Grande ciclo geológico da matéria. Ciclos geológicos, grandes (biosféricos) e pequenos (biológicos) da matéria na biosfera

Para que a biosfera continue existindo, para que seu movimento (desenvolvimento) não pare, o ciclo de substâncias biologicamente importantes deve ocorrer constantemente na Terra. Essa transição de substâncias biologicamente importantes de link para link só pode ser realizada com um certo gasto de energia, cuja fonte é o Sol.

A energia solar fornece dois ciclos de matéria na Terra:

- circulação geológica (abiótica), ou grande;

- circulação biológica (biótica), ou pequena.

ciclo geológico mais claramente manifestado no ciclo da água e na circulação atmosférica.

Aproximadamente 21 10 20 kJ de energia radiante vem do Sol para a Terra todos os anos. Cerca de metade é gasto na evaporação da água. Isso é o que cria o grande ciclo.

O ciclo da água na biosfera é baseado no fato de que sua evaporação total da superfície da Terra é compensada pela precipitação. Ao mesmo tempo, mais água evapora do oceano do que retorna com a precipitação. Em terra, pelo contrário, cai mais precipitação do que a água evapora. Seu excesso flui para rios e lagos e de lá - novamente para o oceano.

No processo do ciclo geológico da água, os compostos minerais são transferidos de um lugar para outro em escala planetária, e o estado de agregação da água também muda (líquido, sólido - neve, gelo; gasoso - vapor). A água circula mais intensamente no estado de vapor.

Com o advento da matéria viva baseada na circulação da atmosfera, água, compostos minerais dissolvidos nela, ou seja, com base no ciclo abiótico, geológico, o ciclo surgiu matéria orgânica, ou pequeno, ciclo biológico.

À medida que a matéria viva se desenvolve, mais e mais elementos são constantemente extraídos do ciclo geológico e entram em um novo ciclo biológico.

Em contraste com o simples movimento de transferência de elementos minerais em um grande ciclo (geológico), em um pequeno ciclo (biológico), os momentos mais importantes são a síntese e destruição de compostos orgânicos. Esses dois processos estão em uma certa proporção, que fundamenta a vida e é uma de suas principais características.

Em contraste com o ciclo geológico, o ciclo biológico tem uma energia mais baixa. Como é sabido, apenas 0,1-0,2% da energia solar incidente na Terra é gasta na criação de matéria orgânica (até 50% no ciclo geológico). Apesar disso, a energia envolvida no ciclo biológico é gasta em uma enorme quantidade de trabalho para criar a produção primária na Terra.

Com o advento da matéria viva na Terra, os elementos químicos circulam continuamente na biosfera, passando de ambiente externo nos organismos e de volta ao meio ambiente.

Essa circulação de elementos químicos ao longo de caminhos mais ou menos fechados, procedendo com o uso da energia solar através de organismos vivos, é chamada de circulação biogeoquímica (ciclo).

Os principais ciclos biogeoquímicos são os ciclos do oxigênio, carbono, nitrogênio, fósforo, enxofre, água e elementos biogênicos.

O ciclo do carbono.

Na terra, o ciclo do carbono começa com a fixação do dióxido de carbono pelas plantas através da fotossíntese. Além disso, os carboidratos são formados a partir de dióxido de carbono e água e oxigênio são liberados. Ao mesmo tempo, o carbono é parcialmente liberado durante a respiração das plantas como parte do dióxido de carbono. O carbono fixado nas plantas é consumido em certa medida pelos animais. Os animais também liberam dióxido de carbono quando respiram. Os animais e plantas obsoletos são decompostos por microorganismos, como resultado do qual o carbono da matéria orgânica morta é oxidado a dióxido de carbono e entra novamente na atmosfera.

Um ciclo semelhante de carbono ocorre no oceano.

O ciclo do nitrogênio.

O ciclo do nitrogênio, como outros ciclos biogeoquímicos, abrange todas as áreas da biosfera. O ciclo do nitrogênio está associado à sua conversão em nitratos devido à atividade de bactérias fixadoras de nitrogênio e nitrificantes. Os nitratos são absorvidos pelas plantas a partir do solo ou da água. As plantas são comidas pelos animais. No final, os redutores convertem novamente o nitrogênio em uma forma gasosa e o devolvem à atmosfera.

Nas condições modernas, um homem interveio no ciclo do nitrogênio, que, cultivando leguminosas fixadoras de nitrogênio em vastas áreas, liga artificialmente o nitrogênio natural. Acredita-se que a agricultura e a indústria forneçam quase 60% mais nitrogênio fixo do que os ecossistemas terrestres naturais.

Um ciclo de nitrogênio semelhante também é observado no ambiente aquático.

Ciclo do fósforo.

Ao contrário do carbono e do nitrogênio, os compostos de fósforo são encontrados em rochas que sofrem erosão e liberam fosfatos. A maioria deles acaba nos mares e oceanos e, em parte, pode ser devolvido à terra novamente por meio de cadeias alimentares marinhas que terminam em pássaros que se alimentam de peixes. Alguns dos fosfatos acabam no solo e são absorvidos pelas raízes das plantas. A absorção de fósforo pelas plantas depende da acidez da solução do solo: à medida que a acidez aumenta, os fosfatos praticamente insolúveis na água são convertidos em ácido fosfórico altamente solúvel. As plantas são então comidas pelos animais.

Os principais elos dos ciclos biogeoquímicos são vários organismos, cuja variedade de formas determina a intensidade dos ciclos e o envolvimento de quase todos os elementos da crosta terrestre neles.

Em geral, cada circulação de qualquer elemento químico faz parte da grandiosa circulação geral de substâncias na Terra, ou seja, eles estão intimamente relacionados.

O ciclo das substâncias na natureza é um processo cíclico repetitivo de transformação e movimento de elementos químicos individuais e seus compostos. Ocorreu ao longo da história do desenvolvimento da Terra e continua na atualidade. Sempre há um certo desvio na composição e quantidade da substância circulante, portanto, na natureza, não há repetição completa do ciclo. Isso determina o desenvolvimento progressivo da Terra como planeta. A circulação de substâncias é especialmente característica do estágio geológico de desenvolvimento, quando o principal. conchas da terra. Em termos de escala de manifestação, em primeiro lugar é ciclo geológico . Representa o movimento da matéria principalmente nas camadas internas: soerguimento como resultado de movimentos tectônicos ascendentes e vulcanismo; sua transferência horizontal em conchas externas e acumulação; movimentos descendentes - soterramento de sedimentos, afundamento como resultado de movimentos tectônicos descendentes. Em profundidade, ocorre o metamorfismo, a fusão da matéria com a formação de magma e rochas metamórficas. O papel fundamental na criação do envelope geográfico é desempenhado por O ciclo da água.

Desde o surgimento da vida na Terra, ciclo biológico. Ele fornece transformações contínuas, como resultado das quais as substâncias, após serem usadas por alguns organismos, são transferidas para uma forma digerível para outros organismos. A base energética é a energia solar que chega à Terra. Organismos vegetais absorvem minerais que entram no corpo animal através de cadeias alimentares, depois retornam ao solo ou atmosfera com a ajuda de decompositores (bactérias, fungos, etc.). A intensidade desse ciclo depende do número e da diversidade de organismos vivos na Terra e da quantidade de energia acumulada por eles. biomassa. máx. a intensidade do ciclo biológico em terra é observada nas florestas tropicais úmidas, onde os resíduos vegetais quase não se acumulam e os minerais liberados são imediatamente absorvidos pelas plantas. A intensidade da circulação nos pântanos e na tundra é muito baixa, onde se acumulam restos de plantas que não têm tempo de se decompor. De particular importância são os ciclos de elementos químicos biogênicos, principalmente carbono. Organismos vegetais extraem da atmosfera até 300 bilhões de toneladas de dióxido de carbono (ou 100 bilhões de toneladas de carbono) anualmente. As plantas são em parte comidas por animais, em parte morrem. Como resultado da respiração dos organismos, a decomposição de seus restos mortais, os processos de fermentação e decomposição, a matéria orgânica se transforma em dióxido de carbono ou é depositada na forma de sapropel, húmus, turfa, da qual carvão, óleo e gás combustível posteriormente são formados. Uma parte muito pequena está envolvida no ciclo ativo do carbono, uma quantidade significativa é conservada na forma de calcários fósseis combustíveis e outras rochas. Principal a massa de nitrogênio está concentrada na atmosfera (3,8510 N? t); nas águas do Oceano Mundial contém 2510 toneladas de Ni. O papel principal no ciclo do nitrogênio pertence aos microorganismos: fixadores de nitrogênio, nitrificadores e desnitrificadores. Aproximadamente. 4510? toneladas de nitrogênio, ambiente aquático 4 vezes menos. Compostos contendo nitrogênio de resíduos mortos são convertidos por microrganismos nitrificantes em óxidos de nitrogênio, que são posteriormente decompostos por bactérias desnitrificantes com liberação de nitrogênio molecular. Os ciclos também estão associados à matéria viva. oxigênio, fósforo, enxofre e muitos outros elementos. As consequências do impacto humano no ciclo das substâncias estão se tornando mais significativas. Eles são comparáveis ​​aos resultados processos geológicos: na biosfera, surgem novas formas de migração de substâncias, novas compostos químicos que não existia antes, o ciclo da água está mudando.

Pequena circulação (biológica)

A massa de matéria viva na biosfera é relativamente pequena. Se for distribuído sobre a superfície terrestre, obter-se-á uma camada de apenas 1,5 cm.Tabela 4.1 compara algumas características quantitativas da biosfera e outras geosferas da Terra. A biosfera, representando menos de 10-6 massas de outras conchas do planeta, tem uma diversidade incomparavelmente maior e renova sua composição um milhão de vezes mais rápido.

Tabela 4.1

Comparação da biosfera com outras geosferas da Terra

*Substância viva com base no peso vivo

4.4.1. Funções da biosfera

Graças à biota da biosfera, é realizada a parte predominante das transformações químicas do planeta. Daí o julgamento de V.I. Vernadsky sobre o enorme transformador papel geológico substância viva. Para evolução orgânica organismos vivos mil vezes (para diferentes ciclos de 103 a 105 vezes) passaram por si mesmos, por seus órgãos, tecidos, células, sangue, toda a atmosfera, todo o volume do Oceano Mundial, a maior parte da massa de solo, um enorme massa de minerais. E eles não apenas perderam, mas também modificaram o ambiente terrestre de acordo com suas necessidades.

Graças à capacidade de transformar a energia solar em energia de ligações químicas, as plantas e outros organismos desempenham uma série de funções biogeoquímicas fundamentais em escala planetária.

função do gás. Os seres vivos trocam constantemente oxigênio e dióxido de carbono com o meio ambiente nos processos de fotossíntese e respiração. As plantas tiveram um papel decisivo na passagem de um ambiente redutor para um ambiente oxidante na evolução geoquímica do planeta e na formação da composição gasosa da atmosfera moderna. As plantas controlam rigorosamente as concentrações de O2 e CO2, que são ideais para a totalidade de todos os organismos vivos modernos.

função concentração. Passando pelo corpo grandes volumes de ar e soluções naturais, os organismos vivos realizam migração biogênica (movimento substancias químicas) e concentração de elementos químicos e seus compostos. Isso se aplica à biossíntese orgânica, à formação de ilhas de coral, à construção de conchas e esqueletos, ao aparecimento de estratos calcários sedimentares, depósitos de certos minérios metálicos, acúmulo de nódulos de ferro-manganês, no fundo do oceano, etc. da evolução biológica ocorreu no ambiente aquático. Os organismos aprenderam a extrair as substâncias de que precisam de uma solução aquosa diluída, multiplicando muitas vezes sua concentração em seus corpos.

A função redox da matéria viva está intimamente relacionada com a migração biogênica de elementos e a concentração de substâncias. Muitas substâncias na natureza são estáveis ​​e não sofrem oxidação em condições normais, por exemplo, o nitrogênio molecular é um dos elementos biogênicos mais importantes. Mas as células vivas têm catalisadores tão poderosos - enzimas que são capazes de realizar muitas reações redox milhões de vezes mais rápido do que em um ambiente abiótico.

Função de informação da matéria viva da biosfera. Foi com o advento dos primeiros seres vivos primitivos que surgiram no planeta informações ativas (“vivas”), que diferem das informações “mortas”, que são um simples reflexo da estrutura. Os organismos acabaram sendo capazes de receber informações conectando o fluxo de energia com uma estrutura molecular ativa que desempenha o papel de um programa. A capacidade de perceber, armazenar e processar informações moleculares passou por uma evolução avançada na natureza e se tornou o mais importante fator de formação de sistemas ecológicos. O estoque total de informações genéticas da biota é estimado em 1015 bits. A potência total do fluxo de informação molecular associada ao metabolismo e energia em todas as células da biota global chega a 1036 bit/s (Gorshkov et al., 1996).

4.4.2. Componentes do ciclo biológico.

O ciclo biológico é realizado entre todos os componentes da biosfera (ou seja, entre solo, ar, água, animais, microrganismos, etc.). Ocorre com a participação obrigatória de organismos vivos.

A radiação solar que atinge a biosfera carrega uma energia de cerca de 2,5 * 1024 J por ano. Apenas 0,3% dela é convertida diretamente no processo de fotossíntese em energia de ligações químicas de substâncias orgânicas, ou seja, envolvidos no ciclo biológico. E 0,1 - 0,2% da energia solar que cai na Terra acaba sendo encerrada em puro produção primária. Mais destino Essa energia está associada à transferência de matéria orgânica dos alimentos através das cascatas das cadeias tróficas.

O ciclo biológico pode ser condicionalmente dividido em componentes inter-relacionados: o ciclo das substâncias e o ciclo da energia.

4.4.3. Ciclo de energia. Transformação de energia na biosfera

Um ecossistema pode ser descrito como uma coleção de organismos vivos que trocam continuamente energia, matéria e informações. Energia pode ser definida como a capacidade de realizar trabalho. As propriedades da energia, incluindo o movimento da energia nos ecossistemas, são descritas pelas leis da termodinâmica.

A primeira lei da termodinâmica ou a lei da conservação da energia afirma que a energia não desaparece e não é criada de novo, apenas muda de uma forma para outra.

A segunda lei da termodinâmica afirma que a entropia só pode aumentar em um sistema fechado. No que diz respeito à energia nos ecossistemas, é conveniente a seguinte formulação: os processos associados à transformação de energia podem ocorrer espontaneamente apenas se a energia passar de uma forma concentrada para difusa, ou seja, degrada. Uma medida da quantidade de energia que se torna indisponível para uso, ou outra medida da mudança na ordem que ocorre quando a energia é degradada, é a entropia. Quanto maior a ordem do sistema, menor sua entropia.

Em outras palavras, viver importa recebe e transforma a energia do espaço, o sol na energia dos processos terrestres (química, mecânica, térmica, elétrica). Envolve essa energia e matéria inorgânica na circulação contínua de substâncias na biosfera. O fluxo de energia na biosfera tem uma direção - do Sol através das plantas (autotróficos) aos animais (heterotróficos). Ecossistemas naturais intocados em um estado estável com indicadores ambientais importantes constantes (homeostase) são os sistemas mais ordenados e são caracterizados pela menor entropia.

4.4.4. O ciclo das substâncias na natureza

A formação da matéria viva e sua decomposição são duas faces de um único processo, chamado ciclo biológico dos elementos químicos. A vida é a circulação de elementos químicos entre os organismos e o meio ambiente.

A razão do ciclo é a limitação dos elementos dos quais os corpos dos organismos são construídos. Cada organismo extrai de ambiente substâncias necessárias à vida e devoluções não utilizadas. Em que:

alguns organismos consomem minerais diretamente do ambiente;

outros usam produtos processados ​​e isolados primeiro;

o terceiro - o segundo, etc., até que as substâncias retornem ao meio ambiente em seu estado original.

Na biosfera, é óbvia a necessidade da coexistência de vários organismos que podem usar os resíduos uns dos outros. Vemos uma produção biológica praticamente sem desperdício.

O ciclo de substâncias em organismos vivos pode ser reduzido condicionalmente a quatro processos:

1. Fotossíntese. Como resultado da fotossíntese, as plantas absorvem e acumulam energia solar e sintetizam substâncias orgânicas - produtos biológicos primários - e oxigênio a partir de substâncias inorgânicas. Os produtos biológicos primários são muito diversos - contêm carboidratos (glicose), amido, fibras, proteínas, gorduras.

O esquema da fotossíntese do carboidrato mais simples (glicose) tem o seguinte esquema:

Esse processo ocorre apenas durante o dia e é acompanhado por um aumento na massa de plantas.

Na Terra, cerca de 100 bilhões de toneladas de matéria orgânica são formadas anualmente como resultado da fotossíntese, cerca de 200 bilhões de toneladas de dióxido de carbono são assimiladas e cerca de 145 bilhões de toneladas de oxigênio são liberadas.

A fotossíntese desempenha um papel decisivo para garantir a existência de vida na Terra. Seu significado global é explicado pelo fato de que a fotossíntese é o único processo durante o qual a energia no processo termodinâmico, de acordo com o princípio minimalista, não se dissipa, mas se acumula.

Ao sintetizar os aminoácidos necessários para a construção de proteínas, as plantas podem existir de forma relativamente independente de outros organismos vivos. Isso manifesta a autotrofia das plantas (autossuficiência em nutrição). Ao mesmo tempo, a massa verde das plantas e o oxigênio formado no processo de fotossíntese são a base para manter a vida do próximo grupo de organismos vivos - animais, microorganismos. Isso mostra a heterotrofia desse grupo de organismos.

2. Respiração. O processo é o inverso da fotossíntese. Ocorre em todas as células vivas. Durante a respiração, a matéria orgânica é oxidada pelo oxigênio, resultando na formação de dióxido de carbono, água e energia.

3. Relações nutricionais (tróficas) entre organismos autotróficos e heterotróficos. Neste caso, há uma transferência de energia e matéria ao longo dos elos a cadeia alimentar, que discutimos anteriormente com mais detalhes.

4. O processo de transpiração. Um dos processos mais importantes do ciclo biológico.

Esquematicamente, pode ser descrito da seguinte forma. As plantas absorvem a umidade do solo através de suas raízes. Ao mesmo tempo, entram neles substâncias minerais dissolvidas na água, que são absorvidas e a umidade evapora com mais ou menos intensidade, dependendo das condições ambientais.

4.4.5. ciclos biogeoquímicos

geológico e ciclos biológicos estão conectados - existem como um único processo, dando origem à circulação de substâncias, os chamados ciclos biogeoquímicos (BGHC). Essa circulação de elementos se deve à síntese e decomposição de substâncias orgânicas no ecossistema (Fig. 4.1) Nem todos os elementos da biosfera estão envolvidos no BHCC, mas apenas os biogênicos. Os organismos vivos consistem neles, esses elementos entram em inúmeras reações e participam dos processos que ocorrem nos organismos vivos. Em termos percentuais, a massa total da matéria viva da biosfera consiste nos seguintes elementos biogênicos principais: oxigênio - 70%, carbono - 18%, hidrogênio - 10,5%, cálcio - 0,5%, potássio - 0,3%, nitrogênio - 0 , 3%, (oxigênio, hidrogênio, nitrogênio, carbono estão presentes em todas as paisagens e são a base dos organismos vivos - 98%).

Essência de migração biogênica de elementos químicos.

Assim, na biosfera há um ciclo biogênico de substâncias (ou seja, um ciclo causado pela atividade vital dos organismos) e um fluxo unidirecional de energia. A migração biogênica de elementos químicos é determinada principalmente por dois processos opostos:

1. A formação da matéria viva a partir dos elementos do meio ambiente devido à energia solar.

2. A destruição de substâncias orgânicas, acompanhada pela liberação de energia. Ao mesmo tempo, elementos de substâncias minerais entram repetidamente em organismos vivos, entrando assim na composição de compostos orgânicos complexos, formas e, quando estes são destruídos, eles adquirem novamente uma forma mineral.

Existem elementos que fazem parte dos organismos vivos, mas não relacionados aos biogênicos. Tais elementos são classificados de acordo com sua fração de peso em organismos:

Macronutrientes - componentes de pelo menos 10-2% da massa;

Oligoelementos - componentes de 9 * 10-3 a 1 * 10-3% da massa;

Ultramicroelementos - menos de 9 * 10-6% da massa;

Para determinar o lugar dos elementos biogênicos entre outros elementos químicos da biosfera, consideremos a classificação adotada em ecologia. De acordo com a atividade mostrada nos processos que ocorrem na biosfera, todos os elementos químicos são divididos em 6 grupos:

Os gases nobres são hélio, néon, argônio, criptônio, xenônio. Os gases inertes não fazem parte dos organismos vivos.

Metais nobres - rutênio, rádio, paládio, ósmio, irídio, platina, ouro. Esses metais quase não formam compostos em crosta da terrra.

Elementos cíclicos ou biogênicos (eles também são chamados de migratórios). Este grupo de elementos biogênicos na crosta terrestre representa 99,7% da massa total e os 5 grupos restantes - 0,3%. Assim, o grosso dos elementos são migrantes que realizam a circulação em envelope geográfico, e a parte de elementos inertes é muito pequena.

Elementos dispersos, caracterizados pela predominância de átomos livres. Entrar em reações químicas, mas seus compostos raramente são encontrados na crosta terrestre. Eles são divididos em dois subgrupos. Os primeiros - rubídio, césio, nióbio, tântalo - criam compostos nas profundezas da crosta terrestre e seus minerais são destruídos na superfície. O segundo - iodo, bromo - reage apenas na superfície.

Elementos radioativos - polônio, radônio, rádio, urânio, neptúnio, plutônio.

Elementos de terras raras - ítrio, samário, európio, túlio, etc.

Ciclos bioquímicos durante todo o ano colocam em movimento cerca de 480 bilhões de toneladas de matéria.

DENTRO E. Vernadsky formulou três princípios biogeoquímicos que explicam a essência da migração biogênica de elementos químicos:

A migração biogênica de elementos químicos na biosfera tende sempre à sua manifestação máxima.

A evolução das espécies ao longo do tempo geológico, levando à criação de formas de vida sustentáveis, segue uma direção que aumenta a migração biogênica dos átomos.

A matéria viva está em contínua troca química com seu ambiente, fator que recria e mantém a biosfera.

Vamos considerar como alguns desses elementos se movem na biosfera.

O ciclo do carbono. O principal participante do ciclo biótico é o carbono como base das substâncias orgânicas. Principalmente o ciclo do carbono ocorre entre a matéria viva e o dióxido de carbono atmosférico no processo de fotossíntese. Herbívoros obtê-lo com alimentos, predadores obtê-lo de herbívoros. Ao respirar, apodrecendo, o dióxido de carbono é parcialmente devolvido à atmosfera, o retorno ocorre quando os minerais orgânicos são queimados.

Na ausência de retorno de carbono para a atmosfera, ele seria usado pelas plantas verdes em 7 a 8 anos. A taxa de renovação biológica do carbono através da fotossíntese é de 300 anos. Os oceanos desempenham um papel importante na regulação do teor de CO2 na atmosfera. Se o teor de CO2 aumentar na atmosfera, parte dele se dissolve na água, reagindo com o carbonato de cálcio.

O ciclo do oxigênio.

O oxigênio tem uma alta atividade química, entra em compostos com quase todos os elementos da crosta terrestre. Ocorre principalmente na forma de compostos. Cada quarto átomo de matéria viva é um átomo de oxigênio. Quase todo o oxigênio molecular da atmosfera se originou e é mantido em um nível constante devido à atividade das plantas verdes. O oxigênio atmosférico, ligado durante a respiração e liberado durante a fotossíntese, passa por todos os organismos vivos em 200 anos.

O ciclo do nitrogênio. Nitrogênio é parte integral todas as proteínas. A proporção total de nitrogênio ligado, como elemento constituinte da matéria orgânica, para o nitrogênio na natureza é de 1:100.000. A energia de ligação química na molécula de nitrogênio é muito alta. Portanto, a combinação de nitrogênio com outros elementos - oxigênio, hidrogênio (o processo de fixação do nitrogênio) - requer muita energia. A fixação industrial de nitrogênio ocorre na presença de catalisadores a uma temperatura de -500°C e uma pressão de -300 atm.

Como você sabe, a atmosfera contém mais de 78% de nitrogênio molecular, mas neste estado não está disponível para as plantas verdes. Para sua nutrição, as plantas podem usar apenas sais de ácidos nítrico e nitroso. Quais são as formas de formação desses sais? Aqui estão alguns deles:

Na biosfera, a fixação de nitrogênio é realizada por diversos grupos de bactérias anaeróbicas e cianobactérias em temperatura e pressão normais devido à alta eficiência da biocatálise. Acredita-se que as bactérias convertam aproximadamente 1 bilhão de toneladas de nitrogênio por ano em uma forma ligada (o volume mundial de fixação industrial é de cerca de 90 milhões de toneladas).

As bactérias fixadoras de nitrogênio do solo são capazes de assimilar o nitrogênio molecular do ar. Eles enriquecem o solo com compostos nitrogenados, então seu valor é extremamente alto.

Como resultado da decomposição de compostos contendo nitrogênio de substâncias orgânicas de origem vegetal e animal.

Sob a ação de bactérias, o nitrogênio é convertido em nitratos, nitritos, compostos de amônio. Nas plantas, os compostos nitrogenados participam da síntese de compostos proteicos, que são transferidos de organismo para organismo nas cadeias alimentares.

Ciclo do fósforo. Outro elemento importante, sem o qual a síntese de proteínas é impossível, é o fósforo. As principais fontes são rochas ígneas (apatitas) e rochas sedimentares (fosforitos).

O fósforo inorgânico está envolvido no ciclo como resultado de processos naturais de lixiviação. O fósforo é assimilado por organismos vivos, que, com sua participação, sintetizam vários compostos orgânicos e os transferem para vários níveis tróficos.

Tendo terminado sua jornada ao longo das cadeias tróficas, os fosfatos orgânicos são decompostos por micróbios e se transformam em fosfatos minerais disponíveis para as plantas verdes.

No processo de circulação biológica, que garante o movimento da matéria e da energia, não há lugar para o acúmulo de resíduos. Os produtos residuais (ou seja, produtos residuais) de cada forma de vida são o terreno fértil para outros organismos.

Teoricamente, a biosfera deveria sempre manter um equilíbrio entre a produção de biomassa e sua decomposição. No entanto, em certos períodos geológicos, o equilíbrio do ciclo biológico foi perturbado quando, devido a certas condições naturais, cataclismos, nem todos os produtos biológicos foram assimilados, transformados. Nestes casos, formaram-se excedentes de produtos biológicos, que se conservaram e se depositaram na crosta terrestre, sob a coluna de água, nos sedimentos, e acabaram na zona do permafrost. Assim, formaram-se depósitos de carvão, petróleo, gás e calcário. Deve-se notar que eles não sujam a biosfera. A energia do Sol, acumulada no processo de fotossíntese, concentra-se em minerais orgânicos. Agora, ao queimar combustíveis fósseis orgânicos, uma pessoa libera essa energia.

Na biosfera, existe uma circulação global (grande ou geológica) de substâncias, que existia antes mesmo do aparecimento dos primeiros organismos vivos. Envolve uma grande variedade de elementos químicos. O ciclo geológico é realizado graças aos tipos de energia solar, gravitacional, tectônica e cósmica.

Com o advento da matéria viva, com base no ciclo geológico, surgiu o ciclo da matéria orgânica - um pequeno ciclo (biótico ou biológico).

O ciclo biótico das substâncias é um processo contínuo, cíclico, desigual no tempo e no espaço de movimento e transformação das substâncias que ocorre com a participação direta dos organismos vivos. É um processo contínuo de criação e destruição de matéria orgânica e é implementado com a participação de todos os três grupos de organismos: produtores, consumidores e decompositores. Cerca de 40 elementos biogênicos estão envolvidos nos ciclos bióticos. valor mais alto para os organismos vivos, eles têm ciclos de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo, enxofre, ferro, potássio, cálcio e magnésio.

À medida que a matéria viva se desenvolve, mais e mais elementos são constantemente extraídos do ciclo geológico e entram em um novo ciclo biológico. A massa total de substâncias cinzas envolvidas anualmente no ciclo biótico de substâncias apenas em terra é de cerca de 8 bilhões de toneladas. Isso é várias vezes a massa dos produtos da erupção de todos os vulcões do mundo ao longo do ano. A taxa de circulação da matéria na biosfera é diferente. A matéria viva da biosfera é atualizada em média por 8 anos, a massa de fitoplâncton no oceano é atualizada diariamente. Todo o oxigênio da biosfera passa pela matéria viva em 2.000 anos e dióxido de carbono - em 300 anos.

Os ciclos bióticos locais são realizados nos ecossistemas e os ciclos biogeoquímicos da migração atômica são realizados na biosfera, que não apenas unem as três camadas externas do planeta em um único todo, mas também determinam a evolução contínua de sua composição.

ATMOSFERA HIDROSFERA

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SUBSTÂNCIA VIVA

O SOLO

Evolução da biosfera

A biosfera surgiu com o nascimento dos primeiros organismos vivos há cerca de 3,5 bilhões de anos. No curso do desenvolvimento da vida, mudou. As fases de evolução da biosfera podem ser distinguidas tendo em conta as características do tipo de ecossistemas.

1. O surgimento e desenvolvimento da vida na água. O palco está conectado com a existência ecossistemas aquáticos. Não havia oxigênio na atmosfera.

2. A emergência de organismos vivos na terra, o desenvolvimento do ambiente terra-ar e solo, e a emergência de ecossistemas terrestres. Isso se tornou possível devido ao surgimento do oxigênio na atmosfera e à tela de ozônio. Aconteceu há 2,5 bilhões de anos.

3. O surgimento do homem, sua transformação em ser biossocial e o surgimento dos antropoecossistemas ocorreram há 1 milhão de anos.

4. A transição da biosfera sob a influência da atividade humana inteligente para um novo estado qualitativo - para a noosfera.

Noosfera

O estágio mais alto no desenvolvimento da biosfera é a noosfera - o estágio de regulação razoável da relação entre o homem e a natureza. Este termo foi introduzido em 1927 pelo filósofo francês E. Leroy. Ele acreditava que a noosfera inclui a sociedade humana com sua indústria, linguagem e outros atributos da atividade inteligente. Nos anos 30-40. século XX V.I. Vernadsky desenvolveu ideias materialistas sobre a noosfera. Ele acreditava que a noosfera surge como resultado da interação da biosfera e da sociedade, é controlada pela estreita relação entre as leis da natureza, o pensamento e as leis socioeconômicas da sociedade e enfatizou que

noosfera (esfera da mente) - o estágio de desenvolvimento da biosfera, quando a atividade inteligente das pessoas se tornará o principal fator determinante em seu desenvolvimento sustentável.

A noosfera é um novo estágio superior da biosfera, associado ao surgimento e desenvolvimento da humanidade nela, que, conhecendo as leis da natureza e aprimorando a tecnologia, torna-se a maior força comparável em escala às geológicas e começa a ter um influência decisiva no curso dos processos na Terra, alterando-a profundamente com o seu trabalho. A formação e o desenvolvimento da humanidade se expressaram no surgimento de novas formas de troca de matéria e energia entre a sociedade e a natureza, no impacto cada vez maior do homem sobre a biosfera. A noosfera virá quando a humanidade, com a ajuda da ciência, for capaz de administrar significativamente os processos naturais e sociais. Portanto, a noosfera não pode ser considerada uma concha especial da Terra.

A ciência da gestão de relacionamentos sociedade humana e a natureza é chamada noogenics.

O principal objetivo da noogenia é o planejamento do presente em prol do futuro, e suas principais tarefas são a correção das violações na relação entre o homem e a natureza causadas pelo progresso da tecnologia, o controle consciente da evolução da biosfera . Deve-se formar um uso planejado e fundamentado cientificamente dos recursos naturais, prevendo a restauração no ciclo de substâncias daquilo que foi violado pelo homem, em oposição a uma atitude espontânea e predatória em relação à natureza, levando à degradação ambiental. Para isso é necessário desenvolvimento sustentável uma sociedade que atende às necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras de atender às suas próprias necessidades.

Atualmente, o planeta formou biotecnosfera - uma parte da biosfera, radicalmente transformada pelo homem em estruturas de engenharia: cidades, fábricas e fábricas, pedreiras e minas, estradas, barragens e reservatórios, etc.

BIOSFERA E HOMEM

A biosfera para o homem é e habitat e fonte de recursos naturais.

Recursos naturais – objetos e fenômenos naturais que uma pessoa usa no processo de trabalho. Eles fornecem às pessoas comida, roupas, abrigo. De acordo com o grau de exaustão, eles são divididos em esgotável e inesgotável . Esgotável recursos são divididos em renovável E não renovável . Recursos não renováveis ​​incluem aqueles recursos que não são revividos (ou são renovados centenas de vezes mais lentamente do que são gastos): petróleo, carvão, minérios metálicos e a maioria dos minerais. renovável Recursos naturais solo, vegetação e mundo animal, matérias-primas minerais (sal de mesa). Esses recursos são constantemente reabastecidos com velocidade diferente: animais - vários anos, florestas - 60-80 anos, solos que perderam fertilidade - por vários milênios. Exceder a taxa de consumo acima da taxa de reprodução leva ao desaparecimento completo do recurso.

Inesgotável recursos incluem água, clima ( ar atmosférico e energia eólica) e espaço: radiação solar, energia das marés e marés. No entanto, a crescente poluição do meio ambiente exige a implementação de medidas ambientais para conservar esses recursos.

A satisfação das necessidades humanas é impensável sem a exploração dos recursos naturais.

Todos os tipos de atividade humana na biosfera podem ser combinados em quatro formas.

1. Mudando a estrutura da superfície da Terra(arar a terra, drenar corpos d'água, desmatar, construir canais). A humanidade está se tornando uma poderosa força geológica. Uma pessoa usa 75% da terra, 15% das águas dos rios, 20 hectares de florestas são derrubados a cada minuto.

· Alterações geológicas e geomorfológicas - intensificação da formação de ravinas, aparecimento e frequência de aluviões e desmoronamentos.

· Alterações complexas (paisagens) - violação da integridade e estrutura natural das paisagens, singularidade dos monumentos naturais, perda de terras produtivas, desertificação.