Veliki geološki i mali biološki. Veliki (geološki) i mali (biogeokemijski) ciklusi tvari

Prije nastanka biosfere na Zemlji su postojala tri ciklusa tvari: mineralni ciklus - kretanje magmatskih produkata iz dubine na površinu i natrag; plinski ciklus - kruženje zračnih masa povremeno zagrijavanih Suncem,Kruženje vode - isparavanje vode i njezin prijenos zračnim masama, oborine (kiša, snijeg). Ova tri ciklusa objedinjuje jedan pojam - geološki (abiotski) ciklus. Pojavom života nadopunili su se ciklusi plina, minerala i vode biotički (biogeni) ciklus - kruženje kemijskih elemenata koje provodi vitalna aktivnost organizama. Zajedno s geološkim, jedinstven biogeokemijski ciklus tvari na zemlji.

Geološki ciklus.

Otprilike polovica sunčeve energije koja dospije na Zemljinu površinu troši se na isparavanje vode, trošenje stijena, otapanje minerala, kretanje zračnih masa, a zajedno s njima i vodene pare, prašine i krutih čestica trošenja.

Kretanje vode i vjetra dovodi do erozije tla, kretanja, preraspodjele i nakupljanja mehaničkih i kemijskih oborina u hidrosferi i litosferi. Ovaj ciklus još uvijek traje.

Od velikog interesa je Kruženje vode. Oko 3,8 x 10 14 tona vode ispari iz hidrosfere u jednoj godini, a samo 3,4 x 10 14 tona vode vrati se s oborinama u vodeni omotač Zemlje. Dio koji nedostaje pada na kopno. Ukupno na kopno padne oko 1 10 14 tona oborine, a ispari približno 0,6 10 14 tona vode. Višak vode nastao u litosferi otječe u jezera i rijeke, a zatim u oceane (Sl. 2.4). Površinsko otjecanje je približno 0,2 10 14 tona, preostalih 0,2 10 14 tona vode ulazi u podzemne vodonosnike, odakle voda otječe u rijeke, jezera i ocean, a također obnavlja rezervoare podzemne vode.

biotski ciklus. Temelji se na procesima sinteze organskih tvari s njihovim naknadnim uništavanjem u izvorne minerale. Procesi sinteze i razgradnje organskih tvari temelj su postojanja žive tvari i glavno obilježje funkcioniranja biosfere.

Vitalna aktivnost bilo kojeg organizma nemoguća je bez izmjene tvari s okolinom. U procesu metabolizma tijelo troši i asimilira potrebne tvari i oslobađa otpadne tvari, veličina našeg planeta nije beskonačna, da bi se na kraju sva korisna tvar preradila u beskoristan otpad. Međutim, u procesu evolucije pronađeno je veličanstveno rješenje: osim organizama koji mogu graditi živa materija iz neživog su se pojavili drugi organizmi koji su ovu složenu organsku tvar razgradili u izvorne minerale, spremne za novu upotrebu. “Jedini način da se ograničenoj količini daju svojstva beskonačnosti”, napisao je V.R. Williamsa, je natjerati ga da rotira u zatvorenoj krivulji.

Mehanizam interakcije između žive i nežive prirode sastoji se od uključivanja nežive materije u područje života. Nakon niza transformacija nežive materije u živim organizmima, ona se vraća u prijašnje početno stanje. Takav ciklus moguć je zbog činjenice da živi organizmi sadrže iste kemijske elemente kao i neživa priroda.

Kako se takav ciklus odvija? V. I. Vernadsky je dokazao da je glavni pretvarač energije koja dolazi iz svemira (uglavnom sunčeve) zelena tvar biljaka. Samo su oni sposobni sintetizirati primarne organske spojeve pod utjecajem sunčeve energije. Znanstvenik je izračunao da je ukupna površina zelene tvari biljaka koje apsorbiraju energiju, ovisno o sezoni, od 0,86 do 4,2% površine Sunca. U isto vrijeme, površina zemlje

Životinje čija su hrana biljke ili druge životinje sintetiziraju nove organske spojeve u svojim tijelima.

Ostaci životinja i biljaka služe kao hrana crvima, gljivicama i mikroorganizmima koji ih na kraju pretvaraju u izvorne minerale, oslobađajući pritom ugljični dioksid. Ovi minerali opet služe kao početna sirovina za stvaranje primarnih organskih spojeva u biljkama. Tako se krug zatvara i počinje novo kretanje atoma.

Međutim, kruženje tvari nije potpuno zatvoreno. Neki od atoma napuštaju ciklus, fiksiraju se i organiziraju novim oblicima živih organizama i njihovim metaboličkim produktima. Prodirući u litosferu, hidrosferu i troposferu, živi organizmi proizveli su i nastavljaju proizvoditi ogroman geokemijski rad na premještanju i redistribuciji postojećih tvari i stvaranju novih. To je bit progresivnog razvoja biosfere, jer se sfera biogeokemijskih ciklusa širi, a biosfera jača. Kao što je primijetio V. I. Vernadsky, u biosferi postoji stalno biogeno kretanje atoma u obliku "vrtloga".

Za razliku od geološkog ciklusa, biotski ciklus karakterizira niska potrošnja energije. Kao što je već navedeno, stvaranje primarne organska tvar troši oko 1% sunčeve energije koja dospije na Zemljinu površinu. Ta je energija dovoljna za funkcioniranje najsloženijih biogeokemijskih procesa na planetu.

U biosferi postoji globalno (veliko, ili geološko) kruženje tvari, koje je postojalo i prije pojave prvih živih organizama. Uključuje široku paletu kemijskih elemenata. Geološki ciklus se odvija zahvaljujući solarnim, gravitacijskim, tektonskim i kozmičkim vrstama energije.

Pojavom žive tvari, na temelju geološkog ciklusa, nastao je ciklus organske tvari - mali (biotički, odnosno biološki) ciklus.

Biotički ciklus tvari je kontinuirani, ciklički, vremenski i prostorno neujednačen proces kretanja i transformacije tvari koji se odvija uz izravno sudjelovanje živih organizama. To je kontinuirani proces stvaranja i razgradnje organske tvari, a odvija se uz sudjelovanje sve tri skupine organizama: proizvođača, konzumenata i razlagača. Oko 40 biogenih elemenata uključeno je u biotičke cikluse. Najveća vrijednost za žive organizme imaju cikluse ugljika, vodika, kisika, dušika, fosfora, sumpora, željeza, kalija, kalcija i magnezija.

Kako se živa tvar razvija, sve više i više elemenata neprestano se izvlači iz geološkog ciklusa i ulazi u novi, biološki ciklus. Ukupna masa tvari pepela uključenih godišnje u biotički ciklus tvari samo na kopnu iznosi oko 8 milijardi tona. To je nekoliko puta veća masa produkata erupcije svih vulkana na svijetu tijekom cijele godine. Brzina kruženja tvari u biosferi je različita. Živa tvar biosfere ažurira se u prosjeku 8 godina, masa fitoplanktona u oceanu ažurira se svakodnevno. Sav kisik biosfere prolazi kroz živu tvar za 2000 godina, a ugljični dioksid - za 300 godina.

U ekosustavima se odvijaju lokalni biotički ciklusi, au biosferi biogeokemijski ciklusi migracije atoma, koji ne samo da povezuju sve tri vanjske ovojnice planeta u jedinstvenu cjelinu, već određuju i kontinuiranu evoluciju njegovog sastava.

ATMOSFERA HIDROSFERA

­ ¯ ­ ¯

ŽIVA TVAR

TLO

Evolucija biosfere

Biosfera se pojavila rađanjem prvih živih organizama prije otprilike 3,5 milijardi godina. Tijekom razvoja života mijenjao se. Faze evolucije biosfere mogu se razlikovati uzimajući u obzir karakteristike vrste ekosustava.

1. Nastanak i razvoj života u vodi. Pozornica je povezana s postojanjem vodeni ekosustavi. U atmosferi nije bilo kisika.

2. Pojava živih organizama na kopnu, razvoj kopneno-zračnog okoliša i tla te nastanak kopnenih ekosustava. To je postalo moguće zbog pojave kisika u atmosferi i ozonskog zaslona. To se dogodilo prije 2,5 milijarde godina.

3. Pojava čovjeka, njegova transformacija u biosocijalno biće i nastanak antropoekosustava dogodio se prije 1 milijun godina.

4. Prijelaz biosfere pod utjecajem inteligentne ljudske aktivnosti u novo kvalitativno stanje - u noosferu.

Noosfera

Najviši stupanj u razvoju biosfere je noosfera – stupanj razumnog uređenja odnosa čovjeka i prirode. Ovaj pojam uveo je 1927. godine francuski filozof E. Leroy. Vjerovao je da noosfera uključuje ljudsko društvo sa svojom industrijom, jezikom i drugim atributima inteligentne aktivnosti. U 30-40-im godinama. XX. stoljeće V.I. Vernadski je razvio materijalističke ideje o noosferi. Vjerovao je da noosfera nastaje kao rezultat međudjelovanja biosfere i društva, kontrolirana je bliskim odnosom zakona prirode, mišljenja i socioekonomskih zakona društva, te je naglasio da

noosfera (sfera uma) - stupanj razvoja biosfere, kada će inteligentna aktivnost ljudi postati glavni odlučujući čimbenik u njenom održivom razvoju.

Noosfera je novi, viši stupanj biosfere, povezan s nastankom i razvojem čovječanstva u njoj, koje, poznavajući zakone prirode i usavršavajući tehnologiju, postaje najveća sila usporediva u razmjerima s geološkim, te počinje imati odlučujući utjecaj na tijek procesa na Zemlji, duboko je mijenjajući svojim radom. Formiranje i razvoj čovječanstva iskazali su se u nastanku novih oblika izmjene tvari i energije između društva i prirode, u sve većem utjecaju čovjeka na biosferu. Noosfera će doći kada će čovječanstvo, uz pomoć znanosti, moći smisleno upravljati prirodnim i društvenim procesima. Stoga se noosfera ne može smatrati posebnom ljuskom Zemlje.

Znanost o upravljanju odnosom između ljudskog društva i prirode naziva se noogenika.

Glavni cilj noogenike je planiranje sadašnjosti radi budućnosti, a njeni glavni zadaci su ispravljanje poremećaja u odnosu između čovjeka i prirode uzrokovanih napretkom tehnologije, svjesna kontrola evolucije biosfere . Treba formirati plansku, znanstveno utemeljenu uporabu prirodni resursi, koji predviđa obnovu u cirkulaciji tvari onoga što je osoba prekršila, za razliku od spontanog, predatorskog odnosa prema prirodi, što dovodi do degradacije okoliša. Za ovo je potrebno održivi razvoj društvo koje zadovoljava potrebe sadašnjosti bez ugrožavanja mogućnosti budućih generacija da zadovolje vlastite potrebe.

Trenutno je planet formiran biotehnosfera - dio biosfere, koji je čovjek radikalno transformirao u inženjerske strukture: gradove, tvornice i tvornice, kamenolome i rudnike, ceste, brane i rezervoare itd.

BIOSFERA I ČOVJEK

Biosfera za čovjeka je i stanište i izvor prirodnih resursa.

Prirodni resursi – prirodni predmeti i pojave koje čovjek koristi u procesu rada. Oni ljudima pružaju hranu, odjeću, sklonište. Prema stupnju iscrpljenosti dijele se na iscrpan i neiscrpan . Iscrpljujući resursi se dijele na obnovljivi I neobnovljivi . U neobnovljive resurse spadaju oni resursi koji se ne obnavljaju (ili se obnavljaju stotinama puta sporije nego što se troše): nafta, ugljen, rude metala i većina minerala. Obnovljivi prirodni resursi - tlo, vegetacija i životinjski svijet, mineralne sirovine (kuhinjska sol). Ti se resursi stalno nadopunjuju različita brzina: životinje - nekoliko godina, šume - 60-80 godina, tla koja su izgubila plodnost - nekoliko tisućljeća. Prekoračenje stope potrošnje nad stopom reprodukcije dovodi do potpunog nestanka resursa.

Neiscrpna resursi uključuju vodu, klimatske (atmosferski zrak i energija vjetra) i svemirske: sunčevo zračenje, energiju plime i oseke. Međutim, sve veće onečišćenje okoliša zahtijeva provođenje ekoloških mjera za očuvanje ovih resursa.

Zadovoljenje ljudskih potreba nezamislivo je bez iskorištavanja prirodnih resursa.

Sve vrste ljudske aktivnosti u biosferi mogu se kombinirati u četiri oblika.

1. Promjena strukture zemljine površine(oranje zemlje, isušivanje vodnih tijela, krčenje šuma, izgradnja kanala). Čovječanstvo postaje moćna geološka sila. Čovjek koristi 75% zemlje, 15% riječnih voda, 20 hektara šuma se posječe svake minute.

· Geološke i geomorfološke promjene - intenziviranje stvaranja jaruga, pojava i učestalost muljevita i klizišta.

· Kompleksne (krajobrazne) promjene - narušavanje cjelovitosti i prirodne strukture krajolika, jedinstvenost prirodnih spomenika, gubitak produktivnog zemljišta, dezertifikacija.

Biosferu Zemlje na određeni način karakterizira postojeće kruženje tvari i protok energije. Kruženje tvari je ponovljeno sudjelovanje tvari u procesima koji se odvijaju u atmosferi, hidrosferi i litosferi, uključujući one slojeve koji su dio Zemljine biosfere. Kruženje tvari odvija se kontinuiranim dovodom vanjske energije Sunca i unutarnje energije Zemlje.

Ovisno o pokretačkoj snazi, unutar kolanja tvari razlikuju se geološki (veliki krug), biološki (biogeokemijski, mali krug) i antropogeni ciklusi.

Geološki ciklus (veliko kruženje tvari u biosferi)

Ova cirkulacija redistribuira materiju između biosfere i dubljih horizonata Zemlje. pokretačka snaga ovaj proces su egzogeni i endogeni geološki procesi. Endogeni procesi nastaju pod utjecajem unutarnje energije Zemlje. To je energija koja se oslobađa kao posljedica radioaktivnog raspada, kemijskih reakcija nastanka minerala itd. U endogene procese spadaju npr. tektonski pokreti, potresi. Ovi procesi dovode do stvaranja velike forme reljef (kontinenti, oceanske depresije, planine i ravnice). Egzogeni procesi odvijaju se pod utjecajem vanjske energije Sunca. To uključuje geološku aktivnost atmosfere, hidrosfere, živih organizama i ljudi. Ovi procesi dovode do izglađivanja velikih reljefnih oblika (riječnih dolina, brda, gudura itd.).

Geološki ciklus traje milijunima godina i sastoji se u činjenici da se stijene uništavaju, a produkti trošenja (uključujući hranjive tvari topive u vodi) vodenim tokovima nose u Svjetski ocean, gdje tvore morske slojeve i samo se djelomično vraćaju na kopno s taloženje. Geotektonske promjene, procesi slijeganja kontinenata i izdizanja morskog dna, pomicanje mora i oceana dugo vremena dovode do toga da se ti slojevi vraćaju na kopno i proces ponovno počinje. Simbol ovog kruženja tvari je spirala, a ne krug, jer. novi ciklus cirkulacije ne ponavlja točno stari, već uvodi nešto novo.

Veliki ciklus uključuje kruženje vode (hidrološki ciklus) između kopna i oceana kroz atmosferu (slika 3.2).

Ciklus vode u cjelini ima veliku ulogu u oblikovanju prirodnih uvjeta na našem planetu. Uzimajući u obzir transpiraciju vode od strane biljaka i njezinu apsorpciju u biogeokemijskom ciklusu, cjelokupna zaliha vode na Zemlji propada i obnavlja se 2 milijuna godina.

Riža. 3. 2. Kruženje vode u biosferi.

U hidrološkom ciklusu svi su dijelovi hidrosfere međusobno povezani. U njemu svake godine sudjeluje više od 500 tisuća km3 vode. Pokretačka snaga ovog procesa je solarna energija. Molekule vode pod djelovanjem sunčeve energije se zagrijavaju i u obliku plina dižu u atmosferu (dnevno ispari 875 km3 slatke vode). Kako se dižu, postupno se hlade, kondenziraju i stvaraju oblake. Nakon dovoljnog hlađenja oblaci ispuštaju vodu u obliku raznih oborina koje padaju natrag u ocean. Voda koja je pala na tlo može slijediti dva različita puta: upiti se u tlo (infiltracija) ili otjecati (površinsko otjecanje). Na površini voda teče u potoke i rijeke koji vode do oceana ili drugih mjesta gdje dolazi do isparavanja. Voda apsorbirana u tlo može se u njemu zadržati gornje slojeve(horizonti) i vraćaju se u atmosferu transpiracijom. Takvu vodu nazivamo kapilarnom. Voda koja se odnosi gravitacijom i curi niz pore i pukotine naziva se gravitacijska voda. Gravitacijska voda curi do neprobojnog sloja stijene ili guste gline, ispunjavajući sve praznine. Takve rezerve nazivamo podzemnom vodom, a gornja granica im je razina podzemne vode. Podzemni slojevi stijena kroz koje podzemna voda sporo teče nazivaju se vodonosnici. Pod utjecajem gravitacije, podzemna voda se kreće kroz vodonosnik sve dok ne nađe "izlaz" (na primjer, formira prirodne izvore koji hrane jezera, rijeke, ribnjake, tj. postaju dio površinskih voda). Dakle, ciklus vode uključuje tri glavne "petlje": površinsko otjecanje, isparavanje-transpiraciju, podzemne vode. Više od 500 tisuća km3 vode svake godine sudjeluje u vodenom ciklusu na Zemlji i ima veliku ulogu u oblikovanju prirodnih uvjeta.

Biološka (biogeokemijska) cirkulacija

(malo kruženje tvari u biosferi)

Pokretačka snaga biološkog kruženja tvari je aktivnost živih organizama. Dio je većeg i odvija se unutar biosfere na razini ekosustava. Mali ciklus sastoji se u tome što se hranjive tvari, voda i ugljik nakupljaju u tvarima biljaka (autotrofa), troše na izgradnju tijela i životne procese, kako biljaka tako i drugih organizama (najčešće životinja - heterotrofa) koji se tim biljkama hrane. Produkti razgradnje organske tvari pod djelovanjem destruktora i mikroorganizama (bakterija, gljivica, crva) ponovno se razgrađuju na mineralne komponente. Te se anorganske tvari mogu ponovno upotrijebiti za sintezu organskih tvari pomoću autotrofa.

U biogeokemijskim ciklusima razlikuju se pričuvni fond (tvari koje nisu povezane sa živim organizmima) i rezervni fond (tvari koje su povezane izravnom razmjenom između organizama i njihove neposredne okoline).

Ovisno o lokaciji rezervnog fonda, biogeokemijski ciklusi se dijele na dvije vrste:

Ciklusi plinskog tipa s rezervnim fondom tvari u atmosferi i hidrosferi (kruženje ugljika, kisika, dušika).

Vrtači sedimentnog tipa s rezervnim fondom u Zemljina kora(ciklusi fosfora, kalcija, željeza itd.).

Ciklusi plinskog tipa, koji imaju veliki fond za razmjenu, savršeniji su. Osim toga, sposobni su za brzu samoregulaciju. Ciklusi sedimentnog tipa manje su savršeni, oni su inertniji, budući da je većina materije sadržana u rezervnom fondu zemljine kore u obliku nedostupnom živim organizmima. Takvi ciklusi se lako poremete različitim vrstama utjecaja, a dio razmijenjenog materijala napušta ciklus. Može se ponovno vratiti u ciklus samo kao rezultat geološkim procesima ili vađenjem žive tvari.

Intenzitet biološkog ciklusa određen je temperaturom okoline i količinom vode. Na primjer, biološki ciklus je intenzivniji u tropskim kišnim šumama nego u tundri.

Ciklusi glavnih biogenih tvari i elemenata

Ciklus ugljika

Sav život na zemlji temelji se na ugljiku. Svaka molekula živog organizma izgrađena je na temelju ugljičnog kostura. Atomi ugljika neprestano migriraju iz jednog dijela biosfere u drugi (sl. 3. 3.).

Riža. 3. 3. Kruženje ugljika.

Glavne rezerve ugljika na Zemlji su u obliku ugljičnog dioksida (CO2) sadržanog u atmosferi i otopljenog u oceanima. Biljke apsorbiraju molekule ugljičnog dioksida tijekom fotosinteze. Kao rezultat toga, ugljikov atom se pretvara u različite organske spojeve i tako uključuje u strukturu biljaka. Slijedi nekoliko opcija:

· ostaci ugljika u biljkama ® biljne molekule jedu dekompozitori (organizmi koji se hrane mrtvom organskom tvari i pritom je razgrađuju na jednostavne anorganske spojeve) ® ugljik se vraća u atmosferu kao CO2;

· biljke jedu biljojedi ® ugljik se vraća u atmosferu tijekom disanja životinja i dok se razgrađuju nakon smrti; ili će biljojede pojesti mesojedi i onda će se ugljik ponovno vratiti u atmosferu na iste načine;

· nakon smrti biljke se pretvaraju u fosilna goriva (primjerice u ugljen) ® ugljik se vraća u atmosferu nakon korištenja goriva, vulkanskih erupcija i drugih geotermalnih procesa.

U slučaju otapanja izvorne molekule CO2 u morskoj vodi također je moguće nekoliko opcija: ugljični dioksid se može jednostavno vratiti u atmosferu (ovakva vrsta međusobne izmjene plinova između Svjetskog oceana i atmosfere događa se stalno); ugljik može ući u tkiva morskih biljaka ili životinja, zatim će se postupno akumulirati u obliku sedimenata na dnu oceana i na kraju pretvoriti u vapnenac ili opet iz sedimenata prijeći u morsku vodu.

Stopa ciklusa CO2 je oko 300 godina.

Ljudska intervencija u ciklusu ugljika (izgaranje ugljena, nafte, plina, dehumifikacija) dovodi do povećanja sadržaja CO2 u atmosferi i razvoja efekt staklenika. Trenutno je proučavanje ciklusa ugljika postalo važan zadatak za znanstvenike koji se bave proučavanjem atmosfere.

Ciklus kisika

Kisik je najzastupljeniji element na Zemlji (morska voda sadrži 85,82% kisika, atmosferski zrak 23,15%, a u zemljinoj kori 47,2%). Spojevi kisika neophodni su za održavanje života (igraju važnu ulogu u metaboličkim procesima i disanju, dio su bjelančevina, masti, ugljikohidrata, od kojih su organizmi "građeni"). Glavna masa kisika je u vezanom stanju (količina molekularnog kisika u atmosferi je samo 0,01% od ukupnog sadržaja kisika u zemljinoj kori).

Budući da se kisik nalazi u mnogim kemijski spojevi, njegovo kruženje u biosferi vrlo je složeno i uglavnom se odvija između atmosfere i živih organizama. Koncentracija kisika u atmosferi održava se fotosintezom, pri čemu zelene biljke pod utjecajem sunčeve svjetlosti pretvaraju ugljični dioksid i vodu u ugljikohidrate i kisik. Većinu kisika proizvode kopnene biljke - gotovo ¾, a ostatak - fotosintetski organizmi oceana. Snažan izvor kisika je fotokemijska razgradnja vodene pare u gornjim slojevima atmosfere pod utjecajem ultraljubičastih sunčevih zraka. Osim toga, kisik čini najvažniji ciklus, jer je dio vode. Iz ozona pod utjecajem ultraljubičastog zračenja nastaje mala količina kisika.

Stopa ciklusa kisika je oko 2 tisuće godina.

Krčenje šuma, erozija tla, različiti rudarski radovi na površini smanjuju ukupnu masu fotosinteze i smanjuju ciklus kisika na velikim površinama. Osim toga, 25% kisika generiranog kao rezultat asimilacije godišnje se troši za industrijske i kućne potrebe.

ciklus dušika

Biogeokemijski ciklus dušika, kao i prethodni ciklusi, obuhvaća sva područja biosfere (slika 3.4).

Riža. 3. 4. Kruženje dušika.

Dušik je uključen u zemljina atmosfera u nevezanom obliku u obliku dvoatomnih molekula (približno 78% ukupnog volumena atmosfere je dušik). Osim toga, dušik se nalazi u biljkama i životinjama u obliku proteina. Biljke sintetiziraju proteine ​​apsorbirajući nitrate iz tla. Nitrati se tamo stvaraju iz atmosferskog dušika i amonijevih spojeva prisutnih u tlu. Proces pretvaranja atmosferskog dušika u oblik koji mogu koristiti biljke i životinje naziva se fiksacija dušika. Tijekom raspadanja organske tvari, značajan dio dušika sadržanog u njima pretvara se u amonijak, koji se pod utjecajem nitrifikacijskih bakterija koje žive u tlu zatim oksidira u dušičnu kiselinu. Ta kiselina, reagirajući s karbonatima u tlu (na primjer, kalcijev karbonat CaCO3), stvara nitrate. Dio dušika uvijek se oslobađa tijekom raspada u slobodnom obliku u atmosferu. Osim toga, slobodni dušik se oslobađa tijekom izgaranja organskih tvari, tijekom izgaranja drva za ogrjev, ugljena i treseta. Osim toga, postoje bakterije koje, uz nedovoljan pristup zraku, mogu uzeti kisik iz nitrata, uništavajući ih oslobađanjem slobodnog dušika. Djelovanje denitrifikacijskih bakterija dovodi do toga da dio dušika iz oblika dostupnog zelenim biljkama (nitrati) postaje nedostupan (slobodni dušik). Dakle, daleko od toga da se sav dušik koji je bio dio mrtvih biljaka vraća natrag u tlo (dio se postupno oslobađa u slobodnom obliku).

Procesi koji nadoknađuju gubitak dušika uključuju, prije svega, električna pražnjenja koja se javljaju u atmosferi, pri čemu uvijek nastaje određena količina dušikovih oksida (potonji s vodom daju dušičnu kiselinu, koja se u tlu pretvara u nitrate) . Drugi izvor nadopunjavanja dušikovih spojeva u tlu je vitalna aktivnost takozvanih azotobakterija, koje mogu asimilirati atmosferski dušik. Dio ovih bakterija naseli se na korijenju biljaka iz obitelji mahunarki, uzrokujući stvaranje karakterističnih oteklina – kvržica. Nodulne bakterije, asimilirajući atmosferski dušik, prerađuju ga u dušikove spojeve, a biljke ih zauzvrat pretvaraju u proteine ​​i druge složene tvari. Dakle, u prirodi se odvija kontinuirani ciklus dušika.

Budući da se svake godine s berbom s polja uklanjaju najbogatiji dijelovi biljaka (primjerice žitarica), tlo “zahtijeva” primjenu gnojiva koja nadoknađuju gubitak najvažnijih biljnih hranjiva u to. Glavne namjene su kalcijev nitrat (Ca(NO)2), amonijev nitrat (NH4NO3), natrijev nitrat (NANO3) i kalijev nitrat (KNO3). Također, umjesto kemijskih gnojiva koriste se same biljke iz obitelji mahunarki. Ako je količina umjetnih dušičnih gnojiva unesenih u tlo prevelika, tada nitrati ulaze i u ljudski organizam, gdje se mogu pretvoriti u nitrite, koji su vrlo toksični i mogu izazvati rak.

Ciklus fosfora

Glavnina fosfora sadržana je u stijenama nastalim u prošlim geološkim epohama. Sadržaj fosfora u zemljinoj kori je od 8 - 10 do 20% (težinski) i ovdje se nalazi u obliku minerala (fluorapatit, klorapatit i dr.), koji ulaze u sastav prirodnih fosfata - apatita i fosforita. Fosfor može ući u biogeokemijski ciklus kao rezultat trošenja stijena. Erozijskim procesima fosfor se u more odnosi u obliku minerala apatita. Živi organizmi igraju važnu ulogu u transformaciji fosfora. Organizmi izvlače fosfor iz tla i vodenih otopina. Nadalje, fosfor se prenosi kroz prehrambene lance. Smrću organizama, fosfor se vraća u tlo i mulj mora, te se koncentrira u obliku morskih naslaga fosfata, što pak stvara uvjete za stvaranje fosforom bogatih stijena (sl. 3. 5.). ).

Riža. 3.5. Kruženje fosfora u biosferi (prema P. Duvigno, M. Tang, 1973; s izmjenama).

Nepravilnom uporabom fosfornih gnojiva, kao posljedica vodene i vjetroerozije (uništavanje pod djelovanjem vode ili vjetra), velika količina fosfora se uklanja iz tla. S jedne strane, to dovodi do prekomjerne potrošnje fosfornih gnojiva i iscrpljivanja ruda koje sadrže fosfor.

S druge strane, povećan sadržaj fosfora u vodnim putovima njegovog prijenosa uzrokuje brzi porast biomase vodenih biljaka, "cvjetanje vodenih tijela" i njihovu eutrofikaciju (obogaćivanje hranjivim tvarima).

Budući da biljke odnose značajnu količinu fosfora iz tla, a prirodna nadoknada fosfornih spojeva u tlu je izuzetno neznatna, primjena fosfornih gnojiva u tlo jedna je od najvažnijih mjera za povećanje produktivnosti. Godišnje se u svijetu iskopa približno 125 milijuna tona fosfatne rude. Najviše se troši na proizvodnju fosfatnih gnojiva.

Ciklus sumpora

Glavni rezervni fond sumpora nalazi se u sedimentima, tlu i atmosferi. Glavnu ulogu u uključivanju sumpora u biogeokemijski ciklus imaju mikroorganizmi. Neki od njih su redukcijska sredstva, drugi su oksidansi (slika 3. 6.).

Riža. 3. 6. Ciklus sumpora (prema Yu. Odum, 1975).

U prirodi su poznati u velikim količinama različiti sulfidi željeza, olova, cinka itd. Sulfidni sumpor se u biosferi oksidira u sulfatni sumpor. Sulfate preuzimaju biljke. U živim organizmima sumpor ulazi u sastav aminokiselina i bjelančevina, au biljkama osim toga u sastav eteričnih ulja itd. Procesi razaranja ostataka organizama u tlu i mulju mora popraćeni su složenim pretvorbama sumpora (mikroorganizmi stvaraju brojne intermedijarne spojeve sumpora). Nakon smrti živih organizama, dio sumpora u tlu mikroorganizmi reduciraju do H2S, drugi dio se oksidira do sulfata i ponovno uključuje u ciklus. Sumporovodik koji nastaje u atmosferi oksidira se i s oborinama vraća u tlo. Osim toga, sumporovodik može ponovno formirati "sekundarne" sulfide, a sulfatni sumpor stvara gips. Zauzvrat, sulfidi i gips se ponovno uništavaju, a sumpor nastavlja svoju migraciju.

Osim toga, sumpor u obliku SO2, SO3, H2S i elementarnog sumpora emitiraju vulkani u atmosferu.

Ciklus sumpora može se poremetiti ljudskom intervencijom. Razlog tome je izgaranje ugljena i emisije iz kemijske industrije, pri čemu dolazi do stvaranja sumpornog dioksida koji remeti procese fotosinteze i dovodi do odumiranja vegetacije.

Dakle, biogeokemijski ciklusi osiguravaju homeostazu biosfere. Međutim, oni su u velikoj mjeri podložni ljudskom utjecaju. A jedno od najsnažnijih anti-ekoloških djelovanja osobe povezano je s kršenjem, pa čak i uništavanjem prirodnih ciklusa (postaju aciklički).

Antropogeni ciklus

Pokretačka snaga antropogenog ciklusa je ljudska aktivnost. Ovaj ciklus uključuje dvije komponente: biološku, povezanu s funkcioniranjem osobe kao živog organizma, i tehničku, povezanu s gospodarskim aktivnostima ljudi. Antropogeni ciklus, za razliku od geoloških i bioloških ciklusa, nije zatvoren. Ta otvorenost uzrokuje iscrpljivanje prirodnih resursa i onečišćenje prirodnog okoliša.

geološki krug tvari ima najveću brzinu u horizontalnom smjeru između kopna i mora. Značenje velike cirkulacije je da su stijene podložne razaranju, trošenju, a produkti trošenja, uključujući i hranjive tvari topive u vodi, vodenim tokovima nose se u Svjetski ocean uz stvaranje morskih slojeva i samo se djelomično vraćaju na kopno, npr. , s oborinama ili s organizmima koje su ljudi izvukli iz vode. Zatim se kroz dulje vrijeme događaju spore geotektonske promjene - pomicanje kontinenata, izdizanje i spuštanje morskog dna, vulkanske erupcije i sl., uslijed čega se formirani slojevi vraćaju na kopno i proces počinje iznova.

Veliki geološki ciklus materije. Pod utjecajem denudacijskih procesa dolazi do razaranja stijena i sedimentacije. Nastaju sedimentne stijene. U područjima stabilnih slijeganja (obično dno oceana) tvar geografskog omotača ulazi u duboke slojeve Zemlje. Nadalje, pod utjecajem temperature i tlaka odvijaju se metamorfni procesi, uslijed kojih nastaju stijene, tvar se pomiče bliže središtu Zemlje. Magmatizam se javlja u utrobi Zemlje pri vrlo visokim temperaturama: stijene se tope, uzdižu se u obliku magme duž rasjeda na zemljinu površinu i izlijevaju se na površinu tijekom erupcija. Tako se provodi kruženje tvari. Geološki ciklus je kompliciran ako se uzme u obzir izmjena tvari sa svemirom. Veliki geološki ciklus nije zatvoren u smislu da neka čestica materije koja je pala u utrobu Zemlje neće nužno izaći na površinu, i obrnuto, čestica koja se uzdiže tijekom erupcije nikada nije mogla biti na zemljinoj površini prije.

Glavni izvori energije prirodnih procesa na Zemlji

Sunčevo zračenje je glavni izvor energije na Zemlji. Njegovu snagu karakterizira solarna konstanta - količina energije koja prolazi kroz područje jedinice površine, okomito na sunčeve zrake. Na udaljenosti od jedne astronomske jedinice (to jest, u orbiti Zemlje), ova konstanta je približno 1370 W / m².

Živi organizmi koriste energiju Sunca (fotosinteza) i energiju kemijskih veza (kemosinteza). Ta se energija može koristiti u raznim prirodnim i umjetnim procesima. Trećinu sve energije reflektira atmosfera, 0,02% koriste biljke za fotosintezu, a ostatak se koristi za potporu mnogim prirodnim procesima – zagrijavanje zemlje, oceana, atmosfere, kretanje zraka. tež. Izravno solarno grijanje ili pretvorba energije pomoću fotonaponskih ćelija može se koristiti za proizvodnju električne energije (solarne elektrane) ili obavljanje drugih koristan rad. U dalekoj prošlosti energija pohranjena u nafti i drugim fosilnim gorivima također se dobivala fotosintezom.

Ta ogromna energija dovodi do globalnog zatopljenja, jer nakon što je prošla kroz prirodne procese, zrači se natrag i atmosfera joj ne dopušta povratak.

2. Unutarnja energija Zemlje; manifestacija - vulkani, topli izvori

18. Energetske transformacije biotskog i abiotskog podrijetla

U funkcionalnom prirodnom ekosustavu nema otpada. Svi organizmi, živi ili mrtvi, potencijalno su hrana za druge organizme: gusjenica jede lišće, drozd jede gusjenice, jastreb može pojesti drozda. Kada biljke, gusjenica, drozd i jastreb uginu, njih zauzvrat obrađuju razlagači.

Svi organizmi koji se hrane istom vrstom hrane pripadaju istoj trofičkoj razini.

organizmi prirodni ekosustavi uključeni su u složenu mrežu mnogih međusobno povezanih prehrambenih lanaca. Takva se mreža naziva hranidbena mreža.

Piramide energetskih tokova: Svakim prijelazom s jedne trofičke razine na drugu unutar hranidbeni lanac ili mreže, posao je obavljen i unutra okoliš oslobađa se toplinska energija, a količina energije Visoka kvaliteta koji koriste organizmi sljedeće trofičke razine smanjuje.

Pravilo 10%: pri prelasku s jedne trofičke razine na drugu gubi se 90% energije, a 10% se prenosi na sljedeću razinu.

Što je lanac ishrane duži, to se više korisne energije gubi. Stoga duljina prehrambenog lanca obično ne prelazi 4 - 5 karika.

Energetika pejzažne sfere Zemlje:

1) sunčeva energija: toplinska, zračenje

2) protok toplinske energije iz utrobe Zemlje

3) energija plimnih struja

4) tektonska energija

5) asimilacija energije tijekom fotosinteze

Kruženje vode u prirodi

Kruženje vode u prirodi je proces cikličkog kretanja vode u zemljinoj biosferi. Sastoji se od isparavanja, kondenzacije i oborine (atmosferske oborine djelomično ispare, djelomično stvaraju privremene i stalne odvode i rezervoare, djelomično prodiru u tlo i stvaraju Podzemna voda), kao i procesi otplinjavanja plašta: voda kontinuirano teče iz plašta. voda je pronađena čak i na velikim dubinama.

Mora gube zbog isparavanja više vode nego dobiven s oborinama, na kopnu - situacija je obrnuta. Voda neprekidno kruži oko kugle zemaljske, dok njezina ukupno ostaje nepromjenjen.

75% površine Zemlje prekriveno je vodom. Vodeni omotač Zemlje je hidrosfera. Najvećim dijelom je slana voda mora i oceana, a manjim dijelom svježa voda jezera, rijeke, ledenjaci, podzemne vode i vodena para.

Na Zemlji voda postoji u tri agregatna stanja: tekućem, čvrstom i plinovitom. Živi organizmi ne mogu postojati bez vode. U svakom organizmu voda je medij u kojem se odvijaju kemijske reakcije bez koje živi organizmi ne mogu živjeti. Voda je najvrjednija i najpotrebnija tvar za život živih organizama.

U prirodi postoji nekoliko vrsta kruženja vode:

Veliki ili svjetski ciklus - vodena para nastala iznad površine oceana nosi se vjetrovima na kontinente, tamo pada u obliku oborina i vraća se u ocean u obliku otjecanja. Pri tom se procesu kvaliteta vode mijenja: tijekom isparavanja sol morska voda pretvara u svježe, a onečišćeno - pročišćava se.

Mali ili oceanski ciklus - vodena para nastala iznad površine oceana kondenzira se i taloži natrag u ocean kao oborina.

Intrakontinentalna cirkulacija - voda koja je isparila iznad površine kopna ponovno pada na kopno u obliku oborina.

Na kraju, oborina u procesu kretanja ponovno dospijeva u oceane.

Brzina prijenosa razne vrste voda varira u širokom rasponu, pa su i razdoblja protoka, kao i razdoblja obnavljanja vode različita. Oni variraju od nekoliko sati do nekoliko desetaka tisućljeća. Atmosferska vlaga, koja nastaje isparavanjem vode iz oceana, mora i kopna i postoji u obliku oblaka, ažurira se u prosjeku nakon osam dana.

Vode koje čine žive organizme obnavljaju se u roku od nekoliko sati. Ovo je najaktivniji oblik izmjene vode. Razdoblje obnove vodenih rezervi u planinskim ledenjacima je oko 1.600 godina, u ledenjacima polarnih zemalja je mnogo duže - oko 9.700 godina.

Potpuna obnova voda Svjetskog oceana događa se za oko 2700 godina.

Učinci međudjelovanja Sunčevog zračenja, Zemlje koja se kreće i rotira.

U ovo pitanje treba uzeti u obzir sezonsku varijabilnost: zima/ljeto. Opiši da zbog rotacije i kretanja Zemlje sunčevo zračenje neravnomjerno dolazi, što znači da se klimatski uvjeti mijenjaju s geografskom širinom.

Zemlja je nagnuta prema ravnini ekliptike za 23,5 stupnjeva.

Zrake putuju pod različitim kutovima. ravnoteža zračenja. Važno je ne samo koliko se dobiva, nego i koliko se gubi, a koliko ostaje, uzimajući u obzir albedo.

Atmosferski akcijski centri

Velika područja postojanog visokog ili niskog tlaka povezana s općom cirkulacijom atmosfere - središta djelovanja atmosfere. Oni određuju prevladavajući smjer vjetrova i služe kao središta za stvaranje geografskih tipova zračnih masa. Na sinoptičkim kartama izražavaju se zatvorenim linijama – izobarama.

Uzroci: 1) heterogenost Zemlje;

2) razlika u fizičkom. svojstva tla i vode (toplinski kapacitet)

3) razlika u površinskom albedu (R/Q): voda – 6%, ekviv. šume - 10-12%, široke šume - 18%, livade - 22-23%, snijeg - 92%;

4) F Coriolis

To uzrokuje OCA.

Atmosferski akcijski centri:

● trajnog- u njima visoki ili niski tlak postoji tijekom cijele godine:

1. ekvatorijalna traka prema dolje. tlak, čija os nešto migrira od ekvatora prateći Sunce prema ljetnoj hemisferi - Ekvatorska depresija (razlozi: velika količina Q i oceani);

2. na jednom suptropskom pojasu povišen. pritisak na Sjev. i Yuzh. polutke; nekoliko migrira ljeti u više suptropske krajeve. geografske širine, zimi - na niže; raspadaju se na brojne oceanske. anticiklone: ​​u Sjev. hemisfere - azorska anticiklona (osobito ljeti) i havajska; u južnom - južni indijski, južni Pacifik i južni Atlantik;

3. područja spuštena. tlak nad oceanima u visokim geografskim širinama umjerenih zona: u Sjev. polutke - islandske (osobito zimi) i aleutske niske, na jugu - kontinuirani prsten niskog tlaka koji okružuje Antarktiku (50 0 S);

4. područja povećanja. tlak nad Arktikom (osobito zimi) i Antarktikom - anticiklone;

● sezonski- prate se kao područja visokog ili niskog tlaka tijekom jedne sezone, mijenjajući se u drugoj sezoni u središte djelovanja atmosfere suprotnog predznaka. Njihovo postojanje povezano je s oštrom promjenom tijekom godine temperature kopnene površine u odnosu na temperaturu površine oceana; ljetno pregrijavanje zemljišta stvara ovdje povoljne uvjete za formiranje nižih područja. tlak, zimska hipotermija - za područja povećanog. pritisak. Sve u. polutke do zimskih područja povećana. pritiscima su azijski (sibirski) sa središtem u Mongoliji i kanadski maksimumi, u južnom - australski, južnoamerički i južnoafrički maksimumi. Ljetne površine niže tlak: u Sev. hemisfera - južnoazijska (ili zapadnoazijska) i sjevernoamerička niska, u juž. - australske, južnoameričke i južnoafričke niske razine).

Centri djelovanja atmosfere svojstveni su određenoj vrsti vremena. Stoga zrak ovdje relativno brzo poprima svojstva podzemne površine - vruć i vlažan u ekvatorijalnoj depresiji, hladan i suh u mongolskoj anticikloni, hladan i vlažan u islandskoj nižini itd.

Planetarni prijenos topline i njegovi uzroci

Glavne značajke planetarnog prijenosa topline. Sunčeva energija koju apsorbira površina zemaljske kugle zatim se turbulentnim strujanjem troši na isparavanje i prijenos topline. Isparavanje u prosjeku traje oko 80% oko planeta, a turbulentni prijenos topline - preostalih 20% ukupne topline.

Procesi prijenosa topline i promjene s geografskom širinom njegovih komponenti u oceanu i na kopnu vrlo su jedinstveni. Sva toplina koju je zemlja apsorbirala u proljeće i ljeto potpuno se gubi u jesen i zimi; s uravnoteženim godišnjim proračunom topline, stoga ispada da je posvuda jednak nuli.

U Svjetskom oceanu, zbog velikog toplinskog kapaciteta vode i njezine pokretljivosti u niskim geografskim širinama, dolazi do akumulacije topline, odakle se strujama prenosi u visoke geografske širine, gdje je njezin utrošak veći od unosa. Time se pokriva nedostatak nastao u izmjeni topline vode sa zrakom.

U ekvatorijalnom pojasu Svjetskog oceana, s velikom količinom apsorbiranog sunčevog zračenja i smanjenom potrošnjom energije, godišnji proračun topline ima maksimalne pozitivne vrijednosti. S udaljenošću od ekvatora, pozitivni godišnji toplinski proračun se smanjuje zbog povećanja potrošnog materijala za prijenos topline, uglavnom isparavanja. S prijelazom iz tropskih područja u umjerene geografske širine proračun topline postaje negativan.

Unutar zemlje sva toplina primljena u proljetno-ljetnom razdoblju troši se u jesensko-zimskom razdoblju. U vodama Svjetskog oceana, tijekom duge povijesti Zemlje, akumulirana je ogromna količina topline jednaka 7,6 * 10^21 kcal. Akumulacija tako velike mase objašnjava se visokim toplinskim kapacitetom vode i njezinim intenzivnim miješanjem, tijekom kojeg dolazi do prilično složene preraspodjele topline u debljini oceanosfere. Toplinski kapacitet cijele atmosfere je 4 puta manji od desetmetarskog sloja vode Svjetskog oceana.

Unatoč činjenici da je udio sunčeve energije koji se koristi za turbulentnu izmjenu topline između Zemljine površine i zraka relativno mali, ona je glavni izvor zagrijavanja prizemnog dijela atmosfere. Intenzitet ovog prijenosa topline ovisi o razlici temperature između zraka i podloge (vode ili tla). U niskim geografskim širinama planeta (od ekvatora do približno četrdesete geografske širine obje hemisfere) zrak se uglavnom zagrijava s kopna, koje nije u stanju akumulirati sunčevu energiju i svu primljenu toplinu predaje atmosferi. Zbog turbulentnog prijenosa topline zračni omotač prima od 20 do 40 kcal/cm^2 godišnje, au područjima s niskom vlagom (Sahara, Arabija i dr.) i više od 60 kcal/cm^2. Vode u tim geografskim širinama akumuliraju toplinu, dajući zraku u procesu turbulentne izmjene topline samo 5-10 kcal/cm^2 godišnje ili manje. Samo u određenim područjima (ograničeno područje) voda je prosječno godišnje hladnija i stoga prima toplinu iz zraka (u ekvatorijalnom pojasu, na sjeverozapadu Indijski ocean, kao i uz zapadnu obalu Afrike i Južne Amerike).

Sve tvari na našem planetu su u procesu kruženja. Sunčeva energija uzrokuje dva ciklusa materije na Zemlji:

1) Velika (geološka ili abiotička);

2) Mali (biotički, biogeni ili biološki).

Ciklusi materije i tokovi kozmičke energije stvaraju stabilnost biosfere. Kruženje krute tvari i vode, koje nastaje kao posljedica djelovanja abiotskih čimbenika (nežive prirode), naziva se veliki geološki ciklus. S velikim geološkim ciklusom (protječu milijuni godina), stijene se uništavaju, troše, tvari se otapaju i ulaze u Svjetski ocean; događaju se geotektonske promjene, tonjenje kontinenata, izdizanje morskog dna. Vrijeme ciklusa vode u ledenjacima je 8.000 godina, u rijekama - 11 dana. Upravo velika cirkulacija opskrbljuje žive organizme hranjivim tvarima i uvelike određuje uvjete njihova postojanja.

Veliki geološki ciklus u biosferi karakteriziraju dvije važne točke:

a) provodi se u cijelosti geološki razvoj Zemlja;

b) je moderni planetarni proces koji ima vodeću ulogu u daljnji razvoj biosfera.

U sadašnjoj fazi ljudskog razvoja, kao rezultat veliki ciklus zagađivači se također prenose na velike udaljenosti - oksidi sumpora i dušika, prašina, radioaktivne nečistoće. Područja umjerenih geografskih širina sjeverne hemisfere bila su izložena najvećem zagađenju.

Malo, biogeno ili biološko kruženje tvari odvija se u čvrstom, tekućem i plinovitom stanju uz sudjelovanje živih organizama. Biološki ciklus, za razliku od geološkog ciklusa, zahtijeva manje energije. Mali ciklus je dio velikog, događa se na razini biogeocenoza (unutar ekosustava) i leži u činjenici da se hranjive tvari iz tla, voda, ugljik akumuliraju u tvari biljaka i troše na izgradnju tijela. Produkti raspadanja organske tvari razlažu se na mineralne komponente. Mali ciklus nije zatvoren, koji je povezan s ulaskom tvari i energije u ekosustav izvana i s otpuštanjem nekih od njih u biosferski ciklus.

Mnogi kemijski elementi i njihovi spojevi uključeni su u velike i male cikluse, ali najvažniji od njih su oni koji određuju trenutni stupanj razvoja biosfere, povezan s gospodarskom djelatnošću čovjeka. To uključuje cikluse ugljik, sumpor i dušik(njihovi oksidi su glavni zagađivači zraka), i fosfor (fosfati su glavni zagađivač kontinentalnih voda). Gotovo svi zagađivači djeluju kao štetni, te se klasificiraju kao ksenobiotici.

Trenutno veliki značaj imaju cikluse ksenobiotika - toksičnih elemenata - živa (zagađivač hrane) proizvodi) i olovo (komponenta benzina). Osim toga, mnoge tvari antropogenog podrijetla (DDT, pesticidi, radionuklidi i dr.) ulaze u mali optok iz velikog optoka, koje štete bioti i ljudskom zdravlju.

Bit biološkog ciklusa je tijek dva suprotna, ali međusobno povezana procesa - stvaranje organske tvari i uništenježiva tvar.

Za razliku od velikog ciklusa, mali ima različito trajanje: postoje sezonski, godišnji, višegodišnji i sekularni mali ciklusi..

Cirkulacija kemijske tvari iz anorganskog okoliša preko vegetacije i životinja natrag u anorganski okoliš korištenjem sunčeve energije kemijske reakcije nazivaju se biogeokemijski ciklus .

Sadašnjost i budućnost našeg planeta ovisi o sudjelovanju živih organizama u funkcioniranju biosfere. U kruženju tvari živa tvar, odnosno biomasa, obavlja biogeokemijske funkcije: plinsku, koncentracijsku, redoks i biokemijsku.

Biološki ciklus odvija se uz sudjelovanje živih organizama i sastoji se u reprodukciji organske tvari iz anorganske i razgradnji ove organske u anorgansku kroz prehrambeni trofički lanac. Intenzitet procesa proizvodnje i razgradnje u biološkom ciklusu ovisi o količini topline i vlage. Na primjer, niska stopa razgradnje organske tvari u polarnim područjima ovisi o deficitu topline.

Važan pokazatelj intenziteta biološkog ciklusa je brzina kruženja kemijskih elemenata. Karakterizira se intenzitet indeks , jednaka omjeru mase šumske stelje i stelje. Što je veći indeks, niži je intenzitet ciklusa.

Indeks u crnogoričnim šumama - 10 - 17; širokolisni 3 - 4; savana ne više od 0,2; vlažne tropske šume ne više od 0,1, tj. ovdje je biološki ciklus najintenzivniji.

Protok elemenata (dušika, fosfora, sumpora) kroz mikroorganizme je za red veličine veći nego kroz biljke i životinje. Biološki ciklus nije potpuno reverzibilan, usko je povezan s biogeokemijskim ciklusom. Kemijski elementi kruže u biosferi različitim stazama biološkog ciklusa:

apsorbira živa tvar i puni energijom;

napuštaju živu tvar, oslobađajući energiju u okoliš.

Ovi ciklusi su dvije vrste: kruženje plinovitih tvari; sedimentni ciklus (rezerva u zemljinoj kori).

Sami ciklusi se sastoje od dva dijela:

- rezervni fond(ovo je dio tvari koja nije povezana sa živim organizmima);

- mobilni (razmjenski) fond(manji dio tvari povezan s izravnom razmjenom između organizama i njihove neposredne okoline).

Ciklusi se dijele na:

vrtače vrsta plina s rezervnim fondom u zemljinoj kori (ciklusi ugljika, kisika, dušika) - sposoban za brzu samoregulaciju;

vrtače sedimentni tip s rezervnim fondom u zemljinoj kori (ciklusi fosfora, kalcija, željeza itd.) su inertniji, glavnina tvari je u obliku "nedostupnom" živim organizmima.

Ciklusi se također mogu podijeliti na:

- zatvoreno(kruženje plinovitih tvari, na primjer kisika, ugljika i dušika, rezerva je u atmosferi i hidrosferi oceana, pa se nedostatak brzo nadoknađuje);

- otvoren(stvaranje rezervnog fonda u zemljinoj kori, na primjer, fosfor - stoga se gubici slabo nadoknađuju, tj. stvara se deficit).

Energetska osnova postojanja bioloških ciklusa na Zemlji i početna im je karika proces fotosinteze. Svaki novi ciklus cirkulacije nije točno ponavljanje prethodnog. Na primjer, tijekom evolucije biosfere neki su procesi bili nepovratni, što je rezultiralo stvaranjem i nakupljanjem biogenih oborina, povećanjem količine kisika u atmosferi, promjenom kvantitativnih omjera izotopa niza elementi, itd.

Kruženje tvari naziva se biogeokemijski ciklusi . Glavni biogeokemijski (biosferski) ciklusi tvari: ciklus vode, ciklus kisika, ciklus dušika(sudjelovanje bakterija koje fiksiraju dušik), ciklus ugljika(sudjelovanje aerobnih bakterija; godišnje oko 130 tona ugljika se oslobađa u geološki ciklus), ciklus fosfora(sudjelovanje zemljišnih bakterija; 14 milijuna tona fosfora), ciklus sumpora, ciklus metalnih kationa.