Que papel desempenha o grande ciclo geológico da matéria? Ciclos biológicos e geológicos

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Um grande ciclo geológico envolve rochas sedimentares em profundidade crosta da terrra, por muito tempo desligando os elementos neles contidos do sistema de ciclo biológico. No decorrer da história geológica, as rochas sedimentares transformadas, novamente na superfície da Terra, são gradualmente destruídas pela atividade dos organismos vivos, água e ar, e são novamente incluídas no ciclo da biosfera.

Um grande ciclo geológico ocorre ao longo de centenas de milhares ou milhões de anos. Consiste no seguinte: as rochas são destruídas, intemperizadas e eventualmente arrastadas pela água que flui para os oceanos. Aqui eles são depositados no fundo, formando rochas sedimentares, e retornam apenas parcialmente à terra com organismos retirados da água por humanos ou outros animais.

No centro de um grande ciclo geológico está o processo de transferência de compostos minerais de um lugar para outro em escala planetária sem a participação de matéria viva.

Além da pequena circulação, há uma grande circulação geológica. Algumas substâncias penetram nas camadas profundas da Terra (através dos sedimentos do fundo dos mares ou de outra forma), onde ocorrem transformações lentas com a formação de vários compostos, minerais e orgânicos. Os processos do ciclo geológico são sustentados principalmente pela energia interna da Terra, seu núcleo ativo. A mesma energia contribui para a liberação de substâncias na superfície da Terra. Assim, uma grande circulação de substâncias se fecha. Demora milhões de anos.

No que diz respeito à velocidade e intensidade da grande circulação geológica de substâncias, atualmente, por mais precisos que sejam os dados, existem apenas estimativas aproximadas e, portanto, apenas para o componente exógeno do ciclo geral, ou seja, sem levar em conta o influxo de matéria do manto para a crosta terrestre.

Este carbono participa de um grande ciclo geológico. Esse carbono, no processo de um pequeno ciclo biótico, mantém o equilíbrio gasoso da biosfera e da vida em geral.

Escoamento sólido de alguns rios do mundo.

A contribuição dos componentes biosféricos e tecnosféricos para o grande ciclo geológico das substâncias da Terra é muito significativa: há um crescimento constantemente progressivo dos componentes tecnosféricos devido à expansão da esfera da atividade produtiva humana.

Uma vez que o principal fluxo tecnobio-geoquímico na superfície terrestre é direcionado no âmbito de uma grande circulação geológica de substâncias para 70% da terra no oceano e para 30% - em depressões fechadas sem drenagem, mas sempre de elevações mais altas para mais baixas, como resultado da ação das forças gravitacionais, respectivamente, diferenciação da matéria da crosta terrestre de altas para baixas elevações, de terra para oceano. Fluxos reversos (transporte atmosférico, atividade humana, movimentos tectônicos, vulcanismo, migração de organismos) até certo ponto complicam esse movimento descendente geral da matéria, criando ciclos migratórios locais, mas não o alteram em geral.

A circulação da água entre a terra e o oceano através da atmosfera refere-se a um grande ciclo geológico. A água evapora da superfície dos oceanos e é transferida para a terra, onde cai na forma de precipitação, que novamente retorna ao oceano na forma de escoamento superficial e subterrâneo, ou cai na forma de precipitação na superfície do oceano. o oceano. Mais de 500 mil km3 de água participam do ciclo da água na Terra todos os anos. O ciclo da água como um todo desempenha um papel importante na formação das condições naturais do nosso planeta. Levando em consideração a transpiração da água pelas plantas e sua absorção no ciclo biogeoquímico, todo o suprimento de água da Terra decai e é restaurado em 2 milhões de anos.

De acordo com sua formulação, o ciclo biológico de substâncias se desenvolve em parte da trajetória de um grande ciclo geológico de substâncias na natureza.

A transferência de matéria por águas superficiais e subterrâneas é o principal fator de diferenciação geoquímica em termos de volume, mas não o único, e se falamos da grande circulação geológica de substâncias na superfície terrestre como um todo, então os fluxos desempenham um papel muito significativo papel importante, em particular o transporte oceânico e atmosférico.

No que diz respeito à velocidade e intensidade da grande circulação geológica de substâncias, atualmente é impossível fornecer dados exatos, existem apenas estimativas aproximadas e apenas para o componente exógeno do ciclo geral, ou seja, sem levar em conta o influxo de matéria do manto para a crosta terrestre. O componente exógeno da grande circulação geológica de substâncias é o processo constante de desnudamento da superfície terrestre.

Ciclos grandes (geológicos) e pequenos (biogeoquímicos) da matéria

Todas as substâncias do nosso planeta estão em processo de circulação. A energia solar causa dois ciclos de matéria na Terra:

Grande (geológico ou abiótico);

Pequeno (biótico, biogênico ou biológico).

Os ciclos da matéria e os fluxos de energia cósmica criam a estabilidade da biosfera. O ciclo da matéria sólida e da água, que ocorre como resultado da ação de fatores abióticos (natureza inanimada), é chamado de grande ciclo geológico. Com um grande ciclo geológico (fluxo de milhões de anos), as rochas são destruídas, intemperizadas, as substâncias se dissolvem e entram no Oceano Mundial; estão ocorrendo mudanças geotectônicas, o afundamento dos continentes, a elevação do fundo do mar. O tempo do ciclo da água nas geleiras é de 8.000 anos, nos rios - 11 dias. É a grande circulação que fornece nutrientes aos organismos vivos e determina em grande parte as condições de sua existência.

Um grande ciclo geológico na biosfera é caracterizado por dois pontos importantes: oxigênio carbono geológico

• a) é realizada ao longo de todo o desenvolvimento geológico da Terra;
• b) é um processo planetário moderno que tem um papel preponderante na desenvolvimento adicional biosfera.

No estágio atual do desenvolvimento humano, como resultado de uma grande circulação, os poluentes também são transportados por longas distâncias - óxidos de enxofre e nitrogênio, poeira, impurezas radioativas. Os territórios de latitudes temperadas do Hemisfério Norte foram submetidos à maior poluição.

Uma pequena circulação, biogênica ou biológica de substâncias ocorre nas fases sólida, líquida e gasosa com a participação de organismos vivos. O ciclo biológico, ao contrário do ciclo geológico, requer menos energia. Um pequeno ciclo faz parte de um grande, ocorre no nível das biogeocenoses (dentro dos ecossistemas) e reside no fato de que os nutrientes do solo, a água, o carbono se acumulam na matéria vegetal e são gastos na construção do corpo. produtos de decomposição matéria orgânica decompor em componentes minerais. O pequeno ciclo não é fechado, o que está associado à entrada de substâncias e energia de fora para o ecossistema e à liberação de algumas delas no ciclo da biosfera.

Muitos elementos químicos e seus compostos estão envolvidos em grandes e pequenos ciclos, mas os mais importantes deles são aqueles que determinam o atual estágio de desenvolvimento da biosfera, associados à atividade econômica humana. Estes incluem os ciclos do carbono, enxofre e nitrogênio (seus óxidos são os principais poluentes da atmosfera), bem como do fósforo (os fosfatos são o principal poluente das águas continentais). Quase todos os poluentes agem como nocivos e são classificados como xenobióticos. Atualmente, os ciclos dos xenobióticos - elementos tóxicos - mercúrio (contaminante de alimentos) e chumbo (componente da gasolina) são de grande importância. Além disso, muitas substâncias de origem antrópica (DDT, pesticidas, radionuclídeos, etc.) entram na pequena circulação a partir da grande circulação, que causam danos à biota e à saúde humana.

A essência do ciclo biológico é o fluxo de dois processos opostos, mas inter-relacionados - a criação da matéria orgânica e sua destruição pela matéria viva.

Em contraste com o grande ciclo, o pequeno tem uma duração diferente: distinguem-se os pequenos ciclos sazonais, anuais, perenes e seculares. A circulação de produtos químicos do ambiente inorgânico através da vegetação e dos animais de volta ao ambiente inorgânico usando a energia solar das reações químicas é chamada de ciclo biogeoquímico.

O presente e o futuro do nosso planeta dependem da participação dos organismos vivos no funcionamento da biosfera. No ciclo das substâncias viver importa, ou biomassa, desempenha funções biogeoquímicas: gás, concentração, redox e bioquímica.

O ciclo biológico ocorre com a participação dos organismos vivos e consiste na reprodução da matéria orgânica do inorgânico e a decomposição deste orgânico no inorgânico através da cadeia trófica alimentar. A intensidade dos processos de produção e destruição no ciclo biológico depende da quantidade de calor e umidade. Por exemplo, a baixa taxa de decomposição da matéria orgânica nas regiões polares depende do déficit de calor.

Um indicador importante da intensidade do ciclo biológico é a taxa de circulação dos elementos químicos. A intensidade é caracterizada por um índice igual à razão entre a massa de serapilheira e a serapilheira. Quanto maior o índice, menor a intensidade do ciclo.

Índice em florestas de coníferas - 10 - 17; 3 - 4 de folhas largas; savana não mais que 0,2; florestas tropicais úmidas não mais que 0,1, ou seja, aqui o ciclo biológico é o mais intenso.

O fluxo de elementos (nitrogênio, fósforo, enxofre) através de microorganismos é uma ordem de grandeza maior do que através de plantas e animais. O ciclo biológico não é completamente reversível, está intimamente relacionado com o ciclo biogeoquímico. Os elementos químicos circulam na biosfera ao longo de vários caminhos do ciclo biológico:

• - absorvido pela matéria viva e carregado de energia;
• - deixa a matéria viva, liberando energia para o meio externo.

Esses ciclos são de dois tipos: a circulação de substâncias gasosas; ciclo sedimentar (reserva na crosta terrestre).

Os próprios ciclos consistem em duas partes:

• - fundo de reserva (é uma parte da substância que não está associada a organismos vivos);
• - fundo móvel (troca) (uma parte menor da substância associada à troca direta entre organismos e seu ambiente imediato).

Os ciclos são divididos em:

• - ciclos do tipo gás com fundo de reserva na crosta terrestre (ciclos de carbono, oxigênio, nitrogênio) - capazes de auto-regulação rápida;
• - ciclos sedimentares com um fundo de reserva na crosta terrestre (circulações de fósforo, cálcio, ferro, etc.) - são mais inertes, a maior parte da substância está em uma forma "inacessível" aos organismos vivos.

Os ciclos também podem ser divididos em:

• - fechado (circulação de substâncias gasosas, por exemplo, oxigênio, carbono e nitrogênio - uma reserva na atmosfera e hidrosfera do oceano, então a escassez é rapidamente compensada);
• - aberto (criando um fundo de reserva na crosta terrestre, por exemplo, fósforo - portanto, as perdas são mal compensadas, ou seja, um déficit é criado).

A base energética para a existência dos ciclos biológicos na Terra e seu elo inicial é o processo de fotossíntese. Cada novo ciclo de circulação não é uma repetição exata do anterior. Por exemplo, durante a evolução da biosfera, alguns dos processos foram irreversíveis, resultando na formação e acúmulo de precipitação biogênica, aumento na quantidade de oxigênio na atmosfera, mudança nas proporções quantitativas de isótopos de vários elementos, etc

A circulação de substâncias é comumente chamada de ciclos biogeoquímicos. Os principais ciclos biogeoquímicos (biosféricos) de substâncias: o ciclo da água, o ciclo do oxigênio, o ciclo do nitrogênio (participação de bactérias fixadoras de nitrogênio), o ciclo do carbono (participação de bactérias aeróbicas; anualmente cerca de 130 toneladas de carbono são descarregadas no meio geológico ciclo), o ciclo do fósforo (participação de bactérias do solo; anualmente em 14 milhões de toneladas de fósforo são lavados dos oceanos), o ciclo do enxofre, o ciclo dos cátions metálicos.

O ciclo da água

O ciclo da água é um ciclo fechado que pode ser realizado, como mencionado acima, mesmo na ausência de vida, mas os organismos vivos o modificam.

O ciclo é baseado no princípio de que a evaporação total é compensada pela precipitação. Para o planeta como um todo, a evaporação e a precipitação se equilibram. Ao mesmo tempo, mais água evapora do oceano do que retorna com a precipitação. Em terra, ao contrário, cai mais precipitação, mas o excesso flui para lagos e rios, e daí novamente para o oceano. O equilíbrio de umidade entre continentes e oceanos é mantido pelo escoamento dos rios.

Assim, o ciclo hidrológico global tem quatro fluxos principais: precipitação, evaporação, transferência de umidade e transpiração.

A água - a substância mais comum na biosfera - serve não apenas como habitat para muitos organismos, mas também é parte integral corpos de todos os seres vivos. Apesar da enorme importância da água em todos os processos vitais que ocorrem na biosfera, a matéria viva não desempenha um papel decisivo no grande ciclo da água no globo. A força motriz desse ciclo é a energia do sol, que é gasta na evaporação da água da superfície das bacias hidrográficas ou da terra. A umidade evaporada condensa na atmosfera na forma de nuvens sopradas pelo vento; À medida que as nuvens esfriam, a precipitação cai.

A quantidade total de água livre livre (a proporção de oceanos e mares onde a água salgada líquida) representa 86 a 98%. O restante da água (água doce) é armazenada nas calotas polares e geleiras e forma bacias hidrográficas e seus lençóis freáticos. A precipitação que cai na superfície da terra coberta com vegetação é parcialmente retida pela superfície da folha e subsequentemente evapora na atmosfera. A umidade que atinge o solo pode se juntar ao escoamento superficial ou ser absorvida pelo solo. Completamente absorvido pelo solo (isso depende do tipo de solo, características das rochas e cobertura vegetal), o excesso de sedimento pode penetrar profundamente nas águas subterrâneas. Se a quantidade de precipitação exceder a capacidade de umidade das camadas superiores do solo, inicia-se o escoamento superficial, cuja velocidade depende do estado do solo, da inclinação da encosta, da duração da precipitação e da natureza da vegetação ( vegetação pode proteger o solo da erosão hídrica). A água retida no solo pode evaporar de sua superfície ou, após absorção pelas raízes das plantas, ser transpirada (evaporar) para a atmosfera através das folhas.

O fluxo transpiratório da água (solo - raízes das plantas - folhas - atmosfera) é o principal caminho da água através da matéria viva em sua grande circulação em nosso planeta.

o ciclo do carbono

Toda a variedade de substâncias orgânicas, processos bioquímicos e formas de vida na Terra depende das propriedades e características do carbono. O conteúdo de carbono na maioria dos organismos vivos é de cerca de 45% de sua biomassa seca. Toda a matéria viva do planeta está envolvida no ciclo da matéria orgânica e todo o carbono da Terra, que continuamente surge, sofre mutações, morre, se decompõe, e nessa sequência o carbono é transferido de uma substância orgânica para a construção de outra ao longo do ciclo. cadeia alimentar. Além disso, todos os seres vivos respiram, liberando dióxido de carbono.

O ciclo do carbono na terra. O ciclo do carbono é mantido através da fotossíntese das plantas terrestres e do fitoplâncton oceânico. Ao absorver o dióxido de carbono (fixando o carbono inorgânico), as plantas usam a energia da luz solar para convertê-la em compostos orgânicos - criando sua própria biomassa. À noite, as plantas, como todos os seres vivos, respiram, liberando dióxido de carbono.

Plantas mortas, cadáveres e excrementos de animais servem de alimento para numerosos organismos heterotróficos (animais, plantas saprófitas, fungos, microorganismos). Todos esses organismos vivem principalmente no solo e no processo de vida criam sua própria biomassa, que inclui carbono orgânico. Eles também liberam dióxido de carbono, criando a "respiração do solo". Freqüentemente, a matéria orgânica morta não é completamente decomposta e o húmus (húmus) se acumula nos solos, o que desempenha um papel importante na fertilidade do solo. O grau de mineralização e humificação das substâncias orgânicas depende de muitos fatores: umidade, temperatura, propriedades físicas solo, composição de resíduos orgânicos, etc. Sob a ação de bactérias e fungos, o húmus pode se decompor em dióxido de carbono e compostos minerais.

O ciclo do carbono nos oceanos. O ciclo do carbono no oceano é diferente daquele na terra. No oceano, o elo fraco dos organismos de níveis tróficos superiores e, portanto, todos os elos do ciclo do carbono. O tempo de trânsito do carbono pelo elo trófico do oceano é curto e a quantidade de dióxido de carbono liberada é insignificante.

O oceano desempenha o papel de principal regulador do teor de dióxido de carbono na atmosfera. Há uma intensa troca de dióxido de carbono entre o oceano e a atmosfera. As águas oceânicas têm um grande poder de dissolução e capacidade tampão. O sistema formado pelo ácido carbônico e seus sais (carbonatos) é uma espécie de depósito de dióxido de carbono, conectado com a atmosfera através da difusão de CO? da água para a atmosfera e vice-versa.

A fotossíntese do fitoplâncton ocorre intensamente no oceano durante o dia, enquanto o dióxido de carbono livre é consumido intensamente, os carbonatos servem como uma fonte adicional de sua formação. À noite, com o aumento do teor de ácido livre devido à respiração de animais e plantas, parte significativa dele entra novamente na composição dos carbonatos. Os processos em andamento seguem as seguintes direções: matéria viva? CO?? H?CO?? Sa(NSO?)?? CaCO?.

Na natureza, uma certa quantidade de matéria orgânica não sofre mineralização devido à falta de oxigênio, alta acidez do ambiente, condições específicas de soterramento, etc. Parte do carbono sai do ciclo biológico na forma de depósitos inorgânicos (calcário, giz, corais) e orgânicos (xisto, petróleo, carvão).

A atividade humana está fazendo mudanças significativas no ciclo do carbono em nosso planeta. As paisagens, os tipos de vegetação, as biocenoses e suas cadeias alimentares estão mudando, vastas áreas da superfície terrestre estão sendo drenadas ou irrigadas, a fertilidade do solo está melhorando (ou piorando), fertilizantes e pesticidas estão sendo aplicados, etc. O mais perigoso é a liberação de dióxido de carbono na atmosfera como resultado da queima de combustível. Isso aumenta a taxa do ciclo do carbono e encurta seu ciclo.

ciclo de oxigênio

O oxigênio é um pré-requisito para a existência de vida na Terra. Está incluído em quase todos os compostos biológicos, participa de reações bioquímicas de oxidação de substâncias orgânicas, fornecendo energia para todos os processos vitais dos organismos da biosfera. O oxigênio garante a respiração de animais, plantas e microorganismos na atmosfera, solo, água, participa de reações químicas de oxidação que ocorrem em rochas, solos, lodos, aquíferos.

Os principais ramos do ciclo do oxigênio:

• - a formação de oxigênio livre durante a fotossíntese e sua absorção durante a respiração de organismos vivos (plantas, animais, microorganismos na atmosfera, solo, água);
• - formação de uma tela de ozônio;
• - criação de zonamento redox;
• - oxidação de monóxido de carbono durante erupções vulcânicas, acumulação de rochas sedimentares de sulfato, consumo de oxigênio em atividades humanas, etc.; em todos os lugares, o oxigênio molecular está envolvido na fotossíntese.

ciclo do nitrogênio

O nitrogênio faz parte de substâncias orgânicas biologicamente importantes de todos os organismos vivos: proteínas, ácidos nucléicos, lipoproteínas, enzimas, clorofila, etc. Apesar do teor de nitrogênio (79%) no ar, ele é deficiente para os organismos vivos.

O nitrogênio na biosfera está na forma gasosa (N2) inacessível aos organismos - é quimicamente pouco ativo, portanto não pode ser usado diretamente por plantas superiores (e a maioria das plantas inferiores) e pelo mundo animal. As plantas absorvem nitrogênio do solo na forma de íons de amônio ou íons de nitrato, ou seja, chamado nitrogênio fixo.

Existem fixações atmosféricas, industriais e biológicas de nitrogênio.

A fixação atmosférica ocorre quando a atmosfera é ionizada por raios cósmicos e durante fortes descargas elétricas durante tempestades, enquanto os óxidos de nitrogênio e amônia são formados a partir do nitrogênio molecular do ar, que, devido à precipitação atmosférica, transforma-se em amônio, nitrito, nitrogênio nitrato e entrar no solo e nas bacias hidrográficas.

A fixação industrial ocorre como resultado das atividades humanas. A atmosfera é poluída com compostos de nitrogênio por plantas que produzem compostos de nitrogênio. Emissões quentes de usinas termelétricas, fábricas, espaçonaves e aeronaves supersônicas oxidam o nitrogênio no ar. Os óxidos de nitrogênio, interagindo com o vapor de água do ar com a precipitação, retornam ao solo, entram no solo na forma iônica.

A fixação biológica desempenha um papel importante no ciclo do nitrogênio. É realizado por bactérias do solo:

• - bactérias fixadoras de nitrogênio (e algas verde-azuladas);
• - microrganismos que vivem em simbiose com plantas superiores (bactérias nodulares);
• - amonificante;
• - nitrificante;
• - desnitrificante.

Vivendo livremente no solo, bactérias aeróbicas (existentes na presença de oxigênio) fixadoras de nitrogênio (Azotobacter) são capazes de fixar nitrogênio molecular atmosférico devido à energia obtida a partir da oxidação da matéria orgânica do solo durante a respiração, ligando-o finalmente com hidrogênio e introduzindo-o na forma de um grupo amino (-NH2) na composição dos aminoácidos do seu corpo. O nitrogênio molecular também é capaz de fixar algumas bactérias anaeróbias (que vivem na ausência de oxigênio) existentes no solo (Clostridium). Morrendo, esses e outros microorganismos enriquecem o solo com nitrogênio orgânico.

As algas verde-azuladas, especialmente importantes para os solos dos arrozais, também são capazes de fixar biologicamente o nitrogênio molecular.

A fixação biológica mais efetiva do nitrogênio atmosférico ocorre em bactérias que vivem em simbiose nos nódulos de leguminosas (bactérias do nódulo).

Essas bactérias (Rizobium) usam a energia da planta hospedeira para fixar nitrogênio enquanto fornecem os órgãos terrestres do hospedeiro com compostos de nitrogênio disponíveis.

Compostos de nitrogênio assimilados do solo nas formas de nitrato e amônio, as plantas constroem os compostos contendo nitrogênio necessários de seu corpo (o nitrogênio do nitrato nas células vegetais é restaurado preliminarmente). A produção de plantas fornece substâncias nitrogenadas para todo o mundo animal e para a humanidade. Plantas mortas são utilizadas, de acordo com a cadeia trófica, por biorredutores.

Microrganismos amonificantes decompõem substâncias orgânicas contendo nitrogênio (aminoácidos, uréia) com a formação de amônia. Parte do nitrogênio orgânico no solo não é mineralizado, mas é convertido em substâncias húmicas, betume e componentes de rochas sedimentares.

A amônia (como íon amônio) pode entrar no sistema radicular das plantas ou ser usada em processos de nitrificação.

Microrganismos nitrificantes são quimiossintéticos, eles usam a energia da oxidação da amônia para nitratos e nitritos para nitratos para garantir todos os processos vitais. Devido a essa energia, os nitrificantes repõem o dióxido de carbono e constroem as substâncias orgânicas de seu corpo. A oxidação da amônia durante a nitrificação ocorre de acordo com as seguintes reações:

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

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

Os nitratos formados nos processos de nitrificação entram novamente no ciclo biológico, são absorvidos do solo pelas raízes das plantas ou após entrarem com o escoamento da água nas bacias hidrográficas - fitoplâncton e fitobentos.

Junto com os organismos que fixam o nitrogênio atmosférico e o nitrificam, existem microrganismos na biosfera que podem reduzir nitratos ou nitritos a nitrogênio molecular. Esses microorganismos, chamados desnitrificadores, com falta de oxigênio livre na água ou no solo, usam o oxigênio dos nitratos para oxidar substâncias orgânicas:

C?H??O?(glicose) + 24KNO? ? 24KHCO? +6CO? + 12N? + 18H?O + energia

A energia liberada ao mesmo tempo serve como base para toda a atividade vital dos microorganismos desnitrificantes.

Assim, as substâncias vivas desempenham um papel excepcional em todos os elos do ciclo.

Atualmente, a fixação industrial do nitrogênio atmosférico pelo homem desempenha um papel cada vez mais importante no balanço de nitrogênio dos solos e, consequentemente, em todo o ciclo do nitrogênio na biosfera.

ciclo do fósforo

O ciclo do fósforo é mais simples. Enquanto o reservatório do nitrogênio é o ar, o reservatório do fósforo são as rochas, das quais ele é liberado durante a erosão.

Carbono, oxigênio, hidrogênio e nitrogênio migram com mais facilidade e rapidez na atmosfera, pois estão na forma gasosa, formando compostos gasosos nos ciclos biológicos. Para todos os outros elementos, exceto o enxofre, necessário para a existência da matéria viva, a formação de compostos gasosos nos ciclos biológicos não é característica. Esses elementos migram principalmente na forma de íons e moléculas dissolvidas em água.

O fósforo, assimilado pelas plantas na forma de íons de ácido ortofosfórico, desempenha um papel importante na vida de todos os organismos vivos. Faz parte do ADP, ATP, DNA, RNA e outros compostos.

O ciclo do fósforo na biosfera está aberto. Nas biogeocenoses terrestres, o fósforo, após ser absorvido pelas plantas do solo, a cadeia alimentar reentra no solo na forma de fosfatos. A quantidade principal de fósforo é novamente absorvida pelo sistema radicular das plantas. Parcialmente, o fósforo pode ser lavado com o escoamento da água da chuva do solo para as bacias hidrográficas.

Nas biogeocenoses naturais, muitas vezes há falta de fósforo e, em meio alcalino e oxidado, geralmente é encontrado na forma de compostos insolúveis.

Uma grande quantidade de fosfatos contém rochas da litosfera. Alguns deles passam gradualmente para o solo, alguns são desenvolvidos pelo homem para a produção de fertilizantes fosfatados, a maioria deles é lixiviado e lavado na hidrosfera. Lá eles são usados ​​pelo fitoplâncton e organismos relacionados em diferentes níveis tróficos de cadeias alimentares complexas.

No Oceano Mundial, a perda de fosfatos do ciclo biológico ocorre devido à deposição de restos vegetais e animais em grandes profundidades. Como o fósforo se move principalmente da litosfera para a hidrosfera com água, ele migra para a litosfera biologicamente (comendo peixe por aves marinhas, usando algas bentônicas e farinha de peixe como fertilizante, etc.).

De todos os elementos da nutrição mineral das plantas, o fósforo pode ser considerado deficiente.

ciclo do enxofre

Para os organismos vivos, o enxofre é de grande importância, pois faz parte dos aminoácidos que contêm enxofre (cistina, cisteína, metionina, etc.). Estando na composição das proteínas, os aminoácidos contendo enxofre mantêm a estrutura tridimensional necessária das moléculas de proteína.

O enxofre é absorvido pelas plantas do solo apenas na forma oxidada, na forma de um íon. Nas plantas, o enxofre é reduzido e faz parte dos aminoácidos na forma de grupos sulfidrila (-SH) e dissulfeto (-S-S-).

Os animais assimilam apenas enxofre reduzido, que faz parte da matéria orgânica. Após a morte de organismos vegetais e animais, o enxofre retorna ao solo, onde, como resultado da atividade de inúmeras formas de microorganismos, sofre transformações.

Sob condições aeróbicas, alguns microrganismos oxidam o enxofre orgânico a sulfatos. Os íons sulfato, sendo absorvidos pelas raízes das plantas, são novamente incluídos no ciclo biológico. Alguns sulfatos podem ser incluídos na migração da água e removidos do solo. Em solos ricos em substâncias húmicas, uma quantidade significativa de enxofre é encontrada em compostos orgânicos, o que impede sua lixiviação.

Sob condições anaeróbicas, a decomposição de compostos orgânicos de enxofre produz sulfeto de hidrogênio. Se sulfatos e substâncias orgânicas estiverem em um ambiente sem oxigênio, a atividade das bactérias redutoras de sulfato é ativada. Eles usam o oxigênio dos sulfatos para oxidar a matéria orgânica e assim obter a energia necessária para sua existência.

Bactérias redutoras de sulfato são comuns em águas subterrâneas, lodo e água do mar estagnada. O sulfeto de hidrogênio é um veneno para a maioria dos organismos vivos, portanto, seu acúmulo em solos cheios de água, lagos, estuários, etc. reduz significativamente ou até interrompe completamente os processos vitais. Tal fenômeno é observado no Mar Negro a uma profundidade inferior a 200 m de sua superfície.

Assim, para criar um ambiente favorável, é necessário oxidar o sulfeto de hidrogênio em íons sulfato, que destruirão o efeito nocivo do sulfeto de hidrogênio, o enxofre se transformará em uma forma acessível às plantas - na forma de sais de sulfato. Esse papel é desempenhado na natureza por um grupo especial de bactérias sulfurosas (incolores, verdes, roxas) e bactérias tiônicas.

Bactérias sulfurosas incolores são quimiossintéticas: elas usam a energia obtida da oxidação do sulfeto de hidrogênio pelo oxigênio em enxofre elementar e sua posterior oxidação em sulfatos.

Bactérias sulfurosas coloridas são organismos fotossintéticos que usam sulfeto de hidrogênio como doador de hidrogênio para reduzir o dióxido de carbono.

O enxofre elementar resultante nas bactérias sulfurosas verdes é liberado das células, nas bactérias roxas ele se acumula dentro das células.

A reação geral desse processo é a fotorredução:

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

As bactérias thion oxidam o enxofre elementar e seus vários compostos reduzidos a sulfatos às custas do oxigênio livre, devolvendo-o à corrente principal do ciclo biológico.

Nos processos do ciclo biológico, onde o enxofre é convertido, os organismos vivos, especialmente os microorganismos, desempenham um papel importante.

O principal reservatório de enxofre em nosso planeta é o Oceano Mundial, uma vez que os íons de sulfato entram continuamente a partir do solo. Parte do enxofre do oceano retorna à terra através da atmosfera de acordo com o esquema sulfeto de hidrogênio - oxidando-o a dióxido de enxofre - dissolvendo-o na água da chuva com a formação de ácido sulfúrico e sulfatos - devolvendo o enxofre com precipitação à cobertura do solo da Terra.

Ciclo de cátions inorgânicos

Além dos elementos básicos que compõem os organismos vivos (carbono, oxigênio, hidrogênio, fósforo e enxofre), muitos outros macro e microelementos - cátions inorgânicos - são vitais. Nas bacias hidrográficas, as plantas obtêm os cátions metálicos de que necessitam diretamente de ambiente. Em terra, a principal fonte de cátions inorgânicos é o solo, que os recebeu no processo de destruição das rochas-mãe. Nas plantas, os cátions absorvidos pelos sistemas radiculares se movem para as folhas e outros órgãos; alguns deles (magnésio, ferro, cobre e vários outros) fazem parte de moléculas biologicamente importantes (clorofila, enzimas); outros, permanecendo na forma livre, participam da manutenção das propriedades coloidais necessárias do protoplasma das células e desempenham várias outras funções.

Quando os organismos vivos morrem, os cátions inorgânicos retornam ao solo no processo de mineralização das substâncias orgânicas. A perda desses componentes do solo ocorre como resultado da lixiviação e remoção de cátions metálicos com água da chuva, rejeição e remoção de matéria orgânica pelo homem durante o cultivo de plantas agrícolas, extração de madeira, corte de grama para alimentação animal, etc.

O uso racional de fertilizantes minerais, a recuperação do solo, a aplicação de fertilizantes orgânicos e a tecnologia agrícola adequada ajudarão a restaurar e manter o equilíbrio de cátions inorgânicos nas biocenoses da biosfera.

Ciclagem antropogênica: ciclagem de xenobióticos (mercúrio, chumbo, cromo)

A humanidade faz parte da natureza e só pode existir em constante interação com ela.

Existem semelhanças e contradições entre a circulação natural e antrópica de matéria e energia que ocorre na biosfera.

O ciclo natural (biogeoquímico) da vida tem as seguintes características:

• - o uso da energia solar como fonte de vida e todas as suas manifestações com base nas leis termodinâmicas;
• - é realizada sem desperdício, ou seja, todos os produtos de sua atividade vital são mineralizados e reincluídos no próximo ciclo da circulação de substâncias. Ao mesmo tempo, a energia térmica gasta e desvalorizada é removida para fora da biosfera. Durante o ciclo biogeoquímico das substâncias, são gerados resíduos, ou seja, reservas sob a forma de carvão, petróleo, gás e outros recursos minerais. Em contraste com o ciclo natural livre de resíduos, o ciclo antropogênico é acompanhado por um aumento de resíduos a cada ano.

Não há nada inútil ou prejudicial na natureza, até as erupções vulcânicas trazem benefícios, porque os elementos necessários (por exemplo, nitrogênio) entram no ar com gases vulcânicos.

Existe uma lei de fechamento global da circulação biogeoquímica na biosfera, válida em todas as fases de seu desenvolvimento, bem como uma regra de fechamento crescente da circulação biogeoquímica no curso da sucessão.

Os seres humanos desempenham um papel enorme no ciclo biogeoquímico, mas na direção oposta. O homem viola os ciclos existentes de substâncias, e isso manifesta sua força geológica - destrutiva em relação à biosfera. Como resultado da atividade antropogênica, o grau de isolamento dos ciclos biogeoquímicos diminui.

O ciclo antropogênico não se limita à energia da luz solar captada pelas plantas verdes do planeta. A humanidade usa a energia de combustíveis, hidrelétricas e usinas nucleares.

Pode-se argumentar que a atividade antropogênica no estágio atual é uma enorme força destrutiva para a biosfera.

A biosfera tem uma propriedade especial - resistência significativa a poluentes. Esta estabilidade baseia-se na capacidade natural dos vários componentes ambiente naturalà autopurificação e à autocura. Mas não ilimitado. A possível crise global ocasionou a necessidade de construir um modelo matemático da biosfera como um todo (o sistema "Gaia") para obter informações sobre o possível estado da biosfera.

Um xenobiótico é uma substância estranha aos organismos vivos que aparece como resultado da atividade antropogênica (pesticidas, produtos químicos domésticos e outros poluentes), capaz de causar perturbações nos processos bióticos, incl. doença ou morte. Tais poluentes não sofrem biodegradação, mas se acumulam em cadeias tróficas.

Mercúrio é um elemento muito raro. Está disperso na crosta terrestre e apenas em alguns minerais, como o cinábrio, está contido de forma concentrada. O mercúrio está envolvido no ciclo da matéria na biosfera, migrando no estado gasoso e em soluções aquosas.

Entra na atmosfera da hidrosfera durante a evaporação, durante a liberação do cinábrio, com gases vulcânicos e gases de fontes termais. Parte do mercúrio gasoso na atmosfera passa para a fase sólida e é removido do ar. O mercúrio caído é absorvido pelos solos, especialmente argila, água e rochas. Em minerais combustíveis - petróleo e carvão - o mercúrio contém até 1 mg / kg. EM massa de água oceanos aproximadamente 1,6 bilhão de toneladas, em sedimentos de fundo - 500 bilhões de toneladas, em plâncton - 2 milhões de toneladas. Cerca de 40 mil toneladas são transportadas pelas águas dos rios da terra todos os anos, o que é 10 vezes menos do que entra na atmosfera durante a evaporação (400 mil toneladas). Cerca de 100 mil toneladas caem na superfície terrestre anualmente.

O mercúrio passou de um componente natural do ambiente natural para uma das emissões feitas pelo homem mais perigosas na biosfera para a saúde humana. É amplamente utilizado nas indústrias metalúrgica, química, elétrica, eletrônica, papel e celulose e farmacêutica, sendo utilizado na produção de explosivos, vernizes e tintas, além da medicina. Efluentes industriais e emissões atmosféricas, juntamente com minas de mercúrio, plantas de produção de mercúrio e usinas termelétricas (CHP e caldeiras) usando carvão, petróleo e derivados, são as principais fontes de poluição da biosfera com esse componente tóxico. Além disso, o mercúrio é um ingrediente de pesticidas organomercuriais usados ​​na agricultura para tratar sementes e proteger as plantações de pragas. Entra no corpo humano com alimentos (ovos, grãos em conserva, carne de animais e pássaros, leite, peixe).

Mercúrio na água e nos sedimentos do fundo dos rios

Foi estabelecido que cerca de 80% do mercúrio que entra em corpos de água naturais está na forma dissolvida, o que acaba contribuindo para sua propagação por longas distâncias junto com os fluxos de água. O elemento puro não é tóxico.

O mercúrio é encontrado em águas de lodo de fundo com mais frequência em concentrações relativamente inofensivas. Os compostos inorgânicos de mercúrio são convertidos em compostos tóxicos de mercúrio orgânico, como o metilmercúrio CH?Hg e o etilmercúrio C?H?Hg, por bactérias que vivem em detritos e sedimentos, no lodo do fundo de lagos e rios, no muco que cobre os corpos de peixes, e também no muco estomacal dos peixes. Esses compostos são facilmente solúveis, móveis e altamente tóxicos. A base química da ação agressiva do mercúrio é sua afinidade com o enxofre, em particular com o grupo sulfeto de hidrogênio nas proteínas. Essas moléculas se ligam aos cromossomos e às células cerebrais. Peixes e mariscos podem acumulá-los em níveis perigosos para a pessoa que os ingere, causando a doença de Minamata.

O mercúrio metálico e seus compostos inorgânicos atuam principalmente no fígado, rins e trato intestinal, porém, em condições normais, são excretados do corpo de forma relativamente rápida e a quantidade perigosa para o corpo humano não tem tempo de se acumular. O metilmercúrio e outros compostos de alquil mercúrio são muito mais perigosos, porque ocorre a acumulação - a toxina entra no corpo mais rapidamente do que é excretada do corpo, atuando no sistema nervoso central.

Os sedimentos de fundo são uma característica importante ecossistemas aquáticos. Ao acumular metais pesados, radionuclídeos e substâncias orgânicas altamente tóxicas, os sedimentos de fundo, por um lado, contribuem para a autodepuração ambientes aquáticos, e por outro lado, representam uma fonte constante de poluição secundária dos corpos d'água. Os sedimentos de fundo são um objeto de análise promissor, refletindo um padrão de poluição de longo prazo (especialmente em corpos d'água de fluxo lento). Além disso, o acúmulo de mercúrio inorgânico nos sedimentos de fundo é observado principalmente na foz dos rios. Uma situação tensa pode surgir quando a capacidade de adsorção de sedimentos (lodo, precipitação) se esgota. Quando a capacidade de adsorção é atingida, metais pesados, incl. mercúrio entrará na água.

Sabe-se que em condições anaeróbicas marinhas nos sedimentos de algas mortas, o mercúrio se liga ao hidrogênio e passa para compostos voláteis.

Com a participação de microorganismos, o mercúrio metálico pode ser metilado em duas etapas:

CH?Hg+ ? (CH?)?Hg

O metilmercúrio aparece no ambiente praticamente apenas durante a metilação do mercúrio inorgânico.

A meia-vida biológica do mercúrio é longa, é de 70 a 80 dias para a maioria dos tecidos do corpo humano.

Peixes grandes, como espadarte e atum, são conhecidos por serem contaminados com mercúrio no início da cadeia alimentar. Ao mesmo tempo, não é sem interesse notar que, ainda mais do que nos peixes, o mercúrio se acumula (acumula) nas ostras.

O mercúrio entra no corpo humano através da respiração, com alimentos e através da pele de acordo com o seguinte esquema:

Primeiro, há uma transformação do mercúrio. Este elemento ocorre naturalmente em várias formas.

O mercúrio metálico, usado em termômetros, e seus sais inorgânicos (por exemplo, cloreto) são eliminados do corpo com relativa rapidez.

Muito mais tóxicos são os compostos de alquil mercúrio, em particular o metil e o etil mercúrio. Esses compostos são excretados muito lentamente do corpo - apenas cerca de 1% da quantidade total por dia. Embora a maior parte do mercúrio que entra nas águas naturais esteja na forma de compostos inorgânicos, ele sempre acaba nos peixes na forma do metilmercúrio, muito mais venenoso. Bactérias no lodo do fundo de lagos e rios, no muco que cobre os corpos dos peixes, bem como no muco do estômago dos peixes, são capazes de converter compostos inorgânicos de mercúrio em metilmercúrio.

Em segundo lugar, a acumulação seletiva, ou acumulação biológica (concentração), eleva o teor de mercúrio nos peixes e mariscos a níveis muitas vezes superiores aos da água da baía. Peixes e mariscos que vivem no rio acumulam metilmercúrio em concentrações perigosas para os humanos que os utilizam como alimento.

% da pesca mundial contém mercúrio em uma quantidade não superior a 0,5 mg/kg e 95% - abaixo de 0,3 mg/kg. Quase todo o mercúrio no peixe está na forma de metilmercúrio.

Dada a diferente toxicidade dos compostos de mercúrio para humanos em produtos alimentícios, é necessário determinar o mercúrio inorgânico (total) e organicamente ligado. Apenas determinamos o conteúdo total de mercúrio. De acordo com os requisitos médicos e biológicos, o teor de mercúrio em peixes predadores de água doce é permitido 0,6 mg/kg, em peixes marinhos - 0,4 mg/kg, em peixes não predadores de água doce apenas 0,3 mg/kg e em atum até 0,7 mg /kg.kg. Em produtos comida de bêbe o teor de mercúrio não deve exceder 0,02 mg/kg em carne enlatada, 0,15 mg/kg em conservas de peixe, no resto - 0,01 mg/kg.

O chumbo está presente em quase todos os componentes do ambiente natural. Ele contém 0,0016% na crosta terrestre. O nível natural de chumbo na atmosfera é de 0,0005 mg/m3. A maior parte é depositada com poeira, cerca de 40% cai com a precipitação atmosférica. As plantas obtêm chumbo do solo, da água e da precipitação atmosférica, enquanto os animais obtêm chumbo das plantas e da água. O metal entra no corpo humano com alimentos, água e poeira.

As principais fontes de poluição por chumbo na biosfera são motores a gasolina, cujos gases de escape contêm chumbo trietílico, usinas termelétricas queimando carvão, mineração, indústrias metalúrgicas e químicas. Uma quantidade significativa de chumbo é introduzida no solo junto com esgoto usado como fertilizante. Para extinguir o reator em chamas da usina nuclear de Chernobyl, também foi utilizado chumbo, que entrou na piscina de ar e se espalhou por vastas áreas. Com o aumento da poluição ambiental com chumbo, aumenta sua deposição nos ossos, cabelos e fígado.

Cromo. O mais perigoso é o cromo tóxico (6+), que é mobilizado em solos ácidos e alcalinos, em águas doces e marinhas. Na água do mar, o cromo é de 10 a 20% representado pela forma Cr (3+), 25 a 40% por Cr (6+) e 45 a 65% pela forma orgânica. Na faixa de pH 5 - 7, o Cr (3+) predomina, e em pH > 7 - Cr (6+). Sabe-se que o Cr (6+) e os compostos orgânicos de cromo não co-precipitam com o hidróxido de ferro na água do mar.

Os ciclos naturais das substâncias estão praticamente fechados. Nos ecossistemas naturais, matéria e energia são gastas com parcimônia, e o desperdício de alguns organismos é uma condição importante para a existência de outros. O ciclo antropogênico de substâncias é acompanhado por um enorme consumo de recursos naturais e uma grande quantidade de resíduos que causam poluição ambiental. A criação mesmo das instalações de tratamento mais avançadas não resolve o problema, pelo que é necessário desenvolver tecnologias de baixo desperdício e sem resíduos que permitam tornar o ciclo antropogénico o mais fechado possível. Teoricamente, é possível criar uma tecnologia livre de resíduos, mas as tecnologias de baixo desperdício são reais.

Adaptação aos fenômenos naturais

Adaptações são várias adaptações ao ambiente desenvolvidas pelos organismos (desde as mais simples até as mais elevadas) no processo de evolução. A capacidade de adaptação é uma das principais propriedades dos vivos, proporcionando a possibilidade de sua existência.

Os principais fatores que desenvolvem o processo de adaptação incluem: hereditariedade, variabilidade, seleção natural (e artificial).

A tolerância pode mudar se o corpo entrar em outras condições externas. Entrando nessas condições, depois de um tempo ele se acostuma, por assim dizer, se adapta a elas (do lat. adaptação - adaptar). A consequência disso é uma mudança nas provisões do ótimo fisiológico.

A propriedade dos organismos de se adaptar à existência em uma gama particular de fatores ambientais é chamada de plasticidade ecológica.

Quanto mais amplo for o alcance do fator ecológico dentro do qual um determinado organismo pode viver, maior será sua plasticidade ecológica. De acordo com o grau de plasticidade, distinguem-se dois tipos de organismos: stenobiont (stenoeks) e eurybiont (euryeks). Assim, os estenobiontes são ecologicamente não plásticos (por exemplo, o linguado vive apenas em água salgada e a carpa cruciana apenas em água doce), ou seja, curto-resistente e euribiontes são ecologicamente plásticos, ou seja, são mais resistentes (por exemplo, o esgana-gata de três espinhos pode viver em águas doces e salgadas).

As adaptações são multidimensionais, pois um organismo deve se conformar a muitos fatores ambientais diferentes ao mesmo tempo.

Existem três formas principais de adaptação dos organismos às condições ambientais: ativa; passiva; evitar efeitos adversos.

O caminho ativo da adaptação é o fortalecimento da resistência, o desenvolvimento de processos regulatórios que permitem realizar todas as funções vitais do corpo, apesar do desvio do fator do ideal. Por exemplo, animais de sangue quente mantêm uma temperatura corporal constante - ideal para os processos bioquímicos que ocorrem nele.

O caminho passivo de adaptação é a subordinação das funções vitais dos organismos às mudanças nos fatores ambientais. Por exemplo, sob condições ambientais adversas, muitos organismos entram em estado de anabiose ( vida escondida), em que o metabolismo do corpo praticamente para (estado de dormência invernal, estupor de insetos, hibernação, preservação de esporos no solo na forma de esporos e sementes).

Prevenção de efeitos adversos - o desenvolvimento de adaptações, o comportamento dos organismos (adaptação), que ajudam a evitar condições adversas. Neste caso, as adaptações podem ser: morfológicas (a estrutura do corpo muda: modificação das folhas de um cacto), fisiológicas (o camelo se alimenta de umidade devido à oxidação das reservas de gordura), etológicas (alterações no comportamento: sazonal migrações de pássaros, hibernação no inverno).

Os organismos vivos estão bem adaptados a fatores periódicos. Fatores não periódicos podem causar doenças e até a morte do organismo (por exemplo, drogas, pesticidas). No entanto, com exposição prolongada, também pode ocorrer adaptação a eles.

Organismos adaptados aos ritmos diários, sazonais, das marés, ritmos da atividade solar, fases lunares e outros fenômenos estritamente periódicos. Assim, a adaptação sazonal é distinguida como sazonalidade na natureza e o estado de dormência no inverno.

Sazonalidade na natureza. O principal valor para plantas e animais na adaptação dos organismos é a variação anual da temperatura. O período favorável à vida, em média para o nosso país, dura cerca de seis meses (primavera, verão). Mesmo antes da chegada de geadas estáveis, um período de dormência de inverno começa na natureza.

Dormência de inverno. A dormência no inverno não é apenas uma interrupção do desenvolvimento devido às baixas temperaturas, mas uma adaptação fisiológica complexa, que ocorre apenas em um determinado estágio do desenvolvimento. Por exemplo, o mosquito da malária e a mariposa da urtiga hibernam no estágio de inseto adulto, a borboleta do repolho no estágio de pupa e a mariposa cigana no estágio de ovo.

Biorritmos. Cada espécie no processo de evolução desenvolveu um ciclo anual característico de crescimento e desenvolvimento intensivo, reprodução, preparação para o inverno e invernada. Esse fenômeno é chamado de ritmo biológico. A coincidência de cada período do ciclo de vida com a estação correspondente é crucial para a existência das espécies.

O principal fator na regulação dos ciclos sazonais na maioria das plantas e animais é a mudança na duração do dia.

Os biorritmos são:

ritmos exógenos (externos) (surgem como uma reação a mudanças periódicas no ambiente (mudança de dia e noite, estações, atividade solar) endógenos (ritmos internos) são gerados pelo próprio corpo

Por sua vez, os endógenos são divididos em:

Ritmos fisiológicos (batimento cardíaco, respiração, glândulas endócrinas, DNA, RNA, síntese de proteínas, enzimas, divisão celular, etc.)

Ritmos ecológicos (diário, anual, das marés, lunar, etc.)

Os processos de DNA, RNA, síntese de proteínas, divisão celular, batimentos cardíacos, respiração, etc. têm ritmo. Influências externas pode mudar as fases desses ritmos e mudar sua amplitude.

Os ritmos fisiológicos variam de acordo com o estado do corpo, enquanto os ritmos ambientais são mais estáveis ​​e correspondem aos ritmos externos. Com ritmos endógenos, o corpo pode navegar no tempo e se preparar com antecedência para as próximas mudanças no ambiente - este é o relógio biológico do corpo. Muitos organismos vivos são caracterizados por ritmos circadianos e circanianos.

Ritmos circadianos (circadiano) - intensidades recorrentes e natureza dos processos e fenômenos biológicos com período de 20 a 28 horas. Os ritmos circadianos estão associados à atividade de animais e plantas durante o dia e, via de regra, dependem da temperatura e da intensidade luminosa. Por exemplo, os morcegos voam ao entardecer e descansam durante o dia, muitos organismos planctônicos permanecem na superfície da água à noite e descem para as profundezas durante o dia.

Os ritmos biológicos sazonais estão associados à influência da luz - o fotoperíodo. A reação dos organismos à duração do dia é chamada de fotoperiodismo. O fotoperiodismo é uma importante adaptação comum que regula os fenômenos sazonais em uma ampla variedade de organismos. O estudo do fotoperiodismo em plantas e animais mostrou que a reação dos organismos à luz é baseada na alternância de períodos de luz e escuridão de certa duração durante o dia. A reação dos organismos (de unicelulares a humanos) à duração do dia e da noite mostra que eles são capazes de medir o tempo, ou seja, tem algum tipo de relógio biológico. O relógio biológico, além dos ciclos sazonais, controla muitos outros fenômenos biológicos, determina o ritmo diário correto tanto da atividade de organismos inteiros quanto dos processos que ocorrem até no nível das células, em particular as divisões celulares.

Uma propriedade universal de todos os seres vivos, de vírus e microorganismos a plantas e animais superiores, é a capacidade de dar mutações - mudanças repentinas, naturais e causadas artificialmente, herdadas no material genético, levando a uma mudança em certos sinais do organismo. Variabilidade mutacional não atende às condições ambientais e, via de regra, viola as adaptações existentes.

Muitos insetos entram em diapausa (uma longa parada no desenvolvimento) em um determinado estágio de desenvolvimento, o que não deve ser confundido com um estado de repouso em condições adversas. A reprodução de muitos animais marinhos é influenciada pelos ritmos lunares.

Os ritmos circanianos (quase anuais) são mudanças recorrentes na intensidade e na natureza dos processos e fenômenos biológicos com um período de 10 a 13 meses.

O estado físico e psicológico de uma pessoa também tem um caráter rítmico.

O ritmo perturbado de trabalho e descanso reduz a eficiência e tem um efeito adverso na saúde humana. A condição humana em condições extremas vai depender do grau de preparo dele para essas condições, já que praticamente não há tempo para adaptação e recuperação.

PARA endógeno processos incluem: magmatismo, metamorfismo (a ação de altas temperaturas e pressão), vulcanismo, o movimento da crosta terrestre (terremotos, formação de montanhas).

PARA exógeno- intemperismo, a atividade dos agentes atmosféricos e água da superfície mares, oceanos, animais, organismos vegetais e, especialmente, o homem - tecnogênese.

A interação de processos internos e externos forma grande ciclo geológico da matéria.

Durante processos endógenos, sistemas montanhosos, planaltos, depressões oceânicas são formados, durante processos exógenos, rochas ígneas são destruídas, os produtos da destruição se movem para rios, mares, oceanos e rochas sedimentares se formam. Como resultado do movimento da crosta terrestre, as rochas sedimentares afundam em camadas profundas, sofrem processos de metamorfismo (ação de altas temperaturas e pressões) e são formadas rochas metamórficas. Em camadas mais profundas, eles se transformam em fundidos ...
estado (magmatização). Então, como resultado de processos vulcânicos, eles entram nas camadas superiores da litosfera, em sua superfície na forma de rochas ígneas. É assim que as rochas formadoras de solo são formadas e várias formas alívio.

rochas, a partir do qual o solo é formado, são chamados de formadores de solo ou pais. De acordo com as condições de formação, eles são divididos em três grupos: ígneos, metamórficos e sedimentares.

Rochas ígneas consistem em compostos de silício, Al, Fe, Mg, Ca, K, Na. Dependendo da proporção desses compostos, as rochas ácidas e básicas são diferenciadas.

Os ácidos (granitos, liparitos, pegmatitos) apresentam alto teor de sílica (mais de 63%), óxidos de potássio e sódio (7-8%), óxidos de cálcio e Mg (2-3%). Eles são claros e de cor marrom. Os solos formados a partir dessas rochas têm estrutura solta, alta acidez e são inférteis.

As principais rochas ígneas (basaltos, dunitos, perioditos) são caracterizadas por um baixo teor de SiO 2 (40-60%), um alto teor de CaO e MgO (até 20%), óxidos de ferro (10-20%), Na 2 O e K 2 O menos de 30%.

Os solos formados sobre os produtos do intemperismo das rochas principais têm reação alcalina e neutra, muito húmus e alta fertilidade.

As rochas ígneas constituem 95% da massa total das rochas, mas como rochas formadoras de solo ocupam pequenas áreas (nas montanhas).

rochas metamórficas, são formados como resultado da recristalização de rochas ígneas e sedimentares. Estes são mármore, gnaisse, quartzo. Eles ocupam uma pequena proporção como rochas formadoras de solo.

Rochas sedimentares. Sua formação se deve aos processos de intemperismo de rochas ígneas e metamórficas, transferência de produtos de intemperismo por água, fluxos glaciais e aéreos e deposição na superfície terrestre, no fundo dos oceanos, mares, lagos, nas várzeas dos rios.

De acordo com sua composição, as rochas sedimentares são subdivididas em clásticas, quimiogênicas e biogênicas.

depósitos clásticos diferem no tamanho dos detritos e partículas: são pedregulhos, pedras, cascalho, brita, areias, margas e argilas.

depósitos quimiogênicos formado como resultado da precipitação de sais de soluções aquosas em baías, lagos em climas quentes ou como resultado de reações químicas.

Estes incluem haletos (rocha e sal de potássio), sulfatos (gesso, anidrido), carbonatos (calcário, marga, dolomitas), silicatos, fosfatos. Muitos deles são matérias-primas para a produção de cimento, fertilizantes químicos e são usados ​​como minérios agrícolas.

depósitos biogênicos formado a partir de acumulações de restos de plantas e animais. São elas: rochas carbonáticas (calcários biogênicos e giz), siliciosas (dolomita) e carbonáceas (carvão, turfa, sapropel, petróleo, gás).

Os principais tipos genéticos de rochas sedimentares são:

1. depósitos eluviais- produtos de intemperismo de rochas remanescentes na folha de sua formação. O eluvião está localizado no topo das bacias hidrográficas, onde o washout é pouco expresso.

2. depósitos dilúvios- produtos de erosão depositados por correntes temporárias de chuva e água derretida na parte inferior das encostas.

3. depósitos proluviais- formado como resultado da transferência e deposição de produtos de intemperismo por rios temporários de montanha e inundações no sopé das encostas.

4. depósitos aluviais- são formados como resultado da deposição de produtos de intemperismo pelas águas dos rios que entram neles com escoamento superficial.

5. depósitos lacustres– sedimentos de fundo de lagos. Siltes com alto teor de matéria orgânica (15-20%) são chamados de sapropels.

6. sedimentos marinhos- sedimentos de fundo dos mares. Durante o recuo (transgressão) dos mares, eles permanecem como rochas formadoras de solo.

7. Depósitos glaciais (glaciais) ou morenas- produtos do intemperismo de várias rochas, deslocadas e depositadas pela geleira. Este é um material marrom-avermelhado ou cinza de granulação grossa não classificado com inclusões de pedras, pedregulhos e seixos.

8. Depósitos fluvioglaciais (água-glaciais) riachos temporários e reservatórios fechados formados durante o derretimento da geleira.

9. Argilas de cobertura pertencem a depósitos extraglaciais e são considerados como depósitos de águas rasas quase inundações glaciais de água derretida. Eles se sobrepõem à garança por cima com uma camada de 3 a 5 m, são de cor marrom-amarelada, bem classificados, não contêm pedras e pedregulhos. Os solos em margas de cobertura são mais férteis do que em garança.

10. Loesses e margas semelhantes a loesses são caracterizados por cor amarelo pálido, alto teor de frações de silte e silte, estrutura solta, alta porosidade, alto teor de carbonatos de cálcio. Floresta cinza fértil, solos de castanheiros, chernozems e solos cinzentos foram formados neles.

11. depósitos eólicos formada pela ação do vento. A atividade destrutiva do vento é composta por corrosão (esmerilhamento, lixamento de rochas) e deflação (sopro e transporte de pequenas partículas de solo pelo vento). Ambos os processos juntos constituem a erosão eólica.

Esquemas básicos, fórmulas, etc. ilustrando o conteúdo: apresentação com fotografias de tipos de intemperismo.

Perguntas para o autocontrole:

1. O que é intemperismo?

2. O que é magmatização?

3. Qual é a diferença entre intemperismo físico e químico?

4. Qual é o ciclo geológico da matéria?

5. Descreva a estrutura da Terra?

6. O que é magma?

7. Em que camadas consiste o núcleo da Terra?

8. O que são raças?

9. Como são classificadas as raças?

10. O que é loess?

11. O que é uma facção?

12. Quais características são denominadas organolépticas?

Principal:

1. Dobrovolsky V.V. Geografia dos Solos com Fundamentos da Ciência do Solo: Livro Didático para o Ensino Médio. - M.: Humanit. ed. Centro VLADOS, 1999.-384 p.

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Adicional:

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5. Aleksandrova L.N., Naydenova O.A. Aulas laboratoriais e práticas de ciência do solo. L. Agropromizdat. 1985

Um grande ciclo geológico de substâncias minerais e água ocorre sob a influência de um grande número de fatores abióticos.

4.3.1. Circulação de substâncias em um grande ciclo geológico.

De acordo com a teoria das placas litosféricas, a camada externa da Terra consiste em vários blocos (placas) muito grandes. Esta teoria assume a existência de movimentos horizontais de poderosas placas litosféricas, com 100-150 km de espessura.

Ao mesmo tempo, dentro das cordilheiras meso-oceânicas, a chamada zona de rifte. Há ruptura e separação das placas litosféricas com formação de uma crosta oceânica jovem

Esse fenômeno é chamado de expansão do fundo do oceano. Assim, um fluxo de substâncias minerais sobe das profundezas do manto, formando rochas cristalinas jovens.

Em contraste com esse processo, na zona das fossas oceânicas profundas, uma parte da crosta continental está constantemente empurrando a outra, o que é acompanhado pela imersão da parte periférica da placa no manto, ou seja, parte da matéria sólida da crosta terrestre passa para a composição do manto terrestre. O processo que ocorre nas fossas oceânicas profundas é chamado de subducção da crosta oceânica.

O ciclo da água no planeta opera continuamente e em todos os lugares. As forças motrizes do ciclo da água são a energia térmica e a gravidade. Sob a influência do calor, ocorrem evaporação, condensação do vapor d'água e outros processos, que consomem cerca de 50% da energia proveniente do sol. Sob a influência da gravidade - a queda das gotas de chuva, o fluxo dos rios, o movimento do solo e das águas subterrâneas. Muitas vezes essas causas atuam juntas, por exemplo, tanto os processos térmicos quanto a gravidade atuam na circulação atmosférica da água.

4.3.2. O ciclo dos elementos na natureza inanimada

É realizado de duas maneiras: migração de água e ar. Os migrantes aéreos incluem: oxigênio, hidrogênio, nitrogênio, iodo.

Os migrantes aquáticos incluem aquelas substâncias que migram principalmente nos solos, águas superficiais e subterrâneas principalmente na forma de moléculas e íons: sódio, magnésio, alumínio, silício, fósforo, enxofre, cloro, potássio, manganês, ferro, cobalto, níquel, estrôncio, chumbo, etc. Os migrantes aéreos também fazem parte dos sais que migram na água. No entanto, a migração aérea é mais típica para eles.

4.4 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 papel geológico transformador da matéria 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. Ao passar grandes volumes de ar e soluções naturais por seus corpos, os organismos vivos realizam a migração biogênica (o movimento de produtos químicos) e a 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. O destino posterior dessa energia está relacionado à transferência de matéria orgânica alimentar por meio de cascatas de 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, a matéria viva recebe e transforma a energia do cosmos, do 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 do ambiente as substâncias necessárias à vida e as devolve sem uso. Em que:

alguns organismos consomem minerais diretamente do ambiente;

outros utilizam primeiro os produtos processados ​​e isolados;

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. Nesse caso, há uma transferência de energia e matéria ao longo dos elos da cadeia alimentar, que discutimos com mais detalhes anteriormente.

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

Os ciclos geológicos e biológicos estão conectados - eles existem como um único processo, dando origem à circulação de substâncias, os chamados ciclos biogeoquímicos (BGCC). 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 demonstrada nos processos que ocorrem na biosfera, todos elementos químicos 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 criam compostos na crosta terrestre.

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 no envelope geográfico, e alguns dos elementos inertes são muito pequenos.

Elementos dispersos, caracterizados pela predominância de átomos livres. Eles entram 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 da atmosfera 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. O nitrogênio é parte integrante de 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 anaeróbias 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 e 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 estágio está associado à existência de 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 de administrar a relação entre a sociedade humana e a natureza é chamada de noógena.

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, flora e fauna, minerais (sal de cozinha). 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 os recursos incluem água, clima (ar atmosférico e energia eólica) e espaço: radiação solar, energia das marés e marés baixas. 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.