Biogēno elementu cikls. Papildus galvenajiem aplūkotajiem elementiem dzīvā organisma vielmaiņas procesā piedalās arī virkne citu. Daži no tiem ir sastopami ievērojamā daudzumā un tiek klasificēti kā makroelementi, piemēram, nātrijs, kālijs, kalcijs, magnijs. Daži elementi satur ļoti zemu koncentrāciju (mikroelementi), taču tie ir arī vitāli svarīgi (dzelzs, cinks, varš, mangāns utt.).[ ...]

Galveno biogēno vielu un elementu cikli. Apsveriet dzīvajiem organismiem nozīmīgāko vielu un elementu ciklus (3.-8. att.). Ūdens cikls pieder pie liela ģeoloģiskā cikla; un biogēno elementu (oglekļa, skābekļa, slāpekļa, fosfora, sēra un citu biogēno elementu) cikli - uz nelielu bioģeoķīmisko vielu.[ ...]

Biogēno elementu ciklu ātrums ir diezgan augsts. Atmosfēras oglekļa aprites laiks ir aptuveni 8 gadi. Katru gadu sauszemes ekosistēmās apritē tiek iesaistīti aptuveni 12% no gaisā esošā oglekļa dioksīda. Kopējais slāpekļa cikla laiks tiek lēsts uz vairāk nekā 110 gadiem, skābekļa – uz 2500 gadiem.[ ...]

Biotiskais cikls. Biogēno elementu ciklu, kas rodas organisko vielu sintēzes un sabrukšanas rezultātā ekosistēmā, sauc par vielu biotisko ciklu. Papildus biogēnajiem elementiem biotiskajā ciklā ir iesaistīti biotai svarīgākie minerālelementi un daudzi dažādi savienojumi. Tāpēc visu biotas izraisīto ķīmisko pārvērtību ciklisko procesu, it īpaši, ja runa ir par visu biosfēru, sauc arī par biogeaķīmisko ciklu.[ ...]

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

Savukārt biogēnie elementi kā biomasas sastāvdaļas vienkārši maina molekulas, kurās ietilpst, piemēram, nitrāts N-proteīns N-nitrāts N. Tos var izmantot atkārtoti, un cirkulācija ir tiem raksturīga iezīme. Atšķirībā no saules starojuma enerģijas biogēno elementu rezerves nav nemainīgas. Dažu no tiem fiksācijas process dzīvajā biomasā samazina kopienai atlikušo daudzumu. Ja augi un fitofāgi galu galā nesadalītos, barības vielu piegāde būtu izsmelta un dzīvība uz Zemes beigtos. Heterotrofo organismu aktivitāte ir noteicošais faktors biogēno elementu ciklu uzturēšanā un produktu veidošanā. Uz att. 17.24 parāda, ka šo elementu izdalīšanās vienkāršu neorganisku savienojumu veidā notiek tikai no sadalītāja sistēmas. Reāli zināmu daļu šo vienkāršo molekulu (īpaši CO2) nodrošina arī patērētāju sistēma, taču tādā veidā ļoti maza daļa biogēno elementu atgriežas apritē. Šeit noteicošā loma ir sadalītāju sistēmai.[ ...]

Vielu aprites dzinējspēki ir Saules enerģijas plūsmas un dzīvās vielas darbība, kas noved pie milzīgu ķīmisko elementu masu pārvietošanās, fotosintēzes procesā uzkrātās enerģijas koncentrācijas un pārdales. Pateicoties fotosintēzei un nepārtraukti funkcionējošiem biogēno elementu 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 notiek vielu slēgta cirkulācija, kuras laikā biogēnie elementi pabeidz slēgtus ciklus, pārmaiņus pārejot no biosfēras neorganiskās daļas uz organisko un. pretēji. Šo ciklu veic biosfēras dzīvie organismi. Tiek pieņemts, ka biosfērā ir aptuveni 1027 savstarpēji nesaistīti dzīvi organismi. Biosfēras evolucionārās attīstības gaitā izveidojās šādas trīs organismu grupas, kas atšķiras pēc funkcionālā mērķa un līdzdalības biogēno elementu 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 vienā secībā. Tajā pašā laikā, pateicoties augstajai katalīzes efektivitātei, enerģijas izmaksas jaunu vielu sintēzei organismos ir daudz mazākas nekā šo procesu tehniskajos analogos.[ ...]

Praksei ļoti svarīgs 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 šobrīd aktīvie organismi spēj izlietot, pārpalikums ātri saistās ar augsni un nogulsnēm vai izskalojas, kļūstot nepieejams tieši tajā laikā, kad organisma augšana ir visvairāk vēlama. Daudzi maldīgi uzskata, ka, ja noteiktai dārza vai dīķa zonai ir ieteicams 1 kg mēslojuma (vai pesticīda), tad 2 kg derēs divreiz vairāk. Šiem principa “jo vairāk, jo labāk” piekritējiem būtu labi saprast subsīdiju un stresa attiecību, kas parādīta 1. attēlā. 3.5. Subsīdijas neizbēgami kļūst par stresa avotu, ja tās tiek izmantotas pavirši. Ekosistēmu, piemēram, zivju dīķu, pārmērīga 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 noved pie izmaiņām organismu sugu sastāvā, un mums nepieciešamie var izzust un parādīties nevajadzīgie.[ ...]

Daudzi augsnē notiekošie procesi ir saistīti ar augsnes mikroorganismu dzīvībai svarīgo aktivitāti – biogēno elementu cikliem, dzīvnieku un augu atlieku mineralizāciju un augsnes bagātināšanu ar augiem pieejamām slāpekļa formām. Augsnes auglība ir saistīta ar mikroorganismu darbību. Līdz ar to augsnes mikroorganismi tiešā veidā ietekmē augu dzīvi un caur tiem - uz dzīvniekiem un cilvēkiem, būdami viena no galvenajām sauszemes ekosistēmu daļām.[ ...]

Dīķi un ezeri ir īpaši ērti pētniecībai, jo īsu laiku 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 savi pozitīvie aspekti. Iztvaikošana atdzesē lapas un veicina barības vielu apriti, kā arī citus procesus. Citi procesi ir jonu transportēšana caur augsni uz saknēm, jonu transportēšana starp sakņu šūnām, kustība augā un izskalošanās no lapām (Kozlowski, 1964, 1968). Daži no šiem procesiem prasa vielmaiņas enerģijas patēriņu, kas var ierobežot ūdens un sāls transportēšanas ātrumu (Fried and Broeshart, 1967). Tādējādi transpirācija nav tikai atklātu fizisko virsmu funkcija. Mežs 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 dažos tropu "mākoņu" mežos, tad koki ir panīkuši un lielāko daļu veģetācijas veido epifīti, acīmredzot "transpirācijas" vilces trūkuma dēļ. "(N. Odums, Balodis, 1970).[ ...]

Enerģiju nevar nodot slēgtos ciklos un izmantot atkārtoti, bet matērija var. - Viela (tostarp barības vielas) var iziet cauri sabiedrībai "cilpās". - Barības vielu cikls nekad nav ideāls. - Habarda brūkas meža izpēte. barības vielu ievade un izvade parasti ir zema, salīdzinot ar ciklā iesaistīto daudzumu, lai gan sērs ir svarīgs izņēmums no šī noteikuma (galvenokārt "skābā lietus" dēļ) - Mežu izciršana atver ciklu un izraisa barības vielu zudumu. - Sauszemes biomi atšķiras barības vielu sadalījums starp atmirušajām 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 metabolisma produktus, ko izmanto biogēno elementu ciklā iesaistītie sadalītāji. Cilvēks ir viena no 3 miljoniem bioloģisko sugu, kas šobrīd zināmas 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 piedalās trīs aktīvie bloki: dzīvie organismi, mirušie organiskie atkritumi un pieejamās neorganiskās vielas. Divi papildu bloki - netieši pieejamās neorganiskās vielas un izgulsnējošās organiskās vielas - ir saistīti ar biogēno elementu apriti atsevišķās vispārējā cikla perifērās daļās (10.3. att.), tomēr apmaiņa starp šiem blokiem un pārējo ekosistēmu ir lēnāka. salīdzinot ar apmaiņu, kas notiek starp aktīvajiem blokiem .[ ...]

Ogleklim, slāpeklim un fosforam ir svarīga loma organismu dzīvē. Tieši to savienojumi ir nepieciešami skābekļa un organisko vielu veidošanai fotosintēzes procesā. Grunts nogulumiem ir nozīmīga loma biogēno elementu apritē. Tie vienā gadījumā ir avots, citā - rezervuāra organisko un minerālo resursu akumulators. To iekļūšana no grunts nogulumiem ir atkarīga no pH, kā arī no šo elementu koncentrācijas ūdenī. Palielinoties pH līmenim un zemai biogēno elementu koncentrācijai, palielinās fosfora, dzelzs un citu elementu iekļūšana no grunts nogulumiem ūdenī.[ ...]

Būtisks kopienu (biocenožu) struktūras un funkcionēšanas izpētes uzdevums ir kopienu stabilitātes un to spēju izturēt negatīvās ietekmes izpēte. Ekosistēmu izpēte paver iespēju kvantitatīvi analizēt vielas ciklu un enerģijas plūsmas izmaiņas, pārejot no viena pārtikas līmeņa uz citu. Šāda ražošanas-enerģijas pieeja populācijas un biocenotiskā līmenī ļauj salīdzināt dažādas dabas un cilvēku radītās ekosistēmas. Vēl viens no vides zinātnes uzdevumiem ir dažādu veidu attiecību izpēte sauszemes un ūdens ekosistēmās. Īpaši svarīga ir biosfēras izpēte kopumā: primārās ražošanas un iznīcināšanas noteikšana visā pasaulē, biogēno elementu globālā aprite; šos uzdevumus var atrisināt tikai dažādu valstu zinātnieku kopīgiem spēkiem.[ ...]

Periodiskā sistēma ķīmijā, debess ķermeņu kustības likumi astronomijā utt.) Šīs shēmas izpaužas, piemēram, vienas un tās pašas sugas klātbūtnē (vai vienādas augšanas formas, produktivitāte, barības vielu cikla 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 dzīvības organizācijas formas stabilitāti. Kopiena ir minimālā dzīves organizācijas forma. spēj darboties gandrīz neierobežotu laiku noteiktā teritorijas zonā. Tikai kopienas līmenī var veikt biogēno elementu apriti noteiktā teritorijas daļā, bez kuras nav iespējams nodrošināt neierobežotu dzīves ilgumu ar ierobežotiem teritorijas dzīves resursiem.[ ...]

Organismu dzīvībai svarīgās 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 līdz vienkāršām abiotiskām vielām. Šie divi procesi nodrošina vielu apmaiņu starp ekosistēmu biotisko un abiotisko komponentu un veido galveno biogēno elementu bioģeoķīmiskā cikla kodolu.[ ...]

XX gadsimta septiņdesmitajos gados ķīmiķis Džeimss Lavloks un mikrobiologs Lins Margulis izvirzīja teoriju par Zemes atmosfēras sarežģīto regulēšanu ar bioloģiskiem objektiem, saskaņā ar kuru augi un mikroorganismi kopā ar fizisko vidi uztur noteiktus ģeoķīmiskos apstākļus uz Zemes. kas ir labvēlīgi dzīvei. 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 biogēno elementu apriti. Pasaules okeāna mikroorganismu regulējošā loma noteikta 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 divu dienu laikā mikroorganismu biomasa vairākas reizes pārsniegtu zemeslodes masu. . Tas nenotiek vielas ierobežojumu dēļ; Ekosfēras biomasa ir saglabāta relatīvi nemainīgā līmenī simtiem miljonu gadu. Pastāvīgi sūknējot saules enerģijas plūsmu, dzīvā daba pārvar barības vielu ierobežojumus, organizējot biogēno elementu 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 tās izrietošie ekoloģisko sistēmu traucējumi. Dabas resursu izmantošana ir ļoti dārga – daudz vairāk nekā parastā patērēto resursu vērtība naudas izteiksmē. Pirmkārt, tāpēc, ka dabas ekonomikā, tāpat kā cilvēka ekonomikā, nav brīvu resursu: telpa, enerģija, saules gaisma, ūdens, skābeklis, lai cik neizsmeļamas šķistu to rezerves uz Zemes, tiek stingri apmaksātas. jo jebkura sistēma, kas tos patērē, viņiem maksā par pilnīgumu un atgriešanās ātrumu, vērtību apriti, materiālu ciklu noslēgtību - biogēno elementu, enerģijas nesēju, pārtiku, naudu, veselību ... Jo ierobežoto resursu likums attiecas uz visiem šis.

Velo dabā
Dzīvo organismu darbību pavada liela daudzuma minerālvielu ieguve no tiem apkārt esošās nedzīvās dabas. Pēc
organismu nāves gadījumā tos veidojošie ķīmiskie elementi tiek atgriezti vidē. Tā rodas vielu biogēnā aprite dabā, 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 gaisa straumes to nes lielos attālumos. Izkrīt
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
sadalās fotosintēzes laikā. Šajā gadījumā ūdeņradis tiek fiksēts organisko savienojumu veidā, un skābeklis nonāk atmosfērā.
Dzīvnieki patērē ūdeni, lai uzturētu osmotisko un sāļu līdzsvaru organismā un izdalītu to ārējā vidē kopā ar pārtiku.
vielmaiņa.
Oglekļa cikls.
Ogleklis nokļūst biosfērā tā fiksācijas rezultātā fotosintēzes procesā. Oglekļa daudzums, ko katru gadu uzņem augi
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 ar vulkānisko darbību un fosilā kurināmā sadedzināšanu. Lai gan galvenā daļa
oglekļa dioksīds, kas nonāk atmosfērā, tiek absorbēts okeānā un nogulsnēts karbonātu veidā, CO2 saturs gaisā ir lēns, bet vienmērīgs
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 augstāki augi, ne dzīvnieki.
Atmosfēras slāpeklis tiek pārvērsts izmantojamā formā elektrisko izlādi (kas veido slāpekļa oksīdus kombinācijā ar
ūdens, kas dod slāpekļskābi un slāpekļskābi), slāpekli fiksējošās baktērijas un zilaļģes. Tajā pašā laikā veidojas amonjaks, kas
ķīmiskās sintētiskās 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 par amonjaku. 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 atkārtoti.
Zināms daudzums slāpekļa savienojumu nosēžas dziļjūras nogulumos un uz ilgu laiku (miljoniem gadu) tiek izslēgts no cikla. Šie zaudējumi
ko kompensē slāpekļa ieplūšana atmosfērā ar vulkāniskām gāzēm.
Sēra cikls.
Sērs ir daļa no olbaltumvielām un ir arī svarīgs elements. Savienojumu veidā ar sulfīdu metāliem tas notiek rūdu veidā.
uz sauszemes un ir daļa no dziļūdens nogulumiem. Šķīstošā formā, kas ir pieejama asimilācijai, šie savienojumi tiek pārnesti ar ķīmiskās sintēzes palīdzību
baktērijas, kas spēj iegūt enerģiju, oksidējot reducētos sēra savienojumus. Rezultātā veidojas sulfāti, kas tiek izmantoti
augi. Dziļi guļošos sulfātus cirkulācijā iesaista cita mikroorganismu grupa, kas sulfātus reducē par sērūdeņradi.
Fosfora cikls.
Fosfora rezervuārs ir tā savienojumu nogulsnes iežos. Izskalošanās rezultātā tas nonāk upju sistēmās un tiek daļēji izmantots
augus, un daļa tiek aiznesta uz jūru, kur nogulsnējas dziļjūras nogulumos. Turklāt no 1 līdz 2 miljoniem tonnu fosforu saturoša
šķirnes. Arī lielākā daļa šī fosfora tiek izskalota un izvadīta no cikla. Pateicoties zvejai, daļa fosfora tiek atgriezta zemē nelielos daudzumos.
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 būtiska
ietekmē atmosfēras un zemes garozas sastāva veidošanos. Lielu ieguldījumu dzīvās un nedzīvās dabas attiecību izpratnē sniedza izcilie
Padomju zinātnieks V. I. Vernadskis. Viņš atklāja dzīvo organismu ģeoloģisko lomu un parādīja, ka to darbība ir vissvarīgākais faktors
planētas minerālu apvalku pārvērtības.
Tādējādi dzīvie organismi, piedzīvojot nedzīvās dabas faktoru ietekmi, ar savu darbību maina vides apstākļus.
vide, t.i. viņu dzīvotnes. Tas noved pie izmaiņām visas biocenozes kopienas struktūrā.
Ir konstatēts, ka slāpeklim, fosforam un kālijam var būt vislielākā pozitīvā ietekme uz kultūraugu ražu, un tāpēc šie trīs
elements lielākajos daudzumos tiek uzklāts augsnē ar lauksaimniecībā izmantotajiem mēslošanas līdzekļiem. Tāpēc slāpeklis un fosfors bija galvenais cēlonis
paātrināta ezeru eitrofikācija valstīs ar intensīvu lauksaimniecību. Eitrofikācija ir ūdenstilpju bagātināšanas process ar barības vielām. Viņa
ir dabiska parādība ezeros, jo upes nes barības vielas no apkārtējām meliorācijām. Tomēr šis process
parasti notiek ļoti lēni, tūkstošiem gadu.
Nedabiska eitrofikācija, kas izraisa strauju ezeru produktivitātes pieaugumu, notiek lauksaimniecības noteces rezultātā.
zeme, ko var bagātināt ar mēslojuma barības vielām.
Ir arī divi citi svarīgi fosfora, notekūdeņu un mazgāšanas līdzekļu avoti. Notekūdeņi gan sākotnējā formā, gan
apstrādāts, bagātināts ar fosfātiem. Sadzīves mazgāšanas līdzekļi satur 15% līdz 60% bioloģiski noārdāmu fosfātu. Īsumā to var rezumēt
eitrofikācija galu galā noved pie skābekļa resursu izsīkšanas un lielākās daļas dzīvo organismu bojāejas ezeros, kā arī ekstremālās situācijās un
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. Uzturvielas sākotnēji
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 dzīvās, gan nedzīvās būtnes.
Sastāvdaļas. Šādus ciklus sauc par bioģeoķīmiskiem cikliem.
Desmitiem kilometru dziļumā ieži un minerāli ir pakļauti augsta spiediena un temperatūras iedarbībai. Rezultātā tur
to struktūras, minerālā un dažreiz ķīmiskā sastāva metamorfisms (izmaiņas), kas izraisa metamorfo iežu veidošanos.
Nolaižoties vēl tālāk Zemes dzīlēs, metamorfie ieži 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. sadalīti, transportēti un noglabāti formā
nokrišņi jaunajā 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, pārcelšanās, 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
iziet no cikla: tas tiek aiznests kosmosā, nostiprināts ar spēcīgām saitēm uz zemes virsmas, un daži 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, ūdens. Bet
atdod tos tajā pašā laikā. 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 matērijas "ceļojumos". Tas viss kopā veido
bioloģiskā jeb mazā ķīmisko elementu cirkulācija. Viņš arī nav slēgts.
Daži no "ceļotāju" elementiem tiek aiznesti ar virszemes un gruntsūdeņiem, daži ir "izslēgti".
cirkulē un kavējas kokos, augsnē, 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
prevalē pār ievadi, par ko liecina pats ūdensšķirtnes nosaukums ainavas eluvial.
Nogāzēs mainās ķīmisko elementu mūžs. Viņu kustības ātrums dramatiski palielinās, un viņi "šķērso" nogāzes, tāpat kā pasažieri,
ērti iekārtojies vilciena nodalījumā. Nogāžu ainavas sauc par tranzītainavām.
Ķīmiskie elementi var "atpūsties" no ceļa tikai akumulējošās (akumulējošās) ainavās, kas atrodas reljefa ieplakās. IN
šajās vietās tie bieži paliek, radot labus barošanās apstākļus veģetācijai. Dažos gadījumos veģetācijai ir jācīnās jau ar
ķīmisko vielu pārpalikums.
Jau pirms daudziem gadiem cilvēks iejaucās ķīmisko elementu izplatīšanā. Kopš divdesmitā gadsimta sākuma cilvēka darbība ir kļuvusi par galveno veidu
viņu ceļojumi. Minerālu ieguves laikā no zemes garozas tiek izvadīts milzīgs daudzums vielu. To rūpnieciskā apstrāde tiek pavadīta
ķīmisko elementu emisijas ar ražošanas atkritumiem atmosfērā, ūdenī, augsnē. Tas piesārņo dzīvo organismu dzīvotni. Uz zemes
jaunās vietās ar augstu ķīmisko elementu koncentrāciju parādās cilvēka radītas ģeoķīmiskās anomālijas. Tie ir izplatīti 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 apturēt nav iespējams, taču cilvēkam jāatceras, ka piesārņojumam ir slieksnis
dabas vide, kuru nevar šķērsot, aiz kuras neizbēgamas cilvēku slimības un pat civilizācijas izmiršana.
Veidojot bioģeoķīmiskās "izgāztuves", daba, iespējams, gribēja brīdināt cilvēku no nepārdomātām, amorālām darbībām, parādīt viņam
uz labu piemēru, pie kā noved ķīmisko elementu izplatības pārkāpums zemes garozā un uz tās virsmas.

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

Dzīvās vielas sintēzei nepieciešami aptuveni 40 elementi. Vissvarīgākās ir vielas, kas veido olbaltumvielu molekulas – ogleklis, slāpeklis, skābeklis, fosfors un sērs. Citi elementi ir nepieciešami mazākā daudzumā, bet arī tie ir nepieciešami. Tie ir kalcijs, dzelzs, kālijs, magnijs uc Visi elementi pārmaiņus pāriet no dzīvās 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). Elementu cikli 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 lielmolekulāriem organiskiem savienojumiem. 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 pārvērš oglekļa dioksīdu un ūdeni ogļhidrātos un izdala skābekli atmosfērā. Daļu no iegūtajiem ogļhidrātiem izmanto pats fotosintēzes organisms (zaļais augs), lai iegūtu enerģiju augšanai un attīstībai, un daļu patērē dzīvnieki, kad fotosintētiku izmanto pārtikā. Tajā pašā laikā oglekļa dioksīds izplūst vidē caur saknēm, lapām, un to izdala arī dzīvnieki elpošanas procesā. Beigtos dzīvniekus un augus pakāpeniski sadala augsnes mikroorganismi, to audu 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 ietekmi uz pašu fotosintēzes procesu sāk manāmi mainīt oglekļa cikla atmosfēras fonds. Oglekļa cikla ilgums ir ~ 300...1000 gadi. Šobrīd oglekļa dioksīda saturs nesamazinās, jo. tās rezerves pastāvīgi tiek 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 un globālā klimata pastiprināšanos. mainīt.

2. slaids

Projekta mērķis un uzdevumi. Mērķis: Uzdevumi: Apsveriet vielu ciklus un to savstarpējo mijiedarbību. 1) Izpētiet literatūru par šo tēmu. 2) Pētīt 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 cikliskiem procesiem dabā, to norises mehānismiem un dzīvības pastāvēšanas nozīmi uz Zemes.

5. slaids

I nodaļa. Ķīmisko elementu cikli dabā. Biosfēras galvenā funkcija ir nodrošināt ķīmisko elementu apriti, 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 kā vienkārša viela N2, 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 uzņem augi. Kad tie mirst, slāpeklis atgriežas augsnē vai okeānā, pēc tam to atkal ātri absorbē augi.

7. slaids

Slāpekļa cikla shēma dabā.

8. slaids

1.2. Oglekļa cikls. Tāpat kā citi elementi, oglekļa atomi dabā netiek pastāvīgi turēti vienā un tajā pašā savienojumā, bet tiek pārnesti no vienas vielas uz otru. Zaļo augu dzīvībai svarīgās aktivitātes – fotosintēzes – rezultātā atmosfēras ogleklis, kurā tas ir oglekļa monoksīda (IV) sastāvā, nonāk augos. Tā dabā veidojas skābeklis brīvā stāvoklī un augu organiskās vielas, kas kalpo par barību dzīvniekiem. Tajā pašā laikā ogleklis nonāk dzīvnieku organismā, tajā atkal pārvēršas oglekļa monoksīdā (IV) un caur elpošanas orgāniem atgriežas atmosfērā. Oglekļa monoksīds (IV) tiek saistīts arī minerālu un iežu dēdēšanas procesā, un to atdod atmosfērā ar vulkāniskiem 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 ir sastopams tikai dažās ķīmiskās formās: šis elements cirkulē, pakāpeniski pārejot no organiskajiem savienojumiem uz 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 tiek pakāpeniski erodēti, 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. Cilvēka ražošanas darbība vielu ciklos ievada papildu toksisko elementu plūsmas. Šo elementu migrācija augsnē un upēs palielina to saskares iespējamību ar dzīviem organismiem. Tādējādi mikroorganismi ir iesaistīti daudzos ciklos. Dažos gadījumos tie pārvērš nešķīstošos ķīmiskos savienojumus šķīstošos, no kuriem daudzi ir indīgi. Citās viņu darbība tiek nomākta (dažreiz pilnībā) dabiskās vides piesārņojuma dēļ. Gan tas, gan cits izjauc bioķīmisko ciklu stabilitāti. Skābekļa, oglekļa, slāpekļa cikli ir viegli atjaunojami pašregulācijas mehānisma dēļ (lielu atmosfēras vai okeāna fondu klātbūtnes dēļ tie ātri kompensē vielu zudumus). Otrajā veidā ietilpst nogulumu cikli (sēra, fosfora, dzelzs cikli). Tie ir viegli laužami un gandrīz neatjaunojami, jo lielākā daļa vielas ir koncentrēta relatīvi neaktīvā un neaktīvā fondā zemes garozā. Antropogēnā ietekme uz cikliem slēpjas apstāklī, ka cilvēks, savā darbībā izmantojot gandrīz visus dabā pieejamos elementus, ievērojami paātrina daudzu vielu kustību un tādējādi pārkāpj ciklu ciklu. Tādējādi vielu cikli nav līdzsvaroti, ja ķīmiskie elementi vai nu uzkrājas ekosistēmā, vai tiek izņemti no tās. Tāpēc vides aizsardzības pasākumiem būtu jāveicina vielu atgriešanās to ciklos.

13. slaids

Secinājums. Šajā rakstā mēs sniedzām jēdzienu par ķīmisko elementu ciklu dabā. Ar šīs koncepcijas palīdzību viņi veidoja priekšstatu par cikliskajiem procesiem dabā, to norises 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 negatīvi ietekmē ķīmisko elementu ciklus dabā. 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 cirkulācijas, kurām ir vislielākā loma biosfērā, kas ietver oglekļa, slāpekļa, skābekļa, sēra un fosfora bioģeoķīmiskos ciklus.

Oglekļa cikls. Oglekļa avotu dabā ir tikpat daudz, cik daudzveidīgu. 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 kalpo kā ogļhidrātu barība dzīvniekiem un augiem, kas nav zaļi. Augsnē dzīvojošie saprofāgu dzīvnieki un mikroorganismi pārveido mirušos augus un dzīvnieku atliekas par jaunu organiskās vielas veidojumu, vairāk vai mazāk spēcīgu brūnas vai melnas masas slāni - humusu. Sadalošo organismu iedarbības ātrums uz humusu nebūt nav vienāds, un sēnīšu un baktēriju ķēdes, kas noved pie galīgās oglekļa mineralizācijas, ir dažāda 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 atradnes 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, kaļķakmeņu vai koraļļu) veidā. Bieži vien šīs oglekļa masas paliek ārpus apgrozības veselus ģeoloģiskos periodus, līdz CaCO3 paceļas virs jūras virsmas kalnu grēdu veidā. No šī brīža sākas oglekļa un kalcija iekļūšana apritē sakarā ar kaļķakmens izskalošanos ar nokrišņiem, ķērpju, kā arī ziedošu augu sakņu ietekmē. Cilvēka darbībai ir svarīga loma oglekļa ciklā. Cilvēce katru gadu patērē aptuveni 6 · 10 9 tonnas fosilā oglekļa. Ja degšanas rezultātā radušos oglekļa dioksīdu 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. , un vairāk nekā 1/5 no šī pieauguma ir pēdējās desmitgadēs. Tādējādi kopējais oglekļa dioksīda satura pieaugums atmosfērā ir aptuveni tikai 1/3 no sadegšanas laikā izdalītās gāzes daudzuma (absolūtā masā - 200 · 10 9 t). Pārējais oglekļa dioksīds nonāk augu augšanā (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 palielināties par 15 · 10 9 tonnām, taču nav tiešu pierādījumu tam.

Cilvēka darbības intensitāte pieaug. Ar katru gadu palielinās fosilā kurināmā patēriņa līmenis. 15 gadu laikā CO 2 saturs atmosfērā palielināsies no 320 līdz 375 -

400 miljoni tonnu CO 2 satura paaugstināšanās atmosfērā neizbēgami izraisīs Zemes virsmas temperatūras paaugstināšanos un līdz ar to ledāju kušanu, okeāna līmeņa paaugstināšanos u.c. nopietnas sekas. Tāpēc cilvēces priekšā ir atrast tādus enerģijas avotus un tehnoloģiskos procesus, kuros oglekļa dioksīda saturs gaisā nepieaugs tik ievērojamā ātrumā. Ir arī zināms, ka mežu izciršana, zemes izmantošana ceļiem un ēkām samazina Zemes zaļā seguma platību un samazina asimilācijas ātrumu. Lietojot dabiskās fitocenozes un aizstājot tās ar kultūras, jāpatur prātā nepieciešamība saglabāt kopējo fotosintēzes līmeni un vēl labāk – nodrošināt tā paaugstināšanos.

slāpekļa cikls- grūts process. Lai gan slāpeklis veido 70% no atmosfēras, tas ir jāfiksē,

lai tas būtu noteiktu ķīmisko savienojumu veidā. Slāpekļa piesaistes veidi ir ļoti dažādi (4. att.). Slāpekļa fiksācija notiek vulkāniskās darbības laikā, zibens izlādes laikā atmosfērā, kad notiek tā jonizācija, meteorītu degšanas brīdī. Taču nesalīdzināmi liela loma slāpekļa piesaistes procesā ir mikroorganismiem, kas dzīvo gan brīvi, gan 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 pārtrauktu spēcīgas saites starp atomiem N 2 molekulā. Tikai 0,001% biosfēras slāpekļa ir saistīti ar organismu biomasu un metabolītiem. Molekulārā slāpekļa pārvēršanu saistītā stāvoklī dabā veic slāpekli fiksējoši 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 augsnē oksidē nitrītus un nitrātus veidojošas baktērijas par slāpekļa oksīdiem NO 2 un NO 3, un cikla pēdējā posmā šie oksīdi. Denitrificējot baktērijas, tās atkal pārvērš 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, retāk sēnītes. Uz pākšaugu dzimtas pārstāvju un citu dažādu sistemātisku piederību augu saknēm veidojas mezgliņi ar slāpekli fiksējošiem organismiem. Fiksētā slāpekļa izlaide uz pākšaugu saknēm dzīvojošajām mezgla baktērijām bieži vien ir 350 kg/ha gadā, t.i. aptuveni 100 reižu augstāks nekā brīvi dzīvojošiem slāpekli piesaistošiem organismiem.

Iespējams, lielākā cilvēka iejaukšanās dabiskajā ciklā ir slāpekļa rūpnieciskā 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 dzīvība, kas radās

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

uz Zemes, pakāpeniski noveda pie mūsdienu atmosfēras sastāva parādīšanās, 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 elements vienkāršu vielu vidū.

Skābekļa ciklu ļoti sarežģī elementa spēja veidot daudzus ķīmiskus savienojumus dažādās formās. Rezultātā starp litosfēru un atmosfēru vai starp hidrosfēru un šīm divām vidēm notiek daudz epiciklu.

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

Atmosfēras skābekļa patēriņš un tā aizstāšana ar primārajiem ražotājiem notiek diezgan ātri. Ir aprēķināts, ka ir nepieciešami 2000 gadu, lai pilnībā atjaunotu visu atmosfēras skābekli. No otras puses, ir nepieciešami 2 miljoni gadu, lai visas hidrosfēras ūdens molekulas izietu fotolīzi un atkal sintezētu dzīvie organismi. 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. Pārsvarā šī elementa cikla daļa ir nogulšņu raksturs, un tas notiek augsnē un ūdenī daudzu gāzveida sēra savienojumu, piemēram, sērūdeņraža un sēra dioksīda, klātbūtnē.

Galvenais sēra avots, kas pieejams dzīvām būtnēm, ir dažādi sulfāti. Laba daudzu sulfātu šķīdība ūdenī

atvieglo neorganiskā sēra piekļuvi ekosistēmām. Absorbējot 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 dūņas, kas dabā sastopamas dažu jūru (piemēram, Melnajā jūrā), ezeru dzelmē, kā arī dažādos saldūdens kontinentālajos rezervuāros pēc cilvēka piesārņojuma, ir bagāti ar sēru sadalošiem organismiem, kas funkcionē anaerobos apstākļos. Daži baktēriju veidi, piemēram 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 nogulumiežu rezerves.

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

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

Dzīvām būtnēm pieejamās fosfora rezerves ir pilnībā koncentrētas litosfērā. Galvenie neorganiskā fosfora avoti ir magmatisko (piemēram, apatītu) vai nogulumiežu (piemēram, fosforīta) 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 nonāk 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 iekļauts trofiskajās ķēdēs. Tad organiskie fosfāti kopā ar dzīvo būtņu paliekām, atkritumiem un izdalījumiem atgriežas 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 fosfātu, kas veicina fitoplanktona un dzīvo organismu attīstību, kas atrodas dažādos saldūdens vai jūras barības ķēžu līmeņos.

ūdenstilpes Minerālfosfātu atgriešana ūdenī tiek veikta ar bioreducētāju palīdzību.Visās ūdens ekosistēmās, kā arī kontinentālajās, fosfors sastopams četrās formās, attiecīgi nešķīstošā vai šķīstošā.

Izsekojot visām fosfora pārvērtībām biosfēras mērogā, var pamanīt, ka tā cikls nenoslēdzas (5. att.) Sauszemes ekosistēmās fosfora cikls notiek optimālos dabas apstākļos ar minimāliem zudumiem, ko izraisa izskalošanās. fosfora cikls nav pelnījis uzmanību) Okeānā tas tā nav.Tas ir saistīts ar nemitīgo organisko vielu sedimentāciju, jo īpaši ar fosforu bagātinātām zivju atliekām, kuru fragmentus pārtikā neizmanto detritofāgi un destruktori, pastāvīgi uzkrājas jūru dzelmē Organiskais fosfors, kas nogulsnējies plūdmaiņu joslā un seklos ūdeņos, var

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 V.A. Kovda (1968), bioģeoķīmiskā nogulumu cikla elementi nevar uzkrāties bezgalīgi uz okeāna dibena. Tektoniskās kustības veicina ģeosinklīnu apakšā uzkrāto nogulumiežu lēnu pacelšanos uz virsmu. Tādējādi slēgtam nogulumu elementu ciklam ir ilgums, ko mēra ģeoloģiskajos periodos, t.i. desmitiem un simtiem miljonu gadu.