Flusso di energia in natura. Ciclo della materia e dell'energia in natura
Qualsiasi vita richiede un flusso costante di energia e materia. L'energia viene spesa per eseguire le reazioni vitali di base, la materia viene utilizzata per costruire i corpi degli organismi. L'esistenza degli ecosistemi naturali è accompagnata da complessi processi di scambio materiale ed energetico tra la natura vivente e quella inanimata. Questi processi sono molto importanti e dipendono non solo dalla composizione delle comunità biotiche, ma anche dal loro ambiente fisico.
Flusso di energia nella comunità– questa è la sua transizione da organismi di un livello all'altro sotto forma di legami chimici di composti organici (cibo).
Il flusso (ciclo) della materia è il movimento della materia sotto forma di elementi chimici e dei loro composti dai produttori ai decompositori e poi (attraverso reazioni chimiche che avvengono senza la partecipazione di organismi viventi) di nuovo ai produttori.
La circolazione della materia e il flusso di energia non sono concetti identici, anche se spesso per misurare il movimento della materia vengono utilizzati diversi equivalenti energetici (calorie, chilocalorie, joule). Ciò è in parte spiegato dal fatto che a tutti i livelli trofici, ad eccezione del primo, l'energia necessaria per la vita degli organismi viene trasferita sotto forma di sostanza del cibo consumato. Solo le piante (produttori) possono utilizzare direttamente l'energia radiante del Sole per la loro attività vitale.
Una misurazione rigorosa della sostanza circolante in un ecosistema può essere ottenuta tenendo conto della circolazione dei singoli elementi chimici, principalmente quelli che costituiscono il principale materiale da costruzione per il citoplasma delle cellule vegetali e animali.
A differenza delle sostanze che circolano continuamente attraverso diversi blocchi dell'ecosistema e possono sempre rientrare nel ciclo, l'energia può essere utilizzata nel corpo una sola volta.
Secondo le leggi della fisica, l'energia può cambiare da una forma (come l'energia luminosa) a un'altra (come l'energia potenziale del cibo), ma non viene mai creata di nuovo né distrutta. Non può esserci un singolo processo associato alla trasformazione dell'energia senza perderne una parte. Nelle sue trasformazioni una certa quantità di energia viene dissipata sotto forma di calore e, quindi, va dispersa. Per questo motivo non possono esserci trasformazioni, ad esempio, delle sostanze alimentari nelle sostanze che compongono il corpo dell'organismo, che avvengono con un'efficienza al cento per cento.
L'esistenza di tutti gli ecosistemi dipende da un flusso costante di energia, necessario affinché tutti gli organismi mantengano le loro funzioni vitali e l'autoriproduzione.
Solo circa la metà del flusso solare che cade sulle piante verdi viene assorbito dagli elementi fotosintetici, e solo una piccola frazione dell'energia assorbita (da 1/100 a 1/20 della parte) viene immagazzinata sotto forma di energia necessaria all'attività dei tessuti vegetali.
Quando ci si allontana dal produttore primario, la velocità del flusso di energia (cioè la quantità di energia, espressa in unità di energia, trasferita da un livello trofico all'altro) diminuisce drasticamente.
La diminuzione della quantità di energia durante la transizione da un livello trofico a uno superiore determina il numero di questi livelli stessi. Si stima che qualsiasi livello trofico riceva solo circa il 10% (o poco più) dell'energia del livello precedente. Pertanto, il numero totale di livelli trofici raramente supera 3–4.
Il rapporto tra materia vivente a diversi livelli trofici obbedisce generalmente alla stessa regola del rapporto tra energia in entrata: maggiore è il livello, minore è la biomassa totale e il numero dei suoi organismi costituenti.
Il rapporto tra il numero dei diversi gruppi di organismi dà un'idea della stabilità della comunità, perché la biomassa e il numero di alcune popolazioni sono allo stesso tempo un indicatore dello spazio vitale per gli organismi di questa e di altre specie . Ad esempio, il numero di alberi in una foresta determina non solo la fornitura totale di biomassa ed energia in essi contenuta, ma anche il microclima e il numero di rifugi per molti insetti e uccelli.
Le piramidi di numeri possono essere invertite. Ciò si verifica quando il tasso di riproduzione della popolazione delle prede è elevato e, anche con una biomassa bassa, tale popolazione può essere una fonte di cibo sufficiente per i predatori che hanno una biomassa più elevata ma un tasso di riproduzione basso. Ad esempio, molti insetti possono vivere e nutrirsi su un albero (una piramide della popolazione invertita). La piramide rovesciata della biomassa è caratteristica degli ecosistemi acquatici, dove i produttori primari (alghe fitoplanctoniche) si dividono e moltiplicano molto rapidamente in numero, e i loro consumatori (crostacei zooplanctonici) sono molto più grandi, ma hanno un ciclo riproduttivo lungo.
Pascoli e catene detritiche
L’energia può fluire attraverso una comunità in molti modi diversi. Rappresenta la catena alimentare di tutti i consumatori(sistema consumo) con l'aggiunta di altri due link: questo materia organica morta E catena alimentare del decompositore(sistema di riduzione).
Flusso di energia dalle piante attraverso gli erbivori(si chiamano pascolo), chiamata catena alimentare delle praterie.
I resti degli organismi che consumano e non utilizzati dai consumatori reintegrano la materia organica morta. È costituito da feci contenenti parte di cibo non digerito, nonché cadaveri di animali, residui vegetali (foglie, rami, alghe) e viene chiamato detriti.
Il flusso di energia che ha origine dalla materia organica morta e che passa attraverso il sistema in decomposizione è chiamato catena alimentare detritica.
Insieme alle somiglianze, ci sono profonde differenze nel funzionamento dei pascoli e delle catene alimentari detritiche. Consiste nel fatto che in nel sistema consumistico si perdono feci e organismi morti, e nel sistema riduttivo– NO.
Prima o poi, l'energia contenuta nella materia organica morta verrà completamente utilizzata dai decompositori e dissipata sotto forma di calore attraverso la respirazione, anche se ciò richiede di passare più volte attraverso un sistema di decompositori. Le uniche eccezioni sono quei casi in cui le condizioni abiotiche locali sono molto sfavorevoli al processo di decomposizione (elevata umidità, permafrost). In questi casi si accumulano depositi di sostanze non completamente lavorate e ad alta intensità energetica, che si trasformano nel tempo e in condizioni adeguate in fossili organici combustibili: petrolio, carbone, torba.
Ciclo delle sostanze in un ecosistema
L'integrità degli ecosistemi naturali si manifesta in modo particolarmente chiaro se si considerano i flussi di materia che circolano in essi. La sostanza può trasmettersi in cicli chiusi (circolazioni), circolando ripetutamente tra gli organismi e l'ambiente.
I movimenti circolari (attraverso la terra, l'aria, l'acqua) degli elementi chimici (cioè le sostanze) sono chiamati cicli o circolazioni biogeochimiche.
Gli elementi e i sali disciolti necessari alla vita sono convenzionalmente chiamati nutrienti(dare la vita) o nutrienti. Tra gli elementi biogenici si distinguono due gruppi: sostanze macrotrofiche e sostanze microtrofiche.
Sostanze macrotrofiche coprono gli elementi che costituiscono la base chimica dei tessuti degli organismi viventi. Questi includono: carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo, potassio, calcio, magnesio, zolfo.
Sostanze microtrofiche comprendono elementi e loro composti, anch'essi molto importanti per l'esistenza dei sistemi viventi, ma in quantità estremamente ridotte. Tali sostanze vengono spesso chiamate microelementi. Questi sono ferro, manganese, rame, zinco, boro, sodio, molibdeno, cloro, vanadio e cobalto. Sebbene gli elementi microtrofici siano essenziali per gli organismi in quantità molto piccole, la loro carenza può limitare gravemente la produttività.
La circolazione dei nutrienti è solitamente accompagnata dalle loro trasformazioni chimiche. L'azoto nitrato, ad esempio, può essere convertito in azoto proteico, quindi convertito in urea, convertito in ammoniaca e nuovamente sintetizzato nella forma nitrato sotto l'influenza di microrganismi. Vari meccanismi, sia biologici che chimici, sono coinvolti nei processi di denitrificazione e fissazione dell'azoto.
Le riserve di nutrienti sono variabili. Il processo di sequestro di alcuni di essi come biomassa vivente riduce la quantità rimanente nell'ambiente abiotico. E se le piante e gli altri organismi non si decomponessero, le riserve di nutrienti si esaurirebbero e la vita sulla Terra cesserebbe. Da ciò possiamo concludere che l'attività degli eterotrofi, principalmente organismi che funzionano in catene detritiche,– un fattore decisivo nel mantenimento del ciclo dei nutrienti e nella formazione dei prodotti.
Diamo un'occhiata ad alcuni dati numerici che indicano l'entità del trasferimento di sostanze, passando al ciclo biogeochimico del carbonio. La fonte naturale di carbonio utilizzata dalle piante per la sintesi della materia organica è l'anidride carbonica, che fa parte dell'atmosfera o è disciolta nell'acqua. Durante la fotosintesi, l'anidride carbonica (anidride carbonica) viene convertita in materia organica che funge da cibo per gli animali. La respirazione, la fermentazione e la combustione dei combustibili restituiscono l'anidride carbonica all'atmosfera.
Le riserve di carbonio nell'atmosfera del nostro pianeta sono stimate in 700 miliardi di tonnellate, nell'idrosfera - in 50.000 miliardi di tonnellate Secondo i calcoli annuali, come risultato della fotosintesi, l'aumento della massa vegetale sulla terra e nell'acqua è di 30 miliardi di tonnellate e 150 miliardi di tonnellate rispettivamente. Il ciclo del carbonio continua per circa 300 anni.
Un altro esempio è il ciclo del fosforo. Le principali riserve di fosforo contengono varie rocce, che gradualmente (a seguito della distruzione e dell'erosione) rilasciano i loro fosfati agli ecosistemi terrestri. I fosfati vengono consumati dalle piante e da loro utilizzati per sintetizzare le sostanze organiche. Quando le carcasse degli animali vengono decomposte dai microrganismi, i fosfati vengono restituiti al suolo e poi riutilizzati dalle piante. Inoltre una parte dei fosfati viene trasportata dai corsi d'acqua in mare. Ciò garantisce lo sviluppo del fitoplancton e di tutte le catene alimentari da esso dipendenti. Una parte del fosforo contenuto nell’acqua di mare può ritornare sulla terraferma sotto forma di guano.
Ciclo energetico della biosfera dell’ecosistema
introduzione
Concetto e struttura degli ecosistemi
1 Concetto di ecosistemi
2 Classificazione degli ecosistemi
3 Zonizzazione dei macroecosistemi
4 Struttura dell'ecosistema
Fattori che garantiscono l’integrità degli ecosistemi
1 Cicli delle sostanze
2 Flussi energetici negli ecosistemi
3 Processi dinamici che garantiscono l'integrità e la sostenibilità degli ecosistemi
4 La biosfera come ecosistema globale che garantisce l'integrità e la sostenibilità degli ecosistemi
Conclusione
introduzione
Un ecosistema è un qualsiasi insieme di organismi e componenti inorganici in cui può avvenire la circolazione di sostanze. Secondo N.F. Reimers (1990), un ecosistema è qualsiasi comunità di esseri viventi e il suo habitat, uniti in un unico insieme funzionale, che sorge sulla base dell'interdipendenza e delle relazioni di causa-effetto che esistono tra i singoli componenti ambientali. A. Tansley (1935) propose la seguente relazione:
Esistono microecosistemi, mesoecosistemi, macroecosistemi e la biosfera globale. I grandi ecosistemi terrestri sono chiamati biomi. Gli ecosistemi non sono sparsi in modo disordinato; al contrario, sono raggruppati in zone abbastanza regolari, sia orizzontalmente (in latitudine) che verticalmente (in altezza).
Dall'equatore ai poli, una certa simmetria è visibile nella distribuzione dei biomi dei diversi emisferi: foreste pluviali tropicali, deserti, steppe, foreste temperate, foreste di conifere, taiga.
Ogni ecosistema ha due componenti principali: organismi e fattori del loro ambiente non vivente. La totalità degli organismi (piante, animali, microbi) è chiamata biota di un ecosistema. Dal punto di vista della struttura trofica (dal greco trophe - nutrizione), l'ecosistema può essere diviso in due livelli: superiore, inferiore.
Come parte di un ecosistema si distinguono i seguenti componenti: inorganici, composti organici, ambienti aria, acqua e substrato, produttori, organismi autotrofi, consumatori o fagotrofi, decompositori e detritivori.
L'energia solare sulla Terra provoca due cicli di sostanze: grande, o geologico, e piccolo, biologico (biotico).
In un ecosistema ci sono cicli di sostanze. I più studiati sono: i cicli del carbonio, dell'ossigeno, dell'azoto, del fosforo, dello zolfo, ecc.
Il mantenimento dell'attività vitale degli organismi e la circolazione della materia negli ecosistemi, cioè l'esistenza degli ecosistemi, dipende dal costante afflusso di energia solare.
Negli ecosistemi si verificano costantemente cambiamenti nello stato e nell'attività vitale dei loro membri e nel rapporto tra le popolazioni. I diversi cambiamenti che si verificano in ogni comunità si dividono in due tipi principali: ciclici e progressivi.
Un ecosistema globale è una biosfera caratterizzata dall'integrità e dalla stabilità degli ecosistemi.
1. Concetto e struttura degli ecosistemi
1 Concetto di ecosistemi
Gli organismi viventi e il loro ambiente non vivente (abiotico) sono inseparabilmente connessi tra loro e sono in costante interazione. Qualsiasi unità (biosistema) di un ecosistema è un sistema ecologico. Un sistema ecologico, o ecosistema, è l'unità funzionale di base in ecologia, poiché comprende organismi e ambiente inanimato - componenti che si influenzano reciprocamente le proprietà reciproche e le condizioni necessarie per mantenere la vita nella forma che esiste sulla Terra. Il termine "ecosistema" fu proposto per la prima volta nel 1935 dall'ecologista inglese A. Tansley. Attualmente è ampiamente utilizzata la seguente definizione di ecosistema. Un ecosistema è un qualsiasi insieme di organismi e componenti inorganici in cui può avvenire la circolazione di sostanze. Secondo N.F. Reimers (1990), un ecosistema è qualsiasi comunità di esseri viventi e il suo habitat, uniti in un unico insieme funzionale, che sorge sulla base dell'interdipendenza e delle relazioni di causa-effetto che esistono tra i singoli componenti ambientali. Va sottolineato che la combinazione di uno specifico ambiente fisico-chimico (biotopo) con una comunità di organismi viventi (biocenosi) forma un ecosistema. A. Tansley (1935) propose la seguente relazione:
Ecosistema = Biotopo + Biocenosi
Secondo la definizione di V.N. Sukachev, la biogeocenosi è “un insieme di fenomeni naturali omogenei (atmosfera, roccia, suolo e condizioni idrologiche) su una certa estensione della superficie terrestre, che ha una sua speciale specificità di interazioni di questi componenti che la compongono e un certo tipo di scambio di materia ed energia tra loro e gli altri fenomeni naturali e rappresentano un'unità dialettica internamente contraddittoria, in costante movimento e sviluppo."
Oltre ai concetti di ecosistema A. Tensley e biogeocenosi V.N. Sukachev formulò la regola di F. Evans (1956), che propose di utilizzare il termine “ecosistema” assolutamente “adimensionale” per designare qualsiasi sistema vivente sopraorganismo che interagisce con l'ambiente. Tuttavia molti autori hanno attribuito al termine “ecosistema” il significato di biogeocenosi, cioè di biogeocenosi. ecosistema elementare, e allo stesso tempo più alto nella gerarchia delle formazioni sopra-biogeocenotiche fino all'ecosistema della biosfera.
2 Classificazione degli ecosistemi
Gli ecosistemi esistenti sulla Terra sono diversi. Esistono microecosistemi (ad esempio il tronco di un albero in decomposizione), mesoecosistemi (foresta, stagno, ecc.), macroecosistemi (continente, oceano, ecc.) e la biosfera globale.
I grandi ecosistemi terrestri sono chiamati biomi. Ogni bioma contiene una serie di ecosistemi più piccoli e interconnessi. Esistono diverse classificazioni degli ecosistemi:
Foresta pluviale tropicale sempreverde
Deserto: Chaparral erboso e arbusto - aree con inverni piovosi ed estati secche
Graslenz tropicale e savana
Steppa temperata
Foresta decidua temperata
Foreste boreali di conifere
Tundra: artica e alpina
Tipi di ecosistemi d'acqua dolce:
Nastro (acque ferme): laghi, stagni, ecc.
Lotiche (acque correnti): fiumi, torrenti, ecc.
Zone umide: paludi e foreste paludose
Tipi di ecosistemi marini
Oceano aperto (pelagico)
Acque della piattaforma continentale (acque costiere)
Aree di risalita (aree fertili con attività di pesca produttiva)
Estuari (baie costiere, stretti, foci di fiumi, saline, ecc.). I biomi terrestri si distinguono qui per caratteristiche di vegetazione naturale o originaria, e i tipi di ecosistemi acquatici si distinguono per caratteristiche geologiche e fisiche. I principali tipi di ecosistemi elencati rappresentano l'ambiente in cui si è sviluppata la civiltà umana e rappresentano le principali comunità biotiche che sostengono la vita sulla Terra.
3 Zonizzazione dei macroecosistemi
Lo studio della distribuzione geografica degli ecosistemi può essere intrapreso solo a livello di grandi unità ecologiche - macroecosistemi, considerati su scala continentale. Gli ecosistemi non sono sparsi in modo disordinato; al contrario, sono raggruppati in zone abbastanza regolari, sia orizzontalmente (in latitudine) che verticalmente (in altezza). Ciò è confermato dalla legge periodica di zonazione geografica di A.A. Grigorieva-M.I. Budyko: con il cambiamento delle zone fisico-geografiche della Terra, zone paesaggistiche simili e alcune delle loro proprietà generali si ripetono periodicamente. Questo è stato discusso anche quando si considera l'ambiente terra-aria della vita. La periodicità stabilita dalla legge si manifesta nel fatto che i valori dell'indice di aridità variano nelle diverse zone da 0 a 4-5, tre volte tra i poli e l'equatore sono prossimi all'unità. Questi valori corrispondono alla più alta produttività biologica dei paesaggi.
La ripetizione periodica delle proprietà in una serie di sistemi di un livello gerarchico è probabilmente una legge generale dell'universo, formulata come legge di periodicità nella struttura degli aggregati sistemici, o una legge periodica di sistema - sistemi naturali specifici di un livello ( sottolivello) di organizzazione costituiscono una serie periodica o ripetitiva di strutture morfologicamente simili entro i confini spazio-temporali superiori e inferiori del sistema, oltre i quali l'esistenza di sistemi a un dato livello diventa impossibile. Entrano in uno stato instabile o si trasformano in un'altra struttura di sistema, incluso un altro livello di organizzazione.
La temperatura e le precipitazioni determinano la posizione dei principali biomi terrestri sulla superficie terrestre. L’andamento della temperatura e delle precipitazioni in una determinata area per un periodo di tempo abbastanza lungo è ciò che chiamiamo clima. Il clima nelle diverse regioni del globo è diverso. Le precipitazioni annuali variano da 0 a 2500 mm o più. I regimi di temperatura e di precipitazione si combinano in modi molto diversi.
Le specificità delle condizioni climatiche, a loro volta, determinano lo sviluppo di un particolare bioma.
Dall'equatore ai poli, una certa simmetria è visibile nella distribuzione dei biomi dei diversi emisferi:
Foreste pluviali tropicali (America settentrionale e meridionale, America centrale, parti occidentali e centrali dell'Africa equatoriale, Sud-est asiatico, aree costiere dell'Australia nordoccidentale, isole dell'Oceano Indiano e del Pacifico). Il clima è senza cambio di stagione (vicinanza all'equatore), la temperatura media annua è superiore a 17°C (solitamente 28°C), la precipitazione media annua supera i 2400 mm.
Vegetazione: dominano le foreste. Alcuni tipi di alberi raggiungono i 60 metri di altezza e sui loro tronchi e rami si trovano piante epifite, le cui radici non raggiungono il suolo, e viti legnose che radicano nel terreno e si arrampicano sugli alberi fino alle cime. Tutto ciò forma una fitta chioma.
Fauna: la composizione delle specie è più ricca che in tutti gli altri biomi messi insieme. Particolarmente numerosi sono anfibi, rettili e uccelli (rane, lucertole, serpenti, pappagalli), scimmie e altri piccoli mammiferi, insetti esotici dai colori vivaci e pesci dai colori vivaci nei bacini artificiali.
Caratteristiche: i terreni sono spesso magri e poveri, la maggior parte dei nutrienti sono contenuti nella biomassa superficiale della vegetazione radicata.
2. Savane (Africa subequatoriale, Sud America, una parte significativa dell'India meridionale). Il clima è secco e caldo per gran parte dell'anno. Forti precipitazioni durante la stagione delle piogge. Temperature: medie annuali-massime. Le precipitazioni sono 750-1650 mm/anno, principalmente durante la stagione delle piogge. Vegetazione: piante bluegrass (cereali) con rari alberi decidui. Fauna: grandi mammiferi erbivori, come antilopi, zebre, giraffe, rinoceronti, predatori: leoni, leopardi, ghepardi.
Deserti (alcune aree dell'Africa, ad esempio il Sahara; il Medio Oriente e l'Asia centrale, il Grande Bacino e gli Stati Uniti sudoccidentali e il Messico settentrionale, ecc.). Il clima è molto secco. Temperatura: giornate calde e notti fredde. Le precipitazioni sono inferiori a 250 mm/anno. Vegetazione: arbusti radi, spesso spinosi, talvolta cactus ed erbe basse, che dopo rare piogge ricoprono rapidamente il terreno con un tappeto fiorito. Le piante hanno estesi sistemi di radici superficiali che intercettano l'umidità dalle rare precipitazioni, così come radici a fittone che penetrano nel terreno fino al livello della falda freatica (30 m e più in profondità). Fauna: vari roditori (ratto canguro, ecc.), rospi, lucertole, serpenti e altri rettili, gufi, aquile, avvoltoi, piccoli uccelli e insetti in grande quantità.
4. Steppe (centro del Nord America, Russia, alcune aree dell'Africa e dell'Australia, sud-est del Sud America). Il clima è stagionale. Temperature: le temperature estive vanno da moderatamente calde a calde, le temperature invernali inferiori a 0°C. Precipitazioni - 750-2000 mm/anno. Vegetazione: dominata dalla bluegrass (cereali) fino a 2 me oltre in altezza in alcune praterie del Nord America o fino a 50 cm, ad esempio, nelle steppe russe, con alberi e arbusti isolati nelle zone umide. Fauna: grandi mammiferi erbivori - bisonti, antilopi pronghorn (Nord America), cavalli selvaggi (Eurasia), canguri (Australia), giraffe, zebre, rinoceronti bianchi, antilopi (Africa); I predatori includono coyote, leoni, leopardi, ghepardi, iene, una varietà di uccelli e piccoli mammiferi scavatori come conigli, scoiattoli di terra e aardvark.
5. Foreste temperate (Europa occidentale, Asia orientale, Stati Uniti orientali). Clima - stagionale con temperature invernali inferiori a 0 0C. Precipitazioni - 750-2000 mm/anno. Vegetazione: predominano boschi di latifoglie decidue alti fino a 35-45 m (quercia, noce, acero), sottobosco arbustivo, muschi, licheni. Fauna: mammiferi (cervo dalla coda bianca, istrice, procione, opossum, scoiattolo, coniglio, toporagno), uccelli (beccali, picchi, merli, gufi, falchi), serpenti, rane, salamandre, pesci (trote, persici, pesci gatto, ecc.) . ), abbondante microfauna del suolo (Fig. 12.3). Il biota è adattato al clima stagionale: letargo, migrazione, dormienza nei mesi invernali. 6. Foreste di conifere, taiga (regioni settentrionali del Nord America, Europa e Asia). Il clima è caratterizzato da inverni lunghi e freddi, con alcune precipitazioni che cadono sotto forma di neve. Vegetazione: predominano foreste di conifere sempreverdi, principalmente abeti rossi, pini e abeti. Fauna: grandi ungulati erbivori (cervo mulo, renna), piccoli mammiferi erbivori (lepre, scoiattolo, roditori), lupo, lince, volpe, orso nero, orso grizzly, ghiottone, visone e altri predatori, numerosi insetti succhiatori di sangue nella breve estate tempo. Il clima è molto freddo con giornate e notti polari. La temperatura media annuale è inferiore a -5°C. In poche settimane di breve estate, il terreno non si scioglie più di un metro di profondità. Le precipitazioni sono inferiori a 250 mm/anno. Vegetazione: dominata da licheni, muschi, erbe e carici a crescita lenta e arbusti nani. Fauna: grandi ungulati erbivori (renna, bue muschiato), piccoli mammiferi scavatori (tutto l'anno, ad esempio lemming), predatori che in inverno acquisiscono un colore bianco mimetico (volpe artica, lince, ermellino, civetta delle nevi). Nella breve estate, nella tundra nidificano un gran numero di uccelli migratori, tra cui soprattutto molti uccelli acquatici, che si nutrono degli insetti e degli invertebrati d'acqua dolce che qui abbondano. Molto chiara è anche la zonazione altitudinale verticale degli ecosistemi terrestri, soprattutto nei luoghi con rilievi pronunciati. L'umidità è il fattore principale che determina il tipo di bioma. Con quantità sufficientemente elevate di precipitazioni, si sviluppa la vegetazione forestale. La temperatura determina il tipo di foresta. La situazione è esattamente la stessa nei biomi della steppa e del deserto. I cambiamenti nei tipi di vegetazione nelle regioni fredde si verificano con quantità inferiori di precipitazioni annuali, poiché a basse temperature viene persa meno acqua per evaporazione. La temperatura diventa un fattore importante solo in condizioni molto fredde con permafrost. Pertanto, la composizione degli ecosistemi dipende in gran parte dal loro “scopo” funzionale e viceversa. Secondo N.F. Reimers (1994), ciò si riflette nel principio di complementarità ecologica (complementarità): nessuna parte funzionale dell'ecosistema (componente ecologica, elemento, ecc.) può esistere senza altre parti funzionalmente complementari. Accanto ad esso e ampliandolo è il principio di congruenza ecologica (corrispondenza):. completandosi funzionalmente a vicenda, le componenti viventi dell'ecosistema sviluppano adattamenti adeguati, coordinati con le condizioni dell'ambiente abiotico, che è in gran parte trasformato dagli stessi organismi (bioclima, ecc.), cioè esiste una doppia serie di corrispondenze - tra gli organismi e il loro habitat - esterne e create dalla cenosi. 4 Struttura dell'ecosistema Dal punto di vista della struttura trofica (dal greco trophe - nutrizione), l'ecosistema può essere suddiviso in due livelli: Il livello superiore - autotrofico (autoalimentato), o "cintura verde", comprese le piante o le loro parti contenenti clorofilla, dove predominano la fissazione dell'energia di conteggio e l'uso di semplici composti inorganici. Quello inferiore è lo strato eterotrofo (alimentato da altri), ovvero la “cintura marrone” di suoli e sedimenti, sostanze in decomposizione, radici, ecc., in cui predominano l'uso, la trasformazione e la decomposizione di composti complessi. Da un punto di vista biologico si distinguono, nell’ambito di un ecosistema, i seguenti componenti: In un ecosistema, le connessioni alimentari ed energetiche tra le categorie sono sempre univoche e vanno nella direzione di: autotrofi - eterotrofi o in una forma più completa; autotrofi -> consumatori -> decompositori (distruttori). La fonte primaria di energia per gli ecosistemi è il sole. Il flusso di energia (secondo T.A. Akimova, V.V. Khaskin, 1994) inviato dal sole al pianeta Terra supera i 20 milioni di EJ all'anno. Solo un quarto di questo flusso si avvicina al confine dell'atmosfera. Di questa, circa il 70% viene riflessa, assorbita dall'atmosfera ed emessa sotto forma di radiazione infrarossa a onda lunga. La radiazione solare che cade sulla superficie terrestre è di 1,54 milioni di EJ all'anno. Questa enorme quantità di energia è 5000 volte l’energia totale dell’umanità alla fine del XX secolo e 5,5 volte l’energia di tutte le risorse disponibili di combustibili fossili di origine organica, accumulate in almeno 100 milioni di anni. La maggior parte dell'energia solare che raggiunge la superficie del pianeta viene convertita direttamente in calore, riscaldando l'acqua o il suolo, che a loro volta riscaldano l'aria. Questo calore funge da forza trainante dietro il ciclo dell’acqua, le correnti d’aria e le correnti oceaniche che determinano il tempo, e viene gradualmente rilasciato nello spazio, dove si perde. Per determinare il posto degli ecosistemi in questo flusso naturale di energia, è importante rendersi conto che, per quanto estesi e complessi siano, ne utilizzano solo una piccola parte. Ciò implica uno dei principi fondamentali del funzionamento degli ecosistemi: esistono grazie all'energia solare non inquinante e quasi eterna, la cui quantità è relativamente costante e abbondante. Diamo più in dettaglio ciascuna delle caratteristiche elencate dell'energia solare: 2. Fattori che garantiscono l'integrità degli ecosistemi 1 Cicli delle sostanze Entrambi i cicli sono reciprocamente collegati e rappresentano, per così dire, un unico processo. Si stima che tutto l’ossigeno contenuto nell’atmosfera venga riciclato attraverso gli organismi (combinato durante la respirazione e rilasciato durante la fotosintesi) in 2000 anni, l’anidride carbonica nell’atmosfera cicli nella direzione opposta in 300 anni e tutta l’acqua sulla Terra sia decomposto e ricreato attraverso la fotosintesi e la respirazione in 2.000.000 di anni. L'interazione dei fattori abiotici e degli organismi viventi dell'ecosistema è accompagnata da una continua circolazione di materia tra il biotopo e la biocenosi sotto forma di composti organici e minerali alternati. Lo scambio di elementi chimici tra gli organismi viventi e l'ambiente inorganico, le cui varie fasi avvengono all'interno di un ecosistema, è chiamato circolazione biogeochimica, o ciclo biogeochimico. Il ciclo dell'acqua. Il ciclo più significativo sulla Terra in termini di masse trasferite e consumo di energia è il ciclo idrologico planetario: il ciclo dell'acqua. Ogni secondo vengono coinvolti 16,5 milioni di m3 d'acqua e per questo vengono spesi più di 40 miliardi di MW di energia solare (secondo T.A. Akimova V.V. Haskin, (1994)). Ma questo ciclo non è solo il trasferimento di masse d'acqua. Si tratta di trasformazioni di fase, formazione di soluzioni e sospensioni, precipitazione, cristallizzazione, processi di fotosintesi, nonché varie reazioni chimiche. La vita è nata e continua in questo ambiente. L’acqua è l’elemento base necessario alla vita. Quantitativamente è il componente inorganico più comune della materia vivente. Nell'uomo l'acqua costituisce il 63% del peso corporeo, nei funghi l'80%, nelle piante l'80-90% e in alcune meduse il 98% L'acqua, come vedremo tra poco, partecipa al ciclo biologico e funge da fonte di idrogeno e ossigeno, costituendo solo una piccola parte del suo volume totale. Negli stati liquido, solido e vapore, l'acqua è presente in tutti e tre i componenti principali della biosfera: l'atmosfera, l'idrosfera e la litosfera. Tutte le acque sono accomunate dal concetto comune di “idrosfera”. I componenti dell'idrosfera sono interconnessi da scambi e interazioni costanti. L'acqua, spostandosi continuamente da uno stato all'altro, compie cicli piccoli e grandi. L'evaporazione dell'acqua dalla superficie dell'oceano, la condensazione del vapore acqueo nell'atmosfera e le precipitazioni sulla superficie dell'oceano formano un piccolo ciclo. Quando il vapore acqueo viene trasportato dalle correnti d'aria verso la terra, il ciclo diventa molto più complesso. In questo caso, una parte delle precipitazioni evapora e ritorna nell'atmosfera, l'altra alimenta fiumi e bacini artificiali, ma alla fine ritorna nell'oceano attraverso il deflusso fluviale e sotterraneo, completando così il grande ciclo. Ciclo biotico (biologico). Il ciclo biotico (biologico) si riferisce alla circolazione di sostanze tra suolo, piante, animali e microrganismi. Il ciclo biotico (biologico) è il flusso di elementi chimici dal suolo, dall'acqua e dall'atmosfera negli organismi viventi, la trasformazione degli elementi in arrivo in nuovi composti complessi e il loro ritorno nel processo della vita con la caduta annuale di parte dell'organico materia o con organismi completamente morti inclusi nella composizione dell'ecosistema. Ora presenteremo il ciclo biotico in forma ciclica. Il ciclo biotico centrale (secondo T.A. Akimova, V.V., Khaskhin) consisteva in primitivi produttori unicellulari (P) e decompositori-distruttori (D). I microrganismi sono in grado di moltiplicarsi rapidamente e adattarsi a diverse condizioni, ad esempio utilizzano tutti i tipi di substrati - fonti di carbonio - nella loro dieta. Gli organismi superiori non hanno tali capacità. Negli ecosistemi completi possono esistere sotto forma di strutture basate su microrganismi. In primo luogo, si sviluppano piante multicellulari (P): produttori superiori. Insieme agli organismi unicellulari creano materia organica attraverso il processo di fotosintesi, utilizzando l'energia della radiazione solare. Successivamente vengono collegati i consumatori primari: animali erbivori (T) e quindi consumatori carnivori. Abbiamo esaminato il ciclo biotico del terreno. Ciò si applica pienamente al ciclo biotico degli ecosistemi acquatici, ad esempio l'oceano. Tutti gli organismi occupano un certo posto nel ciclo biotico e svolgono le loro funzioni di trasformazione dei rami del flusso energetico che ricevono e di trasferimento della biomassa. Un sistema di decompositori (distruttori) unicellulari unisce tutti, spersonalizza le loro sostanze e chiude il cerchio generale. Restituiscono all'ambiente abiotico della biosfera tutti gli elementi necessari per nuove e nuove rivoluzioni. Dovrebbero essere enfatizzate le caratteristiche più importanti del ciclo biotico. La fotosintesi è un potente processo naturale che coinvolge ogni anno enormi masse di materia della biosfera nel ciclo e ne determina l'elevato potenziale di ossigeno. A causa dell'anidride carbonica e dell'acqua, la materia organica viene sintetizzata e viene rilasciato ossigeno libero. I prodotti diretti della fotosintesi sono vari composti organici e in generale il processo di fotosintesi è piuttosto complesso. Oltre alla fotosintesi con la partecipazione dell’ossigeno, la cosiddetta fotosintesi ossigenata, dovremmo concentrarci anche sulla fotosintesi priva di ossigeno, o chemiosintesi. Gli organismi chemiosintetici includono nitrificanti, carbossidobatteri, batteri dello zolfo, batteri del ferro tionico e batteri dell'idrogeno. Prendono il nome dai loro substrati di ossidazione, che possono essere NH3, NO2, CO, H2S, S, Fe2+, H2. Alcune specie sono chemiolitoautotrofi obbligate, altre sono facoltative. Questi ultimi includono carbossidobatteri e batteri dell'idrogeno. La chemiosintesi è caratteristica delle sorgenti idrotermali di acque profonde. La fotosintesi avviene, con poche eccezioni, su tutta la superficie della Terra, crea un enorme effetto geochimico e può essere espresso come la quantità dell'intera massa di carbonio coinvolta ogni anno nella costruzione della materia organica - vivente dell'intera biosfera. Il ciclo generale della materia associato alla costruzione della materia organica attraverso la fotosintesi coinvolge anche elementi chimici come N, P, S, nonché metalli: K, Ca, Mg, Na, Al. Quando un organismo muore, avviene il processo inverso: la decomposizione della materia organica attraverso l'ossidazione, il decadimento, ecc. con la formazione dei prodotti finali di decomposizione. Nella biosfera terrestre, questo processo porta al fatto che la quantità di biomassa della materia vivente tende ad essere alquanto costante. Biomassa dell’ecosfera (2 10|2t) è sette ordini di grandezza inferiore alla massa della crosta terrestre (2 .10|9t). Le piante della Terra producono annualmente materia organica pari all'1,6,10% ovvero all'8% della biomassa dell'ecosfera. I distruttori, che costituiscono meno dell'1% della biomassa totale degli organismi del pianeta, trasformano una massa di materia organica pari a 10 volte maggiore della propria biomassa. In media, il periodo di rinnovamento della biomassa è di 12,5 anni. Assumiamo che la massa di materia vivente e la produttività della biosfera siano state le stesse dal Cambriano ad oggi (530 milioni di anni), quindi la quantità totale di materia organica che ha attraversato il ciclo biotico globale ed è stata utilizzata dalla vita sul pianeta sarà di 2,10 "2-5,ZL08/12,5=8,5L0|9t, ovvero 4 volte la massa della crosta terrestre. Riguardo a questi calcoli N.S. Pechurkin (1988) scrisse: "Possiamo dire che gli atomi che compongono i nostri corpi erano presenti nei batteri antichi, nei dinosauri e nei mammut". Legge della migrazione biogenica degli atomi V.I. Vernadsky afferma: “La migrazione degli elementi chimici sulla superficie terrestre e nella biosfera nel suo insieme avviene o con la partecipazione diretta della materia vivente (migrazione biogenica), oppure avviene in un ambiente le cui caratteristiche geochimiche (O2, CO2, H2, ecc.) sono determinate materia vivente, sia quella che attualmente abita la biosfera, sia quella che ha agito sulla Terra nel corso della storia geologica." IN E. Vernadskij nel 1928-1930 nelle sue profonde generalizzazioni sui processi nella biosfera, ha dato un'idea delle cinque principali funzioni biogeochimiche della materia vivente. La prima funzione è il gas. La seconda funzione è la concentrazione. La terza funzione è redox. La quarta funzione è biochimica. La quinta funzione è l'attività biogeochimica dell'umanità, che copre una quantità sempre crescente di materia nella crosta terrestre per le esigenze dell'industria, dei trasporti e dell'agricoltura. Il ciclo biologico varia in diverse zone naturali ed è classificato in base a una serie di indicatori: biomassa vegetale, rifiuti, rifiuti, quantità di elementi fissati nella biomassa, ecc. La biomassa totale è più alta nella zona forestale, mentre la percentuale di organi sotterranei nelle foreste è più bassa. Ciò è confermato dall'indice di intensità del ciclo biologico, il rapporto tra la massa della lettiera e la parte della lettiera che la forma. Ciclo del carbonio. Di tutti i cicli biogeochimici, il ciclo del carbonio è senza dubbio il più intenso. Il carbonio circola ad alta velocità tra vari mezzi inorganici e attraverso le reti alimentari all'interno delle comunità di organismi viventi. CO e CO2 svolgono un certo ruolo nel ciclo del carbonio: spesso nella biosfera terrestre il carbonio è rappresentato dalla forma più mobile di CO2. La fonte dell'anidride carbonica primaria nella biosfera è l'attività vulcanica associata al degassamento secolare del mantello e degli orizzonti inferiori della crosta terrestre. La migrazione della CO2 nella biosfera avviene in due modi. Il primo modo è assorbirlo durante la fotosintesi con formazione di glucosio e di altre sostanze organiche di cui sono costituiti tutti i tessuti vegetali. Successivamente vengono trasportati attraverso le catene alimentari e costituiscono i tessuti di tutti gli altri esseri viventi nell'ecosistema. Con la morte delle piante e degli animali in superficie avviene l'ossidazione delle sostanze organiche con formazione di CO2. Gli atomi di carbonio vengono inoltre restituiti all'atmosfera quando la materia organica viene bruciata. Una caratteristica importante e interessante del ciclo del carbonio è che in epoche geologiche lontane, centinaia di milioni di anni fa, una parte significativa della materia organica creata nei processi di fotosintesi non veniva utilizzata né dai consumatori né dai decompositori, ma accumulata nella litosfera sotto forma di combustibili fossili: petrolio, carbone, scisti bituminosi, torba, ecc. Questi combustibili fossili vengono estratti in enormi quantità per soddisfare il fabbisogno energetico della nostra società industriale. Bruciandolo, in un certo senso, completiamo il ciclo del carbonio. Nel secondo modo, la migrazione del carbonio avviene creando un sistema carbonatico in vari serbatoi, dove la CO2 si trasforma in H2CO3, HCO, CO3. Con l'aiuto del calcio (o magnesio) disciolto nell'acqua, i carbonati (CaCO3) vengono precipitati attraverso percorsi biogenici e abiogenici. Si formano spessi strati di calcare. Secondo A.B. Ronov, il rapporto tra carbonio sepolto nei prodotti fotosintetici e carbonio nelle rocce carbonatiche è 1:4. Insieme al grande ciclo del carbonio, esistono anche una serie di piccoli cicli del carbonio sulla superficie terrestre e nell’oceano. In generale, senza intervento antropico, il contenuto di carbonio nei serbatoi biogeochimici: biosfera (biomassa + suolo e detriti), rocce sedimentarie, atmosfera e idrosfera, viene mantenuto con un alto grado di costanza (secondo T.A. Akimova, V.V. Haskin (1994) ). Il costante scambio di carbonio, da un lato, tra la biosfera e, dall'altro, tra l'atmosfera e l'idrosfera, è determinato dalla funzione gassosa della materia vivente - i processi di fotosintesi, respirazione e distruzione, e ammonta a circa 6-1010 tonnellate/anno.Vi è un flusso di carbonio nell'atmosfera e nell'idrosfera e durante l'attività vulcanica una media di 4,5 106 t/anno. La massa totale di carbonio nei combustibili fossili (petrolio, gas, carbone, ecc.) è stimata in 3,2*1015 tonnellate, che corrisponde a un tasso di accumulo medio di 7 milioni di tonnellate/anno. Questa quantità è insignificante rispetto alla massa di carbonio circolante e, per così dire, è caduta fuori dal ciclo e si è persa in esso. Quindi, il grado di apertura (imperfezione) del ciclo è 10"4, ovvero 0,01%, e, di conseguenza, il grado di chiusura è 99,99%. Ciò significa, da un lato, che ogni atomo di carbonio ha preso parte al ciclo decine di migliaia di volte prima di uscire dal ciclo finivano negli abissi, mentre i flussi di sintesi e di decadimento delle sostanze organiche nella biosfera si adattano tra loro con altissima precisione. Lo 0,2% dello stock mobile di carbonio è in costante circolazione. Il carbonio della biomassa si rinnova in 12 anni, nell'atmosfera - in 8 anni. Ciclo dell'ossigeno. L'ossigeno (O2) svolge un ruolo importante nella vita della maggior parte degli organismi viventi sul nostro pianeta. In termini quantitativi, questa è la componente principale della materia vivente. Se consideriamo, ad esempio, l'acqua contenuta nei tessuti, il corpo umano contiene il 62,8% di ossigeno e il 19,4% di carbonio. In generale, nella biosfera questo elemento, rispetto al carbonio e all'idrogeno, è il principale tra le sostanze semplici. All'interno della biosfera avviene un rapido scambio di ossigeno con gli organismi viventi o con i loro resti dopo la morte. Le piante, di regola, producono ossigeno libero e gli animali lo consumano attraverso la respirazione. Essendo l'elemento più diffuso e mobile sulla Terra, l'ossigeno non limita l'esistenza e le funzioni dell'ecosfera, sebbene la disponibilità di ossigeno per gli organismi acquatici possa essere temporaneamente limitata. Il ciclo dell'ossigeno nella biosfera è estremamente complesso, poiché con esso reagiscono un gran numero di sostanze organiche e inorganiche. Di conseguenza, si verificano molti epicicli, che si verificano tra la litosfera e l'atmosfera o tra l'idrosfera e questi due ambienti. Il ciclo dell’ossigeno è in qualche modo simile al ciclo inverso dell’anidride carbonica. Il movimento dell'uno avviene nella direzione opposta al movimento dell'altro. Il consumo di ossigeno atmosferico e la sua sostituzione da parte dei produttori primari avviene in tempi relativamente brevi. Pertanto, ci vogliono 2000 anni per rinnovare completamente tutto l’ossigeno atmosferico. Al giorno d'oggi non si verifica alcun accumulo di ossigeno nell'atmosfera e il suo contenuto (20,946%) rimane costante. Negli strati superiori dell'atmosfera, quando la radiazione ultravioletta agisce sull'ossigeno, si forma l'ozono - O3. Circa il 5% dell'energia solare che raggiunge la Terra viene spesa per la formazione di ozono - circa 8,6 * 1015 W. Le reazioni sono facilmente reversibili. Quando l'ozono decade, viene rilasciata questa energia, che mantiene alte temperature nell'alta atmosfera. La concentrazione media di ozono nell'atmosfera è di circa 106 vol. %; la concentrazione massima di O3 - fino a 4-10 "* vol.% - viene raggiunta ad altitudini di 20-25 km (T.A. Akimova, V.V. Haskin, 1998). L'ozono funge da sorta di filtro UV: blocca una parte significativa dei raggi ultravioletti duri. Probabilmente, la formazione dello strato di ozono fu una delle condizioni affinché la vita emergesse dall’oceano e colonizzasse la terra. La maggior parte dell'ossigeno prodotto durante le ere geologiche non è rimasto nell'atmosfera, ma è stato fissato dalla litosfera sotto forma di carbonati, solfati, ossidi di ferro, ecc. Questa massa è di 590*1014 tonnellate contro 39*1014 tonnellate di ossigeno, che circola nella biosfera sotto forma di gas o solfati disciolti nelle acque continentali e oceaniche. Ciclo dell'azoto. L'azoto è un elemento biogenico essenziale, poiché fa parte delle proteine e degli acidi nucleici. Il ciclo dell'azoto è uno dei più complessi, poiché comprende sia la fase gassosa che quella minerale, e allo stesso tempo i cicli più ideali. Il ciclo dell’azoto è strettamente correlato al ciclo del carbonio. Di norma, l'azoto segue il carbonio, insieme al quale partecipa alla formazione di tutte le sostanze proteiche. L'aria atmosferica, contenente il 78% di azoto, è un serbatoio inesauribile. Tuttavia, la maggior parte degli organismi viventi non può utilizzare direttamente questo azoto. Affinché l'azoto possa essere assorbito dalle piante, deve far parte degli ioni ammonio (NH*) o nitrato (NO3). Il gas di azoto viene continuamente rilasciato nell'atmosfera a seguito del lavoro dei batteri denitrificanti e i batteri fissatori, insieme alle alghe blu-verdi (cianofite), lo assorbono costantemente, convertendolo in nitrati. Il ciclo dell'azoto è chiaramente visibile a livello dei distruttori. Le proteine e le altre forme di azoto organico contenute nelle piante e negli animali dopo la loro morte sono esposte a batteri eterotrofi, attinomiceti, funghi (microrganismi bioriduttori), che producono l'energia di cui hanno bisogno riducendo questo azoto organico, convertendolo in ammoniaca. Nei suoli avviene il processo di nitrificazione, costituito da una catena di reazioni, in cui, con la partecipazione di microrganismi, avviene l'ossidazione dello ione ammonio (NH4+) in nitrito (NO~) o del nitrito in nitrato (N0~). La riduzione dei nitriti e dei nitrati nei composti gassosi dell'azoto molecolare (N2) o del protossido di azoto (N20) è l'essenza del processo di denitrificazione. La formazione di nitrati inorganici in piccole quantità avviene costantemente nell'atmosfera legando l'azoto atmosferico con l'ossigeno durante le scariche elettriche durante i temporali, per poi cadere con la pioggia sulla superficie del suolo. Un'altra fonte di azoto atmosferico sono i vulcani, che compensano la perdita di azoto escluso dal ciclo durante la sedimentazione o la deposizione sul fondo degli oceani. In generale, l’apporto medio di azoto nitrico di origine abiotica durante la deposizione dall’atmosfera al suolo non supera i 10 kg (anno/ha), i batteri liberi ne producono 25 kg (anno/ha), mentre la simbiosi di Rhizobium con le leguminose produce in media 200 kg (anno/ha). La parte predominante dell'azoto fissato viene trasformata dai batteri denitrificanti in N2 e restituita all'atmosfera. Solo circa il 10% dell'azoto ammonicato e nitrificato viene assorbito dal suolo dalle piante superiori e finisce a disposizione dei rappresentanti multicellulari delle biocenosi Ciclo del fosforo. Il ciclo del fosforo nella biosfera è associato ai processi metabolici nelle piante e negli animali. Questo importante e necessario elemento del protoplasma, contenuto nelle piante terrestri e nelle alghe dallo 0,01-0,1%, negli animali dallo 0,1% a diversi per cento, circola, trasformandosi gradualmente da composti organici in fosfati, che possono essere nuovamente utilizzati dalle piante. Tuttavia, il fosforo, a differenza di altri elementi biofili, non forma gas durante la migrazione. Il serbatoio del fosforo non è l'atmosfera, come l'azoto, ma la parte minerale della litosfera. Le principali fonti di fosforo inorganico sono le rocce ignee (apatiti) o le rocce sedimentarie (fosforiti). Dalle rocce, il fosforo inorganico viene coinvolto nella circolazione mediante lisciviazione e dissoluzione nelle acque continentali. Entrando negli ecosistemi terrestri e nel suolo, il fosforo viene assorbito dalle piante da una soluzione acquosa sotto forma di ione fosfato inorganico ed è incluso in vari composti organici, dove appare sotto forma di fosfato organico. Il fosforo si muove attraverso la catena alimentare dalle piante ad altri organismi nell'ecosistema. Il fosforo viene trasportato negli ecosistemi acquatici dalle acque correnti. I fiumi arricchiscono continuamente gli oceani di fosfati. Dove il fosforo diventa parte del fitoplancton. Alcuni composti del fosforo migrano a profondità basse, venendo consumati dagli organismi, mentre l'altra parte si perde a grandi profondità. I resti morti di organismi portano all'accumulo di fosforo a diverse profondità. Ciclo dello zolfo. Esistono numerosi composti solforati gassosi, come l'idrogeno solforato H2S e l'anidride solforosa SO2. Tuttavia la parte predominante del ciclo di questo elemento è di natura sedimentaria e si verifica nel suolo e nell'acqua.La disponibilità di zolfo inorganico nell'ecosistema è facilitata dalla buona solubilità di molti solfati in acqua. Le piante, assorbendo i solfati, li riducono e producono amminoacidi contenenti zolfo (metionina, cisteina, cistina) che svolgono un ruolo importante nello sviluppo della struttura terziaria delle proteine durante la formazione di ponti disolfuro tra diverse zone della catena polipeptidica. Molte caratteristiche fondamentali del ciclo biogeochimico sono chiaramente visibili: S -> S -> SO2 - batteri solforati incolori, verdi e viola; - "H2S (riduzione anaerobica del solfato) - Desulfovibno; H2S - "SO2" (ossidazione aerobica del solfuro) - tiobacillo; S organico in SO e H2S. - microrganismi eterotrofi aerobi e anaerobi, rispettivamente. La produzione primaria garantisce l'incorporazione del solfato nella materia organica e l'escrezione da parte degli animali funge da modo per reinserire il solfato nel ciclo. In generale, l’ecosistema richiede meno zolfo rispetto ad azoto e fosforo. Pertanto, lo zolfo è meno spesso un fattore limitante per piante e animali. Allo stesso tempo, il ciclo dello zolfo è fondamentale nel processo complessivo di produzione e decomposizione della biomassa. Ad esempio, quando i solfuri di ferro si formano nei sedimenti, il fosforo viene trasferito dalla forma insolubile a quella solubile e diventa disponibile per gli organismi. Questa è una conferma di come un ciclo è regolato da un altro. 2 Flussi energetici negli ecosistemi A differenza delle sostanze che circolano continuamente attraverso diversi blocchi dell’ecosistema, che possono sempre essere riutilizzate ed entrare nel ciclo, l’energia può essere utilizzata una volta, cioè c'è un flusso lineare di energia attraverso l'ecosistema. L'afflusso unidirezionale di energia come fenomeno naturale universale avviene a seguito delle leggi della termodinamica. La prima legge afferma che l'energia può essere convertita da una forma (come la luce) a un'altra (come l'energia potenziale del cibo), ma non può essere creata o distrutta. La seconda legge afferma che non può esistere un singolo processo associato alla trasformazione dell'energia senza che ne venga persa una parte. Una certa quantità di energia in tali trasformazioni viene dissipata in energia termica inaccessibile e quindi va persa. Quindi: non possono esserci trasformazioni, ad esempio, delle sostanze alimentari nella sostanza che costituisce il corpo dell'organismo, che avvengano con un'efficienza del 100%. Pertanto, gli organismi viventi sono convertitori di energia. E ogni volta che l'energia viene convertita, parte di essa viene dispersa sotto forma di calore. In definitiva, tutta l’energia che entra nel ciclo biotico di un ecosistema viene dissipata sotto forma di calore. Gli organismi viventi in realtà non utilizzano il calore come fonte di energia per svolgere il lavoro: utilizzano la luce e l'energia chimica. Catene e reti alimentari, livelli trofici. All'interno di un ecosistema, le sostanze contenenti energia vengono create da organismi autotrofi e servono da cibo per gli eterotrofi. Le connessioni alimentari sono meccanismi per il trasferimento di energia da un organismo all'altro. Un tipico esempio: un animale mangia le piante. Questo animale, a sua volta, può essere mangiato da un altro animale. In questo modo, l'energia può essere trasferita attraverso una serie di organismi: ciascuno successivo si nutre del precedente, che gli fornisce materie prime ed energia. Questa sequenza di trasferimento di energia è chiamata catena alimentare (trofica) o catena alimentare. La posizione di ciascun anello della catena alimentare è a livello trofico. Il primo livello trofico, come notato in precedenza, è occupato dagli autotrofi, o dai cosiddetti produttori primari. Gli organismi del secondo livello trofico sono chiamati consumatori primari, il terzo - consumatori secondari, ecc. Esistono generalmente tre tipi di catene alimentari: la catena alimentare dei carnivori inizia con le piante e si sposta da piccoli organismi a organismi sempre più grandi. Sulla terra, le catene alimentari sono costituite da tre o quattro anelli. Una delle catene alimentari più semplici è simile a: pianta -> lepre -> lupo produttore -" erbivoro -> -> carnivoro Sono diffuse anche le seguenti catene alimentari: Materiale vegetale (ad esempio nettare) - "volare -" -" ragno -> toporagno -> gufo. Linfa di rosaio -> afide -> -> coccinella -> -> ragno - "uccello insettivoro -> rapace. Negli ecosistemi acquatici e, in particolare, marini, le catene alimentari dei predatori tendono ad essere più lunghe che in quelli terrestri. Il terzo tipo di catene alimentari, a partire da resti di piante morte, carcasse ed escrementi di animali, sono chiamate catene alimentari detritiche (saprofite) o catene di decomposizione detritiche. Le foreste decidue svolgono un ruolo importante nelle catene alimentari detritiche degli ecosistemi terrestri, la maggior parte del fogliame delle quali non viene consumato dagli erbivori e fa parte della lettiera delle foglie cadute. Le foglie vengono schiacciate da numerosi detritivori - funghi, batteri, insetti (ad esempio collemboli), ecc., e poi ingerite dai lombrichi, che distribuiscono uniformemente l'humus nello strato superficiale della terra, formando il cosiddetto mull. A questo livello, i funghi sviluppano il micelio. I microrganismi decompositori che completano la catena producono la mineralizzazione finale della materia organica morta. In generale, le catene alimentari detritiche tipiche delle nostre foreste possono essere rappresentate come segue: Lettiera -> lombrico -> merlo - sparviero; Animale morto - "larve di mosche carogne -" rana erbosa -> biscia comune. Nei diagrammi della catena alimentare discussi, ogni organismo è rappresentato mentre si nutre di altri organismi dello stesso tipo. Le connessioni alimentari effettive in un ecosistema sono molto più complesse, poiché un animale può nutrirsi di organismi di diverso tipo provenienti dalla stessa catena alimentare o da catene alimentari diverse, ad esempio predatori dei livelli trofici superiori. Gli animali spesso si nutrono sia di piante che di altri animali. Si chiamano onnivori. Le reti alimentari negli ecosistemi sono molto complesse e possiamo concludere che l'energia che vi entra impiega molto tempo per migrare da un organismo all'altro. Piramidi ecologiche. All'interno di ciascun ecosistema, le reti alimentari hanno una struttura ben definita, caratterizzata dalla natura e dal numero di organismi rappresentati a ciascun livello delle varie catene alimentari. Per studiare le relazioni tra gli organismi in un ecosistema e per rappresentarli graficamente, di solito usano piramidi ecologiche piuttosto che diagrammi della rete alimentare. Le piramidi ecologiche esprimono in forma geometrica la struttura trofica di un ecosistema. Sono costruiti sotto forma di rettangoli della stessa larghezza, ma la lunghezza dei rettangoli deve essere proporzionale al valore dell'oggetto da misurare. Da qui si possono ottenere piramidi di numeri, biomassa ed energia. Le piramidi ecologiche riflettono le caratteristiche fondamentali di ogni biocenosi quando ne mostrano la struttura trofica. Piramidi di numeri. Rappresentano l'approssimazione più semplice allo studio della struttura trofica di un ecosistema. Piramide della biomassa. Riflette in modo più completo le relazioni nutrizionali nell'ecosistema, poiché tiene conto della massa totale degli organismi (biomassa) di ciascun livello trofico. Piramide di energia. Il modo più fondamentale per mostrare le connessioni tra organismi a diversi livelli trofici è attraverso le piramidi energetiche. Rappresentano l'efficienza di conversione energetica e la produttività delle catene alimentari e sono costruiti contando la quantità di energia (kcal) accumulata per unità di superficie per unità di tempo e utilizzata dagli organismi a ciascun livello trofico. L'energia solare ricevuta dalla pianta viene utilizzata solo parzialmente nel processo di fotosintesi. L'energia fissata nei carboidrati rappresenta la produzione lorda dell'ecosistema.I carboidrati vengono utilizzati per costruire il protoplasma e la crescita delle piante. Parte della loro energia viene spesa per respirare. I consumatori di secondo ordine (predatori) non distruggono l'intera biomassa delle loro vittime. Inoltre, della quantità che distruggono, solo una parte viene utilizzata per creare biomassa del loro stesso livello trofico. Il resto viene speso principalmente per l'energia respiratoria e viene escreto con escrementi ed escrementi. Nel 1942, R. Lindeman formulò per la prima volta la legge della piramide delle energie, che nei libri di testo viene spesso chiamata la “legge del 10%”. Secondo questa legge, in media, non più del 10% dell'energia si sposta da un livello trofico della piramide ecologica a un altro livello. Solo il 10-20% dell'energia iniziale viene trasferita ai successivi eterotrofi. Utilizzando la legge della piramide energetica, è facile calcolare che la quantità di energia che raggiunge i carnivori terziari (livello trofico V) è circa 0,0001 dell'energia assorbita dai produttori. Ne consegue che il trasferimento di energia da un livello all'altro avviene con efficienza molto bassa. Ciò spiega il numero limitato di anelli della catena alimentare, indipendentemente da una particolare biocenosi. E. Odum (1959) in una catena alimentare estremamente semplificata - erba medica -> vitello - "il bambino ha valutato la trasformazione dell'energia, ha illustrato l'entità delle sue perdite. Diciamo, ragionava, che ci sono colture di erba medica su un'area di 4 ettari. I vitelli si nutrono di questo campo (si presume che mangino solo erba medica) e un ragazzo di 12 anni mangia esclusivamente carne di vitello. I risultati dei calcoli, presentati sotto forma di tre piramidi: numeri, biomassa ed energia, indicano che l’erba medica utilizza solo lo 0,24% di tutta l’energia solare che cade sul campo; il vitello assorbe l’8% di questo prodotto e solo lo 0,7% della biomassa del vitello garantisce lo sviluppo del bambino durante l’anno. E. Odum, quindi, ha dimostrato che solo un milionesimo dell’energia solare incidente viene convertito in biomassa carnivora, contribuendo in questo caso all’aumento di peso del bambino, e il resto viene disperso e dissipato in forma degradata nell’ambiente. L’esempio sopra illustrato illustra chiaramente la bassissima efficienza ecologica degli ecosistemi e la bassa efficienza di trasformazione nelle catene alimentari. Possiamo affermare quanto segue: se 1000 kcal (giorno m 2) registrate dai produttori, quindi 10 kcal (giorno m 2) entra nella biomassa degli erbivori e solo 1 kcal (giorno m 2) - nella biomassa dei carnivori. Poiché una certa quantità di sostanza può essere utilizzata ripetutamente da ciascuna biocenosi e una porzione di energia una volta, è più opportuno affermare che nell'ecosistema avviene un trasferimento di energia a cascata. I consumatori fungono da anello di gestione e stabilizzazione nell’ecosistema. I consumatori generano uno spettro di diversità nella cenosi, impedendo il monopolio dei dominanti. La regola del controllo del valore dei consumatori può essere giustamente considerata fondamentale. Secondo le visioni cibernetiche, il sistema di controllo dovrebbe essere strutturalmente più complesso di quello controllato, allora diventa chiaro il motivo della molteplicità dei tipi di risorse. Il significato di controllo dei consumatori ha anche una base energetica. Il flusso di energia attraverso l'uno o l'altro livello trofico non può essere assolutamente determinato dalla disponibilità di cibo nel livello trofico sottostante. Come è noto, esiste sempre una “riserva” sufficiente, poiché la completa distruzione degli alimenti porterebbe alla morte dei consumatori. Questi modelli generali sono osservati nel quadro dei processi demografici, delle comunità, dei livelli della piramide ecologica e delle biocenosi nel loro insieme. 3 Processi dinamici che garantiscono l'integrità e la sostenibilità degli ecosistemi I cambiamenti ciclici nelle comunità riflettono la periodicità quotidiana, stagionale e a lungo termine delle condizioni esterne e la manifestazione dei ritmi endogeni degli organismi. La dinamica quotidiana degli ecosistemi è associata principalmente al ritmo dei fenomeni naturali ed è di natura strettamente periodica. Abbiamo già considerato che in ogni biocenosi ci sono gruppi di organismi la cui attività vitale si svolge in diversi momenti della giornata. Alcuni sono attivi di giorno, altri di notte. Pertanto, si verificano cambiamenti periodici nella composizione e nel rapporto dei singoli tipi di biocenosi di un particolare ecosistema, poiché i singoli organismi ne sono esclusi per un certo periodo. La dinamica quotidiana della biocenosi è fornita sia dagli animali che dalle piante. Come è noto, l'intensità e la natura dei processi fisiologici nelle piante cambiano durante il giorno: la fotosintesi non avviene di notte, spesso i fiori nelle piante si aprono solo di notte e sono impollinati da animali notturni, altri si adattano all'impollinazione durante il giorno. Le dinamiche quotidiane nelle biocenosi, di regola, sono più pronunciate, maggiore è la differenza di temperatura, umidità e altri fattori ambientali tra il giorno e la notte. Deviazioni più significative nelle biocenosi si osservano con dinamiche stagionali. Ciò è dovuto ai cicli biologici degli organismi, che dipendono dalla ciclicità stagionale dei fenomeni naturali. Pertanto, il cambio di stagione ha un impatto significativo sull'attività vitale di animali e piante (letargo, sonno invernale, diapausa e migrazione negli animali; periodi di fioritura, fruttificazione, crescita attiva, caduta delle foglie e dormienza invernale nelle piante). La struttura a gradoni della biocenosi è spesso soggetta a variabilità stagionale. Singoli strati vegetali possono scomparire completamente nelle stagioni appropriate dell'anno, ad esempio uno strato erbaceo costituito da piante annuali. La durata delle stagioni biologiche varia a diverse latitudini. A questo proposito, le dinamiche stagionali delle biocenosi nelle zone artiche, temperate e tropicali sono diverse. È espresso più chiaramente negli ecosistemi climatici temperati e nelle latitudini settentrionali. La variabilità a lungo termine è normale nella vita di qualsiasi biocenosi. Pertanto, la quantità di precipitazioni che cadono nella steppa della foresta di Barabinsk varia bruscamente di anno in anno; numerosi anni secchi si alternano a periodi a lungo termine di abbondanti precipitazioni. Ciò ha un impatto significativo su piante e animali. In questo caso, si verifica lo sviluppo di nicchie ecologiche: demarcazione funzionale nell'insieme emergente o sua aggiunta con poca diversità. I cambiamenti a lungo termine nella composizione delle biocenosi si ripetono anche in connessione con i cambiamenti periodici nella circolazione generale dell'atmosfera, che a loro volta sono causati da un aumento o una diminuzione dell'attività solare. Nel processo delle dinamiche quotidiane e stagionali, l'integrità delle biocenosi di solito non viene violata. La biocenosi sperimenta solo fluttuazioni periodiche nelle caratteristiche qualitative e quantitative. I progressivi cambiamenti nell'ecosistema portano alla fine alla sostituzione di una biocenosi con un'altra, con un diverso insieme di specie dominanti. Le ragioni di tali cambiamenti possono essere fattori esterni alla biocenosi che agiscono a lungo in una direzione, ad esempio l'aumento dell'inquinamento dei corpi idrici, l'aumento del prosciugamento dei terreni paludosi a seguito della bonifica, l'aumento del pascolo, ecc. Questi cambiamenti da una biocenosi all'altra sono chiamati esogenetici. Nel caso in cui la crescente influenza di un fattore porti ad una graduale semplificazione della struttura della biocenosi, all'esaurimento della loro composizione e ad una diminuzione della produttività, tali spostamenti sono chiamati digressivi o digressivi. I cambiamenti endogenetici derivano da processi che si verificano all'interno della biocenosi stessa. La successiva sostituzione di una biocenosi con un'altra è detta successione ecologica (dal lat. - successione - sequenza, cambiamento). La successione è un processo di autosviluppo degli ecosistemi. La successione si basa sull'incompletezza del ciclo biologico in una data biocenosi. È noto che gli organismi viventi, a seguito della loro attività vitale, modificano l'ambiente che li circonda, rimuovendone alcune sostanze e saturandolo con prodotti metabolici. Quando le popolazioni esistono per un tempo relativamente lungo, modificano il loro ambiente in una direzione sfavorevole e, di conseguenza, si trovano sostituite da popolazioni di altre specie, per le quali le trasformazioni ambientali risultanti risultano ecologicamente benefiche. In una biocenosi si verifica quindi un cambiamento di specie dominante. La regola (principio) della duplicazione ecologica è qui chiaramente visibile. L'esistenza a lungo termine di una biocenosi è possibile solo se i cambiamenti nell'ambiente causati dall'attività di alcuni organismi viventi sono favorevoli ad altri con esigenze opposte. Sulla base delle interazioni competitive delle specie durante la successione, si formano gradualmente combinazioni più stabili che corrispondono a specifiche condizioni ambientali abiotiche. Un esempio di successione che porta alla sostituzione di una comunità con un'altra è la crescita eccessiva di un laghetto seguito dalla comparsa di una palude e poi di una foresta al suo posto. Innanzitutto, lungo i bordi del lago si forma un tappeto galleggiante: un tappeto galleggiante di carici, muschi e altre piante. Il lago è costantemente pieno di resti di piante morte: la torba. Si forma una palude, gradualmente ricoperta di foresta. Una serie successiva di comunità che si sostituiscono gradualmente e naturalmente in successione è chiamata serie di successione. Le successioni in natura sono estremamente varie in scala. Possono essere osservati in banchi con culture, che sono comunità planctoniche - vari tipi di alghe galleggianti e i loro consumatori - rotiferi, flagellati in pozzanghere e stagni, paludi, prati, foreste, terreni arabili abbandonati, rocce esposte alle intemperie, ecc. Esiste una gerarchia nell'organizzazione degli ecosistemi Si manifesta anche nei processi di successione: le trasformazioni più grandi delle biocenosi sono costituite da quelle più piccole. Negli ecosistemi stabili con un ciclo regolato delle sostanze si verificano costantemente anche cambiamenti successionali locali, che sostengono la complessa struttura interna delle comunità. Tipi di cambiamenti successori. Esistono due tipi principali di cambiamenti successionali: 1 - con la partecipazione di popolazioni autotrofe ed eterotrofe; 2 - con la partecipazione di soli eterotrofi. La successione del secondo tipo avviene solo nelle condizioni in cui si crea un apporto preliminare o costante di composti organici, per cui la comunità esiste: in cumuli o cumuli di letame, in sostanze vegetali in decomposizione, in serbatoi inquinati da sostanze organiche, ecc. Processo di successione. Secondo F. Clements (1916), il processo di successione si compone delle seguenti fasi: La successione con cambio di vegetazione può essere primaria e secondaria. La successione primaria è il processo di sviluppo e cambiamento degli ecosistemi in aree precedentemente disabitate, a partire dalla loro colonizzazione. Un classico esempio è il costante imbrattamento delle rocce nude con il possibile sviluppo di foreste su di esse. Pertanto, nelle successioni primarie che si verificano sulle rocce degli Urali, si distinguono i seguenti stadi: La successione secondaria è il ripristino di un ecosistema che un tempo esisteva in una determinata area. Inizia quando le relazioni stabilite degli organismi in una biocenosi consolidata vengono interrotte a seguito di un'eruzione vulcanica, incendio, abbattimento, aratura, ecc. Gli spostamenti che portano al ripristino della precedente biocenosi sono chiamati demutazionali in geobotanica. Un esempio è la dinamica della diversità delle specie sull'isola di Krakatoa dopo la completa distruzione della flora e della fauna autoctone da parte di un vulcano. Un altro esempio è la successione secondaria della foresta siberiana di conifere scure (taiga di abeti e cedri) dopo un devastante incendio boschivo. Nelle zone più bruciate compaiono muschi pionieri dalle spore portate dal vento: 3-5 anni dopo un incendio, il “muschio di fuoco” più abbondante è Funaria hygrometrica, Geratodon purpureus, ecc. Tra le piante superiori, l'epilobio (Chamaenerion angustifolium) molto rapidamente colonizza le aree bruciate), che già dopo 2-3 mesi fiorisce copiosamente nell'incendio, così come la cannuccia macinata (Calamagrostis epigeios) e altre specie. Si osservano ulteriori fasi di successione: il canneto cede il posto ad arbusti, poi bosco di betulle o pioppi tremuli, bosco misto di pini, pineta, pineta-cedreria e infine, dopo 250 anni, avviene il ripristino del bosco di cedri-abeti. . Le successioni secondarie, di regola, avvengono più velocemente e più facilmente di quelle primarie, poiché nell'habitat disturbato si conservano il profilo del suolo, i semi, i primordia e parte della popolazione precedente e le connessioni precedenti. La demutazione non è una ripetizione di alcuna fase della successione primaria. Ecosistema culminante. La successione termina con una fase in cui tutte le specie dell'ecosistema, pur riproducendosi, mantengono un numero relativamente costante e non si verifica alcun ulteriore cambiamento nella sua composizione. Questo stato di equilibrio è chiamato climax e l’ecosistema è chiamato climax. In diverse condizioni abiotiche si formano diversi ecosistemi climax. In un clima caldo e umido sarà una foresta pluviale tropicale, in un clima secco e caldo sarà un deserto. I principali biomi della terra sono gli ecosistemi climax delle rispettive aree geografiche. Cambiamenti nell'ecosistema durante la successione. Produttività e biomassa. Come già notato, la successione è un processo naturale e diretto e i cambiamenti che si verificano nell'uno o nell'altro stadio sono caratteristici di qualsiasi comunità e non dipendono dalla composizione della specie o dalla posizione geografica. Esistono quattro tipi principali di cambiamenti successori: Va inoltre precisato che il cambiamento delle fasi successorie avviene secondo determinate regole. Ogni fase prepara l’ambiente per l’emergere di quella successiva. Qui opera la legge della sequenza del passaggio delle fasi di sviluppo; le fasi di sviluppo di un sistema naturale possono susseguirsi solo in un ordine evolutivamente fissato (storicamente, determinato dall'ambiente), di solito da relativamente semplice a complesso, di regola, senza la perdita di stadi intermedi, ma forse con il loro rapidissimo passaggio o con la loro assenza evolutivamente fissa. Quando un ecosistema si avvicina allo stato di menopausa, in esso, come in tutti i sistemi di equilibrio, tutti i processi di sviluppo rallentano. Questa situazione si riflette nella legge del rallentamento successionale: i processi che si verificano negli ecosistemi di equilibrio maturo che si trovano in uno stato stabile, di regola, tendono a rallentare. In questo caso la successione di tipo riparativo cambia il suo decorso secolare, cioè lo sviluppo personale avviene entro i limiti della menopausa o dello sviluppo nodale. La legge empirica del rallentamento successionale è una conseguenza della regola di G. Odum e R. Pinkerton, ovvero della regola della massima energia per il mantenimento di un sistema maturo: la successione procede nella direzione di uno spostamento fondamentale del flusso di energia verso l'aumento della sua quantità, finalizzate al mantenimento del sistema. La regola di G. Odum e R. Pinkerton, a sua volta, si basa sulla regola della massima energia nei sistemi biologici, formulata da A. Lotka. Questa domanda è stata poi ben sviluppata da R. Margalef, Y. Odum ed è conosciuta come prova del principio del “massimo zero”, o crescita minima in un ecosistema maturo: un ecosistema in sviluppo successionale tende a formare la maggiore biomassa con la minima produttività biologica. Lindeman (1942) dimostrò sperimentalmente che la successione è accompagnata da un aumento della produttività fino alla comunità climax, in cui la conversione energetica avviene in modo più efficiente. I dati provenienti dagli studi sulla successione dei boschi di querce e di frassini mostrano che nelle fasi successive la loro produttività aumenta effettivamente. Tuttavia, durante la transizione verso una comunità climax, di solito si verifica una diminuzione della produttività complessiva. Pertanto, la produttività nelle foreste vecchie è inferiore rispetto a quella delle foreste giovani, che a loro volta possono essere meno produttive degli strati erbacei più ricchi di specie che le precedono. Simili diminuzioni della produttività sono state osservate in alcuni sistemi acquatici. Ci sono diverse ragioni per questo. Uno di questi è che l’accumulo di nutrienti nella biomassa forestale in crescita può portare a una diminuzione del loro ciclo. Il calo della produttività complessiva potrebbe semplicemente essere il risultato di una diminuzione della vitalità degli individui man mano che aumenta la loro età media nella comunità. Con il progredire della successione, una percentuale crescente di nutrienti disponibili si accumula nella biomassa della comunità e di conseguenza il loro contenuto nella componente abiotica dell'ecosistema (nel suolo o nell'acqua) diminuisce. Aumenta anche la quantità di detriti prodotti. I principali consumatori primari non sono gli erbivori, ma gli organismi detritivori. Cambiamenti corrispondenti si verificano anche nelle reti trofiche. I detriti diventano la principale fonte di nutrienti. Durante la successione aumenta la chiusura dei cicli biogeochimici delle sostanze. A circa 10 anni dal momento in cui inizia il ripristino della copertura vegetale, l'apertura dei cicli diminuisce dal 100 al 10%, per poi diminuire ancora di più, raggiungendo il minimo nella fase culminante. La regola della crescente chiusura del ciclo biogeochimico delle sostanze durante la successione, si può affermare con tutta sicurezza, è violata dalla trasformazione antropica della vegetazione e degli ecosistemi naturali in generale. Indubbiamente ciò porta ad una lunga serie di anomalie nella biosfera e nelle sue divisioni. Una diminuzione della diversità delle specie durante la menopausa non significa il suo basso significato ecologico. La diversità delle specie modella la successione, la sua direzione e fa sì che lo spazio reale sia pieno di vita. Un numero insufficiente di specie che compongono il complesso non potrebbe formare una serie di successioni e gradualmente, con la distruzione degli ecosistemi culminanti, si verificherebbe la completa desertificazione del pianeta. Il valore della diversità è funzionale sia staticamente che dinamicamente. Va notato che laddove la diversità delle specie non è sufficiente a formare la biosfera, che funge da base per il normale corso naturale del processo di successione, e l’ambiente stesso è fortemente disturbato, la successione non raggiunge la fase culminante, ma termina con una comunità nodale: un paraclimax, una comunità derivata a lungo o breve termine. Quanto più profondo è il disturbo dell'ambiente di un particolare spazio, tanto più precoce è la successione delle fasi. Quando una o un gruppo di specie viene perso a causa della loro distruzione (scomparsa antropica degli habitat, meno spesso estinzione), il raggiungimento della menopausa non è un ripristino completo dell'ambiente naturale. In realtà, questo è un nuovo ecosistema, perché in esso sono sorte nuove connessioni, molte di quelle vecchie sono andate perse e si è sviluppato un diverso “sfilacciamento” delle specie. L’ecosistema non può ritornare al suo vecchio stato, poiché una specie perduta non può essere ripristinata. Quando cambia qualsiasi fattore abiotico o biotico, ad esempio, con un raffreddamento prolungato o con l’introduzione di una nuova specie, una specie scarsamente adattata alle nuove condizioni dovrà affrontare uno dei tre percorsi. La legge di irreversibilità ecologico-evolutiva afferma che un ecosistema che ha perso parte dei suoi elementi o è stato sostituito da un altro a causa di uno squilibrio delle componenti ecologiche non può ritornare allo stato originario durante la successione se, durante i cambiamenti, ) si sono verificati cambiamenti negli elementi ecologici (conservati o temporaneamente perduti). Nel caso in cui alcune specie vengano perse nelle fasi intermedie della successione, tale perdita può essere funzionalmente compensata, ma non completamente. Quando la diversità diminuisce oltre un livello critico, il corso della successione viene distorto e, di fatto, non è possibile raggiungere un climax identico al passato. Per valutare la natura degli ecosistemi ripristinati, è importante la legge dell'irreversibilità ecologico-evolutiva. Con la perdita degli elementi si tratta, infatti, di formazioni naturali ecologiche completamente nuove con modelli e connessioni di nuova formazione. Pertanto, il trasferimento nel passato di una specie uscita dall'ecosistema durante la sua riacclimatizzazione non significa il suo ritorno meccanico. Questa è in realtà l'introduzione di una nuova specie in un ecosistema rinnovato.La legge dell'irreversibilità evoluzionistica-ecologica sottolinea la direzione dell'evoluzione non solo a livello dei biosistemi, ma anche a tutti gli altri livelli gerarchici del biota. 4 La biosfera come ecosistema globale che garantisce l'integrità e la sostenibilità degli ecosistemi La biosfera è un ecosistema globale. Come notato in precedenza, la biosfera è divisa in geobiosfera, idrobiosfera e aerobiosfera (Fig. 2.4). La geobiosfera ha divisioni in base ai principali fattori di formazione dell'ambiente: terrabiosfera e litobiosfera - all'interno della geobiosfera, marinobiosfera (oceanobiosfera) e acquabiosfera - all'interno dell'idrobiosfera. Queste formazioni sono chiamate sottosfere. Il principale fattore di formazione dell'ambiente nella loro formazione è la fase fisica dell'ambiente di vita: aria-acqua nell'aerobiosfera, acqua - acqua dolce e salata nell'idrobiosfera, aria solida nella terrabiosfera e acqua solida nella litobiosfera. A loro volta, si scompongono tutti in strati: l'aerobiosfera - nella tropobiosfera e nell'altobiosfera; idrobiosfera: in fotosfera, disfotosfera e afotosfera. I fattori che formano la struttura qui, oltre all'ambiente fisico, all'energia (luce e calore), alle condizioni speciali per la formazione e l'evoluzione della vita - le direzioni evolutive di penetrazione del biota sulla terra, nelle sue profondità, negli spazi sopra il terra, l'abisso dell'oceano, sono senza dubbio diversi. Insieme all'apobiosfera, alla parabiosfera e ad altri strati sub e sovra biosfera, costituiscono la cosiddetta “torta a strati della vita” e la geosfera (ecosfera) della sua esistenza entro i confini della megabiosfera. In senso sistemico, le formazioni elencate sono grandi parti funzionali di dimensioni praticamente universali o subplanetarie. Gli scienziati ritengono che nella biosfera ci siano almeno 8-9 livelli di cicli di sostanze relativamente indipendenti all'interno dell'interconnessione di 7 principali componenti ecologici materiale-energia e l'ottavo - informativo. I cicli globali, regionali e locali delle sostanze non sono chiusi e si “intersecano” parzialmente all’interno della gerarchia dell’ecosistema. Questo “accoppiamento” materiale-energia e in parte informativo garantisce l’integrità dei supersistemi ecologici fino alla biosfera nel suo insieme. Integrità e sostenibilità degli ecosistemi. La biosfera è formata in misura maggiore non da fattori esterni, ma da modelli interni. La proprietà più importante della biosfera è l'interazione degli esseri viventi e non viventi, che si riflette nella legge della migrazione biogenica degli atomi di V. I. Vernadsky. La legge della migrazione biogenica degli atomi consente all'umanità di controllare consapevolmente i processi biogeochimici sia sulla Terra nel suo insieme che nelle sue regioni. La quantità di materia vivente nella biosfera, come è noto, non è soggetta a cambiamenti apprezzabili. Questo modello è stato formulato sotto forma di legge di costanza della quantità di materia vivente da V.I. Vernadsky: la quantità di materia vivente nella biosfera per un dato periodo geologico è una costante. In pratica, questa legge è una conseguenza quantitativa della legge dell'equilibrio dinamico interno dell'ecosistema globale: la biosfera. Poiché la materia vivente, secondo la legge della migrazione biogenica degli atomi, è un intermediario energetico tra il Sole e la Terra, la sua quantità o deve essere costante, oppure le sue caratteristiche energetiche devono cambiare. La legge dell'unità fisica e chimica della materia vivente (tutta la materia vivente della Terra è unita fisicamente e chimicamente ed esclude cambiamenti significativi in quest'ultima proprietà. Pertanto, la stabilità quantitativa è inevitabile per la materia vivente del pianeta. È pienamente caratteristica di il numero di specie. La materia vivente, in quanto accumulatore di energia solare, deve rispondere simultaneamente sia alle influenze esterne (cosmiche) che ai cambiamenti interni. Una diminuzione o un aumento della quantità di materia vivente in un luogo della biosfera dovrebbe portare ad un processo esattamente opposto in un altro luogo, perché i nutrienti rilasciati possono essere assimilati dal resto della materia vivente o si osserverà la loro carenza. Qui dobbiamo tenere conto della velocità del processo, che nel caso del cambiamento antropogenico è molto inferiore al disturbo diretto della natura da parte dell’uomo. Oltre alla costanza e costanza della quantità di materia vivente, che si riflette nella legge dell'unità fisica e chimica della materia vivente, nella natura vivente c'è una costante conservazione della struttura informativa e somatica, nonostante cambi in qualche modo con il corso dell’evoluzione. Questa proprietà fu notata da Yu Goldsmith (1981) e fu chiamata la legge di conservazione della struttura della biosfera - informativa e somatica, o la prima legge dell'ecodinamica. Per preservare la struttura della biosfera, gli esseri viventi si sforzano di raggiungere uno stato di maturità o equilibrio ecologico. La legge del desiderio della menopausa - la seconda legge dell'ecodinamica di Yu Goldsmith, si applica alla biosfera e ad altri livelli di sistemi ecologici, sebbene ci siano delle specificità: la biosfera è un sistema più chiuso delle sue suddivisioni. L'unità della materia vivente della biosfera e l'omologia della struttura dei suoi sottosistemi portano al fatto che gli elementi viventi di diverse epoche geologiche e origini geografiche originarie che sono sorti su di essa sono intrecciati in modo intricato evolutivamente. L'intreccio di elementi di diversa genesi spazio-temporale a tutti i livelli ecologici della biosfera riflette la regola o principio dell'eterogeneità della materia vivente. Questa aggiunta non è caotica, ma è soggetta ai principi di complementarità ecologica, conformità ecologica (congruenza) e altre leggi. Nel quadro dell'ecodinamica di Yu Goldsmith, questa è la sua terza legge: il principio dell'ordine ecologico, o mutualismo ecologico, che indica una proprietà globale dovuta all'influenza del tutto sulle sue parti, l'influenza inversa delle parti differenziate sull'insieme sviluppo dell'insieme, ecc., che in totale porta alla stabilità di conservazione della biosfera nel suo insieme. L'assistenza reciproca nel quadro dell'ordine ecologico, o mutualismo sistemico, è affermata dalla legge dell'ordine di riempimento dello spazio e della certezza spazio-temporale: il riempimento dello spazio all'interno di un sistema naturale, a causa dell'interazione tra i suoi sottosistemi, è ordinato in in modo tale da consentire la realizzazione delle proprietà omeostatiche del sistema con contraddizioni minime tra le parti al suo interno. Da questa legge ne consegue che l'esistenza a lungo termine di incidenti "non necessari" alla natura, comprese le creazioni umane ad essa estranee, è impossibile. Le regole dell'ordine mutualistico del sistema nella biosfera includono anche il principio della complementarità del sistema, secondo il quale i sottosistemi di un sistema naturale nel loro sviluppo forniscono un prerequisito per lo sviluppo di successo e l'autoregolamentazione di altri sottosistemi inclusi nello stesso sistema. La quarta legge dell'ecodinamica di Yu Goldsmith include la legge dell'autocontrollo e dell'autoregolamentazione degli esseri viventi: i sistemi viventi e i sistemi sotto l'influenza controllante degli esseri viventi sono capaci di autocontrollo e autoregolamentazione nel processo della loro adattamento ai cambiamenti dell’ambiente. Nella biosfera, l'autocontrollo e l'autoregolamentazione avvengono durante processi a cascata e a catena di interazione generale - durante la lotta per l'esistenza della selezione naturale (nel senso più ampio di questo concetto), adattamento di sistemi e sottosistemi, ampia coevoluzione , eccetera. Inoltre, tutti questi processi portano a risultati positivi “dal punto di vista” della natura: la conservazione e lo sviluppo degli ecosistemi della biosfera e nel suo insieme. L'anello di congiunzione tra generalizzazioni di natura strutturale ed evolutiva è la regola del mantenimento automatico dell'habitat globale: la materia vivente, nel corso dell'autoregolazione e dell'interazione con fattori abiotici, mantiene autodinamicamente un ambiente di vita adatto al suo sviluppo. Questo processo è limitato dai cambiamenti nella scala dell’ecosfera cosmica e globale e si verifica in tutti gli ecosistemi e biosistemi del pianeta, come una cascata di autoregolamentazione che raggiunge una scala globale. La regola del mantenimento automatico dell'habitat globale deriva dai principi biogeochimici di V.I. Vernadsky, le regole per preservare gli habitat delle specie, la relativa coerenza interna e servono come costante per la presenza di meccanismi conservativi nella biosfera e allo stesso tempo confermano la regola della complementarità dinamica del sistema. L'impatto cosmico sulla biosfera è evidenziato dalla legge di rifrazione degli impatti cosmici: i fattori cosmici, che hanno un impatto sulla biosfera e soprattutto sulle sue suddivisioni, sono soggetti a cambiamenti da parte dell'ecosfera del pianeta e quindi, in termini di forza e tempo , le manifestazioni possono essere indebolite e spostate o addirittura perdere completamente il loro effetto. La generalizzazione qui è importante perché spesso c’è un flusso di effetti sincroni dell’attività solare e di altri fattori cosmici sugli ecosistemi della Terra e sugli organismi che la abitano. Va notato che molti processi sulla Terra e nella sua biosfera, sebbene soggetti all'influenza dello spazio, si assumono cicli di attività solare con intervalli di 1850, 600, 400, 178, 169, 88, 83, 33, 22, 16 , 11, 5 (11 ,1), 6,5 e 4,3 anni, la biosfera stessa e le sue divisioni non devono necessariamente reagire con la stessa ciclicità in tutti i casi. Gli influssi cosmici del sistema della biosfera possono essere bloccati completamente o parzialmente. Conclusione Gli ecosistemi sono l'unità funzionale di base in ecologia, poiché includono organismi e ambiente inanimato - componenti che si influenzano reciprocamente le proprietà reciproche e le condizioni necessarie per mantenere la vita nella forma che esiste sulla Terra. La combinazione di un ambiente fisico-chimico specifico (biotopo) con una comunità di organismi viventi (biocenosi) forma un ecosistema. Esistono microecosistemi, mesoecosistemi e l'ecosistema globale: la biosfera. Gli ecosistemi non sono sparsi in modo disordinato; al contrario, sono raggruppati in zone abbastanza regolari, sia orizzontalmente (in latitudine) che verticalmente (in altezza). La fonte primaria di energia per gli ecosistemi è il sole. La radiazione solare che cade sulla superficie terrestre è di 1,54 milioni di EJ all'anno. La maggior parte dell'energia solare che raggiunge la superficie del pianeta viene convertita direttamente in calore, riscaldando l'acqua o il suolo, che a loro volta riscaldano l'aria. Gli ecosistemi esistono grazie all'energia solare non inquinante e quasi eterna, la cui quantità è relativamente costante e abbondante. L'energia solare sulla Terra provoca due cicli di sostanze: grande, o geologico, e piccolo, biologico (biotico). Entrambi i cicli sono reciprocamente collegati e rappresentano, per così dire, un unico processo. L'esistenza di cicli biogeochimici, o cicli biogeochimici, crea l'opportunità di autoregolazione (omeostasi) del sistema, che conferisce stabilità all'ecosistema: una sorprendente costanza del contenuto percentuale di vari elementi. Ci sono molti cicli di sostanze. Il ciclo più significativo sulla Terra in termini di masse trasferite e consumo di energia è il ciclo idrologico planetario o ciclo dell’acqua. Il ciclo biotico (biologico) si riferisce alla circolazione di sostanze tra suolo, piante, animali e microrganismi. Di tutti i cicli biogeochimici, il ciclo del carbonio è senza dubbio il più intenso. La maggior parte dell'ossigeno prodotto durante le ere geologiche non è rimasto nell'atmosfera, ma è stato fissato dalla litosfera sotto forma di carbonati, solfati, ossidi di ferro, ecc. Questa massa è di 590x1014 tonnellate contro 39x1014 tonnellate di ossigeno che circola nella biosfera sotto forma di gas o solfati disciolti nelle acque continentali e oceaniche. L'azoto è un elemento biogenico essenziale, poiché fa parte delle proteine e degli acidi nucleici. Il ciclo dell'azoto è uno dei più complessi, poiché comprende sia la fase gassosa che quella minerale, e allo stesso tempo i cicli più ideali. Il ciclo del fosforo nella biosfera è associato ai processi metabolici nelle piante e negli animali. Questo importante e necessario elemento del protoplasma, contenuto nelle piante terrestri e nelle alghe dallo 0,01-0,1%, negli animali dallo 0,1% a diversi per cento, circola, trasformandosi gradualmente da composti organici in fosfati, che possono essere nuovamente utilizzati dalle piante. Esistono numerosi composti solforati gassosi, come l'idrogeno solforato H2S e l'anidride solforosa SO2. Il mantenimento dell'attività vitale degli organismi e la circolazione della materia negli ecosistemi, cioè l'esistenza degli ecosistemi, dipende dal flusso costante di energia necessaria a tutti gli organismi per le loro funzioni vitali e l'autoriproduzione. A differenza delle sostanze che circolano continuamente attraverso diversi blocchi dell’ecosistema, che possono sempre essere riutilizzate ed entrare nel ciclo, l’energia può essere utilizzata una volta, cioè esiste un flusso lineare di energia attraverso l’ecosistema. All'interno di un ecosistema, le sostanze contenenti energia vengono create da organismi autotrofi e servono da cibo per gli eterotrofi. Le connessioni alimentari sono meccanismi per il trasferimento di energia da un organismo all'altro. All'interno di ciascun ecosistema, le reti alimentari hanno una struttura ben definita, caratterizzata dalla natura e dal numero di organismi rappresentati a ciascun livello delle varie catene alimentari. La formazione degli ecosistemi è un processo dinamico. Negli ecosistemi si verificano costantemente cambiamenti nello stato e nell'attività vitale dei loro membri e nel rapporto tra le popolazioni. I diversi cambiamenti che si verificano in ogni comunità si dividono in due tipi principali: ciclici e progressivi. La successione è un processo naturale e diretto e i cambiamenti che si verificano in una fase o nell'altra sono caratteristici di qualsiasi comunità e non dipendono dalla composizione delle specie o dalla posizione geografica. L’ecosistema globale è la biosfera. Come notato in precedenza, la biosfera è divisa in geobiosfera, idrobiosfera e aerobiosfera. La biosfera è formata in misura maggiore non da fattori esterni, ma da modelli interni. La proprietà più importante della biosfera è l'interazione degli esseri viventi e non viventi, che si riflette nella legge della migrazione biogenica degli atomi di V.I. Vernadsky. Gli ecosistemi esistenti sulla Terra sono diversi. Esistono microecosistemi (ad esempio il tronco di un albero in decomposizione), mesoecosistemi (foresta, stagno, ecc.), macroecosistemi (continente, oceano, ecc.) e la biosfera globale. I grandi ecosistemi terrestri sono chiamati biomi. Ogni bioma contiene una serie di ecosistemi più piccoli e interconnessi. Esistono diverse classificazioni degli ecosistemi: foresta pluviale tropicale sempreverde; deserto: erboso e arbustivo; praterie tropicali e savana; steppa temperata; foresta decidua temperata: foreste boreali di conifere. Tundra: artica e alpina. Tipi di ecosistemi di acqua dolce: nastro (acqua ferma): laghi, stagni, ecc.; lotiche (acque correnti): fiumi, torrenti, ecc.; zone umide: paludi e foreste paludose; Tipi di ecosistemi marini: oceano aperto (pelagico); acque della piattaforma continentale (acque costiere); aree di risalita (aree fertili con attività di pesca produttive); estuari (baie costiere, stretti, foci di fiumi, saline, ecc.). Ogni ecosistema ha due componenti principali: organismi e fattori del loro ambiente non vivente. La totalità degli organismi (piante, animali, microbi) è chiamata biota di un ecosistema. Le modalità di interazione tra diverse categorie di organismi costituiscono la sua struttura biotica. L'energia solare sulla Terra provoca due cicli di sostanze: uno grande, o geologico, manifestato più chiaramente nel ciclo dell'acqua e nella circolazione atmosferica, e un piccolo, biologico (biotico), che si sviluppa sulla base di uno grande e consiste in un ciclo continuo, ciclici, ma disomogenei nel tempo e nello spazio, e accompagnati da perdite più o meno significative nella naturale ridistribuzione di materia, energia e informazione all’interno dei sistemi ecologici a vari livelli di organizzazione. Entrambi i cicli sono reciprocamente collegati e rappresentano, per così dire, un unico processo. L'interazione dei fattori abiotici e degli organismi viventi dell'ecosistema è accompagnata da una continua circolazione di materia tra il biotopo e la biocenosi sotto forma di composti organici e minerali alternati. Lo scambio di elementi chimici tra gli organismi viventi e l'ambiente inorganico, le cui varie fasi avvengono all'interno di un ecosistema, è chiamato ciclo biogeochimico, o ciclo biogeochimico. L'esistenza di tali cicli crea l'opportunità di autoregolazione (omeostasi) del sistema, che conferisce stabilità all'ecosistema: una sorprendente costanza della percentuale di vari elementi. Qui si applica il principio del funzionamento degli ecosistemi: l'acquisizione di risorse e lo smaltimento dei rifiuti avvengono nell'ambito del ciclo di tutti gli elementi. Elenco della letteratura usata 1.Bigon M.I. Ecologia, individui, popolazioni e comunità. M.: 1989. - 290 pag. 2.Beysenova A.S., Shildebaev Zh.B., Sautbaeva G.Z. Ecologia. Almaty: "Gylym, 2001. - 201 p. 3.Akimova T.A., Khaskin V.V. Ecologia. M.: Casa editrice UNITY, 1998. - 233 p. .Gorelov A.A. Ecologia. Corso di lezioni. M.: "Centro" 1997. - 280 p. .Stadnitsky G.V., Rodionov A.I. Ecologia. M.: Casa editrice UNITY, 1996. - 272 p. .Sadanov A.K., Svanbaeva Z.S., Ecologia. Almaty: "Agrouniversity", 1999. - 197 p. .Shilov I.A. Ecologia. M.: Scuola superiore, 2000. - 348 p. .Reimers N.F. Ecologia (teoria, leggi, regole, principi e ipotesi). M.: "Giovane Russia", 1994. - 260 p. .Tsvetkova L.I., Alekseev M.I., Usenov B.P. e altri Ecologia. Libro di testo per le università tecniche. M.; ASV, San Pietroburgo: Khimizdat, 1999, 185 p. .Girosov E.V. Ecologia ed economia della gestione ambientale. M.: Legge e Legge, UNITÀ. 1998 - 232 pag. .Vronskij V.A. Ecologia applicata: libro di testo. Beneficio. Rostov sul Don: 1995. - 197 p. .Budyko M.I. Ecologia globale. M.: Mysl, 1977.-248 p. .Alekseenko V.A. Geochimica ambientale. Manuale. M.: Logos, 2000 - 410 p. .Petrov K.M. Ecologia generale di S-P. Esercitazione. "Chimica", 1997. - 218 p. .Andersen J.M. Ecologia e scienze ambientali. Biosfera, ecosistema, uomo. L., 1985. 376 pag. .Girenok F.I. Ecologia. Civiltà. Noosfera.M.: 191987. - 281 p. .Alla ricerca dell'equilibrio: l'ecologia nel sistema delle priorità politiche sociali M.: 1992. - 427 p. .Storia dell'interazione tra società e natura: fattori e concetto. M.: ANSSSR 1990. .Stepanovskikh A.S. Ecologia applicata: Tutela dell'ambiente. Libro di testo per le università. M.: UNITÀ DANA. 2003. 751 pag. Lavori simili a - Ciclo delle sostanze e flussi energetici negli ecosistemi
I termini “flusso di materia” e “flusso di energia” dovrebbero essere chiaramente definiti. Il flusso della materia è il movimento sotto forma di elementi chimici e dei loro composti dai produttori ai decompositori (attraverso o senza consumatori). Il flusso di energia è il trasferimento di energia sotto forma di legami chimici di composti organici (cibo) lungo le catene alimentari da un livello trofico a un altro (superiore).
Va notato che, a differenza delle sostanze che circolano costantemente attraverso diversi blocchi dell’ecosistema e possono sempre rientrare nel ciclo, l’energia in entrata può essere utilizzata una sola volta.
Essendo un fenomeno naturale universale, il flusso unidirezionale dell'energia è determinato dalle leggi della termodinamica. Secondo la prima legge, l'energia può passare da una forma (l'energia della luce) a un'altra (l'energia potenziale del cibo), ma non si crea mai più e non scompare senza lasciare traccia.
La seconda legge della termodinamica afferma che non può esistere un singolo processo associato alla trasformazione dell'energia senza che ne venga persa una parte. Per questo motivo non può avvenire una trasformazione con efficienza del 100%, ad esempio, del cibo nella sostanza di cui è costituito il corpo dell'organismo.
Pertanto, il funzionamento di tutti gli ecosistemi è determinato da un flusso costante di energia, necessario affinché tutti gli organismi mantengano la propria esistenza e autoriproduzione.
Esistono anche relazioni competitive negli ecosistemi. Di grande interesse, sotto questo aspetto, è la legge della massimizzazione dell’energia (G. Odum – E. Odum): nella competizione con altri ecosistemi, sopravvive quello che meglio contribuisce all’approvvigionamento di energia e ne utilizza la massima quantità nel modo più efficiente. (conserva). Secondo la legge, a questo scopo il sistema: 1) crea accumulatori (immagazzinamenti) di energia di alta qualità (ad esempio riserve di grasso); 2) spende una certa quantità di energia accumulata per garantire l'approvvigionamento di nuova energia; 3) assicura la circolazione di varie sostanze; 4) crea meccanismi di regolamentazione che supportano la stabilità del sistema e la sua capacità di adattarsi alle mutevoli condizioni; 5) stabilisce gli scambi con altri sistemi necessari a soddisfare il fabbisogno di particolari forme di energia.
È necessario sottolineare una circostanza importante: la legge di massimizzazione dell’energia vale anche in relazione all’informazione, quindi (secondo N. F. Reimers) può essere considerata anche come legge di massimizzazione dell’energia e dell’informazione: il sistema che maggiormente contribuisce alla ricezione, produzione e utilizzo efficace dell’energia e delle informazioni.
Notiamo che l'offerta massima di una sostanza, in quanto tale, non garantisce ancora il successo del sistema in un gruppo competitivo di altri sistemi simili.
È stato precedentemente notato che tra gli organismi della biocenosi nascono e si stabiliscono forti relazioni alimentari, o una catena alimentare. Quest'ultimo è costituito da tre anelli principali: produttori, consumatori e decompositori.
Le catene alimentari che iniziano con organismi fotosintetici sono chiamate catene di pascolo (o pascolo), e le catene che iniziano con materia vegetale morta, carcasse ed escrementi animali sono chiamate catene detritiche.
La posizione di ciascun anello della catena alimentare è chiamata livello trofico; è caratterizzato da diverse intensità del flusso di sostanze ed energia. Il primo livello trofico è sempre quello dei produttori; il secondo: consumatori erbivori; il terzo - carnivori, che vivono di forme erbivore; quarto livello: consumo di altri carnivori, ecc.
Esistono consumatori di primo, secondo, terzo e quarto ordine, che occupano diversi livelli della catena alimentare (Fig. 9).
Riso. 9.
È ovvio che la specializzazione alimentare dei consumatori gioca un ruolo importante in questo. Le specie con un'ampia gamma di nutrizione possono essere incluse nelle catene alimentari a diversi livelli trofici. La dieta, ad esempio, di una persona comprende sia cibi vegetali che carne di erbivori e carnivori. Agisce quindi in diverse catene alimentari come consumatore del I, II o III ordine.
Poiché l'energia viene persa quando si trasferisce energia da un livello all'altro, la catena energetica non può essere lunga: solitamente è composta da 4...6 anelli (Tabella 1).
1. Schemi tipici delle catene alimentari (secondo V. M. Ivonin, 1996)
Tuttavia, tali catene nella loro forma pura di solito non si trovano in natura, poiché la stessa specie può essere presente contemporaneamente in maglie diverse. Ciò è dovuto al fatto che in natura esistono pochi monofagi; oligofagi e polifagi sono molto più comuni. Ad esempio, i predatori che si nutrono di vari erbivori e carnivori sono anelli di molte catene. Di conseguenza, in ogni biocenosi si formano evolutivamente complessi di catene alimentari, che rappresentano un unico insieme. Così nascono le reti elettriche, che sono molto complesse.
Possiamo quindi concludere che la catena alimentare è il principale canale di trasferimento energetico nella comunità (tra piante - produttori, animali - consumatori e microrganismi - decompositori) (Fig. 10). Già nel diagramma è chiaro che l'idea di "Le catene alimentari e i livelli trofici sono piuttosto un'astrazione. In laboratorio è possibile creare una catena lineare con livelli chiaramente separati. Ma in natura esistono realmente reti trofiche in cui molte popolazioni appartengono a più livelli trofici contemporaneamente. Lo stesso organismo consuma sia animali che piante; il predatore può nutrirsi di consumatori del primo e del secondo ordine; molti animali mangiano sia piante vive che morte.
A causa della complessità delle relazioni trofiche, la perdita di una specie spesso non ha quasi alcun effetto sulla comunità. Altri “utilizzatori” cominciano a consumare il cibo delle specie estinte,
Riso. 10.
le specie che se ne nutrono trovano nuove fonti di cibo: in generale nella comunità viene mantenuto l'equilibrio.
L'energia assorbita dai produttori attraversa le catene alimentari e viene gradualmente consumata. Alla fine di una catena alimentare la quantità di energia è sempre inferiore rispetto all'inizio. Durante la fotosintesi, le piante legano in media solo circa l’1% dell’energia solare che le colpisce. Un animale che ha mangiato una pianta non digerisce parte del cibo e lo espelle sotto forma di escrementi. Di solito viene digerito il 20...60% del cibo vegetale; L’energia assorbita viene utilizzata per mantenere la vita dell’animale. Il funzionamento delle cellule e degli organi è accompagnato dal rilascio di calore, cioè una parte significativa dell'energia alimentare viene presto dissipata nell'ambiente. Una porzione relativamente piccola di cibo viene utilizzata per costruire nuovi tessuti e creare riserve di grasso. Successivamente, un predatore che ha mangiato un erbivoro e rappresenta il terzo livello trofico riceve dall'energia accumulata dalla pianta solo quell'energia che viene trattenuta nel corpo della sua preda (secondo livello) sotto forma di aumento di biomassa.
È noto che in ogni fase del trasferimento di materia ed energia nella catena alimentare, circa il 90% dell'energia viene persa e solo circa un decimo di essa passa al consumatore successivo, cioè il trasferimento di energia nei collegamenti alimentari degli organismi obbedisce alla “regola del dieci per cento” (principio di Lindemann). Ad esempio, la quantità di energia che raggiunge i carnivori terziari (quinto livello trofico) è solo circa il 10 -4 dell'energia assorbita dai produttori. Ciò spiega il numero limitato (5...6) di anelli (livelli) nella catena alimentare, indipendentemente dalla complessità della composizione delle specie della biocenosi.
Riso. undici.
Considerando il flusso di energia negli ecosistemi, è anche facile capire perché la biomassa diminuisce all’aumentare del livello trofico. Qui si manifesta il terzo principio fondamentale del funzionamento degli ecosistemi: maggiore è la biomassa di una popolazione, minore dovrebbe essere il livello trofico che occupa, o altrimenti: alla fine di lunghe catene alimentari non può esserci una grande biomassa.
I tre principi fondamentali del funzionamento dell'ecosistema sopra elencati - il ciclo dei nutrienti, il flusso dell'energia solare e la diminuzione della biomassa con l'aumento del livello trofico - possono essere presentati sotto forma di un diagramma generale (Fig. 11). Se ordiniamo gli organismi secondo le loro relazioni nutrizionali, indicando per ciascuno di essi “l’ingresso” e l’“uscita” di energia e nutrienti, diventa ovvio che i nutrienti vengono continuamente riciclati all’interno dell’ecosistema, e il flusso di energia lo attraversa.
Il mantenimento dell'attività vitale degli organismi e la circolazione della materia negli ecosistemi, cioè l'esistenza degli ecosistemi, dipende dal flusso costante di energia necessaria a tutti gli organismi per le loro funzioni vitali e l'autoriproduzione.
A differenza delle sostanze che circolano continuamente attraverso diversi blocchi dell’ecosistema, che possono sempre essere riutilizzate ed entrare nel ciclo, l’energia può essere utilizzata una sola volta, cioè esiste un flusso di energia lineare attraverso l’ecosistema.
L'afflusso unidirezionale di energia come fenomeno naturale universale avviene a seguito delle leggi della termodinamica. Prima Legge afferma che l'energia può essere convertita da una forma (come la luce) a un'altra (come l'energia potenziale del cibo), ma non può essere creata o distrutta. Seconda Legge afferma che non può esistere un singolo processo associato alla trasformazione dell'energia senza perderne una parte. Una certa quantità di energia in tali trasformazioni viene dissipata in energia termica inaccessibile e quindi va persa. Quindi non possono esserci trasformazioni, ad esempio, delle sostanze alimentari nella sostanza che costituisce il corpo dell'organismo, che avvengono con un'efficienza del 100%.
Pertanto, gli organismi viventi sono convertitori di energia. E ogni volta che l'energia viene convertita, parte di essa viene dispersa sotto forma di calore. In definitiva, tutta l’energia che entra nel ciclo biotico di un ecosistema viene dissipata sotto forma di calore. Gli organismi viventi in realtà non utilizzano il calore come fonte di energia per svolgere il lavoro: utilizzano la luce e l'energia chimica.
Piramidi ecologiche. All'interno di ciascun ecosistema, le reti alimentari hanno una struttura ben definita, caratterizzata dalla natura e dal numero di organismi rappresentati a ciascun livello delle varie catene alimentari. Per studiare le relazioni tra gli organismi in un ecosistema e per rappresentarli graficamente, di solito usano piramidi ecologiche piuttosto che diagrammi della rete alimentare. Le piramidi ecologiche esprimono in forma geometrica la struttura trofica di un ecosistema. Sono costruiti sotto forma di rettangoli della stessa larghezza, ma la lunghezza dei rettangoli deve essere proporzionale al valore dell'oggetto da misurare. Da qui puoi ottenere piramidi di numeri, biomassa ed energia.
Le piramidi ecologiche riflettono le caratteristiche fondamentali di ogni biocenosi quando ne mostrano la struttura trofica:
La loro altezza è proporzionale alla lunghezza della catena alimentare interessata, cioè al numero di livelli trofici che contiene;
La loro forma riflette più o meno l'efficienza delle trasformazioni energetiche durante il passaggio da un livello all'altro.
Piramidi di numeri. Rappresentano l'approssimazione più semplice allo studio della struttura trofica di un ecosistema. In questo caso, viene prima contato il numero di organismi in un dato territorio, raggruppati per livelli trofici e presentati sotto forma di un rettangolo, la cui lunghezza (o area) è proporzionale al numero di organismi che vivono in una data area ( o in un dato volume, se si tratta di un ecosistema acquatico). È stata stabilita una regola fondamentale secondo cui in qualsiasi ambiente ci sono più piante che animali, più erbivori che carnivori, più insetti che uccelli, ecc.
Le piramidi della popolazione riflettono la densità degli organismi a ciascun livello trofico. C'è una grande diversità nella costruzione delle varie piramidi di popolazione. Spesso sono capovolti.
Ad esempio, in una foresta ci sono molti meno alberi (produttori primari) che insetti (erbivori).
Piramide della biomassa. Riflette in modo più completo le relazioni alimentari nell'ecosistema, poiché tiene conto della massa totale degli organismi (biomassa) ogni livello trofico. I rettangoli nelle piramidi di biomassa rappresentano la massa di organismi a ciascun livello trofico per unità di area o volume. La forma della piramide della biomassa è spesso simile alla forma della piramide della popolazione. È caratteristica una diminuzione della biomassa ad ogni successivo livello trofico.
Le piramidi di biomassa, così come i numeri, possono essere non solo diritte, ma anche invertite. Le piramidi invertite di biomassa sono caratteristiche degli ecosistemi acquatici, in cui i produttori primari, come le alghe fitoplanctoniche, si dividono molto rapidamente, e i loro consumatori - i crostacei zooplanctonici - sono molto più grandi ma hanno un ciclo riproduttivo lungo. Ciò vale in particolare per gli ambienti di acqua dolce, dove la produttività primaria è fornita da organismi microscopici i cui tassi metabolici sono aumentati, ovvero la biomassa è bassa, la produttività è elevata.
Piramide di energia. Il modo più fondamentale per mostrare le connessioni tra organismi a diversi livelli trofici è attraverso le piramidi energetiche. Rappresentano l'efficienza di conversione energetica e la produttività delle catene alimentari e sono costruiti contando la quantità di energia (kcal) accumulata per unità di superficie per unità di tempo e utilizzata dagli organismi a ciascun livello trofico. Pertanto, è relativamente facile determinare la quantità di energia immagazzinata nella biomassa, ma è più difficile stimare la quantità totale di energia assorbita a ciascun livello trofico. Avendo costruito un grafico (Fig. 12.28), possiamo affermare che i distruttori, la cui importanza sembra piccola nella piramide della biomassa, e viceversa nella piramide della popolazione; ricevono una parte significativa dell’energia che passa attraverso l’ecosistema. Inoltre, solo una parte di tutta questa energia rimane negli organismi ad ogni livello trofico dell’ecosistema ed è immagazzinata nella biomassa; il resto viene utilizzato per soddisfare le esigenze metaboliche degli esseri viventi: mantenimento dell’esistenza, crescita, riproduzione. Gli animali consumano anche una quantità significativa di energia per il lavoro muscolare.
R. Lindeman formulato per la prima volta nel 1942 legge della piramide energetica, che nei libri di testo viene spesso chiamata “legge del 10%”. Secondo questa legge, da uno livello trofico della piramide ecologica In media, non più del 10% dell'energia passa ad un altro livello.
I consumatori fungono da anello di gestione e stabilizzazione nell’ecosistema. I consumatori generano uno spettro di diversità nella cenosi, impedendo il monopolio dei dominanti. Regola del valore di controllo dei consumatori può essere giustamente considerato fondamentale. Secondo le visioni cibernetiche, il sistema di controllo dovrebbe essere strutturalmente più complesso di quello controllato, quindi diventa chiaro il motivo della molteplicità dei tipi di consumatori. Il significato di controllo dei consumatori ha anche una base energetica. Il flusso di energia attraverso l'uno o l'altro livello trofico non può essere assolutamente determinato dalla disponibilità di cibo nel livello trofico sottostante. Come è noto, esiste sempre una “riserva” sufficiente, poiché la completa distruzione degli alimenti porterebbe alla morte dei consumatori. Questi modelli generali sono osservati nel quadro dei processi demografici, delle comunità, dei livelli della piramide ecologica e delle biocenosi nel loro insieme.
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Didascalie delle diapositive:
Ciclo della materia e dell'energia in natura
Il ciclo delle sostanze è il ripetersi dei processi di trasformazione e movimento della materia in natura, che sono più o meno ciclici. Tutte le sostanze sul nostro pianeta sono in fase di circolazione. In natura esistono due cicli principali: Grande (geologico) Piccolo (biogeochimico)
Il Grande Ciclo delle Sostanze Il Grande Ciclo dura milioni di anni ed è causato dall'interazione dell'energia solare con l'energia profonda della Terra. Associato ai processi geologici, alla formazione e alla distruzione delle rocce e al successivo movimento dei prodotti della distruzione.
Piccolo ciclo delle sostanze Il piccolo ciclo (biogeochimico) avviene all'interno della biosfera, a livello della biocenosi. La sua essenza è la formazione della materia vivente dai composti inorganici durante il processo di fotosintesi e la trasformazione della materia organica durante la decomposizione in composti inorganici. Cicli biogeochimici – Vernadsky V.I.
Ciclo dell'acqua Tr deflusso inf Evaporazione dell'acqua Condensazione del vapore Deflusso delle precipitazioni Infiltrazione della traspirazione
La traspirazione è il processo dell'acqua che si muove attraverso una pianta e la sua evaporazione attraverso gli organi esterni della pianta, come foglie, steli e fiori. L'acqua è essenziale per la vita delle piante, ma solo una piccola parte dell'acqua fornita attraverso le radici viene utilizzata direttamente per la crescita e il metabolismo.
Il ciclo dell'acqua
Ciclo dell'acqua La maggior parte dell'acqua è concentrata negli oceani. L'acqua che evapora dalla loro superficie fornisce ecosistemi terrestri naturali e artificiali. Più un’area è vicina all’oceano, maggiori sono le precipitazioni. La terra restituisce costantemente acqua all'oceano: parte dell'umidità evapora, più attivamente nelle foreste, parte viene raccolta dai fiumi: ricevono pioggia e sciolgono l'acqua. Lo scambio di umidità tra oceano e terra richiede costi energetici molto elevati: circa il 30% dell’energia solare che raggiunge la Terra viene spesa per questo.
Influenza umana sul ciclo dell'acqua Il ciclo dell'acqua nella biosfera prima dello sviluppo della civiltà era in equilibrio, cioè. l'oceano riceveva dai fiumi tanta acqua quanta ne consumava attraverso l'evaporazione. Con lo sviluppo della civiltà, questo ciclo cominciò ad essere interrotto. In particolare, le foreste fanno evaporare sempre meno acqua perché... la loro area diminuisce e la superficie del suolo, al contrario, aumenta, perché La superficie dei terreni agricoli irrigati è in aumento. terre. I fiumi delle regioni meridionali divennero poco profondi. L'acqua evapora peggio dalla superficie dell'oceano, perché... una parte significativa di esso è ricoperta da un velo d'olio. Tutto ciò peggiora l’approvvigionamento idrico della biosfera.
Le siccità stanno diventando più frequenti e stanno emergendo sacche di disastri ambientali. Ad esempio, una siccità catastrofica dura da più di 35 anni in Africa, nella zona del Sahel, una regione semidesertica che separa il Sahara dai paesi settentrionali del continente. L’acqua dolce che ritorna nell’oceano e in altri corpi idrici dalla terra è spesso inquinata. L'acqua di molti fiumi russi è diventata praticamente inadatta a bere. La percentuale di acqua dolce a disposizione degli organismi viventi è piuttosto ridotta, quindi deve essere utilizzata con parsimonia e non inquinata! Una persona su quattro sul pianeta non ha acqua potabile pulita. In molte aree del mondo non c’è abbastanza acqua per la produzione industriale e per l’irrigazione.
Diversi componenti dell'idrosfera partecipano al ciclo dell'acqua in modi diversi e a velocità diverse. Per il rinnovamento completo dell’acqua nei ghiacciai ci vogliono 8000 anni, le acque sotterranee – 5000 anni, l’oceano – 3000 anni, il suolo – 1 anno. Il vapore atmosferico e le acque fluviali si rinnovano completamente in 10-12 giorni. Il ciclo dell'acqua in natura dura circa 1 milione di anni.
Ciclo dell'ossigeno L'ossigeno fa parte degli elementi più comuni nella biosfera. Il contenuto di ossigeno nell'atmosfera è quasi del 21%. L'ossigeno fa parte delle molecole d'acqua e degli organismi viventi (proteine, grassi, carboidrati, acidi nucleici). L'ossigeno è prodotto dai produttori (piante verdi). L’ozono svolge un ruolo importante nel ciclo dell’ossigeno. Lo strato di ozono si trova ad un'altitudine di 20-30 km sopra il livello del mare. Il contenuto di ossigeno nell'atmosfera è influenzato da 2 processi principali: 1) fotosintesi 2) decomposizione della materia organica, durante la quale viene consumata.
Il ciclo dell’ossigeno è un processo lento. Occorrono circa 2000 anni affinché tutto l’ossigeno presente nell’atmosfera si rinnovi completamente. Per fare un confronto: il completo rinnovamento dell'anidride carbonica nell'atmosfera avviene in circa 3 anni. L'ossigeno viene utilizzato per la respirazione dalla maggior parte degli organismi viventi. L'ossigeno viene utilizzato durante la combustione del carburante nei motori a combustione interna, nei forni delle centrali termoelettriche, nei motori degli aerei e dei razzi, ecc. Un ulteriore consumo di origine antropica può sconvolgere l’equilibrio del ciclo dell’ossigeno. Finora la biosfera sta compensando l’intervento umano: le perdite sono compensate dalle piante verdi. Con l’ulteriore riduzione della superficie forestale e l’utilizzo di sempre più carburante, il contenuto di ossigeno nell’atmosfera inizierà a diminuire.
È IMPORTANTE!!! Quando il contenuto di ossigeno nell'aria diminuisce al 16%, la salute di una persona peggiora (il cuore soffre in particolare), al 7% una persona perde conoscenza e al 3% si verifica la morte.
Ciclo del carbonio
Ciclo del carbonio Il carbonio è la base dei composti organici; fa parte di tutti gli organismi viventi sotto forma di proteine, grassi e carboidrati. Il carbonio entra nell’atmosfera sotto forma di anidride carbonica. Nell'atmosfera, dove si concentra la maggior parte dell'anidride carbonica, avviene costantemente uno scambio: le piante assorbono l'anidride carbonica durante la fotosintesi e tutti gli organismi la rilasciano durante la respirazione. Fino al 50% del carbonio sotto forma di CO 2 viene restituito all'atmosfera dai decompositori, i microrganismi del suolo. Il carbonio esce dal ciclo come carbonato di calcio.
Influenza umana sul ciclo del carbonio L'attività umana tecnogenica sconvolge l'equilibrio naturale del ciclo del carbonio: 1) durante la combustione di combustibile organico, circa 6 miliardi di tonnellate di CO 2 vengono emessi nell'atmosfera ogni anno: a) Produzione di elettricità nelle centrali termoelettriche b ) Gas di scarico delle automobili 2) distruzione delle foreste. Negli ultimi 100 anni, il livello di anidride carbonica nell’atmosfera è cresciuto costantemente e rapidamente. Anidride carbonica + metano + vapore acqueo + ozono + ossidi di azoto = gas serra. Il risultato è l’effetto serra: il riscaldamento globale, che può portare a disastri naturali su larga scala.
Ciclo dell'azoto In forma libera, l'azoto è un componente dell'aria - 78%. L’azoto è uno degli elementi più importanti per la vita degli organismi. L'azoto fa parte di tutte le proteine. La molecola di azoto è molto forte, motivo per cui la maggior parte degli organismi non sono in grado di assorbire l'azoto atmosferico. L'azoto viene assorbito dagli organismi viventi solo sotto forma di composti con idrogeno e ossigeno. La fissazione dell'azoto nei composti chimici avviene a causa dell'attività vulcanica e temporalesca, ma soprattutto a causa dell'attività di microrganismi - fissatori di azoto (batteri che fissano l'azoto e alghe blu-verdi).
L'azoto entra nelle radici delle piante sotto forma di nitrati, che vengono utilizzati per la sintesi della sostanza organica (proteine). Gli animali consumano azoto attraverso alimenti vegetali o animali. L'azoto viene restituito all'atmosfera attraverso la decomposizione del materiale organico morto. I batteri del suolo decompongono le proteine in sostanze inorganiche - gas - ammoniaca, ossidi di azoto, che entrano nell'atmosfera. L'azoto che entra nei corpi idrici passa anche attraverso la catena alimentare pianta-animale-microrganismi e ritorna nell'atmosfera.
Impatto umano sul ciclo dell'azoto L'attività umana tecnogenica sconvolge l'equilibrio naturale del ciclo dell'azoto. Quando si ara la terra, l'attività dei microrganismi - fissatori di azoto diminuisce di quasi 5 volte, quindi diminuisce il contenuto di azoto nel terreno, il che porta ad una diminuzione della fertilità del suolo. Pertanto, le persone introducono nel terreno nitrati in eccesso, che sono inclusi nei fertilizzanti minerali. Una grande quantità di ossidi di azoto entra nell'atmosfera durante la combustione e la lavorazione di gas, petrolio e carbone e cade sotto forma di piogge acide. Il ripristino del ciclo naturale dell’azoto è possibile riducendo la produzione di fertilizzanti azotati, riducendo le emissioni industriali di ossidi di azoto nell’atmosfera, ecc.
Ciclo del fosforo
A differenza dei cicli dell'acqua, del carbonio, dell'azoto e dell'ossigeno, che sono chiusi, il ciclo del fosforo è aperto, perché il fosforo non forma composti volatili rilasciati nell'atmosfera. Il fosforo è contenuto nelle rocce, da dove entra negli ecosistemi durante la distruzione naturale delle rocce o quando i fertilizzanti al fosforo vengono applicati ai campi. Le piante assorbono composti inorganici del fosforo e gli animali che si nutrono di queste piante accumulano fosforo nei loro tessuti. Dopo la decomposizione dei cadaveri di animali e piante, non tutto il fosforo è coinvolto nel ciclo. Una parte viene dilavata dal terreno nei corpi idrici (fiumi, laghi, mari) e si deposita sul fondo. Il fosforo ritorna sulla terraferma in piccole quantità con i pesci catturati dagli esseri umani.
Impatto umano sul ciclo del fosforo Il trasferimento di fosforo dalla terra all'oceano è aumentato notevolmente sotto l'influenza umana. Quando le foreste vengono distrutte e i terreni vengono arati, il volume del flusso d’acqua superficiale aumenta e, inoltre, entrano fertilizzanti a base di fosforo applicati ai fiumi e ai laghi dai campi. Poiché le riserve di fosforo sulla terraferma sono limitate e il suo ritorno dall'oceano è difficile, in futuro potrebbe verificarsi una carenza di fosforo in agricoltura, che causerà una diminuzione dei raccolti (principalmente colture di cereali).
