namai › Salonas › Gyvų organizmų vaidmuo biosferoje. Gyvosios medžiagos vaidmuo biosferoje Pagrindinis dėmesys biosferos doktrinoje

Gyvų organizmų vaidmuo biosferoje. Gyvosios medžiagos vaidmuo biosferoje Pagrindinis dėmesys biosferos doktrinoje

1 klausimas. Koks yra gyvų organizmų poveikis biosferai?
Gyvos būtybės prisideda prie medžiagų perdavimo ir apyvartos gamtoje. Dėl fotosintezės aktyvumo atmosferoje sumažėjo anglies dvideginio kiekis, atsirado deguonies, susiformavo apsauginis ozono sluoksnis. Gyvų organizmų veikla lemia dirvožemio sudėtį ir struktūrą (organinių likučių perdirbimas skaidytojais), saugo jį nuo erozijos. Didžiąja dalimi įvairių medžiagų kiekį hidrosferoje (ypač mažuose vandens telkiniuose) lemia ir gyvūnai bei augalai. Kai kurie organizmai geba selektyviai pasisavinti ir kaupti tam tikrus cheminius elementus – silicį, kalcį, jodą, sierą ir kt. Gyvų būtybių veiklos rezultatas – kalkakmenio, geležies ir mangano rūdos telkiniai, naftos, anglies, dujų atsargos.

2 klausimas. Papasakokite apie vandens ciklą gamtoje.
Veikiamas saulės energijos, vanduo išgaruoja nuo rezervuarų paviršiaus ir oro srovėmis pernešamas dideliais atstumais. Kritulių pavidalu nukritęs ant žemės paviršiaus, jis prisideda prie uolienų sunaikinimo ir augalams, mikroorganizmams ir gyvūnams padaro jas sudarančius mineralus prieinamus. Jis ardo viršutinį dirvožemio sluoksnį ir palieka kartu su jame ištirpusiomis medžiagomis. cheminiai junginiai ir suspenduotų organinių ir neorganinių dalelių į jūras ir vandenynus. Vandens cirkuliacija tarp vandenyno ir sausumos yra svarbiausia gyvybės Žemėje grandis.
Augalai vandens cikle dalyvauja dviem būdais: išgauna jį iš dirvožemio ir išgarina į atmosferą; Dalis vandens augalų ląstelėse suyra fotosintezės metu. Šiuo atveju vandenilis fiksuojamas organinių junginių pavidalu, o deguonis patenka į atmosferą.
Gyvūnai vartoja vandenį, kad palaikytų osmosinį ir druskų balansą organizme ir pašalintų jį į išorinė aplinka kartu su medžiagų apykaitos produktais.

3 klausimas. Kokie organizmai sugeria anglies dvideginį iš atmosferos?
Anglies dioksidą iš atmosferos sugeria fotosintetiniai organizmai, kurie jį pasisavina ir kaupia organinių junginių (pirmiausia gliukozės) pavidalu. Anglies dioksidą iš atmosferos sugeria fotosintetiniai organizmai, kurie jį pasisavina ir kaupia organinių junginių (pirmiausia gliukozės) pavidalu. Be to, dalis atmosferos anglies dvideginio ištirpsta jūrų ir vandenynų vandenyje, o vėliau anglies rūgšties jonus gali sugauti gyvūnai – moliuskai, koralai, kempinės, kurios iš karbonatų stato kriaukles ir skeletus. Jų veiklos rezultatas gali būti nuosėdinių uolienų (klinčių, kreidos ir kt.) susidarymas.

4 klausimas. Apibūdinkite fiksuotos anglies grąžinimo į atmosferą būdą.
Anglis patenka į biosferą dėl jos fiksacijos fotosintezės procese. Kasmet augalų surišamos anglies kiekis yra 46 milijardai tonų. Dalis jos patenka į gyvūnų organizmą ir išsiskiria kvėpuojant forma. CO 2, kuris vėl patenka į atmosferą. Be to, anglies atsargas atmosferoje papildo ugnikalnių veikla ir žmonėms deginant iškastinį kurą. Nors didžiąją dalį į atmosferą patenkančio anglies dioksido sugeria vandenynas ir nusėda karbonatų pavidalu, CO 2 ore lėtai, bet nuolat didėja.

5 klausimas. Kokie veiksniai, be gyvų organizmų veiklos, turi įtakos mūsų planetos būklei?
Be gyvų organizmų veiklos, mūsų planetos būklei įtakos turi abiotiniai veiksniai: litosferos plokščių judėjimas, ugnikalnių aktyvumas, upių ir jūros bangavimas, klimato reiškiniai, sausros, potvyniai ir kiti gamtos procesai. Kai kurie iš jų veikia labai lėtai; kiti sugeba beveik akimirksniu pakeisti daugelio ekosistemų būklę (didelio masto ugnikalnio išsiveržimas; stiprus žemės drebėjimas, lydimas cunamio; miškų gaisrai; didelio meteorito kritimas).

6 klausimas. Kas pirmasis į mokslą įvedė terminą „noosfera“?
Noosfera (iš graikų noos – protas) – sąvoka, žyminti gamtos ir žmogaus sąveikos sferą; tai evoliuciškai nauja biosferos būsena, kurioje racionali žmogaus veikla tampa lemiamu jos vystymosi veiksniu. Sąvoką „noosfera“ moksle 1927 metais pirmą kartą įvedė prancūzų mokslininkai Edouardas Leroy (1870-1954) ir Pierre'as Teilhardas de Chardinas (1881-1955).

Santrauka šia tema:

Įvadas

Biologinis ciklas yra tęstinio pobūdžio, cikliškas, reguliarus, bet nevienodas laike ir erdvėje reiškinys, medžiagų, energijos ir informacijos persiskirstymas įvairių hierarchinių organizavimo lygių ekologinėse sistemose - nuo biogeocenozės iki biosferos. Medžiagų cirkuliacija visos biosferos mastu vadinama dideliu ratu, o konkrečioje biogeocenozėje - mažu biotinių mainų ratu.

Akademikas V.I. Vernadskis pirmasis postulavo tezę apie svarbiausią gyvų organizmų vaidmenį formuojant ir palaikant pagrindines fizines ir chemines Žemės apvalkalų savybes. Jo koncepcijoje biosfera vertinama ne tik kaip erdvė, kurią užima gyvybė, bet kaip vientisa funkcinė sistema, kurios lygmenyje realizuojamas neatsiejamas geologinių ir biologinių procesų ryšys. Pagrindinės gyvybės savybės, užtikrinančios šį ryšį, yra didelis gyvų organizmų cheminis aktyvumas, judrumas ir gebėjimas savaime daugintis ir vystytis. Išlaikant gyvybę kaip planetinį reiškinį, itin svarbią reikšmę turi jos formų įvairovė, kurios skiriasi suvartojamų medžiagų ir į aplinką išmetamų atliekų rinkiniu. Biologinė įvairovė yra stabilių biogeocheminių medžiagų ir energijos ciklų formavimosi Žemės biosferoje pagrindas.

Klausimus apie gyvų organizmų vaidmenį mažoje apyvartoje svarstė tokie mokslininkai, mokytojai kaip Nikolaikinas N.I., Šilovas I.A., Melekhova O.P. ir kt.

1. Gyvų organizmų vaidmuo biologiniame cikle

Specifinė gyvybės savybė yra medžiagų mainai su aplinka. Bet kuris organizmas turi gauti tam tikras medžiagas iš išorinės aplinkos kaip energijos šaltinius ir medžiagas savo kūnui kurti. Iškeliami medžiagų apykaitos produktai, kurie nebetinkami tolesniam naudojimui. Taigi kiekvienas organizmas ar identiškų organizmų visuma savo gyvavimo metu pablogina savo buveinės sąlygas. Atvirkštinio proceso – gyvenimo sąlygų išlaikymo ar net gerinimo – galimybę lemia tai, kad biosferoje gyvena skirtingi organizmai, kurių medžiagų apykaita skiriasi.

Paprasčiausia forma kokybinių gyvybės formų rinkinį atstovauja gamintojai, vartotojai ir skaidytojai, kurių bendra veikla užtikrina tam tikrų medžiagų ištraukimą iš aplinkos, jų transformaciją skirtinguose trofinių grandinių lygiuose ir organinių medžiagų mineralizaciją į turimus komponentus. kitam įtraukimui į ciklą (pagrindiniai elementai, migruojantys išilgai biologinio ciklo grandinių – anglis, vandenilis, deguonis, kalis, fosforas, siera ir kt.).

Gamintojai yra gyvi organizmai, galintys sintetinti organinės medžiagos iš neorganinių komponentų, naudojant išorinius energijos šaltinius. (Atkreipkite dėmesį, kad energijos gavimas iš išorės yra bendra visų organizmų gyvenimo sąlyga; energijos požiūriu visos biologinės sistemos yra atviros) jie dar vadinami autotrofais, nes patys save aprūpina organinėmis medžiagomis. Gamtinėse bendrijose gamintojai atlieka šių organizmų audiniuose susikaupusių organinių medžiagų gamintojų funkciją. Organinės medžiagos taip pat tarnauja kaip energijos šaltinis gyvybės procesams; išorinė energija naudojama tik pirminei sintezei.

Visi gamintojai pagal energijos šaltinio organinių medžiagų sintezei pobūdį skirstomi į fotoautotrofus ir chemoautotrofus. Pirmieji saulės spinduliuotės energiją naudoja sintezei spektro dalyje, kurios bangos ilgis 380-710 nm. Tai daugiausia žalieji augalai, tačiau kai kurių kitų organinio pasaulio karalysčių atstovai taip pat gali fotosintezuoti. Tarp jų ypač svarbios cianobakterijos (mėlynai žalios „dumbliai“), kurios, matyt, buvo pirmosios fotosintezės evoliucijoje gyvybės Žemėje. Fotosintezę gali atlikti ir daugelis bakterijų, kurios vis dėlto naudoja specialų pigmentą – bakteriochloriną – ir fotosintezės metu neišskiria deguonies. Pagrindinės fotosintezės pradinės medžiagos yra anglies dioksidas ir vanduo (angliavandenių sintezės pagrindas), taip pat azotas, fosforas, kalis ir kiti mineralinės mitybos elementai.

Kurdami fotosintezės pagrindu organines medžiagas, fotoautotrofai taip suriša panaudotą saulės energiją, tarsi ją kaupia. Vėlesnis cheminių ryšių sunaikinimas lemia tokios „sukauptos“ energijos išsiskyrimą. Tai taikoma ne tik iškastinio kuro naudojimui; Augalų audiniuose „saugoma“ energija perduodama maisto pavidalu trofinėmis grandinėmis ir yra energijos srautų, lydinčių biogeninį medžiagų ciklą, pagrindas.

Chemoautotrofai naudoja cheminių jungčių energiją organinių medžiagų sintezės procesuose. Šiai grupei priklauso tik prokariotai: bakterijos, archebakterijos ir iš dalies mėlynai žalios. Mineralinių medžiagų oksidacijos procesuose išsiskiria cheminė energija. Egzoterminius oksidacinius procesus naudoja nitrifikuojančios bakterijos (oksiduoja amoniaką iki nitritų, o po to į nitratus), geležies bakterijos (geležies oksidacija iki oksido), sieros bakterijos (vandenilio sulfidas iki sulfatų). Metanas, CO ir kai kurios kitos medžiagos taip pat naudojamos kaip oksidacijos substratas.

Esant visoms specifinėms autotrofinių formų formoms, jų bendra biosferinė funkcija yra viena ir susideda iš negyvos gamtos elementų įtraukimo į kūno audinių sudėtį, taigi ir į bendrą biologinį ciklą. Bendra autotrofinių gamintojų masė sudaro daugiau nei 95% visų biosferoje esančių gyvų organizmų masės.

Vartotojai. Gyvos būtybės, kurios negali susikurti savo kūno, naudodamos neorganines medžiagas, kurioms organines medžiagas reikia gauti iš išorės, kaip maisto dalį, priklauso heterotrofinių organizmų grupei, gyvenančiai iš produktų, susintetintų foto- arba chemosintetika. Vienaip ar kitaip iš išorinės aplinkos išgautą maistą heterotrofai naudoja savo organizmui kurti ir kaip energijos šaltinį įvairioms gyvybės formoms. Taigi heterotrofai naudoja autotrofų sukauptą energiją jų sintezuojamų organinių medžiagų cheminių ryšių pavidalu. Medžiagų sraute ciklo eigoje jos užima vartotojų, privalomai susijusių su autotrofiniais organizmais (1 eilės vartotojai) arba su kitais heterotrofais, kuriais jie maitinasi (2 eilės vartotojai), lygį.

Bendra vartotojų reikšmė medžiagų apyvartoje yra savotiška ir dviprasmiška. Jie nėra būtini tiesioginiame cirkuliacijos procese: dirbtinės uždaros modelio sistemos, susidedančios iš žalių augalų ir dirvožemio mikroorganizmų, esant drėgmei ir mineralinėms druskoms, gali egzistuoti neribotą laiką. ilgam laikui dėl fotosintezės, augalų liekanų naikinimo ir išsiskyrusių elementų įtraukimo į naują ciklą. Bet tai įmanoma tik esant stabilioms laboratorinėms sąlygoms. Natūralioje aplinkoje tokių paprastų sistemų žūties dėl daugelio priežasčių tikimybė didėja. Ciklo stabilumo „garantai“ pirmiausia yra vartotojai.

Savo medžiagų apykaitos procese heterotrofai skaido organines medžiagas, gautas maisto sudėtyje, ir tuo remdamiesi kuria savo kūno medžiagas. Medžiagų, kurias pirmiausia gamina autotrofai, transformacija vartotojų organizmuose padidina gyvosios medžiagos įvairovę. Įvairovė yra būtina sąlyga bet kurios kibernetinės sistemos stabilumui išorinių ir vidinių trikdžių fone. Gyvos sistemos – nuo organizmo iki visos biosferos – veikia kibernetikos principu. Atsiliepimas.

Gyvūnams, kurie sudaro didžiąją dalį vartotojų organizmų, būdingas mobilumas, galimybė aktyviai judėti erdvėje. Taip jie efektyviai dalyvauja gyvosios medžiagos migracijoje, jos sklaidoje planetos paviršiuje, o tai, viena vertus, skatina gyvybės erdvinį įsikūrimą, o kita vertus, tarnauja kaip savotiškas „garantinis mechanizmas“. “ jei dėl įvairių priežasčių bet kurioje vietoje sunaikinama gyvybė.

Tokios „erdvinės garantijos“ pavyzdys yra gerai žinoma katastrofa apie. Krakatau: dėl 1883 m. įvykusio ugnikalnio išsiveržimo gyvybė saloje buvo visiškai sunaikinta, tačiau ji atsigavo vos per 50 metų – buvo užregistruota apie 1200 rūšių. Įsikūrimas daugiausia vyko Java, Sumatros ir gretimų salų, kurios nepalietė išsiveržimas, sąskaita, iš kurių augalai ir gyvūnai įvairiais būdais vėl apgyvendino salą, padengtą pelenais ir sušalusios lavos srautais. Tuo pačiu metu ant vulkaninio tufo ir pelenų pirmą kartą (po 3 metų) atsirado melsvabakterių plėvelės. Tvarių bendruomenių kūrimo saloje procesas tęsiasi; miško cenozės vis dar yra ankstyvosiose sukcesijos stadijose ir yra labai supaprastintos struktūros.

Galiausiai vartotojų, visų pirma gyvūnų, vaidmuo yra nepaprastai svarbus kaip medžiagų ir energijos srautų trofinėse grandinėse intensyvumo reguliuotojai. Gebėjimas aktyviai autoreguliuoti biomasę ir jos kitimo greitį ekosistemų ir populiacijų lygmeniu tam tikrų tipų galiausiai realizuojamas išlaikant atitiktį tarp organinių medžiagų susidarymo ir sunaikinimo pasaulinėse ciklo sistemose. Tokioje reguliavimo sistemoje dalyvauja ne tik vartotojai, bet pastarieji (ypač gyvūnai) pasižymi aktyviausia ir greičiausia reakcija į bet kokius gretimų trofinių lygių biomasės balanso sutrikimus.

Iš esmės medžiagų srauto biogeniniame cikle reguliavimo sistema, pagrįsta šią sistemą sudarančių gyvų organizmų ekologinių kategorijų papildomumu, veikia gamybos be atliekų principu. Tačiau idealiu atveju šio principo negalima laikytis dėl didelio sąveikaujančių procesų ir juos įtakojančių veiksnių sudėtingumo. Ciklo baigtumo pažeidimo rezultatas buvo naftos, anglies, durpių, sapropelio nuosėdos. Visos šios medžiagos neša energiją, iš pradžių sukauptą fotosintezės procese. Žmogaus jų naudojimas yra tarsi biologinio ciklo ciklų užbaigimas „uždelstas laike“.

Reduktoriai. Šiai ekologinei kategorijai priskiriami heterotrofiniai organizmai, kurie, naudodami negyvas organines medžiagas (lavonus, išmatas, augalų kraikas ir kt.) kaip maistą, medžiagų apykaitos procese suskaido jas į neorganinius komponentus.

Dalinė organinių medžiagų mineralizacija vyksta visuose gyvuose organizmuose. Taigi, kvėpavimo procese išsiskiria CO2, iš organizmo išsiskiria vanduo, mineralinės druskos, amoniakas ir kt. Todėl tikrais skaidytojais, užbaigiančiais organinių medžiagų naikinimo ciklą, reikėtų laikyti tik tuos organizmus, kurie į išorinę aplinką išskiria tik neorganines medžiagas, kurios yra pasiruošusios dalyvauti naujame cikle.

Skaidytojų kategorija apima daugybę bakterijų ir grybų rūšių. Dėl savo metabolizmo pobūdžio jie yra redukuojantys organizmai. Taigi, devitrifikuojančios bakterijos azotą redukuoja iki pradinės būsenos, o sulfatus redukuojančios bakterijos sierą redukuoja iki vandenilio sulfido. Galutiniai organinių medžiagų skilimo produktai yra anglies dioksidas, vanduo, amoniakas, mineralinės druskos. Anaerobinėmis sąlygomis skilimas eina toliau – iki vandenilio; taip pat susidaro angliavandeniliai.

Visas organinių medžiagų mažinimo ciklas yra sudėtingesnis ir apima didesnį dalyvių skaičių. Jį sudaro nuoseklios grandys, kurių serijoje įvairūs naikinantys organizmai, veikiant bakterijoms ir grybams, palaipsniui paverčia organines medžiagas iš pradžių į paprastesnes formas, o tik po to į neorganinius komponentus.

Gyvosios medžiagos organizavimo lygiai. Bendra gamintojų, vartotojų ir skaidytojų veikla lemia nuolatinį pasaulinio biologinio medžiagų ciklo palaikymą Žemės biosferoje. Šį procesą palaiko reguliarūs erdvinių ir funkcinių dalių, sudarančių biosferą, ryšiai ir yra užtikrinama speciali jungčių sistema, kuri veikia kaip biosferos homeostazės mechanizmas – palaiko stabilų jos funkcionavimą kintančių išorinių ir vidinių veiksnių. Todėl biosfera gali būti laikoma globalia ekologine sistema, užtikrinančia tvarų gyvybės palaikymą jos planetinėje apraiškoje.

Bet kuriai biologinei (taip pat ir ekologinei) sistemai būdinga specifinė funkcija, tvarkingi sistemą sudarančių dalių (posistemių) santykiai ir šiomis sąveikomis pagrįsti reguliavimo mechanizmai, lemiantys sistemos vientisumą ir stabilumą svyruojančių išorės fone. sąlygos. Iš to, kas pasakyta aukščiau, aišku, kad biosfera savo struktūra ir funkcija atitinka biologinės (ekologinės) sistemos sampratą.

Visos biosferos lygmeniu vykdomas universalus funkcinis gyvosios medžiagos ryšys su negyva gamta. Jos struktūriniai ir funkciniai komponentai (posistemės), kurių lygmenyje vyksta specifiniai biologinio ciklo ciklai, yra biogeocenozės (ekosistemos).

2. Maža medžiagų cirkuliacija biosferoje

Biologinis (biogeocheminis) ciklas (mažas medžiagų ciklas biosferoje) – medžiagų ciklas, kurio varomoji jėga yra gyvų organizmų veikla. Biogeocheminis medžiagų ciklas vyksta biosferoje. Pagrindinis ciklo energijos šaltinis yra saulės spinduliuotė, kuri generuoja fotosintezę. Ekosistemoje organines medžiagas sintetina autotrofai iš neorganinių medžiagų. Tada jį sunaudoja heterotrofai. Dėl išskyrimo gyvybės veiklos metu arba po organizmų mirties organinės medžiagos mineralizuojasi, t.y. pavertimas neorganinėmis medžiagomis. Šios neorganinės medžiagos gali būti pakartotinai panaudotos organinių medžiagų sintezei naudojant autotrofus.

Biogeocheminiuose cikluose reikėtų išskirti dvi dalis:

1. rezervinis fondas – tai su gyvais organizmais nesusijusi medžiagos dalis;

2. mainų fondas – daug mažesnė medžiagos dalis, kurią jungia tiesioginiai mainai tarp organizmų ir jų artimiausia aplinka.

Priklausomai nuo rezervinio fondo vietos, biogeocheminius ciklus galima suskirstyti į du tipus:

1. dujų tipo ciklai su atsarginiu medžiagų fondu atmosferoje ir hidrosferoje (anglies, deguonies, azoto ciklai);

2. nuosėdų ciklai su rezerviniu fondu žemės plutoje (fosforo, kalcio, geležies ir kt. apytakos).

Dujų tipo ciklai puikiai tinka, nes turėti didelį mainų fondą, taigi ir greito savireguliavimo būdus. Nuosėdų ciklai yra ne tokie tobuli, jie yra inertiškesni, nes didžioji medžiagos dalis yra žemės plutos rezerviniame fonde gyviems organizmams „neprieinama“ forma. Tokie ciklai lengvai sutrikdomi įvairių poveikių, o dalis keičiamos medžiagos palieka ciklą. Jis vėl gali grįžti į apyvartą tik dėl geologinių procesų arba išgaunant gyvąją medžiagą. Tačiau išgauti gyviems organizmams reikalingas medžiagas iš Žemės pluta daug sunkiau nei nuo atmosferos.

Biologinio ciklo intensyvumą pirmiausia lemia aplinkos temperatūra ir vandens kiekis. Taigi, pavyzdžiui, drėgnuose atogrąžų miškuose biologinis ciklas vyksta intensyviau nei tundroje. Be to, biologiniai procesai tundroje vyksta tik šiltuoju metų laiku.

Ekosistemos gamintojai, vartotojai, detritofagai ir skaidytojai, absorbuodami ir išskirdami įvairias medžiagas, aiškiai ir koordinuotai sąveikauja tarpusavyje. Fotosintetinių augalų gaminamos organinės medžiagos ir deguonis yra svarbiausi maisto produktai, reikalingi maistui ir vartotojų kvėpavimui. Tuo pačiu vartotojų išskiriamas anglies dvideginis ir mineralinės mėšlo bei šlapimo medžiagos yra biogenai, labai reikalingi gamintojai. Todėl medžiagos ekosistemose sudaro beveik visą ciklą, pirmiausia patenka į gyvus organizmus, tada į abiotinę aplinką ir vėl grįžta į gyvuosius. Štai vienas pagrindinių ekosistemų funkcionavimo principų: išteklių gavimas ir atliekų perdirbimas vyksta visų elementų ciklo procese.

Apsvarstykite svarbiausių gyviems organizmams medžiagų ir elementų ciklus. Mažasis biogeocheminis biogeninių elementų ciklas apima: anglį, azotą, fosforą, sierą ir kt.

2.1 Anglies ciklas

Anglies gamtoje yra įvairių formų, įskaitant organinius junginius. Neorganinė medžiaga, kuri yra šio elemento biogeninio ciklo pagrindas, yra anglies dioksidas (CO2). Gamtoje CO2 yra atmosferos dalis, taip pat yra ištirpęs hidrosferoje. Anglies įtraukimas į organinių medžiagų sudėtį vyksta fotosintezės procese, dėl kurio susidaro cukrus CO2 ir H2O pagrindu. Vėliau kiti biosintetiniai procesai šias anglis paverčia sudėtingesnėmis, taip pat baltymais, lipidais. Visi šie junginiai ne tik sudaro fotosintetinių organizmų audinius, bet ir yra organinių medžiagų šaltinis gyvūnams ir nežaliiesiems augalams.

Kvėpavimo procese visi organizmai oksiduoja sudėtingas organines medžiagas; galutinis šio proceso produktas CO2 patenka į aplinką, kur vėl gali dalyvauti fotosintezės procese.

Tam tikromis sąlygomis dirvožemyje susikaupusių negyvų likučių skilimas vyksta lėtai - saprofagais susidaro humusas, kurio mineralizacija veikiant grybams ir bakterijoms gali vykti skirtingais, įskaitant mažus, greičius. Kai kuriais atvejais organinių medžiagų skilimo grandinė yra neišsami. Visų pirma, saprofagų veiklą gali slopinti deguonies trūkumas arba padidėjęs rūgštingumas. Tokiu atveju organinės liekanos kaupiasi durpių pavidalu; anglis neišsiskiria ir ciklas sustoja. Panašios situacijos susiklostė ir ankstesnėse geologinėse epochose, kaip rodo anglies ir naftos telkiniai.

Hidrosferoje anglies ciklo suspensija yra susijusi su CO2 įtraukimu į CaCO3 kalkakmenio, kreidos ir koralų pavidalu. Šiuo atveju anglis neįtraukiama į ciklą visoms geologinėms epochoms. Tik organogeninių uolienų iškilimas virš jūros lygio sukelia cirkuliacijos atsinaujinimą dėl atmosferos kritulių išplovimo kalkakmeniui. Ir dar biogeniniu būdu – kerpių, augalų šaknų veikimu.

Miškai yra pagrindinis biologiškai surištos anglies rezervuaras, juose yra iki 500 milijardų tonų šio elemento, o tai sudaro 2/3 jo atsargų atmosferoje. Žmogaus įsikišimas į anglies ciklą padidina CO2 kiekį atmosferoje ir sukelia šiltnamio efektą.

CO2 ciklo greitis, t.y. laikas, per kurį visas atmosferoje esantis anglies dioksidas praeina per gyvąją medžiagą, yra apie 300 metų.

2.2 Azoto ciklas

Pagrindinis šaltinis organinių junginių azotas - molekulinis azotas atmosferos sudėtyje. Jo perėjimas prie junginių, prieinamų gyviems organizmams, gali būti atliekamas įvairiais būdais. Taigi elektros iškrovos perkūnijos metu sintetinamos iš ore esančio azoto ir deguonies, azoto oksido, kuris su lietaus vandeniu patenka į dirvą nitratų arba azoto rūgšties pavidalu. Taip pat yra fotocheminis azoto fiksavimas.

Svarbesnė azoto asimiliacijos forma yra azotą fiksuojančių mikroorganizmų, sintetinančių kompleksinius baltymus, veikla. Mirdami jie praturtina dirvą organiniu azotu, kuris greitai mineralizuojasi. Tokiu būdu kasmet į dirvą patenka apie 25 kg azoto 1 ha.

Veiksmingiausią azoto fiksavimą atlieka bakterijos, kurios sudaro simbiotinius ryšius su ankštiniais augalais. Jų suformuotas organinis azotas pasklinda į rizosferą, taip pat patenka į augalo šeimininko žemės organus. Tokiu būdu per metus žemės ir požeminių augalų organuose 1 hektare sukaupiama 150-400 kg azoto.

Yra azotą fiksuojančių mikroorganizmų, kurie sudaro simbiozę su kitais augalais. IN vandens aplinka o labai drėgnoje dirvoje cianobakterijos tiesiogiai fiksuoja atmosferos azotą. Visais šiais atvejais azotas į augalus patenka nitratų pavidalu. Šie junginiai per šaknis ir kelius patenka į lapus, kur naudojami baltymų sintezei; pastarieji yra gyvūnų mitybos azoto pagrindas.

Ekskrementai ir negyvi organizmai sudaro saprofagų organizmų mitybos grandinių pagrindą, skaidydami organinius junginius, organines azoto turinčias medžiagas laipsniškai paverčiant neorganinėmis. Paskutinė šios redukcijos grandinės grandis yra amonifikuojantys organizmai, kurie sudaro amoniaką, kuris vėliau gali patekti į nitrifikacijos ciklą. Tokiu būdu azoto ciklas gali būti tęsiamas.

Tuo pačiu metu į atmosferą nuolat grįžta azotas, veikiant denitrifikuojančioms bakterijoms, kurios nitratus skaido iki N2. Šios bakterijos yra aktyvios dirvožemyje, kuriame gausu azoto ir anglies. Jų veiklos dėka kasmet iš 1 ha dirvožemio išgaruoja iki 50-60 kg azoto.

Azotas gali būti pašalintas iš ciklo, kaupdamasis giliuose vandenynų nuosėdose. Tam tikru mastu tai kompensuoja molekulinio N2 išsiskyrimas vulkaninių dujų sudėtyje.

2.3 Fosforo ciklas

Iš visų makroelementų (elementų, reikalingų visam gyvenimui dideliais kiekiais), fosforas yra vienas iš rečiausių turimų rezervuarų Žemės paviršiuje. Gamtoje fosforo dideliais kiekiais randama daugelyje uolienų. Šių uolienų naikinimo procese jis patenka į sausumos ekosistemas arba yra išplaunamas kritulių ir galiausiai patenka į hidrosferą. Abiem atvejais šis elementas patenka į maisto grandinę. Daugeliu atvejų skaidantys organizmai organines medžiagas, kuriose yra fosforo, mineralizuoja į neorganinius fosfatus, kuriuos vėl gali panaudoti augalai ir taip vėl dalyvauti cikle.

Vandenyne dalis fosfatų su negyvomis organinėmis liekanomis patenka į gilias nuosėdas ir ten kaupiasi, pašalinami iš ciklo. Natūralaus fosforo ciklo procesą šiuolaikinėmis sąlygomis suaktyvina žemės ūkyje naudojamos fosfatinės trąšos, kurių šaltinis yra mineralinių fosfatų sankaupos. Tai gali kelti susirūpinimą, nes dėl tokio naudojimo fosforo druskos greitai išplaunamos ir dėl naudojimo mastai mineraliniai ištekliai auga visą laiką. Šiuo metu apie 2 mln. tonų per metus.

2.4 Sieros ciklas

Pagrindinis sieros rezervinis fondas yra nuosėdose ir dirvožemyje, tačiau skirtingai nuo fosforo, atmosferoje yra rezervinis fondas. Pagrindinis vaidmuo sieros įtraukime į biogeocheminį ciklą priklauso mikroorganizmams. Vieni iš jų yra reduktoriai, kiti – oksidatoriai.

Siera uolienose yra sulfidų pavidalu, tirpaluose - jonų pavidalu, dujinėje fazėje vandenilio sulfido arba sieros dioksido pavidalu. Kai kuriuose organizmuose siera kaupiasi gryna forma (S), o jiems mirštant, jūrų dugne susidaro vietinės sieros nuosėdos.

Sausumos ekosistemose siera į augalus patenka iš dirvožemio daugiausia sulfatų pavidalu. Gyvuose organizmuose siera randama baltymuose, jonų pavidalu ir kt. Po gyvų organizmų mirties dalis sieros dirvožemyje mikroorganizmų redukuojama į HS, kita dalis oksiduojama iki sulfatų ir vėl įtraukiama į ciklą. Susidaręs vandenilio sulfidas patenka į atmosferą, ten oksiduojasi ir su krituliais grįžta į dirvą.

Žmonių deginant iškastinį kurą, taip pat išmetamų teršalų kiekį chemijos pramonė, atmosferoje kaupiasi sieros dioksidas (SO), kuris, reaguodamas su vandens garais, rūgštaus lietaus pavidalu nukrenta ant žemės.

Biogeocheminiams ciklams didelę įtaką daro žmogus. Ekonominė veikla pažeidžia jų izoliaciją, jie tampa acikliniai.

Išvada

Per ilgą Žemės istoriją susiformavo sudėtingi santykiai, palaikantys stabilią medžiagų cirkuliaciją, o kartu ir gyvybės, kaip globalaus mūsų planetos reiškinio, egzistavimą.

Bendra įvairių gyvų organizmų veikla lemia reguliarią atskirų elementų ir cheminių junginių cirkuliaciją, įskaitant jų patekimą į gyvų ląstelių sudėtį, transformacijas. cheminių medžiagų medžiagų apykaitos procesuose, organinių medžiagų išmetimas į aplinką ir sunaikinimas, dėl to išsiskiria mineralinės medžiagos, kurios vėl įtraukiamos į biologinius ciklus.

Taigi ciklo procesai vyksta konkrečiose ekosistemose, tačiau biogeocheminiai ciklai visiškai realizuojami tik visos biosferos lygyje. O bendra kokybiškų gyvybės formų veikla užtikrina tam tikrų medžiagų ištraukimą iš išorinės aplinkos, jų transformaciją skirtinguose trofinių grandinių lygiuose ir organinių medžiagų mineralizaciją iki komponentų, galimų kitam įtraukti į ciklą (pagrindiniai elementai migruoja). Biologinio ciklo grandinėse yra anglis, vandenilis, azotas, kalis, kalcis ir kt.).

Bibliografija

1. Kolesnikovas S.I. Ekologija. - Rostovas prie Dono: „Feniksas“, 2003 m.

2. Petrovas K.M. Bendroji ekologija: visuomenės ir gamtos sąveika: Uchebn. pašalpa. 2 leidimas – Sankt Peterburgas; Chemija, 1998 m.

3. Nikolaikinas N.I. Ekologija: Proc. universitetams / Nikolaykin N.N., Nikolaykina N.E., Melekhina O.P. - 2-asis leidimas, pataisytas. ir papildomas - M .: Bustard, 2003.

4. Khotuntsev Yu.L. Ekologija ir aplinkos sauga: Proc. pašalpa studentams. aukštesnė ped. vadovėlis įstaigose. - M .: Leidybos centras „Akademija“, 2002 m.

5. Šilovas I.A. Ekologija: Proc. už biol. ir medaus. specialistas. universitetai I.A. Šilovas – 4 leid., kunigas – M .: Aukštoji mokykla, 2003 m.

2 klausimas. Papasakokite apie vandens ciklą gamtoje.
Veikiamas saulės energijos, vanduo išgaruoja nuo rezervuarų paviršiaus ir oro srovėmis pernešamas dideliais atstumais. Kritulių pavidalu nukritęs ant žemės paviršiaus, jis prisideda prie uolienų sunaikinimo ir augalams, mikroorganizmams ir gyvūnams padaro jas sudarančius mineralus prieinamus. Jis ardo viršutinį dirvožemio sluoksnį ir kartu su jame ištirpusiais cheminiais junginiais bei suspenduotomis organinėmis ir neorganinėmis dalelėmis patenka į jūras ir vandenynus. Vandens cirkuliacija tarp vandenyno ir sausumos yra svarbiausia gyvybės Žemėje grandis.
Augalai vandens cikle dalyvauja dviem būdais: išgauna jį iš dirvožemio ir išgarina į atmosferą; Dalis vandens augalų ląstelėse suyra fotosintezės metu. Šiuo atveju vandenilis fiksuojamas organinių junginių pavidalu, o deguonis patenka į atmosferą.
Gyvūnai vartoja vandenį, kad palaikytų osmosinį ir druskų balansą organizme ir kartu su medžiagų apykaitos produktais patektų į išorinę aplinką.

Gamtos apsauga paprastai suprantama kaip priemonių sistema, skirta palaikyti racionalią žmogaus veiklos ir gamtinės aplinkos sąveiką. Ši priemonių sistema turėtų užtikrinti gamtos išteklių išsaugojimą ir atkūrimą, racionalų naudojimą gamtos turtai taip pat užkirsti kelią tiesioginiam ir netiesioginiam žalingam poveikiui pramoninės gamybos apie gamtą ir žmonių sveikatą. Kartu keliamas uždavinys žmonijos labui išlaikyti pusiausvyrą tarp gamybos plėtros ir gamtinės aplinkos tvarumo. Tam reikia visapusiškai ištirti natūralioje aplinkoje vykstančius procesus ir organizuoti visų rūšių gamybą, atsižvelgiant į nustatytus modelius. Mokslinis gamtos objektų tyrimo pagrindas ir integruotas požiūris į šiuolaikinės gamybos organizavimą yra Žemės biosferos doktrina.

Terminą „biosfera“ 1875 metais įvedė austrų geologas E. Suesas; šiuolaikinės biosferos teorijos pradininkas yra rusų mokslininkas V. I. Vernadskis. V. I. Vernadskio nuomone, biosfera apima erdvę, kurioje gyvoji medžiaga veikia kaip geologinė jėga, formuojanti Žemės veidą;

IN modernus vaizdas Biosfera yra sudėtinga dinamiška didelė sistema, susidedanti iš daugybės gyvosios ir negyvosios gamtos komponentų, kurių vientisumas išlaikomas dėl nuolat veikiančio biologinio medžiagų ciklo.

V. I. Vernadskio mokymai remiasi idėjomis apie planetų geocheminį gyvosios medžiagos vaidmenį formuojantis biosferai, kaip ilgalaikio materijos ir energijos virsmo geologinio Žemės vystymosi metu produkto. Gyva medžiaga yra gyvų organizmų, egzistavusių arba egzistuojančių tam tikrą laikotarpį, visuma ir yra galingas geologinis veiksnys. Skirtingai nuo biologijos tyrinėjamų gyvų būtybių, gyvajai medžiagai, kaip biogeocheminiam veiksniui, būdinga elementų sudėtis, masė ir energija. Jis kaupia ir transformuoja saulės energiją ir įtraukia neorganines medžiagas į nenutrūkstamą ciklą. Beveik visų cheminių elementų atomai ne kartą praėjo per gyvąją medžiagą. Galiausiai gyvoji medžiaga lėmė mūsų planetos atmosferos, hidrosferos, dirvožemio ir didžiąja dalimi nuosėdinių uolienų sudėtį.

Į IR. Vernadskis atkreipė dėmesį, kad gyvoji medžiaga kaupia kosmoso energiją, paverčia ją antžeminių procesų (cheminių, mechaninių, terminių, elektrinių ir kt.) energija ir, nuolat keičiantis medžiagoms su inertine planetos medžiaga, užtikrina. gyvosios medžiagos formavimasis, kuris ne tik pakeičia jos mirštančias mases, bet ir suteikia naujų savybių, taip nulemdamas organinio pasaulio evoliucijos procesą.

V. I. Vernadskio nuomone, biosferą sudaro keturi pagrindiniai komponentai:

gyvoji medžiaga – visų gyvų organizmų visuma;

biogeninės medžiagos, t.y. produktai, susidarantys dėl įvairių organizmų gyvybinės veiklos (anglys, bitumas, durpės, miško paklotės, dirvožemio humusas ir ip.);

bioinertinė medžiaga – neorganinė medžiaga, transformuota organizmų (pavyzdžiui, paviršiaus atmosfera, kai kurios nuosėdinės uolienos ir kt.);

inertinė medžiaga – daugiausia magminės, neorganinės kilmės uolienos, sudarančios žemės plutą.

Bet kokios augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų rūšys, sąveikaudamos su aplinka, užtikrina savo egzistavimą ne kaip individų suma, o kaip viena funkcinė visuma, kuri yra populiacija (pušų, uodų ir kt. populiacijos).

Pasak S.S.Schwartzo, populiacija – tai elementari tam tikros rūšies organizmų grupuotė, turinti visas būtinas sąlygas neribotą laiką išlaikyti savo skaičių. ilgas laikas ir nuolat kintančiomis aplinkos sąlygomis. Kitaip tariant, populiacija yra rūšies egzistavimo forma, ta viršorganizmo sistema, kuri rūšį daro potencialiai (bet ne iš tikrųjų) nemirtingą. Tai rodo, kad populiacijos gebėjimas prisitaikyti yra daug didesnis nei atskirų ją sudarančių organizmų.

Populiacija kaip elementarus ekologinis vienetas turi tam tikrą struktūrą, kuriai būdingi ją sudarantys individai ir jų pasiskirstymas erdvėje. Populiacijoms būdingas augimas, vystymasis ir gebėjimas išlaikyti egzistavimą nuolat kintančiomis sąlygomis.

Gamtoje augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų populiacijos sudaro aukštesnio rango sistemas - gyvų organizmų bendruomenes arba, kaip jie paprastai vadinami, biocenozes. Biocenozė yra organizuota grupė augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų populiacijos, gyvenančios sąveikoje tomis pačiomis aplinkos sąlygomis. „Biocenozės“ sąvoką 1877 metais pasiūlė vokiečių zoologas K-Mobiusas, kuris išsiaiškino, kad visi vienos gyvų organizmų bendruomenės nariai yra artimi ir nuolatiniai ryšiai. Biocenozė yra produktas natūrali atranka, kai jo stabilus egzistavimas laike ir erdvėje priklauso nuo populiacijų sąveikos pobūdžio ir yra įmanomas tik esant privalomai saulės spinduliavimo energijai ir esant nuolatinei medžiagų cirkuliacijai.

Kartais, siekiant supaprastinti biocenozės tyrimą, ji sąlygiškai skirstoma į atskirus komponentus: fitocenozė - augmenija, zoocenozė - gyvūnų pasaulis, mikrobiocenozė – mikroorganizmai. Toks padalijimas lemia dirbtinį atskirų gyvų organizmų grupių, kurios negali egzistuoti savarankiškai, atskyrimą. Negali būti stabilios sistemos, kurią sudarytų tik augalai ar gyvūnai. Bendruomenės ir jų komponentai turi būti laikomi biologine vienybe skirtingi tipai gyvieji organizmai.

Biocenozė negali vystytis pati, išorėje ir nepriklausomai nuo neorganinio pasaulio aplinkos. Dėl to gamtoje susidaro tam tikri gana stabilūs kompleksai, gyvųjų ir negyvųjų komponentų rinkiniai. Erdvė su vienarūšėmis sąlygomis, kurioje gyvena organizmų bendrija (biocenozė), vadinama biotopu, t.y. biotopas yra egzistavimo vieta, biocenozės buveinė. Todėl biocenozę galima laikyti istoriškai susiformavusiu organizmų kompleksu, būdingu būtent šiam biotopui.

Biocenozė sudaro dialektinę vienybę su biotopu, dar aukštesnio lygio biologine makrosistema - biogeocenoze. Terminą „biogeocenozė“, reiškiantį biocenozės ir jos buveinių visumą, 1940 m. pasiūlė V. N. Sukačiovas. Terminas praktiškai identiškas terminui „ekosistema“, kuris priklauso A. Tensley.

Ekologinė sistema – tai sistema, susidedanti iš gyvų ir negyvų aplinkos elementų, tarp kurių vyksta medžiagų, energijos ir informacijos mainai. Skirtingo rango ekologinės sistemos gali apimti ribotą arba labai didelį komponentų skaičių ir užimti mažus arba labai didelius plotus ir tūrius; Europos ekologinė sistema, šalies ekologinė sistema, regiono, rajono ekologinė sistema, įmonės veiklos sritis ir kt.

Biogeocenozė suprantama kaip biosferos elementas, kuriame tam tikru mastu biocenozė (gyvų organizmų bendrija) ir ją atitinkantis biotopas (atmosferos dalys, litosfera ir hidrosfera) išlieka vienalytės ir glaudžiai tarpusavyje susijusios į vieną kompleksą. . Tai yra, biogeocenozė suprantama kaip natūralus natūralus kompleksas, per kurį neperžengia jokia reikšminga biocenotinė, geomorfologinė, hidrologinė, mikroklimatinė, naktinė-geocheminė ar kokia nors kita riba. Tai biosferos regionas, kuris yra homogeniškas topografinių, mikroklimato, hidrologinių ir biotinių sąlygų požiūriu. „Ekologinės sistemos“ sąvoka neturi šio apribojimo ir gali derinti skirtingus gamtos kompleksus (mišką, pievą, upę ir kt.). Pati biogeocenozė yra elementari ekologinė sistema.

Elementarus biosferos struktūrinis vienetas – biogeocenozė – susideda iš dviejų tarpusavyje susijusių komponentų (3.1 pav.):

abiotiniai (biotopai), įskaitant abiotinius aplinkos elementus, susijusius su gyvais organizmais;

biotinė (biocenozė), gyvų organizmų bendruomenė, gyvenanti pasirinktame biotope (pasirinktoje ekologinėje sistemoje).

Abiotinį komponentą sudaro šie komponentai: litosfera, hidrosfera ir atmosfera.

Litosferoje išskiriama uolienų masyvo dalis, žemės paviršius, kuris yra gyvų organizmų buveinė ir yra pasirinktos biocenozės dalis. Svarbi savybė biotopas – tai žemės paviršiaus atkarpa, turinti ypatingą dirvožemio struktūrą ir medžiagų sudėtį (pedosferą) pasirinktoje vietovėje.

Hidrosfera apima paviršinius ir gruntinius vandenis, esančius biotope ir tiesiogiai ar netiesiogiai teikiančius gyvybinę gyvų organizmų veiklą, taip pat vandenį, kuris kritulių pavidalu patenka į pasirinktos teritorijos teritoriją.

Atmosfera (dujų komponentas) apima: atmosferos orą; paviršiniame ir požeminiame vandenyje ištirpusios dujos; dujinis dirvožemių komponentas, taip pat iš kalnų grandinės išsiskiriančios dujos, kurios tiesiogiai ar netiesiogiai veikia gyvų organizmų gyvybinę veiklą.

Natūralios aplinkos biotinė komponentė (biocenozė) apima tris komponentus: fitocenozę-pirminės produkcijos gamintojus (gamintojus), kaupiančius saulės energiją; eocenozė - vartotojai, antrinių produktų gamintojai, savo gyvenimui naudojantys energiją, esančią fitocenozės organinėje medžiagoje; mikrobocenozės reduktoriai (ardytojai), organizmai, gyvenantys iš negyvų organinių medžiagų energijos ir užtikrinantys jos sunaikinimą (mineralizaciją) gaminant pradinius mineralinius elementus tokia forma, kurią patogu naudoti augalams pirminiams organiniams produktams dauginti.

Visi natūralios aplinkos komponentai (biogeocenozė), jos biotiniai ir abiotiniai komponentai yra nuolat susiję ir užtikrina vienas kito evoliucinį vystymąsi. Litosferos, hidrosferos ir atmosferos sudėtis ir savybės daugiausia lemia gyvus organizmus. Tuo pačiu metu patys gyvi organizmai, teikdami vienas kito gyvybinę veiklą, priklauso nuo aplinkos sąlygų pokyčių. Išorinė aplinka aprūpina juos energija ir būtinomis maistinėmis medžiagomis.

Taigi apskritai biosfera apima šiuos gyvybės lygius: populiaciją, biocenozę, biogeocenozę. Kiekvienas iš šių lygių yra santykinai nepriklausomas, o tai užtikrina visos makrosistemos evoliuciją, kur besivystantis vienetas yra populiacija. Tuo pačiu metu elementarus biosferos struktūrinis vienetas yra biogeocenozė, tai yra organizmų bendrija kartu su neorganine buveine (žr. 3.1 pav.).

Šiuolaikinėmis sąlygomis žmogaus veikla transformuojasi gamtos turtai(miškai, stepės, ežerai). Juos pakeičia kultūrinių augalų sėja ir sodinimas. Taip formuojasi naujos ekologinės sistemos – agrobiogeocenozės arba agrocenozės. Agrocenozės – tai ne tik žemės ūkio laukai, bet ir laukus apsaugantys miško želdiniai, ganyklos, miško želdiniai, tvenkiniai ir rezervuarai, kanalai ir nusausintos pelkės. Daugeliu atvejų agrobiocenozės savo struktūroje pasižymi nedideliu gyvų organizmų rūšių skaičiumi, tačiau dideliu jų gausumu. Nors natūralių ir dirbtinių biocenozių struktūroje ir energijoje yra daug specifinių bruožų, esminių skirtumų tarp jų nėra.

Daug sudėtingesnė situacija yra su ekologinėmis sistemomis, atsirandančiomis pramonės įmonių, miestų, užtvankų ir kitų didelių inžinerinių statinių įtakos zonose. Čia dėl aktyvaus žmonių poveikio aplinkai formuojasi kokybiškai naujos ekologinės sistemos, kurių funkcionavimas užtikrinamas dėl natūralių procesų ir nuolatinio pramonės įmonės poveikio abiotiniams (negyviesiems) ir biotiniai (gyvieji) gamtos komponentai.

5. Biotinis medžiagų ciklas biosferoje

Biosferos kaip visumos ir atskirų jos dalių egzistavimas užtikrina medžiagų cirkuliaciją ir energijos konversiją:

Medžiagų cirkuliacija biosferoje visų pirma vykdoma remiantis įvairių organizmų gyvybine veikla. Kiekvienas organizmas iš aplinkos ištraukia savo gyvybinei veiklai reikalingas medžiagas ir grąžina nepanaudotas. Be to, kai kurie gyvų organizmų tipai jiems reikalingas medžiagas vartoja Tiesiogiai iš aplinkos, kiti pirmiausia naudoja apdorotus ir izoliuotus produktus, treti – antra, ir taip toliau, kol medžiaga grįžta į natūralią1 aplinką savo pradine būsena. Iš to kyla poreikis sugyventi įvairiems organizmams (rūšinė įvairovė), galintys panaudoti vienas kito gyvybės produktus, t.y. veikia praktiškai be atliekų; nauja biologinių produktų gamyba.

Bendras gyvų organizmų skaičius ir jų vystymosi greitis biocenozėje priklauso nuo į ekologinę sistemą patenkančios energijos kiekio, jos perdavimo per atskirus sistemos elementus greičio ir mineralinių medžiagų cirkuliacijos intensyvumo. Šių procesų ypatybė yra ta, kad tarp biotopo ir biocenozės nuolat cirkuliuoja maistinės medžiagos (anglis, azotas, vanduo, fosforas ir kt.), tai yra, jos panaudojamos daugybę kartų, o energija srauto pavidalu patenka į ekologinę sistemą. saulės spinduliuotės, išleidžiama ^ Xia Visiškai. Pagal išsaugojimo ir transformacijos dėsnį į ekologinę sistemą patenkanti energija gali keistis iš vienos formos į kitą. Antras esminis principas – bet koks veiksmas, susijęs su energijos transformacija, negali vykti be jos praradimo erdvėje išsklaidytos šilumos pavidalu, ty dalis energijos, patenkančios į ekologinę sistemą, prarandama ir negali dirbti.

Bet kuri ekologinė sistema savo evoliucijos procese linksta į pusiausvyros būseną, kai visi jos fn=eic parametrai įgauna pastovią vertę, o efektyvumo koeficientas pasiekia maksimalią vertę.

Bet kurio organizmo gyvybinė veikla užtikrinama dėl daugialypių biotinių ryšių, kuriuos jis užmezga su kitais organizmais. Visi organizmai gali būti klasifikuojami pagal maitinimosi būdą ir trofinį lygį, kuriuo jie yra bendroje maisto grandinėje. Pagal mitybos būdą išskiriamos dvi grupės: autotrofinė ir heterotrofinė.

Autotrofai turi galimybę iš neorganinių medžiagų sukurti organines medžiagas, panaudodami Saulės energiją arba energiją, išsiskiriančią vykstant cheminėms reakcijoms.

Heterotrofiniai organizmai organines medžiagas naudoja kaip maistą. Šiuo atveju maistui gali būti naudojami gyvi augalai ar jų vaisiai, negyvos augalų ir gyvūnų liekanos. Be to, kiekvienas gamtoje esantis organizmas viena ar kita forma yra daugelio kitų organizmų mitybos šaltinis.

Dėl nuoseklaus organinių medžiagų perėjimo iš vieno trofinio lygio į kitą vyksta medžiagų ciklas ir energijos perdavimas gamtoje (3.2 pav.). Tuo pačiu metu organinės medžiagos, judančios iš vieno trofinio lygio į kitą, iš dalies pašalinamos iš ciklo. Dėl to Žemėje kaupiasi organiniai junginiai mineralinių telkinių (durpių, anglių, naftos, dujų, naftingųjų skalūnų ir kt.) pavidalu. Tačiau iš esmės biomasė Žemėje ne kaupiasi, o išlaikoma tam tikrame lygyje, nes nuolat naikinama ir atkuriama iš tos pačios statybinės medžiagos, t.y. jos ribose vyksta nenutrūkstama medžiagų cirkuliacija. Lentelėje. 3.1 pateikia duomenis apie kai kurių natūralių ekologinių sistemų biomasės dauginimosi greitį.

Vykstant gyvybinei organizmų veiklai, radikaliai transformavosi ir negyvoji biosferos dalis. Atmosferoje atsirado laisvas deguonis, o viršutiniuose jos sluoksniuose atsirado ozono ekranas; anglies dioksidas, organizmų išgautas iš oro ir vandens, buvo išsaugotas anglies ir kalcio karbonato telkiniuose.

Dėl geologinių procesų susidaro viršutinės litosferos dalies deformacijos ir sunaikinimas. Anksčiau palaidotos nuosėdinės uolienos vėl atsiduria paviršiuje. Ateityje įvyksta jų dūlėjimas, kuriame aktyviai dalyvauja ir gyvi organizmai.

Išskirdami anglies dioksidą, organines ir mineralines rūgštis, jie prisideda prie uolienų naikinimo ir taip dalyvauja cheminių elementų migracijos procese.

Bendras kasmet Žemės gaunamos saulės energijos kiekis yra maždaug 2-1024 J. Fotosintezės procese per metus susidaro apie 100 milijardų tonų organinių medžiagų ir sukaupiama 1,9-1021 J saulės energijos. Fotosintezės procesams kasmet iš atmosferos patenka 170 milijardų tonų anglies dioksido, apie 130 milijardų tonų vandens suskaidoma fotocheminėmis priemonėmis, o į aplinką išleidžiama 115 milijardų tonų deguonies. Be to, medžiagų apyvartoje dalyvauja 2 milijardai tonų azoto, silicio, amonio, geležies, kalcio ir daugybės kitų medžiagų. Iš viso biologiniame cikle dalyvauja daugiau nei 60 elementų.

Organinės medžiagos sintezės fazė kitame biologinio ciklo etape pakeičiama jos sunaikinimo faze, kartu išsklaidant potencialią cheminę energiją (šilumos energijos pavidalu) erdvėje. Dėl to organinės medžiagos pereina į dujas, skystos ir kietos formos (mineraliniai ir kiti junginiai). Šių trijų fazių procese atnaujinamas biologinis ciklas, kurį palaiko saulės energija ir kuriame dalyvauja praktiškai tos pačios masės medžiagų ir cheminių elementų.

Geologinės medžiagų apykaitos procese mineraliniai junginiai planetiniu mastu perkeliami iš vienos vietos į kitą, taip pat keičiasi ir vandens agregacijos būsena (skystas, kietas - sniegas, ledas; dujinis - lares). Vanduo intensyviausiai cirkuliuoja garų būsenoje.

Vandens ciklas biosferoje pagrįstas tuo, kad visišką išgaravimą kompensuoja krituliai. Tuo pačiu metu iš vandenyno išgaruoja daugiau vandens, nei grįžta su krituliais. Sausumoje, atvirkščiai, iškrenta daugiau kritulių, tačiau perteklius nuteka į ežerus ir upes, o iš ten vėl į vandenyną.

Atsiradus gyvajai medžiagai, pagrįstai vandens ciklu ir joje ištirpusiems mineraliniams junginiams, t.y. remiantis abiotiniu, geologiniu, atsirado organinių medžiagų ciklas arba mažasis biologinis ciklas.

Biologiniame cikle svarbiausias procesas yra transpiracija. Kai augalo šaknys sugeria dirvos drėgmę, kartu su vandeniu į ją patenka vandenyje ištirpusios mineralinės ir organinės medžiagos. Transpiracijos procesas svarbus ir norint reguliuoti augalo temperatūrą, neleisti jam perkaisti. Dėl šilumos nuostolių, atsirandančių garuojant vandeniui, augalo temperatūra mažėja. Tuo pačiu metu šį procesą reguliuoja pats augalas - karštu oru ant lapų esančios stomos atsidaro plačiau ir tai prisideda prie garavimo padidėjimo ir temperatūros sumažėjimo, o esant žemesnei temperatūrai, stomatai uždengiami. , garavimo intensyvumas mažėja. Taigi transpiracija yra ir fiziologinis, ir fizinis procesas, nes nuo įprasto išgaravimo iš negyvosios medžiagos skiriasi gebėjimu reguliuoti patį augalą.

Augalo transpiracinis pajėgumas dažnai įvertinamas transpiracijos koeficientu, kuris apibūdina vandens tūrį, kuris turi būti išleistas, kad susidarytų vienetinė augalo sausosios medžiagos masė. Pavyzdžiui, 1 tonos kviečių sumaltos augalinės masės formavimui, t.y. grūdai ir šiaudai, sunaudojama 300-500 m3 vandens Vandens suvartojimas travepiracijai priklauso nuo daugelio veiksnių: paties augalo pobūdžio, oro sąlygų, drėgmės buvimo dirvoje. Sausu, karštu oru augalas turi išleisti daug vandens, kad išsiskirtų.

Augalų šaknys sugeria dirvos drėgmę iš skirtingo gylio. Kviečių šaknų sistema nusidriekia iki 2,0-2,5 m gylio, ąžuolo šaknys kartais įsiskverbia į 20 m gylį.Dėl to augalai geba panaudoti dideliame gylyje esančią drėgmę ir yra mažiau priklausomi nuo drėgmės svyravimų. paviršinio dirvožemio sluoksnio.

Garavimas iš dirvožemio negali būti vertinamas atskirai nuo transpiracijos, pavyzdžiui, po miško laja iš dirvožemio paviršiaus išgaruoja mažai vandens, nepaisant jo buvimo. Taip yra todėl, kad saulės spinduliuotė silpnai prasiskverbia pro medžių vainikus. Be to, po miško baldakimu oro judėjimo greitis sulėtėja, jis yra labiau prisotintas drėgmės. Tokiomis sąlygomis didžioji drėgmės dalis išgaruoja dėl transpiracijos.

Vandens cikle svarbiausios fazės yra tos, kurios vyksta atskiruose upių ir ežerų baseinuose. Augalija atlieka svarbią atrankos funkciją, sulaiko dalį kritulių iškritusio vandens. Šis perėmimas, kuris, žinoma, yra didžiausias per nežymų lietų, gali siekti iki 25% visų kritulių vidutinio klimato platumose.

Dalis vandens sulaikoma dirvožemyje, o kuo stipresnis, tuo reikšmingesnis dirvožemio koloidinis kompleksas (humusas ir molis). Ta vandens dalis, kuri prasiskverbia į dirvą iki 20-30 cm gylio, vėl gali per kapiliarus iškilti į jos paviršių ir išgaruoti. Taigi vandens perėjimas iš paviršiaus į atmosferą vyksta dėl fizinio garavimo ir transpiracijos proceso. Tuo pačiu metu, gerėjant jų aprūpinimui vandeniu, didėja augalų praleidžiamo vandens kiekis. Taigi vienas beržas per parą išgarina 0,075 m3 vandens; bukas - 0,1 m; liepa - 0,2 ir 1 ha miško - 20-50 m3. 1 ha beržyno, kurio lapijos svoris 4940 kg, per parą išgaruoja 47 m - "vandens, o 1 hektaras eglyno, kurio spyglių svoris 31 tūkst. kg. Išsiskleidžia 43 m:< воды в день. 1 га пшеницы за период развития использует 375 мм осадков, а продуцирует 12,5 т (сухая масса) растительного вещества.

Biologinis ciklas, priešingai nei geologinis ciklas, reikalauja mažiau energijos. Tik 0.!-0.2% Saulės energijos, patenkančios į Žemę, išleidžiama organinėms medžiagoms sukurti (iki 50% geologiniame cikle) – Nepaisant to. biologiniame cikle dalyvaujanti energija atlieka puikų darbą kurdama pirminę produkciją planetoje.

Medžiagų cirkuliacija paprastai vadinama biogeocheminiais ciklais. Pagrindiniai biogeocheminiai ciklai yra deguonies, anglies, vandens, azoto, fosforo ir daugelio kitų elementų cirkuliacija.

Apskritai, kiekviena bet kurio cheminio elemento cirkuliacija yra bendros grandiozinės medžiagų cirkuliacijos Žemėje dalis, tai yra, jos visos yra glaudžiai tarpusavyje susijusios įvairiomis sąveikos formomis. Pagrindinės biogeocheminių ciklų grandys yra gyvieji organizmai, kurie lemia visų ciklų intensyvumą ir beveik visų žemės plutos elementų įsitraukimą į juos.

Beveik visas molekulinis deguonis žemės atmosferoje atsirado ir yra išlaikomas tam tikrame lygyje dėl žaliųjų augalų veiklos. Dideliais kiekiais jį suvartoja organizmai kvėpuodami. Be to, turėdamas didelį cheminį aktyvumą, deguonis tikrai pateks į junginius su beveik visais žemės plutos elementais. Apskaičiuota, kad visas atmosferoje esantis deguonis per gyvus organizmus praeina (susiriša kvėpuojant ir išsiskiria fotosintezės metu) per 200 metų, anglies dvideginio ciklas priešinga kryptimi per 300 metų, o visi Žemės vandenys suyra ir atkuriami per 200 metų. fotosintezė ir kvėpavimas per 2 milijonus metų.

Medžiagų ciklą ir migraciją biocheminiuose ciklus galima nagrinėti naudojant anglies ciklą kaip pavyzdį (3.3 pav.). Sausumoje jis prasideda nuo anglies dioksido fiksavimo augalų fotosintezės metu. Atmosferoje esantį anglies dioksidą pasisavina augalai, o fotosintezės metu susidaro angliavandeniliai ir išsiskiria deguonis.

Savo ruožtu angliavandeniai yra pradinė medžiaga augalų formavimuisi.

Augaluose fiksuotą anglį daugiausia suvartoja gyvūnai. Kvėpuodami gyvūnai taip pat išskiria anglies dioksidą. Pasenusius augalus ir gyvūnus skaido mikroorganizmai, dėl to negyvų organinių medžiagų anglis oksiduojasi iki anglies dioksido ir vėl patenka į atmosferą. Panašus anglies ciklas vyksta vandenyne.

Dalis anglies dioksido iš atmosferos patenka į vandenyną, kur yra ištirpusio pavidalo. Tai yra, vandenynas užtikrina anglies dioksido palaikymą atmosferoje tam tikrose ribose. Savo ruožtu anglies kiekį vandenyne tam tikrame lygyje užtikrina sukauptos kalcio karbonato atsargos dugno nuosėdose. Šio nuolatinio natūralaus proceso buvimas tam tikru mastu reguliuoja anglies dioksido kiekį atmosferoje ir vandenyno vandenyse.

Azoto ciklas, kaip ir kiti biogeocheminiai ciklai, apima visas biosferos sritis (3.4 pav.). Azotą, kurio atmosferoje yra labai daug, augalai pasisavina tik susijungę su vandeniliu ar deguonimi. Šiuolaikinėmis sąlygomis žmogus įsikišo į azoto ciklą. Jis didžiuliuose plotuose augina azotą fiksuojančius ankštinius augalus arba dirbtinai fiksuoja natūralų azotą. Manoma, kad Žemdirbystė o pramonė tiekia beveik 60 % daugiau fiksuoto azoto nei jo pasigamina natūraliai.

Fosforo, kuris yra vienas iš pagrindinių elementų, reikalingų gyviems organizmams, ciklas yra gana paprastas. Pagrindiniai fosforo šaltiniai yra magminės (apatitai) ir nuosėdinės (fosforitai) uolienos. Neorganinis fosforas dalyvauja cikle dėl natūralių išplovimo procesų. Fosforą pasisavina gyvi organizmai, kurie, dalyvaudami, sintetina daugybę organinių junginių ir perkelia jį į skirtingus trofinius lygius. Pasibaigus kelionei per trofines grandines, organiniai fosfatai mikrobų skaidomi ir virsta mineraliniais ortofosfatais, prieinamais žaliesiems augalams. Fosfatai į vandens telkinius patenka dėl upių nuotėkio, o tai prisideda prie fitoplanktono ir gyvų organizmų, esančių skirtinguose gėlo vandens ar jūros vandens telkinių trofinės grandinės lygiuose, vystymosi. Mineralinių fosfatų grąžinimas į vandenį taip pat vyksta dėl mikroorganizmų veiklos. Tačiau reikia pažymėti, kad dideliame gylyje nusėdę fosfatai neįtraukiami į ciklą, į ką reikia atsižvelgti sudarant šio biogeocheminio ciklo balansą. Taigi fosforas, nukritęs į vandenyną, grįžta į sausumą tik iš dalies. Šis procesas vyksta dėl paukščių, mintančių žuvimis, gyvenimo.

Dalis fosforo į žemyną patenka dėl žmonių žvejybos. Tačiau su žuvies produktais kasmet tiekiamas fosforo kiekis yra daug mažesnis nei jo pašalinimas į hidrosferą, kuris per metus siekia daugybę milijonų tonų. Be to, išbarstęs laukus fosfatinėmis trąšomis, žmogus žymiai pagreitina fosforo pasišalinimo į vandens telkinius ir vandenyną procesą. Tuo pačiu vandens telkiniams daroma žala aplinkai, nes sutrinka natūralūs vandenyje gyvenančių organizmų gyvybinės veiklos procesai.

Kadangi fosforo atsargos yra labai ribotos, nekontroliuojamas jo vartojimas gali sukelti daugybę neigiamų pasekmių. Tai pagrindinis ribojantis veiksnys tiek vandens, tiek sausumos aplinkos autotrofiniams organizmams, pagrindinis daugelio kitų biogeocheminių ciklų reguliatorius.Pavyzdžiui, nitratų kiekis vandenyje ar deguonies kiekis atmosferoje labai priklauso nuo fosforo ciklo intensyvumo. biosferoje.

6. natūralios ekologinės sistemos

Populiacijų struktūra ir dinamika. Populiacijų struktūros ir dinamikos tyrimas turi didelę praktinę reikšmę.

Nežinantis gyventojų gyvenimo modelių. Neįmanoma užtikrinti moksliškai pagrįstų aplinkosaugos, inžinerinių ir organizacinių priemonių racionaliam gamtos išteklių naudojimui ir apsaugai.

Populiacinis požiūris į organizmų gyvybinės veiklos tyrimą grindžiamas jų gebėjimu reguliuoti savo gausą ir tankį, veikiant įvairiems abiotiniams ir biotiniams aplinkos veiksniams.

Pagrindiniai populiacijos parametrai yra jos gausa ir tankumas. Populiacijos dydis – tai bendras individų skaičius tam tikroje srityje arba tam tikrame tūryje. Jis niekada nėra pastovus ir, kaip taisyklė, priklauso nuo reprodukcijos intensyvumo ir mirtingumo santykio.

Populiacijos tankis nustatomas pagal individų skaičių arba biomasę ploto ar tūrio vienete. Pavyzdžiui, 106 beržo augalai 1 ha. arba 1,5 ešerio 1 m3 vandens charakterizuoja šių rūšių populiacijos tankumą. Didėjant gausumui, He tankis didėja tik tuo atveju, jei populiacija gali būti išsklaidyta didesniame plote arba didesniame tūryje.

Paplitimo ploto dydis, populiacijų skaičius ir tankis nėra pastovūs ir gali kisti reikšmingose ribose. Dažnai šie pokyčiai yra susiję su žmogaus veikla. Tačiau pagrindinės tokios dinamikos priežastys yra pasikeitusios egzistavimo sąlygos, maisto (ty energijos išteklių) prieinamumas ir kitos priežastys.

Nustatyta, kad populiacijų skaičius gali svyruoti neribotai. Išlaikyti populiaciją tam tikrose ribose užtikrina jos gebėjimas reguliuotis. Bet kuri populiacija visada turi apatines IR viršutines tankio ribas, kurių ji negali peržengti (3.5 pav.). Esant palankiam veiksnių deriniui, gyventojų tankumas išlaikomas tam tikrame optimaliame lygyje, šiek tiek nukrypstant nuo jo. Tokie tankio svyravimai dažniausiai yra teisingi, reguliaraus pobūdžio ir aiškiai atspindi populiacijos reakciją į konkrečius aplinkos sąlygų pokyčius. Gamtoje gali pasireikšti sezoniniai tinginystės svyravimai, ypač mažiems gyvūnams (graužikams, panašiems į peles. Vabzdžiams, kai kuriems paukščiams). Taigi į peles panašių graužikų skaičius per vieną sezoną kartais padidėja 300-100 kartų, o kai kurių vabzdžių – 1300-1500 kartų.

Tankiui nukritus žemiau optimalaus, pablogėja populiacijos apsauginės savybės, mažėja jos vaisingumas ir atsiranda daugybė kitų neigiamų reiškinių. Populiacijos su minimaliu individų skaičiumi negali egzistuoti ilgą laiką.Žinomi nedidelio skaičiaus gyvūnų išnykimo atvejai net draustiniuose su labai palankiomis gyvenimo sąlygomis. Tankumo didinimas virš optimalaus taip pat neigiamai veikia gyventojus, nes tai naikina maisto tiekimą ir mažina gyvenamąjį plotą.

Populiacijos reguliuoja savo skaičių ir prisitaiko prie kintančių aplinkos sąlygų atnaujindamos individus. Asmenys atsiranda populiacijoje per gimimą ir imigraciją, o išnyksta dėl mirties ir emigracijos. Esant subalansuotam gimimų ir mirčių intensyvumui, formuojasi stabili populiacija. Tokioje populiacijoje mirtingumą kompensuoja augimas, t.y. populiacijos dydis išlaikomas tam tikrame lygyje.

Tačiau populiacijos pusiausvyra gamtoje neegzistuoja. Kiekviena populiacija yra apdovanota tiek statinėmis, tiek dinaminėmis savybėmis, todėl jų tankis nuolat svyruoja. Tačiau esant stabilioms išorinėms sąlygoms, šie svyravimai įvyksta apie tam tikrą vidutinę vertę. Dėl to populiacijos nemažėja ir nedidėja, nesiplečia ir nesiaurėja jų arealas.

Gyventojų tankumo savireguliaciją vykdo dvi viena kitą balansuojančios Gamtoje veikiančios jėgos. Tai, viena vertus, yra organizmų gebėjimas daugintis, kita vertus, procesai, kurie priklauso nuo populiacijos tankio ir riboja dauginimąsi. Gyventojų tankio autoreguliavimas yra būtina adaptacija gyvybei palaikyti nuolat kintančiomis sąlygomis.

Populiacija yra mažiausias besivystantis vienetas. Jis neegzistuoja atskirai, bet kartu su kitų rūšių populiacijomis. Todėl kartu gamtoje plačiai paplitę ir nepopuliaciniai automatinio reguliavimo mechanizmai, tiksliau, tarppopuliaciniai mechanizmai. Tuo pačiu metu populiacija yra reguliuojamas objektas, o natūrali sistema, susidedanti iš daugybės skirtingų rūšių populiacijų, veikia kaip reguliatorius. Ši sistema kaip visuma ir kitų į ją įtrauktų rūšių populiacijos veikia šią konkrečią populiaciją, o kiekviena atskirai savo ruožtu veikia visą sistemą, kurios dalis ji yra.

Biogeocenozių funkcionavimas ir struktūra. Biocenozėse tarp įvairių tipų gyvi organizmai turi tam tikrus ryšius. Pagrindinė šių ryšių forma yra mitybos santykiai, kurių pagrindu formuojasi sudėtingos mitybos ir erdvinių santykių grandinės ir ciklai. Būtent per maistą ir erdvinius ryšius (trofinius ir aktualius) statomi įvairūs biotiniai kompleksai, kurie sujungia gyvų organizmų rūšis į vientisą visumą, t.y. į biologinę makrosistemą – biogeocenozė.

Natūralios biogeocenozės paprastai atstovauja kelių rūšių bendruomenėms. Ir kuo įvairesnė rūšinė biocenozė, tuo daugiau galimybių ji turi pilnesniam ir ekonomiškesniam materialinių ir energetinių išteklių vystymui.

Visos maisto grandinės grandys yra tarpusavyje susijusios ir priklauso viena nuo kitos. Tarp jų, nuo pirmos iki paskutinės grandies, vyksta medžiagos ir energijos perdavimas (3.6 pav., a). Kai energija perkeliama iš vieno trofinio lygio į kitą, energija prarandama. Dėl to tiekimo grandinė negali būti ilga. Dažniausiai jis susideda iš 4-6 grandžių sausumoje ir 5-8 vandenyne. Bet kurioje mitybos grandinėje ne visas maistas yra naudojamas individo augimui, t.y. biomasei kaupti. Dalis jo išleidžiama kūno energijos sąnaudoms padengti: kvėpavimui, judėjimui, dauginimuisi, kūno temperatūros palaikymui ir kt. Tuo pačiu metu vienos grandies biomasės negali visiškai apdoroti kita grandis. Kiekvienoje paskesnėje maisto grandinės grandyje biomasės mažėja, palyginti su ankstesne. Tai taikoma ne tik biomasei, bet ir individų skaičiui bei energijos srautui.

Šį reiškinį tyrė C. Eltonas ir pavadino skaičių piramide, arba Eltono piramide (3.6.6 pav.). Piramidės pagrindą formuoja augalai – gamintojai, virš jų išsidėstę fitofagai. Kitą nuorodą atstovauja antrojo užsakymo vartotojai. Ir taip iki piramidės viršūnės, kurią sudaro didžiausi plėšrūnai. Piramidės aukštų skaičius dažniausiai atitinka maisto grandinės grandžių skaičių.

Ekologinės piramidės geometrine forma išreiškia ekologinės sistemos trofinę struktūrą. Jie gali būti statomi iš atskirų vienodo aukščio stačiakampių, kurių ilgis tam tikroje skalėje atspindi išmatuoto Parametro reikšmę. Tokiu būdu galima pastatyti skaičių, biomasės ir energijos piramides.

Biologinio medžiagų ciklo energijos šaltinis yra žaliųjų augalų – autotrofų – sukaupta saulės spinduliuotė. Iš visos Žemę pasiekiančios saulės spinduliuotės tik apie 0,1-0,2 % energijos sugauna žalieji augalai ir užtikrina visą biologinį medžiagų ciklą biosferoje. Tuo pačiu metu daugiau nei pusę su fotosinteze susijusios energijos suvartoja patys augalai, o likusi dalis kaupiasi augalo kūne ir vėliau tarnauja kaip energijos šaltinis visai įvairaus vėlesnio trofinio lygio organizmams.

Gyvosios medžiagos funkcijos biosferoje yra įvairios, tačiau visos jos atlieka tą patį tikslą – cheminių elementų judėjimą. Kodėl šis judėjimas reikalingas ir kaip jis įvyko prieš 3,5 milijardo metų, tai yra prieš gyvybės atsiradimą Žemėje? Nuo pat atsiradimo gyvosios medžiagos vaidmuo biosferoje tapo esminis. Nepaisant nereikšmingos masės, maždaug 10–6 masės kitų Žemės apvalkalų, ji yra energijos nešėja, dėl kurios vyksta šis judėjimas.

Sąvoka „gyvoji biosferos medžiaga“ apima visus gyvus organizmus planetoje. Nepriklausomai nuo to, kuriai klasei, rūšiai, genčiai ir pan. Tai ne tik organinės, bet ir neorganinės, taip pat mineralinės medžiagos. Jis „gyvena“ visuose biosferos sluoksniuose – litosferoje, hidrosferoje ir atmosferoje. Jei egzistavimo sąlygos yra netinkamos, jis arba patenka į sustabdytos animacijos būseną, tai yra, taip sulėtėja visus savo procesus, kad matomų gyvybės apraiškų praktiškai nėra, arba miršta.

Išskirtiniai bruožai ir vaidmuo

Kaip atskirti gyvąją biosferos medžiagą nuo negyvosios?

Penkta, jis egzistuoja visose fazėse. Šešta, tai yra individualus organizmas, kuriam, keičiantis kartoms, būdingas tęstinumas arba paveldimumas.

Gyvoji biosferos medžiaga užtikrina cheminių elementų migraciją tiek iš vieno organizmo į kitą, tiek tarp organizmo ir aplinkos. Judėjimas vyksta, kai gyvi organizmai virškina maistą, vystosi ir auga, taip pat juda gyvenimo procese. Pirmasis toks elementų judėjimas vadinamas cheminiu arba biocheminiu, o antrasis – mechaniniu. Be to, gyvų organizmų veikla siekia, kad ši migracija vyktų kuo greičiau, o iš Saulės gaunama energija būtų panaudota efektyviausiai. Norėdami tai padaryti, jie nuolat ir nuolat prisitaiko, prisitaiko ir tobulėja.

Funkcijos

Gyvų organizmų vaidmuo biosferoje yra atlikti keletą funkcijų. Pagrindinės yra: energetinės, destruktyvios, koncentracijos ir aplinką formuojančios.

Energijos funkcija. Tai siejama su žaliųjų chlorofilo organizmų gebėjimu fotosintezei. Naudodami saulės energiją, jie paprasčiausius junginius, tokius kaip vanduo, anglies dioksidas ir mineralai, paverčia sudėtingomis organinėmis medžiagomis, kurios savo ruožtu yra būtinos kitų gyvų būtybių egzistavimui. Šią savybę turi augalai. Fotosintezės procesui jie naudoja tik 1% saulės energijos, kuri patenka į Žemę. Kasmet jie pagamina apie 145 milijardus tonų deguonies, o tam sunaudoja apie 200 milijardų tonų anglies dioksido. Šiuo atveju susidaro daugiau nei 100 milijardų tonų organinės medžiagos. Taip augalai atmosferą papildo laisvu deguonimi. Jei augalai to nedarytų visam laikui, tai deguonis, kaip aktyvus cheminis elementas, įsitrauktų į reakcijas ir sudarytų įvairius junginius ir dėl to visiškai išnyktų iš Žemės atmosferos. Ir kartu su juo gyvenimas nustotų egzistuoti. Be augalų, labai nedidelį kiekį organinių medžiagų – ne daugiau kaip 0,5 % viso – gamina kai kurios bakterijos. Šis procesas vadinamas chemosinteze. Jame dalyvauja ne saulės energija, o energija, išsiskirianti vykstant sieros ir azoto junginių oksidacijos reakcijoms.

Taip susintetinti organiniai junginiai – baltymai, cukrus ir pan. – kartu su juose esančia energija yra maistas ir pasiskirsto trofine grandine. Be to, augalų susintetinta energija išsisklaido kaip šiluma arba kaupiasi negyvoje organinėje medžiagoje, virsta iškastinėmis būsenomis. Ir šiuo atveju kita funkcija yra destruktyvi.

Toks gyvų organizmų vaidmuo biosferoje dar vadinamas organinių medžiagų mineralizacija. Dėl skilimo negyvos organinės medžiagos virsta paprastais neorganiniais junginiais. Šiame procese dalyvauja gyvi organizmai, kurie atlieka destruktyvią arba griaunančią funkciją. Trofinėje grandinėje jie vadinami „reduktoriais“. Tai grybai, bakterijos, kirminai ir mikroorganizmai. Skilimo rezultatas yra: anglies dioksidas, vanduo, vandenilio sulfidas, metanas, amoniakas ir kt. Kurie, savo ruožtu, yra „maistas“ augalams. Ir procesas prasideda iš naujo.

Svarbų vaidmenį atlieka litosferoje vykstantis irimo procesas. Jo dėka iš uolienų išsiskiria tokie elementai kaip silicis, aliuminis, magnis ir geležis.

Reduktoriai savo turimų rūgščių pagalba „ištraukia“ ir „išsiunčia“ į biotinę cirkuliaciją tokius svarbius cheminius elementus kaip kalcis, kalis, natris, fosforas, silicis ir įvairūs mikroelementai. Destruktorių dėka dirva įgauna derlingumą.

Kita gyvų organizmų funkcija – koncentracija. Tai reiškia procesą, kurio metu kai kurios jų rūšys išgauna ir kaupia savyje tam tikrus cheminius elementus. Tokiu atveju tokių elementų kaip anglis, vandenilis, azotas, natris, magnis, silicis, siera, chloras, kalis, kalcis ir deguonis koncentracija gali būti šimtus ir tūkstančius kartų didesnė nei aplinkoje. Pavyzdžiui, manganas – 1 200 000 kartų, sidabras – 240 000, geležis – 65 000. Kriauklės, kriauklės ir griaučiai gali būti ryškūs tokio susikaupimo pavyzdžiai. Su kaupimui „tinkamais“ elementais kai kurios rūšys kaupia savyje nuodingas, nuodingas ir radioaktyvias medžiagas. Ir jų įtraukimas į maisto grandinę akivaizdžiai nėra teigiamas.

Koncentracijos funkcijos priešingybė yra sklaidos funkcija. Tai pasireiškia įvairiais sekretais, judesiais ir panašiai. Pavyzdžiui, yra geležies dispersija iš kraujo, įkandus įvairiems vabzdžiams ar siurbiant kraują.

Biosfera – tai ne tik gyvų organizmų sąveika ir energijos mainai tarp jų. Esminis gyvų organizmų vaidmuo biosferoje yra jo transformacija. Gyvi organizmai keičia savo aplinkos fizikinius ir cheminius parametrus, ir ši funkcija vadinama „aplinkos formavimu“. Tai yra visų anksčiau aptartų funkcijų rezultatas. Cheminių elementų išgavimas, jų kaupimas, o vėliau, pasitelkus gaunamą energiją, „išsiuntimas“ pakeliui per biologinį ciklą, lėmė reikšmingus natūralios aplinkos pokyčius. Per milijardus metų keitėsi atmosferos dujų sudėtis, keitėsi vandens cheminė sudėtis, atsirado nuosėdinių uolienų ir dugno nuosėdų, atsirado derlinga dirvožemio danga. Ir šiuo metu susiduriame su šia įtaka.

Transformuodami išorinę aplinką, organizmai sukuria optimalų energijos ir „maistinių medžiagų“ balansą savo egzistavimui ir visai biosferai kaip visumai. Šiai pusiausvyrai dėl daugybės vidinių ir išorinių poveikių visada gresia sunaikinimas. O medžiaga dėl savo išvardintų savybių priešinasi tokiai įtakai, atkuria sugedusią ir sugrąžina sistemą į stabilią būseną.

Nagrinėjamos gyvų organizmų funkcijos biosferoje buvo susijusios su dviem organinės medžiagos virsmo neorganinėmis ir atvirkščiai etapais. Šiuose etapuose augalai atlieka savo gamintojų vaidmenį, o bakterijos, grybai ir mikroorganizmai – kaip skaidytojai. Koks yra vartotojų ar vartotojų, kurių pagrindiniai tipai yra gyvūnai, vaidmuo?

Gyvūnai

Labiausiai prisotintas, kalbant apie perėjimų iš vieno organizmo į kitą skaičių, yra etapas tarp to, kaip augalai gamina deguonį, ir baigiasi, kai miręs organizmas atsitrenkia į naikintojų „stalą“.

Kitas lygis naudoja ne daugiau kaip 1% ankstesnio lygio energijos. Mirus fitofagams ir zoofagams, jų kūnai patenka į saprofagų ir bakterijų rankas. Saprofagai yra tie patys naikintojai, ardytojai ar kapų kasėjai. Ant jų „stalo“ organinės medžiagos baigia savo kelionę. Ratas uždarytas. Šio ciklo metu medžiagos arba cheminių elementų kiekis išliko toks pat. Kaip buvo prieš milijonus metų. Iššvaistoma tik energija. Manoma, kad gyvūnų vaidmuo biosferoje yra tas, kad jie prisideda prie cheminių medžiagų judėjimo, dalyvauja jas paskirstant ir keičiantis energija. Tačiau atrodo, kad jų vaidmuo yra kiek platesnis. Biosfera, kaip gyva savaime besitvarkanti sistema, siekia subalansuoti ir išlaikyti savo vidinę pusiausvyrą. Jo gyvosios medžiagos masė turi būti palaikoma tam tikru tūriu, o šią funkciją atlieka gyvūnai. Pavyzdys galėtų būti tos biosistemos, kuriose gyvūnų pasaulis išnyko arba yra ant jo slenksčio. Dėl to medžiagos tūris mažėja, o tai neišvengiamai sukelia pusiausvyros sunaikinimą ir sistemos mirtį.