Kokį vaidmenį atlieka didelis geologinis medžiagų ciklas? Biologiniai ir geologiniai ciklai

Puslapis 1

Didysis geologinis ciklas giliai įtraukia nuosėdines uolienas Žemės pluta, visam laikui išjungiant juose esančius elementus iš biologinio ciklo sistemos. Geologijos istorijos eigoje transformuotos nuosėdinės uolienos, vėl atsidūrusios Žemės paviršiuje, palaipsniui sunaikinamos gyvų organizmų, vandens ir oro veiklos ir vėl įtraukiamos į biosferos ciklą.

Didysis geologinis ciklas vyksta šimtus tūkstančių ar milijonus metų. Tai yra taip: uolos yra sunaikinamos, veikiamos oro sąlygomis ir galiausiai vandens srautų nuplaunamos į Pasaulio vandenyną. Čia jie nusėda ant dugno, sudarydami nuosėdas ir tik iš dalies grįžta į žemę su organizmais, kuriuos iš vandens pašalino žmonės ar kiti gyvūnai.

Didelio geologinio ciklo pagrindas yra mineralinių junginių pernešimo iš vienos vietos į kitą planetiniu mastu procesas, nedalyvaujant gyvajai medžiagai.

Be mažo ciklo, yra didelis geologinis ciklas. Kai kurios medžiagos patenka į giluminius Žemės sluoksnius (per jūros dugno nuosėdas ar kitais būdais), kur vyksta lėti virsmai, susidarant įvairiems junginiams, mineraliniams ir organiniams. Geologinio ciklo procesus daugiausia palaiko vidinė Žemės energija, jos aktyvus branduolys. Ta pati energija prisideda prie medžiagų išsiskyrimo į Žemės paviršių. Taigi didelis medžiagų ciklas yra uždarytas. Tam reikia milijonų metų.

Kalbant apie didelio geologinio medžiagų ciklo greitį ir intensyvumą, šiuo metu jokių tikslių duomenų pateikti neįmanoma, yra tik apytiksliai įverčiai, o tada tik bendrojo ciklo egzogeninės dedamosios, t.y. neatsižvelgiant į medžiagos antplūdį iš mantijos į žemės plutą.

Ši anglis dalyvauja dideliame geologiniame cikle. Ši anglis mažojo biotinio ciklo procese palaiko biosferos ir apskritai gyvybės dujų balansą.

Tvirtas nuotėkis iš kai kurių pasaulio upių.

Biosferos ir technosferos komponentų indėlis į didelį Žemės medžiagų geologinį ciklą yra labai reikšmingas: nuolat progresuoja technosferos komponentų augimas dėl plečiamos žmogaus gamybinės veiklos.

Kadangi žemės paviršiuje pagrindinis technogeocheminis srautas per didelį geologinį medžiagų ciklą nukreipiamas 70% sausumos į vandenyną ir 30% į uždaras, be drenažo įdubas, bet visada iš aukštesnių į žemesnes, nes dėl gravitacijos jėgų veikimo, žemės plutos substancijos diferenciacijos nuo aukštų iki žemų, nuo sausumos iki vandenyno. Atvirkštiniai srautai (atmosferos transportas, žmogaus veikla, tektoniniai judėjimai, vulkanizmas, organizmų migracija) tam tikru mastu apsunkina šį bendrą medžiagos judėjimą žemyn, sukurdami vietinius migracijos ciklus, bet nekeičia jo kaip visumos.

Vandens cirkuliacija tarp žemės ir vandenyno per atmosferą yra didžiojo geologinio ciklo dalis. Vanduo išgaruoja nuo vandenynų paviršiaus ir arba nunešamas į sausumą, kur iškrenta kaip krituliai, kurie grįžta į vandenyną paviršinio ir požeminio nuotėkio pavidalu, arba kaip krituliai patenka į vandenyno paviršių. Kasmet vandens cikle Žemėje dalyvauja daugiau nei 500 tūkstančių km3 vandens. Vandens ciklas kaip visuma vaidina svarbų vaidmenį formuojant gamtines sąlygas mūsų planetoje. Atsižvelgiant į augalų transpiraciją ir jo absorbciją biogeocheminiame cikle, visas vandens tiekimas Žemėje sugenda ir atsistato per 2 mln.

Pagal jo formuluotę, biologinis medžiagų ciklas vystosi pagal didelio geologinio medžiagų ciklo gamtoje trajektoriją.

Medžiagos pernešimas paviršiniu ir požeminiu vandenimis yra pagrindinis veiksnys, lemiantis žemės žemės diferenciaciją geocheminiu požiūriu, bet ne vienintelis, o jei kalbėsime apie didelę geologinę medžiagų cirkuliaciją žemės paviršiuje apskritai, tai srautai. vaidina labai svarbų vaidmenį, ypač vandenyno ir atmosferos transportui.

Kalbant apie didelio geologinio medžiagų ciklo greitį ir intensyvumą, šiuo metu neįmanoma pateikti jokių tikslių duomenų, yra tik apytiksliai įvertinimai, o tada tik bendrojo ciklo egzogeninės dedamosios, t. neatsižvelgiant į medžiagos antplūdį iš mantijos į žemės plutą. Egzogeninis didelio geologinio medžiagų ciklo komponentas yra nuolat vykstantis žemės paviršiaus denudacijos procesas.

Didelis (geologinis) ir mažasis (biogeocheminis) medžiagų ciklas

Visos mūsų planetoje esančios medžiagos yra cirkuliacijos procese. Saulės energija Žemėje sukelia du medžiagų ciklus:

Didelis (geologinis arba abiotinis);

Mažas (biotinis, biogeninis arba biologinis).

Medžiagų ciklai ir kosminės energijos srautai sukuria biosferos stabilumą. Kietosios medžiagos ir vandens ciklas, atsirandantis veikiant abiotiniams veiksniams (negyva gamta), vadinamas didžiuoju geologiniu ciklu. Per didelį geologinį ciklą (trunkantį milijonus metų) uolienos sunaikinamos, dyla, medžiagos ištirpsta ir patenka į Pasaulio vandenyną; vyksta geotektoniniai pokyčiai, žemynų nuslūgimas ir jūros dugno pakilimas. Vandens ciklo laikas ledynuose – 8000 metų, upėse – 11 dienų. Tai didysis ciklas, aprūpinantis gyvus organizmus maistinėmis medžiagomis ir daugiausia lemiantis jų egzistavimo sąlygas.

Didelis geologinis ciklas biosferoje pasižymi dviem svarbius punktus: deguonies anglies geologinis

• a) vykdomas per visą Žemės geologinį vystymąsi;
• b) yra šiuolaikinis planetinis procesas, kuris vaidina pagrindinį vaidmenį tolimesnis vystymas biosfera.

Dabartiniame žmogaus vystymosi etape dėl didelio ciklo teršalai, tokie kaip sieros ir azoto oksidai, dulkės ir radioaktyviosios priemaišos, taip pat pernešami dideliais atstumais. Labiausiai užterštos buvo Šiaurės pusrutulio vidutinio klimato platumos.

Mažas, biogeninis arba biologinis medžiagų ciklas vyksta kietoje, skystoje ir dujinėje fazėse, dalyvaujant gyviems organizmams. Biologinis ciklas, priešingai nei geologinis ciklas, reikalauja mažiau energijos. Mažasis ciklas yra didelio ciklo dalis, vyksta biogeocenozių lygmeniu (ekosistemose) ir susideda iš to, kad dirvožemio maistinės medžiagos, vanduo ir anglis kaupiasi augalinėse medžiagose ir išleidžiami kūnui kurti. Skilimo produktai organinės medžiagos suyra iki mineralinių komponentų. Mažasis ciklas nėra uždaras, kuris yra susijęs su medžiagų ir energijos srautu į ekosistemą iš išorės ir su kai kurių jų išleidimu į biosferos ciklą.

Dideliame ir mažame cikle dalyvauja daug cheminių elementų ir jų junginių, tačiau svarbiausi iš jų yra tie, kurie lemia esamą biosferos raidos etapą, siejamą su žmogaus ūkine veikla. Tai apima anglies, sieros ir azoto ciklus (jų oksidai yra pagrindiniai atmosferos teršalai), taip pat fosforo (fosfatai yra pagrindinis kontinentinių vandenų teršalas). Beveik visi teršalai veikia kaip kenksmingos medžiagos ir yra priskiriami ksenobiotikų kategorijai. Šiuo metu didelę reikšmę turi ksenobiotikų – toksinių elementų – gyvsidabrio (maisto teršalo) ir švino (benzino komponento) ciklai. Be to, daugelis antropogeninės kilmės medžiagų (DDT, pesticidai, radionuklidai ir kt.), kurios daro žalą biotai ir žmonių sveikatai, patenka iš didelio ciklo į mažąją.

Biologinio ciklo esmė slypi dviejų priešingų, bet tarpusavyje susijusių procesų – organinės medžiagos susidarymo ir jos naikinimo gyvosios medžiagos – atsiradime.

Skirtingai nuo didžiojo, mažojo žiedo trukmė skiriasi: išskiriami sezoniniai, metiniai, daugiamečiai ir pasaulietiniai mažieji. Cheminių medžiagų ciklas iš neorganinės aplinkos per augaliją ir gyvūnus atgal į neorganinę aplinką naudojant saulės energiją iš cheminių reakcijų vadinamas biogeocheminiu ciklu.

Mūsų planetos dabartis ir ateitis priklauso nuo gyvų organizmų dalyvavimo biosferos funkcionavime. Medžiagų cikle gyva materija, arba biomasė, atlieka biogeochemines funkcijas: dujų, koncentracijos, redokso ir biochemines.

Biologinis ciklas vyksta dalyvaujant gyviems organizmams ir susideda iš organinių medžiagų dauginimosi iš neorganinių ir šios organinės medžiagos skaidymo iki neorganinės per maisto trofinę grandinę. Gamybos ir naikinimo procesų intensyvumas biologiniame cikle priklauso nuo šilumos ir drėgmės kiekio. Pavyzdžiui, mažas organinių medžiagų skilimo greitis poliariniuose regionuose priklauso nuo šilumos trūkumo.

Svarbus biologinio ciklo intensyvumo rodiklis yra cheminių elementų cirkuliacijos greitis. Intensyvumas apibūdinamas indeksu, lygiu miško paklotės masės ir paklotės santykiui. Kuo didesnis indeksas, tuo mažesnis cirkuliacijos intensyvumas.

Indeksas spygliuočių miškuose - 10 - 17; plačialapis 3 - 4; savana ne daugiau kaip 0,2; atogrąžų miškuose ne daugiau kaip 0,1, t.y. Čia biologinis ciklas yra intensyviausias.

Elementų (azoto, fosforo, sieros) srautas per mikroorganizmus yra eilės tvarka didesnis nei per augalus ir gyvūnus. Biologinis ciklas nėra visiškai grįžtamas, jis glaudžiai susijęs su biogeocheminiu ciklu. Cheminiai elementai biosferoje cirkuliuoja įvairiais biologinio ciklo keliais:

• - yra sugeriamos gyvosios medžiagos ir pasikrauna energija;
• - palikti gyvą medžiagą, išskirdama energiją į išorinę aplinką.

Šie ciklai yra dviejų tipų: dujinių medžiagų ciklas; nuosėdų ciklas (rezervas žemės plutoje).

Patys žiedai susideda iš dviejų dalių:

• - rezervinis fondas (tai su gyvais organizmais nesusijusi medžiagos dalis);
• - mobilusis (mainų) fondas (mažesnė medžiagos dalis, susijusi su tiesioginiais mainais tarp organizmų ir jų artimiausios aplinkos).

Žiedai skirstomi į:

• - dujų tipo ciklai su rezerviniu fondu žemės plutoje (anglies, deguonies, azoto ciklai) - galintys greitai reguliuotis;
• - nuosėdų ciklai su rezerviniu fondu žemės plutoje (fosforo, kalcio, geležies ir kt. ciklai) yra inertiškesni, didžioji medžiagos dalis yra „nepasiekiama“ gyviems organizmams.

Žiedai taip pat gali būti skirstomi į:

• - uždaras (dujinių medžiagų ciklas, pavyzdžiui, deguonis, anglis ir azotas - rezervas atmosferoje ir vandenyno hidrosferoje, todėl trūkumas greitai kompensuojamas);
• - neterminuotas (žemės plutoje sukuriamas rezervinis fondas, pvz., fosforas - todėl nuostoliai menkai kompensuojami, t.y. susidaro deficitas).

Biologinių ciklų egzistavimo Žemėje energetinis pagrindas ir pradinis jų ryšys yra fotosintezės procesas. Kiekvienas naujas ciklas nėra tikslus ankstesnio kartojimas. Pavyzdžiui, biosferos evoliucijos metu kai kurie procesai buvo negrįžtami, todėl susidarė ir kaupėsi biogeninės nuosėdos, padidėjo deguonies kiekis atmosferoje, pakito daugelio elementų izotopų kiekybiniai santykiai. ir kt.

Medžiagų cirkuliacija paprastai vadinama biogeocheminiais ciklais. Pagrindiniai biogeocheminiai (biosferos) medžiagų ciklai: vandens ciklas, deguonies ciklas, azoto ciklas (azotą fiksuojančių bakterijų dalyvavimas), anglies ciklas (aerobinių bakterijų dalyvavimas; per metus į geologinį ciklą išleidžiama apie 130 tonų anglies), fosforas. ciklas (dirvožemio bakterijų dalyvavimas; kasmet iš vandenynų išplaunama 14 mln. tonų fosforo), sieros ciklas, metalų katijonų ciklas.

Vandens ciklas

Vandens ciklas yra uždaras ciklas, kuris, kaip minėta aukščiau, gali vykti net ir nesant gyvybės, tačiau gyvi organizmai jį modifikuoja.

Ciklas pagrįstas principu: evapotranspiraciją kompensuoja krituliai. Visai planetai garavimas ir krituliai subalansuoja vienas kitą. 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. Drėgmės balansą tarp žemynų ir vandenynų palaiko upės tėkmė.

Taigi pasaulinis hidrologinis ciklas turi keturis pagrindinius srautus: kritulių, garavimo, drėgmės pernešimo ir transpiracijos.

Vanduo, labiausiai paplitusi medžiaga biosferoje, yra ne tik daugelio organizmų buveinė, bet ir neatskiriama dalis visų gyvų būtybių kūnai. Nepaisant didžiulės vandens svarbos visuose biosferoje vykstančiuose gyvybės procesuose, gyvoji medžiaga neatlieka lemiamo vaidmens dideliame Žemės rutulio vandens cikle. Šio ciklo varomoji jėga yra saulės energija, kuri išleidžiama vandeniui išgarinti nuo vandens baseinų ar žemės paviršiaus. Išgaravusi drėgmė atmosferoje kondensuojasi vėjo nešamų debesų pavidalu; Atvėsus debesims, iškrenta krituliai.

Bendras laisvo nesurišto vandens kiekis (vandenynų ir jūrų, kuriuose yra skysto sūraus vandens, dalis) sudaro 86–98%. Likęs vandens kiekis (gėlas vanduo) kaupiasi poliarinėse kepurėse ir ledynuose ir sudaro vandens baseinus bei požeminį vandenį. Krituliai, iškritę ant augmenija padengtos žemės paviršiaus, iš dalies sulaikomi lapų paviršiuje ir vėliau išgaruoja į atmosferą. Drėgmė, kuri pasiekia dirvožemį, gali prisijungti prie paviršinio nuotėkio arba būti absorbuojama dirvožemio. Visiškai sugertos dirvos (tai priklauso nuo dirvožemio tipo, uolienų ir augalinės dangos savybių), nuosėdų perteklius gali prasiskverbti giliau į gruntinį vandenį. Jei kritulių kiekis viršija viršutinių dirvožemio sluoksnių drėgmę, prasideda paviršinis nuotėkis, kurio greitis priklauso nuo dirvožemio būklės, šlaito statumo, kritulių trukmės ir augalijos pobūdžio ( augmenija gali apsaugoti dirvožemį nuo vandens erozijos). Dirvožemyje sulaikytas vanduo gali išgaruoti nuo jo paviršiaus arba, absorbuotas augalų šaknims, per lapus išsinešioti (išgaruoti) į atmosferą.

Vandens transpiracinis srautas (dirvožemis – augalų šaknys – lapai – atmosfera) yra pagrindinis vandens kelias per gyvąją medžiagą per savo didelį ciklą mūsų planetoje.

Anglies ciklas

Visa organinių medžiagų, biocheminių procesų ir gyvybės formų įvairovė Žemėje priklauso nuo anglies savybių ir savybių. Daugumoje gyvų organizmų anglies kiekis sudaro apie 45% jų sausos biomasės. Visa planetoje esanti gyva medžiaga dalyvauja organinių medžiagų ir visos Žemės anglies cikle, kuris nuolat kyla, keičiasi, miršta, suyra ir šia seka anglis iš vienos organinės medžiagos perkeliama į kitos statybą išilgai maisto grandinės. . Be to, visi gyvi daiktai kvėpuoja, išskirdami anglies dioksidą.

Anglies ciklas sausumoje. Anglies ciklą palaiko sausumos augalų ir vandenyno fitoplanktono fotosintezė. Sugerdami anglies dvideginį (fiksuodami neorganinę anglį), augalai, panaudodami saulės šviesos energiją, paverčia ją organiniais junginiais – sukurdami savo biomasę. Naktį augalai, kaip ir visi gyvi daiktai, kvėpuoja, išskirdami anglies dioksidą.

Negyvi augalai, lavonai ir gyvūnų ekskrementai yra daugelio heterotrofinių organizmų (gyvūnų, saprofitinių augalų, grybų, mikroorganizmų) maistas. Visi šie organizmai daugiausia gyvena dirvožemyje ir gyvenimo procese sukuria savo biomasę, kurią sudaro organinė anglis. Jie taip pat išskiria anglies dioksidą, sukurdami „dirvožemio kvėpavimą“. Dažnai negyvos organinės medžiagos iki galo nesuyra ir dirvose kaupiasi humusas (humusas), kuris vaidina svarbų vaidmenį dirvožemio derlingumui. Organinių medžiagų mineralizacijos ir humifikacijos laipsnis priklauso nuo daugelio veiksnių: drėgmės, temperatūros, fizines savybes dirvožemis, organinių likučių sudėtis ir kt. Veikiamas bakterijų ir grybelių, humusas gali suskaidyti į anglies dioksidą ir mineralinius junginius.

Anglies ciklas Pasaulio vandenyne. Anglies ciklas vandenyne skiriasi nuo ciklo sausumoje. Vandenynas yra silpnoji aukštesnio trofinio lygio organizmų grandis, taigi ir visos anglies ciklo grandys. Laikas, per kurį anglis praeina per vandenyno trofinę grandį, yra trumpas, o išskiriamo anglies dioksido kiekis yra nereikšmingas.

Vandenynas veikia kaip pagrindinis anglies dioksido reguliatorius atmosferoje. Tarp vandenyno ir atmosferos vyksta intensyvūs anglies dioksido mainai. Vandenynų vandenys turi didelę tirpinimo ir buferio talpą. Sistema, susidedanti iš anglies rūgšties ir jos druskų (karbonatų), yra anglies dioksido saugykla, sujungta su atmosfera per CO difuziją? iš vandens į atmosferą ir atgal.

Vandenyne dieną intensyviai vyksta fitoplanktono fotosintezė, intensyviai suvartojamas laisvas anglies dioksidas, karbonatai yra papildomas jo susidarymo šaltinis. Naktį, kai dėl gyvūnų ir augalų kvėpavimo padidėja laisvosios rūgšties kiekis, didelė jos dalis vėl patenka į karbonatų sudėtį. Vykstantys procesai vyksta tokiomis kryptimis: gyva materija? TAIP?? N?SO?? Sa(NSO?)?? CaCO?.

Gamtoje tam tikras kiekis organinių medžiagų nemineralizuojasi dėl deguonies trūkumo, didelio aplinkos rūgštingumo, specifinių laidojimo sąlygų ir kt. Dalis anglies palieka biologinį ciklą neorganinių (kalkakmenis, kreida, koralai) ir organinių (skalūnų, naftos, anglies) nuosėdų pavidalu.

Žmogaus veikla daro reikšmingus anglies ciklo pokyčius mūsų planetoje. Keičiasi kraštovaizdžiai, augmenijos tipai, biocenozės ir jų mitybos grandinės, nusausinami arba drėkinami didžiuliai žemės paviršiaus plotai, gerėja (arba pablogėja) dirvožemio derlingumas, įvedamos trąšos, pesticidai ir kt. Pavojingiausia yra anglies dioksido išmetimas į atmosferą deginant kurą. Kartu didėja anglies cirkuliacijos greitis ir trumpėja jos ciklas.

Deguonies ciklas

Deguonis yra būtina gyvybės egzistavimo Žemėje sąlyga. Jis yra įtrauktas į beveik visus biologinius junginius, dalyvauja biocheminėse organinių medžiagų oksidacijos reakcijose, suteikdamas energiją visiems biosferos organizmų gyvenimo procesams. Deguonis užtikrina gyvūnų, augalų ir mikroorganizmų kvėpavimą atmosferoje, dirvožemyje, vandenyje, dalyvauja cheminėse oksidacijos reakcijose, vykstančiose uolienose, dirvožemyje, dumbluose, vandeninguose sluoksniuose.

Pagrindinės deguonies ciklo šakos:

• - laisvo deguonies susidarymas fotosintezės metu ir jo įsisavinimas gyvų organizmų (augalų, gyvūnų, atmosferos mikroorganizmų, dirvožemio, vandens) kvėpavimo metu;
• - ozono ekrano susidarymas;
• - redokso zonavimo sukūrimas;
• - anglies monoksido oksidacija ugnikalnių išsiveržimų metu, sulfatinių nuosėdinių uolienų kaupimasis, deguonies suvartojimas žmogaus veikloje ir kt.; Visur dalyvauja fotosintezės molekulinis deguonis.

Azoto ciklas

Azotas yra visų gyvų organizmų biologiškai svarbių organinių medžiagų dalis: baltymai, nukleino rūgštys, lipoproteinai, fermentai, chlorofilas ir kt. Nepaisant azoto kiekio (79%) ore, jo trūksta gyviems organizmams.

Azotas biosferoje yra dujinės formos (N2), neprieinamos organizmams – chemiškai mažai aktyvus, todėl jo negali tiesiogiai panaudoti aukštesni augalai (ir dauguma žemesnių augalų) bei gyvūnų pasaulis. Azotą augalai iš dirvožemio pasisavina amonio jonų arba nitratų jonų pavidalu, t.y. vadinamasis fiksuotasis azotas.

Yra atmosferinis, pramoninis ir biologinis azoto fiksavimas.

Atmosferos fiksacija įvyksta, kai atmosfera jonizuojasi kosminiais spinduliais ir stiprių elektros iškrovų metu per perkūniją, o iš ore esančio molekulinio azoto susidaro azoto ir amoniako oksidai, kurie dėl atmosferos kritulių paverčiami amoniu, nitritu ir nitratiniu azotu. ir patekti į dirvožemį bei vandens baseinus.

Pramoninė fiksacija atsiranda dėl žmogaus ūkinės veiklos. Atmosferą azoto junginiais teršia azoto junginius gaminančios gamyklos. Karštos emisijos iš šiluminių elektrinių, gamyklų, erdvėlaivių ir viršgarsinių orlaivių oksiduoja oro azotą. Azoto oksidai, sąveikaudami su vandens garais iš oro ir kritulių, grįžta į žemę ir jonine forma patenka į dirvą.

Biologinė fiksacija vaidina svarbų vaidmenį azoto cikle. Ją vykdo dirvožemio bakterijos:

• - azotą fiksuojančios bakterijos (ir melsvadumbliai);
• - mikroorganizmai, gyvenantys simbiozėje su aukštesniaisiais augalais (mazginės bakterijos);
• - amonifikuojantis;
• - nitrifikuojantis;
• - denitrifikuojantis.

Dirvožemyje laisvai gyvenančios azotą fiksuojančios aerobinės (esant deguonies) bakterijos (Azotobacter) geba fiksuoti atmosferos molekulinį azotą, panaudodamos energiją, gaunamą oksiduojant dirvožemio organines medžiagas kvėpuojant, galiausiai surišdamos ją vandeniliu ir įvedamos. amino grupės (-NH2) pavidalu patenka į savo kūno aminorūgščių sudėtį. Molekulinis azotas taip pat gali fiksuoti kai kurias anaerobines (gyvenančias be deguonies) bakterijas, esančias dirvožemyje (Clostridium). Mirdami abu mikroorganizmai praturtina dirvą organiniu azotu.

Mėlynadumbliai, ypač svarbūs ryžių laukų dirvožemiams, taip pat geba biologiškai fiksuoti molekulinį azotą.

Veiksmingiausia biologinė atmosferos azoto fiksacija vyksta ankštinių augalų (mazginių bakterijų) mazgeliuose simbiozėje gyvenančiose bakterijose.

Šios bakterijos (Rizobium) naudoja augalo šeimininko energiją azotui fiksuoti, tuo pačiu aprūpindamos šeimininko sausumos organus jai prieinamais azoto junginiais.

Asimiliuodami azoto junginius iš dirvožemio nitratų ir amonio formomis, augalai sukuria savo organizmui reikalingus azoto turinčius junginius (nitratinis azotas yra iš anksto redukuotas augalų ląstelėse). Gaminantys augalai aprūpina azotinėmis medžiagomis visą gyvūnų pasaulį ir žmoniją. Negyvi augalai, atsižvelgiant į trofinę grandinę, naudojami kaip bioreduktoriai.

Amonifikuojantys mikroorganizmai skaido organines medžiagas, turinčias azoto (amino rūgštis, karbamidą), sudarydami amoniaką. Dalis organinio azoto dirvožemyje nėra mineralizuojama, o virsta humuso medžiagomis, bitumu ir nuosėdinių uolienų komponentais.

Amoniakas (amonio jonų pavidalu) gali patekti į augalų šaknų sistemą arba būti naudojamas nitrifikacijos procesuose.

Nitrifikuojantys mikroorganizmai yra chemosintetikai, kurie naudoja amoniako oksidacijos į nitratus ir nitritų į nitratus energiją, kad užtikrintų visus gyvybės procesus. Naudodami šią energiją nitrifikatoriai sumažina anglies dioksido kiekį ir kaupia organines medžiagas savo kūnuose. Amoniako oksidacija nitrifikacijos metu vyksta per šias reakcijas:

NH? + 3O? ? 2HNO? + 2H?O + 600 kJ (148 kcal).

HNO? +O? ? 2HNO? + 198 kJ (48 kcal).

Nitrifikacijos procesų metu susidarę nitratai vėl patenka į biologinį ciklą, pasisavinami iš dirvožemio augalų šaknimis arba su vandens nuotėkiu patekę į vandens baseinus – fitoplanktoną ir fitobentosą.

Kartu su organizmais, kurie fiksuoja atmosferos azotą ir jį nitrifikuoja, biosferoje yra mikroorganizmų, gebančių nitratus ar nitritus redukuoti į molekulinį azotą. Tokie mikroorganizmai, vadinami denitrifikatoriais, kai vandenyje ar dirvožemyje trūksta laisvo deguonies, organinėms medžiagoms oksiduoti naudoja nitratinį deguonį:

C?H??O?(gliukozė) + 24KNO? ? 24KHCO? + 6CO? +12N? + 18H?O + energija

Šiuo atveju išsiskirianti energija yra visos denitrifikuojančių mikroorganizmų gyvybinės veiklos pagrindas.

Taigi gyvosios medžiagos atlieka išskirtinį vaidmenį visose ciklo dalyse.

Šiuo metu pramoninis atmosferos azoto fiksavimas, kurį atlieka žmonės, vaidina vis svarbesnį vaidmenį dirvožemio azoto balanse, taigi ir visame azoto cikle biosferoje.

Fosforo ciklas

Fosforo ciklas yra paprastesnis. Nors azoto rezervuaras yra oras, fosforo rezervuaras yra uolienos, iš kurių jis išsiskiria dėl erozijos.

Anglis, deguonis, vandenilis ir azotas atmosferoje migruoja lengviau ir greičiau, nes yra dujinės formos ir biologiniuose ciklus sudaro dujinius junginius. Visiems kitiems elementams, išskyrus sierą, reikalingą gyvajai medžiagai egzistuoti, dujinių junginių susidarymas biologinių ciklų metu yra nebūdingas. Šie elementai migruoja daugiausia vandenyje ištirpusių jonų ir molekulių pavidalu.

Fosforas, augalų pasisavinamas ortofosforo rūgšties jonų pavidalu, užima didelę dalį visų gyvų organizmų gyvenime. Tai yra ADP, ATP, DNR, RNR ir kitų junginių dalis.

Fosforo ciklas biosferoje nėra uždaras. Sausumos biogeocenozėse fosforas po augalų absorbcijos iš dirvožemio maisto grandinė vėl patenka į dirvą fosfatų pavidalu. Pagrindinį fosforo kiekį reabsorbuoja augalų šaknų sistema. Fosforas dalinai gali būti išplautas lietaus vandeniui nutekėjus iš dirvožemio į vandens baseinus.

Natūraliose biogeocenozėse fosforo dažnai trūksta, o šarminėje ir oksiduotoje aplinkoje jis dažniausiai aptinkamas netirpių junginių pavidalu.

Litosferos uolienose yra daug fosfatų. Dalis jų pamažu pereina į dirvą, dalis yra žmogaus sukurtos fosfatinėms trąšoms gaminti, o didžioji dalis išplaunamos ir išplaunamos į hidrosferą. Ten juos naudoja fitoplanktonas ir susiję organizmai, esantys skirtinguose sudėtingų maisto grandinių trofiniuose lygiuose.

Pasaulio vandenyne fosfatų praradimas iš biologinio ciklo atsiranda dėl augalų ir gyvūnų liekanų nusėdimo dideliame gylyje. Kadangi fosforas su vandeniu daugiausia juda iš litosferos į hidrosferą, jis į litosferą migruoja biologiškai (maitindamas žuvis jūros paukščiais, kaip trąšas naudodamas bentosinius dumblius ir žuvų miltus ir kt.).

Iš visų augalų mineralinės mitybos elementų fosforo trūkumas gali būti laikomas.

Sieros ciklas

Gyviems organizmams siera yra labai svarbi, nes ji yra sieros turinčių aminorūgščių (cistino, cisteino, metionino ir kt.) dalis. Būdamos baltymų dalimi, sieros turinčios aminorūgštys palaiko reikiamą trimatę baltymų molekulių struktūrą.

Sierą augalai iš dirvožemio pasisavina tik oksiduotą, jonų pavidalu. Augaluose siera redukuojama ir yra įtraukta į aminorūgštis sulfhidrilo (-SH) ir disulfido (-S-S-) grupių pavidalu.

Gyvūnai pasisavina tik sumažintą sierą, esančią organinėse medžiagose. Po augalų ir gyvūnų organizmų mirties siera grįžta į dirvą, kur dėl daugelio mikroorganizmų formų veiklos ji transformuojasi.

Aerobinėmis sąlygomis kai kurie mikroorganizmai oksiduoja organinę sierą į sulfatus. Sulfato jonai, absorbuojami augalų šaknų, vėl įtraukiami į biologinį ciklą. Kai kurie sulfatai gali būti įtraukti į vandens migraciją ir pašalinti iš dirvožemio. Daug humusinių medžiagų turinčiuose dirvožemiuose nemažas kiekis sieros randamas organiniuose junginiuose, kurie neleidžia jai išsiplauti.

Anaerobinėmis sąlygomis skaidant organinius sieros junginius susidaro vandenilio sulfidas. Jei sulfatai ir organinės medžiagos yra aplinkoje, kurioje nėra deguonies, suaktyvėja sulfatus redukuojančių bakterijų veikla. Jie naudoja sulfatų deguonį organinėms medžiagoms oksiduoti ir taip gauti joms būtiną energiją.

Sulfatus redukuojančios bakterijos paplitusios požeminiame vandenyje, purve ir stovinčiame jūros vandenyje. Vandenilio sulfidas yra nuodas daugumai gyvų organizmų, todėl jo kaupimasis vandens pripildytame dirvožemyje, ežeruose, estuarijose ir kt. žymiai sumažina ar net visiškai sustabdo gyvybės procesus. Šis reiškinys stebimas Juodojoje jūroje žemiau 200 m nuo jos paviršiaus.

Taigi, norint sukurti palankią aplinką, reikia oksiduoti sieros vandenilį iki sulfato jonų, kurie sunaikins žalingą sieros vandenilio poveikį, siera virs augalams prieinama forma – sulfatų druskų pavidalu. Šį vaidmenį gamtoje atlieka speciali sieros bakterijų (bespalvių, žalių, violetinių) ir tioninių bakterijų grupė.

Bespalvės sieros bakterijos yra chemosintetinės: jos naudoja energiją, gautą oksiduojant vandenilio sulfidą deguonimi iki elementinės sieros ir toliau oksiduojant iki sulfatų.

Spalvotos sieros bakterijos yra fotosintetiniai organizmai, kurie naudoja vandenilio sulfidą kaip vandenilio donorą, kad sumažintų anglies dioksido kiekį.

Žaliosiose sieros bakterijose susidariusi elementinė siera išsiskiria iš ląstelių, o purpurinėse bakterijose kaupiasi ląstelių viduje.

Bendra šio proceso reakcija yra fotoredukcija:

CO?+ 2H?S šviesa? (CH2O)+ H2O +2S.

Tioninės bakterijos, naudodamos laisvą deguonį, oksiduoja elementinę sierą ir įvairius jos redukuotus junginius iki sulfatų, grąžindamos ją į pagrindinę biologinio ciklo srovę.

Biologinio ciklo procesuose, kur vyksta sieros transformacija, gyvi organizmai, ypač mikroorganizmai, vaidina didžiulį vaidmenį.

Pagrindinis sieros rezervuaras mūsų planetoje yra Pasaulio vandenynas, nes sulfato jonai į jį nuolat teka iš dirvožemio. Dalis sieros iš vandenyno grįžta į žemę per atmosferą pagal schemą vandenilio sulfidas - jo oksidacija į sieros dioksidą - pastarojo ištirpimas lietaus vandenyje, susidarant sieros rūgščiai ir sulfatams - sieros grąžinimas su krituliais į dirvožemio dangą Žemės.

Neorganinių katijonų ciklas

Be pagrindinių elementų, sudarančių gyvus organizmus (anglies, deguonies, vandenilio, fosforo ir sieros), gyvybiškai svarbūs yra daugelis kitų makro ir mikroelementų – neorganinių katijonų. Vandens baseinuose augalai reikalingus metalo katijonus gauna tiesiai iš aplinką. Sausumoje pagrindinis neorganinių katijonų šaltinis yra dirvožemis, kuris juos gavo naikinant pirmines uolienas. Augaluose šaknų sistemų absorbuoti katijonai persikelia į lapus ir kitus organus; kai kurie iš jų (magnis, geležis, varis ir daugelis kitų) yra biologiškai svarbių molekulių (chlorofilo, fermentų) dalis; kiti, likę laisvoje formoje, dalyvauja palaikant reikalingas koloidines ląstelės protoplazmos savybes ir atlieka kitas įvairias funkcijas.

Kai gyvi organizmai žūva, organinių medžiagų mineralizacijos metu į dirvą grįžta neorganiniai katijonai. Šių komponentų netenkama iš dirvožemio dėl metalo katijonų išplovimo ir pašalinimo lietaus vandeniu, žmonėms atmetus ir pašalinus organines medžiagas auginant žemės ūkio augalus, kertant miškus, pjaunant žolę gyvulių pašarui ir kt.

Racionalus mineralinių trąšų naudojimas, dirvožemio melioracija, organinių trąšų naudojimas, tinkama žemės ūkio technologija padės atkurti ir išlaikyti neorganinių katijonų pusiausvyrą biosferos biocenozėse.

Antropogeninis ciklas: ksenobiotikų ciklas (gyvsidabris, švinas, chromas)

Žmonija yra gamtos dalis ir gali egzistuoti tik nuolat sąveikaudama su ja.

Yra panašumų ir prieštaravimų tarp natūralaus ir antropogeninio biosferoje vykstančių medžiagų ir energijos ciklo.

Natūralus (biogeocheminis) gyvenimo ciklas turi šias ypatybes:

• - saulės energijos, kaip gyvybės šaltinio, naudojimas ir visos jos apraiškos, pagrįstos termodinaminiais dėsniais;
• – jis vykdomas be atliekų, t.y. visi jo gyvybinės veiklos produktai mineralizuojami ir vėl įtraukiami į kitą medžiagų apykaitos ciklą. Tuo pačiu metu atliekos, nuvertėjusi šiluminė energija pašalinama už biosferos ribų. Biogeocheminio medžiagų ciklo metu susidaro atliekos, t.y. ištekliai anglies, naftos, dujų ir kitų mineralinių išteklių pavidalu. Skirtingai nuo natūralaus ciklo be atliekų, antropogeninį ciklą kasmet lydi vis daugiau atliekų.

Gamtoje nėra nieko nenaudingo ar kenksmingo, net ugnikalnių išsiveržimai turi naudos, nes su vulkaninėmis dujomis į orą patenka būtini elementai (pavyzdžiui, azotas).

Biosferoje galioja visuotinio biogeocheminio ciklo uždarymo dėsnis, kuris veikia visuose jos vystymosi etapuose, taip pat didėjančio biogeocheminio ciklo uždarymo sekimo metu taisyklė.

Žmonės atlieka didžiulį vaidmenį biogeocheminiame cikle, tačiau priešinga kryptimi. Žmogus sutrikdo esamus medžiagų ciklus, ir tai išreiškia jo geologinę galią – griaunančią biosferos atžvilgiu. Dėl antropogeninės veiklos mažėja biogeocheminių ciklų uždarumo laipsnis.

Antropogeninis ciklas neapsiriboja saulės šviesos energija, kurią užfiksuoja žali planetos augalai. Žmonija naudoja kuro, hidroelektrinių ir atominių elektrinių energiją.

Galima teigti, kad antropogeninė veikla šiuo metu yra didžiulė biosferos griauna jėga.

Biosfera turi ypatingą savybę – didelį atsparumą teršalams. Šis stabilumas pagrįstas natūraliu įvairių komponentų gebėjimu natūrali aplinka savęs apsivalymui ir savęs išgydymui. Bet ne neribotas. Dėl galimos pasaulinės krizės, norint gauti informacijos apie galimą biosferos būklę, reikėjo sukurti matematinį biosferos, kaip vienos visumos, modelį (Gaia sistemą).

Ksenobiotikas – gyviems organizmams svetima medžiaga, atsirandanti dėl antropogeninės veiklos (pesticidai, buitinės chemijos ir kiti teršalai), galinti sutrikdyti biotinius procesus, įskaitant. liga ar kūno mirtis. Tokie teršalai biologiškai nedegraduoja, bet kaupiasi trofinėse grandinėse.

Gyvsidabris yra labai retas elementas. Jis yra išsklaidytas po visą žemės plutą ir tik keliuose mineraluose, tokiuose kaip cinoberas, yra jo koncentruota forma. Gyvsidabris dalyvauja medžiagų cikle biosferoje, migruodamas dujinėje būsenoje ir vandeniniuose tirpaluose.

Į atmosferą jis patenka iš hidrosferos garuodamas, kai išsiskiria iš cinamono, su vulkaninėmis dujomis ir dujomis iš terminių šaltinių. Dalis atmosferoje esančio dujinio gyvsidabrio virsta kieta faze ir pašalinama iš oro. Iškritusį gyvsidabrį sugeria dirvožemis, ypač molingas, vanduo ir akmenys. Degiuosiuose mineraluose – nafta ir anglis – gyvsidabrio yra iki 1 mg/kg. IN vandens masė Vandenynuose apie 1,6 milijardo tonų, dugno nuosėdose - 500 milijardų tonų, planktone - 2 milijonai tonų. Upių vandenys kasmet iš sausumos išneša apie 40 tūkst. tonų, tai 10 kartų mažiau nei patenka į atmosferą garuojant (400 tūkst. tonų). Kasmet ant žemės paviršiaus iškrenta apie 100 tūkst.

Gyvsidabris iš natūralaus natūralios aplinkos komponento virto vienu pavojingiausių žmogaus sukeltų teršalų į biosferą žmonių sveikatai. Jis plačiai naudojamas metalurgijos, chemijos, elektros, elektronikos, celiuliozės ir popieriaus bei farmacijos pramonėje, naudojamas sprogmenų, lakų ir dažų gamyboje, taip pat medicinoje. Pramoninės nuotekos ir atmosferos teršalai, kartu su gyvsidabrio kasyklomis, gyvsidabrio gamybos įmonėmis ir šiluminėmis elektrinėmis (CHP ir katilinėmis), naudojančiomis anglį, naftą ir naftos produktus, yra pagrindiniai biosferos taršos šaltiniai šiuo toksišku komponentu. Be to, gyvsidabris yra dalis organinių gyvsidabrio pesticidų, naudojamų žemės ūkyje sėkloms apdoroti ir pasėliams apsaugoti nuo kenkėjų. Į žmogaus organizmą patenka su maistu (kiaušiniais, raugintais grūdais, gyvulių ir paukščių mėsa, pienu, žuvimi).

Gyvsidabris vandenyje ir upių nuosėdose

Nustatyta, kad apie 80 % gyvsidabrio, patenkančio į natūralius vandens telkinius, yra ištirpusio pavidalo, o tai galiausiai prisideda prie jo pasiskirstymo dideliais atstumais kartu su vandens srautais. Grynas elementas yra netoksiškas.

Gyvsidabris dažnai randamas dugno dumblo vandenyje santykinai nekenksmingomis koncentracijomis. Detrituose ir nuosėdose, ežerų ir upių dugno dumble, žuvų kūnus dengiančiose gleivėse neorganiniai gyvsidabrio junginiai paverčiami toksiškais organiniais gyvsidabrio junginiais, tokiais kaip metilo gyvsidabris CH?Hg ir etilo gyvsidabris C?H?Hg. o žuvų skrandžio gleivėse. Šie junginiai yra lengvai tirpūs, judrūs ir labai nuodingi. Cheminis agresyvaus gyvsidabrio veikimo pagrindas yra jo afinitetas su siera, ypač su vandenilio sulfido grupe baltymuose. Šios molekulės jungiasi prie chromosomų ir smegenų ląstelių. Žuvys ir vėžiagyviai gali sukaupti jų koncentraciją, kuri yra pavojinga juos valgantiems žmonėms ir sukelti Minamatos ligą.

Metalinis gyvsidabris ir jo neorganiniai junginiai daugiausia veikia kepenis, inkstus ir žarnyno traktą, tačiau normaliomis sąlygomis jie gana greitai pasišalina iš organizmo ir žmogaus organizmui pavojingas kiekis nespėja susikaupti. Metilgyvsidabris ir kiti alkilgyvsidabrio junginiai yra daug pavojingesni, nes vyksta kaupimasis – toksinas greičiau patenka į organizmą nei pasišalina iš organizmo, paveikdamas centrinę nervų sistemą.

Dugno nuosėdos yra svarbi savybė vandens ekosistemoms. Dugno nuosėdos, viena vertus, kaupdamos sunkiuosius metalus, radionuklidus ir labai toksiškas organines medžiagas, prisideda prie savaiminio apsivalymo. vandens aplinka o, kita vertus, jie yra nuolatinis antrinės vandens telkinių taršos šaltinis. Dugno nuosėdos yra perspektyvus analizės objektas, atspindintis ilgalaikį taršos modelį (ypač mažo debito vandens telkiniuose). Be to, neorganinio gyvsidabrio kaupimasis dugno nuosėdose stebimas ypač upių žiotyse. Įtempta situacija gali susidaryti išnaudojus nuosėdų (dumblo, nuosėdų) adsorbcijos gebėjimus. Pasiekus adsorbcijos pajėgumą, sunkieji metalai, įskaitant. gyvsidabris pradės patekti į vandenį.

Yra žinoma, kad jūrinėmis anaerobinėmis sąlygomis negyvų dumblių nuosėdose gyvsidabris prijungia vandenilį ir virsta lakiaisiais junginiais.

Dalyvaujant mikroorganizmams, metalinis gyvsidabris gali būti metilinamas dviem etapais:

CH?Hg+ ? (CH?)?Hg

Metilgyvsidabris aplinkoje atsiranda beveik vien tik metilinant neorganinį gyvsidabrį.

Biologinis gyvsidabrio pusinės eliminacijos laikas yra ilgas, daugumos žmogaus kūno audinių jis yra 70-80 dienų.

Yra žinoma, kad didelės žuvys, tokios kaip durklažuvės ir tunai, maisto grandinės pradžioje yra užterštos gyvsidabriu. Ne veltui tenka pastebėti, kad austrėse gyvsidabris kaupiasi (kaupiasi) dar labiau nei žuvyse.

Gyvsidabris patenka į žmogaus organizmą per kvėpavimą, maistą ir per odą pagal šią schemą:

Pirma, gyvsidabris virsta. Šis elementas natūraliai randamas keliomis formomis.

Metalinis gyvsidabris, naudojamas termometruose, ir jo neorganinės druskos (pavyzdžiui, chloridas) gana greitai pasišalina iš organizmo.

Daug toksiškesni yra alkilo gyvsidabrio junginiai, ypač metilo ir etilo gyvsidabris. Šie junginiai iš organizmo pasišalina labai lėtai – tik apie 1% viso per dieną kiekio. Nors dauguma gyvsidabrio, patenkančio į natūralius vandenis, yra neorganinių junginių pavidalu, žuvyse jis visada pasirodo labai nuodingo metilo gyvsidabrio pavidalu. Bakterijos ežerų ir upių dugne, žuvų kūnus dengiančiose gleivėse, taip pat žuvų skrandžių gleivėse neorganinius gyvsidabrio junginius gali paversti metilo gyvsidabriu.

Antra, selektyvus kaupimasis arba biologinis kaupimasis (koncentracija) padidina gyvsidabrio kiekį žuvyse ir vėžiagyviuose iki daug kartų didesnio nei įlankos vandenyse. Upėje gyvenančios žuvys ir vėžiagyviai kaupia metilo gyvsidabrį iki tokios koncentracijos, kuri pavojinga jį maistui vartojantiems žmonėms.

% pasaulyje sugautų žuvų gyvsidabrio yra ne daugiau kaip 0,5 mg/kg, o 95 % – mažiau nei 0,3 mg/kg. Beveik visas žuvyje esantis gyvsidabris yra metilo gyvsidabrio pavidalu.

Atsižvelgiant į skirtingą maisto produktuose esančių gyvsidabrio junginių toksiškumą žmogui, būtina nustatyti neorganinį (bendrąjį) ir organiškai surištą gyvsidabrį. Mes nustatome tik bendrą gyvsidabrio kiekį. Pagal medicininius ir biologinius reikalavimus gyvsidabrio kiekis gėlavandenėse plėšriose žuvyse leidžiamas 0,6 mg/kg, jūros žuvyse - 0,4 mg/kg, gėlavandenėse neplėšriose žuvyse tik 0,3 mg/kg, o tunuose iki 0,7 mg. /kg kg. Produktuose Kūdikių maistas gyvsidabrio kiekis mėsos konservuose neturi viršyti 0,02 mg/kg, žuvies konservuose – 0,15 mg/kg, likusiuose – 0,01 mg/kg.

Švino yra beveik visuose natūralios aplinkos komponentuose. Žemės plutoje yra 0,0016 proc. Natūralus švino lygis atmosferoje yra 0,0005 mg/m3. Didžioji jo dalis nusėda su dulkėmis, apie 40 % iškrenta su krituliais. Augalai švino gauna iš dirvožemio, vandens ir atmosferos nuosėdų, o gyvūnai gauna šviną iš augalų ir vandens. Metalas į žmogaus organizmą patenka kartu su maistu, vandeniu ir dulkėmis.

Pagrindinis švino taršos šaltinis biosferoje yra benzininiai varikliai, kurio išmetamosiose dujose yra trietilo švino, šiluminės elektrinės, deginančios anglį, kasybos, metalurgijos ir chemijos pramonė. Kartu su juo į dirvą patenka nemažas kiekis švino nuotekų, naudojamas kaip trąša. Degančiam Černobylio atominės elektrinės reaktoriui gesinti taip pat buvo panaudotas švinas, kuris pateko į oro baseiną ir buvo pasklidęs didžiuliuose plotuose. Didėjant aplinkos taršai švinu, jo nusėdimas kauluose, plaukuose ir kepenyse didėja.

Chromas. Pavojingiausias yra toksinis chromas (6+), kuris mobilizuojasi rūgščioje ir šarminėje dirvoje, gėluose ir jūros vandenyse. Jūros vandenyje chromo yra 10–20 % Cr (3+) formos, 25–40 % Cr (6+) ir 45–65 % organinės formos. PH intervale 5 - 7 vyrauja Cr (3+), o esant > 7 - Cr (6+). Yra žinoma, kad Cr(6+) ir organiniai chromo junginiai nenusėda su geležies hidroksidu jūros vandenyje.

Natūralūs medžiagų ciklai praktiškai uždari. Natūraliose ekosistemose medžiaga ir energija naudojami taupiai, o kai kurių organizmų atliekos yra svarbi sąlyga kitų egzistavimui. Antropogeninį medžiagų ciklą lydi didžiulis gamtos išteklių vartojimas ir didelis atliekų kiekis, sukeliantis aplinkos taršą. Net ir pažangiausių valymo įrenginių sukūrimas problemos neišsprendžia, todėl būtina plėtoti mažai ir beatliekes technologijas, kurios antropogeninį ciklą paverstų kuo uždaresniu. Teoriškai įmanoma sukurti technologiją be atliekų, tačiau mažai atliekų technologijos yra realios.

Prisitaikymas prie gamtos reiškinių

Prisitaikymai – tai įvairūs prisitaikymai prie aplinkos, išsivystę organizmuose (nuo paprasčiausio iki aukščiausio) evoliucijos procese. Gebėjimas prisitaikyti yra viena iš pagrindinių gyvybės savybių, užtikrinančių jų egzistavimo galimybę.

Pagrindiniai veiksniai, skatinantys adaptacijos procesą, yra: paveldimumas, kintamumas, natūrali (ir dirbtinė) atranka.

Tolerancija gali pasikeisti, jei organizmą veikia skirtingos išorinės sąlygos. Atsidūręs tokiose sąlygose, po kurio laiko pripranta, prie jų prisitaiko (iš lot. adaptacijos – prisitaikyti). To pasekmė – fiziologinio optimalumo padėties pasikeitimas.

Organizmų gebėjimas prisitaikyti prie egzistavimo tam tikrame aplinkos veiksnių diapazone vadinamas ekologiniu plastiškumu.

Kuo platesnis aplinkos veiksnių spektras, kuriame tam tikras organizmas gali gyventi, tuo didesnis jo ekologinis plastiškumas. Pagal plastiškumo laipsnį skiriami du organizmų tipai: stenobiontas (stenoeki) ir eurybiontas (euryekas). Taigi stenobiontai yra ekologiškai neplastiški (pavyzdžiui, plekšnės gyvena tik sūriame vandenyje, o karosai – tik gėlame), t.y. nėra atsparūs, o eurybiontai yra ekologiškai plastiški, t.y. ištvermingesnis (pavyzdžiui, trijų dyglių lazdelės gali gyventi ir gėlame, ir sūriame vandenyje).

Prisitaikymai yra daugiamačiai, nes organizmas vienu metu turi atitikti daugybę skirtingų aplinkos veiksnių.

Yra trys pagrindiniai organizmų prisitaikymo prie aplinkos sąlygų būdai: aktyvus; pasyvus; neigiamo poveikio išvengimas.

Aktyvus adaptacijos kelias – atsparumo stiprinimas, reguliacinių procesų vystymas, leidžiantis vykdyti visas gyvybines organizmo funkcijas, nepaisant faktoriaus nukrypimų nuo optimalaus. Pavyzdžiui, šiltakraujai gyvūnai palaiko pastovią kūno temperatūrą – optimalią jame vykstantiems biocheminiams procesams.

Pasyvus prisitaikymo kelias – tai organizmų gyvybinių funkcijų pajungimas aplinkos veiksnių pokyčiams. Pavyzdžiui, esant nepalankioms aplinkos sąlygoms, daugelis organizmų pereina į sustabdytos animacijos būseną ( paslėptas gyvenimas), kurioje medžiagų apykaita organizme praktiškai sustoja (žiemos ramybės būsena, vabzdžių siautėjimas, žiemos miegas, sporų išsaugojimas dirvožemyje sporų ir sėklų pavidalu).

Nepageidaujamo poveikio vengimas – adaptacijų, organizmų elgsenos (adaptacija) vystymasis, padedantis išvengti nepalankių sąlygų. Šiuo atveju adaptacijos gali būti: morfologinės (kinta kūno sandara: kaktuso lapų modifikacija), fiziologinės (kupranugariai aprūpina save drėgme dėl riebalų atsargų oksidacijos), etologinės (elgesio pokyčiai: sezoninės migracijos). paukščių, žiemos miegas).

Gyvi organizmai yra gerai prisitaikę prie periodinių veiksnių. Neperiodiniai veiksniai gali sukelti ligas ir net kūno mirtį (pavyzdžiui, vaistai, pesticidai). Tačiau ilgai veikiant juos, taip pat gali įvykti prisitaikymas prie jų.

Organizmai, prisitaikę prie paros, sezoninių, potvynių, atoslūgių, saulės aktyvumo ritmų, mėnulio fazių ir kitų griežtai periodiškų reiškinių. Taigi sezoninė adaptacija išskiriama kaip sezoniškumas gamtoje ir žiemos ramybės būsena.

Sezoniškumas gamtoje. Pagrindinė augalų ir gyvūnų reikšmė prisitaikant prie organizmų yra metinis temperatūros svyravimas. Palankus gyvybei laikotarpis, vidutiniškai mūsų šaliai, trunka apie šešis mėnesius (pavasarį, vasarą). Dar prieš ateinant stabiliems šalčiams gamtoje prasideda žiemos ramybės laikotarpis.

Žiemos ramybės būsena. Žiemos ramybė yra ne tik vystymosi sustojimas dėl žemos temperatūros, bet ir sudėtingas fiziologinis prisitaikymas, kuris vyksta tik tam tikrame vystymosi etape. Pavyzdžiui, maliarinis uodas ir drugelis dilgėlinė žiemoja suaugusio vabzdžio stadijoje, kopūstinė kandis – lėliukės, čigoninė – kiaušinėlio stadijoje.

Bioritmai. Kiekvienai rūšiai evoliucijos procese susiformavo būdingas metinis intensyvaus augimo ir vystymosi, dauginimosi, pasiruošimo žiemai ir žiemojimo ciklas. Šis reiškinys vadinamas biologiniu ritmu. Kiekvieno gyvavimo ciklo laikotarpio sutapimas su atitinkamu metų laiku yra labai svarbus rūšies egzistavimui.

Pagrindinis daugelio augalų ir gyvūnų sezoninių ciklų reguliavimo veiksnys yra dienos trukmės pokytis.

Bioritmai yra:

egzogeniniai (išoriniai) ritmai (kyla kaip reakcija į periodinius aplinkos pokyčius (dienos ir nakties kaita, metų laikai, saulės aktyvumas), endogeniniai (vidiniai ritmai) generuojami paties organizmo.

Savo ruožtu endogeniniai skirstomi į:

Fiziologiniai ritmai (širdies plakimas, kvėpavimas, endokrininių liaukų darbas, DNR, RNR, baltymų sintezė, fermentų darbas, ląstelių dalijimasis ir kt.)

Ekologiniai ritmai (dienos, metinio, potvynio, mėnulio ir kt.)

DNR, RNR, baltymų sintezės, ląstelių dalijimosi, širdies plakimo, kvėpavimo ir kt. procesai turi ritmą. Išorinės įtakos gali keisti šių ritmų fazes ir keisti jų amplitudę.

Fiziologiniai ritmai skiriasi priklausomai nuo organizmo būklės, aplinkos ritmai yra stabilesni ir atitinka išorinius ritmus. Turėdamas endogeninius ritmus, kūnas gali orientuotis laiku ir iš anksto pasiruošti būsimiems aplinkos pokyčiams – tai yra biologinis organizmo laikrodis. Daugeliui gyvų organizmų būdingi cirkadiniai ir cirkaniniai ritmai.

Cirkadiniai ritmai (cirkadiniai) - pasikartojantis biologinių procesų ir reiškinių intensyvumas ir pobūdis, trunkantis nuo 20 iki 28 valandų. Cirkadiniai ritmai yra susiję su gyvūnų ir augalų veikla dienos metu ir, kaip taisyklė, priklauso nuo temperatūros ir šviesos intensyvumo. Pavyzdžiui, šikšnosparniai jie skraido prieblandoje ir ilsisi dieną, daugelis planktoninių organizmų naktį būna šalia vandens paviršiaus, o dieną leidžiasi į gelmes.

Sezoniniai biologiniai ritmai siejami su šviesos įtaka – fotoperiodu. Organizmų reakcija į dienos ilgį vadinamas fotoperiodizmu. Fotoperiodizmas yra bendra, svarbi adaptacija, reguliuojanti sezoninius reiškinius įvairiuose organizmuose. Augalų ir gyvūnų fotoperiodizmo tyrimas parodė, kad organizmų reakcija į šviesą pagrįsta tam tikros trukmės šviesos ir tamsos periodų kaitaliojimu per dieną. Organizmų (nuo vienaląsčių iki žmonių) reakcija į dienos ir nakties ilgį rodo, kad jie geba matuoti laiką, t.y. Jie turi kažkokį biologinį laikrodį. Biologiniai laikrodžiai, be sezoninių ciklų, kontroliuoja ir daugelį kitų biologinių reiškinių bei nustato teisingą ištisų organizmų veiklos ir procesų, vykstančių net ląstelių lygmeniu, ypač ląstelių dalijimosi, dienos ritmą.

Universali visų gyvų būtybių, nuo virusų ir mikroorganizmų iki aukštesnių augalų ir gyvūnų savybė, yra gebėjimas sukelti mutacijas – staigius, natūralius ir dirbtinai sukeltus, paveldėtus genetinės medžiagos pokyčius, lemiančius tam tikrų organizmo savybių pokyčius. Mutacijų kintamumas neatitinka aplinkos sąlygų ir, kaip taisyklė, pažeidžia esamas adaptacijas.

Daugelis vabzdžių patenka į diapauzę (ilgą vystymosi sustojimą) tam tikru vystymosi etapu, kurio nereikėtų painioti su ramybės būsena nepalankiomis sąlygomis. Daugelio jūrų gyvūnų dauginimuisi įtakos turi mėnulio ritmai.

Cirkaniniai (metiniai) ritmai yra pasikartojantys biologinių procesų ir reiškinių intensyvumo ir pobūdžio pokyčiai, trunkantys nuo 10 iki 13 mėnesių.

Fizinė ir psichologinė žmogaus būsena taip pat turi ritmingą charakterį.

Sutrikęs darbo ir poilsio ritmas mažina darbingumą ir neigiamai veikia žmogaus sveikatą. Žmogaus būklė ekstremaliomis sąlygomis priklausys nuo jo pasirengimo šioms sąlygoms laipsnio, nes praktiškai nėra laiko prisitaikyti ir atsigauti.

KAM endogeninis procesai apima: magmatizmą, metamorfizmą (aukštos temperatūros ir slėgio veikimą), vulkanizmą, žemės plutos judėjimą (žemės drebėjimus, kalnų statybą).

KAM egzogeninis– atmosferos, atmosferos ir paviršiniai vandenys jūros, vandenynai, gyvūnai, augalų organizmai ir ypač žmonės – technogenezė.

Susiformuoja vidinių ir išorinių procesų sąveika didelis geologinis medžiagų ciklas.

Vykstant endogeniniams procesams susidaro kalnų sistemos, kalvos, vandenynų įdubos, egzogeninių procesų metu sunaikinamos magminės uolienos, naikinimo produktai juda į upes, jūras, vandenynus, susidaro nuosėdinės uolienos. Dėl žemės plutos judėjimo nuosėdinės uolienos grimzta į gilius sluoksnius, vyksta metamorfizmo procesai (aukštos temperatūros ir slėgio veikimas), susidaro metamorfinės uolienos. Gilesniuose sluoksniuose jie virsta išlydytais...
būsena (magmatizacija). Tada dėl vulkaninių procesų jie patenka į viršutinius litosferos sluoksnius ant jo paviršiaus magminių uolienų pavidalu. Taip susidaro dirvožemį formuojančios uolienos ir įvairių formų palengvėjimas.

Akmenys, iš kurių susidaro dirvožemis, vadinami dirvožemį formuojančiais arba pirminiais. Pagal susidarymo sąlygas jie skirstomi į tris grupes: magminius, metamorfinius ir nuosėdinius.

Magminės uolienos susideda iš silicio, Al, Fe, Mg, Ca, K, Na junginių. Pagal šių junginių santykį išskiriamos rūgštinės ir bazinės uolienos.

Rūgštiniuose (granitai, liparitai, pegmatitai) yra daug silicio dioksido (daugiau nei 63%), kalio ir natrio oksidų (7-8%), kalcio ir Mg oksidų (2-3%). Jie yra šviesios ir rudos spalvos. Iš tokių uolienų susidarę dirvožemiai yra purios tekstūros, didelio rūgštingumo ir mažo derlingumo.

Bazinės magminės uolienos (bazaltai, dunitai, perioditai) pasižymi mažu SiO 2 kiekiu (40-60%), dideliu CaO ir MgO kiekiu (iki 20%), geležies oksidais (10-20%), Na 2 O ir mažiau K 2 O mažiau nei 30 %.

Dirvožemiai, susidarę ant pagrindinių uolienų dūlėjimo produktų, turi šarminę ir neutralią reakciją, daug humuso ir didelį derlingumą.

Magminės uolienos sudaro 95% visos uolienų masės, tačiau kaip dirvožemį formuojančios uolienos jos užima nedidelius plotus (kalnuose).

Metamorfinės uolienos, susidaro dėl magminių ir nuosėdinių uolienų perkristalizavimo. Tai marmuras, gneisai, kvarcas. Jie užima nedidelę dalį kaip dirvožemį formuojančios uolienos.

Nuosėdinės uolienos. Jie susidaro dėl magminių ir metamorfinių uolienų dūlėjimo procesų, atmosferos produktų pernešimo vandeniu, ledyniniais ir oro srautais bei nusėdimu ant žemės paviršiaus, vandenynų, jūrų, ežerų dugne, upių salpose.

Pagal sudėtį nuosėdinės uolienos skirstomos į klastines, chemogenines ir biogenines.

Klasikinės nuosėdos Nuolaužos ir dalelės skiriasi dydžiu: tai rieduliai, akmenys, žvyras, skalda, smėlis, priemolis ir molis.

Chemogeninės nuosėdos susidaro dėl druskų nusodinimo iš vandeninių tirpalų jūros įlankose, ežeruose karšto klimato sąlygomis arba dėl cheminių reakcijų.

Tai halogenidai (uolienų ir kalio druska), sulfatai (gipsas, anhidridas), karbonatai (kalkakmenis, marlas, dolomitas), silikatai, fosfatai. Daugelis jų yra žaliavos cementui, cheminėms trąšoms gaminti, naudojamos kaip žemės ūkio rūdos.

Biogeninės nuosėdos susidaro iš augalų ir gyvūnų liekanų sankaupų. Tai: karbonatinės (biogeninės kalkakmenis ir kreida), silikatinės (dolomitas) ir anglies uolienos (anglys, durpės, sapropelis, nafta, dujos).

Pagrindiniai genetiniai nuosėdinių uolienų tipai yra šie:

1. Eluviniai telkiniai- uolienų, likusių jų formavimosi lape, dūlėjimo produktai. Eluvium yra vandens baseinų viršūnėse, kur erozija yra silpnai išreikšta.

2. Koluvialiniai indėliai– erozijos produktai, nusodinti laikinų lietaus ir tirpsmo vandens srovių apatinėje šlaitų dalyje.

3. Proluvialiniai indėliai– susidarė dėl laikinų kalnų upių ir potvynių pernešant ir nusėdus atmosferos produktams šlaitų papėdėse.

4. Aliuviniai telkiniai– susidaro dėl atmosferos poveikio produktų nusėdimo upių vandenims, patenkantiems į juos su paviršiniu nuotėkiu.

5. Ežero nuosėdos– ežerų dugno nuosėdos. Dumblai, kuriuose daug organinių medžiagų (15-20%), vadinami sapropeliais.

6. Jūrinės nuosėdos– jūrų dugno nuosėdos. Jūrų traukimosi (transgresijos) metu jos išlieka kaip dirvožemį formuojančios uolienos.

7. Ledyninės (ledyninės) arba moreninės nuosėdos- įvairių uolienų atmosferos produktai, pernešami ir nusodinami ledyno. Tai nerūšiuota stambi raudonai rudos arba pilkos spalvos medžiaga su akmenų, riedulių ir akmenukų intarpais.

8. Fluvioglacialiniai (fluvioglacialiniai) nuosėdos tirpstant ledynui susidarė laikini vandens telkiniai ir uždari rezervuarai.

9. Uždenkite molius priklauso ekstraledyninėms nuoguloms ir yra laikomos seklių periglacialinio tirpsmo vandens telkiniais. Iš viršaus jie padengia 3-5 m sluoksniu, gelsvai rudos spalvos, gerai surūšiuoti, juose nėra akmenų ir riedulių. Dirvožemis ant priemolių yra derlingesnis nei ant smėliukų.

10. Liosas ir į liasą panašūs priemoliai Jiems būdinga gelsva spalva, didelis dulkėtų ir dumblo frakcijų kiekis, biri sudėtis, didelis poringumas ir didelis kalcio karbonatų kiekis. Jie suformavo derlingus pilkuosius miškus, kaštonų dirvožemius, chernozemus ir pilkuosius dirvožemius.

11. Eolijos telkiniai susidarė dėl vėjo veiklos. Vėjo naikinamoji veikla susideda iš korozijos (uolienų galandimas, šlifavimas smėliu) ir defliacijos (pučiamas ir smulkių dirvožemio dalelių pernešimas vėjo). Abu šie procesai kartu sudaro vėjo eroziją.

Pagrindinės diagramos, formulės ir kt., iliustruojančios turinį: pristatymas su oro sąlygų tipų nuotraukomis.

Klausimai savikontrolei:

1. Kas yra oro sąlygos?

2. Kas yra magmatizacija?

3. Kuo skiriasi fizinis ir cheminis atmosferos poveikis?

4. Koks yra medžiagų geologinis ciklas?

5. Apibūdinkite Žemės sandarą?

6. Kas yra magma?

7. Iš kokių sluoksnių sudaro Žemės šerdis?

8. Kas yra veislės?

9. Kaip klasifikuojamos veislės?

10. Kas yra liasas?

11. Kas yra frakcija?

12. Kokios savybės vadinamos organoleptinėmis?

Pagrindinis:

1. Dobrovolskis V.V. Dirvožemių geografija su dirvožemio mokslo pagrindais: Vadovėlis universitetams. — M.: Humaniškas. red. VLADOS centras, 1999.-384 p.

2. Dirvožemio mokslas / Red. I.S. Kauricheva. M. Agropromiadatas red. 4. 1989 m.

3. Dirvožemio mokslas / Red. V.A. Kovdy, B.G. Rozanovas 2 dalyse M. Aukštoji mokykla 1988 m.

4. Glazovskaja M.A., Genadijevas A.I. Dirvožemių geografija su dirvožemio mokslo pagrindais MSU. 1995 m

5. Rode A.A., Smirnovas V.N. Dirvožemio mokslas. M. Aukštesnioji mokykla, 1972 m

Papildomas:

1. Glazovskaya M.A. Bendrasis dirvožemio mokslas ir dirvožemio geografija. M. Aukštesnioji mokykla 1981 m

2. Kovda V.A. Dirvožemių tyrimo pagrindai. M. Nauka.1973 m

3. Liverovsky A.S. SSRS dirvožemiai. M. Mysl 1974 m

4. Rozanovas B. G. Žemės rutulio dirvožemio danga. M. red. U. 1977 m

5. Aleksandrova L.N., Naydenova O.A. Dirvotyros laboratoriniai ir praktiniai užsiėmimai. L. Agropromizdat. 1985 m

Didelis geologinis mineralų ir vandens ciklas vyksta veikiant daugybei abiotinių veiksnių.

4.3.1. Medžiagų cirkuliacija dideliame geologiniame cikle.

Remiantis litosferinių plokščių teorija, išorinis Žemės apvalkalas susideda iš kelių labai didelių blokų (plokščių). Ši teorija daro prielaidą, kad egzistuoja galingų, 100–150 km storio litosferos plokščių horizontalūs judesiai.

Be to, vidurio vandenyno kalnagūbriuose, vadinamojoje plyšio zonoje. Litosferos plokštės plyšta ir atsiskiria, kai susidaro jauna vandenyno pluta

Šis reiškinys vadinamas vandenyno dugno plitimu. Taigi iš mantijos gelmių kyla mineralinių medžiagų srautas, formuojantis jaunas kristalines uolienas.

Priešingai nei šis procesas, giliavandenių vandenynų tranšėjų zonoje viena žemyninės plutos dalis nuolat stumiama ant kitos, o tai lydi plokštės periferinės dalies panardinimas į mantiją, t.y. kietoji žemės plutos medžiaga pereina į žemės mantijos sudėtį. Giliuose vandenyno grioviuose vykstantis procesas vadinamas vandenyno plutos subdukcija.

Vandens ciklas planetoje veikia nuolat ir visur. Vandens ciklo varomoji jėga yra šiluminė energija ir gravitacija. Šilumos įtakoje vyksta garavimas, vandens garų kondensacija ir kiti procesai, kurie sunaudoja apie 50% iš saulės gaunamos energijos. Gravitacijos įtakoje - lietaus lašų kritimas, upių tėkmė, dirvožemio ir požeminio vandens judėjimas. Dažnai šios priežastys veikia kartu, pavyzdžiui, tiek šiluminiai procesai, tiek gravitacija veikia atmosferos vandens cirkuliaciją.

4.3.2. Elementų ciklas negyvojoje gamtoje

Ji vykdoma dviem būdais: vandens ir oro migracija. Oro migrantai yra: deguonis, vandenilis, azotas, jodas.

Prie vandens migruojančių medžiagų priskiriamos tos medžiagos, kurios daugiausia migruoja dirvožemyje, paviršiniame ir požeminiame vandenyje, daugiausia molekulių ir jonų pavidalu: natris, magnis, aliuminis, silicis, fosforas, siera, chloras, kalis, manganas, geležis, kobaltas, nikelis, stroncis, švinas ir kt. Oro migrantai taip pat yra vandenyje migruojančių druskų dalis. Tačiau jiems būdingesnė oro migracija.

4.4 Mažas (biologinis) ciklas

Gyvosios medžiagos masė biosferoje yra palyginti maža. Jei jis pasiskirsto po žemės paviršių, gaunamas tik 1,5 cm sluoksnis.4.1 lentelėje palyginamos kai kurios kiekybinės biosferos ir kitų Žemės geosferų charakteristikos. Biosfera, kurios masė yra mažiau nei 10–6 kartus didesnė už kitų planetos apvalkalų masę, turi nepalyginamai didesnę įvairovę ir milijoną kartų greičiau atnaujina savo sudėtį.

4.1 lentelė

Biosferos palyginimas su kitomis Žemės geosferomis

*Gyvoji medžiaga pagal gyvąjį svorį

4.4.1. Biosferos funkcijos

Biosferos biotos dėka planetoje vyksta vyraujanti cheminių transformacijų dalis. Dėl šios priežasties V. I. Vernadskis apie didžiulį transformuojantį geologinį gyvosios medžiagos vaidmenį. Dėl organinė evoliucija gyvi organizmai praėjo per save, per savo organus, audinius, ląsteles, kraują, tūkstantį kartų (skirtingiems ciklams nuo 103 iki 105 kartų) per visą atmosferą, visą Pasaulio vandenyno tūrį, didžiąją dalį dirvožemių masės, didžiulę mineralų masė. Ir jie ne tik to pasigedo, bet ir modifikavo žemės aplinką pagal savo poreikius.

Dėl savo gebėjimo saulės energiją paversti cheminių ryšių energija, augalai ir kiti organizmai planetiniu mastu atlieka daugybę pagrindinių biogeocheminių funkcijų.

Dujų funkcija. Gyvi daiktai nuolat keičiasi deguonimi ir anglies dioksidu su aplinka fotosintezės ir kvėpavimo procesų metu. Augalai suvaidino lemiamą vaidmenį keičiant aplinką iš redukuojančios į oksiduojančią planetos geocheminėje evoliucijoje ir formuojant šiuolaikinės atmosferos dujų sudėtį. Augalai griežtai kontroliuoja O2 ir CO2 koncentracijas, kurios yra optimalios visų šiuolaikinių gyvų organizmų visumai.

Koncentracijos funkcija. Per savo kūnus praleisdami didelius oro ir natūralių tirpalų kiekius, gyvi organizmai vykdo biogeninę migraciją (cheminių medžiagų judėjimą) ir cheminių elementų bei jų junginių koncentraciją. Tai susiję su organinių medžiagų biosinteze, koralų salų susidarymu, kriauklių ir skeletų statyba, nuosėdinių kalkakmenio sluoksnių atsiradimu, kai kurių metalų rūdų nuosėdomis, geležies-mangano mazgų kaupimu vandenyno dugne ir kt. ankstyvosios biologinės evoliucijos stadijos vyko vandens aplinkoje. Organizmai išmoko išskirti jiems reikalingas medžiagas iš praskiesto vandeninio tirpalo, nuolat didindami jų koncentraciją organizme.

Gyvosios medžiagos redokso funkcija yra glaudžiai susijusi su biogenine elementų migracija ir medžiagų koncentracija. Daugelis gamtoje esančių medžiagų yra stabilios ir normaliomis sąlygomis neoksiduojasi, pavyzdžiui, molekulinis azotas yra vienas svarbiausių biogeninių elementų. Tačiau gyvos ląstelės turi tokius galingus katalizatorius – fermentus, kad daugelį redokso reakcijų jos gali atlikti milijonus kartų greičiau, nei gali įvykti abiotinėje aplinkoje.

Biosferos gyvosios medžiagos informacinė funkcija. Būtent su pirmųjų primityvių gyvų būtybių atsiradimu planetoje atsirado aktyvi („gyva“) informacija, kuri skyrėsi nuo tos „negyvos“ informacijos, kuri yra paprastas struktūros atspindys. Paaiškėjo, kad organizmai gali gauti informaciją, derindami energijos srautą su aktyvia molekuline struktūra, kuri atlieka programos vaidmenį. Gebėjimas suvokti, saugoti ir apdoroti molekulinę informaciją gamtoje sparčiai evoliucionavo ir tapo svarbiausiu ekologinę sistemą formuojančiu veiksniu. Apskaičiuota, kad bendras biotos genetinės informacijos kiekis yra 1015 bitų. Bendra molekulinės informacijos, susijusios su metabolizmu ir energija, srauto galia visose pasaulinės biotos ląstelėse siekia 1036 bitų per sekundę (Gorshkov ir kt., 1996).

4.4.2. Biologinio ciklo komponentai.

Biologinis ciklas vyksta tarp visų biosferos komponentų (t.y. tarp dirvožemio, oro, vandens, gyvūnų, mikroorganizmų ir kt.). Tai įvyksta privalomai dalyvaujant gyviems organizmams.

Saulės spinduliuotė, pasiekianti biosferą, per metus perneša apie 2,5 * 1024 J energijos. Tik 0,3% jo fotosintezės proceso metu tiesiogiai paverčiama organinių medžiagų cheminių ryšių energija, t.y. dalyvauja biologiniame cikle. Ir pasirodo, kad 0,1–0,2% saulės energijos, patenkančios į Žemę, yra grynoje pirminės gamybos. Tolesnis šios energijos likimas yra susijęs su organinių maisto medžiagų perdavimu per trofinių grandinių kaskadas.

Biologinį ciklą sąlygiškai galima suskirstyti į tarpusavyje susijusius komponentus: medžiagų ciklą ir energijos ciklą.

4.4.3. Energijos ciklas. Energijos transformacija biosferoje

Ekosistemą galima apibūdinti kaip gyvų organizmų, kurie nuolat keičiasi energija, medžiaga ir informacija, rinkinį. Energiją galima apibrėžti kaip gebėjimą dirbti. Energijos savybes, įskaitant energijos judėjimą ekosistemose, apibūdina termodinamikos dėsniai.

Pirmasis termodinamikos arba energijos tvermės dėsnis teigia, kad energija neišnyksta ir neatsiranda iš naujo, ji tik pereina iš vienos formos į kitą.

Antrasis termodinamikos dėsnis teigia, kad uždaroje sistemoje entropija gali tik didėti. Kalbant apie energiją ekosistemose, patogi tokia formuluotė: procesai, susiję su energijos transformacija, gali vykti spontaniškai tik tuo atveju, jei energija iš koncentruotos formos pereina į išsklaidytą, tai yra, degraduoja. Energijos kiekio, kuris tampa nepasiekiamas naudojimui, matas arba, kitaip tariant, tvarkos pokyčio, įvykusio energijos degradacijos metu, matas yra entropija. Kuo aukštesnė sistemos tvarka, tuo mažesnė jos entropija.

Kitaip tariant, gyvoji medžiaga priima ir paverčia erdvės ir saulės energiją žemiškų procesų (cheminių, mechaninių, terminių, elektrinių) energija. Įtraukia šią energiją ir neorganines medžiagas į nuolatinį medžiagų ciklą biosferoje. Energijos srautas biosferoje turi vieną kryptį – nuo ​​Saulės per augalus (autotrofus) į gyvūnus (heterotrofus). Stabilios būklės natūralios nepaliestos ekosistemos su pastoviais kritiniais aplinkos rodikliais (homeostazė) yra labiausiai tvarkingos ir pasižymi mažiausia entropija.

4.4.4. Medžiagų ciklas gyvojoje gamtoje

Gyvosios medžiagos susidarymas ir jos skilimas yra dvi vieno proceso, vadinamo biologiniu cheminių elementų ciklu, pusės. Gyvybė yra cheminių elementų ciklas tarp organizmų ir aplinkos.

Ciklo priežastis – ribotas elementų, iš kurių kuriami organizmų kūnai, skaičius. Kiekvienas organizmas iš aplinkos išgauna gyvybei reikalingas medžiagas ir grąžina nepanaudotas. Kur:

Kai kurie organizmai mineralus vartoja tiesiogiai iš aplinkos;

kiti pirmiausia naudoja perdirbtus ir izoliuotus produktus;

trečia – antra ir pan., kol medžiagos grįš į aplinką pradinės būsenos.

Biosferoje akivaizdus įvairių organizmų, galinčių panaudoti vienas kito atliekas, sambūvio poreikis. Matome praktiškai be atliekų biologinę gamybą.

Medžiagų cirkuliaciją gyvuose organizmuose galima apytiksliai sumažinti iki keturių procesų:

1. Fotosintezė. Dėl fotosintezės augalai sugeria ir kaupia saulės energiją ir iš neorganinių medžiagų sintetina organines medžiagas – pirminius biologinius produktus – ir deguonį. Pirminiai biologiniai produktai yra labai įvairūs – juose yra angliavandenių (gliukozės), krakmolo, skaidulų, baltymų, riebalų.

Paprasčiausio angliavandenio (gliukozės) fotosintezės schema yra tokia:

Šis procesas vyksta tik dieną ir kartu didėja augalų masė.

Žemėje fotosintezės metu kasmet susidaro apie 100 milijardų tonų organinių medžiagų, absorbuojama apie 200 milijardų tonų anglies dioksido ir išsiskiria apie 145 milijardus tonų deguonies.

Fotosintezė vaidina lemiamą vaidmenį užtikrinant gyvybės egzistavimą Žemėje. Jos pasaulinė reikšmė paaiškinama tuo, kad fotosintezė yra vienintelis procesas, kurio metu energija termodinaminiame procese, laikantis minimalistinio principo, nėra išsisklaido, o kaupiasi.

Sintetindami aminorūgštis, būtinas baltymų statybai, augalai gali egzistuoti gana nepriklausomai nuo kitų gyvų organizmų. Tai pasireiškia augalų autotrofija (nepriklausomybe mityboje). Tuo pačiu metu žalioji augalų masė ir fotosintezės metu susidarantis deguonis yra pagrindas palaikyti kitos gyvų organizmų grupės – gyvūnų, mikroorganizmų – gyvybę. Tai rodo šios organizmų grupės heterotrofiją.

2. Kvėpavimas. Procesas yra atvirkštinis fotosintezei. Atsiranda visose gyvose ląstelėse. Kvėpuojant organines medžiagas oksiduoja deguonis, todėl susidaro anglies dioksidas, vanduo ir išsiskiria energija.

3. Maistiniai (trofiniai) ryšiai tarp autotrofinių ir heterotrofinių organizmų. Šiuo atveju energija ir medžiaga perduodama maisto grandinės grandimis, apie kurias mes išsamiau kalbėjome anksčiau.

4. Transpiracijos procesas. Vienas iš svarbiausių procesų biologiniame cikle.

Jį galima schematiškai apibūdinti taip. Augalai sugeria dirvos drėgmę per savo šaknis. Kartu jie gauna vandenyje ištirpusių mineralų, kurie pasisavinami, o drėgmė daugiau ar mažiau intensyviai garuoja priklausomai nuo aplinkos sąlygų.

4.4.5. Biogeocheminiai ciklai

Geologiniai ir biologiniai ciklai yra susiję – jie egzistuoja kaip vienas procesas, sukeliantis medžiagų cirkuliaciją, vadinamuosius biogeocheminius ciklus (BGCC). Toks elementų ciklas vyksta dėl organinių medžiagų sintezės ir irimo ekosistemoje (4.1 pav.) BGCC dalyvauja ne visi biosferos elementai, o tik biogeniniai. Iš jų susideda gyvi organizmai, šie elementai patenka į daugybę reakcijų ir dalyvauja gyvuose organizmuose vykstančiuose procesuose. Bendrą gyvosios medžiagos masę biosferoje procentais sudaro šie pagrindiniai biogeniniai elementai: deguonis - 70%, anglis - 18%, vandenilis - 10,5%, kalcis - 0,5%, kalis - 0,3%, azotas - 0, 3% (deguonies, vandenilio, azoto, anglies yra visuose kraštovaizdžiuose ir yra gyvų organizmų pagrindas – 98%).

Cheminių elementų biogeninės migracijos esmė.

Taigi biosferoje vyksta biogeninis medžiagų ciklas (t.y. ciklas, sukeltas gyvybinės organizmų veiklos) ir vienakryptis energijos srautas. Biogeninę cheminių elementų migraciją daugiausia lemia du priešingi procesai:

1. Gyvosios medžiagos susidarymas iš aplinkos elementų veikiant saulės energijai.

2. Organinių medžiagų sunaikinimas, lydimas energijos išsiskyrimo. Tokiu atveju mineralinių medžiagų elementai pakartotinai patenka į gyvus organizmus, taip tapdami sudėtingų organinių junginių, formų dalimi, o vėliau, pastariesiems sunaikinus, vėl įgauna mineralinę formą.

Yra elementų, kurie yra gyvų organizmų dalis, tačiau nėra priskiriami biogeniniams. Tokie elementai klasifikuojami pagal jų svorio dalį organizmuose:

makroelementai – sudaro ne mažiau kaip 10-2% masės;

Mikroelementai – komponentai nuo 9*10-3 iki 1*10-3% masės;

Ultramikroelementai – mažiau nei 9*10-6% masės;

Norėdami nustatyti maistinių medžiagų vietą tarp kitų cheminių biosferos elementų, panagrinėkime ekologijoje priimtą klasifikaciją. Pagal aktyvumą, rodomą biosferoje vykstančiuose procesuose, visi cheminiai elementai suskirstyti į 6 grupes:

Tauriosios dujos – helis, neonas, argonas, kriptonas, ksenonas. Inertinės dujos nėra gyvų organizmų dalis.

Taurieji metalai – rutenis, radis, paladis, osmis, iridis, platina, auksas. Šie metalai žemės plutoje beveik nesudaro junginių.

Cikliniai arba biogeniniai elementai (jie dar vadinami migraciniais). Ši biogeninių elementų grupė žemės plutoje sudaro 99,7% visos masės, o likusios 5 grupės – 0,3%. Taigi didžioji dalis elementų yra migrantai, kurie cirkuliuoja geografiniame apvalkale, o dalis inertiškų elementų yra labai maža.

Išsklaidyti elementai, kuriems būdingas laisvųjų atomų vyravimas. Jie dalyvauja cheminėse reakcijose, tačiau jų junginiai retai randami žemės plutoje. Jie skirstomi į du pogrupius. Pirmieji – rubidis, cezis, niobis, tantalas – sukuria junginius žemės plutos gelmėse, o paviršiuje jų mineralai sunaikinami. Antrasis – jodas, bromas – reaguoja tik paviršiuje.

Radioaktyvieji elementai – polonis, radonas, radis, uranas, neptūnas, plutonis.

Retųjų žemių elementai – itris, samaris, europis, tulis ir kt.

Ištisus metus biocheminiai ciklai sukelia apie 480 milijardų tonų medžiagos.

Į IR. Vernadskis suformulavo tris biogeocheminius principus, paaiškinančius biogeninės cheminių elementų migracijos esmę:

Biogeninė cheminių elementų migracija biosferoje visada siekia maksimalaus jos pasireiškimo.

Rūšių evoliucija per geologinį laiką, vedanti į stabilių gyvybės formų kūrimą, eina linkme, kuri sustiprina biogeninę atomų migraciją.

Gyvoji medžiaga nuolat keičiasi cheminėmis medžiagomis su aplinka, kuri yra biosferą atkuriantis ir palaikantis veiksnys.

Panagrinėkime, kaip kai kurie iš šių elementų juda biosferoje.

Anglies ciklas. Pagrindinis biotinio ciklo dalyvis yra anglis kaip organinių medžiagų pagrindas. Anglies ciklas pirmiausia vyksta tarp gyvosios medžiagos ir atmosferos anglies dioksido fotosintezės proceso metu. Jį iš maisto gauna žolėdžiai gyvūnai, o iš žolėdžių – mėsėdžiai. Kvėpavimo ir skilimo metu anglies dioksidas iš dalies grąžinamas į atmosferą; grįžimas vyksta deginant organines mineralines medžiagas.

Nesant anglies grąžinimo į atmosferą, ją žali augalai sunaudotų po 7–8 metų. Biologinės anglies apykaitos greitis fotosintezės metu yra 300 metų. Vandenynai vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant CO2 kiekį atmosferoje. Jei atmosferoje padidėja CO2 kiekis, dalis jo ištirpsta vandenyje, reaguodama su kalcio karbonatu.

Deguonies ciklas.

Deguonis pasižymi dideliu cheminiu aktyvumu ir jungiasi su beveik visais žemės plutos elementais. Jis randamas daugiausia junginių pavidalu. Kas ketvirtas gyvosios medžiagos atomas yra deguonies atomas. Beveik visas atmosferoje esantis molekulinis deguonis atsirado ir yra pastoviame lygyje dėl žaliųjų augalų aktyvumo. Atmosferos deguonis, susijungęs kvėpuojant ir išsiskiriantis fotosintezės metu, per 200 metų praeina per visus gyvus organizmus.

Azoto ciklas. Azotas yra neatskiriama visų baltymų dalis. Bendras fiksuoto azoto, kaip organines medžiagas sudarančio elemento, ir azoto santykis gamtoje yra 1:100 000. Cheminio ryšio energija azoto molekulėje yra labai didelė. Todėl azoto derinimas su kitais elementais – deguonimi, vandeniliu (azoto fiksavimo procesas) – reikalauja daug energijos. Pramoninis azoto fiksavimas vyksta esant katalizatoriams –500°C temperatūroje ir –300 atm slėgyje.

Kaip žinote, atmosferoje yra daugiau nei 78% molekulinio azoto, tačiau tokioje būsenoje jis nepasiekiamas žaliesiems augalams. Savo mitybai augalai gali naudoti tik azoto ir azoto rūgščių druskas. Kokiais būdais susidaro šios druskos? Štai keletas iš jų:

Dėl didelio biokatalizės efektyvumo biosferoje azoto fiksavimą vykdo kelios anaerobinių bakterijų ir cianobakterijų grupės esant normaliai temperatūrai ir slėgiui. Manoma, kad bakterijos per metus paverčia maždaug 1 milijardą tonų azoto į surištą formą (pasaulinis pramoninės fiksacijos kiekis yra apie 90 mln. tonų).

Dirvožemyje azotą fiksuojančios bakterijos sugeba absorbuoti molekulinį azotą iš oro. Jie praturtina dirvą azoto junginiais, todėl jų svarba itin didelė.

Dėl azoto turinčių augalinės ir gyvūninės kilmės organinių medžiagų junginių skilimo.

Veikiamas bakterijų, azotas virsta nitratais, nitritais ir amonio junginiais. Augaluose azoto junginiai dalyvauja baltymų junginių, kurie maisto grandinėmis perduodami iš organizmo į organizmą, sintezėje.

Fosforo ciklas. Kitas svarbus elementas, be kurio neįmanoma baltymų sintezė, yra fosforas. Pagrindiniai šaltiniai yra magminės uolienos (apatitai) ir nuosėdinės uolienos (fosforitai).

Neorganinis fosforas dalyvauja cikle dėl natūralių išplovimo procesų. Fosforą absorbuoja gyvi organizmai, kurie, dalyvaudami, sintetina daugybę organinių junginių ir perkelia juos į įvairius trofinius lygius.

Baigę kelionę per trofines grandines, organinius fosfatus skaido mikrobai ir paverčia mineraliniais fosfatais, prieinamais žaliesiems augalams.

Vykstant biologinei cirkuliacijai, kuri užtikrina medžiagų ir energijos judėjimą, atliekoms kauptis nėra vietos. Kiekvienos gyvybės formos atliekos (t. y. atliekos) yra terpė veistis kitiems organizmams.

Teoriškai biosferoje visada turėtų būti išlaikyta pusiausvyra tarp biomasės susidarymo ir jos skilimo. Tačiau tam tikrais geologiniais laikotarpiais buvo sutrikdyta biologinio ciklo pusiausvyra, kai dėl tam tikrų gamtos sąlygų ir nelaimių ne visi biologiniai produktai buvo asimiliuojami ir transformuojami. Tokiais atvejais susidarė biologinių produktų perteklius, kurie išsilaikė ir nusėdo žemės plutoje, po vandens, nuosėdų tirštumu ir atsidūrė amžinojo įšalo zonoje. Taip susidarė anglies, naftos, dujų ir kalkakmenio telkiniai. Reikia pažymėti, kad jie neteršia biosferos. Saulės energija, susikaupusi fotosintezės procese, koncentruojasi organiniuose mineraluose. Dabar, degindamas organinius degius mineralus, žmogus išskiria šią energiją.

Biosferoje vyksta pasaulinis (didelis arba geologinis) medžiagų ciklas, egzistavęs iki pirmųjų gyvų organizmų atsiradimo. Jame dalyvauja labai įvairūs cheminiai elementai. Geologinis ciklas vyksta dėl saulės, gravitacinės, tektoninės ir kosminės energijos rūšių.

Atsiradus gyvajai medžiagai geologinio ciklo pagrindu, atsirado organinių medžiagų ciklas – mažas (biotinis arba biologinis) ciklas.

Biotinis medžiagų ciklas yra nenutrūkstamas, cikliškas, netolygus laike ir erdvėje medžiagų judėjimo ir transformacijos procesas, vykstantis tiesiogiai dalyvaujant gyviems organizmams. Tai nenutrūkstamas organinių medžiagų kūrimo ir naikinimo procesas, kuriame dalyvauja visos trys organizmų grupės: gamintojai, vartotojai ir skaidytojai. Biotiniuose cikluose dalyvauja apie 40 biogeninių elementų. Aukščiausia vertė gyviems organizmams yra anglies, vandenilio, deguonies, azoto, fosforo, sieros, geležies, kalio, kalcio ir magnio ciklai.

Vystantis gyvajai medžiagai, iš geologinio ciklo nuolat išgaunama vis daugiau elementų ir patenka į naują, biologinį ciklą. Bendra pelenų medžiagų masė, kuri kasmet dalyvauja biotiniame medžiagų cikle vien sausumoje, yra apie 8 milijardus tonų. Tai kelis kartus daugiau nei produktų, pagamintų ištisus metus išsiveržus visiems pasaulio ugnikalniams, masė. Medžiagų cirkuliacijos greitis biosferoje yra skirtingas. Gyvoji biosferos medžiaga atnaujinama vidutiniškai kas 8 metus, fitoplanktono masė vandenyne atnaujinama kasdien. Visas biosferoje esantis deguonis per gyvąją medžiagą praeina per 2000 metų, o anglies dioksidas – per 300 metų.

Ekosistemose vyksta lokalūs biotiniai ciklai, o biosferoje – biogeocheminiai atomų migracijos ciklai, kurie ne tik sujungia visus tris išorinius planetos apvalkalus į vientisą visumą, bet ir lemia nenutrūkstamą jos sudėties evoliuciją.

ATMOSFERA HIDROSFERA

­ ¯ ­ ¯

GYVOJI MEDŽIAGA

DIRVOŽEMIS

Biosferos evoliucija

Biosfera atsirado maždaug prieš 3,5 milijardo metų, kai atsirado pirmieji gyvi organizmai. Kai gyvenimas vystėsi, jis pasikeitė. Atsižvelgiant į ekosistemų tipo ypatybes, galima išskirti biosferos evoliucijos etapus.

1. Gyvybės atsiradimas ir vystymasis vandenyje. Etapas siejamas su vandens ekosistemų egzistavimu. Atmosferoje nebuvo deguonies.

2. Gyvų organizmų atsiradimas žemėje, žemės-oro aplinkos ir dirvožemio vystymasis bei sausumos ekosistemų atsiradimas. Tai tapo įmanoma dėl deguonies atsiradimo atmosferoje ir ozono ekrano. Tai įvyko prieš 2,5 milijardo metų.

3. Žmogaus atsiradimas, pavertimas biosocialia būtybe ir antropoekosistemų atsiradimas įvyko prieš 1 mln.

4. Protingos žmogaus veiklos įtakoje esančios biosferos perėjimas į naują kokybinę būseną – į noosferą.

Noosfera

Aukščiausia biosferos vystymosi pakopa yra noosfera – žmogaus ir gamtos santykių protingo reguliavimo etapas. Šį terminą 1927 metais įvedė prancūzų filosofas E. Leroy. Jis manė, kad noosfera apima žmonių visuomenę su savo pramone, kalba ir kitais protingos veiklos atributais. 30-40-aisiais. XX amžiuje V.I. Vernadskis plėtojo materialistines idėjas apie noosferą. Jis manė, kad noosfera atsiranda dėl biosferos ir visuomenės sąveikos, ją valdo glaudus gamtos dėsnių, mąstymo ir socialinių bei ekonominių visuomenės dėsnių ryšys, ir pabrėžė, kad

noosfera (proto sfera) – tai biosferos vystymosi etapas, kai protinga žmonių veikla taps pagrindiniu jos darnios plėtros veiksniu.

Noosfera yra nauja, aukščiausia biosferos pakopa, susijusi su žmonijos atsiradimu ir vystymusi joje, kuri, išmokusi gamtos dėsnių ir tobulinant technologijas, tampa pagrindine jėga, savo mastu prilyginama geologinėms, ir pradeda turėti. lemiamą įtaką procesų Žemėje eigai, iš esmės pakeisdamas ją jūsų darbu. Žmonijos formavimasis ir vystymasis pasireiškė naujų medžiagų ir energijos mainų tarp visuomenės ir gamtos formų atsiradimu, vis didėjančiu žmogaus poveikiu biosferai. Noosfera ateis tada, kai žmonija su mokslo pagalba galės prasmingai valdyti gamtos ir socialinius procesus. Todėl noosfera negali būti laikoma ypatingu Žemės apvalkalu.

Žmonių visuomenės ir gamtos santykių valdymo mokslas vadinamas noogenika.

Pagrindinis noogenikos tikslas – planuoti dabartį vardan ateities, o pagrindiniai jos uždaviniai – technologijų pažangos nulemtų žmogaus ir gamtos santykių pažeidimų taisymas bei sąmoningas biosferos evoliucijos valdymas. Turi būti formuojamas planingas, moksliškai pagrįstas gamtos išteklių naudojimas, numatantis medžiagų cikle atkurti tai, kas buvo sutrikdyta žmogaus, o ne spontaniškas, grobuoniškas požiūris į gamtą, vedantis į aplinkos blogėjimą. Tam būtina tvarios plėtros visuomenė, kuri tenkina dabarties poreikius, nepakenkdama ateities kartų galimybėms patenkinti savo poreikius.

Šiuo metu planeta susiformavo biotechnosfera – biosferos dalis, žmogaus radikaliai paversta inžinerinėmis ir techninėmis struktūromis: miestais, gamyklomis ir gamyklomis, karjerais ir kasyklomis, keliais, užtvankomis ir rezervuarais ir kt.

BIOSFERA IR ŽMOGUS

Žmonėms skirta biosfera yra buveinė ir gamtos išteklių šaltinis.

Gamtos turtai – gamtos objektai ir reiškiniai, kuriuos žmonės naudoja darbo procese. Jie suteikia žmogui maistą, drabužius ir pastogę. Pagal išsekimo laipsnį jie skirstomi į neišsenkantis ir neišsenkantis . Išsenka ištekliai skirstomi į atsinaujinantis Ir neatnaujinamas . Prie neatsinaujinančių išteklių priskiriami tie ištekliai, kurie neatsinaujina (arba atsinaujina šimtus kartų lėčiau nei sunaudojama): nafta, anglis, metalų rūdos ir dauguma naudingųjų iškasenų. Atsinaujinantis Gamtos turtai– dirvožemis, augalija ir fauna, mineralai (valgomoji druska). Šie ištekliai nuolat atkuriami iš skirtingu greičiu: žvėrys – keletą metų, miškai – 60–80 metų, derlingumą praradusios dirvos – kelis tūkstančius metų. Vartojimo normos viršijimas per dauginimosi greitį lemia visišką išteklių išnykimą.

Neišsenkantis ištekliai yra vanduo, klimatas (atmosferos oro ir vėjo energija) ir erdvė: saulės spinduliuotė, jūros potvynių energija. Tačiau didėjanti aplinkos tarša reikalauja įgyvendinti aplinkosaugos priemones šiems ištekliams išsaugoti.

Žmogaus poreikių tenkinimas neįsivaizduojamas be gamtos išteklių naudojimo.

Visas žmogaus veiklos rūšis biosferoje galima sujungti į keturias formas.

1. Žemės paviršiaus struktūros pokyčiai(arimas, vandens telkinių sausinimas, miškų kirtimas, kanalų tiesimas). Žmonija tampa galinga geologine jėga. Žmogus naudoja 75 % žemės, 15 % upių vandenų, kas minutę iškertama 20 hektarų miškų.

· Geologiniai ir geomorfologiniai pokyčiai – daubų formavimosi procesų intensyvėjimas, purvo srovių ir nuošliaužų atsiradimas ir dažnis.

· Kompleksiniai (kraštovaizdžio) pokyčiai – kraštovaizdžių vientisumo ir natūralios struktūros pažeidimas, gamtos paminklų savitumas, produktyvių žemių praradimas, dykumėjimas.