Uzturvielu cikls. Papildus aplūkotajiem pamatelementiem dzīvā organisma vielmaiņas procesā piedalās virkne citu. Daži no tiem ir sastopami ievērojamā daudzumā un pieder makroelementu kategorijai, piemēram, nātrijs, kālijs, kalcijs, magnijs. Daži elementi ir ietverti ļoti mazā koncentrācijā (mikroelementi), taču tie ir arī vitāli svarīgi (dzelzs, cinks, varš, mangāns utt.).[...]

Pamatbarības vielu un elementu cikli. Apskatīsim dzīvajiem organismiem nozīmīgāko vielu un elementu ciklus (3.-8. att.). Ūdens cikls ir liels ģeoloģiskais cikls; un biogēno elementu (oglekļa, skābekļa, slāpekļa, fosfora, sēra un citu biogēno elementu) cikli - līdz maziem bioģeoķīmiskiem.[...]

Barības vielu ciklu ātrums ir diezgan augsts. Atmosfēras oglekļa aprites laiks ir aptuveni 8 gadi. Katru gadu aptuveni 12% no gaisā esošā oglekļa dioksīda tiek pārstrādāti ciklā sauszemes ekosistēmās. Tiek lēsts, ka kopējais slāpekļa cikla laiks ir vairāk nekā 110 gadi, bet skābekļa - 2500 gadi.[...]

Biotiskais cikls. Barības vielu ciklu, ko izraisa organisko vielu sintēze un sabrukšana ekosistēmā, sauc par vielu biotisko ciklu. Papildus biogēnajiem elementiem biotiskais cikls ietver minerālu elementus, kas ir vissvarīgākie biotai, un daudziem dažādiem savienojumiem. Tāpēc visu biotas izraisīto ķīmisko transformāciju ciklisko procesu, it īpaši, ja runa ir par visu biosfēru, sauc arī par biogeaķīmisko ciklu. [...]

Biotiskais cikls ir barības vielu un citu tajās iesaistīto vielu cirkulācija ekosistēmās, biosfērā starp to biotiskajiem un abiotiskajiem komponentiem. Biosfēras biotiskā cikla svarīgākā iezīme ir augsta izolācijas pakāpe.[...]

No otras puses, biogēnie elementi kā biomasas sastāvdaļas vienkārši maina molekulas, kas ietver, piemēram, nitrātu N-proteīnu N-atkritumu N. Tos var izmantot atkārtoti, un to raksturīgā iezīme ir riteņbraukšana. Atšķirībā no saules starojuma enerģijas, barības vielu rezerves nav nemainīgas. Dažu no tiem saistīšanas process dzīvā biomasā samazina kopienai atlikušo daudzumu. Ja augi un fitofāgi galu galā nesadalītos, barības vielu piegāde būtu izsmelta un dzīvība uz Zemes beigtos. Heterotrofo organismu darbība ir noteicošais faktors uzturvielu ciklu uzturēšanā un produktu veidošanā. Attēlā 17.24 parāda, ka šo elementu izdalīšanās vienkāršu neorganisku savienojumu veidā notiek tikai no sadalītāja sistēmas. Realitātē zināmu daļu no šīm vienkāršajām molekulām (īpaši CO2) nodrošina arī patērētāju sistēma, taču tādā veidā ļoti maza daļa biogēno elementu atgriežas ciklā. Šeit noteicošā loma ir sadalītāju sistēmai.[...]

Vielu cikla dzinējspēki ir saules enerģijas plūsmas un dzīvās vielas darbība, kas izraisa milzīgu ķīmisko elementu masu kustību, fotosintēzes procesā uzkrātās enerģijas koncentrāciju un pārdali. Pateicoties fotosintēzei un nepārtraukti funkcionējošiem barības vielu cikliskiem cikliem, tiek izveidota stabila visu ekosistēmu un biosfēras organizācija kopumā un tiek veikta to normāla funkcionēšana.[...]

Ja nav biogēno savienojumu ārējās plūsmas, biosfēra var stabili pastāvēt tikai tad, ja ir noslēgts vielu cikls, kura laikā barības vielas veic slēgtus ciklus, pārmaiņus pārejot no biosfēras neorganiskās daļas uz organisko un tā tālāk. pretēji. Šo ciklu veic biosfēras dzīvie organismi. Tiek uzskatīts, ka biosfērā ir aptuveni 1027 dzīvi organismi, kas nav savstarpēji saistīti. Biosfēras evolucionārās attīstības procesā izveidojās šādas trīs organismu grupas, kas atšķiras pēc funkcionālā mērķa un līdzdalības barības vielu apritē: ražotāji, sadalītāji un patērētāji.[...]

Materiālie procesi dzīvajā dabā, biogēno elementu cikli ir saistīti ar enerģijas plūsmām ar stehiometriskiem koeficientiem, kas atšķiras visdažādākajos organismos tikai vienas lieluma robežās. Turklāt katalīzes augstās efektivitātes dēļ enerģijas patēriņš jaunu vielu sintēzei organismos ir daudz mazāks nekā šo procesu tehniskajos analogos.[...]

Ļoti svarīgs praksei secinājums, kas izriet no daudziem intensīviem barības vielu cikla pētījumiem, ir tāds, ka mēslošanas līdzekļu pārpalikums cilvēkiem var būt tikpat neizdevīgs kā to trūkums. Ja sistēmā tiek ievadīts vairāk materiāla, nekā spēj izlietot pašlaik aktīvie organismi, pārpalikums ātri saista augsni un nogulsnes vai izskalojas, kļūstot nepieejams tieši tad, kad organismu augšana ir visvairāk vēlama. Daudzi cilvēki maldīgi uzskata, ka, ja noteiktai dārza vai dīķa zonai ir ieteicams 1 kg mēslojuma (vai pesticīda), tad 2 kg dos divreiz lielāku labumu. Šiem vairāk ir labāk atbalstītājiem būtu labi saprast subsīdiju un stresa attiecības, kas parādītas 1. attēlā. 3.5. Subsīdijas neizbēgami kļūst par stresa avotu, ja tās netiek piemērotas rūpīgi. Pārmērīga ekosistēmu, piemēram, zivju dīķu mēslošana ir ne tikai izšķērdīga sasniegto rezultātu ziņā, bet arī var izraisīt neparedzētas izmaiņas sistēmā, kā arī piesārņot lejteces ekosistēmas. Tā kā dažādi organismi ir pielāgoti dažādiem elementu satura līmeņiem, ilgstoša pāraugļošanās izraisa izmaiņas organismu sugu sastāvā, un mums nepieciešamie var izzust un parādīties nevajadzīgie.

Daudzi augsnē notiekošie procesi ir saistīti ar augsnes mikroorganismu vitālo aktivitāti – barības vielu cikliem, dzīvnieku un augu atlieku mineralizāciju, augsnes bagātināšanu ar augiem pieejamām slāpekļa formām. Augsnes auglība ir saistīta ar mikroorganismu aktivitāti. Līdz ar to augsnes mikroorganismi tiešā veidā ietekmē augu dzīvi un caur tiem arī dzīvniekus un cilvēkus, kas ir viena no galvenajām sauszemes ekosistēmu daļām.[...]

Dīķi un ezeri ir īpaši ērti pētniecībai, jo īsā laika periodā tajos esošo barības vielu cikli var tikt uzskatīti par neatkarīgiem. Hačinsons (1957) un Pomerojs (1970) publicēja pārskatus par darbu pie fosfora cikla un citu vitāli svarīgu elementu cikliem.[...]

Transpirācijai ir arī savas pozitīvās puses. Iztvaikošana atdzesē lapas un, cita starpā, veicina barības vielu apriti. Citi procesi ir jonu transportēšana caur augsni uz saknēm, jonu transportēšana starp sakņu šūnām, kustība augā un izskalošanās no lapām (Kozlowski, 1964, 1968). Dažiem no šiem procesiem nepieciešama vielmaiņas enerģija, kas var ierobežot ūdens un sāļu transportēšanas ātrumu (Fried and Broeshart, 1967). Tādējādi transpirācija nav tikai atklātu fizisko virsmu funkcija. Meži ne vienmēr zaudē vairāk ūdens nekā zālaugu veģetācija. Transpirācijas kā enerģijas subsīdijas loma mitros meža apstākļos tika apspriesta nodaļā. 3. Ja gaiss ir pārāk mitrs (relatīvais mitrums tuvojas 100%), kā tas notiek atsevišķos tropu mākoņu mežos, koki ir panīkuši un lielāko daļu veģetācijas veido epifīti, acīmredzot transpirācijas trūkuma dēļ. saķere" (N. Odum, Pigeon, 1970).[...]

Enerģiju nevar pārnest slēgtos ciklos un izmantot atkārtoti, taču viela var. - Viela (tostarp barības vielas) var iziet cauri kopienai "cilpās". - Barības vielu cikls nekad nav ideāls. - Habarda Brūkas meža pētījums. barības vielu ievade un izvade parasti ir zema, salīdzinot ar ciklā iesaistīto daudzumu, lai gan sērs ir svarīgs izņēmums no šī noteikuma (galvenokārt “skābo lietus” dēļ), - Mežu izciršana atver ciklu un noved pie barības vielu zuduma.- Sauszemes. biomi atšķiras pēc barības vielu sadalījuma starp mirušajām organiskajām vielām un dzīviem audiem, - Straumes un sedimentācija ir svarīgi ■ faktori, kas ietekmē barības vielu plūsmu ūdens ekosistēmās.[...]

Pārtiku patērē visi cilvēki, būdami 1. un 2. kārtas patērētāji pārtikas ķēdēs. Tie izdala fizioloģiskās vielmaiņas produktus, ko izmanto barības vielu apritē iesaistītie sadalītāji. Cilvēks ir viena no 3 miljoniem šobrīd zināmo bioloģisko sugu uz Zemes.[...]

Jebkuru ekosistēmu var uzskatīt par bloku virkni, caur kurām iziet dažādi materiāli un kuros šie materiāli var palikt dažādus laika periodus (10.3. attēls). Minerālvielu ciklos ekosistēmā parasti ir iesaistīti trīs aktīvie bloki: dzīvie organismi, mirušie organiskie detrīti un pieejamās neorganiskās vielas. Divi papildu bloki - netieši pieejamās neorganiskās vielas un izgulsnējošās organiskās vielas - ir saistīti ar barības vielu cikliem atsevišķās vispārējā cikla perifērajās daļās (10.3. att.), tomēr apmaiņa starp šiem blokiem un pārējo ekosistēmu ir lēna, salīdzinot. uz apmaiņu, kas notiek starp aktīvajiem blokiem .[...]

Ogleklis, slāpeklis un fosfors ir svarīgi organismu dzīvē. Tieši to savienojumi ir nepieciešami skābekļa un organisko vielu veidošanai fotosintēzes procesā. Grunts nogulsnēm ir nozīmīga loma barības vielu ciklā. Vienā gadījumā tie ir avots, citā - rezervuāra organisko un minerālo resursu akumulators. To piegāde no grunts nogulumiem ir atkarīga no pH, kā arī no šo elementu koncentrācijas ūdenī. Paaugstinoties pH un zemai barības vielu koncentrācijai, palielinās fosfora, dzelzs un citu elementu piegāde no grunts nogulumiem ūdenī.[...]

Būtisks kopienu (biocenožu) struktūras un funkcionēšanas izpētes uzdevums ir kopienu stabilitātes un to spēju izturēt negatīvās ietekmes izpēte. Pētot ekosistēmas, kļūst iespējams kvantitatīvi analizēt matērijas ciklu un enerģijas plūsmas izmaiņas, pārejot no viena uztura līmeņa uz citu. Šāda ražošanas-enerģijas pieeja populācijas un biocenotiskā līmenī ļauj salīdzināt dažādas dabas un cilvēku radītās ekosistēmas. Vēl viens vides zinātnes uzdevums ir dažādu veidu savienojumu izpēte sauszemes un ūdens ekosistēmās. Īpaši svarīgi ir pētīt biosfēru kopumā: noteikt primāro ražošanu un iznīcināšanu visā pasaulē, globālo barības vielu ciklu; šīs problēmas var atrisināt tikai dažādu valstu zinātnieku kopīgiem spēkiem.[...]

Periodiskā sistēma ķīmijā, debess ķermeņu kustības likumi astronomijā utt.) Šie modeļi izpaužas, piemēram, vienas un tās pašas sugas klātbūtnē (vai vienādas augšanas formas, produktivitāte, biogēno elementu aprites ātrumi). utt.) dažādās vietās. Tas savukārt noved pie hipotēžu radīšanas par šādas atkārtošanās iemesliem. Pēc tam hipotēzes var pārbaudīt ar turpmākiem novērojumiem vai eksperimentiem.[...]

Visas attiecību formas kopā veido dabiskās atlases mehānismu un nodrošina kopienas kā dzīves organizācijas formas stabilitāti. Kopiena ir minimālā dzīves organizācijas forma. kas spēj funkcionēt gandrīz neierobežotu laiku noteiktā teritorijas daļā. Tikai kopienas līmenī var veikt barības vielu ciklu noteiktā teritorijas daļā, bez kuras nav iespējams nodrošināt neierobežotu mūža ilgumu ar ierobežotiem teritorijas dzīves resursiem.

Organismu dzīvības darbības rezultātā notiek divi pretēji un nedalāmi procesi. No vienas puses, dzīvās organiskās vielas tiek sintezētas no vienkāršiem abiotiskiem komponentiem, no otras puses, organiskie savienojumi tiek iznīcināti vienkāršās abiotiskās vielās. Šie divi procesi nodrošina vielu apmaiņu starp ekosistēmu biotiskajiem un abiotiskajiem komponentiem un veido galveno barības vielu bioģeoķīmiskā cikla kodolu.

Vēl 20. gadsimta septiņdesmitajos gados ķīmiķis Džeimss Lavloks un mikrobiologs Lins Margulis izvirzīja teoriju par Zemes atmosfēras komplekso regulēšanu ar bioloģiskiem objektiem, saskaņā ar kuru augi un mikroorganismi kopā ar fizisko vidi nodrošina noteiktu ģeoķīmisko vielu uzturēšanu. dzīvībai labvēlīgi apstākļi uz Zemes. Tas ir salīdzinoši augsts skābekļa saturs atmosfērā un zems oglekļa dioksīda saturs, noteikts mitrums un gaisa temperatūra. Īpaša loma šajā regulējumā ir sauszemes un ūdens ekosistēmu mikroorganismiem, kas nodrošina barības vielu apriti. Mikroorganismu regulējošā loma Pasaules okeānā zināma oglekļa dioksīda daudzuma uzturēšanā Zemes atmosfērā un siltumnīcas efekta novēršanā ir labi zināma.[...]

Dzīvās vielas reproduktīvais potenciāls ir milzīgs. Ja miršana uz kādu laiku tiktu pārtraukta un vairošanās un augšana nekādā veidā netiktu ierobežota, tad notiktu kosmiska mēroga “bioloģisks sprādziens”: mazāk nekā divās dienās mikroorganismu biomasa būtu vairākas reizes lielāka par mikroorganismu masu. globuss. Tas nenotiek vielas ierobežojuma dēļ; Ekosfēras biomasa tiek uzturēta relatīvi nemainīgā līmenī simtiem miljonu gadu. Pastāvīgi sūknējot saules enerģijas plūsmu, dzīvā daba pārvar barības vielu ierobežojumus, organizējot barības vielu ciklus. Tas nodrošina daudzu ekosistēmu augstu produktivitāti (skat. 2. 1. tabulu).[...]

Antropogēnais spiediens uz dabu neaprobežojas tikai ar piesārņojumu. Tikpat svarīga ir dabas resursu izmantošana un no tā izrietošie ekoloģisko sistēmu traucējumi. Vides apsaimniekošana ir ļoti dārga – daudz vairāk nekā parastā patērēto resursu vērtība naudas izteiksmē. Pirmkārt, tāpēc, ka dabas ekonomikā, tāpat kā cilvēku ekonomikā, nav brīvu resursu: kosmoss, enerģija, saules gaisma, ūdens, skābeklis, lai cik neizsmeļamas šķistu to rezerves uz Zemes, tiek stingri apmaksātas. ar jebkuru sistēmu, kas tos patērē, maksā par pilnību un atgriešanās ātrumu, vērtību apriti, materiālu ciklu noslēgtību - barības vielas, enerģija, pārtika, nauda, ​​veselība... Jo attiecībā uz to visu darbojas ierobežoto resursu likums.

Velo dabā
Dzīvo organismu darbību pavada liela daudzuma minerālvielu ieguve no apkārtējās nedzīvās dabas. Pēc
Kad organismi mirst, to sastāvā esošie ķīmiskie elementi tiek atgriezti vidē. Tā dabā rodas vielu biogēnais cikls, t.i.
vielu cirkulācija starp atmosfēru, hidrosfēru, litosfēru un dzīviem organismiem.
Sniegsim dažus piemērus.
Ūdens cikls.
Saules enerģijas ietekmē ūdens iztvaiko no rezervuāru virsmas un ar gaisa straumēm tiek transportēts lielos attālumos. Krīt tālāk
zemes virsmu nokrišņu veidā, tas veicina iežu iznīcināšanu un padara tos veidojošos minerālus pieejamus augiem,
mikroorganismi un dzīvnieki. Tas noārda augšējo augsnes slāni un atstāj kopā ar tajā izšķīdinātajiem un suspendētajiem ķīmiskajiem savienojumiem
organiskās un neorganiskās daļiņas jūrās un okeānos. Ūdens cirkulācija starp okeānu un zemi ir vissvarīgākā saikne dzīvības uzturēšanai uz Zemes.
Augi piedalās ūdens apritē divos veidos: izvelk to no augsnes un iztvaicē atmosfērā; daļa no ūdens augu šūnās
tiek sadalīts fotosintēzes laikā. Šajā gadījumā ūdeņradis tiek fiksēts organisko savienojumu veidā, un skābeklis nonāk atmosfērā.
Dzīvnieki patērē ūdeni, lai uzturētu osmotisko un sāls līdzsvaru organismā un izdalītu to ārējā vidē kopā ar pārtiku
vielmaiņa.
Oglekļa cikls.
Ogleklis nokļūst biosfērā tā fiksācijas rezultātā fotosintēzes laikā. Oglekļa daudzums, ko augi piesaista katru gadu, ir
tiek lēsts uz 46 miljardiem tonnu Daļa no tā nonāk dzīvnieku ķermenī un izdalās elpošanas rezultātā CO2 veidā, kas atkal nonāk atmosfērā.
Turklāt oglekļa rezerves atmosfērā tiek papildinātas vulkāniskās aktivitātes un fosilā kurināmā sadedzināšanas dēļ. Lai gan galvenā daļa
oglekļa dioksīds, kas nonāk atmosfērā, tiek absorbēts okeānā un nogulsnēts karbonātu veidā, CO2 saturs gaisā lēni, bet vienmērīgi
paceļas.
Slāpekļa cikls.
Slāpeklis, viens no galvenajiem biogēnajiem elementiem, milzīgos daudzumos ir atrodams atmosfērā, kur tas veido 80% no kopējās gāzveida masas.
sastāvdaļas. Tomēr molekulārā formā to nevar izmantot ne augstākie augi, ne dzīvnieki.
Atmosfēras slāpeklis tiek pārvērsts izmantojamā formā elektrisko izlādi (kurās veidojas slāpekļa oksīdi, kombinācijā ar
ūdeni, kas ražo slāpekļskābes un slāpekļskābes), slāpekli fiksējošās baktērijas un zilaļģes. Tajā pašā laikā veidojas amonjaks, ko citi
Ķīmisintētiskās baktērijas secīgi pārvēršas nitrītos un nitrātos. Pēdējie augiem ir visvairāk sagremojami. Bioloģiskā slāpekļa fiksācija
uz sauszemes tas ir aptuveni 1 g/m2, bet auglīgās platībās sasniedz 20 g/m2.
Pēc organismu nāves pūšanas baktērijas sadala slāpekli saturošus savienojumus amonjakā. Daļa no tā nonāk atmosfērā, daļa
denitrificējot baktērijas tiek reducēta līdz molekulārajam slāpeklim, bet lielākā daļa tiek oksidēta līdz nitrītiem un nitrātiem un tiek izmantota vēlreiz.
Zināms daudzums slāpekļa savienojumu nosēžas dziļjūras nogulumos un uz ilgu laiku (miljoniem gadu) tiek izslēgts no cikla. Šie zaudējumi
ko kompensē slāpekļa iekļūšana atmosfērā ar vulkāniskām gāzēm.
Sēra cikls.
Sērs ir daļa no olbaltumvielām un ir arī svarīgs elements. Savienojumu veidā ar metālu sulfīdiem tas notiek rūdu veidā
uz sauszemes un ir daļa no dziļūdens nogulumiem. Šie savienojumi tiek pārveidoti šķīstošā formā, kas ir pieejama absorbcijai ar ķīmiskās sintēzes palīdzību
baktērijas, kas spēj iegūt enerģiju, oksidējot reducētos sēra savienojumus. Rezultātā veidojas sulfāti, kas tiek izmantoti
augi. Dziļi apraktos sulfātus ciklā iesaista cita mikroorganismu grupa, kas reducē sulfātus līdz sērūdeņradim.
Fosfora cikls.
Fosfora rezervuāri ir tā savienojumu nogulsnes iežos. Izskalošanās dēļ tas nonāk upju sistēmās un tiek daļēji izmantots
augiem, un daļēji tiek nogādāts jūrā, kur nogulsnējas dziļjūras nogulumos. Turklāt ik gadu pasaulē tiek iegūti no 1 līdz 2 miljoniem tonnu fosforu saturošu minerālu.
šķirnes Arī liela daļa šī fosfora tiek izskalota un izņemta no cikla. Zvejot nelielos daudzumos daļa fosfora tiek atgriezta krastā.
izmēriem (ap 60 tūkst. tonnu elementārā fosfora gadā).
No iepriekš minētajiem piemēriem ir skaidrs, kāda nozīmīga loma ir dzīviem organismiem nedzīvās dabas evolūcijā. Viņu darbība ir nozīmīga
ietekmē atmosfēras un zemes garozas sastāva veidošanos. Lielu ieguldījumu dzīvās un nedzīvās dabas attiecību izpratnē deva izcilie
Padomju zinātnieks V.I. Vernadskis. Viņš atklāja dzīvo organismu ģeoloģisko lomu un parādīja, ka to darbība ir vissvarīgākais faktors
planētas minerālu apvalku transformācija.
Tādējādi dzīvie organismi, nedzīvās dabas faktoru ietekmē, ar savu darbību maina vides apstākļus.
vide, t.i. viņu dzīvotne. Tas noved pie izmaiņām visas biocenozes kopienas struktūrā.
Ir konstatēts, ka slāpeklim, fosforam un kālijam var būt vislielākā pozitīvā ietekme uz kultivēto augu ražu, un tāpēc šie trīs
Elementu vislielākajos daudzumos pievieno augsnei ar lauksaimniecībā izmantotajiem mēslošanas līdzekļiem. Tāpēc slāpeklis un fosfors izrādījās galvenais iemesls
paātrināta ezeru eitrofikācija valstīs ar intensīvu lauksaimniecību. Eitrofikācija ir ūdenstilpju bagātināšanas process ar barības vielām. Viņa
ir dabiska parādība ezeros, jo upes atnes barības vielas no apkārtējām drenāžas zonām. Tomēr šis process
parasti notiek ļoti lēni, tūkstošiem gadu.
Nedabiska eitrofikācija, kas izraisa strauju ezeru produktivitātes pieaugumu, notiek lauksaimniecības noteces rezultātā.
zemes, kuras var bagātināt ar barības vielām no mēslošanas līdzekļiem.
Ir arī divi citi svarīgi fosfora avoti: notekūdeņi un mazgāšanas līdzekļi. Notekūdeņi gan sākotnējā formā, gan
apstrādāts, bagātināts ar fosfātiem. Sadzīves mazgāšanas līdzekļi satur 15% līdz 60% bioloģiski noārdāmu fosfātu. To var īsi rezumēt
Eitrofikācija galu galā noved pie skābekļa resursu izsīkšanas un lielākās daļas dzīvo organismu bojāejas ezeros, un ekstremālās situācijās
upēm
Organismus ekosistēmā saista enerģijas un barības vielu kopība, un ir skaidri jānošķir šie divi jēdzieni. Visa ekosistēma
var pielīdzināt vienam mehānismam, kas darba veikšanai patērē enerģiju un barības vielas. Sākotnēji uzturvielas
izcelsme ir no sistēmas abiotiskā komponenta, kurā tie galu galā atgriežas vai nu kā atkritumi, vai pēc nāves
un organismu iznīcināšana. Tādējādi ekosistēmā notiek pastāvīgs barības vielu cikls, kurā piedalās gan dzīvas, gan nedzīvas lietas.
Sastāvdaļas. Šādus ciklus sauc par bioģeoķīmiskiem cikliem.
Desmitiem kilometru dziļumā ieži un minerāli tiek pakļauti augsta spiediena un temperatūras iedarbībai. Rezultātā tas notiek
metamorfisms (izmaiņas) to struktūrā, minerālajā un dažreiz ķīmiskajā sastāvā, kas izraisa metamorfo iežu veidošanos.
Kad metamorfie ieži nolaižas tālāk Zemē, tie var izkust un veidot magmu. Zemes iekšējā enerģija (t.i., endogēnā
spēks) paceļ magmu uz virsmas. Ar izkusušiem akmeņiem, t.i. magma, ķīmiskie elementi tiek nogādāti uz Zemes virsmas laikā
vulkānu izvirdumi, sacietē zemes garozas biezumā iebrukumu veidā. Kalnu apbūves procesi rada dziļus akmeņus un minerālus
zemes virsma. Šeit akmeņi ir pakļauti saulei, ūdenim, dzīvniekiem un augiem, t.i. tiek iznīcināti, transportēti un deponēti kā
nokrišņi jaunā vietā. Tā rezultātā veidojas nogulumieži. Tie uzkrājas zemes garozas kustīgajās zonās un atkal noliecoties
nolaisties lielā dziļumā (vairāk nekā 10 km).
No jauna sākas metamorfisma, transportēšanas, kristalizācijas procesi, un ķīmiskie elementi atgriežas uz Zemes virsmas. Tādas
Ķīmisko elementu "maršrutu" sauc par lielo ģeoloģisko ciklu. Ģeoloģiskais cikls nav slēgts, jo daļa no ķīmiskajiem elementiem
iznāk no cikla: tas tiek nogādāts kosmosā, nostiprināts ar spēcīgām saitēm uz zemes virsmas, un daļa nāk no ārpuses, no kosmosa, ar meteorītiem.
Ģeoloģiskais cikls ir globāls ķīmisko elementu ceļojums uz planētas. Viņi veic īsākus ceļojumus uz Zemes
atsevišķās sadaļās. Galvenais iniciators ir dzīvā matērija. Organismi intensīvi absorbē ķīmiskos elementus no augsnes, gaisa un ūdens. Bet
tajā pašā laikā un atdod tos. Ķīmiskie elementi tiek izskaloti no augiem ar lietus ūdeni, izplūst atmosfērā elpošanas laikā un nogulsnējas
augsne pēc organismu nāves. Atgrieztie ķīmiskie elementi atkal un atkal tiek iesaistīti dzīvās vielas “ceļošanā”. Viss kopā veido
bioloģiskais jeb neliels ķīmisko elementu cikls. Viņš arī nav slēgts.
Daži "ceļotāju" elementi tiek aiznesti ārpus tā robežām ar virszemes un gruntsūdeņiem, bet daži ir "izslēgti" no
riņķo un kavējas kokos, augsnē un kūdrā.
Cits ķīmisko elementu ceļš ved no augšas uz leju no virsotnēm un ūdensšķirtnēm līdz ielejām un upju gultnēm, ieplakām, ieplakām. Ieslēgts
ūdensšķirtnēs ķīmiskie elementi iekļūst tikai ar nokrišņiem, un tiek novadīti gan ar ūdeni, gan gravitācijas ietekmē. Vielu patēriņš
dominē pār piedāvājumu, par ko liecina pats eluviālo ūdensšķirtnes ainavu nosaukums.
Nogāzēs mainās ķīmisko elementu mūžs. Viņu kustības ātrums strauji palielinās, un viņi “brauc” pa nogāzēm kā pasažieri,
ērti iekārtoties vilciena nodalījumā. Slīpu ainavas sauc par tranzītu.
Ķīmiskie elementi var “atvilkties” no ceļa tikai akumulatīvās ainavās, kas atrodas reljefa ieplakās. IN
Viņi bieži paliek šajās vietās, radot labus uztura apstākļus veģetācijai. Dažos gadījumos ar veģetāciju jau ir jācīnās
ķīmisko elementu pārpalikums.
Pirms daudziem gadiem cilvēki iejaucās ķīmisko elementu izplatīšanā. Kopš divdesmitā gadsimta sākuma cilvēka darbība ir kļuvusi par galveno veidu
viņu ceļojumi. Ieguves laikā no zemes garozas tiek izvadīts milzīgs daudzums vielu. To rūpniecisko apstrādi pavada
ķīmisko elementu emisijas no ražošanas atkritumiem atmosfērā, ūdenī un augsnē. Tas piesārņo dzīvo organismu dzīvotni. Uz zemes
parādās jaunas teritorijas ar augstu ķīmisko elementu koncentrāciju, cilvēka radītas ģeoķīmiskās anomālijas. Tās ir izplatītas ap raktuvēm
krāsainie metāli (varš, svins). Šīs vietas dažkārt atgādina Mēness ainavas, jo lielā satura dēļ tajās praktiski nav dzīvības
kaitīgie elementi augsnē un ūdeņos. Zinātnisko un tehnoloģisko progresu nav iespējams apturēt, taču cilvēkiem ir jāatceras, ka piesārņojumam ir slieksnis
dabas vide, kuru nevar šķērsot, aiz kuras neizbēgamas cilvēku slimības un pat civilizācijas izmiršana.
Izveidojot bioģeoķīmiskas “izgāztuves”, daba, iespējams, vēlējās brīdināt cilvēku no slikti izdomātām, amorālām darbībām, parādīt viņam
izmantojot skaidru piemēru, pie kā noved ķīmisko elementu izplatības traucējumi zemes garozā un uz tās virsmas.

Biosfēras ietvaros gandrīz katrs ķīmiskais elements iet caur dzīvo organismu ķēdi un ir iekļauts bioģeoķīmisko transformāciju sistēmā. Tādējādi viss planētas skābeklis - fotosintēzes produkts - tiek atjaunots ik pēc 2000 gadiem, bet viss oglekļa dioksīds - ik pēc 6,3 gadiem. Pilnīgas ūdens maiņas process uz Zemes (hidrosfērā) ilgst 2800 gadus. Dzīvās vielas atjaunošanās biosfērā notiek vidēji 8 gados, savukārt sauszemes fitomasa (sauszemes augu biomasa) ir 14 gadi, bet okeānā, kur dominē organismi ar īsu dzīves periodu (piemēram, planktons) - 33 dienas.

Dzīvās vielas sintēzei nepieciešami aptuveni 40 elementi. Vissvarīgākās vielas ir tās, kas veido olbaltumvielu molekulas – ogleklis, slāpeklis, skābeklis, fosfors un sērs. Citi elementi ir nepieciešami mazākā daudzumā, taču tie ir arī nepieciešami. Tie ir kalcijs, dzelzs, kālijs, magnijs uc Visi elementi pārmaiņus pāriet no dzīvas vielas uz inertu (nedzīvu) vielu, piedaloties sarežģītos bioģeoķīmiskos ciklos. Pēdējos var iedalīt divās grupās: gāzes cikls, kurā galvenais elementu rezervuārs ir atmosfēra (oglekļa, slāpekļa, skābekļa un ūdens cikls), nogulumu cikls, kura elementi atrodas cietā stāvoklī. nogulumieži (fosfora, dzelzs, sēra cikls). Elementārā riteņbraukšana ļoti atšķiras no vienkāršas fiziskās enerģijas pārveidošanas, kas galu galā tiek atbrīvota kā siltums un nekad vairs netiek izmantota.

3.2.1. Oglekļa cikls

Ogleklis (C) uz mūsu planētas ir atrodams dažādos savienojumos, sākot no tīra oglekļa formā (ogles, grafīts utt.) un beidzot ar organiskiem savienojumiem ar augstu molekulmasu. Šī elementa biogēnā cikla pamatā ir neorganisks savienojums - oglekļa dioksīds (oglekļa dioksīds CO 2), kas veidojas ogļskābes sadalīšanās laikā (3.2. att.).

Vienīgais oglekļa avots, ko augi izmanto organisko vielu sintēzei, ir oglekļa dioksīds, kas ir atmosfēras sastāvdaļa vai ir izšķīdis ūdenī.

Fotosintēze ražo ogļhidrātus no oglekļa dioksīda un ūdens un izdala skābekli atmosfērā. Daļu no iegūtajiem ogļhidrātiem izmanto pats fotosintēzes organisms (zaļais augs), lai iegūtu enerģiju, ko izmanto augšanai un attīstībai, un daļu patērē dzīvnieki, izmantojot fotosintētiku pārtikā. Tajā pašā laikā oglekļa dioksīds nokļūst vidē caur saknēm, lapām, un to izdala arī dzīvnieki elpošanas laikā. Beigtos dzīvniekus un augus pakāpeniski sadala augsnes mikroorganismi, to audos esošais ogleklis atkal oksidējas līdz oglekļa dioksīdam un tiek atgriezts atmosfērā. Līdzīgs process notiek arī okeānā.

Pateicoties fotosintēzei, atmosfērā ir uzkrājies pietiekami daudz brīvā skābekļa, lai proteīnu dzīvība varētu uzplaukt. Fotosintētiskie zaļie augi un jūras karbonātu sistēma efektīvi izvada no atmosfēras lieko CO 2, kas var izraisīt planētas pārkaršanu. Tomēr pieaugošais fosilā kurināmā patēriņš, gāzu emisijas no rūpniecības, kā arī zaļo augu absorbcijas spējas samazināšanās sakarā ar ievērojamu mežu samazināšanos un ķīmisko piesārņotāju ietekme uz pašu fotosintēzes procesu sāk būtiski mainīt ekoloģiski tīras vides attīstību. oglekļa cikla atmosfēras fonds. Oglekļa cikla ilgums ir ~ 300...1000 gadi. Šobrīd oglekļa dioksīda saturs nesamazinās, jo tās rezerves tiek pastāvīgi papildinātas elpojot, fermentējot un degot. Pastāv reāli draudi, ka rūpnieciskās ražošanas attīstības un biosfēras līdzsvara stāvokļa traucējumu rezultātā atmosfērā var palielināties CO 2 saturs, kas izraisīs siltumnīcas efekta pastiprināšanos un globālās klimata pārmaiņas. .

2. slaids

Projekta mērķis un uzdevumi. Mērķis: Mērķi: Apsveriet vielu ciklus un to savstarpējo mijiedarbību. 1) Izpētiet literatūru par šo tēmu. 2) Izpētīt ķīmisko elementu ciklus un to attiecības. 3) Apsveriet antropogēno ietekmi uz vielu cikliem dabā.

3. slaids

4. slaids

Ievads. Vielu aprite dabā ir vissvarīgākais ekoloģiskais jēdziens, kas atspoguļo vielu dabisko izplatības un transformācijas modeli biosfērā. Ar šīs koncepcijas palīdzību veidojas priekšstati par cikliskajiem procesiem dabā, to rašanās mehānismiem un dzīvības pastāvēšanas nozīmi uz Zemes.

5. slaids

I nodaļa. Ķīmisko elementu cikli dabā. Biosfēras galvenā funkcija ir nodrošināt ķīmisko elementu ciklu, kas izpaužas vielu apritē starp atmosfēru, augsni, hidrosfēru un dzīviem organismiem.

6. slaids

1.1. Slāpekļa cikls. Galvenā slāpekļa krātuve ir atmosfēra, kur tas pastāv vienkāršas vielas N2 veidā, kas ir ķīmiski inerta. Tikai pērkona negaisa laikā vai nitrificējošo baktēriju darbības rezultātā brīvais slāpeklis pārvēršas saistītajā slāpeklī. Saistītā veidā (NH4+) tas nonāk augsnē vai okeānā, kur to nekavējoties uzsūc augi. Kad tie nomirst, slāpeklis atgriežas augsnē vai okeānā, un pēc tam augi to ātri absorbē.

7. slaids

Slāpekļa cikla diagramma dabā.

8. slaids

1.2. Oglekļa cikls. Tāpat kā citi elementi, oglekļa atomi dabā neatrodas pastāvīgi vienā savienojumā, bet pārvietojas no vienas vielas uz otru. Zaļo augu dzīvībai svarīgās aktivitātes – fotosintēzes – rezultātā atmosfēras ogleklis, kurā tas ir oglekļa monoksīdā (IV), nonāk augos. Tā dabā veidojas brīvais skābeklis un organiskās augu vielas, kas kalpo par barību dzīvniekiem. Šajā gadījumā ogleklis nonāk dzīvnieku ķermenī, kur tas atkal tiek pārvērsts oglekļa monoksīdā (IV) un caur elpošanas sistēmu tiek atgriezts atmosfērā. Oglekļa monoksīds (IV) tiek saistīts arī minerālu un iežu dēdēšanas laikā, un to atdod atmosfērā no vulkāniskajiem un minerālu avotiem.

9. slaids

Oglekļa cikla diagramma dabā.

10. slaids

Fosfora cikls. 1.3. Fosfora cikls ir nedaudz vienkāršāks nekā slāpekļa cikls, jo fosfors sastopams tikai dažos ķīmiskos veidos: šis elements cirkulē, pakāpeniski pārvēršoties no organiskiem savienojumiem par fosfātu, ko augi var absorbēt. Bet atšķirībā no slāpekļa fosfora rezerves fonds nav atmosfēra, bet gan ieži un citi nogulumi, kas veidojušies iepriekšējos ģeoloģiskajos laikmetos. Šie ieži pakāpeniski erodējas, izdalot fosfātus ekosistēmās. Liels daudzums fosfora nonāk jūrā un tiek nogulsnēts tur. Tāpēc fosfora atgriešanās ciklā nekompensē tā zaudējumus. Fosfora cikls dzīviem organismiem ir tikpat svarīgs kā slāpekļa cikls.Šis elements ir viena no galvenajām nukleīnskābju, šūnu membrānu, enerģijas pārneses sistēmu, kaulaudu un dentīna sastāvdaļām.

11. slaids

Fosfora cikla diagramma dabā.

12. slaids

II nodaļa. Antropogēnā ietekme uz ķīmisko elementu cikliem dabā. Cilvēku ražošanas darbības ievada papildu toksisko elementu plūsmas vielu ciklos. Šo elementu migrācija augsnē un upēs palielina to saskares iespējamību ar dzīviem organismiem. Tādējādi mikroorganismi piedalās daudzos ciklos. Dažos gadījumos tie pārvērš nešķīstošos ķīmiskos savienojumus šķīstošos, no kuriem daudzi ir indīgi. Citās valstīs viņu darbība tiek apspiesta (dažreiz pilnībā) vides piesārņojuma dēļ. Abi izjauc bioķīmisko ciklu stabilitāti. Skābekļa, oglekļa un slāpekļa cikli ir viegli atjaunojami pašregulācijas mehānisma dēļ (pateicoties lieliem atmosfēras vai okeāna fondiem, tie ātri papildina vielu zudumus). Otrajā veidā ietilpst nogulumu cikli (sēra, fosfora, dzelzs cikli). Tās ir viegli izjauktas un grūti atjaunojamas, jo lielākā daļa vielas ir koncentrēta relatīvi neaktīvā un neaktīvā fondā zemes garozā. Antropogēnā ietekme uz cikliem slēpjas tajā, ka cilvēks, savā darbībā izmantojot gandrīz visus dabā sastopamos elementus, ievērojami paātrina daudzu vielu kustību un tādējādi izjauc ciklu dabu. Tādējādi vielu cikli kļūst nelīdzsvaroti, kad ķīmiskie elementi vai nu uzkrājas ekosistēmā, vai tiek izņemti no tās. Tāpēc vides pasākumiem būtu jāveicina vielu atgriešanās to ciklā.

13. slaids

Secinājums. Šajā darbā mēs sniedzām jēdzienu par ķīmisko elementu ciklu dabā. Ar šīs koncepcijas palīdzību mēs veidojām priekšstatu par cikliskiem procesiem dabā, to rašanās mehānismiem un nozīmi dzīvības pastāvēšanai uz Zemes. Ķīmisko elementu cikliem ir īpaša nozīme dzīvības veidošanā un attīstībā. Viņi arī novērtēja cilvēka ietekmi uz dažādiem cikliem. Tādējādi cilvēka iejaukšanās dabā nelabvēlīgi ietekmē ķīmisko elementu ciklus. Mūsdienās ir daudz vides likumu. Visi no tiem ir vērsti uz dabas aizsardzību no kaitīgas cilvēka iejaukšanās, tas ir, uz ķīmisko elementu ciklu saglabāšanu dabā.

14. slaids

Paldies par jūsu uzmanību!

Skatīt visus slaidus

BIOGĒNISKAIS CIKLS

Apskatīsim ciklus, kuriem ir vislielākā loma biosfērā, kas ietver oglekļa, slāpekļa, skābekļa, sēra un fosfora bioģeoķīmiskos ciklus.

Oglekļa cikls. Oglekļa avotu dabā ir tikpat daudz, cik daudzveidīgi. Tikmēr tikai oglekļa dioksīds, kas ir vai nu gāzveida stāvoklī atmosfērā vai izšķīdis ūdenī, ir oglekļa avots, kas kalpo par pamatu pārstrādei.

to dzīvo būtņu organiskajās vielās. Fotosintēzes laikā uzsūcas augos, tas pārvēršas cukuros, citos biosintēzes procesos pārvēršas olbaltumvielās, lipīdos u.c. Šīs dažādās vielas nodrošina ogļhidrātu uzturu dzīvniekiem un augiem, kas nav zaļi. Augsnē dzīvojošie saprofāgi dzīvnieki un mikroorganismi pārveido mirušos augus un dzīvnieku atliekas jaunā organiskās vielas veidojumā, vairāk vai mazāk biezā brūnās vai melnās masas slānī - humusā. Ātrums, ar kādu sadalīšanās organismi iedarbojas uz humusu, nebūt nav vienāds, un sēnīšu un baktēriju ķēdes, kas noved pie galīgās oglekļa mineralizācijas, atšķiras pēc garuma. Dažreiz ķēde var būt īsa un nepilnīga: organiskās atliekas uzkrājas kūdras veidā un veido kūdras purvus. Dažos purvos ar biezu sfagnu sūnu segumu kūdras slānis var sasniegt 20 m un vairāk. Šeit oglekļa cikls apstājas. Fosilo organisko savienojumu nogulsnes ogļu un naftas veidā liecina par cirkulācijas stagnāciju ģeoloģiskā laika skalā (3. att.).

Oglekļa cikls stagnē arī ūdenī, jo oglekļa dioksīds uzkrājas ķīmiskas vai biogēnas izcelsmes CaCO 3 (krīta, kaļķakmens vai koraļļu) veidā. Bieži vien šīs oglekļa masas paliek ārpus cikla veselus ģeoloģiskos periodus, līdz CaCO3 kalnu ķēžu veidā paceļas virs jūras virsmas. No šī brīža ogleklis un kalcijs sāk iekļūt ciklā, jo kaļķakmens izskalojas ar nokrišņiem, ķērpju ietekmē, kā arī ziedošu augu saknes. Cilvēka darbībai ir liela nozīme oglekļa ciklā. Cilvēce katru gadu patērē aptuveni 6 10 9 tonnas oglekļa fosilā veidā. Ja degšanas rezultātā radušos ogļskābo gāzi neizvadītu no atmosfēras, tā satura ikgadējais pieaugums gaisā būtu 2,3 ​​milj.t.Pēdējo 100 gadu laikā ogļskābās gāzes saturs pieaudzis no 290 līdz 320 milj.t , vairāk nekā 1/5 no šī pieauguma ir samazinājies pēdējo desmitgažu laikā. Tādējādi kopējais oglekļa dioksīda satura pieaugums atmosfērā ir aptuveni tikai 1/3 no sadegšanas laikā izdalītās gāzes daudzuma (pēc absolūtās masas - 200 · 10 9 tonnas). Pārējais oglekļa dioksīds aiziet augu masas palielināšanai (jo zināms, ka augi aug ātrāk, ja CO2 saturs atmosfērā ir lielāks); daļa no tā izšķīst okeāna ūdeņos. Lai gan saskaņā ar dažām aplēsēm zemes biomasa pēdējo 100 gadu laikā varētu būt pieaugusi par 15 · 10 9 tonnām, tiešu pierādījumu tam nav.

Cilvēka darbības intensitāte pieaug. Arī fosilā kurināmā patēriņa līmenis katru gadu pieaug. Pēc 15 gadiem CO 2 saturs atmosfērā palielināsies no 320 līdz 375 -

400 milj.t CO 2 satura palielināšanās atmosfērā neizbēgami izraisīs Zemes virsmas temperatūras paaugstināšanos un līdz ar to ledāju kušanu, okeāna līmeņa celšanos un citas tikpat nopietnas sekas. Tāpēc cilvēces priekšā ir uzdevums meklēt enerģijas avotus un tehnoloģiskos procesus, kuros oglekļa dioksīda saturs gaisā nepieaugs tik ievērojamā ātrumā. Ir arī zināms, ka mežu izciršana un zemes izmantošana ceļiem un ēkām samazina zaļā seguma platību uz Zemes un samazina asimilācijas ātrumu. Lietojot dabiskās fitocenozes un aizstājot tās ar kultivētajām, jāpatur prātā nepieciešamība saglabāt vispārējo fotosintēzes līmeni un vēl labāk – nodrošināt tā pieaugumu.

Slāpekļa cikls- grūts process. Lai gan slāpeklis veido 70% atmosfēras, tā fiksācijai ir nepieciešama

lai tas būtu noteiktu ķīmisko savienojumu veidā. Slāpekļa piesaistes ceļi ir ļoti dažādi (4. att.). Slāpekļa fiksācija notiek vulkāniskās darbības laikā, zibens izlādes laikā atmosfērā, kad notiek tā jonizācija un meteorītu degšanas laikā. Taču nesalīdzināmi liela loma slāpekļa saistīšanās procesā ir mikroorganismiem, gan brīvi dzīvojošiem, gan tiem, kas dzīvo uz saknēm īpašos mezgliņos, dažkārt arī uz dažu augu lapām.

Milzīgo brīvā molekulārā slāpekļa rezervuāru atmosfērā augstākie augi tieši neizmanto, jo ir nepieciešams daudz enerģijas, lai iznīcinātu stiprās saites starp atomiem N 2 molekulā. Tikai 0,001% no biosfēras slāpekļa ir saistīti ar organismu biomasu un metabolītiem. Molekulārā slāpekļa pārnešanu saistītā stāvoklī dabā veic slāpekli fiksējošie mikroorganismi, kas no tā veido savienojumus ar aminogrupu NH 2 - galveno slāpekļa piesaistes produktu, ko biogēnajā ciklā iekļauj visi pārējie organismi. : mikrobi, augi, sēnes, dzīvnieki. Pēc tam ar slāpekli bagātos savienojumus (amonjaks, amonija joni, aminoskābes) ūdenī un augsnēs oksidē nitrītus un nitrātus veidojošas baktērijas par slāpekļa oksīdiem NO 2 un NO 3, un cikla pēdējā posmā šie oksīdi tiek oksidēti. denitrifikācijas baktērijas pārvērš atpakaļ molekulārajā slāpeklī, kas nonāk atmosfērā. Katru gadu baktērijas vismaz 1 miljardu tonnu slāpekļa pārvērš saistītā formā, savukārt saistītā slāpekļa daudzums minerālmēslos nepārsniedz 90 miljonus tonnu gadā.

Slāpekli fiksējošos organismus uz augu saknēm pārstāv baktērijas un retāk sēnītes. Uz pākšaugu dzimtas pārstāvju un citu dažādu taksonomiju augu saknēm veidojas mezgliņi ar slāpekli fiksējošiem organismiem. Fiksētā slāpekļa raža uz pākšaugu saknēm dzīvojošajām mezglu baktērijām nereti ir 350 kg/ha gadā, t.i. aptuveni 100 reižu augstāks nekā brīvi dzīvojošiem slāpekli piesaistošiem organismiem.

Iespējams, lielākā cilvēka iejaukšanās vielu apritē dabā ir rūpnieciskā slāpekļa fiksācija. Pēc K. Delviča (1972) domām, rūpniecība ik gadu fiksē tik daudz slāpekļa, cik to fiksēja dzīvie organismi pirms moderno lauksaimniecības tehnoloģiju ieviešanas.

Skābekļa cikls. Neapšaubāmi, lielākā daļa atmosfērā esošā skābekļa ir biogēnas izcelsmes, tikai neliela daļa no tā parādījās fotolīzes rezultātā (ūdens sadalīšanās skābeklī un ūdeņradi ar gaismas enerģiju). Neapstrīdama ir arī dzīvo būtņu un organisko vielu loma atmosfēras oglekļa dioksīda veidošanā. Var droši apgalvot, ka radās dzīvība

Rīsi. 4. Biosfēras dažādos procesos zaudētā un iegūtā fiksētā slāpekļa daudzuma novērtējums (P. Duvigneau, M. Tang, 1968). Gada laikā gandrīz 92 miljoni tonnu fiksētā slāpekļa nonāk biosfērā (neaizēnoti stieņi), aptuveni 83 miljoni tonnu (nokrāsoti stieņi) atgriežas atmosfērā denitrifikācijas rezultātā. "Pazudušie" aptuveni 9 miljoni tonnu, šķiet, katru gadu tiek nogulsnēti biosfērā augsnē, gruntsūdeņos, ezeros, upēs un okeānā.

uz Zemes, pamazām noveda pie mūsdienu atmosfēras sastāva rašanās, ko atbalsta dzīvo būtņu darbība. Kvantitatīvā izteiksmē skābeklis ir galvenā dzīvās vielas sastāvdaļa. Ja ņem vērā ūdeni, kas atrodas audos, tad, piemēram, cilvēka organismā ir 62,8% skābekļa un 19,4% oglekļa. Ja mēs skatāmies uz biosfēru kopumā, šis elements, salīdzinot ar oglekli un ūdeņradi, ir galvenais starp vienkāršām vielām.

Skābekļa ciklu ļoti sarežģī elementa spēja veidot daudzus ķīmiskus savienojumus, kas ir dažādās formās. Tā rezultātā rodas daudzi epicikli, kas notiek starp litosfēru un atmosfēru vai starp hidrosfēru un šīm divām vidēm.

Atmosfērā esošais skābeklis un daudzi virsmas minerāli (nogulumiežu kalcīti, dzelzsrūdas) ir biogēnas izcelsmes. Milzīgie pēckembrija dzelzs oksīdu nogulsnes liecina par lielu primitīvo organismu aktivitāti, kas dažkārt saistīja visu hidrosfēras brīvo skābekli savā biomasā un metabolītos. Ozona ekrāna veidošanās atmosfērā, kas spēj bloķēt visbīstamāko ultravioleto starojumu, sākās no brīža, kad skābeklis sasniedza koncentrāciju aptuveni 1% no tā pašreizējā satura. Pēc tam augšējos ūdens slāņos (kur saules plūsma bija visspēcīgākā) varēja attīstīties autotrofiski eikariotu organismi, kas palielināja fotosintēzes intensitāti un attiecīgi skābekļa ražošanu.

Atmosfēras skābekļa patēriņš un tā aizstāšana ar primārajiem ražotājiem notiek diezgan ātri. Tiek lēsts, ka visa atmosfēras skābekļa pilnīga atjaunošana prasa 2 tūkstošus gadu. Bet ir nepieciešami 2 miljoni gadu, lai visas hidrosfēras ūdens molekulas tiktu pakļautas fotolīzei un atkārtoti sintezētas ar dzīviem organismiem. Kas attiecas uz atmosfēras oglekļa dioksīdu, tā pilns cikls notiek ļoti ātri, jo tā pilnīgai atjaunošanai nepieciešami tikai 300 gadi. Lielākā daļa ģeoloģiskos laikmetos saražotā skābekļa nepalika atmosfērā, bet tika fiksēts litosfērā karbonātu, sulfātu, dzelzs oksīdu u.c. veidā. Šī masa ir 590 · 10 14 tonnas pret 39 · 10 14 tonnām skābekļa, kas cirkulē biosfērā gāzu vai sulfātu veidā, kas izšķīdināts okeāna un kontinentālajos ūdeņos.

Sēra cikls.Šī elementa cikla dominējošajai daļai ir nogulsnēšanās un tas notiek augsnē un ūdenī daudzu gāzveida sēra savienojumu, piemēram, sērūdeņraža un sēra dioksīda, klātbūtnē.

Galvenais sēra avots, kas pieejams dzīvām būtnēm, ir visa veida sulfāti. Labi daudzu sulfātu šķīdība ūdenī

atvieglo neorganiskā sēra piekļuvi ekosistēmām. Uzsūcot sulfātus, augi tos atjauno un ražo sēru saturošas aminoskābes (metionīnu, cisteīnu, cistīnu).

Visu veidu organiskās atliekas biocenozē sadala heterotrofās baktērijas, kas galu galā veido sērūdeņradi no augsnē esošajiem sulfoproteīniem.

Melnās nogulsnes, kas dabiski sastopamas dažu jūru (piemēram, Melnās jūras) dzelmē, ezeros, kā arī dažādos saldūdens kontinentālajos rezervuāros pēc cilvēka piesārņojuma, ir bagāti ar sēru sadalošiem organismiem, kas funkcionē anaerobos apstākļos. Daži baktēriju veidi, piem. Beggiatoa, var reducēt sērūdeņradi līdz elementāram sēram. Tomēr ir baktērijas, kas var atkal oksidēt sērūdeņradi par sulfātiem, kas atkal palielina ražotājiem pieejamā sēra piegādi.

Sēra cikla pēdējā fāze ir pilnībā nogulsnēta. Tas sastāv no šī elementa izgulsnēšanas anaerobos apstākļos dzelzs klātbūtnē. Dažādi šī procesa posmi, īpaši atgriezeniskie, tālāk ļauj izmantot nogulumu rezerves.

Tādējādi sēra cikla pēdējā fāze beidzas ar tā lēnu un pakāpenisku uzkrāšanos dziļi guļošajos nogulumiežu iežos.

Fosfora cikls.Šis elements ir viena no galvenajām dzīvās vielas sastāvdaļām, kurā tas ir diezgan lielos daudzumos.

Dzīvām būtnēm pieejamās fosfora rezerves ir pilnībā koncentrētas litosfērā. Galvenie neorganiskā fosfora avoti ir magmatiskie (piemēram, apatīti) vai nogulumieži (piemēram, fosforīti) ieži. Minerālfosfors ir rets elements biosfērā, tā saturs zemes garozā nepārsniedz 1%, kas ir galvenais ekosistēmu produktivitāti ierobežojošais faktors. Neorganiskais fosfors no zemes garozas iežiem tiek iesaistīts apritē, izskalojoties un izšķīdinot kontinentālajos ūdeņos. Tas nonāk sauszemes ekosistēmās un tiek absorbēts augos, kas ar tā līdzdalību sintezē dažādus organiskos savienojumus un tādējādi tiek iekļauti barības ķēdēs. Organiskie fosfāti kopā ar dzīvo būtņu paliekām, atkritumiem un izdalījumiem pēc tam tiek atgriezti zemē, kur tie atkal tiek pakļauti mikroorganismiem un pārvēršas minerālos ortofosfātos, kas ir gatavi lietošanai zaļajiem augiem un citiem autotrofiem.

Fosforu ūdens ekosistēmās ienes plūstoši ūdeņi. Upes nepārtraukti bagātina okeānus ar fosfātiem, kas veicina fitoplanktona un dzīvo organismu attīstību, kas atrodas dažādos saldūdens vai jūras barības ķēžu līmeņos.

rezervuāri Minerālfosfātu atgriešana ūdenī tiek veikta caur bioreducētājiem Visās ūdens ekosistēmās, tāpat kā kontinentālajās, fosfors ir atrodams četrās formās, attiecīgi nešķīstošā vai šķīstošā.

Izsekojot visām fosfora pārvērtībām biosfēras mērogā, var pamanīt, ka tā cikls nav noslēgts (5. att.) Sauszemes ekosistēmās fosfora cikls notiek optimālos dabas apstākļos ar minimāliem zudumiem izskalošanās dēļ. (mugurkaulnieku skeletu pārakmeņošanās uz sauszemes ir diezgan reta parādība, tāpēc tās ietekme uz fosfora ciklu nav pelnījusi uzmanību) Okeānā tas ir tālu no tā. Tas ir saistīts ar pastāvīgu organisko vielu sedimentāciju, jo īpaši jūru dzelmē pastāvīgi uzkrājas ar fosforu bagātinātas zivju atliekas, kuru fragmenti, ko pārtikā neizmanto detrītēdāji un postītāji, organiskais fosfors nogulsnējies paisuma un seklos ūdeņos, varbūt

pēc mineralizācijas jāatgriežas ciklā, bet tas neattiecas uz nogulumiem dziļjūras zonu dibenā, kas aizņem 85% no okeānu kopējās platības. Fosfāti, kas nogulsnēti lielā jūras dziļumā, tiek izslēgti no biosfēras un vairs nevar piedalīties ciklā. Protams, kā atzīmēja V.A. Kovda (1968), bioģeoķīmiskā nogulumu cikla elementi nevar uzkrāties bezgalīgi uz okeāna dibena. Tektoniskās kustības veicina ģeosinklīnu apakšā uzkrāto nogulumu lēnu pacelšanos uz virsmu. Tādējādi nogulumu elementu slēgtajam ciklam ir ilgums, ko mēra pēc ģeoloģiskajiem periodiem, t.i. desmitiem un simtiem miljonu gadu.