Berbagai zat ini memberikan nutrisi karbohidrat pada hewan dan tumbuhan non-hijau. Hewan saprofag dan mikroorganisme yang hidup di dalam tanah mengubah sisa-sisa tumbuhan dan hewan yang mati menjadi bahan organik baru, lapisan massa berwarna coklat atau hitam yang kurang lebih tebal - humus. Kecepatan organisme pengurai bekerja pada humus jauh dari sama, dan panjang rantai jamur dan bakteri yang mengarah pada mineralisasi akhir karbon bervariasi. Terkadang rantainya bisa pendek dan tidak lengkap: residu organik terakumulasi dalam bentuk gambut dan membentuk rawa gambut. Di beberapa rawa yang ditumbuhi lumut sphagnum tebal, lapisan gambut bisa mencapai 20 m atau lebih. Di sinilah siklus karbon berhenti. Endapan senyawa organik fosil berupa batu bara dan minyak menunjukkan stagnasi sirkulasi dalam skala waktu geologis (Gbr. 3).

Siklus karbon juga terhenti di air, karena karbon dioksida terakumulasi dalam bentuk CaCO 3 (kapur, batu kapur atau karang) yang berasal dari bahan kimia atau biogenik. Seringkali massa karbon ini tetap berada di luar siklus selama seluruh periode geologi, hingga CaCO3 naik ke atas permukaan laut dalam bentuk rantai pegunungan. Mulai saat ini, karbon dan kalsium mulai memasuki siklus akibat pencucian batu kapur oleh curah hujan, di bawah pengaruh lumut, serta akar tanaman berbunga. Aktivitas manusia memainkan peran besar dalam siklus karbon. Umat ​​​​manusia setiap tahunnya mengonsumsi sekitar 6 10 9 ton karbon dalam bentuk fosil. Jika karbon dioksida yang dihasilkan dari pembakaran tidak dihilangkan dari atmosfer, maka peningkatan tahunan kandungan karbon dioksida di udara akan mencapai 2,3 juta ton.Selama 100 tahun terakhir, kandungan karbon dioksida meningkat dari 290 menjadi 320 juta ton. , dengan lebih dari 1/5 peningkatan ini menurun selama beberapa dekade terakhir. Dengan demikian, peningkatan total kandungan karbon dioksida di atmosfer kira-kira hanya 1/3 dari jumlah gas yang dilepaskan selama pembakaran (berdasarkan massa absolut - 200 · 10 9 ton). Sisa karbon dioksida digunakan untuk meningkatkan massa tanaman (karena diketahui bahwa tanaman tumbuh lebih cepat jika kandungan CO2 di atmosfer lebih tinggi); sebagiannya larut di perairan laut. Meskipun, menurut beberapa perkiraan, biomassa tanah selama 100 tahun terakhir bisa saja meningkat sebesar 15 · 10 9 ton, tidak ada bukti langsung mengenai hal ini.

Intensitas aktivitas manusia semakin meningkat. Tingkat konsumsi bahan bakar fosil juga semakin meningkat dari tahun ke tahun. Dalam 15 tahun, kandungan CO 2 di atmosfer akan meningkat dari 320 menjadi 375 -

400 juta ton Peningkatan kandungan CO 2 di atmosfer pasti akan menyebabkan peningkatan suhu permukaan bumi, dan akibatnya mencairnya gletser, naiknya permukaan laut dan akibat-akibat lain yang tidak kalah seriusnya. Oleh karena itu, umat manusia dihadapkan pada tugas mencari sumber energi dan proses teknologi di mana kandungan karbon dioksida di udara tidak akan meningkat secara signifikan. Diketahui juga bahwa penggundulan hutan dan penggunaan lahan untuk jalan dan bangunan mengurangi luas tutupan hijau di bumi dan menurunkan laju asimilasi. Saat menggunakan fitocenosis alami dan menggantinya dengan fitocenosis yang dibudidayakan, orang harus mengingat kebutuhan untuk mempertahankan tingkat fotosintesis secara umum, dan bahkan lebih baik lagi, untuk memastikan peningkatannya.

Siklus nitrogen- proses yang sulit. Meskipun nitrogen menyumbang 70% atmosfer, nitrogen memerlukan fiksasi

sehingga berbentuk senyawa kimia tertentu. Jalur fiksasi nitrogen sangat beragam (Gbr. 4). Fiksasi nitrogen terjadi selama aktivitas gunung berapi, selama pelepasan petir di atmosfer, ketika terjadi ionisasi, dan selama pembakaran meteorit. Namun, peran yang sangat besar dalam proses fiksasi nitrogen dimiliki oleh mikroorganisme, baik yang hidup bebas maupun yang hidup di akar dalam bintil-bintil khusus, dan kadang-kadang pada daun beberapa tanaman.

Reservoir besar nitrogen molekuler bebas di atmosfer tidak digunakan secara langsung oleh tumbuhan tingkat tinggi, karena banyak energi yang dibutuhkan untuk menghancurkan ikatan kuat antar atom dalam molekul N2. Hanya 0,001% nitrogen di biosfer yang terikat pada biomassa dan metabolit organisme. Pemindahan molekul nitrogen ke keadaan terikat dilakukan di alam oleh mikroorganisme pengikat nitrogen, yang membentuk senyawa darinya dengan gugus amino NH 2 - produk utama fiksasi nitrogen, yang termasuk dalam siklus biogenik oleh semua organisme lain. : mikroba, tumbuhan, jamur, hewan. Selanjutnya, senyawa kaya nitrogen (amonia, ion amonium, asam amino) dioksidasi dalam air dan tanah oleh bakteri pembentuk nitrit dan nitrat menjadi nitrogen oksida NO 2 dan NO 3, dan pada tahap terakhir siklus oksida-oksida ini adalah oksida nitrogen. diubah oleh bakteri denitrifikasi kembali menjadi nitrogen molekuler, yang memasuki atmosfer. Setiap tahun, bakteri mengubah setidaknya 1 miliar ton nitrogen menjadi bentuk terikat, sedangkan jumlah nitrogen terikat dalam pupuk mineral tidak melebihi 90 juta ton per tahun.

Organisme pengikat nitrogen pada akar tanaman diwakili oleh bakteri dan, lebih jarang, jamur. Nodul dengan organisme pengikat nitrogen berkembang pada akar perwakilan keluarga kacang-kacangan dan tanaman lain dari berbagai taksonomi. Hasil nitrogen tetap untuk bakteri bintil yang hidup pada akar kacang-kacangan seringkali mencapai 350 kg/ha per tahun, yaitu sekitar 100 kali lebih tinggi dibandingkan organisme pengikat nitrogen yang hidup bebas.

Mungkin intervensi terbesar manusia dalam siklus zat di alam adalah fiksasi nitrogen industri. Menurut K. Delwiche (1972), industri setiap tahun mengikat nitrogen sebanyak yang diikat oleh organisme hidup sebelum diperkenalkannya teknologi pertanian modern.

Siklus oksigen. Tidak diragukan lagi, sebagian besar oksigen di atmosfer berasal dari biogenik, hanya sebagian kecil yang muncul sebagai hasil fotolisis (penguraian air menjadi oksigen dan hidrogen oleh energi cahaya). Peran makhluk hidup dan bahan organik dalam pembentukan karbon dioksida di atmosfer juga tidak dapat disangkal. Dapat dinyatakan dengan pasti kehidupan yang muncul


Beras. 4. Perkiraan jumlah nitrogen terfiksasi yang hilang dan diperoleh biosfer dalam berbagai proses (P. Duvigneau, M. Tang, 1968). Sepanjang tahun, hampir 92 juta ton nitrogen terfiksasi masuk ke biosfer (batang tak berarsir); sekitar 83 juta ton (batang berbayang) kembali ke atmosfer sebagai akibat denitrifikasi. Sekitar 9 juta ton yang “hilang” tampaknya disimpan setiap tahun di biosfer di tanah, air tanah, danau, sungai, dan lautan.

di Bumi, lambat laun menyebabkan munculnya komposisi atmosfer modern yang didukung oleh aktivitas makhluk hidup. Secara kuantitatif, oksigen merupakan komponen utama makhluk hidup. Jika kita memperhitungkan air yang terkandung dalam jaringan, maka misalnya tubuh manusia mengandung 62,8% oksigen dan 19,4% karbon. Jika kita mempertimbangkan biosfer secara keseluruhan, unsur ini, dibandingkan dengan karbon dan hidrogen, merupakan unsur utama di antara zat sederhana.

Siklus oksigen menjadi sangat rumit karena kemampuan unsur tersebut untuk membentuk berbagai senyawa kimia, yang disajikan dalam berbagai bentuk. Akibatnya banyak terjadi epicycles, terjadi antara litosfer dan atmosfer, atau antara hidrosfer dan kedua lingkungan tersebut.

Oksigen yang terkandung di atmosfer dan banyak mineral permukaan (kalsit sedimen, bijih besi) berasal dari biogenik. Endapan besar oksida besi pasca-Kambrium menunjukkan aktivitas besar organisme primitif, yang terkadang mengikat semua oksigen bebas hidrosfer dalam biomassa dan metabolitnya. Pembentukan lapisan ozon di atmosfer, yang mampu menghalangi radiasi ultraviolet paling berbahaya, dimulai sejak oksigen mencapai konsentrasi sekitar 1% dari kandungannya saat ini. Setelah itu, organisme eukariotik autotrofik dapat berkembang di lapisan atas air (tempat aliran matahari paling kuat), yang meningkatkan intensitas fotosintesis dan, karenanya, produksi oksigen.

Konsumsi oksigen atmosfer dan penggantiannya oleh produsen primer terjadi cukup cepat. Diperkirakan dibutuhkan waktu 2 ribu tahun untuk memperbarui seluruh oksigen di atmosfer secara menyeluruh. Namun dibutuhkan waktu 2 juta tahun agar semua molekul air di hidrosfer mengalami fotolisis dan disintesis ulang oleh organisme hidup. Sedangkan untuk karbon dioksida di atmosfer, siklus lengkapnya terjadi sangat cepat, karena hanya membutuhkan waktu 300 tahun untuk pembaharuan totalnya. Sebagian besar oksigen yang dihasilkan selama zaman geologis tidak tetap berada di atmosfer, namun tersimpan di litosfer dalam bentuk karbonat, sulfat, oksida besi, dan lain-lain. Massa ini adalah 590 · 10 14 ton versus 39 · 10 14 ton oksigen yang beredar di biosfer dalam bentuk gas atau sulfat yang terlarut di perairan samudera dan benua.

Siklus belerang. Bagian utama dari siklus unsur ini bersifat sedimen dan terjadi di tanah dan air dengan adanya banyak senyawa gas belerang, seperti hidrogen sulfida dan belerang dioksida.

Sumber utama belerang yang tersedia bagi makhluk hidup adalah semua jenis sulfat. Kelarutan yang baik dalam air yang mengandung banyak sulfat

memfasilitasi akses sulfur anorganik ke ekosistem. Dengan menyerap sulfat, tanaman memulihkannya dan menghasilkan asam amino yang mengandung belerang (metionin, sistein, sistin).

Segala jenis residu organik pada biocenosis diurai oleh bakteri heterotrofik, yang pada akhirnya membentuk hidrogen sulfida dari sulfoprotein yang terkandung di dalam tanah.

Lumpur hitam, yang secara alami terdapat di dasar beberapa laut (misalnya, Laut Hitam), danau, serta di berbagai reservoir air tawar kontinental setelah terkontaminasi oleh manusia, kaya akan organisme pengurai belerang yang berfungsi dalam kondisi anaerobik. Beberapa jenis bakteri, mis. Beggiatoa, dapat mereduksi hidrogen sulfida menjadi unsur belerang. Namun, terdapat bakteri yang dapat mengoksidasi kembali hidrogen sulfida menjadi sulfat, sehingga meningkatkan pasokan belerang bagi produsen.

Fase terakhir dari siklus belerang seluruhnya bersifat sedimen. Ini terdiri dari pengendapan unsur ini dalam kondisi anaerobik dengan adanya besi. Berbagai tahapan proses ini, terutama yang reversibel, selanjutnya memungkinkan pemanfaatan cadangan sedimen.

Dengan demikian, fase terakhir dari siklus belerang berakhir dengan akumulasi yang lambat dan bertahap di batuan sedimen dasar.

Siklus fosfor. Unsur ini merupakan salah satu komponen utama makhluk hidup yang terkandung dalam jumlah yang cukup besar.

Cadangan fosfor yang tersedia bagi makhluk hidup seluruhnya terkonsentrasi di litosfer. Sumber utama fosfor anorganik adalah batuan beku (misalnya apatit) atau batuan sedimen (misalnya fosfor). Mineral fosfor merupakan unsur langka di biosfer, di kerak bumi kandungannya tidak melebihi 1% yang merupakan faktor utama pembatas produktivitas ekosistem. Fosfor anorganik dari batuan kerak bumi terlibat dalam sirkulasi melalui pencucian dan pelarutan di perairan benua. Ia memasuki ekosistem darat dan diserap oleh tanaman, yang dengan partisipasinya mensintesis berbagai senyawa organik, dan dengan demikian dimasukkan dalam rantai makanan. Fosfat organik, bersama dengan sisa-sisa, limbah, dan sekresi makhluk hidup, kemudian dikembalikan ke tanah, di mana mereka kembali terpapar oleh mikroorganisme dan diubah menjadi mineral ortofosfat, siap dikonsumsi oleh tumbuhan hijau dan autotrof lainnya.

Fosfor dibawa ke ekosistem perairan melalui aliran air. Sungai terus memperkaya lautan dengan fosfat, yang mendorong perkembangan fitoplankton dan organisme hidup di berbagai tingkat rantai makanan air tawar atau laut.

waduk Kembalinya mineral fosfat ke air dilakukan melalui bioreducer.Di semua ekosistem perairan, seperti di benua, fosfor ditemukan dalam empat bentuk, masing-masing tidak larut atau larut

Setelah menelusuri semua transformasi fosfor pada skala biosfer, terlihat bahwa siklusnya tidak tertutup (Gbr. 5).Pada ekosistem darat, siklus fosfor berlangsung dalam kondisi alam yang optimal dengan kerugian yang minimal akibat pencucian. (fosilisasi kerangka vertebrata di darat merupakan fenomena yang agak langka, sehingga dampaknya terhadap siklus fosfor tidak perlu mendapat perhatian) Di lautan, hal ini tidak terjadi karena sedimentasi bahan organik yang terus-menerus, khususnya, sisa-sisa ikan yang diperkaya fosfor, yang pecahannya, tidak digunakan sebagai makanan oleh hewan detritivora dan perusak, terus-menerus terakumulasi di dasar laut.Fosfor organik yang menetap di jalur pasang surut dan perairan dangkal, mungkin

dikembalikan ke siklus setelah mineralisasi, tetapi hal ini tidak berlaku untuk sedimen di dasar zona laut dalam, yang menempati 85% dari total luas lautan. Fosfat yang disimpan di kedalaman laut dikeluarkan dari biosfer dan tidak dapat lagi berpartisipasi dalam siklus tersebut. Tentu saja, seperti yang dicatat oleh V.A. Kovda (1968), unsur siklus sedimen biogeokimia tidak dapat terakumulasi tanpa batas waktu di dasar laut. Pergerakan tektonik berkontribusi pada lambatnya naiknya sedimen yang terakumulasi di dasar geosinklin ke permukaan. Dengan demikian, siklus tertutup unsur sedimen memiliki durasi yang diukur dengan periode geologi, yaitu. puluhan dan ratusan juta tahun.