Apakah peranan yang dimainkan oleh kitaran geologi jirim yang hebat. Kitaran biologi dan geologi

Muka surat 1

Kitaran geologi yang besar melibatkan batuan sedimen secara mendalam kerak bumi, untuk masa yang lama mematikan unsur-unsur yang terkandung di dalamnya daripada sistem kitaran biologi. Dalam perjalanan sejarah geologi, batuan sedimen yang berubah, sekali lagi di permukaan Bumi, secara beransur-ansur dimusnahkan oleh aktiviti organisma hidup, air dan udara, dan sekali lagi termasuk dalam kitaran biosfera.

Kitaran geologi yang besar berlaku selama ratusan ribu atau jutaan tahun. Ia terdiri daripada yang berikut: batu dimusnahkan, terluluhawa dan akhirnya dihanyutkan oleh aliran air ke lautan. Di sini mereka dimendapkan di bahagian bawah, membentuk batu sedimen, dan hanya sebahagiannya kembali ke darat dengan organisma dikeluarkan dari air oleh manusia atau haiwan lain.

Di tengah-tengah kitaran geologi yang besar ialah proses pemindahan sebatian mineral dari satu tempat ke tempat lain pada skala planet tanpa penyertaan bahan hidup.

Sebagai tambahan kepada peredaran kecil, terdapat peredaran geologi yang besar. Sesetengah bahan memasuki lapisan dalam Bumi (melalui sedimen dasar laut atau dengan cara lain), di mana transformasi perlahan berlaku dengan pembentukan pelbagai sebatian, mineral dan organik. Proses kitaran geologi disokong terutamanya oleh tenaga dalaman Bumi, teras aktifnya. Tenaga yang sama menyumbang kepada pembebasan bahan ke permukaan Bumi. Oleh itu, peredaran besar bahan tertutup. Ia mengambil masa berjuta-juta tahun.

Mengenai kelajuan dan keamatan peredaran geologi bahan yang besar, pada masa ini, tidak kira seberapa tepat data boleh diberikan, hanya terdapat anggaran anggaran, dan kemudian hanya untuk komponen eksogen kitaran umum, i.e. tanpa mengambil kira kemasukan bahan dari mantel ke dalam kerak bumi.

Karbon ini mengambil bahagian dalam kitaran geologi yang besar. Karbon ini, dalam proses kitaran biotik kecil, mengekalkan keseimbangan gas biosfera dan kehidupan secara umum.

Larian pepejal beberapa sungai di dunia.

Sumbangan komponen biosfera dan teknosfera kepada kitaran geologi besar bahan Bumi adalah sangat penting: terdapat pertumbuhan komponen teknosfera yang sentiasa progresif disebabkan oleh pengembangan sfera aktiviti pengeluaran manusia.

Oleh kerana aliran teknobio-geokimia utama di permukaan bumi diarahkan dalam rangka peredaran geologi bahan yang besar untuk 70% tanah ke dalam lautan dan untuk 30% - ke dalam lekukan tanpa longkang tertutup, tetapi sentiasa dari ketinggian yang lebih tinggi ke yang lebih rendah, akibat daripada tindakan daya graviti, masing-masing, pembezaan jirim kerak bumi dari ketinggian tinggi ke rendah, dari darat ke lautan. Aliran songsang (pengangkutan atmosfera, aktiviti manusia, pergerakan tektonik, gunung berapi, penghijrahan organisma) sedikit sebanyak merumitkan pergerakan ke bawah umum bahan ini, mewujudkan kitaran migrasi tempatan, tetapi tidak mengubahnya secara umum.

Peredaran air antara daratan dan lautan melalui atmosfera merujuk kepada kitaran geologi yang besar. Air menyejat dari permukaan lautan dan sama ada dipindahkan ke darat, di mana ia jatuh dalam bentuk kerpasan, yang kembali semula ke lautan dalam bentuk larian permukaan dan bawah tanah, atau jatuh dalam bentuk kerpasan ke permukaan lautan. Lebih daripada 500 ribu km3 air mengambil bahagian dalam kitaran air di Bumi setiap tahun. Kitaran air secara keseluruhan memainkan peranan utama dalam membentuk keadaan semula jadi di planet kita. Dengan mengambil kira transpirasi air oleh tumbuhan dan penyerapannya dalam kitaran biogeokimia, keseluruhan bekalan air di Bumi akan mereput dan dipulihkan dalam 2 juta tahun.

Menurut rumusannya, kitaran biologi bahan berkembang pada sebahagian daripada trajektori kitaran geologi bahan yang besar dalam alam semula jadi.

Pemindahan jirim oleh permukaan dan air bawah tanah adalah faktor pembezaan geokimia utama dari segi isipadu, tetapi bukan satu-satunya, dan jika kita bercakap tentang peredaran geologi bahan yang besar di permukaan bumi secara keseluruhan, maka aliran memainkan peranan yang sangat penting. peranan di dalamnya, khususnya pengangkutan lautan dan atmosfera.

Mengenai kelajuan dan keamatan peredaran geologi bahan yang besar, pada masa ini mustahil untuk memberikan sebarang data yang tepat, hanya terdapat anggaran anggaran, dan kemudian hanya untuk komponen eksogen kitaran umum, i.e. tanpa mengambil kira kemasukan bahan dari mantel ke dalam kerak bumi. Komponen eksogen bagi peredaran geologi bahan yang besar ialah proses penyahtinjaan permukaan bumi yang berterusan.

Kitaran jirim besar (geologi) dan kecil (biogeokimia).

Semua bahan di planet kita sedang dalam proses peredaran. Tenaga suria menyebabkan dua kitaran jirim di Bumi:

Besar (geologi atau abiotik);

Kecil (biotik, biogenik atau biologi).

Kitaran jirim dan aliran tenaga kosmik mewujudkan kestabilan biosfera. Kitaran bahan pepejal dan air, yang berlaku akibat tindakan faktor abiotik (alam tidak bernyawa), dipanggil kitaran geologi yang hebat. Dengan kitaran geologi yang besar (aliran berjuta-juta tahun), batuan dimusnahkan, terluluhawa, bahan terlarut dan memasuki Lautan Dunia; perubahan geotektonik sedang berlaku, tenggelamnya benua, naiknya dasar laut. Masa kitaran air di glasier ialah 8,000 tahun, di sungai - 11 hari. Ia adalah peredaran besar yang membekalkan organisma hidup dengan nutrien dan sebahagian besarnya menentukan keadaan untuk kewujudan mereka.

Kitaran geologi yang besar dalam biosfera dicirikan oleh dua perkara penting: oksigen karbon geologi

• a) dijalankan sepanjang keseluruhan pembangunan geologi Bumi;
• b) ialah proses planet moden yang mengambil bahagian utama dalam perkembangan selanjutnya biosfera.

Pada peringkat semasa pembangunan manusia, akibat daripada peredaran yang besar, bahan pencemar juga diangkut pada jarak yang jauh - oksida sulfur dan nitrogen, habuk, kekotoran radioaktif. Wilayah-wilayah latitud sederhana di Hemisfera Utara telah mengalami pencemaran yang paling teruk.

Peredaran kecil, biogenik atau biologi bahan berlaku dalam fasa pepejal, cecair dan gas dengan penyertaan organisma hidup. Kitaran biologi, berbeza dengan kitaran geologi, memerlukan lebih sedikit tenaga. Kitaran kecil adalah sebahagian daripada yang besar, berlaku pada tahap biogeocenosis (dalam ekosistem) dan terletak pada fakta bahawa nutrien tanah, air, karbon terkumpul dalam bahan tumbuhan dan dibelanjakan untuk membina badan. Produk pereputan bahan organik terurai kepada komponen mineral. Kitaran kecil tidak ditutup, yang dikaitkan dengan kemasukan bahan dan tenaga ke dalam ekosistem dari luar dan dengan pembebasan sebahagian daripadanya ke dalam kitaran biosfera.

Banyak unsur kimia dan sebatian mereka terlibat dalam kitaran besar dan kecil, tetapi yang paling penting daripada mereka adalah yang menentukan peringkat semasa pembangunan biosfera, yang berkaitan dengan aktiviti ekonomi manusia. Ini termasuk kitaran karbon, sulfur dan nitrogen (oksida mereka adalah pencemar utama atmosfera), serta fosforus (fosfat adalah pencemar utama perairan benua). Hampir semua bahan pencemar bertindak sebagai berbahaya, dan ia dikelaskan sebagai xenobiotik. Pada masa ini, kitaran xenobiotik - unsur toksik - merkuri (pencemar makanan) dan plumbum (komponen petrol) adalah sangat penting. Di samping itu, banyak bahan asal antropogenik (DDT, racun perosak, radionuklid, dll.) memasuki peredaran kecil dari peredaran besar, yang menyebabkan kemudaratan kepada biota dan kesihatan manusia.

Intipati kitaran biologi adalah aliran dua proses yang bertentangan, tetapi saling berkaitan - penciptaan bahan organik dan pemusnahannya oleh bahan hidup.

Berbeza dengan kitaran besar, kitaran kecil mempunyai tempoh yang berbeza: kitaran kecil bermusim, tahunan, saka dan sekular dibezakan. Peredaran bahan kimia dari persekitaran tak organik melalui tumbuh-tumbuhan dan haiwan kembali ke persekitaran tak organik menggunakan tenaga suria tindak balas kimia dipanggil kitaran biogeokimia.

Masa kini dan masa depan planet kita bergantung pada penyertaan organisma hidup dalam fungsi biosfera. Dalam kitaran bahan benda hidup, atau biojisim, melaksanakan fungsi biogeokimia: gas, kepekatan, redoks dan biokimia.

Kitaran biologi berlaku dengan penyertaan organisma hidup dan terdiri daripada pembiakan bahan organik daripada bukan organik dan penguraian organik ini kepada bukan organik melalui rantaian trofik makanan. Keamatan proses pengeluaran dan pemusnahan dalam kitaran biologi bergantung kepada jumlah haba dan lembapan. Sebagai contoh, kadar penguraian bahan organik yang rendah di kawasan kutub bergantung kepada defisit haba.

Penunjuk penting keamatan kitaran biologi ialah kadar peredaran unsur kimia. Keamatan dicirikan oleh indeks yang sama dengan nisbah jisim sampah hutan kepada sampah. Semakin tinggi indeks, semakin rendah keamatan kitaran.

Indeks dalam hutan konifer - 10 - 17; berdaun lebar 3 - 4; savana tidak lebih daripada 0.2; hutan tropika lembap tidak lebih daripada 0.1, i.e. di sini kitaran biologi adalah yang paling sengit.

Aliran unsur (nitrogen, fosforus, sulfur) melalui mikroorganisma adalah susunan magnitud yang lebih tinggi daripada melalui tumbuhan dan haiwan. Kitaran biologi tidak boleh diterbalikkan sepenuhnya, ia berkait rapat dengan kitaran biogeokimia. Unsur kimia beredar dalam biosfera sepanjang pelbagai laluan kitaran biologi:

• - diserap oleh bahan hidup dan dicas dengan tenaga;
• - meninggalkan bahan hidup, melepaskan tenaga ke persekitaran luaran.

Kitaran ini terdiri daripada dua jenis: peredaran bahan gas; kitaran sedimen (rizab dalam kerak bumi).

Kitaran itu sendiri terdiri daripada dua bahagian:

• - dana rizab (ini adalah sebahagian daripada bahan yang tidak dikaitkan dengan organisma hidup);
• - dana mudah alih (pertukaran) (sebahagian kecil bahan yang dikaitkan dengan pertukaran langsung antara organisma dan persekitaran terdekatnya).

Kitaran dibahagikan kepada:

• - kitaran jenis gas dengan dana rizab dalam kerak bumi (kitaran karbon, oksigen, nitrogen) - mampu mengawal kendiri yang cepat;
• - kitaran sedimen dengan dana rizab dalam kerak bumi (peredaran fosforus, kalsium, besi, dll.) - lebih lengai, sebahagian besar bahan berada dalam bentuk "tidak boleh diakses" oleh organisma hidup.

Kitaran juga boleh dibahagikan kepada:

• - tertutup (peredaran bahan gas, sebagai contoh, oksigen, karbon dan nitrogen - rizab di atmosfera dan hidrosfera lautan, jadi kekurangan cepat dikompensasikan);
• - terbuka (mewujudkan dana rizab di kerak bumi, sebagai contoh, fosforus - oleh itu, kerugian kurang diberi pampasan, iaitu defisit dicipta).

Asas tenaga untuk kewujudan kitaran biologi di Bumi dan pautan awalnya ialah proses fotosintesis. Setiap kitaran peredaran baharu bukanlah pengulangan yang tepat daripada kitaran sebelumnya. Sebagai contoh, semasa evolusi biosfera, beberapa proses tidak dapat dipulihkan, mengakibatkan pembentukan dan pengumpulan pemendakan biogenik, peningkatan jumlah oksigen di atmosfera, perubahan dalam nisbah kuantitatif isotop beberapa unsur, dsb.

Peredaran bahan biasanya dipanggil kitaran biogeokimia. Kitaran biogeokimia (biosfera) utama bahan: kitaran air, kitaran oksigen, kitaran nitrogen (penyertaan bakteria pengikat nitrogen), kitaran karbon (penyertaan bakteria aerobik; setiap tahun kira-kira 130 tan karbon dilepaskan ke dalam geologi. kitaran), kitaran fosforus (penyertaan bakteria tanah; setiap tahun dalam 14 juta tan fosforus dibasuh keluar dari lautan), kitaran sulfur, kitaran kation logam.

Kitaran air

Kitaran air adalah kitaran tertutup yang boleh dilakukan, seperti yang dinyatakan di atas, walaupun tanpa kehidupan, tetapi organisma hidup mengubahnya.

Kitaran ini adalah berdasarkan prinsip bahawa jumlah penyejatan dikompensasikan oleh pemendakan. Untuk planet secara keseluruhan, penyejatan dan pemendakan mengimbangi antara satu sama lain. Pada masa yang sama, lebih banyak air yang menyejat dari lautan daripada kembali dengan kerpasan. Di darat, sebaliknya, lebih banyak hujan turun, tetapi lebihan mengalir ke tasik dan sungai, dan dari sana lagi ke lautan. Keseimbangan kelembapan antara benua dan lautan dikekalkan oleh larian sungai.

Oleh itu, kitaran hidrologi global mempunyai empat aliran utama: pemendakan, penyejatan, pemindahan lembapan, dan transpirasi.

Air - bahan yang paling biasa dalam biosfera - berfungsi bukan sahaja sebagai habitat untuk banyak organisma, tetapi juga sebahagian badan semua makhluk hidup. Walaupun air mempunyai kepentingan yang sangat besar dalam semua proses kehidupan yang berlaku di biosfera, bahan hidup tidak memainkan peranan yang menentukan dalam kitaran air yang besar di dunia. Daya penggerak kitaran ini ialah tenaga matahari, yang dibelanjakan untuk penyejatan air dari permukaan lembangan air atau tanah. Kelembapan sejat terpeluwap di atmosfera dalam bentuk awan yang ditiup angin; Apabila awan sejuk, hujan turun.

Jumlah air bebas yang tidak terikat (perkadaran lautan dan laut di mana air masin cair) menyumbang 86 hingga 98%. Selebihnya air (air tawar) disimpan dalam topi kutub dan glasier dan membentuk lembangan air dan air bawah tanahnya. Kerpasan yang jatuh di atas permukaan tanah yang dilitupi tumbuh-tumbuhan sebahagiannya dikekalkan oleh permukaan daun dan seterusnya menyejat ke atmosfera. Kelembapan yang sampai ke tanah boleh menyertai larian permukaan atau diserap oleh tanah. Diserap sepenuhnya oleh tanah (ini bergantung pada jenis tanah, ciri batu dan penutup tumbuh-tumbuhan), lebihan sedimen boleh meresap jauh ke dalam air bawah tanah. Jika jumlah kerpasan melebihi kapasiti lembapan lapisan atas tanah, larian permukaan bermula, kelajuannya bergantung kepada keadaan tanah, kecuraman cerun, tempoh kerpasan dan sifat tumbuh-tumbuhan ( tumbuh-tumbuhan boleh melindungi tanah daripada hakisan air). Air yang terperangkap di dalam tanah boleh tersejat dari permukaannya atau, selepas diserap oleh akar tumbuhan, ditranspirasi (mengejat) ke atmosfera melalui daun.

Aliran transpirasi air (tanah - akar tumbuhan - daun - atmosfera) adalah laluan utama air melalui bahan hidup dalam peredaran besarnya di planet kita.

Kitaran karbon

Keseluruhan pelbagai bahan organik, proses biokimia dan bentuk hidupan di Bumi bergantung pada sifat dan ciri karbon. Kandungan karbon dalam kebanyakan organisma hidup adalah kira-kira 45% daripada biojisim kering mereka. Semua bahan hidup di planet ini terlibat dalam kitaran bahan organik dan semua karbon Bumi, yang terus timbul, bermutasi, mati, terurai, dan dalam urutan ini karbon dipindahkan dari satu bahan organik kepada pembinaan yang lain di sepanjang rantai makanan. Di samping itu, semua makhluk hidup bernafas, membebaskan karbon dioksida.

Kitaran karbon di darat. Kitaran karbon dikekalkan melalui fotosintesis oleh tumbuhan darat dan fitoplankton lautan. Dengan menyerap karbon dioksida (membetulkan karbon bukan organik), tumbuhan menggunakan tenaga cahaya matahari untuk menukarnya kepada sebatian organik - mencipta biojisim mereka sendiri. Pada waktu malam, tumbuhan, seperti semua makhluk hidup, bernafas, membebaskan karbon dioksida.

Tumbuhan mati, mayat dan najis haiwan berfungsi sebagai makanan untuk banyak organisma heterotropik (haiwan, tumbuhan saprofit, kulat, mikroorganisma). Semua organisma ini hidup terutamanya di dalam tanah dan dalam proses kehidupan mencipta biojisim mereka sendiri, termasuk karbon organik. Mereka juga membebaskan karbon dioksida, mewujudkan "pernafasan tanah". Selalunya, bahan organik mati tidak terurai sepenuhnya dan humus (humus) terkumpul di dalam tanah, yang memainkan peranan penting dalam kesuburan tanah. Tahap mineralisasi dan pelembapan bahan organik bergantung kepada banyak faktor: kelembapan, suhu, ciri-ciri fizikal tanah, komposisi sisa organik, dsb. Di bawah tindakan bakteria dan kulat, humus boleh terurai kepada karbon dioksida dan sebatian mineral.

Kitaran karbon di lautan. Kitaran karbon di lautan berbeza dengan kitaran di darat. Di lautan, pautan lemah organisma tahap trofik yang lebih tinggi, dan oleh itu semua pautan kitaran karbon. Masa transit karbon melalui pautan trofik lautan adalah pendek, dan jumlah karbon dioksida yang dibebaskan adalah tidak ketara.

Lautan memainkan peranan sebagai pengawal selia utama kandungan karbon dioksida di atmosfera. Terdapat pertukaran intensif karbon dioksida antara lautan dan atmosfera. Perairan lautan mempunyai kuasa larut dan kapasiti penampan yang besar. Sistem yang terdiri daripada asid karbonik dan garamnya (karbonat) adalah sejenis depot karbon dioksida, disambungkan dengan atmosfera melalui resapan CO? dari air ke atmosfera dan sebaliknya.

Fotosintesis fitoplankton berjalan secara intensif di lautan pada siang hari, manakala karbon dioksida bebas digunakan secara intensif, karbonat berfungsi sebagai sumber tambahan pembentukannya. Pada waktu malam, dengan peningkatan kandungan asid bebas akibat pernafasan haiwan dan tumbuhan, sebahagian besar daripadanya sekali lagi masuk ke dalam komposisi karbonat. Proses yang berterusan pergi ke arah berikut: bahan hidup? CO?? H?CO?? Sa(NSO?)?? CaCO?.

Secara semula jadi, sejumlah bahan organik tidak mengalami mineralisasi akibat kekurangan oksigen, keasidan persekitaran yang tinggi, keadaan pengebumian tertentu, dll. Sebahagian daripada karbon meninggalkan kitaran biologi dalam bentuk mendapan bukan organik (batu kapur, kapur, karang) dan organik (syal, minyak, arang batu).

Aktiviti manusia membuat perubahan ketara kepada kitaran karbon di planet kita. Landskap, jenis tumbuh-tumbuhan, biocenoses dan rantai makanannya berubah, kawasan luas permukaan tanah sedang dikeringkan atau diairi, kesuburan tanah bertambah baik (atau bertambah buruk), baja dan racun perosak sedang digunakan, dsb. Yang paling berbahaya ialah pembebasan karbon dioksida ke atmosfera akibat daripada pembakaran bahan api. Ini meningkatkan kadar kitaran karbon dan memendekkan kitarannya.

Kitaran oksigen

Oksigen adalah prasyarat untuk kewujudan kehidupan di Bumi. Ia termasuk dalam hampir semua sebatian biologi, mengambil bahagian dalam tindak balas biokimia pengoksidaan bahan organik, menyediakan tenaga untuk semua proses penting organisma dalam biosfera. Oksigen memastikan respirasi haiwan, tumbuhan dan mikroorganisma di atmosfera, tanah, air, mengambil bahagian dalam tindak balas pengoksidaan kimia yang berlaku di dalam batu, tanah, kelodak, akuifer.

Cawangan utama kitaran oksigen:

• - pembentukan oksigen bebas semasa fotosintesis dan penyerapannya semasa respirasi organisma hidup (tumbuhan, haiwan, mikroorganisma di atmosfera, tanah, air);
• - pembentukan skrin ozon;
• - penciptaan zon redoks;
• - pengoksidaan karbon monoksida semasa letusan gunung berapi, pengumpulan batuan sedimen sulfat, penggunaan oksigen dalam aktiviti manusia, dsb.; di mana-mana oksigen molekul terlibat dalam fotosintesis.

kitaran nitrogen

Nitrogen adalah sebahagian daripada bahan organik yang penting secara biologi bagi semua organisma hidup: protein, asid nukleik, lipoprotein, enzim, klorofil, dll. Walaupun kandungan nitrogen (79%) di udara, ia adalah kekurangan untuk organisma hidup.

Nitrogen dalam biosfera berada dalam bentuk gas (N2) tidak boleh diakses oleh organisma - ia aktif secara kimia, oleh itu ia tidak boleh digunakan secara langsung oleh tumbuhan yang lebih tinggi (dan kebanyakan tumbuhan yang lebih rendah) dan dunia haiwan. Tumbuhan menyerap nitrogen dari tanah dalam bentuk ion ammonium atau ion nitrat, i.e. yang dipanggil nitrogen tetap.

Terdapat penetapan nitrogen atmosfera, perindustrian dan biologi.

Penetapan atmosfera berlaku apabila atmosfera diionkan oleh sinar kosmik dan semasa nyahcas elektrik yang kuat semasa ribut petir, manakala nitrogen dan oksida ammonia terbentuk daripada nitrogen molekul udara, yang, disebabkan oleh pemendakan atmosfera, bertukar menjadi ammonium, nitrit, nitrogen nitrat dan memasuki tanah dan besen air.

Penetapan industri berlaku akibat aktiviti manusia. Atmosfera tercemar dengan sebatian nitrogen oleh tumbuhan yang menghasilkan sebatian nitrogen. Pelepasan panas daripada loji janakuasa haba, kilang, kapal angkasa, pesawat supersonik mengoksidakan nitrogen di udara. Nitrogen oksida, berinteraksi dengan wap air udara dengan pemendakan, kembali ke tanah, memasuki tanah dalam bentuk ionik.

Penetapan biologi memainkan peranan utama dalam kitaran nitrogen. Ia dijalankan oleh bakteria tanah:

• - bakteria pengikat nitrogen (dan alga biru-hijau);
• - mikroorganisma yang hidup dalam simbiosis dengan tumbuhan yang lebih tinggi (bakteria nodul);
• - melembapkan;
• - nitrifikasi;
• - denitrifikasi.

Hidup bebas di dalam tanah, bakteria aerobik pengikat nitrogen (yang wujud dengan kehadiran oksigen) (Azotobacter) mampu membetulkan nitrogen molekul atmosfera kerana tenaga yang diperoleh daripada pengoksidaan bahan organik tanah semasa respirasi, akhirnya mengikatnya dengan hidrogen dan memperkenalkannya dalam bentuk kumpulan amino (- NH2) ke dalam komposisi asid amino dalam badan anda. Nitrogen molekul juga mampu membetulkan beberapa bakteria anaerobik (hidup tanpa oksigen) yang wujud di dalam tanah (Clostridium). Apabila mati, kedua-dua mikroorganisma itu dan mikroorganisma lain memperkayakan tanah dengan nitrogen organik.

Alga biru-hijau, yang sangat penting untuk tanah sawah, juga mampu penetapan biologi nitrogen molekul.

Penetapan biologi nitrogen atmosfera yang paling berkesan berlaku pada bakteria yang hidup dalam simbiosis dalam nodul tumbuhan kekacang (bakteria nodul).

Bakteria ini (Rizobium) menggunakan tenaga tumbuhan perumah untuk membetulkan nitrogen sambil membekalkan organ daratan perumah dengan sebatian nitrogen yang tersedia.

Sebatian nitrogen yang diasimilasikan daripada tanah dalam bentuk nitrat dan ammonium, tumbuhan membina sebatian yang mengandungi nitrogen yang diperlukan dalam badan mereka (nitrogen nitrat dalam sel tumbuhan dipulihkan terlebih dahulu). Menghasilkan tumbuhan membekalkan bahan nitrogen kepada seluruh dunia haiwan dan manusia. Tumbuhan mati digunakan, mengikut rantaian trofik, oleh bioreducer.

Mikroorganisma ammonifying mengurai bahan organik yang mengandungi nitrogen (asid amino, urea) dengan pembentukan ammonia. Sebahagian daripada nitrogen organik dalam tanah tidak dimineralkan, tetapi ditukar kepada bahan humik, bitumen, dan komponen batuan enapan.

Ammonia (sebagai ion ammonium) boleh memasuki sistem akar tumbuhan, atau digunakan dalam proses nitrifikasi.

Mikroorganisma pengnitrifan adalah kemosintetik, mereka menggunakan tenaga pengoksidaan ammonia kepada nitrat dan nitrit kepada nitrat untuk memastikan semua proses hidup. Disebabkan tenaga ini, nitrifier memulihkan karbon dioksida dan membina bahan organik badan mereka. Pengoksidaan ammonia semasa nitrifikasi berlaku mengikut tindak balas berikut:

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

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

Nitrat yang terbentuk dalam proses nitrifikasi sekali lagi memasuki kitaran biologi, diserap dari tanah oleh akar tumbuhan atau selepas masuk dengan larian air ke dalam lembangan air - fitoplankton dan phytobenthos.

Bersama-sama dengan organisma yang membetulkan nitrogen atmosfera dan mennitrifkannya, terdapat mikroorganisma dalam biosfera yang boleh mengurangkan nitrat atau nitrit kepada nitrogen molekul. Mikroorganisma sedemikian, dipanggil denitrifier, dengan kekurangan oksigen bebas dalam air atau tanah, menggunakan oksigen nitrat untuk mengoksidakan bahan organik:

C?H??O?(glukosa) + 24KNO? ? 24KHCO? + 6CO? + 12N? + 18H?O + tenaga

Tenaga yang dikeluarkan pada masa yang sama berfungsi sebagai asas untuk semua aktiviti penting mikroorganisma denitrifikasi.

Oleh itu, bahan hidup memainkan peranan yang luar biasa dalam semua pautan kitaran.

Pada masa ini, penetapan industri nitrogen atmosfera oleh manusia memainkan peranan yang semakin penting dalam keseimbangan nitrogen tanah dan, akibatnya, dalam keseluruhan kitaran nitrogen dalam biosfera.

Kitaran fosforus

Kitaran fosforus lebih mudah. Walaupun takungan nitrogen adalah udara, takungan fosforus adalah batu, dari mana ia dibebaskan semasa hakisan.

Karbon, oksigen, hidrogen dan nitrogen berhijrah dengan lebih mudah dan lebih cepat di atmosfera, kerana ia dalam bentuk gas, membentuk sebatian gas dalam kitaran biologi. Untuk semua unsur lain, kecuali sulfur, yang diperlukan untuk kewujudan bahan hidup, pembentukan sebatian gas dalam kitaran biologi adalah tidak biasa. Unsur-unsur ini berhijrah terutamanya dalam bentuk ion dan molekul yang terlarut dalam air.

Fosforus, diasimilasikan oleh tumbuhan dalam bentuk ion asid ortofosforik, memainkan peranan penting dalam kehidupan semua organisma hidup. Ia adalah sebahagian daripada ADP, ATP, DNA, RNA, dan sebatian lain.

Kitaran fosforus dalam biosfera terbuka. Dalam biogeocenosis daratan, fosforus, selepas diserap oleh tumbuhan dari tanah, rantai makanan masuk semula ke dalam tanah dalam bentuk fosfat. Jumlah utama fosforus sekali lagi diserap oleh sistem akar tumbuhan. Sebahagiannya, fosforus boleh dibasuh dengan larian air hujan dari tanah ke dalam besen air.

Dalam biogeocenosis semula jadi, sering terdapat kekurangan fosforus, dan dalam persekitaran yang beralkali dan teroksida, ia biasanya ditemui dalam bentuk sebatian tidak larut.

Sebilangan besar fosfat mengandungi batuan litosfera. Sebahagian daripada mereka secara beransur-ansur masuk ke dalam tanah, ada yang dibangunkan oleh manusia untuk pengeluaran baja fosfat, kebanyakannya dilarutkan dan dibasuh ke dalam hidrosfera. Di sana ia digunakan oleh fitoplankton dan organisma berkaitan pada tahap trofik rantai makanan kompleks yang berbeza.

Di Lautan Dunia, kehilangan fosfat daripada kitaran biologi berlaku disebabkan oleh pemendapan tinggalan tumbuhan dan haiwan pada kedalaman yang besar. Oleh kerana fosforus bergerak terutamanya dari litosfera ke hidrosfera dengan air, ia berhijrah ke litosfera secara biologi (memakan ikan oleh burung laut, menggunakan alga bentik dan tepung ikan sebagai baja, dsb.).

Daripada semua unsur pemakanan mineral tumbuhan, fosforus boleh dianggap kekurangan.

Kitaran sulfur

Bagi organisma hidup, sulfur adalah sangat penting, kerana ia adalah sebahagian daripada asid amino yang mengandungi sulfur (cystine, cysteine, methionine, dll.). Berada dalam komposisi protein, asid amino yang mengandungi sulfur mengekalkan struktur tiga dimensi molekul protein yang diperlukan.

Sulfur diserap oleh tumbuhan dari tanah hanya dalam bentuk teroksida, dalam bentuk ion. Dalam tumbuhan, sulfur dikurangkan dan merupakan sebahagian daripada asid amino dalam bentuk kumpulan sulfhidril (-SH) dan disulfida (-S-S-).

Haiwan hanya mengasimilasikan sulfur terkurang, yang merupakan sebahagian daripada bahan organik. Selepas kematian organisma tumbuhan dan haiwan, sulfur kembali ke tanah, di mana, sebagai hasil daripada aktiviti pelbagai bentuk mikroorganisma, ia mengalami transformasi.

Di bawah keadaan aerobik, sesetengah mikroorganisma mengoksidakan sulfur organik kepada sulfat. Ion sulfat, yang diserap oleh akar tumbuhan, sekali lagi termasuk dalam kitaran biologi. Sesetengah sulfat boleh dimasukkan dalam migrasi air dan dikeluarkan dari tanah. Dalam tanah yang kaya dengan bahan humik, sejumlah besar sulfur ditemui dalam sebatian organik, yang menghalang larut lesapnya.

Di bawah keadaan anaerobik, penguraian sebatian sulfur organik menghasilkan hidrogen sulfida. Jika sulfat dan bahan organik berada dalam persekitaran bebas oksigen, maka aktiviti bakteria penurun sulfat diaktifkan. Mereka menggunakan oksigen sulfat untuk mengoksidakan bahan organik dan dengan itu memperoleh tenaga yang diperlukan untuk kewujudan mereka.

Bakteria penurun sulfat adalah biasa dalam air bawah tanah, kelodak dan air laut bertakung. Hidrogen sulfida adalah racun untuk kebanyakan organisma hidup, jadi pengumpulannya dalam tanah yang dipenuhi air, tasik, muara sungai, dll. mengurangkan atau menghentikan sepenuhnya proses penting dengan ketara. Fenomena sedemikian diperhatikan di Laut Hitam pada kedalaman di bawah 200 m dari permukaannya.

Oleh itu, untuk mewujudkan persekitaran yang menggalakkan, adalah perlu untuk mengoksidakan hidrogen sulfida kepada ion sulfat, yang akan memusnahkan kesan berbahaya hidrogen sulfida, sulfur akan berubah menjadi bentuk yang boleh diakses oleh tumbuhan - dalam bentuk garam sulfat. Peranan ini dilakukan secara semula jadi oleh kumpulan khas bakteria sulfur (tidak berwarna, hijau, ungu) dan bakteria thionic.

Bakteria sulfur tidak berwarna adalah kemosintetik: mereka menggunakan tenaga yang diperoleh daripada pengoksidaan hidrogen sulfida oleh oksigen kepada unsur sulfur dan pengoksidaan selanjutnya kepada sulfat.

Bakteria sulfur berwarna ialah organisma fotosintesis yang menggunakan hidrogen sulfida sebagai penderma hidrogen untuk mengurangkan karbon dioksida.

Sulfur unsur yang terhasil dalam bakteria sulfur hijau dibebaskan daripada sel, dalam bakteria ungu ia terkumpul di dalam sel.

Reaksi keseluruhan proses ini ialah photoreduction:

CO?+ 2H?S cahaya? (CH?O) + H?O +2S.

Bakteria thion mengoksidakan unsur sulfur dan pelbagai sebatian terkurangnya kepada sulfat dengan mengorbankan oksigen bebas, mengembalikannya ke arus perdana kitaran biologi.

Dalam proses kitaran biologi, di mana sulfur ditukar, organisma hidup, terutamanya mikroorganisma, memainkan peranan yang besar.

Takungan utama sulfur di planet kita ialah Lautan Dunia, kerana ion sulfat terus memasukinya dari tanah. Sebahagian daripada sulfur dari lautan kembali ke darat melalui atmosfera mengikut skema hidrogen sulfida - mengoksidakannya kepada sulfur dioksida - melarutkan yang terakhir dalam air hujan dengan pembentukan asid sulfurik dan sulfat - mengembalikan sulfur dengan pemendakan ke penutup tanah Bumi.

Kitaran kation tak organik

Selain unsur asas yang membentuk organisma hidup (karbon, oksigen, hidrogen, fosforus dan sulfur), banyak unsur makro dan mikro lain - kation tak organik - adalah penting. Dalam lembangan air, tumbuhan memperoleh kation logam yang mereka perlukan secara langsung persekitaran. Di darat, sumber utama kation bukan organik adalah tanah, yang menerimanya dalam proses pemusnahan batu induk. Dalam tumbuhan, kation yang diserap oleh sistem akar bergerak ke daun dan organ lain; sebahagian daripadanya (magnesium, besi, kuprum dan beberapa yang lain) adalah sebahagian daripada molekul penting secara biologi (klorofil, enzim); yang lain, kekal dalam bentuk bebas, mengambil bahagian dalam mengekalkan sifat koloid yang diperlukan protoplasma sel dan melaksanakan pelbagai fungsi lain.

Apabila organisma hidup mati, kation tak organik kembali ke tanah dalam proses mineralisasi bahan organik. Kehilangan komponen-komponen ini daripada tanah berlaku akibat daripada larut lesap dan penyingkiran kation logam dengan air hujan, penolakan dan penyingkiran bahan organik oleh manusia semasa penanaman tanaman pertanian, pembalakan, memotong rumput untuk makanan ternakan, dsb.

Penggunaan rasional baja mineral, penambakan tanah, penggunaan baja organik, dan teknologi pertanian yang betul akan membantu memulihkan dan mengekalkan keseimbangan kation tak organik dalam biosenos biosfera.

Kitaran antropogenik: kitaran xenobiotik (merkuri, plumbum, kromium)

Kemanusiaan adalah sebahagian daripada alam semula jadi dan hanya boleh wujud dalam interaksi berterusan dengannya.

Terdapat persamaan dan percanggahan antara peredaran semula jadi dan antropogenik bahan dan tenaga yang berlaku dalam biosfera.

Kitaran semula jadi (biogeokimia) hidup mempunyai ciri-ciri berikut:

• - penggunaan tenaga suria sebagai sumber kehidupan dan semua manifestasinya berdasarkan undang-undang termodinamik;
• - ia dijalankan tanpa pembaziran, i.e. semua produk aktiviti pentingnya dimineralkan dan dimasukkan semula dalam kitaran peredaran bahan seterusnya. Pada masa yang sama, tenaga haba yang dibelanjakan dan diturunkan nilai dikeluarkan di luar biosfera. Semasa kitaran biogeokimia bahan, sisa terhasil, i.e. rizab dalam bentuk arang batu, minyak, gas dan sumber mineral lain. Berbeza dengan kitaran semula jadi tanpa sisa, kitaran antropogenik disertai dengan peningkatan sisa setiap tahun.

Tiada apa-apa yang sia-sia atau berbahaya dalam alam semula jadi, malah letusan gunung berapi mempunyai faedah, kerana unsur-unsur yang diperlukan (contohnya, nitrogen) memasuki udara dengan gas gunung berapi.

Terdapat undang-undang penutupan global peredaran biogeokimia dalam biosfera, yang sah pada semua peringkat perkembangannya, serta peraturan untuk meningkatkan penutupan peredaran biogeokimia dalam perjalanan penggantian.

Manusia memainkan peranan yang besar dalam kitaran biogeokimia, tetapi dalam arah yang bertentangan. Manusia melanggar kitaran bahan yang sedia ada, dan ini menunjukkan daya geologinya - merosakkan berhubung dengan biosfera. Hasil daripada aktiviti antropogenik, tahap pengasingan kitaran biogeokimia berkurangan.

Kitaran antropogenik tidak terhad kepada tenaga cahaya matahari yang ditangkap oleh tumbuhan hijau di planet ini. Manusia menggunakan tenaga bahan api, hidro dan loji kuasa nuklear.

Boleh dikatakan bahawa aktiviti antropogenik pada peringkat sekarang adalah kuasa pemusnah yang besar untuk biosfera.

Biosfera mempunyai ciri khas - rintangan yang ketara terhadap bahan pencemar. Kestabilan ini adalah berdasarkan keupayaan semula jadi pelbagai komponen persekitaran semula jadi kepada penyucian diri dan penyembuhan diri. Tetapi tidak terhad. Kemungkinan krisis global menyebabkan keperluan untuk membina model matematik biosfera secara keseluruhan (sistem "Gaia") untuk mendapatkan maklumat tentang kemungkinan keadaan biosfera.

Xenobiotik ialah bahan asing kepada organisma hidup yang muncul akibat aktiviti antropogenik (racun perosak, bahan kimia isi rumah dan bahan pencemar lain), yang mampu menyebabkan gangguan proses biotik, termasuk. sakit atau kematian. Bahan pencemar tersebut tidak mengalami biodegradasi, tetapi terkumpul dalam rantai trofik.

Merkuri adalah unsur yang sangat jarang berlaku. Ia tersebar dalam kerak bumi dan hanya dalam beberapa mineral, seperti cinnabar, terkandung dalam bentuk pekat. Merkuri terlibat dalam kitaran jirim dalam biosfera, berhijrah dalam keadaan gas dan dalam larutan akueus.

Ia memasuki atmosfera dari hidrosfera semasa penyejatan, semasa pembebasan dari cinnabar, dengan gas gunung berapi dan gas dari mata air terma. Sebahagian daripada gas merkuri di atmosfera melalui fasa pepejal dan dikeluarkan dari udara. Merkuri yang jatuh diserap oleh tanah, terutamanya tanah liat, air dan batu. Dalam mineral mudah terbakar - minyak dan arang batu - merkuri mengandungi sehingga 1 mg / kg. DALAM jisim air lautan kira-kira 1.6 bilion tan, dalam sedimen bawah - 500 bilion tan, dalam plankton - 2 juta tan. Kira-kira 40 ribu tan dilakukan oleh perairan sungai dari darat setiap tahun, iaitu 10 kali lebih rendah daripada apa yang memasuki atmosfera semasa penyejatan (400 ribu tan). Kira-kira 100 ribu tan jatuh di permukaan tanah setiap tahun.

Merkuri telah bertukar daripada komponen semula jadi persekitaran semula jadi kepada salah satu pelepasan buatan manusia yang paling berbahaya ke dalam biosfera untuk kesihatan manusia. Ia digunakan secara meluas dalam industri metalurgi, kimia, elektrik, elektronik, pulpa dan kertas dan farmaseutikal dan digunakan untuk pengeluaran bahan letupan, varnis dan cat, serta dalam bidang perubatan. Efluen industri dan pelepasan atmosfera, bersama-sama dengan lombong merkuri, loji pengeluaran merkuri dan loji kuasa haba (CHP dan rumah dandang) menggunakan arang batu, minyak dan produk minyak, adalah sumber utama pencemaran biosfera dengan komponen toksik ini. Selain itu, merkuri adalah bahan dalam racun perosak organomerkuri yang digunakan dalam pertanian untuk merawat benih dan melindungi tanaman daripada perosak. Ia memasuki tubuh manusia dengan makanan (telur, bijirin jeruk, daging haiwan dan burung, susu, ikan).

Merkuri dalam air dan sedimen dasar sungai

Telah ditetapkan bahawa kira-kira 80% merkuri yang memasuki badan air semula jadi adalah dalam bentuk terlarut, yang akhirnya menyumbang kepada penyebarannya pada jarak yang jauh bersama-sama dengan aliran air. Unsur tulen adalah tidak toksik.

Merkuri ditemui dalam air kelodak dasar lebih kerap dalam kepekatan yang agak tidak berbahaya. Sebatian merkuri tak organik ditukar kepada sebatian merkuri organik toksik, seperti metilmerkuri CH?Hg dan etilmerkuri C?H?Hg, oleh bakteria yang hidup dalam detritus dan sedimen, dalam kelodak dasar tasik dan sungai, dalam lendir yang meliputi badan ikan, dan juga dalam lendir perut ikan. Sebatian ini mudah larut, mudah alih dan sangat toksik. Asas kimia bagi tindakan agresif merkuri adalah pertaliannya dengan sulfur, khususnya dengan kumpulan hidrogen sulfida dalam protein. Molekul ini mengikat kromosom dan sel otak. Ikan dan kerang boleh mengumpulnya ke tahap berbahaya bagi orang yang memakannya, menyebabkan penyakit Minamata.

Merkuri logam dan sebatian tak organiknya bertindak terutamanya pada hati, buah pinggang dan saluran usus, bagaimanapun, dalam keadaan normal, ia agak cepat dikeluarkan dari badan dan jumlah yang berbahaya bagi tubuh manusia tidak mempunyai masa untuk terkumpul. Methylmercury dan sebatian alkil merkuri lain adalah lebih berbahaya, kerana terkumpul berlaku - toksin memasuki badan lebih cepat daripada ia dikeluarkan dari badan, bertindak ke atas sistem saraf pusat.

Sedimen bawah adalah ciri penting ekosistem akuatik. Dengan mengumpul logam berat, radionuklid dan bahan organik yang sangat toksik, sedimen bawah, di satu pihak, menyumbang kepada pembersihan diri persekitaran akuatik, dan sebaliknya, ia mewakili sumber pencemaran sekunder badan air yang berterusan. Sedimen bawah adalah objek analisis yang menjanjikan, mencerminkan corak pencemaran jangka panjang (terutamanya dalam badan air yang mengalir perlahan). Selain itu, pengumpulan merkuri tak organik dalam sedimen dasar diperhatikan terutamanya di muara sungai. Keadaan tegang mungkin timbul apabila kapasiti penjerapan sedimen (kelodak, pemendakan) telah habis. Apabila kapasiti penjerapan dicapai, logam berat, termasuk. merkuri akan masuk ke dalam air.

Adalah diketahui bahawa di bawah keadaan anaerobik marin dalam sedimen alga mati, merkuri melekat hidrogen dan masuk ke dalam sebatian yang tidak menentu.

Dengan penyertaan mikroorganisma, raksa logam boleh dimetilasi dalam dua peringkat:

CH?Hg+ ? (CH?)?Hg

Methylmercury muncul dalam persekitaran secara praktikal hanya semasa metilasi merkuri tak organik.

Separuh hayat biologi merkuri adalah panjang, ia adalah 70-80 hari untuk kebanyakan tisu badan manusia.

Ikan besar, seperti ikan todak dan tuna, diketahui tercemar dengan merkuri pada awal rantai makanan. Pada masa yang sama, ia bukan tanpa minat untuk diperhatikan bahawa, pada tahap yang lebih besar daripada ikan, merkuri terkumpul (terkumpul) dalam tiram.

Merkuri memasuki tubuh manusia melalui pernafasan, dengan makanan dan melalui kulit mengikut skema berikut:

Pertama, terdapat perubahan merkuri. Unsur ini berlaku secara semula jadi dalam beberapa bentuk.

Merkuri logam, yang digunakan dalam termometer, dan garam tak organiknya (contohnya klorida) disingkirkan daripada badan dengan cepat.

Lebih toksik ialah sebatian alkil merkuri, khususnya metil dan etil merkuri. Sebatian ini sangat perlahan dikeluarkan dari badan - hanya kira-kira 1% daripada jumlah keseluruhan sehari. Walaupun kebanyakan merkuri yang memasuki perairan semula jadi adalah dalam bentuk sebatian tak organik, ia sentiasa berakhir dalam ikan dalam bentuk metilmerkuri yang jauh lebih beracun. Bakteria dalam kelodak dasar tasik dan sungai, dalam lendir yang menutupi badan ikan, serta dalam lendir perut ikan, mampu menukar sebatian merkuri tak organik kepada metilmerkuri.

Kedua, pengumpulan terpilih, atau pengumpulan biologi (kepekatan), meningkatkan kandungan merkuri dalam ikan dan kerang ke paras berkali ganda lebih tinggi daripada air teluk. Ikan dan kerang yang hidup di sungai mengumpul metilmerkuri kepada kepekatan yang berbahaya bagi manusia yang menggunakannya untuk makanan.

% daripada tangkapan ikan dunia mengandungi merkuri dalam jumlah tidak melebihi 0.5 mg/kg, dan 95% - di bawah 0.3 mg/kg. Hampir semua merkuri dalam ikan adalah dalam bentuk metilmerkuri.

Memandangkan ketoksikan yang berbeza sebatian merkuri untuk manusia dalam produk makanan, adalah perlu untuk menentukan merkuri tak organik (jumlah) dan terikat secara organik. Kami hanya menentukan jumlah kandungan merkuri. Mengikut keperluan perubatan dan biologi, kandungan merkuri dalam ikan pemangsa air tawar dibenarkan 0.6 mg/kg, dalam ikan laut - 0.4 mg/kg, dalam ikan bukan pemangsa air tawar hanya 0.3 mg/kg, dan dalam tuna sehingga 0.7 mg. /kg. kg. Dalam produk makanan bayi kandungan merkuri tidak boleh melebihi 0.02 mg/kg dalam daging dalam tin, 0.15 mg/kg dalam ikan dalam tin, selebihnya - 0.01 mg/kg.

Plumbum terdapat dalam hampir semua komponen persekitaran semula jadi. Ia mengandungi 0.0016% dalam kerak bumi. Tahap semula jadi plumbum di atmosfera ialah 0.0005 mg/m3. Kebanyakannya dimendapkan dengan habuk, kira-kira 40% jatuh dengan pemendakan atmosfera. Tumbuhan mendapat plumbum daripada tanah, air dan kejatuhan atmosfera, manakala haiwan mendapat plumbum daripada tumbuhan dan air. Logam memasuki tubuh manusia dengan makanan, air dan debu.

Sumber utama pencemaran plumbum dalam biosfera ialah enjin petrol, gas ekzos yang mengandungi trietil plumbum, loji janakuasa haba membakar arang batu, perlombongan, metalurgi dan industri kimia. Sebilangan besar plumbum dimasukkan ke dalam tanah bersama-sama dengan kumbahan digunakan sebagai baja. Untuk memadamkan reaktor pembakaran loji kuasa nuklear Chernobyl, plumbum juga digunakan, yang memasuki kolam udara dan tersebar di kawasan yang luas. Dengan peningkatan pencemaran alam sekitar dengan plumbum, pemendapannya dalam tulang, rambut, dan hati meningkat.

Chromium. Yang paling berbahaya ialah kromium toksik (6+), yang digerakkan dalam tanah berasid dan beralkali, di perairan tawar dan marin. Dalam air laut, kromium ialah 10–20% diwakili oleh bentuk Cr (3+), 25–40% oleh Cr (6+), dan 45–65% oleh bentuk organik. Dalam julat pH 5 - 7, Cr (3+) mendominasi, dan pada pH > 7 - Cr (6+). Adalah diketahui bahawa sebatian Cr (6+) dan kromium organik tidak memendakan bersama dengan besi hidroksida dalam air laut.

Kitaran semula jadi bahan hampir tertutup. Dalam ekosistem semula jadi, jirim dan tenaga dibelanjakan dengan jimat, dan pembaziran sesetengah organisma adalah syarat penting untuk kewujudan yang lain. Kitaran bahan antropogenik disertai dengan penggunaan sumber semula jadi yang besar dan sejumlah besar sisa yang menyebabkan pencemaran alam sekitar. Penciptaan walaupun kemudahan rawatan yang paling maju tidak menyelesaikan masalah, jadi perlu membangunkan teknologi sisa rendah dan bebas sisa yang memungkinkan untuk menjadikan kitaran antropogenik setutup mungkin. Secara teorinya, adalah mungkin untuk mencipta teknologi bebas sisa, tetapi teknologi sisa rendah adalah nyata.

Penyesuaian terhadap fenomena alam

Adaptasi ialah pelbagai penyesuaian kepada persekitaran yang dibangunkan oleh organisma (daripada yang paling mudah kepada yang paling tinggi) dalam proses evolusi. Keupayaan untuk menyesuaikan diri adalah salah satu sifat utama makhluk hidup, memberikan kemungkinan kewujudan mereka.

Faktor utama yang membangunkan proses penyesuaian termasuk: keturunan, kebolehubahan, pemilihan semula jadi (dan buatan).

Toleransi boleh berubah jika badan memasuki keadaan luaran yang lain. Masuk ke dalam keadaan sedemikian, selepas beberapa ketika, dia terbiasa dengannya, seolah-olah, menyesuaikan diri dengan mereka (dari lat. penyesuaian - untuk menyesuaikan diri). Akibat daripada ini adalah perubahan dalam peruntukan optimum fisiologi.

Sifat organisma untuk menyesuaikan diri dengan kewujudan dalam julat tertentu faktor persekitaran dipanggil keplastikan ekologi.

Lebih luas julat faktor ekologi di mana organisma tertentu boleh hidup, lebih besar keplastikan ekologinya. Mengikut tahap keplastikan, dua jenis organisma dibezakan: stenobiont (stenoeks) dan eurybiont (euryeks). Oleh itu, stenobion secara ekologi bukan plastik (contohnya, flounder hanya hidup dalam air masin, dan crucian carp hanya dalam air tawar), i.e. tahan lasak pendek, dan eurybionts adalah plastik dari segi ekologi, i.e. adalah lebih tahan lasak (contohnya, stickleback tiga spined boleh hidup di kedua-dua air tawar dan masin).

Penyesuaian adalah multidimensi, kerana organisma mesti mematuhi banyak faktor persekitaran yang berbeza pada masa yang sama.

Terdapat tiga cara utama untuk menyesuaikan organisma dengan keadaan persekitaran: aktif; pasif; mengelakkan kesan buruk.

Laluan aktif penyesuaian adalah pengukuhan rintangan, pembangunan proses pengawalseliaan yang memungkinkan untuk menjalankan semua fungsi penting badan, walaupun sisihan faktor dari optimum. Sebagai contoh, haiwan berdarah panas mengekalkan suhu badan yang tetap - optimum untuk proses biokimia yang berlaku di dalamnya.

Laluan pasif penyesuaian ialah subordinasi fungsi penting organisma kepada perubahan dalam faktor persekitaran. Sebagai contoh, dalam keadaan persekitaran yang buruk, banyak organisma masuk ke dalam keadaan anabiosis ( kehidupan yang tersembunyi), di mana metabolisme dalam badan secara praktikal berhenti (keadaan dorman musim sejuk, pingsan serangga, hibernasi, pemeliharaan spora dalam tanah dalam bentuk spora dan biji).

Mengelakkan kesan buruk - perkembangan penyesuaian, tingkah laku organisma (penyesuaian), yang membantu mengelakkan keadaan buruk. Dalam kes ini, penyesuaian boleh menjadi: morfologi (struktur badan berubah: pengubahsuaian daun kaktus), fisiologi (unta menyediakan dirinya dengan kelembapan akibat pengoksidaan rizab lemak), etologi (perubahan tingkah laku: bermusim. penghijrahan burung, hibernasi pada musim sejuk).

Organisma hidup menyesuaikan diri dengan baik kepada faktor berkala. Faktor tidak berkala boleh menyebabkan penyakit dan juga kematian organisma (contohnya, ubat-ubatan, racun perosak). Walau bagaimanapun, dengan pendedahan yang berpanjangan, penyesuaian kepada mereka juga mungkin berlaku.

Organisma disesuaikan dengan harian, bermusim, irama pasang surut, irama aktiviti suria, fasa bulan dan fenomena berkala yang ketat lain. Jadi, penyesuaian bermusim dibezakan sebagai sifat bermusim dan keadaan dorman musim sejuk.

Sifat bermusim. Nilai utama untuk tumbuhan dan haiwan dalam penyesuaian organisma ialah variasi suhu tahunan. Tempoh yang sesuai untuk kehidupan, secara purata untuk negara kita, berlangsung kira-kira enam bulan (musim bunga, musim panas). Malah sebelum ketibaan fros yang stabil, tempoh dorman musim sejuk bermula secara semula jadi.

Dorman musim sejuk. Dorman musim sejuk bukan sekadar pemberhentian pembangunan akibat suhu rendah, tetapi penyesuaian fisiologi yang kompleks, yang berlaku hanya pada peringkat perkembangan tertentu. Contohnya, nyamuk malaria dan rama-rama jelatang mengatasi musim sejuk pada peringkat serangga dewasa, rama-rama kubis dalam peringkat pupa, dan rama-rama gipsi dalam peringkat telur.

Bioritma. Setiap spesies dalam proses evolusi telah membangunkan kitaran tahunan ciri pertumbuhan dan perkembangan intensif, pembiakan, penyediaan untuk musim sejuk dan musim sejuk. Fenomena ini dipanggil irama biologi. Kebetulan setiap tempoh kitaran hidup dengan musim yang sepadan adalah penting untuk kewujudan spesies.

Faktor utama dalam peraturan kitaran bermusim dalam kebanyakan tumbuhan dan haiwan adalah perubahan dalam tempoh hari.

Bioritma ialah:

irama eksogen (luaran) (timbul sebagai tindak balas kepada perubahan berkala dalam persekitaran (perubahan siang dan malam, musim, aktiviti suria) endogen (irama dalaman) dihasilkan oleh badan itu sendiri

Sebaliknya, endogen dibahagikan kepada:

Irama fisiologi (degupan jantung, pernafasan, kelenjar endokrin, DNA, RNA, sintesis protein, enzim, pembahagian sel, dll.)

Irama ekologi (harian, tahunan, pasang surut, bulan, dll.)

Proses DNA, RNA, sintesis protein, pembahagian sel, degupan jantung, pernafasan, dan lain-lain mempunyai irama. Pengaruh luar boleh mengalihkan fasa irama ini dan mengubah amplitudnya.

Irama fisiologi berbeza-beza bergantung pada keadaan badan, manakala irama persekitaran lebih stabil dan sepadan dengan irama luaran. Dengan irama endogen, badan boleh menavigasi dalam masa dan bersedia terlebih dahulu untuk perubahan yang akan datang dalam persekitaran - ini adalah jam biologi badan. Banyak organisma hidup dicirikan oleh irama sirkadian dan sirkanian.

Irama sirkadian (circadian) - keamatan berulang dan sifat proses dan fenomena biologi dengan tempoh 20 hingga 28 jam. Irama sirkadian dikaitkan dengan aktiviti haiwan dan tumbuhan pada siang hari dan, sebagai peraturan, bergantung pada suhu dan keamatan cahaya. Sebagai contoh, kelawar terbang pada waktu senja dan berehat pada siang hari, banyak organisma planktonik tinggal di permukaan air pada waktu malam, dan turun ke kedalaman pada waktu siang.

Irama biologi bermusim dikaitkan dengan pengaruh cahaya - fotokala. Tindak balas organisma terhadap tempoh hari dipanggil fotoperiodisme. Fotoperiodisme ialah penyesuaian penting yang biasa yang mengawal fenomena bermusim dalam pelbagai jenis organisma. Kajian fotoperiodisme dalam tumbuh-tumbuhan dan haiwan menunjukkan bahawa tindak balas organisma terhadap cahaya adalah berdasarkan pertukaran tempoh cahaya dan kegelapan tempoh tertentu pada siang hari. Tindak balas organisma (dari unisel kepada manusia) kepada panjang siang dan malam menunjukkan bahawa mereka dapat mengukur masa, i.e. mempunyai beberapa jenis jam biologi. Jam biologi, sebagai tambahan kepada kitaran bermusim, mengawal banyak fenomena biologi lain, menentukan irama harian yang betul bagi kedua-dua aktiviti keseluruhan organisma dan proses yang berlaku walaupun pada tahap sel, khususnya, pembahagian sel.

Harta sejagat bagi semua makhluk hidup, daripada virus dan mikroorganisma kepada tumbuhan dan haiwan yang lebih tinggi, adalah keupayaan untuk memberikan mutasi - perubahan yang diwarisi secara tiba-tiba, semula jadi dan buatan, yang diwarisi dalam bahan genetik, yang membawa kepada perubahan dalam tanda-tanda tertentu organisma. Kebolehubahan mutasi tidak memenuhi keadaan persekitaran dan, sebagai peraturan, melanggar penyesuaian sedia ada.

Banyak serangga jatuh ke dalam diapause (berhenti lama dalam pembangunan) pada peringkat pembangunan tertentu, yang tidak boleh dikelirukan dengan keadaan rehat di bawah keadaan buruk. Pembiakan banyak haiwan laut dipengaruhi oleh irama bulan.

Irama Circanian (hampir tahunan) ialah perubahan berulang dalam keamatan dan sifat proses dan fenomena biologi dengan tempoh 10 hingga 13 bulan.

Keadaan fizikal dan psikologi seseorang juga mempunyai watak berirama.

Irama kerja dan rehat yang terganggu mengurangkan kecekapan dan memberi kesan buruk kepada kesihatan manusia. Keadaan manusia di keadaan yang melampau bergantung pada tahap kesediaannya untuk keadaan ini, kerana hampir tidak ada masa untuk penyesuaian dan pemulihan.

KEPADA endogen proses termasuk: magmatisme, metamorfisme (tindakan suhu dan tekanan tinggi), gunung berapi, pergerakan kerak bumi (gempa bumi, bangunan gunung).

KEPADA eksogen- luluhawa, aktiviti atmosfera dan permukaan air laut, lautan, haiwan, organisma tumbuhan, dan terutamanya manusia - teknologi.

Interaksi proses dalaman dan luaran terbentuk kitaran geologi jirim yang hebat.

Semasa proses endogen, sistem gunung, tanah tinggi, lekukan lautan terbentuk, semasa proses eksogen, batu igneus dimusnahkan, produk pemusnahan bergerak ke sungai, laut, lautan dan batuan sedimen terbentuk. Hasil daripada pergerakan kerak bumi, batuan sedimen tenggelam ke dalam lapisan yang dalam, mengalami proses metamorfisme (tindakan suhu dan tekanan tinggi), dan batuan metamorfosis terbentuk. Dalam lapisan yang lebih dalam, mereka berubah menjadi cair ...
keadaan (magmatisasi). Kemudian, sebagai hasil daripada proses gunung berapi, mereka memasuki lapisan atas litosfera, di permukaannya dalam bentuk batu igneus. Ini adalah bagaimana batuan pembentuk tanah terbentuk dan pelbagai bentuk kelegaan.

batu, dari mana tanah terbentuk, dipanggil pembentuk tanah atau induk. Mengikut keadaan pembentukan, mereka dibahagikan kepada tiga kumpulan: igneus, metamorfik dan sedimen.

Batu igneus terdiri daripada sebatian silikon, Al, Fe, Mg, Ca, K, Na. Bergantung kepada nisbah sebatian ini, batu berasid dan asas dibezakan.

Asid (granit, liparit, pegmatit) mempunyai kandungan silika yang tinggi (lebih daripada 63%), kalium dan natrium oksida (7-8%), kalsium dan oksida Mg (2-3%). Mereka berwarna terang dan coklat. Tanah yang terbentuk daripada batuan tersebut mempunyai struktur yang longgar, keasidan yang tinggi dan tidak subur.

Batuan igneus utama (basalt, dunit, periodit) dicirikan oleh kandungan rendah SiO 2 (40-60%), peningkatan kandungan CaO dan MgO (sehingga 20%), oksida besi (10-20%), Na 2 O dan K 2 O kurang daripada 30%.

Tanah yang terbentuk pada hasil luluhawa batuan utama mempunyai tindak balas alkali dan neutral, banyak humus dan kesuburan yang tinggi.

Batu igneus membentuk 95% daripada jumlah jisim batu, tetapi sebagai batu pembentuk tanah ia menduduki kawasan kecil (di pergunungan).

batuan metamorf, terbentuk hasil daripada penghabluran semula batuan igneus dan sedimen. Ini adalah marmar, gneiss, kuarza. Mereka menduduki sebahagian kecil sebagai batu pembentuk tanah.

Batuan sedimen. Pembentukan mereka adalah disebabkan oleh proses luluhawa batu igneus dan metamorf, pemindahan hasil luluhawa oleh air, aliran glasier dan udara dan pemendapan di permukaan tanah, di dasar lautan, laut, tasik, di dataran banjir sungai.

Mengikut komposisinya, batuan sedimen dibahagikan kepada klastik, kemogenik dan biogenik.

mendapan klastik berbeza dalam saiz serpihan dan zarah: ini adalah batu besar, batu, kerikil, batu hancur, pasir, tanah liat dan tanah liat.

Deposit kemogenik terbentuk akibat pemendakan garam daripada larutan akueus di teluk laut, tasik di iklim panas atau akibat tindak balas kimia.

Ini termasuk halida (garam batu dan kalium), sulfat (gipsum, anhidrida), karbonat (batu kapur, marl, dolomit), silikat, fosfat. Kebanyakannya adalah bahan mentah untuk pengeluaran simen, baja kimia, dan digunakan sebagai bijih pertanian.

Deposit biogenik terbentuk daripada pengumpulan sisa tumbuhan dan haiwan. Ini adalah: karbonat (batu kapur biogenik dan kapur), silika (dolomit) dan batuan berkarbonat (arang batu, gambut, sapropel, minyak, gas).

Jenis genetik utama batuan sedimen ialah:

1. Mendapan eluvial- hasil luluhawa batuan yang tinggal pada kepingan pembentukannya. Eluvium terletak di bahagian atas kawasan tadahan air, di mana air buangan dinyatakan dengan lemah.

2. deposit deluvial- hasil hakisan yang dimendapkan oleh aliran hujan sementara dan air cair di bahagian bawah cerun.

3. deposit proluvial- terbentuk hasil daripada pemindahan dan pemendapan hasil luluhawa oleh sungai gunung sementara dan banjir di kaki cerun.

4. Mendapan aluvium- terbentuk hasil daripada pemendapan hasil luluhawa oleh air sungai yang memasukinya dengan air larian permukaan.

5. Deposit lacustrine– mendapan dasar tasik. Kelodak dengan kandungan bahan organik yang tinggi (15-20%) dipanggil sapropels.

6. mendapan marin- sedimen dasar laut. Semasa pengunduran (pelanggaran) laut, mereka kekal sebagai batu pembentuk tanah.

7. Endapan glasier (glasial) atau moraine- hasil luluhawa pelbagai batuan, disesarkan dan dimendapkan oleh glasier. Ini ialah bahan merah-coklat atau kelabu berbutir kasar yang tidak diisih dengan kemasukan batu, batu besar dan batu kerikil.

8. Mendapan fluvioglacial (air-glasial). aliran sementara dan takungan tertutup yang terbentuk semasa pencairan glasier.

9. Tutup tanah liat tergolong dalam mendapan ekstra-glasial dan dianggap sebagai mendapan air cetek berhampiran-glasial banjir air cair. Mereka bertindih madder dari atas dengan lapisan 3-5 m. Mereka berwarna kuning-coklat, disusun dengan baik, tidak mengandungi batu dan batu. Tanah di atas tanah penutup adalah lebih subur daripada tanah di madder.

10. Loesses dan loes-like loams dicirikan oleh warna kuning pucat, kandungan kelodak dan pecahan berkelodak yang tinggi, struktur longgar, keliangan tinggi, kandungan kalsium karbonat yang tinggi. Hutan kelabu yang subur, tanah berangan, chernozem dan tanah kelabu terbentuk di atasnya.

11. Deposit Aeolian terbentuk akibat tindakan angin. Aktiviti pemusnahan angin terdiri daripada kakisan (pengisaran, pengamplasan batu) dan deflasi (tiupan dan pengangkutan zarah tanah kecil oleh angin). Kedua-dua proses ini digabungkan membentuk hakisan angin.

Skim asas, formula, dsb. yang menggambarkan kandungan: persembahan dengan gambar jenis luluhawa.

Soalan untuk mengawal diri:

1. Apakah itu luluhawa?

2. Apakah pemamagan?

3. Apakah perbezaan antara luluhawa fizikal dan kimia?

4. Apakah kitaran geologi jirim?

5. Huraikan struktur Bumi?

6. Apakah magma?

7. Teras Bumi terdiri daripada lapisan apakah?

8. Apakah baka?

9. Bagaimanakah baka dikelaskan?

10. Apakah loess?

11. Apakah puak?

12. Apakah ciri-ciri yang dipanggil organoleptik?

Utama:

1. Dobrovolsky V.V. Geografi Tanah dengan Asas Sains Tanah: Buku Teks untuk Sekolah Menengah. - M .: Kemanusiaan. ed. Pusat VLADOS, 1999.-384 hlm.

2. Sains tanah / Ed. I.S. Kaurichev. M. Agropromiadat ed. 4. 1989.

3. Sains tanah / Ed. V.A. Kovdy, B.G. Rozanov dalam 2 bahagian M. Higher School 1988.

4. Glazovskaya M.A., Gennadiev A.I. Geografi Tanah dengan Asas Sains Tanah, Universiti Negeri Moscow. 1995

5. Rode A.A., Smirnov V.N. Sains tanah. Sekolah Tinggi M., 1972

Tambahan:

1. Glazovskaya M.A. Sains tanah am dan geografi tanah. Sekolah Menengah M. 1981

2. Kovda V.A. Asas doktrin tanah. M. Sains. 1973

3. Liverovsky A.S. Tanah USSR. M. Pemikiran 1974

4. Rozanov B. G. Litupan tanah dunia. M. ed. W. 1977

5. Aleksandrova L.N., Naydenova O.A. Kelas makmal dan amali dalam sains tanah. L. Agropromizdat. 1985

Kitaran geologi besar bahan mineral dan air berlaku di bawah pengaruh sejumlah besar faktor abiotik.

4.3.1. Peredaran bahan dalam kitaran geologi yang besar.

Menurut teori plat litosfera, kulit luar Bumi terdiri daripada beberapa bongkah (plat) yang sangat besar. Teori ini mengandaikan kewujudan pergerakan mendatar plat litosfera berkuasa, tebal 100-150 km.

Pada masa yang sama, dalam rabung tengah lautan, yang dipanggil zon retak. Terdapat pecah dan pemisahan plat litosfera dengan pembentukan kerak lautan muda

Fenomena ini dipanggil penyebaran dasar laut. Oleh itu, aliran bahan mineral naik dari kedalaman mantel, membentuk batuan kristal muda.

Berbeza dengan proses ini, di zon parit lautan dalam, satu bahagian kerak benua sentiasa menujah pada yang lain, yang disertai dengan rendaman bahagian pinggir plat ke dalam mantel, iaitu, sebahagian daripada bahan pepejal. daripada kerak bumi masuk ke dalam komposisi mantel Bumi. Proses yang berlaku dalam parit laut dalam lautan dipanggil subduksi kerak lautan.

Kitaran air di planet ini beroperasi secara berterusan dan di mana-mana. Daya penggerak kitaran air ialah tenaga haba dan graviti. Di bawah pengaruh haba, penyejatan, pemeluwapan wap air dan proses lain berlaku, yang menggunakan kira-kira 50% tenaga yang datang dari matahari. Di bawah pengaruh graviti - kejatuhan titisan hujan, aliran sungai, pergerakan tanah dan air bawah tanah. Selalunya punca-punca ini bertindak bersama-sama, sebagai contoh, kedua-dua proses haba dan graviti bertindak pada peredaran atmosfera air.

4.3.2. Kitaran unsur dalam alam semula jadi

Ia dijalankan dalam dua cara: migrasi air dan udara. Migran udara termasuk: oksigen, hidrogen, nitrogen, iodin.

Migran air termasuk bahan-bahan yang berhijrah terutamanya dalam tanah, permukaan dan air tanah terutamanya dalam bentuk molekul dan ion: natrium, magnesium, aluminium, silikon, fosforus, sulfur, klorin, kalium, mangan, besi, kobalt, nikel, strontium, plumbum, dsb. Penghijrah udara juga merupakan sebahagian daripada garam yang berhijrah di dalam air. Walau bagaimanapun, penghijrahan udara lebih tipikal bagi mereka.

4.4 Peredaran kecil (biologi).

Jisim bahan hidup dalam biosfera adalah agak kecil. Jika ia diedarkan di atas permukaan bumi, maka lapisan hanya 1.5 cm akan diperolehi.Jadual 4.1 membandingkan beberapa ciri kuantitatif biosfera dan geosfera Bumi yang lain. Biosfera, menyumbang kurang daripada 10-6 jisim cangkerang lain di planet ini, mempunyai kepelbagaian yang tidak dapat ditandingi dan memperbaharui komposisinya sejuta kali lebih cepat.

Jadual 4.1

Perbandingan biosfera dengan geosfera lain di Bumi

*Bahan hidup berdasarkan berat hidup

4.4.1. Fungsi biosfera

Terima kasih kepada biota biosfera, bahagian utama transformasi kimia di planet ini dijalankan. Oleh itu penghakiman V.I. Vernadsky tentang peranan geologi transformatif yang besar bagi bahan hidup. Untuk evolusi organik organisma hidup seribu kali (untuk kitaran berbeza dari 103 hingga 105 kali) melalui diri mereka sendiri, melalui organ, tisu, sel, darah, seluruh atmosfera, seluruh isipadu Lautan Dunia, sebahagian besar jisim tanah, yang besar. jisim mineral. Dan mereka bukan sahaja terlepas, tetapi juga mengubahsuai persekitaran duniawi sesuai dengan keperluan mereka.

Terima kasih kepada keupayaan untuk mengubah tenaga suria kepada tenaga ikatan kimia, tumbuhan dan organisma lain melaksanakan beberapa fungsi biogeokimia asas pada skala planet.

fungsi gas. Makhluk hidup sentiasa menukar oksigen dan karbon dioksida dengan persekitaran dalam proses fotosintesis dan respirasi. Tumbuhan memainkan peranan penting dalam perubahan daripada persekitaran pengurangan kepada persekitaran pengoksidaan dalam evolusi geokimia planet ini dan dalam pembentukan komposisi gas atmosfera moden. Tumbuhan mengawal kepekatan O2 dan CO2 dengan ketat, yang optimum untuk keseluruhan semua organisma hidup moden.

fungsi penumpuan. Dengan menghantar sejumlah besar udara dan larutan semula jadi melalui badan mereka, organisma hidup menjalankan penghijrahan biogenik (pergerakan bahan kimia) dan kepekatan unsur kimia dan sebatiannya. Ini terpakai kepada biosintesis organik, pembentukan pulau karang, pembinaan cengkerang dan rangka, penampilan strata batu kapur sedimen, deposit bijih logam tertentu, pengumpulan nodul besi-mangan, di dasar lautan, dsb. Peringkat awal evolusi biologi berlaku dalam persekitaran akuatik. Organisma telah belajar untuk mengekstrak bahan yang mereka perlukan daripada larutan akueus cair, mendarabkan kepekatannya dalam badan mereka berkali-kali ganda.

Fungsi redoks bahan hidup berkait rapat dengan penghijrahan biogenik unsur dan kepekatan bahan. Banyak bahan dalam alam semula jadi adalah stabil dan tidak mengalami pengoksidaan dalam keadaan normal, contohnya, nitrogen molekul adalah salah satu unsur biogenik yang paling penting. Tetapi sel hidup mempunyai pemangkin yang begitu kuat - enzim yang mampu melakukan banyak tindak balas redoks berjuta-juta kali lebih cepat daripada yang boleh berlaku dalam persekitaran abiotik.

Fungsi maklumat bahan hidup biosfera. Ia adalah dengan kemunculan makhluk hidup primitif yang pertama, maklumat aktif ("hidup") muncul di planet ini, yang berbeza daripada maklumat "mati", yang merupakan gambaran ringkas struktur. Organisma ternyata dapat menerima maklumat dengan menghubungkan aliran tenaga dengan struktur molekul aktif yang memainkan peranan program. Keupayaan untuk melihat, menyimpan dan memproses maklumat molekul telah mengalami evolusi maju dalam alam semula jadi dan telah menjadi faktor pembentuk sistem ekologi yang paling penting. Jumlah stok maklumat genetik biota dianggarkan sebanyak 1015 bit. Jumlah kuasa aliran maklumat molekul yang berkaitan dengan metabolisme dan tenaga dalam semua sel biota global mencapai 1036 bit/s (Gorshkov et al., 1996).

4.4.2. Komponen kitaran biologi.

Kitaran biologi dijalankan antara semua komponen biosfera (iaitu, antara tanah, udara, air, haiwan, mikroorganisma, dll.). Ia berlaku dengan penyertaan wajib organisma hidup.

Sinaran suria yang mencapai biosfera membawa tenaga kira-kira 2.5 * 1024 J setahun. Hanya 0.3% daripadanya secara langsung ditukar dalam proses fotosintesis kepada tenaga ikatan kimia bahan organik, i.e. terlibat dalam kitaran biologi. Dan 0.1 - 0.2% daripada tenaga suria yang jatuh di Bumi ternyata tertutup dalam tulen. pengeluaran utama. Nasib selanjutnya tenaga ini dikaitkan dengan pemindahan bahan organik makanan melalui lata rantai trofik.

Kitaran biologi boleh dibahagikan secara bersyarat kepada komponen yang saling berkaitan: kitaran bahan dan kitaran tenaga.

4.4.3. Kitaran tenaga. Transformasi tenaga dalam biosfera

Ekosistem boleh digambarkan sebagai koleksi organisma hidup yang bertukar-tukar tenaga, jirim dan maklumat secara berterusan. Tenaga boleh ditakrifkan sebagai keupayaan untuk melakukan kerja. Sifat tenaga, termasuk pergerakan tenaga dalam ekosistem, diterangkan oleh undang-undang termodinamik.

Undang-undang pertama termodinamik atau undang-undang pemuliharaan tenaga menyatakan bahawa tenaga tidak hilang dan tidak dicipta semula, ia hanya berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain.

Undang-undang kedua termodinamik menyatakan bahawa entropi hanya boleh meningkat dalam sistem tertutup. Berkenaan dengan tenaga dalam ekosistem, rumusan berikut adalah mudah: proses yang berkaitan dengan transformasi tenaga boleh berlaku secara spontan hanya jika tenaga berpindah dari bentuk pekat kepada yang meresap, iaitu, ia merosot. Ukuran jumlah tenaga yang menjadi tidak tersedia untuk digunakan, atau sebaliknya ukuran perubahan tertib yang berlaku apabila tenaga terdegradasi, adalah entropi. Semakin tinggi susunan sistem, semakin rendah entropinya.

Dengan kata lain, bahan hidup menerima dan mengubah tenaga kosmos, matahari menjadi tenaga proses darat (kimia, mekanikal, haba, elektrik). Ia melibatkan tenaga dan bahan bukan organik ini dalam peredaran berterusan bahan dalam biosfera. Aliran tenaga dalam biosfera mempunyai satu arah - dari Matahari melalui tumbuhan (autotrof) kepada haiwan (heterotrof). Ekosistem semula jadi yang tidak disentuh dalam keadaan stabil dengan penunjuk persekitaran penting yang berterusan (homeostasis) adalah sistem yang paling teratur dan dicirikan oleh entropi terendah.

4.4.4. Kitaran bahan dalam alam semula jadi

Pembentukan bahan hidup dan penguraiannya adalah dua sisi dari satu proses, yang dipanggil kitaran biologi unsur kimia. Kehidupan ialah peredaran unsur kimia antara organisma dan persekitaran.

Sebab bagi kitaran adalah keterbatasan unsur-unsur dari mana badan-badan organisma dibina. Setiap organisma mengekstrak daripada persekitaran bahan-bahan yang diperlukan untuk hidup dan mengembalikan yang tidak digunakan. Di mana:

sesetengah organisma menggunakan mineral secara langsung dari alam sekitar;

yang lain menggunakan produk yang diproses dan diasingkan dahulu;

yang ketiga - yang kedua, dsb., sehingga bahan kembali ke alam sekitar dalam keadaan asalnya.

Dalam biosfera, keperluan untuk kewujudan bersama pelbagai organisma yang boleh menggunakan bahan buangan antara satu sama lain adalah jelas. Kami melihat pengeluaran biologi yang hampir bebas sisa.

Kitaran bahan dalam organisma hidup boleh dikurangkan secara bersyarat kepada empat proses:

1. Fotosintesis. Hasil daripada fotosintesis, tumbuhan menyerap dan mengumpul tenaga suria serta mensintesis bahan organik - produk biologi utama - dan oksigen daripada bahan bukan organik. Produk biologi utama sangat pelbagai - ia mengandungi karbohidrat (glukosa), kanji, serat, protein, lemak.

Skim fotosintesis karbohidrat paling ringkas (glukosa) mempunyai skema berikut:

Proses ini berlaku hanya pada siang hari dan disertai dengan peningkatan jisim tumbuhan.

Di Bumi, kira-kira 100 bilion tan bahan organik terbentuk setiap tahun hasil fotosintesis, kira-kira 200 bilion tan karbon dioksida diasimilasikan, dan kira-kira 145 bilion tan oksigen dibebaskan.

Fotosintesis memainkan peranan penting dalam memastikan kewujudan hidupan di Bumi. Kepentingan globalnya dijelaskan oleh fakta bahawa fotosintesis adalah satu-satunya proses di mana tenaga dalam proses termodinamik, mengikut prinsip minimalis, tidak hilang, sebaliknya terkumpul.

Dengan mensintesis asid amino yang diperlukan untuk membina protein, tumbuhan boleh wujud secara relatifnya bebas daripada organisma hidup yang lain. Ini menunjukkan autotrofi tumbuhan (sara diri dalam pemakanan). Pada masa yang sama, jisim hijau tumbuhan dan oksigen yang terbentuk dalam proses fotosintesis adalah asas untuk mengekalkan kehidupan kumpulan organisma hidup seterusnya - haiwan, mikroorganisma. Ini menunjukkan heterotrofi kumpulan organisma ini.

2. Pernafasan. Proses ini adalah kebalikan dari fotosintesis. Berlaku dalam semua sel hidup. Semasa respirasi, bahan organik dioksidakan oleh oksigen, mengakibatkan pembentukan karbon dioksida, air dan tenaga.

3. Hubungan pemakanan (trofik) antara organisma autotrof dan heterotrofik. Dalam kes ini, terdapat pemindahan tenaga dan jirim di sepanjang pautan rantai makanan, yang kami bincangkan dengan lebih terperinci sebelum ini.

4. Proses transpirasi. Salah satu proses terpenting dalam kitaran biologi.

Secara skematik, ia boleh digambarkan seperti berikut. Tumbuhan menyerap kelembapan tanah melalui akarnya. Pada masa yang sama, bahan mineral yang larut dalam air memasukinya, yang diserap, dan kelembapan menguap lebih kurang secara intensif, bergantung pada keadaan persekitaran.

4.4.5. Kitaran biogeokimia

Kitaran geologi dan biologi disambungkan - ia wujud sebagai satu proses, menimbulkan peredaran bahan, yang dipanggil kitaran biogeokimia (BGCC). Peredaran unsur ini adalah disebabkan oleh sintesis dan pereputan bahan organik dalam ekosistem (Rajah 4.1).Bukan semua unsur biosfera terlibat dalam BHCC, tetapi hanya unsur biogenik. Organisma hidup terdiri daripada mereka, unsur-unsur ini memasuki pelbagai tindak balas dan mengambil bahagian dalam proses yang berlaku dalam organisma hidup. Dari segi peratusan, jumlah jisim bahan hidup biosfera terdiri daripada unsur biogenik utama berikut: oksigen - 70%, karbon - 18%, hidrogen - 10.5%, kalsium - 0.5%, kalium - 0.3%, nitrogen - 0 , 3%, (oksigen, hidrogen, nitrogen, karbon terdapat dalam semua landskap dan merupakan asas kepada organisma hidup - 98%).

Intipati penghijrahan biogenik unsur kimia.

Oleh itu, dalam biosfera terdapat kitaran biogenik bahan (iaitu, kitaran yang disebabkan oleh aktiviti penting organisma) dan aliran tenaga satu arah. Penghijrahan biogenik unsur kimia ditentukan terutamanya oleh dua proses yang bertentangan:

1. Pembentukan bahan hidup daripada unsur alam sekitar disebabkan oleh tenaga suria.

2. Pemusnahan bahan organik, disertai dengan pembebasan tenaga. Pada masa yang sama, unsur-unsur bahan mineral berulang kali memasuki organisma hidup, dengan itu memasuki komposisi sebatian organik kompleks, bentuk, dan kemudian, apabila yang terakhir dimusnahkan, mereka sekali lagi memperoleh bentuk mineral.

Terdapat unsur yang merupakan sebahagian daripada organisma hidup, tetapi tidak berkaitan dengan unsur biogenik. Unsur-unsur tersebut dikelaskan mengikut pecahan beratnya dalam organisma:

Makronutrien - komponen sekurang-kurangnya 10-2% daripada jisim;

Unsur surih - komponen dari 9 * 10-3 hingga 1 * 10-3% daripada jisim;

Ultramikroelemen - kurang daripada 9 * 10-6% daripada jisim;

Untuk menentukan tempat unsur biogenik antara unsur kimia biosfera lain, mari kita pertimbangkan klasifikasi yang diterima pakai dalam ekologi. Mengikut aktiviti yang ditunjukkan dalam proses yang berlaku dalam biosfera, semua unsur kimia dibahagikan kepada 6 kumpulan:

Gas mulia ialah helium, neon, argon, krypton, xenon. Gas lengai bukan sebahagian daripada organisma hidup.

Logam mulia - ruthenium, radium, paladium, osmium, iridium, platinum, emas. Logam ini hampir tidak menghasilkan sebatian dalam kerak bumi.

Unsur kitaran atau biogenik (ia juga dipanggil migrasi). Kumpulan unsur biogenik dalam kerak bumi ini menyumbang 99.7% daripada jumlah jisim, dan baki 5 kumpulan - 0.3%. Oleh itu, sebahagian besar unsur adalah pendatang yang menjalankan peredaran dalam sampul geografi, dan beberapa unsur lengai adalah sangat kecil.

Unsur bertaburan, dicirikan oleh dominasi atom bebas. Mereka memasuki tindak balas kimia, tetapi sebatian mereka jarang ditemui di kerak bumi. Mereka dibahagikan kepada dua subkumpulan. Yang pertama - rubidium, cesium, niobium, tantalum - mencipta sebatian di kedalaman kerak bumi, dan di permukaan mineral mereka dimusnahkan. Yang kedua - iodin, bromin - bertindak balas hanya pada permukaan.

Unsur radioaktif - polonium, radon, radium, uranium, neptunium, plutonium.

Unsur nadir bumi - yttrium, samarium, europium, thulium, dll.

Kitaran biokimia sepanjang tahun bergerak kira-kira 480 bilion tan jirim.

DALAM DAN. Vernadsky merumuskan tiga prinsip biogeokimia yang menerangkan intipati penghijrahan biogenik unsur kimia:

Penghijrahan biogenik unsur kimia dalam biosfera sentiasa cenderung kepada manifestasi maksimumnya.

Evolusi spesies dalam perjalanan masa geologi, yang membawa kepada penciptaan bentuk kehidupan yang mampan, meneruskan ke arah yang meningkatkan penghijrahan biogenik atom.

Bahan hidup berada dalam pertukaran kimia berterusan dengan persekitarannya, yang merupakan faktor yang mencipta dan mengekalkan biosfera.

Mari kita pertimbangkan bagaimana beberapa unsur ini bergerak dalam biosfera.

Kitaran karbon. Peserta utama dalam kitaran biotik ialah karbon sebagai asas bahan organik. Kebanyakan kitar karbon berlaku antara bahan hidup dan karbon dioksida atmosfera dalam proses fotosintesis. Herbivor mendapatkannya dengan makanan, pemangsa mendapatkannya dari herbivor. Apabila bernafas, reput, karbon dioksida sebahagiannya dikembalikan ke atmosfera, pulangan berlaku apabila mineral organik dibakar.

Sekiranya tiada kembali karbon ke atmosfera, ia akan digunakan oleh tumbuhan hijau dalam 7-8 tahun. Kadar perolehan biologi karbon melalui fotosintesis ialah 300 tahun. Lautan memainkan peranan penting dalam mengawal kandungan CO2 di atmosfera. Jika kandungan CO2 meningkat di atmosfera, sebahagian daripadanya larut dalam air, bertindak balas dengan kalsium karbonat.

Kitaran oksigen.

Oksigen mempunyai aktiviti kimia yang tinggi, memasuki sebatian dengan hampir semua unsur kerak bumi. Ia berlaku terutamanya dalam bentuk sebatian. Setiap atom keempat bahan hidup adalah atom oksigen. Hampir semua molekul oksigen di atmosfera berasal dan dikekalkan pada tahap yang tetap disebabkan oleh aktiviti tumbuhan hijau. Oksigen atmosfera, terikat semasa pernafasan dan dibebaskan semasa fotosintesis, melalui semua organisma hidup dalam 200 tahun.

Kitaran nitrogen. Nitrogen adalah sebahagian daripada semua protein. Jumlah nisbah nitrogen terikat, sebagai unsur yang membentuk bahan organik, kepada nitrogen dalam alam semula jadi ialah 1:100,000. Tenaga ikatan kimia dalam molekul nitrogen adalah sangat tinggi. Oleh itu, gabungan nitrogen dengan unsur lain - oksigen, hidrogen (proses penetapan nitrogen) - memerlukan banyak tenaga. Penetapan nitrogen industri berlaku dengan kehadiran pemangkin pada suhu -500°C dan tekanan -300 atm.

Seperti yang anda ketahui, atmosfera mengandungi lebih daripada 78% nitrogen molekul, tetapi dalam keadaan ini ia tidak tersedia untuk tumbuhan hijau. Untuk pemakanan mereka, tumbuhan hanya boleh menggunakan garam asid nitrik dan nitrus. Apakah cara-cara pembentukan garam-garam ini? Berikut adalah sebahagian daripada mereka:

Dalam biosfera, penetapan nitrogen dilakukan oleh beberapa kumpulan bakteria anaerobik dan cyanobacteria pada suhu dan tekanan normal kerana kecekapan biopemangkinan yang tinggi. Adalah dipercayai bahawa bakteria menukarkan kira-kira 1 bilion tan nitrogen setahun ke dalam bentuk terikat (isipadu penetapan industri dunia adalah kira-kira 90 juta tan).

Bakteria pengikat nitrogen tanah mampu mengasimilasikan nitrogen molekul dari udara. Mereka memperkayakan tanah dengan sebatian nitrogen, jadi nilainya sangat tinggi.

Hasil daripada penguraian sebatian yang mengandungi nitrogen bahan organik asal tumbuhan dan haiwan.

Di bawah tindakan bakteria, nitrogen ditukar menjadi nitrat, nitrit, sebatian ammonium. Dalam tumbuhan, sebatian nitrogen mengambil bahagian dalam sintesis sebatian protein, yang dipindahkan dari organisma ke organisma dalam rantai makanan.

Kitaran fosforus. Satu lagi unsur penting, tanpa sintesis protein adalah mustahil, ialah fosforus. Sumber utama ialah batuan igneus (apatit) dan batuan sedimen (fosforit).

Fosforus bukan organik terlibat dalam kitaran hasil daripada proses larut lesap semula jadi. Fosforus diasimilasikan oleh organisma hidup, yang, dengan penyertaannya, mensintesis beberapa sebatian organik dan memindahkannya ke pelbagai peringkat trofik.

Setelah menamatkan perjalanan mereka di sepanjang rantai trofik, fosfat organik diuraikan oleh mikrob dan bertukar menjadi fosfat mineral yang tersedia untuk tumbuhan hijau.

Dalam proses peredaran biologi, yang memastikan pergerakan bahan dan tenaga, tidak ada tempat untuk pengumpulan sisa. Bahan buangan (iaitu bahan buangan) setiap bentuk hidupan adalah tempat pembiakan organisma lain.

Secara teorinya, biosfera harus sentiasa mengekalkan keseimbangan antara pengeluaran biojisim dan penguraiannya. Walau bagaimanapun, dalam tempoh geologi tertentu, keseimbangan kitaran biologi terganggu apabila, disebabkan keadaan semula jadi tertentu, bencana, tidak semua produk biologi diasimilasikan dan diubah. Dalam kes ini, lebihan produk biologi telah terbentuk, yang dipelihara dan disimpan di kerak bumi, di bawah lajur air, sedimen, dan berakhir di zon permafrost. Jadi deposit arang batu, minyak, gas, batu kapur terbentuk. Perlu diingatkan bahawa mereka tidak mengotori biosfera. Tenaga Matahari, terkumpul dalam proses fotosintesis, tertumpu dalam mineral organik. Kini, dengan membakar bahan api fosil organik, seseorang membebaskan tenaga ini.

Dalam biosfera, terdapat peredaran global (besar, atau geologi) bahan, yang wujud sebelum kemunculan organisma hidup pertama. Ia melibatkan pelbagai jenis unsur kimia. Kitaran geologi dijalankan terima kasih kepada jenis tenaga solar, graviti, tektonik dan kosmik.

Dengan kedatangan bahan hidup, berdasarkan kitaran geologi, kitaran bahan organik timbul - kitaran kecil (biotik, atau biologi).

Kitaran biotik bahan adalah proses pergerakan berterusan, kitaran, tidak sekata dalam masa dan ruang dan transformasi bahan yang berlaku dengan penyertaan langsung organisma hidup. Ia adalah proses penciptaan dan pemusnahan bahan organik yang berterusan dan dilaksanakan dengan penyertaan ketiga-tiga kumpulan organisma: pengeluar, pengguna dan pengurai. Kira-kira 40 unsur biogenik terlibat dalam kitaran biotik. Nilai tertinggi bagi organisma hidup, mereka mempunyai kitaran karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, fosforus, sulfur, besi, kalium, kalsium dan magnesium.

Apabila bahan hidup berkembang, semakin banyak unsur sentiasa diekstrak daripada kitaran geologi dan memasuki kitaran biologi baharu. Jumlah jisim bahan abu yang terlibat setiap tahun dalam kitaran biotik bahan hanya di darat adalah kira-kira 8 bilion tan. Ini adalah beberapa kali jisim hasil letusan semua gunung berapi di dunia sepanjang tahun. Kadar peredaran bahan dalam biosfera adalah berbeza. Bahan hidup biosfera dikemas kini secara purata selama 8 tahun, jisim fitoplankton di lautan dikemas kini setiap hari. Semua oksigen biosfera melalui bahan hidup dalam 2000 tahun, dan karbon dioksida - dalam 300 tahun.

Kitaran biotik tempatan dijalankan dalam ekosistem, dan kitaran biogeokimia penghijrahan atom dijalankan di biosfera, yang bukan sahaja mengikat ketiga-tiga cangkang luar planet menjadi satu keseluruhan, tetapi juga menentukan evolusi berterusan komposisinya.

HIDROSFERA SUASANA

­ ¯ ­ ¯

BAHAN HIDUP

TANAH

Evolusi biosfera

Biosfera muncul dengan kelahiran organisma hidup pertama kira-kira 3.5 bilion tahun yang lalu. Dalam perjalanan perkembangan kehidupan, ia berubah. Peringkat-peringkat evolusi biosfera boleh dibezakan dengan mengambil kira ciri-ciri jenis ekosistem.

1. Kemunculan dan perkembangan hidupan di dalam air. Peringkat tersebut dikaitkan dengan kewujudan ekosistem akuatik. Tiada oksigen di atmosfera.

2. Kemunculan organisma hidup di darat, perkembangan persekitaran darat-udara dan tanah, dan kemunculan ekosistem daratan. Ini menjadi mungkin kerana kemunculan oksigen di atmosfera dan skrin ozon. Ia berlaku 2.5 bilion tahun yang lalu.

3. Kemunculan manusia, transformasinya menjadi makhluk biososial dan kemunculan antropoekosistem berlaku 1 juta tahun dahulu.

4. Peralihan biosfera di bawah pengaruh aktiviti manusia pintar ke keadaan kualitatif baru - ke noosfera.

Noosphere

Peringkat tertinggi dalam pembangunan biosfera ialah noosfera - peringkat peraturan munasabah hubungan antara manusia dan alam semula jadi. Istilah ini diperkenalkan pada tahun 1927 oleh ahli falsafah Perancis E. Leroy. Beliau percaya bahawa noosfera merangkumi masyarakat manusia dengan industri, bahasa dan sifat-sifat lain aktiviti pintar. Dalam 30-40an. Abad XX V.I. Vernadsky mengembangkan idea materialistik tentang noosfera. Beliau percaya bahawa noosfera timbul akibat interaksi biosfera dan masyarakat, dikawal oleh hubungan rapat antara undang-undang alam, pemikiran dan undang-undang sosio-ekonomi masyarakat, dan menekankan bahawa

noosfera (sfera minda) - peringkat pembangunan biosfera, apabila aktiviti pintar manusia akan menjadi faktor penentu utama dalam pembangunan mampannya.

Noosfera adalah peringkat biosfera baru yang lebih tinggi, yang dikaitkan dengan kemunculan dan perkembangan manusia di dalamnya, yang, mengetahui undang-undang alam semula jadi dan meningkatkan teknologi, menjadi kuasa terbesar yang setanding dalam skala dengan geologi, dan mula mempunyai pengaruh yang menentukan ke atas perjalanan proses di Bumi, mengubahnya secara mendalam dengan tenaga kerja mereka. Pembentukan dan perkembangan manusia telah dinyatakan dalam kemunculan bentuk baru pertukaran bahan dan tenaga antara masyarakat dan alam, dalam kesan manusia yang semakin meningkat pada biosfera. Noosfera akan datang apabila manusia, dengan bantuan sains, akan dapat mengurus proses semula jadi dan sosial secara bermakna. Oleh itu, noosfera tidak boleh dianggap sebagai cangkang khas Bumi.

Sains menguruskan hubungan antara masyarakat manusia dan alam semula jadi dipanggil noogenics.

Matlamat utama noogenics ialah perancangan masa kini demi masa depan, dan tugas utamanya ialah pembetulan pelanggaran dalam hubungan antara manusia dan alam semula jadi yang disebabkan oleh kemajuan teknologi, kawalan sedar evolusi biosfera. . Penggunaan sumber semula jadi yang terancang dan berasas secara saintifik harus dibentuk, menyediakan pemulihan dalam kitaran bahan apa yang telah dilanggar oleh manusia, berbanding dengan sikap pemangsa yang spontan terhadap alam semula jadi, yang membawa kepada kemerosotan alam sekitar. Untuk ini adalah perlu pembangunan mampan masyarakat yang memenuhi keperluan masa kini tanpa menjejaskan keupayaan generasi akan datang untuk memenuhi keperluan mereka sendiri.

Pada masa ini, planet ini telah terbentuk bioteknosfera - sebahagian daripada biosfera, diubah secara radikal oleh manusia kepada struktur kejuruteraan: bandar, kilang dan kilang, kuari dan lombong, jalan raya, empangan dan takungan, dsb.

BIOSFERA DAN MANUSIA

Biosfera bagi manusia ialah dan habitat dan sumber sumber semula jadi.

Sumber semula jadi – objek dan fenomena semula jadi yang digunakan oleh seseorang dalam proses buruh. Mereka menyediakan orang ramai dengan makanan, pakaian, tempat tinggal. Mengikut tahap keletihan, mereka dibahagikan kepada habis dan tidak habis . Habis sumber dibahagikan kepada boleh diperbaharui Dan tidak boleh diperbaharui . Sumber yang tidak boleh diperbaharui termasuk sumber yang tidak dihidupkan semula (atau diperbaharui ratusan kali lebih perlahan daripada yang dibelanjakan): minyak, arang batu, bijih logam dan kebanyakan mineral. Boleh diperbaharui Sumber semula jadi- tanah, flora dan fauna, mineral (garam meja). Sumber-sumber ini sentiasa diisi semula kelajuan yang berbeza: haiwan - beberapa tahun, hutan - 60-80 tahun, tanah yang telah kehilangan kesuburan - selama beberapa milenium. Melebihi kadar penggunaan berbanding kadar pembiakan membawa kepada kehilangan sepenuhnya sumber.

Tak habis-habis sumber termasuk air, iklim (udara atmosfera dan tenaga angin) dan angkasa: sinaran suria, tenaga pasang surut laut dan air surut. Walau bagaimanapun, pencemaran alam sekitar yang semakin meningkat memerlukan pelaksanaan langkah-langkah alam sekitar untuk memulihara sumber ini.

Pemenuhan keperluan manusia tidak dapat difikirkan tanpa eksploitasi sumber alam.

Semua jenis aktiviti manusia dalam biosfera boleh digabungkan menjadi empat bentuk.

1. Mengubah struktur permukaan bumi(membajak tanah, mengeringkan badan air, penebangan hutan, membina terusan). Kemanusiaan menjadi kuasa geologi yang kuat. Seseorang menggunakan 75% tanah, 15% air sungai, 20 hektar hutan ditebang setiap minit.

· Perubahan geologi dan geomorfologi - pengukuhan pembentukan jurang, rupa dan kekerapan aliran lumpur dan tanah runtuh.

· Perubahan kompleks (landskap) - pelanggaran integriti dan struktur semula jadi landskap, keunikan monumen semula jadi, kehilangan tanah produktif, penggurunan.