물질의 생물학적 및 지질학적 순환. 물질 순환

지질 회로물질은 육지와 바다 사이의 수평 방향에서 가장 빠른 속도를 가집니다. 큰 순환의 의미는 암석이 파괴되고 풍화되며 수용성 영양분을 포함한 풍화 산물이 해수 지층의 형성과 함께 물의 흐름에 의해 세계 해양으로 운반되고 부분적으로만 육지로 되돌아오는 것을 의미합니다. , 강수량 또는 인간이 물에서 추출한 유기체와 함께. 그런 다음 장기간에 걸쳐 대륙의 이동, 해저의 상승 및 하강, 화산 폭발 등 느린 지형 변화가 발생하여 형성된 지층이 육지로 돌아가고 과정이 다시 시작됩니다.

물질의 거대한 지질학적 순환. 노출 과정의 영향으로 암석의 파괴와 퇴적물이 발생합니다. 퇴적암이 형성됩니다. 안정된 침강 지역(보통 해저)에서는 지리적 외피의 물질이 지구의 깊은 층으로 들어갑니다. 또한 온도와 압력의 영향으로 변성 과정이 일어나 암석이 형성되고 물질이 지구 중심에 더 가깝게 이동합니다. 마그마티즘은 매우 높은 온도에서 지구의 장에서 발생합니다. 암석이 녹고 단층을 따라 마그마 형태로 지구 표면으로 올라가고 분출 중에 표면으로 쏟아집니다. 따라서 물질의 순환이 수행됩니다. 우주 공간과의 물질 교환을 고려하면 지질학적 순환이 복잡해집니다. 지구의 창자에 떨어진 물질의 일부 ​​입자가 반드시 표면으로 올라오는 것은 아니며, 그 반대의 경우도 마찬가지이며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 전에.

지구상의 자연 과정의 주요 에너지 원

태양 복사는 지구상의 주요 에너지 원입니다. 그 힘은 태양 광선에 수직 인 단위 면적의 면적을 통과하는 에너지의 양인 태양 상수가 특징입니다. 하나의 천문 단위 거리(즉, 지구 궤도에서)에서 이 상수는 약 1370W/m²입니다.

살아있는 유기체는 태양 에너지(광합성)와 화학 결합 에너지(화학합성)를 사용합니다. 이 에너지는 다양한 자연적 및 인공적 과정에서 사용될 수 있습니다. 모든 에너지의 1/3은 대기에 의해 반사되고, 0.02%는 광합성을 위해 식물이 사용하며, 나머지는 지구, 바다, 대기, 공기 이동 등 많은 자연적 과정을 지원하는 데 사용됩니다. 중량 직접 태양열 가열 또는 광전지를 사용한 에너지 변환을 사용하여 전기(태양광 발전소)를 생성하거나 다른 작업을 수행할 수 있습니다. 유용한 작업. 먼 과거에는 석유 및 기타 화석 연료에 저장된 에너지도 광합성을 통해 얻었습니다.

이 거대한 에너지는 지구 온난화로 이어집니다. 자연적인 과정을 거친 후에는 다시 복사되고 대기가 다시 되돌아가는 것을 허용하지 않기 때문입니다.

2. 지구의 내부 에너지 징후 - 화산, 온천

18. 생물 및 비생물 기원의 에너지 전환

기능하는 자연 생태계에는 낭비가 없습니다.살아 있거나 죽은 모든 유기체는 잠재적으로 다른 유기체의 먹이가 됩니다. 애벌레는 잎을 먹고, 아구창은 애벌레를 먹고, 매는 아구창을 먹을 수 있습니다. 식물, 애벌레, 개똥지빠귀, 매가 죽으면 분해자에 의해 차례로 처리됩니다.

같은 종류의 음식을 먹는 모든 생물은 같은 종에 속한다 트로피 수준.

유기체 자연 생태계상호 연결된 많은 먹이 사슬의 복잡한 네트워크에 관여합니다. 이와 같은 네트워크를 먹이사슬.

에너지 흐름의 피라미드:한 트로피 레벨에서 다른 트로피 레벨로 전환할 때마다 먹이사슬또는 네트워크, 작업이 완료되고 열 에너지가 환경으로 방출되고 에너지의 양이 고품질다음 영양 수준의 유기체가 사용하는 양이 감소합니다.

10% 규칙:한 영양 수준에서 다른 수준으로 이동할 때 에너지의 90%가 손실되고 10%가 다음 수준으로 이전됩니다.

먹이 사슬이 길수록 더 많은 유용한 에너지가 낭비됩니다. 따라서 먹이 사슬의 길이는 일반적으로 4~5개의 링크를 초과하지 않습니다.

지구의 풍경 영역 에너지:

1) 태양 에너지: 열, 복사

2) 지구의 장에서 나오는 열에너지의 흐름

3) 조류의 에너지

4) 지각 에너지

5) 광합성 중 에너지 동화

자연의 물 순환

자연의 물 순환은 지구의 생물권에서 물의 순환 이동 과정입니다. 그것은 증발, 응축 및 강수 (대기 강수는 부분적으로 증발하고 부분적으로는 임시 및 영구 배수 및 저수지를 형성하며 부분적으로는 땅으로 스며 들어 지하수를 형성 함)와 맨틀 탈기 과정으로 구성됩니다. 물은 맨틀에서 지속적으로 흐릅니다. 물은 아주 깊은 곳에서도 발견되었습니다.

증발로 인해 바다가 사라지고 있습니다. 더 많은 물육지에서 강수량으로 얻은 것보다 상황이 역전됩니다. 물은 지속적으로 지구 주위를 순환하면서 총변경되지 않습니다.

지구 표면의 75%는 물로 덮여 있습니다. 지구의 물 껍질은 수권입니다. 그것의 대부분은 바다와 바다의 염수이며 작은 부분은 민물호수, 강, 빙하, 지하수 및 수증기.

지구상에서 물은 액체, 고체, 기체의 세 가지 응집 상태로 존재합니다. 살아있는 유기체는 물 없이는 존재할 수 없습니다. 모든 유기체에서 물은 화학 반응그것 없이는 살아있는 유기체가 살 수 없습니다. 물은 생명체의 생명에 가장 소중하고 가장 필요한 물질입니다.

자연에는 몇 가지 유형의 물 순환이 있습니다.

대규모 또는 세계 순환 - 해양 표면 위에 형성된 수증기는 바람에 의해 대륙으로 운반되어 강수 형태로 떨어지고 유거수의 형태로 바다로 돌아갑니다. 이 과정에서 수질이 변합니다. 증발하는 동안 소금, 바닷물신선하고 오염되어 정화됩니다.

작은 또는 해양 순환 - 해양 표면 위에 형성된 수증기가 응결되어 다시 강수로 바다로 침전됩니다.

대륙간 순환 - 육지 표면 위에서 증발한 물은 다시 강수 형태로 육지에 떨어집니다.

결국 이동 과정의 강수량은 다시 바다에 도달합니다.

전송 속도 다양한 종류물은 넓은 범위에 걸쳐 변화하므로 흐르는 기간과 물이 재생되는 기간도 다릅니다. 몇 시간에서 수십만 년까지 다양합니다. 해양, 바다, 육지에서 물이 증발하여 형성되어 구름의 형태로 존재하는 대기 수분은 평균 8일 후에 갱신됩니다.

살아있는 유기체를 구성하는 물은 몇 시간 안에 복원됩니다. 이것이 가장 활성 형태물 교환. 산악 빙하의 물 보유량을 갱신하는 기간은 약 1,600년이며 극지방의 빙하에서는 훨씬 더 길어 약 9,700년입니다.

세계 해양의 완전한 재생은 약 2,700년 후에 발생합니다.

태양 복사, 이동 및 회전하는 지구 상호 작용의 영향.

안에 이 문제계절 변동성을 고려해야 합니다: 겨울/여름. 지구의 자전과 운동으로 인해 태양 복사가 고르지 않게 도달한다는 것을 설명합니다. 기후 조건위도에 따라 변경합니다.

지구는 황도면에 대해 23.5도 기울어져 있습니다.

광선은 다른 각도로 이동합니다. 방사선 균형. 알베도를 감안하면 얼마나 얻었느냐가 중요한 것이 아니라 얼마나 잃었느냐, 얼마나 남았느냐가 중요하다.

대기 활동 센터

대기의 일반적인 순환과 관련된 지속적인 고기압 또는 저기압의 넓은 지역 - 대기 활동의 중심. 그들은 바람의 우세한 방향을 결정하고 형성의 중심 역할을 합니다. 지리적 유형기단. 시놉틱 맵에서는 닫힌 선인 등압선으로 표시됩니다.

원인: 1) 지구의 이질성;

2) 피지컬의 차이. 땅과 물의 성질(열용량)

3) 표면 알베도(R/Q)의 차이: 물 – 6%, 등가. 숲 - 10-12%, 넓은 숲 - 18%, 초원 - 22-23%, 눈 - 92%;

4) F 코리올리

이로 인해 OCA가 발생합니다.

대기 활동 센터:

● 영구적인- 일년 내내 높거나 낮은 압력이 존재합니다.

1. 적도 아래로 스트립. 축이 태양을 따라 적도에서 여름 반구쪽으로 다소 이동하는 압력 - 적도 우울증 (이유 : 많은 양의 Q와 바다);

2. 하나의 아열대 밴드가 상승했습니다. 북한 압박. 그리고 유즈. 반구; 몇몇은 여름에 더 높은 아열대 지방으로 이동합니다. 겨울의 위도-낮은 위도; 여러 해양으로 나뉩니다. 고기압: 북쪽에서. 반구 - Azores anticyclone (특히 여름에) 및 Hawaiian; 남 - 남인도, 남태평양 및 남대서양;

3. 영역이 낮아졌습니다. 온대 고위도의 바다에 가해지는 압력: 북쪽. 반구 - 아이슬란드(특히 겨울철) 및 알류산 저지대, 남쪽 - 남극 대륙(50 0 S)을 둘러싼 저압의 연속 고리;

4. 증가 영역. 북극(특히 겨울철)과 남극 대륙에 대한 압력 - 고기압;

● 계절-한 계절 동안 고기압 또는 저기압 영역으로 추적되고 다른 계절에는 반대 기호의 대기의 중심으로 변경됩니다. 그들의 존재는 해수면 온도와 관련하여 육지 표면 온도의 연중 급격한 변화와 관련이 있습니다. 토지의 여름 과열은 이곳의 저지대 형성에 유리한 조건을 만듭니다. 압력, 겨울 저체온증 - 증가한 지역. 압력. 모두. 겨울 지역에 대한 반구가 증가했습니다. 압력에는 몽골에 중심이 있는 아시아인(시베리아)과 남호주, 남미 및 남아프리카 최대에 있는 캐나다 최대가 포함됩니다. 여름 지역 낮은 압력: Sev. 반구 - 남쪽의 남아시아(또는 서아시아) 및 북미 최저점. - 호주, 남미 및 남아프리카 최저).

대기의 작용 중심은 특정 유형의 날씨에 내재되어 있습니다. 따라서 여기의 공기는 적도 우울증에서는 덥고 습하고 몽골 고기압에서는 춥고 건조하며 아이슬란드 저기압에서는 시원하고 습한 등 기본 표면의 특성을 상대적으로 빠르게 얻습니다.

행성 열 전달 및 그 원인

행성 열전달의 주요 특징. 지구 표면에 흡수된 태양 에너지는 난류에 의한 증발 및 열 전달에 소비됩니다. 증발은 지구 전체에서 평균적으로 약 80%, 난류 열 전달은 전체 열의 나머지 20%를 차지합니다.

열 전달 과정과 바다와 육지 구성 요소의 지리적 위도에 따른 변화는 매우 독특합니다. 봄과 여름에 땅이 흡수한 모든 열은 가을과 겨울에 완전히 손실됩니다. 따라서 균형 잡힌 연간 열 예산으로 모든 곳에서 0과 같습니다.

세계 해양에서는 물의 높은 열용량과 저위도에서의 이동성으로 인해 열이 축적되어 해류에 의해 소비가 섭취량을 초과하는 고위도로 이동합니다. 따라서 물과 공기의 열교환에서 발생하는 결함이 커버됩니다.

세계 해양의 적도 지역에서는 흡수된 일사량이 많고 에너지 소비가 감소하여 연간 열 수지가 최대 양의 값을 가집니다. 적도에서 멀어지면 열 전달 소모품(주로 증발)의 증가로 인해 양의 연간 열 예산이 감소합니다. 열대에서 온대 위도로 전환함에 따라 열 예산은 마이너스가 됩니다.

육지에서 봄-여름에 받은 열은 모두 가을-겨울 기간에 소비됩니다. 세계 해양의 물에는 지구의 오랜 역사 동안 7.6 * 10^21kcal에 해당하는 엄청난 양의 열이 축적되었습니다. 이러한 큰 질량의 축적은 물의 높은 열용량과 강렬한 혼합으로 설명되며, 그 동안 해양권의 두께에서 다소 복잡한 열 재분배가 발생합니다. 전체 대기의 열용량은 세계 해양의 10미터 층보다 4배 적습니다.

지구 표면과 공기 사이의 난류 열 교환에 사용되는 태양 에너지의 비율이 상대적으로 적다는 사실에도 불구하고 대기의 표면 근처 부분의 주요 가열원입니다. 이 열 전달의 강도는 공기와 기본 표면(물 또는 육지) 사이의 온도 차이에 따라 달라집니다. 행성의 저위도(적도에서 두 반구의 약 40위까지)에서 공기는 주로 육지에서 가열되어 태양 에너지를 축적할 수 없으며 받는 모든 열을 대기로 방출합니다. 난기류 열 전달로 인해 공기 껍질은 연간 20~40kcal/cm^2를 받으며, 습기가 적은 지역(사하라, 아라비아 등)에서는 60kcal/cm^2 이상을 받습니다. 이 위도의 물은 열을 축적하여 난기류 열교환 과정에서 공기에 연간 5-10kcal/cm^2 이하만 제공합니다. 특정 지역(제한된 지역)에서만 물이 매년 평균적으로 더 차가워지므로 공기로부터 열을 받습니다(적도 지역, 인도양 북서쪽 및 아프리카 서해안 및 남미).

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큰 지질학적 순환은 지각 깊숙이 있는 퇴적암을 포함하며, 오랜 시간 동안 그 안에 포함된 요소를 시스템에서 차단합니다. 생물학적 순환. 동안 지질학적 역사변형된 퇴적암은 지구 표면에서 다시 한 번 살아있는 유기체, 물, 공기의 활동에 의해 점차 파괴되고 다시 생물권 순환에 포함됩니다.

거대한 지질학적 순환은 수십만 년 또는 수백만 년에 걸쳐 발생합니다. 그것은 다음과 같이 구성됩니다. 암석은 파괴되고 풍화되며 결국 바다로 흐르는 물에 의해 씻겨 나갑니다. 여기에서 그들은 바닥에 퇴적되어 퇴적암을 형성하고 인간이나 다른 동물에 의해 물에서 제거된 유기체와 함께 부분적으로만 육지로 돌아갑니다.

거대한 지질 순환의 중심에는 생명체의 참여 없이 광물 화합물을 행성 규모로 한 곳에서 다른 곳으로 옮기는 과정이 있습니다.

작은 순환 외에도 큰 지질 순환이 있습니다. 일부 물질은 (바다의 바닥 퇴적물을 통해 또는 다른 방식으로) 지구의 깊은 층으로 들어가며 다양한 화합물, 광물 및 유기물의 형성으로 느린 변형이 발생합니다. 지질 순환의 과정은 주로 활동적인 핵인 지구의 내부 에너지에 의해 지원됩니다. 동일한 에너지가 지구 표면에 물질을 방출하는 데 기여합니다. 따라서 물질의 큰 순환이 닫힙니다. 수백만 년이 걸립니다.

물질의 대규모 지질학적 순환의 속도와 강도와 관련하여 현재 정확한 데이터를 제공하는 것은 불가능하며 대략적인 추정치만 있으며 외인성 구성 요소에 대해서만 있습니다. 일반주기, 즉. 맨틀에서 지각으로의 물질 유입을 고려하지 않고.

이 탄소는 큰 지질학적 순환에 참여합니다. 작은 생물 순환 과정에서 이 탄소는 일반적으로 생물권과 생명의 가스 균형을 유지합니다.

세계의 일부 강의 단단한 유출수.

지구 물질의 큰 지질학적 순환에 대한 생물권 및 기술권 구성요소의 기여는 매우 중요합니다. 인간 생산 활동 영역의 확장으로 인해 기술권 구성요소가 지속적으로 점진적으로 성장하고 있습니다.

지구 표면의 주요 테크노바이오-지화학적 흐름은 육지의 70%가 바다로, 30%가 폐쇄된 배수구가 없는 함몰부로 물질의 대규모 지질학적 순환의 틀 내에서 이루어지지만 항상 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르기 때문에, 각각 중력의 작용의 결과로 지각 물질이 ​​높은 곳에서 낮은 곳으로, 육지에서 바다로 분화됩니다. 역방향 흐름(대기 수송, 인간 활동, 지각 운동, 화산 활동, 유기체 이동)은 물질의 이러한 일반적인 하향 이동을 어느 정도 복잡하게 만들어 지역 이동 주기를 생성하지만 일반적으로 변경하지는 않습니다.

대기를 통한 육지와 해양 사이의 물 순환은 큰 지질학적 순환을 의미합니다. 물은 바다 표면에서 증발하여 육지로 옮겨져 강수 형태로 떨어지고 다시 지표면과 지하 유출의 형태로 바다로 돌아가거나 강수 형태로 지표면으로 떨어집니다. 바다. 매년 500,000km3 이상의 물이 지구의 물 순환에 참여합니다. 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.

그의 공식에 따르면, 물질의 생물학적 순환은 자연에 있는 물질의 대규모 지질학적 순환 궤도의 일부에서 발달합니다.

표면에 의한 물질의 수송과 지하수-이것은 지구의 땅의 지구 화학적 분화 측면에서 주요 요인이지만 유일한 요인은 아니며 지구 표면 전체에서 물질의 큰 지질 순환에 대해 이야기하면 매우 필수적인 역할흐름은 또한 특히 해양 및 대기 운송을 담당합니다.

물질의 대규모 지질학적 순환의 속도와 강도와 관련하여 현재 정확한 데이터를 제공하는 것은 불가능하며 대략적인 추정치만 있으며 일반 순환의 외인성 구성 요소에 대해서만 있습니다. 맨틀에서 지각으로의 물질 유입을 고려하지 않고. 물질의 대규모 지질 순환의 외인성 구성 요소는 지속적으로 진행되는 지구 표면의 벗겨짐 과정입니다.

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지질 순환 (자연의 물질의 큰 순환) - 물질의 순환, 추진력외인성 및 내인성 지질 과정입니다.

지질 순환 - 물질의 순환, 그 원동력은 외인성 및 내인성 지질 과정입니다.

지질 순환의 경계는 생물권의 경계보다 훨씬 넓으며 진폭은 생물권을 훨씬 넘어서는 지각 층을 포착합니다. 그리고 가장 중요한 것은 살아있는 유기체가 이 주기의 과정에서 부차적인 역할을 한다는 것입니다.

따라서 물질의 지질 순환은 살아있는 유기체의 참여없이 진행되며 생물권과 지구의 더 깊은 층 사이에 물질을 재분배합니다.

지질학적 순환의 큰 순환에서 가장 중요한 역할은 생물권과 기술권 모두에서 물질의 작은 순환에 의해 수행되며, 일단 물질이 큰 지구화학적 흐름에서 오랜 시간 동안 꺼져서 끝없는 합성 순환으로 변형되고 분해.

지질학적 순환의 큰 순환에서 가장 중요한 역할은 생물권과 기술권 모두에서 물질의 작은 순환에 의해 수행되며, 물질은 대규모 지구화학적 흐름에서 오랜 시간 동안 꺼져서 끝없는 합성 순환으로 변형됩니다. 그리고 분해.

이 탄소는 느린 지질학적 순환에 참여합니다.

느린 지질학적 순환에 참여하는 것은 바로 이 탄소입니다. 지구상의 생명체와 대기의 가스 균형은 작은(생물학적) 순환에 참여하는 식물(5 · 10 t) 및 동물(5 · 109 t) 조직에 포함된 상대적으로 적은 양의 탄소에 의해 지원됩니다. 그러나 현재 사람은 탄소를 비롯한 물질의 순환을 집중적으로 닫고 있습니다. 예를 들어, 모든 가축의 총 바이오매스는 이미 모든 야생 육상 동물의 바이오매스를 초과하는 것으로 추정됩니다. 재배되는 식물의 면적은 자연생물지구세의 면적에 접근하고 있으며, 많은 문화생태계는 인간에 의해 지속적으로 증가되는 생산성 면에서 자연 생태계보다 월등히 우월하다.

시간과 공간에서 가장 광범위한 것은 소위 물질의 지질학적 순환입니다.

자연계에는 2가지 유형의 물질 순환이 있습니다. 작거나 생물학적 - 토양과 식물 사이.

증기 상태의 토양에서 식물이 추출한 물은 대기로 들어간 다음 냉각되고 응축되어 다시 강수로 토양이나 바다로 돌아갑니다. 지질 학적 물 순환은 토양과 암석의 기계적 파괴 과정뿐만 아니라 육지와 수역 바닥에 기계적 재분배, 퇴적, 고체 퇴적물의 축적을 제공합니다. 그러나 물의 화학적 기능은 살아있는 유기체 또는 그 대사 산물의 참여로 수행됩니다. 토양과 같은 자연수는 복잡한 생체 비활성 물질입니다.

인간의 지구화학적 활동은 생물학적 및 지질학적 과정. 지질 학적 순환에서 벗겨짐의 연결 고리가 급격히 증가합니다.

일반적인 특성과 생물학적 특성에 주요 각인을 남기는 요소. 동시에 지질학적 물의 순환은 이러한 모든 요소를 ​​마른 땅의 지층에서 해저로 씻어내려고 끊임없이 노력하고 있습니다. 따라서 토지 내 식물성 식품 요소를 보존하려면 절대적으로 물에 녹지 않는 형태로 변환해야 합니다. 이 요구 사항은 살아있는 유기물에 의해 충족됩니다.

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

*생물생체중으로

4.4.1. 생물권의 기능

생물권의 생물상 덕분에 지구상의 화학적 변형의 주요 부분이 수행됩니다. 따라서 V.I. 거대한 변형에 관한 Vernadsky 지질학적 역할살아있는 물질. 을 위한 유기적 진화살아있는 유기체는 장기, 조직, 세포, 혈액, 전체 대기, 세계 해양의 전체 부피, 대부분의 토양 덩어리, 거대한 미네랄 덩어리. 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 몸을 통과하여 생물학적 이동(이동)을 수행합니다. 화학 물질) 및 화학 원소 및 그 화합물의 농도. 유기물의 생합성, 산호섬의 형성, 껍질과 골격의 구성, 퇴적 석회암층의 출현, 특정 금속광석의 퇴적물, 철망간단괴의 축적, 해저 등을 말한다. 생물학적 진화의 초기 단계는 수생 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 순수한 1차 생산. 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 변환

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 환경생활에 필요한 물질과 미사용 반품. 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 열역학적 과정에서 에너지가 소실되지 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. 독립 영양 생물과 종속 영양 생물 사이의 영양(영양) 관계. 안에 이 경우이전에 더 자세히 논의한 먹이 사슬의 연결을 따라 에너지와 물질의 이동이 있습니다.

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 복합물의 구성에 들어갑니다. 유기 화합물, 형태, 그리고 후자가 파괴되면 다시 광물 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 중요한 부분모든 단백질. 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.

생물권이 계속 존재하여 그 움직임(발전)이 멈추지 않기 위해서는 생물학적으로 중요한 물질의 순환이 지구상에서 끊임없이 일어나야 합니다. 링크에서 링크로 생물학적으로 중요한 물질의 이러한 전환은 특정 에너지 소비로만 수행될 수 있으며 그 소스는 태양입니다.

태양 에너지는 지구에 물질의 두 가지 주기를 제공합니다.

- 지질(무생물) 또는 대규모 순환;

- 생물학적(생물학적) 또는 작은 순환.

지질학적 순환 물 순환과 대기 순환에서 가장 분명하게 나타납니다.

매년 약 21 10 20 kJ의 복사 에너지가 태양으로부터 지구로 옵니다. 그것의 약 절반은 물의 증발에 소비됩니다. 이것이 큰 순환을 만드는 것입니다.

생물권의 물 순환은 지구 표면에서 전체 증발이 강수량에 의해 보상된다는 사실에 근거합니다. 동시에 강수로 되돌아오는 물보다 더 많은 물이 바다에서 증발합니다. 반대로 육지에서는 물이 증발하는 것보다 더 많은 강수량이 내립니다. 그것의 과잉은 강과 호수로, 그리고 거기에서 다시 바다로 흘러갑니다.

지질 학적 물 순환 과정에서 광물 화합물은 행성 규모로 한 곳에서 다른 곳으로 이동하고 물의 집합 상태도 변경됩니다 (액체, 고체-눈, 얼음, 기체-증기). 물은 증기 상태에서 가장 집중적으로 순환합니다.

대기 순환을 기반으로 한 생물의 출현으로 물, 그 안에 용해 된 미네랄 화합물, 즉 비생물학적, 지질학적 순환을 바탕으로 유기물의 순환, 즉 작은 순환이 생겨났고, 생물학적 순환.

생물이 발달함에 따라 점점 더 많은 원소가 지질학적 순환에서 끊임없이 추출되어 새로운 생물학적 순환으로 들어갑니다.

큰(지질) 주기에서 광물 원소의 단순한 이동-이동과 달리, 작은(생물학적) 주기에서 가장 중요한 순간은 유기 화합물의 합성과 파괴입니다. 이 두 프로세스는 특정 비율로 존재하며 이는 삶의 기초이며 주요 기능 중 하나입니다.

지질학적 순환과 달리 생물학적 순환은 에너지가 더 낮습니다. 알려진 바와 같이, 지구에 입사되는 태양 에너지의 0.1-0.2%만이 유기물 생성에 소비됩니다(지질 순환에서 최대 50%). 그럼에도 불구하고 생물학적 순환에 관련된 에너지는 지구상에서 1차 생산을 창출하기 위해 엄청난 양의 작업에 소비됩니다.

지구에 생명체가 출현함에 따라 화학 원소는 생물권에서 지속적으로 순환합니다. 외부 환경유기체로 그리고 다시 환경으로.

살아있는 유기체를 통해 태양 에너지의 사용을 진행하면서 다소 닫힌 경로를 따라 화학 원소의 이러한 순환을 호출합니다. 생지화학적 순환(주기).

주요 생지화학적 순환은 산소, 탄소, 질소, 인, 황, 물 및 생체 요소의 순환입니다.

탄소 순환.

육지에서 탄소 순환은 식물이 광합성을 통해 이산화탄소를 고정하는 것으로 시작됩니다. 또한, 이산화탄소와 물로부터 탄수화물이 형성되고 산소가 방출된다. 동시에 탄소는 식물이 호흡하는 동안 이산화탄소의 일부로 부분적으로 방출됩니다. 식물에 고정된 탄소는 동물에 의해 어느 정도 소비됩니다. 동물도 숨을 쉴 때 이산화탄소를 배출합니다. 낡은 동식물은 미생물에 의해 분해되고, 그 결과 죽은 유기물의 탄소가 이산화탄소로 산화되어 다시 대기로 들어간다.

유사한 탄소 순환이 바다에서도 발생합니다.

질소 순환.

다른 생지화학적 순환과 마찬가지로 질소 순환은 생물권의 모든 영역을 포괄합니다. 질소 순환은 질소 고정 및 질화 박테리아의 활동으로 인해 질산염으로의 전환과 관련이 있습니다. 질산염은 토양이나 물에서 식물에 흡수됩니다. 식물은 동물에게 먹힙니다. 결국 환원제는 다시 질소를 기체 형태로 변환하여 대기로 되돌립니다.

현대의 조건에서 한 남자가 질소 순환에 개입하여 광대한 지역에서 질소 고정 콩과식물을 재배하고 인위적으로 천연 질소를 결합했습니다. 농업과 산업은 자연적인 육상 생태계보다 거의 60% 더 많은 고정 질소를 제공하는 것으로 여겨집니다.

유사한 질소 순환이 수중 환경에서도 관찰됩니다.

인 주기.

탄소 및 질소와 달리 인 화합물은 침식되어 인산염을 방출하는 암석에서 발견됩니다. 그들 중 대부분은 결국 바다와 대양으로 들어가고 부분적으로는 물고기를 잡아먹는 새들로 끝나는 해양 먹이 사슬을 통해 다시 육지로 돌아갈 수 있습니다. 일부 인산염은 결국 토양에 들어가 식물 뿌리에 흡수됩니다. 식물에 의한 인의 흡수는 토양 용액의 산도에 따라 달라집니다. 산도가 증가함에 따라 물에 실질적으로 용해되지 않는 인산염이 용해도가 높은 인산으로 전환됩니다. 그런 다음 식물은 동물이 먹습니다.

생지화학적 순환의 주요 연결 고리는 다양한 유기체이며, 그 다양한 형태는 순환의 강도와 지각의 거의 모든 요소가 관여하는 정도를 결정합니다.

일반적으로 모든 화학 원소의 각 순환은 지구상의 일반적인 물질 순환의 일부입니다. 그들은 밀접하게 관련되어 있습니다.