훌륭한 지질학적 순환. 석유 및 가스의 큰 백과사전
큰(지질학적) 및 작은(생지화학적) 물질 순환
지구상의 모든 물질은 순환 과정에 있습니다. 태양 에너지는 지구에서 두 가지 물질 순환을 일으킵니다.
대형(지질학적 또는 비생물학적);
작음(생물학적, 생물학적 또는 생물학적).
물질의 순환과 우주 에너지의 흐름은 생물권의 안정성을 창출합니다. 비생물적 요인(무생물)의 작용으로 일어나는 고체와 물의 순환을 대지질순환이라고 한다. 큰 지질학적 순환(수백만 년의 흐름)으로 암석이 파괴되고 풍화되며 물질이 용해되어 세계 해양으로 들어갑니다. 대륙이 가라앉고 해저가 융기하는 지구 구조적 변화가 일어나고 있습니다. 빙하의 물 순환 시간은 8,000년이고 강에서는 11일입니다. 살아있는 유기체에 영양분을 공급하고 그들의 존재 조건을 크게 결정하는 것은 대순환입니다.
생물권의 큰 지질학적 순환은 두 가지 중요한 점을 특징으로 합니다. 산소 탄소 지질
인간 개발의 현재 단계에서 대규모 순환의 결과로 오염 물질도 장거리로 이동합니다. 황 및 질소 산화물, 먼지, 방사성 불순물. 북반구의 온대 위도 지역은 가장 큰 오염을 겪었습니다.
물질의 작은 생물학적 또는 생물학적 순환은 살아있는 유기체의 참여와 함께 고체, 액체 및 기체상에서 발생합니다. 생물학적 순환은 지질학적 순환과 달리 에너지가 덜 필요합니다. 작은 주기는 큰 주기의 일부이며 생물지구세 수준(생태계 내)에서 발생하며 토양 영양소, 물, 탄소가 식물 물질에 축적되어 신체를 만드는 데 소비된다는 사실에 있습니다. 유기물의 부패 생성물은 광물 성분으로 분해됩니다. 외부에서 생태계로 물질과 에너지가 유입되고 일부가 생물권 순환으로 방출되는 작은 순환이 닫히지 않습니다.
많은 화학 원소와 그 화합물이 크고 작은 순환에 관여하지만 가장 중요한 것은 인간 경제 활동과 관련된 생물권 발전의 현재 단계를 결정하는 것입니다. 여기에는 탄소, 황 및 질소(그들의 산화물이 대기의 주요 오염 물질임)와 인(인산염이 대륙 수역의 주요 오염 물질임)의 순환이 포함됩니다. 거의 모든 오염 물질은 유해한 것으로 작용하며 이들은 제노바이오틱스로 분류됩니다. 현재 제노바이오틱스 - 독성 요소 - 수은(식품 오염 물질) 및 납(휘발유 성분)의 순환이 매우 중요합니다. 또한 인위적 기원의 많은 물질(DDT, 살충제, 방사성 핵종 등)이 대순환에서 소순환으로 유입되어 생물상과 인간의 건강에 해를 끼칩니다.
생물학적 순환의 본질은 유기물 생성과 생물에 의한 파괴라는 두 가지 상반되지만 상호 관련된 과정의 흐름입니다.
큰 주기와 달리 작은 주기는 기간이 다릅니다. 계절, 연간, 다년생 및 세속적인 작은 주기가 구별됩니다. 식물과 동물을 통해 무기 환경에서 태양 에너지를 사용하여 다시 무기 환경으로 화학 물질을 순환 화학 반응생지화학적 순환이라고 한다.
지구의 현재와 미래는 생물권의 기능에 살아있는 유기체의 참여에 달려 있습니다. 물질, 생물 또는 바이오매스의 순환에서 가스, 농축, 산화환원 및 생화학과 같은 생지화학적 기능을 수행합니다.
생물학적 순환은 살아있는 유기체의 참여로 발생하며 영양 영양 사슬을 통해 무기물에서 유기물을 재생산하고이 유기물을 무기물로 분해하는 것으로 구성됩니다. 생물학적 순환에서 생산 및 파괴 과정의 강도는 열과 습기의 양에 따라 달라집니다. 예를 들어, 극지방의 낮은 유기물 분해율은 열 부족에 달려 있습니다.
생물학적 주기의 강도를 나타내는 중요한 지표는 화학 원소의 순환 속도입니다. 강도는 쓰레기에 대한 숲 쓰레기의 질량 비율과 같은 지수로 특징 지어집니다. 지수가 높을수록 주기의 강도가 낮아집니다.
침엽수 림 지수 - 10 - 17; 활엽수 3~4; 0.2 이하의 사바나; 0.1 이하의 습한 열대림, 즉 여기에서 생물학적 순환이 가장 강렬합니다.
미생물을 통한 요소(질소, 인, 황)의 흐름은 식물과 동물을 통한 흐름보다 훨씬 높습니다. 생물학적 순환은 완전히 가역적이지 않으며, 생지화학적 순환과 밀접한 관련이 있습니다. 화학 원소는 생물학적 순환의 다양한 경로를 따라 생물권에서 순환합니다.
- - 생물에 흡수되어 에너지로 충전됨
- - 생명체를 떠나 외부 환경으로 에너지를 방출합니다.
이러한 주기에는 두 가지 유형이 있습니다. 기체 물질의 순환; 퇴적 주기(지각에 보존됨).
주기 자체는 두 부분으로 구성됩니다.
- - 비축기금(살아 있는 유기체와 관련이 없는 물질의 일부임)
- - 모바일 (교환) 기금 (유기체와 즉각적인 환경 간의 직접적인 교환과 관련된 물질의 작은 부분).
주기는 다음과 같이 나뉩니다.
- - 지각에 비축기금이 있는 가스형 순환(탄소, 산소, 질소 순환) - 신속한 자기 조절 가능
- - 지각에 예비 기금이 있는 퇴적 순환(인, 칼슘, 철 등의 순환) - 더 불활성이며 물질의 대부분은 살아있는 유기체가 "접근할 수 없는" 형태입니다.
주기는 다음과 같이 나눌 수도 있습니다.
- - 폐쇄 (예 : 산소, 탄소 및 질소와 같은 기체 물질의 순환 - 해양의 대기 및 수권의 매장량이므로 부족이 신속하게 보상됨)
- -개방 (예 : 인과 같은 지각에 예비 기금 생성-따라서 손실이 제대로 보상되지 않음, 즉 적자가 발생함).
지구상의 생물학적 순환의 존재와 그 초기 연결에 대한 에너지 기반은 광합성 과정입니다. 각각의 새로운 순환 주기는 이전 순환의 정확한 반복이 아닙니다. 예를 들어, 생물권이 진화하는 동안 일부 과정은 비가역적이어서 생물학적 강수량의 형성 및 축적, 대기 중 산소량의 증가, 동위 원소의 정량적 비율의 변화 요소 등
물질의 순환을 일반적으로 생지화학적 순환이라고 합니다. 물질의 주요 생지화학적(생물권) 순환: 물 순환, 산소 순환, 질소 순환(질소 고정 박테리아의 참여), 탄소 순환(호기성 박테리아의 참여; 매년 약 130톤의 탄소가 지질로 배출됩니다. 순환), 인 순환(토양 박테리아의 참여; 매년 1,400만 톤의 인이 바다에서 씻겨 나옴), 황 순환, 금속 양이온 순환.
물의 순환
물의 순환은 위에서 언급한 것처럼 생명이 없는 상태에서도 수행할 수 있는 닫힌 순환이지만 살아있는 유기체가 이를 수정합니다.
주기는 전체 증발이 강수량에 의해 보상된다는 원리를 기반으로 합니다. 지구 전체에서 증발과 강수는 서로 균형을 이룹니다. 동시에 강수로 되돌아오는 물보다 더 많은 물이 바다에서 증발합니다. 반대로 육지에서는 더 많은 강수량이 떨어지지 만 초과분은 호수와 강으로 흘러 들어가고 거기에서 다시 바다로 흘러 들어갑니다. 대륙과 바다 사이의 수분 균형은 강의 유출수에 의해 유지됩니다.
따라서 지구 수문 순환에는 강수, 증발, 수분 이동 및 증산의 네 가지 주요 흐름이 있습니다.
생물권에서 가장 흔한 물질인 물은 많은 유기체의 서식지 역할을 할 뿐만 아니라 중요한 부분모든 생명체의 몸. 생물권에서 일어나는 모든 생명 과정에서 물의 엄청난 중요성에도 불구하고 생명체는 지구의 큰 물 순환에서 결정적인 역할을 하지 않습니다. 이 주기의 원동력은 물통이나 육지의 표면에서 물이 증발하는 데 사용되는 태양 에너지입니다. 증발된 수분은 바람에 날린 구름의 형태로 대기 중에 응결됩니다. 구름이 차가워지면 강수량이 내립니다.
자유 결합되지 않은 물의 총량(액체 염수가 있는 바다와 바다의 비율)이 86~98%를 차지합니다. 나머지 물(담수)은 극지방과 빙하에 저장되어 물통과 지하수를 형성합니다. 식생으로 덮인 육지 표면에 떨어지는 강수량은 잎 표면에 부분적으로 유지되고 이후 대기로 증발합니다. 토양에 도달하는 수분은 표면 유출수에 합류하거나 토양에 흡수될 수 있습니다. 토양에 완전히 흡수되면(토양의 유형, 암석의 특징 및 초목 덮개에 따라 다름) 과도한 퇴적물이 지하수 깊숙이 스며들 수 있습니다. 강우량이 물의 용량을 초과하는 경우 상층토양, 표면 유출이 시작되며 속도는 토양의 상태, 경사의 가파른 정도, 강수 기간 및 초목의 특성에 따라 다릅니다 (식생은 토양을 물 침식으로부터 보호 할 수 있음). 토양에 갇힌 물은 표면에서 증발하거나 식물 뿌리에 흡수된 후 잎을 통해 대기 중으로 증산(증발)될 수 있습니다.
물의 증산 흐름(토양-식물 뿌리-잎-대기)은 지구상의 큰 순환에서 생물을 통과하는 물의 주요 경로입니다.
탄소 순환
지구상의 다양한 유기 물질, 생화학적 과정 및 생명체는 탄소의 특성과 특성에 따라 달라집니다. 대부분의 살아있는 유기체의 탄소 함량은 건조 바이오매스의 약 45%입니다. 행성의 모든 생명체는 유기물과 지구의 모든 탄소의 순환에 관여하며, 이는 지속적으로 발생하고, 돌연변이를 일으키고, 죽고, 분해되며, 이 순서에서 탄소는 하나의 유기 물질에서 다른 유기 물질의 구성으로 전달됩니다. 먹이 사슬. 또한 모든 생물은 숨을 쉬며 이산화탄소를 배출합니다.
육지의 탄소 순환. 탄소 순환은 육상 식물과 해양 식물성 플랑크톤에 의한 광합성을 통해 유지됩니다. 식물은 이산화탄소를 흡수(무기 탄소 고정)함으로써 햇빛 에너지를 사용하여 이를 유기 화합물로 변환하여 자체 바이오매스를 생성합니다. 밤에는 모든 생물과 마찬가지로 식물도 숨을 쉬며 이산화탄소를 방출합니다.
죽은 식물, 시체 및 동물의 배설물은 수많은 종속 영양 유기체(동물, 부생 식물, 균류, 미생물)의 먹이 역할을 합니다. 이 모든 유기체는 주로 토양에서 살며 삶의 과정에서 유기 탄소를 포함하는 자체 바이오매스를 생성합니다. 그들은 또한 이산화탄소를 방출하여 "토양 호흡"을 만듭니다. 종종 죽은 유기물은 완전히 분해되지 않고 부식토(humus)가 토양에 축적되어 토양 비옥도에 중요한 역할을 한다. 유기 물질의 광물화 및 부식 정도는 습도, 온도, 토양의 물리적 특성, 유기 잔류물의 구성 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 박테리아와 곰팡이의 작용으로 부식질은 이산화탄소와 미네랄 화합물로 분해될 수 있습니다.
바다의 탄소 순환. 바다의 탄소 순환은 육지의 탄소 순환과 다릅니다. 해양에서 더 높은 영양 수준의 유기체의 약한 연결 고리, 따라서 탄소 순환의 모든 연결 고리. 바다의 영양 고리를 통한 탄소의 통과 시간은 짧고 방출되는 이산화탄소의 양은 미미합니다.
해양은 대기 중 이산화탄소 함량의 주요 조절자 역할을 합니다. 바다와 대기 사이에는 집중적인 이산화탄소 교환이 있습니다. 해수는 큰 용해력과 완충 능력을 가지고 있습니다. 탄산과 그 염(탄산염)으로 구성된 시스템은 CO의 확산을 통해 대기와 연결된 일종의 이산화탄소 저장소입니다. 물에서 대기로 또는 그 반대로.
식물성 플랑크톤 광합성은 낮 동안 바다에서 집중적으로 진행되는 반면 유리 이산화탄소는 집중적으로 소비되며 탄산염은 추가 형성원 역할을 합니다. 밤에는 동식물의 호흡으로 인해 유리산 함량이 증가함에 따라 상당 부분이 다시 탄산염 구성에 들어갑니다. 진행 중인 프로세스는 다음과 같은 방향으로 진행됩니다. 생명체? CO?? H?CO?? 사(NSO?)?? CaCO?.
자연에서 일정량의 유기물은 산소 부족, 환경의 높은 산도, 특정 매장 조건 등으로 인해 광물화되지 않습니다. 탄소의 일부는 무기물(석회석, 백악, 산호) 및 유기물(혈암, 석유, 석탄) 퇴적물의 형태로 생물학적 순환을 떠납니다.
인간 활동은 지구상의 탄소 순환에 중대한 변화를 일으키고 있습니다. 경관, 식생의 종류, 생물권과 그 먹이사슬이 변하고, 지표면의 광대한 지역이 배수되거나 관개되고, 토양 비옥도가 개선(또는 악화)되고, 비료와 살충제가 시용되고 있습니다. 가장 위험한 것은 연료 연소의 결과로 대기 중으로 이산화탄소가 방출되는 것입니다. 이것은 탄소 순환의 속도를 증가시키고 그 순환을 단축시킵니다.
산소 순환
산소는 지구상에 생명체가 존재하기 위한 전제 조건입니다. 그것은 거의 모든 생물학적 화합물에 포함되어 있으며 유기 물질 산화의 생화학 반응에 참여하여 생물권에서 유기체의 모든 중요한 과정에 에너지를 제공합니다. 산소는 대기, 토양, 물에서 동물, 식물 및 미생물의 호흡을 보장하고 암석, 토양, 실트, 대수층에서 발생하는 화학적 산화 반응에 참여합니다.
산소 순환의 주요 가지:
- - 광합성 동안 자유 산소의 형성 및 살아있는 유기체(식물, 동물, 대기 중의 미생물, 토양, 물)의 호흡 동안 흡수;
- - 오존 스크린의 형성;
- - 산화환원 조닝 생성;
- - 화산 폭발 시 일산화탄소의 산화, 황산염 퇴적암의 축적, 인간 활동의 산소 소비 등 모든 곳에서 분자 산소는 광합성에 관여합니다.
질소 순환
질소는 모든 살아있는 유기체의 생물학적으로 중요한 유기 물질의 일부입니다: 단백질, 핵산, 지단백질, 효소, 엽록소 등 공기 중의 질소 함량(79%)에도 불구하고 살아있는 유기체에는 부족합니다.
생물권의 질소는 유기체가 접근할 수 없는 기체 형태(N2)입니다. 화학적으로 활성이 낮기 때문에 고등 식물(및 대부분의 하등 식물)과 동물 세계에서 직접 사용할 수 없습니다. 식물은 암모늄 이온 또는 질산 이온의 형태로 토양에서 질소를 흡수합니다. 소위 고정 질소.
대기, 산업 및 생물학적 질소 고정이 있습니다.
대기 고정은 대기가 우주선에 의해 이온화되고 뇌우 동안 강한 전기 방전 중에 발생하는 반면 질소 및 암모니아 산화물은 대기 강수로 인해 암모늄, 아질산염, 질산염 질소로 변하는 공기의 분자 질소에서 형성됩니다. 토양과 물동이에 들어가십시오.
산업 고정화는 인간 활동의 결과로 발생합니다. 대기는 질소 화합물을 생성하는 식물에 의해 질소 화합물로 오염됩니다. 화력 발전소, 공장, 우주선, 초음속 항공기의 뜨거운 배출물은 공기 중의 질소를 산화시킵니다. 강수량과 함께 공기 수증기와 상호 작용하는 질소 산화물은 땅으로 돌아가 이온 형태로 토양에 들어갑니다.
생물학적 고정은 질소 순환에서 중요한 역할을 합니다. 그것은 토양 박테리아에 의해 수행됩니다.
- - 질소 고정 박테리아(및 남조류);
- - 고등 식물과 공생하는 미생물(결절균);
- - 암모니아화;
- - 질화;
- - 탈질화.
토양에 자유롭게 서식하는 질소고정 호기성세균(Azotobacter)은 호흡 시 토양 유기물이 산화되어 얻은 에너지로 인해 대기 분자 질소를 고정할 수 있어 궁극적으로 수소와 결합하여 아미노 그룹(-NH2)의 형태로 체내 아미노산 구성에 도입합니다. 분자 질소는 또한 토양(Clostridium)에 존재하는 일부 혐기성(산소 없이 사는) 박테리아를 고정시킬 수 있습니다. 죽어가는 미생물과 다른 미생물은 유기 질소로 토양을 풍부하게합니다.
논 토양에 특히 중요한 남조류는 분자 질소의 생물학적 고정도 가능합니다.
대기 질소의 가장 효과적인 생물학적 고정은 콩과 식물의 결절에서 공생하는 박테리아(결절 박테리아)에서 발생합니다.
이 박테리아(Rizobium)는 숙주 식물의 에너지를 사용하여 질소를 고정하는 동시에 숙주의 육상 기관에 사용 가능한 질소 화합물을 공급합니다.
질산염과 암모늄 형태의 토양에서 질소 화합물을 흡수한 식물은 몸에 필요한 질소 함유 화합물을 만듭니다(식물 세포의 질산염 질소는 미리 복원됨). 생산자 식물은 전체에 질소 함유 물질을 공급합니다. 동물의 세계그리고 인류. 죽은 식물은 영양 사슬에 따라 생물학적 환원제에 의해 사용됩니다.
암모니아화 미생물은 암모니아를 형성하면서 질소를 함유한 유기 물질(아미노산, 요소)을 분해합니다. 토양에 있는 유기 질소의 일부는 광물화되지 않고 휴믹 물질, 역청 및 퇴적암 성분으로 변환됩니다.
암모니아(암모늄 이온)는 식물의 뿌리 시스템에 들어가거나 질산화 과정에 사용될 수 있습니다.
질화 미생물은 화학합성이며, 모든 생명 과정을 보장하기 위해 암모니아 산화 에너지를 질산염으로, 아질산염을 질산염으로 사용합니다. 이 에너지로 인해 질산화제는 이산화탄소를 복원하고 신체의 유기 물질을 만듭니다. 질화 중 암모니아의 산화는 다음 반응에 따라 진행됩니다.
NH? + 3O? ? 2HNO? + 2H2O + 600kJ(148kcal).
HNO? +오? ? 2HNO? + 198kJ(48kcal).
질산화 과정에서 형성된 질산염은 다시 생물학적 순환에 들어가고 식물의 뿌리에 의해 토양에서 흡수되거나 유수와 함께 물통 (식물성 플랑크톤 및 식물 벤 토스)으로 들어간 후 흡수됩니다.
대기 질소를 고정하고 질화하는 유기체와 함께 생물권에는 질산염이나 아질산염을 분자 질소로 환원시킬 수 있는 미생물이 있습니다. 물이나 토양에 자유 산소가 부족한 탈질제라고 불리는 이러한 미생물은 질산염의 산소를 사용하여 유기 물질을 산화시킵니다.
C?H??O?(포도당) + 24KNO? ? 24KHC? + 6CO? + 12N? + 18H?O + 에너지
동시에 방출되는 에너지는 탈질 미생물의 모든 생명 활동의 기초가 됩니다.
따라서 살아있는 물질은 주기의 모든 연결에서 예외적인 역할을 합니다.
현재 인간에 의한 대기 질소의 산업적 고정은 토양의 질소 균형과 결과적으로 생물권의 전체 질소 순환에서 점점 더 중요한 역할을 합니다.
인 순환
인 순환은 더 간단합니다. 질소 저장고는 공기이지만 인 저장고는 암석이며 침식 중에 방출됩니다.
탄소, 산소, 수소 및 질소는 기체 형태이기 때문에 대기 중에서 더 쉽고 빠르게 이동하여 생물학적 순환에서 기체 화합물을 형성합니다. 생물의 존재에 필요한 유황을 제외한 다른 모든 원소의 경우 생물학적 순환에서 기체 화합물의 형성은 특징이 없습니다. 이러한 원소는 주로 물에 용해된 이온 및 분자 형태로 이동합니다.
오르토인산 이온의 형태로 식물에 의해 동화되는 인은 모든 살아있는 유기체의 생명에 중요한 역할을 합니다. ADP, ATP, DNA, RNA 및 기타 화합물의 일부입니다.
생물권에서 인의 순환이 열려 있습니다. 육상 생물지리학에서 인은 먹이 사슬을 통해 토양에서 식물에 흡수된 후 다시 인산염 형태로 토양에 들어갑니다. 인의 주요 양은 다시 식물의 뿌리 시스템에 흡수됩니다. 부분적으로 인은 빗물이 토양에서 물통으로 흘러가면서 씻겨 나갈 수 있습니다.
자연적인 생물지구세에서는 종종 인이 부족하고, 알칼리성 및 산화 환경에서는 일반적으로 불용성 화합물의 형태로 발견됩니다.
다량의 인산염에는 암석권의 암석이 포함되어 있습니다. 그들 중 일부는 점차적으로 토양으로 들어가고 일부는 인산염 비료 생산을 위해 인간에 의해 개발되며 대부분은 침출되어 수권으로 씻겨집니다. 거기에서 그들은 복잡한 먹이 사슬의 다른 영양 수준에서 식물성 플랑크톤 및 관련 유기체에 의해 사용됩니다.
세계 해양에서는 식물과 동물의 퇴적이 심해에 남아 있기 때문에 생물학적 순환에서 인산염의 손실이 발생합니다. 인은 주로 암석권에서 물과 함께 수권으로 이동하기 때문에 생물학적으로 암석권으로 이동한다(바닷새가 물고기를 잡아먹고 저서조류와 어분을 비료로 사용하는 등).
식물의 미네랄 영양의 모든 요소 중에서 인은 결핍된 것으로 간주될 수 있습니다.
유황주기
살아있는 유기체의 경우 유황은 유황 함유 아미노산 (시스틴, 시스테인, 메티오닌 등)의 일부이기 때문에 매우 중요합니다. 단백질 구성에 있어서 황 함유 아미노산은 단백질 분자의 필요한 3차원 구조를 유지합니다.
유황은 이온의 형태로 산화된 형태로만 토양에서 식물에 흡수됩니다. 식물에서 황은 환원되며 설프하이드릴(-SH) 및 디설파이드(-S-S-) 그룹 형태의 아미노산의 일부입니다.
동물은 유기물의 일부인 환원황만을 동화시킨다. 식물과 동물 유기체가 죽은 후 유황은 토양으로 돌아가 수많은 형태의 미생물 활동의 결과로 변형됩니다.
호기성 조건에서 일부 미생물은 유기 황을 황산염으로 산화시킵니다. 식물의 뿌리에 흡수되는 황산염 이온은 다시 생물학적 순환에 포함됩니다. 일부 황산염은 수분 이동에 포함되어 토양에서 제거될 수 있습니다. 휴믹 물질이 풍부한 토양에서는 상당한 양의 유황이 유기 화합물에서 발견되어 침출을 방지합니다.
혐기성 조건에서 유기 황 화합물의 분해는 황화수소를 생성합니다. 황산염과 유기 물질이 산소가 없는 환경에 있으면 황산염을 감소시키는 박테리아의 활동이 활성화됩니다. 그들은 황산염의 산소를 사용하여 유기물을 산화시키고 따라서 존재에 필요한 에너지를 얻습니다.
황산염 환원 박테리아는 지하수, 실트 및 정체된 해수에서 흔합니다. 황화수소는 대부분의 생물에게 독이 되므로 물이 채워진 토양, 호수, 강어귀 등에 축적됩니다. 중요한 프로세스를 크게 줄이거나 완전히 중지합니다. 이러한 현상은 표면에서 200m 미만의 깊이에서 흑해에서 관찰됩니다.
따라서 유리한 환경을 조성하려면 황화수소를 황산염 이온으로 산화시켜 황화수소의 유해한 영향을 파괴해야하며 황은 황산염 형태로 식물이 접근 할 수있는 형태로 변합니다. 이 역할은 유황 박테리아(무색, 녹색, 보라색) 및 티오닉 박테리아의 특수 그룹에 의해 자연에서 수행됩니다.
무색 유황 박테리아는 화학 합성입니다. 산소에 의한 황화수소의 산화에서 원소 황으로의 산화와 황산염으로의 추가 산화에서 얻은 에너지를 사용합니다.
유색 유황 박테리아는 황화수소를 수소 공여체로 사용하여 이산화탄소를 줄이는 광합성 유기체입니다.
녹색 유황 박테리아에서 생성된 원소 황은 세포에서 방출되고 보라색 박테리아에서는 세포 내부에 축적됩니다.
이 과정의 전반적인 반응은 광환원입니다.
CO?+ 2H?S 빛? (CH?O) + H?O +2S.
Thion 박테리아는 원소 황과 다양한 환원 화합물을 황산염으로 산화시켜 유리 산소를 희생하여 생물학적 순환의 주류로 되돌립니다.
유황이 전환되는 생물학적 순환 과정에서 살아있는 유기체, 특히 미생물이 큰 역할을 합니다.
황산염 이온이 토양에서 지속적으로 유입되기 때문에 우리 행성의 주요 유황 저장소는 세계 해양입니다. 바다에서 나온 황의 일부는 황화수소-이산화황으로 산화-황산과 황산염의 형성과 함께 빗물에 후자를 용해-강수와 함께 황을 지구의 토양 덮개로 되돌리는 계획에 따라 대기를 통해 육지로 돌아갑니다.
무기 양이온의 순환
살아있는 유기체를 구성하는 기본 요소(탄소, 산소, 수소, 인 및 황) 외에도 다른 많은 매크로 및 미량 요소(무기 양이온)가 중요합니다. 수조에서 식물은 환경에서 직접 필요한 금속 양이온을 받습니다. 육지에서 무기 양이온의 주요 공급원은 모암이 파괴되는 과정에서 무기 양이온을 받은 토양입니다. 식물에서 뿌리 시스템에 의해 흡수된 양이온은 잎과 다른 기관으로 이동합니다. 그들 중 일부(마그네슘, 철, 구리 및 기타 여러 가지)는 생물학적으로 중요한 분자(엽록소, 효소)의 일부입니다. 자유 형태로 남아있는 다른 것들은 세포 원형질의 필요한 콜로이드 특성을 유지하는 데 참여하고 다양한 기타 기능을 수행합니다.
살아있는 유기체가 죽으면 유기 물질의 광물화 과정에서 무기 양이온이 토양으로 되돌아갑니다. 토양에서 이러한 구성 요소의 손실은 빗물에 의한 금속 양이온의 침출 및 제거, 농작물 재배, 벌목, 가축 사료용 잔디 깎기 등에서 인간에 의한 유기물 거부 및 제거의 결과로 발생합니다.
미네랄 비료의 합리적인 사용, 토양 개간, 유기 비료의 적용 및 적절한 농업 기술은 생물권의 생물권에서 무기 양이온의 균형을 회복하고 유지하는 데 도움이 될 것입니다.
인위적 순환: 제노바이오틱스(수은, 납, 크롬)의 순환
인류는 자연의 일부이며 자연과의 지속적인 상호 작용을 통해서만 존재할 수 있습니다.
생물권에서 발생하는 물질과 에너지의 자연 순환과 인위적 순환 사이에는 유사점과 모순이 있습니다.
생명의 자연적(생지화학적) 순환에는 다음과 같은 특징이 있습니다.
- - 생명의 원천으로서의 태양 에너지의 사용 및 열역학 법칙에 기초한 모든 발현;
- - 낭비없이 수행됩니다. 생명 활동의 모든 산물은 광물화되어 물질 순환의 다음 주기에 다시 포함됩니다. 동시에 소모되고 평가 절하된 열 에너지는 생물권 외부에서 제거됩니다. 물질의 생지화학적 순환 중에 폐기물이 생성됩니다. 석탄, 석유, 가스 및 기타 형태의 매장량 광물 자원. 폐기물이 없는 자연 순환과 달리 인위적 순환은 매년 폐기물 증가를 동반합니다.
본질적으로 쓸모 없거나 해로운 것은 없으며 화산 폭발조차도 필요한 요소 (예 : 질소)가 화산 가스와 함께 공기에 들어가기 때문에 이점이 있습니다.
생물권에는 생물지화학적 순환의 전지구적 폐쇄 법칙이 있으며, 이는 그 발달의 모든 단계에서 유효하며, 천이 과정에서 생지화학적 순환의 폐쇄를 증가시키는 규칙도 있습니다.
인간은 생지화학적 순환에서 큰 역할을 하지만 그 반대 방향입니다. 인간은 물질의 기존 순환을 위반하며 이것은 생물권과 관련하여 파괴적인 지질 학적 힘을 나타냅니다. 인위적 활동의 결과로 생지화학적 순환의 고립 정도가 감소한다.
인위적 순환은 지구의 녹색 식물이 포착한 햇빛 에너지에 국한되지 않습니다. 인류는 연료, 수력 및 원자력 발전소의 에너지를 사용합니다.
현 단계에서의 인위적 활동은 생물권에 대한 거대한 파괴력이라고 주장할 수 있다.
생물권에는 오염 물질에 대한 상당한 저항이라는 특별한 속성이 있습니다. 이 안정성은 다양한 구성 요소의 자연스러운 능력을 기반으로 합니다. 자연 환 경자가 정화 및 자가 치유를 위해. 그러나 무제한은 아닙니다. 가능한 글로벌 위기로 인해 생물권의 가능한 상태에 대한 정보를 얻기 위해 생물권 전체의 수학적 모델("Gaia" 시스템)을 구축해야 했습니다.
xenobiotic은 생물학적 과정을 방해 할 수있는 인위적인 활동 (살충제, 가정용 화학 물질 및 기타 오염 물질)의 결과로 나타나는 살아있는 유기체에 이질적인 물질입니다. 질병 또는 사망. 이러한 오염 물질은 생분해되지 않고 영양 사슬에 축적됩니다.
수은은 매우 희귀한 원소입니다. 그것은 지각에 분산되어 있으며 주홍과 같은 소수의 광물에만 농축된 형태로 함유되어 있습니다. 수은은 기체 상태와 수용액에서 이동하는 생물권의 물질 순환에 관여합니다.
그것은 화산 가스 및 온천의 가스와 함께 진사에서 방출되는 동안 증발하는 동안 수권에서 대기로 들어갑니다. 대기 중의 기체 수은의 일부는 고체 상태로 전환되어 공기에서 제거됩니다. 떨어진 수은은 토양, 특히 점토, 물, 암석에 흡수됩니다. 가연성 광물 - 석유 및 석탄 - 수은은 최대 1mg / kg을 포함합니다. 바다의 수괴에는 약 16억 톤, 바닥 퇴적물에는 5000억 톤, 플랑크톤에는 200만 톤이 있습니다. 매년 약 40,000 톤이 육지에서 강물에 의해 수행되며 이는 증발 중에 대기로 들어가는 것 (400,000 톤)보다 10 배 적습니다. 매년 약 100,000톤이 지표면에 떨어집니다.
수은은 자연 환경의 천연 성분에서 인간의 건강을 위해 생물권으로 배출되는 가장 위험한 인공 배출물 중 하나로 변했습니다. 야금, 화학, 전기, 전자, 펄프, 제지 및 제약 산업에서 널리 사용되며 폭발물, 바니시 및 페인트의 생산과 의약품에 사용됩니다. 석탄, 석유 및 석유 제품을 사용하는 수은 광산, 수은 생산 공장 및 화력 발전소(CHP 및 보일러 하우스)와 함께 산업 폐수 및 대기 배출물은 이 독성 성분으로 인한 생물권 오염의 주요 원인입니다. 또한 수은은 종자를 처리하고 해충으로부터 작물을 보호하기 위해 농업에서 사용되는 유기 수은 살충제의 성분입니다. 그것은 음식 (계란, 절인 곡물, 동물과 새의 고기, 우유, 생선)과 함께 인체에 들어갑니다.
하천의 물과 바닥 퇴적물에 있는 수은
자연 수역에 유입되는 수은의 약 80%가 용해된 형태이며, 이는 궁극적으로 물의 흐름과 함께 장거리 확산에 기여하는 것으로 확인되었습니다. 순수한 원소는 독성이 없습니다.
수은은 상대적으로 무해한 농도로 바닥 미사 물에서 더 자주 발견됩니다. 무기수은화합물은 유기수은화합물로서 메틸수은 CH·Hg, 에틸수은 C·H·Hg 등의 유기수은화합물로 전환되는데, 이물질과 퇴적물, 호수와 하천 바닥의 토사, 몸을 덮고 있는 점액 속에 서식하는 세균에 의해 생성된다. 물고기, 또한 물고기 위 점액. 이 화합물은 쉽게 용해되고 이동성이 있으며 독성이 강합니다. 수은의 공격적인 작용의 화학적 기초는 황, 특히 단백질의 황화수소 그룹에 대한 친화력입니다. 이 분자는 염색체와 뇌 세포에 결합합니다. 어패류는 그것을 먹는 사람에게 위험한 수준까지 축적되어 미나마타병을 일으킬 수 있습니다.
금속 수은 및 그 무기 화합물은 주로 간, 신장 및 장에 작용하지만 정상적인 조건에서는 신체에서 비교적 빠르게 배설되며 인체에 위험한 양은 축적될 시간이 없습니다. 메틸 수은 및 기타 알킬 수은 화합물은 축적이 발생하기 때문에 훨씬 더 위험합니다. 독소는 중추 신경계에 작용하여 신체에서 배설되는 것보다 더 빨리 체내에 들어갑니다.
바닥 퇴적물은 수생 생태계의 중요한 특징입니다. 중금속, 방사성 핵종 및 독성이 강한 유기 물질을 축적함으로써 바닥 퇴적물은 한편으로는 수생 환경의 자체 정화에 기여하고 다른 한편으로는 수역의 2차 오염의 지속적인 원인입니다. 바닥 퇴적물은 장기적인 오염 패턴(특히 천천히 흐르는 수역)을 반영하는 유망한 분석 대상입니다. 더욱이 바닥 퇴적물에 무기 수은이 축적되는 것이 특히 하구에서 관찰됩니다. 퇴적물(실트, 강수)의 흡착 능력이 소진되면 긴장된 상황이 발생할 수 있습니다. 흡착 용량에 도달하면 중금속, 포함. 수은이 물에 들어갈 것입니다.
죽은 조류 퇴적물의 해양 혐기성 조건에서 수은은 수소를 부착하고 휘발성 화합물로 전달되는 것으로 알려져 있습니다.
미생물의 참여로 금속 수은은 두 단계로 메틸화될 수 있습니다.
CH?Hg+ ? (CH?)?Hg
메틸수은은 실질적으로 무기 수은이 메틸화되는 동안에만 환경에 나타납니다.
수은의 생물학적 반감기는 길며 대부분의 인체 조직에서 70-80일입니다.
황새치와 참치와 같은 대형 어류는 먹이 사슬 초기에 수은에 오염된 것으로 알려져 있습니다. 동시에, 어류보다 훨씬 더 많은 수은이 굴에 축적(축적)된다는 점에 주목하는 것은 흥미롭지 않습니다.
수은은 다음 체계에 따라 호흡, 음식, 피부를 통해 인체에 들어갑니다.
첫째, 수은의 변형이 있습니다. 이 요소는 여러 형태로 자연스럽게 발생합니다.
체온계에 사용되는 금속성 수은과 그 무기염(예: 염화물)은 신체에서 비교적 빠르게 제거됩니다.
훨씬 더 독성이 강한 것은 알킬 수은 화합물, 특히 메틸 및 에틸 수은입니다. 이 화합물은 신체에서 매우 천천히 배설됩니다. 하루 총량의 약 1%에 불과합니다. 자연수에 유입되는 대부분의 수은은 무기 화합물 형태이지만 항상 훨씬 더 독성이 강한 메틸 수은 형태로 물고기에 들어갑니다. 호수와 강의 바닥 토사, 물고기의 몸을 덮고 있는 점액, 물고기 위의 점액에 있는 박테리아는 무기 수은 화합물을 메틸수은으로 전환할 수 있습니다.
둘째, 선택적 축적 또는 생물학적 축적(농축)은 어패류의 수은 함량을 만수보다 몇 배 더 높은 수준으로 높입니다. 강에 서식하는 어패류는 메틸수은을 식품으로 사용하는 인간에게 위험한 농도로 축적합니다.
전 세계 어획량의 %는 0.5mg/kg 이하, 95%는 0.3mg/kg 이하의 수은을 함유하고 있습니다. 생선의 거의 모든 수은은 메틸수은의 형태입니다.
식품에서 인체에 대한 수은 화합물의 다양한 독성을 감안할 때 무기(총) 수은과 유기 결합 수은을 결정하는 것이 필요합니다. 총 수은 함량만 결정합니다. 의학적 및 생물학적 요구 사항에 따라 민물 포식성 어류의 수은 함량은 0.6mg/kg, 해양 어류의 경우 0.4mg/kg, 민물 비포식성 어류의 경우 0.3mg/kg, 참치의 경우 최대 0.7mg까지 허용됩니다. /kg.kg. 제품에서 유아식수은 함량은 육류 통조림에서 0.02mg/kg, 생선 통조림에서 0.15mg/kg, 나머지는 0.01mg/kg을 초과해서는 안 됩니다.
납은 자연 환경의 거의 모든 구성 요소에 존재합니다. 지각에 0.0016% 함유되어 있습니다. 대기 중 납의 자연 수준은 0.0005mg/m3입니다. 그것의 대부분은 먼지로 퇴적되며 약 40%는 대기 강수로 떨어집니다. 식물은 토양, 물, 대기 낙진에서 납을 얻고 동물은 식물과 물에서 납을 얻습니다. 금속은 음식, 물, 먼지와 함께 인체에 들어갑니다.
생물권에서 납 오염의 주요 원인은 다음과 같습니다. 가솔린 엔진, 배기 가스에는 트리에틸 납, 석탄을 태우는 화력 발전소, 광업, 야금 및 화학 산업이 포함되어 있습니다. 상당한 양의 납이 비료로 사용되는 폐수와 함께 토양에 유입됩니다. 체르노빌 원자력 발전소의 불타는 원자로를 끄기 위해 공기 풀에 들어가 광대 한 지역에 퍼진 납도 사용되었습니다. 납으로 인한 환경 오염이 증가함에 따라 뼈, 모발 및 간에서의 침착이 증가합니다.
크롬. 가장 위험한 것은 산성 및 알칼리성 토양, 담수 및 해수에서 동원되는 독성 크롬(6+)입니다. 안에 바닷물크롬은 Cr(3+)형으로 10~20%, Cr(6+)로 25~40%, 유기형으로 45~65%-이다. pH 범위 5 - 7에서는 Cr(3+)이 우세하고 pH > 7에서는 Cr(6+)입니다. Cr(6+) 및 유기 크롬 화합물은 해수에서 수산화철과 공침하지 않는 것으로 알려져 있다.
물질의 자연 순환은 사실상 닫혀 있습니다. 자연 생태계에서 물질과 에너지는 아껴서 소비되며 일부 유기체의 낭비는 다른 유기체의 존재에 중요한 조건입니다. 물질의 인위적인 순환은 천연 자원의 막대한 소비와 환경 오염을 유발하는 많은 양의 폐기물을 동반합니다. 가장 진보된 처리 시설을 만들어도 문제가 해결되지 않으므로 인위적 순환을 가능한 한 폐쇄할 수 있는 저폐기물 및 무폐기 기술 개발이 필요합니다. 이론적으로 폐기물이 없는 기술을 만드는 것은 가능하지만 저폐기물 기술이 현실입니다.
자연 현상에 대한 적응
적응은 진화 과정에서 유기체가 개발한 환경에 대한 다양한 적응(가장 단순한 것부터 가장 높은 것까지)입니다. 적응 능력은 생존 가능성을 제공하는 생활의 주요 속성 중 하나입니다.
적응 과정을 발전시키는 주요 요인에는 유전, 가변성, 자연(및 인공) 선택이 포함됩니다.
신체가 다른 외부 조건에 들어가면 내성이 바뀔 수 있습니다. 그러한 조건에 들어가면 잠시 후 그는 익숙해지고 그대로 적응합니다 (lat. 적응에서 적응까지). 이것의 결과는 생리적 최적 조건의 변화입니다.
특정 범위에서 생존에 적응하는 유기체의 특성 환경 요인생태 가소성이라고 합니다.
주어진 유기체가 살 수 있는 생태적 요인의 범위가 넓을수록 생태적 가소성이 커집니다. 가소성의 정도에 따라 스테노비온트(stenoeks)와 유리비온트(euryeks)의 두 가지 유형의 유기체가 구별됩니다. 따라서 stenobionts는 생태 학적으로 비 플라스틱입니다 (예를 들어 가자미는 바닷물에만 살고 붕어는 담수에만 산다). 짧고 강건하며 eurybionts는 생태 학적으로 유연합니다. 더 강합니다(예를 들어 가시가 세 개인 큰가시고기는 민물과 바닷물 모두에서 살 수 있습니다).
적응은 다차원적입니다. 유기체는 동시에 다양한 환경 요인에 순응해야 하기 때문입니다.
유기체를 환경 조건에 적응시키는 세 가지 주요 방법이 있습니다. 수동적인; 부작용 방지.
적응의 능동적 경로는 저항의 강화, 최적 요인의 편차에도 불구하고 신체의 모든 중요한 기능을 수행할 수 있도록 하는 조절 과정의 개발입니다. 예를 들어, 온혈 동물은 일정한 체온을 유지하여 그 안에서 일어나는 생화학적 과정에 최적입니다.
수동적 적응 경로는 유기체의 중요한 기능을 환경 요인의 변화에 종속시키는 것입니다. 예를 들어, 불리한 환경 조건에서 많은 유기체는 혐기성 상태로 들어갑니다( 숨겨진 삶), 신체의 신진 대사가 실제로 중단됩니다 (겨울 휴면 상태, 곤충의 무감각 상태, 동면, 포자와 씨앗 형태의 토양 포자 보존).
악영향 방지 - 불리한 조건을 피하는 데 도움이되는 적응의 발달, 유기체의 행동 (적응). 이 경우 적응은 다음과 같을 수 있습니다. 조류 이동, 겨울 동면).
살아있는 유기체는 주기적 요인에 잘 적응합니다. 비주기적 요인은 유기체의 질병 및 심지어 사망을 유발할 수 있습니다(예: 약물, 살충제). 그러나 장기간 노출되면 적응이 발생할 수도 있습니다.
매일, 계절, 조수 리듬, 태양 활동의 리듬, 달의 위상 및 기타 엄격하게 주기적인 현상에 적응한 유기체. 따라서 계절적 적응은 자연계의 계절성과 겨울 휴면상태로 구별된다.
자연의 계절성. 유기체의 적응에서 식물과 동물의 주요 가치는 연간 온도 변화입니다. 평균적으로 우리나라의 삶에 유리한 기간은 약 6 개월 (봄, 여름)입니다. 안정적인 서리가 내리기 전에도 자연에서 겨울 휴면 기간이 시작됩니다.
겨울 휴면. 겨울 휴면은 단지 다음으로 인한 발달 중단이 아닙니다. 저온, 그러나 복잡한 생리적 적응은 또한 특정 발달 단계에서만 발생합니다. 예를 들어, 말라리아 모기와 쐐기풀나방은 성충기, 배추나비는 번데기, 매미나방은 알기에서 월동한다.
바이오리듬. 진화 과정에 있는 각 종은 집약적인 성장과 발달, 번식, 월동 준비 및 월동의 특징적인 연간 주기를 발전시켰습니다. 이러한 현상을 생물학적 리듬이라고 합니다. 수명 주기의 각 기간과 해당 계절의 일치는 종의 존재에 매우 중요합니다.
대부분의 식물과 동물의 계절적 주기 조절의 주요 요인은 하루 길이의 변화입니다.
바이오리듬은 다음과 같습니다.
외인성(외부) 리듬(주기적인 환경 변화(낮과 밤, 계절, 태양 활동의 변화)에 대한 반응으로 발생) 내인성(내부 리듬)은 신체 자체에서 생성됩니다.
차례로 내인성은 다음과 같이 나뉩니다.
생리리듬(심장박동, 호흡, 내분비샘, DNA, RNA, 단백질합성, 효소, 세포분열 등)
생태적 리듬(매일, 연간, 조수, 음력 등)
DNA, RNA, 단백질 합성, 세포 분열, 심장 박동, 호흡 등의 과정에는 리듬이 있습니다. 외부 영향은 이러한 리듬의 위상을 이동시키고 진폭을 변경할 수 있습니다.
생리리듬은 몸의 상태에 따라 달라지지만 환경리듬은 외부리듬과 더 안정적으로 일치한다. 내인성 리듬을 통해 신체는 시간을 탐색하고 다가오는 환경 변화에 미리 대비할 수 있습니다. 이것이 신체의 생물학적 시계입니다. 많은 살아있는 유기체는 일주기 및 일주기 리듬이 특징입니다.
일주기 리듬(circadian) - 20~28시간 주기로 반복되는 생물학적 과정 및 현상의 강도와 특성. 일주기 리듬은 낮 동안의 동식물 활동과 관련이 있으며 일반적으로 온도와 빛의 강도에 따라 달라집니다. 예를 들어, 박쥐는 황혼에 날고 낮에는 쉬고, 많은 플랑크톤 유기체는 밤에 수면에 머물고 낮에는 깊은 곳으로 내려갑니다.
계절별 생물학적 리듬은 빛의 영향인 광주기와 관련이 있습니다. 하루의 길이에 대한 유기체의 반응을 광주기 현상이라고 합니다. Photoperiodism은 다양한 유기체에서 계절적 현상을 조절하는 일반적인 중요한 적응입니다. 식물과 동물의 광주기 연구는 빛에 대한 유기체의 반응이 낮 동안 특정 기간 동안 빛과 어둠의 기간이 번갈아 나타나는 것을 기반으로 한다는 것을 보여주었습니다. 낮과 밤의 길이에 대한 유기체(단세포에서 인간까지)의 반응은 그들이 시간을 측정할 수 있음을 보여줍니다. 일종의 생물학적 시계를 가지고 있습니다. 생물학적 시계는 계절 주기 외에도 다른 많은 생물학적 현상을 제어하고 전체 유기체의 활동과 세포 수준, 특히 세포 분열에서도 발생하는 과정의 정확한 일일 리듬을 결정합니다.
바이러스와 미생물에서 고등 식물과 동물에 이르기까지 모든 생명체의 보편적인 특성은 유전 물질의 갑작스럽고 자연적이며 인위적인 유전적 변화로 인해 유기체의 특정 징후에 변화를 일으키는 돌연변이를 일으킬 수 있는 능력입니다. 돌연변이 가변성은 환경 조건과 일치하지 않으며 일반적으로 기존 적응을 방해합니다.
많은 곤충이 특정 발달 단계에서 휴면(발달의 긴 정지) 상태에 빠지는데, 이는 불리한 조건에서 휴식 상태와 혼동되어서는 안 됩니다. 많은 해양 동물의 번식은 음력 리듬의 영향을 받습니다.
Circanian(거의 연간) 리듬은 10~13개월의 주기로 생물학적 과정 및 현상의 강도와 특성에서 반복되는 변화입니다.
사람의 신체적, 심리적 상태도 리드미컬한 성격을 가지고 있습니다.
일과 휴식의 흐트러진 리듬은 효율성을 감소시키고 인간의 건강에 악영향을 미칩니다. 에 있는 인간의 조건 극한 상황적응 및 회복을위한 시간이 거의 없기 때문에 이러한 조건에 대한 그의 준비 정도에 따라 달라집니다.
지구상의 모든 물질은 순환 과정에 있습니다. 태양 에너지는 지구에서 두 가지 물질 순환을 일으킵니다. 대형(지질학적, 생물권)그리고 작은 (생물학적).
생물권에서 물질의 대규모 순환은 두 가지 중요한 점을 특징으로 합니다. 그것은 지구의 전체 지질학적 발전에 걸쳐 수행되며 생물권의 추가 발전에 주도적인 역할을 하는 현대 행성 과정입니다.
지질학적 순환은 암석의 형성 및 파괴와 그에 따른 파괴 산물(파괴 물질 및 화학 원소)의 이동과 관련이 있습니다. 이러한 과정에서 중요한 역할은 햇빛의 흡수 및 반사, 열전도율 및 열용량과 같은 육지와 물 표면의 열적 특성에 의해 수행되었으며 계속 수행됩니다. 행성 대기 순환 시스템과 함께 지구 표면의 불안정한 열수 체제는 지구 개발의 초기 단계에서 내인성 과정과 함께 대륙, 해양 및 현대의 형성과 관련된 물질의 지질 순환을 결정했습니다. 지구권. 생물권이 형성됨에 따라 유기체의 생명 활동의 산물이 대순환에 포함되었습니다. 지질 순환은 살아있는 유기체에 영양분을 공급하고 그들의 존재 조건을 크게 결정합니다.
주요 화학 원소암석권 : 산소, 규소, 알루미늄, 철, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 등 - 상부 맨틀의 깊은 부분에서 암석권 표면으로 전달되는 큰 순환에 참여합니다. 결정화 과정에서 형성된 화성암
지구의 깊은 곳에서 암석권의 표면으로 들어간 마그마는 생물권에서 분해와 풍화를 겪습니다. 풍화 제품은 이동 상태로 이동하고, 물에 의해 운반되고, 바람이 낮은 구호 장소로 이동하고, 강과 바다로 떨어지고, 퇴적암의 두꺼운 지층을 형성하며, 시간이 지남에 따라 온도와 압력이 높은 지역의 깊이로 급락합니다. 변태, 즉 "재용해". 이 재용해 동안 새로운 변성암이 나타나 지각의 상부 지평으로 들어가 물질 순환에 다시 들어갑니다. (그림 32).
쌀. 32. 물질의 지질(대형) 순환
쉽게 움직이는 물질 - 지구의 대기와 수권을 구성하는 가스와 자연수 - 가장 집중적이고 빠른 순환을 겪습니다. 암석권의 물질은 훨씬 더 느리게 순환합니다. 일반적으로 모든 화학 원소의 각 순환은 지구상의 일반적인 물질 순환의 일부이며 모두 밀접하게 연결되어 있습니다. 이 순환에서 생물권의 생물은 외부 환경에서 유기체로, 다시 외부 환경으로 이동하면서 생물권에서 지속적으로 순환하는 화학 원소를 재분배하는 큰 일을 수행합니다.
물질의 작은 또는 생물학적 순환- 이것
식물, 동물, 균류, 미생물 및 토양 사이의 물질 순환. 생물학적 순환의 본질은 유기 물질의 생성과 파괴라는 두 가지 상반되지만 상호 관련된 과정의 흐름입니다. 유기물 출현의 초기 단계는 녹색 식물의 광합성, 즉 태양 에너지를 이용하여 이산화탄소, 물 및 단순 광물 화합물로부터 생명체가 형성되기 때문입니다. 식물(생산자)은 용액의 토양에서 황, 인, 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 망간, 규소, 알루미늄, 아연, 구리 및 기타 원소의 분자를 추출합니다. 초식 동물(1차 소비자)은 이미 식물성 식품의 형태로 이러한 요소의 화합물을 흡수합니다. 포식자(2차 소비자)는 초식 동물을 먹고 단백질, 지방, 아미노산 및 기타 물질을 포함하여 더 복잡한 구성의 음식을 섭취합니다. 죽은 식물과 동물의 유기물을 미생물(분해자)이 파괴하는 과정에서 단순한 광물 화합물이 토양과 수생 환경에 유입되어 식물이 동화할 수 있고 생물학적 순환의 다음 단계가 시작됩니다. (그림 33).
작은(생물학적) 순환
생물권의 생물체 질량은 상대적으로 작습니다. 지구 표면에 분포하면 1.5cm의 층만 얻을 수 있습니다 표 4.1은 지구의 생물권과 다른 지구권의 일부 정량적 특성을 비교합니다. 행성의 다른 껍질의 10-6 질량 미만을 차지하는 생물권은 비교할 수 없을 정도로 더 다양하며 그 구성을 백만 배 더 빠르게 갱신합니다.
표 4.1
생물권과 지구의 다른 지구권 비교
* 생체중을 기준으로 한 생체 물질
4.4.1. 생물권의 기능
생물권의 생물상 덕분에 지구상의 화학적 변형의 주요 부분이 수행됩니다. 따라서 V.I. 생물의 거대한 변형 지질학적 역할에 대한 Vernadsky. 유기적 진화를 통해 살아있는 유기체는 기관, 조직, 세포, 혈액, 전체 대기, 세계 해양의 전체 부피, 대부분의 토양 덩어리, 엄청난 양의 미네랄 물질을 통해 스스로를 통과했습니다. 그들의 장기, 조직, 세포, 혈액, 천 번 (103에서 105까지 다른 주기에 대해). 그리고 그들은 그것을 놓쳤을 뿐만 아니라 그들의 필요에 따라 지상 환경을 수정했습니다.
태양 에너지를 화학 결합 에너지로 변환하는 능력 덕분에 식물 및 기타 유기체는 행성 규모에서 여러 가지 기본적인 생지화학 기능을 수행합니다.
가스 기능. 생명체는 광합성과 호흡 과정에서 환경과 끊임없이 산소와 이산화탄소를 교환합니다. 식물은 지구의 지구화학적 진화와 현대 대기의 가스 구성 형성에서 환원 환경에서 산화 환경으로의 변화에 결정적인 역할을 했습니다. 식물은 모든 현대 생물체에 최적인 O2와 CO2의 농도를 엄격하게 제어합니다.
집중 기능. 살아있는 유기체는 많은 양의 공기와 자연 용액을 체내로 통과시켜 생물학적 이동(화학 물질의 이동)과 화학 원소 및 그 화합물의 농축을 수행합니다. 유기물의 생합성, 산호섬의 형성, 껍질과 골격의 구성, 퇴적 석회암층의 출현, 특정 금속광석의 퇴적물, 철망간단괴의 축적, 해저 등을 말한다. 생물학적 진화의 초기 단계는 수중 환경. 유기체는 묽은 수용액에서 필요한 물질을 추출하는 방법을 배웠고 체내 농도를 몇 배로 늘렸습니다.
생물의 산화 환원 기능은 원소의 생물학적 이동 및 물질의 농도와 밀접한 관련이 있습니다. 자연의 많은 물질은 안정적이며 정상적인 조건에서 산화되지 않습니다. 예를 들어 분자 질소는 가장 중요한 생물 발생 요소 중 하나입니다. 그러나 살아 있는 세포는 매우 강력한 촉매, 즉 비생물적 환경에서 일어날 수 있는 것보다 수백만 배 빠르게 많은 산화환원 반응을 수행할 수 있는 효소를 가지고 있습니다.
생물권 생명체의 정보 기능. 구조의 단순한 반영인 "죽은" 정보와 다른 활성("살아있는") 정보가 행성에 나타난 것은 최초의 원시 생명체의 출현과 함께였습니다. 유기체는 에너지의 흐름을 프로그램 역할을 하는 활성 분자 구조와 연결해 정보를 받을 수 있는 것으로 밝혀졌다. 분자 정보를 인지하고 저장하고 처리하는 능력은 자연계에서 고도의 진화를 거쳐 생태계를 형성하는 가장 중요한 요소가 되었습니다. 생물상 유전 정보의 총 저장량은 1015비트로 추정됩니다. 전체 생물군의 모든 세포에서 대사 및 에너지와 관련된 분자 정보 흐름의 총 전력은 1036 bit/s에 이릅니다(Gorshkov et al., 1996).
4.4.2. 생물학적 순환의 구성 요소.
생물학적 순환은 생물권의 모든 구성 요소 사이(즉, 토양, 공기, 물, 동물, 미생물 등) 사이에서 수행됩니다. 그것은 살아있는 유기체의 의무적 참여로 발생합니다.
생물권에 도달하는 태양 복사는 연간 약 2.5 * 1024 J의 에너지를 전달합니다. 그것의 0.3%만이 광합성 과정에서 유기 물질의 화학 결합 에너지로 직접 변환됩니다. 생물학적 순환에 관여. 그리고 지구에 떨어지는 태양 에너지의 0.1~0.2%는 순 1차 생산량에 포함되는 것으로 밝혀졌습니다. 추가 운명이 에너지는 영양 사슬의 캐스케이드를 통한 음식의 유기 물질 전달과 관련이 있습니다.
생물학적 순환은 조건부로 물질 순환과 에너지 순환과 같은 상호 관련된 구성 요소로 나눌 수 있습니다.
4.4.3. 에너지 사이클. 생물권의 에너지 전환
생태계는 에너지, 물질 및 정보를 지속적으로 교환하는 살아있는 유기체의 집합체라고 할 수 있습니다. 에너지는 일을 할 수 있는 능력으로 정의할 수 있습니다. 생태계의 에너지 이동을 비롯한 에너지의 특성은 열역학 법칙으로 설명됩니다.
열역학 제1법칙이나 에너지 보존법칙은 에너지는 사라지지 않고 새로 생성되지 않으며 단지 한 형태에서 다른 형태로 변할 뿐이라는 것입니다.
열역학 제2법칙에 따르면 엔트로피는 닫힌 시스템에서만 증가할 수 있습니다. 생태계의 에너지와 관련하여 다음 공식이 편리합니다. 에너지 변환과 관련된 프로세스는 에너지가 집중된 형태에서 확산된 형태로 전달되는 경우, 즉 분해되는 경우에만 자발적으로 발생할 수 있습니다. 사용할 수 없게 되는 에너지 양의 척도 또는 에너지가 저하될 때 발생하는 순서 변화의 척도는 엔트로피입니다. 시스템의 차수가 높을수록 엔트로피는 낮아집니다.
즉, 생명체는 우주의 에너지, 태양을 받아 지상파 과정의 에너지(화학적, 기계적, 열적, 전기적)로 변환합니다. 그것은 생물권에서 물질의 지속적인 순환에서 이 에너지와 무기 물질을 포함합니다. 생물권의 에너지 흐름은 태양에서 식물(autotrophs)을 거쳐 동물(heterotrophs)에 이르는 한 방향입니다. 일정한 중요한 환경 지표(항상성)가 있는 안정된 상태의 손길이 닿지 않은 자연 생태계는 가장 질서 정연한 시스템이며 가장 낮은 엔트로피를 특징으로 합니다.
4.4.4. 자연의 물질 순환
생물의 형성과 분해는 화학 원소의 생물학적 순환이라고 하는 단일 과정의 양면입니다. 생명은 유기체와 환경 사이의 화학 원소의 순환입니다.
순환의 이유는 유기체의 몸을 구성하는 요소의 한계 때문입니다. 각 유기체는 환경에서 생명에 필요한 물질을 추출하고 사용하지 않고 반환합니다. 여기서:
일부 유기체는 환경에서 직접 미네랄을 소비합니다.
다른 사람들은 먼저 가공 및 분리된 제품을 사용합니다.
세 번째 - 두 번째 등 물질이 원래 상태로 환경으로 돌아갈 때까지.
생물권에서 서로의 노폐물을 이용할 수 있는 다양한 유기체의 공존에 대한 필요성은 자명하다. 우리는 실질적으로 폐기물이 없는 생물학적 생산을 봅니다.
살아있는 유기체의 물질 순환은 조건부로 네 가지 과정으로 축소될 수 있습니다.
1. 광합성. 광합성의 결과 식물은 태양 에너지를 흡수하고 축적하며 무기 물질로부터 유기 물질(주요 생물학적 산물)과 산소를 합성합니다. 기본 생물학적 제품은 매우 다양합니다. 탄수화물 (포도당), 전분, 섬유질, 단백질, 지방이 포함되어 있습니다.
가장 간단한 탄수화물(포도당)의 광합성 체계는 다음과 같습니다.
이 과정은 낮에만 발생하며 식물의 질량이 증가합니다.
지구에서는 광합성의 결과로 연간 약 1,000억 톤의 유기물이 생성되고, 약 2,000억 톤의 이산화탄소가 흡수되며, 약 1,450억 톤의 산소가 방출됩니다.
광합성은 지구상의 생명체의 존재를 보장하는 데 결정적인 역할을 합니다. 그것의 세계적인 중요성은 광합성이 열역학 과정에서 에너지가 소산되지 않고 축적되는 유일한 과정이라는 사실에 의해 설명됩니다.
단백질을 구성하는 데 필요한 아미노산을 합성함으로써 식물은 다른 살아있는 유기체와 상대적으로 독립적으로 존재할 수 있습니다. 이것은 식물의 자가영양(영양의 자급자족)을 나타냅니다. 동시에 광합성 과정에서 형성된 식물의 녹색 덩어리와 산소는 동물, 미생물과 같은 다음 생명체 그룹의 생명을 유지하는 기초입니다. 이것은 이 유기체 그룹의 종속영양성을 보여줍니다.
2. 호흡. 과정은 광합성의 반대입니다. 모든 살아있는 세포에서 발생합니다. 호흡하는 동안 유기물은 산소에 의해 산화되어 이산화탄소, 물 및 에너지가 형성됩니다.
3. 독립영양생물과 종속영양생물 사이의 영양(영양) 관계. 이 경우 먹이 사슬의 연결 고리를 따라 에너지와 물질의 이동이 발생합니다. 이에 대해서는 앞에서 자세히 논의했습니다.
4. 증산 과정. 생물학적 순환에서 가장 중요한 과정 중 하나.
개략적으로 다음과 같이 설명할 수 있습니다. 식물은 뿌리를 통해 토양 수분을 흡수합니다. 동시에 물에 용해 된 미네랄 물질이 흡수되어 환경 조건에 따라 수분이 다소 집중적으로 증발합니다.
4.4.5. 생지화학적 순환
지질학적 순환과 생물학적 순환은 연결되어 있습니다. 단일 과정으로 존재하여 소위 생지화학적 순환(BGCC)이라고 하는 물질의 순환을 일으킵니다. 이러한 요소의 순환은 생태계에서 유기물질의 합성과 분해에 기인한다.(그림 4.1) 생물권의 모든 요소가 BHCC에 관여하는 것은 아니고 생물기원의 요소만 관여한다. 살아있는 유기체는 그것들로 구성되며 이러한 요소는 수많은 반응을 일으키고 살아있는 유기체에서 발생하는 과정에 참여합니다. 백분율 측면에서 생물권의 생물체 총 질량은 다음과 같은 주요 생물 발생 요소로 구성됩니다: 산소 - 70%, 탄소 - 18%, 수소 - 10.5%, 칼슘 - 0.5%, 칼륨 - 0.3%, 질소 - 0 , 3%, (산소, 수소, 질소, 탄소는 모든 풍경에 존재하며 살아있는 유기체의 기초입니다 - 98%).
화학 원소의 생물학적 이동의 본질.
따라서 생물권에는 물질의 생물학적 순환(즉, 유기체의 생명 활동으로 인한 순환)과 단방향 에너지 흐름이 있습니다. 화학 원소의 생물학적 이동은 주로 두 가지 반대 과정에 의해 결정됩니다.
1. 태양 에너지로 인해 환경 요소로부터 생명체가 형성됩니다.
2. 에너지 방출과 함께 유기 물질의 파괴. 동시에 미네랄 물질의 요소는 살아있는 유기체에 반복적으로 들어가 복잡한 유기 화합물의 구성에 들어가고 후자가 파괴되면 다시 미네랄 형태를 얻습니다.
살아있는 유기체의 일부이지만 생물학적 요소와 관련이없는 요소가 있습니다. 이러한 요소는 유기체의 중량 분율에 따라 분류됩니다.
다량 영양소 - 질량의 10-2% 이상의 성분;
미량 원소 - 9 * 10-3에서 1 * 10-3 질량의 구성 요소;
Ultramicroelements - 질량의 9 * 10-6% 미만;
생물권의 다른 화학 원소 중에서 생물 원소의 위치를 결정하기 위해 생태학에서 채택한 분류를 고려하십시오. 생물권에서 일어나는 과정에서 나타나는 활동에 따라 모든 화학 원소는 6개의 그룹으로 나뉩니다.
비활성 가스는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논입니다. 불활성 기체는 살아있는 유기체의 일부가 아닙니다.
귀금속 - 루테늄, 라듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금. 이 금속은 지각에서 거의 화합물을 생성하지 않습니다.
순환 또는 생물 발생 요소(철새라고도 함). 지각에 있는 이 생물학적 요소 그룹은 전체 질량의 99.7%를 차지하고 나머지 5개 그룹은 0.3%를 차지합니다. 따라서 대부분의 요소는 순환을 수행하는 이민자입니다. 지리적 봉투, 불활성 요소의 부분은 매우 작습니다.
자유 원자가 우세한 분산 요소. 그들은 화학 반응을 일으키지만 그들의 화합물은 지각에서 거의 발견되지 않습니다. 그들은 두 개의 하위 그룹으로 나뉩니다. 첫 번째-루비듐, 세슘, 니오븀, 탄탈륨-지각 깊이에서 화합물을 생성하고 미네랄 표면에서 파괴됩니다. 두 번째 - 요오드, 브롬 - 표면에서만 반응합니다.
방사성 원소 - 폴로늄, 라돈, 라듐, 우라늄, 넵투늄, 플루토늄.
희토류 원소 - 이트륨, 사마륨, 유로퓸, 툴륨 등
연중 생화학적 순환이 약 4800억 톤의 물질을 움직입니다.
그리고. Vernadsky는 화학 원소의 생물학적 이동의 본질을 설명하는 세 가지 생지화학 원리를 공식화했습니다.
생물권에서 화학 원소의 생물학적 이동은 항상 최대로 나타나는 경향이 있습니다.
지속 가능한 형태의 생명체를 창조하는 지질학적 시간의 과정에서 종의 진화는 원자의 생물학적 이동을 향상시키는 방향으로 진행됩니다.
생물은 환경과 지속적인 화학적 교환을 하고 있으며, 이는 생물권을 재창조하고 유지하는 요인입니다.
이러한 요소 중 일부가 생물권에서 어떻게 움직이는지 살펴보겠습니다.
탄소 순환. 생물주기의 주요 참여자는 유기 물질의 기초인 탄소입니다. 대부분 광합성 과정에서 생물과 대기의 이산화탄소 사이에서 탄소 순환이 일어난다. 초식동물은 먹이로 얻고 포식자는 초식동물에게서 얻습니다. 숨을 쉬고 썩을 때 이산화탄소는 부분적으로 대기로 되돌아가고 유기 미네랄이 연소될 때 돌아옵니다.
탄소가 대기로 돌아오지 않으면 7-8년 안에 녹색 식물이 탄소를 다 써버릴 것입니다. 광합성을 통한 탄소의 생물학적 전환율은 300년입니다. 바다는 대기 중 CO2 함량을 조절하는 데 중요한 역할을 합니다. CO2 함량이 대기 중으로 상승하면 일부는 물에 용해되어 탄산칼슘과 반응합니다.
산소주기.
산소는 화학 활성이 높으며 지각의 거의 모든 요소와 함께 화합물에 들어갑니다. 주로 화합물의 형태로 발생합니다. 생명체의 네 번째 원자는 산소 원자입니다. 대기 중의 거의 모든 분자 산소는 녹색 식물의 활동으로 인해 생성되어 일정한 수준으로 유지됩니다. 호흡 중에 결합되고 광합성 중에 방출되는 대기 산소는 200년 동안 모든 살아있는 유기체를 통과합니다.
질소 순환. 질소는 모든 단백질의 필수적인 부분입니다. 유기물을 구성하는 원소인 결합질소와 자연상태의 질소의 총 비율은 1:100,000이다. 질소 분자의 화학 결합 에너지는 매우 높습니다. 따라서 질소와 다른 원소(산소, 수소(질소 고정 과정))의 결합에는 많은 에너지가 필요합니다. 산업적 질소 고정은 -500°C의 온도와 -300atm의 압력에서 촉매가 있는 상태에서 발생합니다.
아시다시피 대기에는 78% 이상의 분자 질소가 포함되어 있지만 이 상태에서는 녹색 식물에 사용할 수 없습니다. 영양을 위해 식물은 질산과 아질산의 염만 사용할 수 있습니다. 이 염의 형성 방법은 무엇입니까? 다음은 그 중 일부입니다.
생물권에서 질소고정은 생촉매의 높은 효율로 인해 상온과 상압에서 여러 그룹의 혐기성 박테리아와 시아노박테리아에 의해 수행됩니다. 박테리아는 연간 약 10억 톤의 질소를 결합된 형태로 변환하는 것으로 알려져 있습니다(세계 산업 고정량은 약 9천만 톤입니다).
토양 질소 고정 박테리아는 공기 중의 분자 질소를 흡수할 수 있습니다. 그들은 질소 화합물로 토양을 풍부하게 하므로 그 가치는 매우 높습니다.
식물 및 동물 기원의 유기 물질의 질소 함유 화합물의 분해 결과.
박테리아의 작용으로 질소는 질산염, 아질산염, 암모늄 화합물로 전환됩니다. 식물에서 질소 화합물은 먹이 사슬에서 유기체에서 유기체로 전달되는 단백질 화합물의 합성에 참여합니다.
인 주기. 단백질 합성이 불가능한 또 다른 중요한 요소는 인입니다. 주요 원인은 화성암(인회석)과 퇴적암(인산염)입니다.
무기 인은 자연 침출 과정의 결과로 순환에 관여합니다. 인은 살아있는 유기체에 의해 동화되며, 그 참여로 많은 유기 화합물을 합성하고 다양한 영양 수준으로 옮깁니다.
영양 사슬을 따라 여행을 마친 유기 인산염은 미생물에 의해 분해되어 녹색 식물이 사용할 수 있는 무기 인산염으로 바뀝니다.
물질과 에너지의 이동을 보장하는 생물학적 순환 과정에서 폐기물이 쌓일 곳이 없습니다. 각 생명체의 폐기물(즉, 폐기물)은 다른 유기체의 번식지입니다.
이론적으로 생물권은 항상 바이오매스 생산과 분해 사이의 균형을 유지해야 합니다. 그러나 특정 지질 시대에는 특정 자연 조건, 대격변으로 인해 모든 생물학적 산물이 동화되고 변형되지 않았을 때 생물학적 순환의 균형이 교란되었습니다. 이 경우 잉여 생물학적 제품이 형성되어 지각, 수주, 퇴적물 아래에 보존되고 퇴적되어 영구 동토층에 도달했습니다. 그래서 석탄, 석유, 가스, 석회암 퇴적물이 형성되었습니다. 그들은 생물권을 어지럽히 지 않는다는 점에 유의해야합니다. 광합성 과정에서 축적된 태양 에너지는 유기 미네랄에 집중되어 있습니다. 이제 유기 화석 연료를 태움으로써 사람은 이 에너지를 방출합니다.
뛰어난 러시아 과학자 학자 V.I. Vernadsky.
생물권- 살아있는 유기체 전체와 이러한 유기체와 지속적으로 교환하는 과정에 있는 행성 물질의 일부를 포함하는 지구의 복잡한 외피. 이것은 인간을 둘러싼 자연 환경의 주요 구성 요소인 지구의 가장 중요한 지질권 중 하나입니다.
지구는 동심원으로 이루어져 있다 껍질(지권) 내부 및 외부 모두. 내부는 코어와 맨틀이고 외부는 다음과 같습니다. 암석권 - 6km(해저)에서 80km(산계)의 두께를 가진 지각(그림 1)을 포함한 지구의 돌 껍질; 수권 -지구의 물 껍질; 대기- 다양한 가스, 수증기 및 먼지의 혼합물로 구성된 지구의 가스 봉투.
고도 10~50km에는 오존층이 존재하며, 고도 20~25km에 최대 농도를 나타내는 오존층이 있어 인체에 치명적인 과도한 자외선으로부터 지구를 보호합니다. 생물권도 여기에 속합니다(외부 지구권).
생물권 -(오존층까지) 25-30km 높이까지 대기의 일부, 거의 전체 수권 및 약 3km 깊이까지 암석권의 상부를 포함하는 지구의 외피
쌀. 1. 지각 구조도
(그림 2). 이 부분의 특징은 행성의 살아있는 물질을 구성하는 살아있는 유기체가 살고 있다는 것입니다. 상호 작용 생물권의 비생물적 부분- 공기, 물, 암석 및 유기물 - 생물상토양과 퇴적암이 형성되었다.
쌀. 2. 생물권의 구조와 주요 구조 단위가 차지하는 표면의 비율
생물권과 생태계의 물질 순환
살아있는 유기체에 모두 사용 가능 화합물생물권에서 제한됩니다. 동화에 적합한 화학 물질의 소진성은 종종 육지나 바다의 특정 지역에서 특정 유기체 그룹의 발달을 방해합니다. Academician V.R. 무한의 유한한 속성을 부여하는 유일한 방법은 폐곡선을 따라 회전하도록 하는 것입니다. 결과적으로 물질의 순환과 에너지 흐름으로 인해 생물권의 안정성이 유지됩니다. 사용 가능 물질의 두 가지 주요 순환: 대형 - 지질 및 소형 - 생지화학.
거대한 지질학적 순환(그림 3). 결정질 암석(화성암)은 물리적, 화학적, 생물학적 요인의 영향을 받아 퇴적암으로 변합니다. 모래와 점토는 깊은 암석이 변형된 전형적인 퇴적물입니다. 그러나 퇴적물의 형성은 기존 암석의 파괴뿐만 아니라 해수, 바다 및 호수와 같은 천연 자원에서 생물기원 광물(미생물의 골격)의 합성을 통해서도 발생합니다. 느슨한 물 퇴적물은 퇴적 물질의 새로운 부분에 의해 저수지 바닥에서 분리되어 깊이 잠기고 새로운 열역학적 조건 (더 높은 온도 및 압력)으로 떨어지고 물을 잃고 굳어 퇴적암으로 변합니다.
앞으로이 암석은 새로운 온도 및 압력 조건으로의 깊은 변형 과정, 즉 변성 과정이 일어나는 더 깊은 지평으로 가라 앉습니다.
내인성 에너지 흐름의 영향으로 깊은 암석이 재용해되어 새로운 화성암의 원천인 마그마를 형성합니다. 이 암석이 지구 표면으로 올라간 후 풍화 및 운송 과정의 영향으로 다시 새로운 퇴적암으로 변형됩니다.
따라서 큰 순환은 태양(외인성) 에너지와 지구의 깊은(내인성) 에너지의 상호 작용으로 인한 것입니다. 그것은 생물권과 지구의 더 깊은 지평 사이에 물질을 재분배합니다.
쌀. 3. 물질의 대규모(지질학적) 순환(가는 화살표) 및 지각의 다양성 변화(실선 넓은 화살표 - 성장, 파선 - 다양성 감소)
큰 원태양 에너지에 의해 구동되는 수권, 대기 및 암석권 사이의 물 순환이라고도합니다. 물은 수역과 육지의 표면에서 증발한 다음 강수 형태로 지구로 돌아갑니다. 바다에서는 증발량이 강수량을 초과하고 육지에서는 그 반대입니다. 이러한 차이는 강의 흐름에 의해 보상됩니다. 육지 식생은 지구 물 순환에서 중요한 역할을 합니다. 지구 표면의 특정 지역에서 식물의 증산은 여기에 떨어지는 강수량의 최대 80-90%이며 모든 기후대에 대해 평균적으로 약 30%입니다. 큰 순환과 달리 물질의 작은 순환은 생물권 내에서만 발생합니다. 크고 작은 물 순환 사이의 관계는 그림에 나와 있습니다. 4.
행성 규모의 순환은 개별 생태계에서 유기체의 중요한 활동에 의해 구동되는 원자의 수많은 국지적 순환 운동과 지형 및 지질학적 요인(표면 및 지하 유출, 바람 침식, 해저, 화산 활동, 산악 건물 등).
쌀. 4. 물의 대지질순환(GBC)과 소생지화학적 순환(MBC)의 관계
몸에서 한 번 사용하고 열로 바뀌어 손실되는 에너지와 달리 생물권의 물질은 순환하면서 생지화학적 순환을 이룬다. 자연에서 발견되는 90개 이상의 원소 중에서 살아있는 유기체는 약 40개를 필요로 합니다. 그들에게 가장 중요한 것은 탄소, 수소, 산소, 질소와 같은 대량으로 필요합니다. 요소와 물질의 순환은 모든 구성 요소가 참여하는 자기 조절 프로세스를 통해 수행됩니다. 이러한 프로세스는 낭비가 아닙니다. 존재한다 생물권에서 생지화학적 순환의 전지구적 폐쇄 법칙개발의 모든 단계에서 작동합니다. 생물권의 진화 과정에서 생지화학의 폐쇄에서 생물학적 구성요소의 역할
누구 주기. 인간은 생지구화학적 순환에 훨씬 더 큰 영향을 미칩니다. 그러나 그 역할은 반대 방향으로 나타납니다(순환이 열림). 물질의 생지구화학적 순환의 기초는 태양 에너지와 녹색 식물의 엽록소입니다. 물, 탄소, 질소, 인 및 황과 같은 다른 가장 중요한 순환은 생지화학과 연관되어 있으며 이에 기여합니다.
생물권의 물 순환
식물은 광합성 중에 물 수소를 사용하여 유기 화합물을 만들고 분자 산소를 방출합니다. 모든 생명체의 호흡 과정에서 유기 화합물이 산화되는 동안 물이 다시 형성됩니다. 생명의 역사에서 수권의 모든 자유수는 행성의 생명체에서 반복적으로 분해와 신생의 순환을 거쳤습니다. 매년 약 500,000km3의 물이 지구의 물 순환에 관여합니다. 물의 순환과 매장량은 그림에 나와 있습니다. 5(상대적 용어로).
생물권의 산소 순환
지구는 광합성 과정 덕분에 자유 산소 함량이 높은 독특한 분위기를 갖게 되었습니다. 대기의 높은 층에서 오존의 형성은 산소 순환과 밀접한 관련이 있습니다. 산소는 물 분자에서 방출되며 본질적으로 식물의 광합성 활동의 부산물입니다. 비생물학적으로 산소는 수증기의 광분해로 인해 상층 대기에서 발생하지만 이 공급원은 광합성에 의해 공급되는 산소의 1000분의 1퍼센트에 불과합니다. 대기의 산소 함량과 수권 사이에는 이동 평형이 있습니다. 물에서는 약 21배 적습니다.
쌀. 그림 6. 산소 순환 체계: 굵은 화살표 - 산소 공급 및 소비의 주요 흐름
방출된 산소는 모든 호기성 유기체의 호흡 과정과 다양한 미네랄 화합물의 산화에 집중적으로 사용됩니다. 이러한 과정은 대기, 토양, 물, 미사 및 암석에서 발생합니다. 퇴적암에 결합된 산소의 상당 부분이 광합성 기원이라는 것이 밝혀졌습니다. 대기 중 O의 교환 자금은 광합성 총 생산량의 5%를 넘지 않습니다. 많은 혐기성 박테리아는 또한 이를 위해 황산염이나 질산염을 사용하여 혐기성 호흡 중에 유기물을 산화시킵니다.
식물에 의해 생성된 유기물의 완전한 분해에는 광합성 동안 방출된 것과 정확히 동일한 양의 산소가 필요합니다. 퇴적암, 석탄, 이탄에 매장된 유기물은 대기 중에 산소 교환 기금을 유지하는 기초 역할을 했습니다. 포함된 모든 산소는 통과합니다. 전체 주기약 2000년 동안 살아있는 유기체를 통해
현재 대기 산소의 상당 부분은 운송, 산업 및 기타 형태의 인위적 활동의 결과로 묶여 있습니다. 인류는 광합성 과정에서 공급되는 4300~4700억 톤의 총량 중 이미 100억 톤 이상의 자유산소를 소비하고 있는 것으로 알려져 있다. 광합성 산소의 일부만 교환 기금에 들어간다는 점을 고려하면 이와 관련하여 사람들의 활동이 놀라운 비율을 얻기 시작합니다.
산소 순환은 탄소 순환과 밀접한 관련이 있습니다.
생물권의 탄소 순환
화학 원소로서의 탄소는 생명의 기초입니다. 그는 할 수있다 다른 방법들다른 많은 요소와 결합하여 살아있는 세포를 구성하는 단순하고 복잡한 유기 분자를 형성합니다. 지구상의 분포 측면에서 탄소는 11위(지각 중량의 0.35%)를 차지하지만 생물체에서는 평균적으로 건조 바이오매스의 약 18 또는 45%를 차지합니다.
대기에서 탄소는 이산화탄소 CO 2 의 구성에 포함되며 메탄 CH 4 의 구성에는 덜 포함됩니다. 수권에서 CO 2는 물에 용해되며 총 함량은 대기보다 훨씬 높습니다. 해양은 대기 중 CO 2 조절을 위한 강력한 완충 역할을 합니다. 공기 중 CO 2 농도가 증가하면 물에 의한 이산화탄소 흡수가 증가합니다. 일부 CO 2 분자는 물과 반응하여 탄산을 형성한 다음 HCO 3 - 및 CO 2- 3 이온으로 해리됩니다. 이 이온은 칼슘 또는 마그네슘 양이온과 반응하여 탄산염을 침전시킵니다. 유사한 반응이 해양의 완충 시스템에 깔려 있습니다. 물의 pH를 일정하게 유지합니다.
대기와 수권의 이산화탄소는 탄소 순환의 교환 기금이며, 여기서 육상 식물과 조류에 의해 끌어옵니다. 광합성은 지구상의 모든 생물학적 주기의 기초가 됩니다. 고정 탄소의 방출은 광합성 유기체 자체와 박테리아, 균류, 먹이 사슬에 포함된 모든 종속 영양 생물의 호흡 활동 중에 발생하며 살아 있거나 죽은 유기물을 희생시킵니다.
쌀. 7. 탄소 순환
특히 활동적인 것은 수많은 유기체 그룹의 활동이 집중되어 죽은 식물과 동물의 잔해를 분해하고 식물의 뿌리 시스템의 호흡이 수행되는 토양에서 대기로 CO 2를 반환하는 것입니다. 이 통합 프로세스를 "토양 호흡"이라고 하며 대기 중 CO 2 교환 기금의 보충에 크게 기여합니다. 유기물의 광물화 과정과 병행하여 탄소가 풍부한 복잡하고 안정적인 분자 복합체인 부식질이 토양에 형성됩니다. 토양 부식질은 육지에서 중요한 탄소 저장고 중 하나입니다.
파괴자의 활동이 환경 요인에 의해 억제되는 조건(예: 토양과 수역 바닥에서 혐기성 체제가 발생하는 경우)에서는 식생에 의해 축적된 유기물이 분해되지 않고 시간이 지남에 따라 석탄과 같은 암석으로 변합니다. 이탄, sapropels , 오일 셰일 및 축적 된 태양 에너지가 풍부한 기타. 그들은 오랫동안 생물학적 순환에서 꺼진 탄소 예비 기금을 보충합니다. 탄소는 또한 살아있는 바이오매스, 죽은 쓰레기, 해양의 용해된 유기물 등에 일시적으로 축적됩니다. 하지만 쓰기에 탄소의 주요 준비금살아있는 유기체도 아니고 가연성 화석도 아니지만 퇴적암은 석회암과 백운암이다.그들의 형성은 또한 생명체의 활동과 관련이 있습니다. 이 탄산염의 탄소는 지구의 창자에 오랫동안 묻혀 있으며 지각 순환에서 암석이 노출되는 침식 동안에만 순환에 들어갑니다.
지구상의 탄소 총량 중 극히 일부만이 생지화학적 순환에 참여합니다. 대기 및 수권 탄소는 살아있는 유기체를 반복적으로 통과합니다. 육상 식물은 4-5년 안에 공기 중에서 매장량을 소진할 수 있고 토양 부식질 매장량은 300-400년 안에 소진될 수 있습니다. 교환 기금으로의 탄소의 주요 반환은 살아있는 유기체의 활동으로 인해 발생하며 화산 가스의 일부로 지구 내부에서 방출되어 그 중 일부(1/1000)만이 보상됩니다.
현재 거대한 화석 연료 매장량의 추출 및 연소는 매장량에서 생물권의 교환 기금으로 탄소를 이전하는 데 강력한 요인이 되고 있습니다.
생물권의 질소 순환
대기와 생명체는 지구상의 모든 질소의 2% 미만을 함유하고 있지만 지구상의 생명체를 지원하는 것은 바로 그 사람입니다. 질소는 가장 중요한 것 중 하나입니다. 유기 분자- DNA, 단백질, 지질단백질, ATP, 엽록소 등 식물조직에서 탄소와의 비율은 평균 1:30, 해조류 I:6이다. 따라서 질소의 생물학적 순환도 탄소와 밀접한 관련이 있다.
대기의 분자 질소는 식물이 사용할 수 없으며 암모늄 이온, 질산염 또는 토양이나 수용액의 형태로만 이 요소를 흡수할 수 있습니다. 따라서 질소 결핍은 종종 제한 요인입니다. 1차 생산- 무기에서 유기 물질을 생성하는 것과 관련된 유기체의 작업. 그럼에도 불구하고 대기중 질소는 특수한 박테리아(질소고정제)의 활동으로 인해 생물학적 순환에 광범위하게 관여하고 있다.
암모니아화 미생물도 질소 순환에 중요한 역할을 합니다. 그들은 단백질 및 기타 질소 함유 유기 물질을 암모니아로 분해합니다. 암모늄 형태에서 질소는 부분적으로 식물의 뿌리에 의해 재흡수되고 부분적으로는 미생물 그룹인 탈질소제의 기능과 반대되는 질화 미생물에 의해 차단됩니다.
쌀. 8. 질소 순환
토양이나 물의 혐기성 조건에서 질산염의 산소를 사용하여 유기물을 산화시켜 생활 활동에 필요한 에너지를 얻습니다. 질소는 분자 질소로 환원됩니다. 자연의 질소고정과 탈질소화는 거의 균형을 이룬다. 따라서 질소 순환은 주로 박테리아 활동에 의존하는 반면, 식물은 이 순환의 중간 생성물을 사용하고 바이오매스 생산을 통해 생물권에서 질소 순환을 크게 증가시킴으로써 질소 순환에 들어갑니다.
질소 순환에서 박테리아의 역할은 너무 커서 박테리아 종 중 20개만 파괴되면 지구상의 생명체가 사라질 것입니다.
질소의 비생물학적 고정과 그 산화물 및 암모니아가 토양으로 유입되는 것도 대기 이온화 및 번개 방전 동안 강우와 함께 발생합니다. 현대 비료 산업은 작물 생산량을 늘리기 위해 자연적인 질소 고정을 초과하여 대기 중 질소를 고정합니다.
현재 인간 활동은 질소 순환에 점점 더 많은 영향을 미치고 있으며, 주로 분자 상태로 돌아가는 과정에서 결합 형태로의 전환을 초과하는 방향으로 진행되고 있습니다.
생물권의 인 순환
ATP, DNA, RNA를 포함한 많은 유기 물질의 합성에 필요한이 요소는 오르토 인산 이온 (PO 3 4 +)의 형태로만 식물에 흡수됩니다. 그것은 토양과 물에서 인의 교환 자금이 적기 때문에 육지와 특히 해양에서 1차 생산을 제한하는 요소에 속합니다. 생물권 규모에서 이 요소의 순환은 닫히지 않습니다.
육지에서 식물은 부패하는 유기 잔류물에서 분해자에 의해 방출되는 인산염을 토양에서 끌어옵니다. 그러나 알칼리성 또는 산성 토양에서는 인 화합물의 용해도가 급격히 떨어집니다. 인산염의 주요 예비 기금은 지질학적 과거에 해저에서 생성된 암석에 포함되어 있습니다. 암석 침출 과정에서 이러한 매장량의 일부는 토양으로 들어가 현탁액 및 용액 형태로 수역으로 씻겨 나갑니다. 수권에서 인산염은 식물성 플랑크톤에 의해 사용되며 먹이 사슬을 통해 다른 수생 생물에게 전달됩니다. 그러나 해양에서는 대부분의 인화합물이 바닥에 동식물의 잔해와 함께 묻혀 있다가 퇴적암과 함께 거대한 지질학적 순환으로 전이된다. 깊은 곳에서 용해된 인산염은 칼슘과 결합하여 인산염과 인회석을 형성합니다. 실제로 생물권에서는 육지의 암석에서 바다 깊이까지 단방향 인의 흐름이 있으므로 수권에서의 교환 기금은 매우 제한적입니다.
쌀. 9. 인 순환
인산염과 인회석의 지상 침전물은 비료 생산에 사용됩니다. 민물에 인이 침투하는 것은 "개화"의 주된 이유 중 하나입니다.
생물권의 유황 순환
많은 아미노산의 구성에 필요한 황의 순환은 단백질의 3차원 구조를 담당하고 생물권에서 광범위한 박테리아에 의해 지원됩니다. 유기 잔류물의 황을 황산염으로 산화시키는 호기성 미생물과 황산염을 황화수소로 환원시키는 혐기성 황산염 환원제는 이 순환의 개별 연결에 참여합니다. 나열된 황 박테리아 그룹 외에도 황화수소를 원소 황으로, 나아가 황산염으로 산화시킵니다. 식물은 토양과 물에서 SO2-4 이온만 흡수합니다.
중앙의 링은 사용 가능한 황산 풀과 토양 및 퇴적물 깊숙이 있는 황화철 풀 사이에서 황을 교환하는 산화(O) 및 환원(R) 과정을 보여줍니다.
쌀. 10. 유황 순환. 중앙의 링은 사용 가능한 황산 풀과 토양 및 퇴적물 깊은 곳의 황화철 풀 사이에서 황을 교환하는 산화(0) 및 환원(R) 과정을 보여줍니다.
유황의 주요 축적은 바다에서 발생하며, 강 유거수와 함께 육지에서 황산염 이온이 지속적으로 공급됩니다. 황화수소가 물에서 방출되면 유황은 부분적으로 대기로 되돌아가서 이산화물로 산화되어 빗물에서 황산으로 변합니다. 다량의 황산염과 원소 황의 산업적 사용과 화석 연료의 연소는 다량의 이산화황을 대기 중으로 방출합니다. 이것은 초목, 동물, 사람에게 해를 끼치고 산성비의 원인이 되어 유황 순환에 대한 인간 개입의 부정적인 영향을 악화시킵니다.
물질의 순환 속도
물질의 모든 주기는 서로 다른 속도로 발생합니다(그림 11).
따라서 지구상의 모든 생물 요소의 순환은 서로 다른 부분의 복잡한 상호 작용에 의해 지원됩니다. 그들은 다른 기능을 가진 유기체 그룹의 활동, 바다와 육지를 연결하는 유출 및 증발 시스템, 물과 기단의 순환 과정, 중력의 작용, 암석권 판 구조론, 그리고 다른 대규모 지질학적 및 지구물리학적 과정에 의해.
생물권은 물질의 다양한 순환이 일어나는 하나의 복합 시스템으로 작용합니다. 이들의 메인 엔진 주기는 행성, 모든 살아있는 유기체,유기물의 합성, 변형 및 분해 과정을 제공합니다.
쌀. 11. 물질 순환율(P. Cloud, A. Jibor, 1972)
세계에 대한 생태학적 관점의 기초는 모든 생명체가 자신의 서식지인 비오토프를 형성하는 다양한 요인에 의해 둘러싸여 있다는 생각입니다. 따라서, 비오톱 - 특정 유형의 식물이나 동물의 생활 조건 측면에서 동질적인 영토 조각(계곡의 경사면, 도시 삼림 공원, 작은 호수 또는 큰 호수의 일부이지만 균일한 조건 - 해안 부분, 심해 부분).
특정 비오토프의 특성을 나타내는 유기체는 다음과 같습니다. 생명 공동체 또는 생물권(호수, 초원, 연안 지역의 동물, 식물 및 미생물).
생명 공동체 (biocenosis)는 비오토프와 함께 단일 전체를 형성합니다. 생태계 (생태계).개미집, 호수, 연못, 초원, 숲, 도시, 농장은 자연 생태계의 예가 될 수 있습니다. 인공 생태계의 전형적인 예는 우주선입니다. 보시다시피 여기에는 엄격한 공간 구조가 없습니다. 생태계의 개념에 가까운 개념은 생물 지질 증.
생태계의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.
- 무생물(무생물) 환경.이들은 물, 광물, 가스, 유기 물질 및 부식질입니다.
- 생물 성분.여기에는 생산자 또는 생산자(녹색 식물), 소비자 또는 소비자(생산자를 먹고 사는 생물), 분해자 또는 분해자(미생물)가 포함됩니다.
자연은 매우 경제적입니다. 따라서 유기체에 의해 생성된 바이오매스(유기체의 물질)와 그 안에 포함된 에너지는 생태계의 다른 구성원에게 전달됩니다. 동물은 식물을 먹고 이 동물은 다른 동물이 먹습니다. 이 프로세스는 음식 또는 영양 사슬.자연에서 먹이 사슬은 종종 교차합니다. 먹이사슬 형성.
먹이 사슬의 예: 식물 - 초식 동물 - 포식자; 시리얼 - 들쥐 - 여우 등 및 먹이 웹이 그림에 나와 있습니다. 12.
따라서 생물권의 평형 상태는 생태계의 모든 구성 요소 간의 물질과 에너지의 지속적인 교환으로 인해 유지되는 생물 및 비생물 환경 요인의 상호 작용을 기반으로 합니다.
자연 생태계의 폐쇄적 순환에서 다른 것들과 함께 분해자의 존재와 태양 에너지의 지속적인 공급이라는 두 가지 요소의 참여가 필수적입니다. 도시 및 인공 생태계에는 분해자가 거의 또는 전혀 없기 때문에 액체, 고체 및 기체 폐기물이 축적되어 환경을 오염시킵니다.
쌀. 12. 먹이그물과 물질 흐름의 방향
자연계 물질의 대순환태양 에너지와 지구의 깊은 에너지의 상호 작용으로 인해 생물권과 지구의 더 깊은 지평선 사이에 물질을 재분배합니다.
지각의 이동대에서 화성암의 풍화작용으로 형성된 퇴적암은 다시 고온고압대에 빠지게 된다. 그곳에서 그들은 녹아서 새로운 화성암의 근원인 마그마를 형성합니다. 이 암석이 지표면으로 올라오고 풍화 작용을 거친 후에 다시 새로운 퇴적암으로 변모합니다. 새로운 순환주기는 이전 순환을 정확히 반복하지는 않지만 새로운 것을 도입하여 시간이 지남에 따라 매우 중요한 변화를 가져옵니다.
추진력 대(지질) 순환~이다 외인성 및 내인성지질 학적 과정.
내인성 프로세스(내부 역학 과정) 방사성 붕괴, 광물 형성의 화학 반응, 암석 결정화 등의 결과로 방출되는 지구의 내부 에너지의 영향으로 발생합니다. (예 : 지각 운동, 지진, 마그마티즘 , 변성).
외생 프로세스(외부 역학 과정)은 태양의 외부 에너지의 영향으로 진행됩니다. 예: 암석 및 광물의 풍화, 지각의 일부 영역에서 파괴 생성물 제거 및 새로운 영역으로의 이전, 퇴적암 형성과 함께 파괴 생성물의 퇴적 및 축적. Ex.pr.에게 관계 대기, 수권, 살아있는 유기체와 인간의 지질 활동.
내생적 과정에 의해 가장 큰 지형(대륙 및 해양 저지대)과 큰 지형(산지 및 평원)이 형성되고, 더 큰 지형에 중첩되어 중소 지형(하천, 구릉, 협곡, 사구 등)이 형성되었습니다. 외인성 과정 때문입니다. 따라서 내생적 과정과 외생적 과정은 반대입니다. 전자는 큰 지형의 형성으로 이어지고 후자는 평활화로 이어집니다.
지질학적 순환의 예.화성암은 풍화작용을 받아 퇴적암으로 변한다. 지각의 이동 영역에서 그들은 지구의 깊이로 가라 앉습니다. 그곳에서 고온과 고압의 영향으로 녹아 마그마를 형성하고 표면으로 올라와 굳어 화성암을 형성합니다.
큰 주기의 예는 대기를 통한 육지와 해양 사이의 물 순환입니다(그림 2.1).
쌀. 2.1. 일반적으로 인정되는 수 문학적 (기후) 체계
자연의 물 순환
세계 해양(지구 표면으로 들어오는 태양 에너지의 거의 절반을 소비)의 표면에서 증발된 수분은 육지로 옮겨져 강수 형태로 떨어지고 다시 지표면의 형태로 바다로 돌아가고 지하 유출. 물 순환은 또한 더 간단한 계획에 따라 발생합니다. 해양 표면에서 수분 증발-수증기 응축-해양의 동일한 수면에 강수.
전체적으로 물 순환은 지구의 자연 조건을 형성하는 데 중요한 역할을 합니다. 식물에 의한 물의 증산과 생지화학적 순환에서의 물 흡수를 고려하면, 지구상의 전체 물 공급은 200만 년 후에 쇠퇴하고 회복됩니다.
따라서 물질의 지질 순환은 살아있는 유기체의 참여없이 진행되며 생물권과 지구의 더 깊은 층 사이에 물질을 재분배합니다.
