Stor geologisk cykel av materia. Geologiska, stora (biosfäriska) och små (biologiska) kretslopp av materia i biosfären

För att biosfären ska fortsätta att existera, så att dess rörelse (utveckling) inte stannar, måste kretsloppet av biologiskt viktiga ämnen ständigt inträffa på jorden. Denna övergång av biologiskt viktiga ämnen från länk till länk kan endast utföras med en viss energiförbrukning, vars källa är solen.

Solenergi ger två cykler av materia på jorden:

- geologisk (abiotisk), eller stor, cirkulation;

- biologisk (biotisk), eller liten, cirkulation.

geologiska cykeln tydligast manifesterad i vattnets kretslopp och atmosfärisk cirkulation.

Cirka 21 10 20 kJ strålningsenergi kommer till jorden från solen varje år. Ungefär hälften av det går åt till avdunstning av vatten. Det är detta som skapar det stora kretsloppet.

Vattnets kretslopp i biosfären bygger på att dess totala avdunstning från jordens yta kompenseras av nederbörd. Samtidigt avdunstar mer vatten från havet än som återkommer med nederbörd. På land faller det tvärtom mer nederbörd än vad vatten avdunstar. Dess överskott rinner ut i floder och sjöar, och därifrån - igen i havet.

I processen med den geologiska vattencykeln överförs mineralföreningar från en plats till en annan på planetarisk skala, och tillståndet för aggregation av vatten förändras också (flytande, fast - snö, is; gasformig - ånga). Vatten cirkulerar mest intensivt i ångtillstånd.

Med tillkomsten av levande materia baserad på atmosfärens cirkulation, vatten, mineralföreningar lösta i den, d.v.s. på basis av det abiotiska, geologiska kretsloppet uppstod kretsloppet organiskt material, eller liten, biologiska cykeln.

I takt med att levande materia utvecklas utvinns ständigt fler och fler grundämnen från det geologiska kretsloppet och går in i ett nytt, biologiskt kretslopp.

I motsats till den enkla överföringsrörelsen av mineralelement i en stor (geologisk) cykel, i en liten (biologisk) cykel, är de viktigaste momenten syntesen och förstörelsen av organiska föreningar. Dessa två processer är i ett visst förhållande, vilket ligger till grund för livet och är ett av dess huvuddrag.

Till skillnad från det geologiska kretsloppet har det biologiska kretsloppet lägre energi. Som bekant spenderas endast 0,1-0,2% av solenergin som inträffar på jorden på att skapa organiskt material (upp till 50% på den geologiska cykeln). Trots detta går energin som är involverad i det biologiska kretsloppet ut på en enorm mängd arbete för att skapa primärproduktion på jorden.

Med tillkomsten av levande materia på jorden cirkulerar kemiska element kontinuerligt i biosfären och passerar från yttre miljön in i organismer och tillbaka till miljön.

En sådan cirkulation av kemiska element längs mer eller mindre slutna vägar, som fortsätter med användningen av solenergi genom levande organismer, kallas biogeokemisk cirkulation (cykel).

De huvudsakliga biogeokemiska kretsloppen är kretsloppen av syre, kol, kväve, fosfor, svavel, vatten och biogena element.

Kolets kretslopp.

På land börjar kolets kretslopp med att växter binder koldioxid genom fotosyntes. Vidare bildas kolhydrater från koldioxid och vatten och syre frigörs. Samtidigt frigörs kol delvis under växternas andning som en del av koldioxiden. Kolet som är fixerat i växter konsumeras till viss del av djur. Djur släpper också ut koldioxid när de andas. De föråldrade djuren och växterna bryts ned av mikroorganismer, vilket resulterar i att kolet från det döda organiska materialet oxideras till koldioxid och kommer ut i atmosfären igen.

En liknande cykel av kol förekommer i havet.

Kvävets kretslopp.

Kvävets kretslopp, liksom andra biogeokemiska kretslopp, täcker alla områden i biosfären. Kvävets kretslopp är förknippat med dess omvandling till nitrater på grund av aktiviteten hos kvävefixerande och nitrifierande bakterier. Nitrater absorberas av växter från jord eller vatten. Växter äts av djur. Till slut omvandlar reducerarna igen kväve till en gasform och återför det till atmosfären.

Under moderna förhållanden ingrep en man i kvävets kretslopp, som genom att odla kvävefixerande baljväxter på stora ytor på konstgjord väg binder naturligt kväve. Man tror att jordbruk och industri ger nästan 60 % mer fixerat kväve än naturliga terrestra ekosystem.

Ett liknande kvävekretslopp observeras även i vattenmiljön.

Fosforcykeln.

Till skillnad från kol och kväve finns fosforföreningar i bergarter som eroderas och frigör fosfater. De flesta av dem hamnar i hav och oceaner och kan delvis återföras till land igen genom marina näringskedjor som slutar i fiskätande fåglar. En del av fosfaterna hamnar i jorden och tas upp av växtrötter. Växternas absorption av fosfor beror på surheten i jordlösningen: när surheten ökar omvandlas praktiskt taget olösliga fosfater i vatten till mycket löslig fosforsyra. Växterna äts sedan upp av djur.

De huvudsakliga länkarna för biogeokemiska cykler är olika organismer, vars mångfald av former bestämmer intensiteten av cyklerna och involveringen av nästan alla element i jordskorpan i dem.

I allmänhet är varje cirkulation av vilket kemiskt element som helst en del av den allmänna grandiosa cirkulationen av ämnen på jorden, dvs. de är nära besläktade.

Cykeln av ämnen i naturen är en repetitiv cyklisk process av omvandling och rörelse av enskilda kemiska element och deras föreningar. Uppstod under hela jordens utvecklingshistoria och fortsätter för närvarande. Det finns alltid en viss avvikelse i sammansättningen och mängden av det cirkulerande ämnet, så i naturen finns det ingen fullständig upprepning av cykeln. Detta bestämmer den progressiva utvecklingen av jorden som en planet. Cirkulationen av ämnen är särskilt karakteristisk för det geologiska utvecklingsstadiet, då den huvudsakliga. jordens skal. När det gäller skalan av manifestation, i första hand är geologiska cykeln . Den representerar materiens rörelse främst i de inre skalen: upplyftning som ett resultat av stigande tektoniska rörelser och vulkanism; dess överföring horisontellt i yttre skal och ackumulering; fallande rörelser - begravning av sediment, sjunkande som ett resultat av fallande tektoniska rörelser. På djupet sker metamorfosm, smältning av materia med bildandet av magma och metamorfa bergarter. Den grundläggande rollen i skapandet av det geografiska höljet spelas av Vattnets kretslopp.

Sedan livet uppträdde på jorden, biologiska cykeln. Det ger kontinuerliga omvandlingar, som ett resultat av vilka ämnen, efter att ha använts av vissa organismer, överförs till en form som är smältbar för andra organismer. Energibasen är solenergin som kommer till jorden. Växtorganismer absorberar mineraler som kommer in i djurkroppen genom näringskedjor, för att sedan återgå till marken eller atmosfären med hjälp av nedbrytare (bakterier, svampar etc.). Intensiteten av denna cykel beror på antalet och mångfalden av levande organismer på jorden och mängden energi som ackumuleras av dem. biomassa. Max. intensiteten av den biologiska cykeln på land observeras i tropiska regnskogar, där växtrester nästan inte ackumuleras och frigjorda mineraler omedelbart absorberas av växter. Intensiteten på cirkulationen i träsken och tundran är mycket låg, där växtrester som inte hinner sönderdelas samlas. Av särskild betydelse är cyklerna av biogena kemiska element, i första hand kol. Växtorganismer extraherar från atmosfären upp till 300 miljarder ton koldioxid (eller 100 miljarder ton kol) årligen. Växter äts dels av djur, dels dör av. Som ett resultat av andning av organismer, sönderdelningen av deras rester, jäsnings- och sönderfallsprocesserna, omvandlas organiskt material till koldioxid eller avsätts i form av sapropel, humus, torv, varifrån kol, olja och brännbar gas bildas därefter. En mycket liten del av det är involverat i den aktiva cykeln av kol, en betydande mängd bevaras i form av brännbara fossila kalkstenar och andra stenar. Main massan av kväve är koncentrerad i atmosfären (3,8510 N? t); i världshavets vatten innehåller den 2510 Ni ton. Den ledande rollen i kvävets kretslopp tillhör mikroorganismer: kvävefixerare, nitrifierare och denitrifierare. Cirka. 4510? ton kväve, vattenmiljö 4 gånger mindre. Kvävehaltiga föreningar från döda rester omvandlas genom nitrifiering av mikroorganismer till kväveoxider, som sedan bryts ned av denitrifierande bakterier med frigörande av molekylärt kväve. Cykler är också förknippade med levande materia. syre, fosfor, svavel och många andra element. Konsekvenserna av mänsklig påverkan på ämnens kretslopp blir allt mer betydande. De är jämförbara med resultaten geologiska processer: i biosfären dyker nya vägar för migration av ämnen upp, nya kemiska föreningar som inte fanns tidigare, vattnets kretslopp förändras.

Liten (biologisk) cirkulation

Massan av levande materia i biosfären är relativt liten. Om det är fördelat över jordens yta kommer ett lager på endast 1,5 cm att erhållas.Tabell 4.1 jämför vissa kvantitativa egenskaper hos biosfären och andra geosfärer på jorden. Biosfären, som står för mindre än 10-6 massor av andra skal på planeten, har en ojämförligt större mångfald och förnyar sin sammansättning en miljon gånger snabbare.

Tabell 4.1

Jämförelse av biosfären med andra geosfärer på jorden

*Levande substans baserat på levande vikt

4.4.1. Biosfärens funktioner

Tack vare biosfärens biota genomförs den övervägande delen av de kemiska omvandlingarna på planeten. Därav domen av V.I. Vernadsky om det enorma transformativa geologisk roll levande substans. För organisk evolution levande organismer tusen gånger (för olika cykler från 103 till 105 gånger) passerade genom sig själva, genom sina organ, vävnader, celler, blod, hela atmosfären, hela världshavets volym, det mesta av jordmassan, en enorm massa mineraler. Och de missade det inte bara, utan modifierade också den jordiska miljön i enlighet med deras behov.

Tack vare förmågan att omvandla solenergi till energin av kemiska bindningar, utför växter och andra organismer ett antal grundläggande biogeokemiska funktioner på planetarisk skala.

gasfunktion. Levande varelser utbyter ständigt syre och koldioxid med miljön i processerna för fotosyntes och andning. Växter spelade en avgörande roll i förändringen från en reducerande miljö till en oxiderande miljö i den geokemiska utvecklingen av planeten och i bildandet av gassammansättningen i den moderna atmosfären. Växter kontrollerar strikt koncentrationerna av O2 och CO2, vilket är optimalt för alla moderna levande organismer.

koncentrationsfunktion. När levande organismer passerar genom sin kropp genomför stora volymer luft och naturliga lösningar biogen migration (rörelse kemiska substanser) och koncentration av kemiska grundämnen och deras föreningar. Det gäller organisk biosyntes, bildandet av korallöar, konstruktionen av skal och skelett, uppkomsten av sedimentära kalkstenslager, avlagringar av vissa metallmalmer, ansamling av järn-manganknölar, på havsbotten etc. De tidiga stadierna av biologisk evolution skedde i vattenmiljön. Organismer har lärt sig att extrahera de ämnen de behöver från en utspädd vattenlösning och multiplicera sin koncentration i kroppen många gånger om.

Redoxfunktionen hos levande materia är nära relaterad till den biogena migrationen av grundämnen och koncentrationen av ämnen. Många ämnen i naturen är stabila och genomgår inte oxidation under normala förhållanden, till exempel är molekylärt kväve ett av de viktigaste biogena elementen. Men levande celler har så kraftfulla katalysatorer - enzymer att de kan utföra många redoxreaktioner miljontals gånger snabbare än det kan ske i en abiotisk miljö.

Informationsfunktion för biosfärens levande materia. Det var med tillkomsten av de första primitiva levande varelserna som aktiv ("levande") information dök upp på planeten, vilket skiljer sig från den "döda" informationen, som är en enkel återspegling av strukturen. Organismer visade sig kunna ta emot information genom att koppla samman energiflödet med en aktiv molekylstruktur som spelar rollen som ett program. Förmågan att uppfatta, lagra och bearbeta molekylär information har genomgått en avancerad utveckling i naturen och har blivit den viktigaste ekologiska systembildande faktorn. Det totala lagret av biotagetisk information uppskattas till 1015 bitar. Den totala kraften i flödet av molekylär information associerad med metabolism och energi i alla celler i den globala biotan når 1036 bit/s (Gorshkov et al., 1996).

4.4.2. Komponenter i det biologiska kretsloppet.

Det biologiska kretsloppet genomförs mellan alla komponenter i biosfären (dvs mellan jord, luft, vatten, djur, mikroorganismer, etc.). Det sker med obligatoriskt deltagande av levande organismer.

Solstrålning som når biosfären bär en energi på cirka 2,5 * 1024 J per år. Endast 0,3 % av det omvandlas direkt i fotosyntesen till energin av kemiska bindningar av organiska ämnen, dvs. involverad i det biologiska kretsloppet. Och 0,1 - 0,2% av solenergin som faller på jorden visar sig vara innesluten i ren primärproduktion. Ytterligare öde Denna energi är förknippad med överföringen av organiskt material från mat genom kaskader av trofiska kedjor.

Det biologiska kretsloppet kan villkorligt delas in i inbördes relaterade komponenter: ämnens kretslopp och energicykeln.

4.4.3. Energicykel. Energiomvandling i biosfären

Ett ekosystem kan beskrivas som en samling levande organismer som kontinuerligt utbyter energi, materia och information. Energi kan definieras som förmågan att utföra arbete. Energins egenskaper, inklusive energins rörelse i ekosystem, beskrivs av termodynamikens lagar.

Termodynamikens första lag eller lagen om energins bevarande säger att energin inte försvinner och inte skapas på nytt, den förändras bara från en form till en annan.

Termodynamikens andra lag säger att entropin bara kan öka i ett slutet system. När det gäller energi i ekosystem är följande formulering bekväm: de processer som är förknippade med omvandlingen av energi kan bara ske spontant om energin går från en koncentrerad form till en diffus form, det vill säga den bryts ned. Ett mått på mängden energi som blir otillgänglig för användning, eller på annat sätt ett mått på den förändring i ordning som sker när energin bryts ned, är entropi. Ju högre ordning systemet är, desto lägre är dess entropi.

Med andra ord, levande materia tar emot och omvandlar energin från rymden, solen till energin från jordiska processer (kemiska, mekaniska, termiska, elektriska). Det involverar denna energi och oorganiska ämnen i den kontinuerliga cirkulationen av ämnen i biosfären. Energiflödet i biosfären har en riktning - från solen genom växter (autotrofer) till djur (heterotrofer). Naturliga orörda ekosystem i stabilt tillstånd med konstant viktiga miljöindikatorer (homeostas) är de mest ordnade systemen och kännetecknas av den lägsta entropin.

4.4.4. Ämneskretsloppet i naturen

Bildandet av levande materia och dess nedbrytning är två sidor av en enda process, som kallas den biologiska cykeln av kemiska element. Livet är cirkulationen av kemiska element mellan organismer och miljön.

Anledningen till kretsloppet är begränsningen hos de element från vilka organismernas kroppar är uppbyggda. Varje organism extraherar från miljöämnen som är nödvändiga för livet och returnerar oanvända. Vart i:

vissa organismer konsumerar mineraler direkt från miljön;

andra använder först bearbetade och isolerade produkter;

den tredje - den andra, etc., tills ämnena återgår till miljön i sitt ursprungliga tillstånd.

I biosfären är behovet av samexistens av olika organismer som kan använda varandras restprodukter uppenbart. Vi ser praktiskt taget avfallsfri biologisk produktion.

Cykeln av ämnen i levande organismer kan villkorligt reduceras till fyra processer:

1. Fotosyntes. Som ett resultat av fotosyntesen absorberar och ackumulerar växter solenergi och syntetiserar organiska ämnen - primära biologiska produkter - och syre från oorganiska ämnen. Primära biologiska produkter är mycket olika - de innehåller kolhydrater (glukos), stärkelse, fibrer, proteiner, fetter.

Schemat för fotosyntes av det enklaste kolhydratet (glukos) har följande schema:

Denna process sker endast under dagen och åtföljs av en ökning av massan av växter.

På jorden bildas cirka 100 miljarder ton organiskt material årligen som ett resultat av fotosyntesen, cirka 200 miljarder ton koldioxid assimileras och cirka 145 miljarder ton syre frigörs.

Fotosyntes spelar en avgörande roll för att säkerställa att det finns liv på jorden. Dess globala betydelse förklaras av det faktum att fotosyntes är den enda process under vilken energi i den termodynamiska processen, enligt den minimalistiska principen, inte försvinner utan snarare ackumuleras.

Genom att syntetisera de aminosyror som är nödvändiga för att bygga proteiner kan växter existera relativt oberoende av andra levande organismer. Detta manifesterar växternas autotrofi (självförsörjning med näring). Samtidigt är den gröna massan av växter och syret som bildas i fotosyntesprocessen grunden för att upprätthålla livet för nästa grupp av levande organismer - djur, mikroorganismer. Detta visar heterotrofin hos denna grupp av organismer.

2. Andning. Processen är motsatsen till fotosyntesen. Förekommer i alla levande celler. Under andningen oxideras organiskt material av syre, vilket resulterar i att koldioxid, vatten och energi bildas.

3. Näringsmässiga (trofiska) samband mellan autotrofa och heterotrofa organismer. I detta fall sker en överföring av energi och materia längs länkarna näringskedjan, som vi diskuterat tidigare mer i detalj.

4. Transpirationsprocessen. En av de viktigaste processerna i det biologiska kretsloppet.

Schematiskt kan det beskrivas enligt följande. Växter absorberar markfukt genom sina rötter. Samtidigt kommer mineralämnen lösta i vatten in i dem, som absorberas, och fukt avdunstar mer eller mindre intensivt, beroende på miljöförhållandena.

4.4.5. Biogeokemiska kretslopp

Geologiska och biologiska cyklerär sammankopplade - de existerar som en enda process, vilket ger upphov till cirkulation av ämnen, de så kallade biogeokemiska kretsloppen (BGHC). Denna cirkulation av grundämnen beror på syntesen och sönderfallet av organiska ämnen i ekosystemet (Fig. 4.1) Alla element i biosfären är inte inblandade i BHCC, utan endast biogena. Levande organismer består av dem, dessa element deltar i många reaktioner och deltar i de processer som sker i levande organismer. Procentuellt sett består den totala massan av biosfärens levande materia av följande biogena huvudelement: syre - 70%, kol - 18%, väte - 10,5%, kalcium - 0,5%, kalium - 0,3%, kväve - 0 , 3%, (syre, väte, kväve, kol finns i alla landskap och är grunden för levande organismer - 98%).

Kärnan i biogen migration av kemiska element.

I biosfären finns det alltså en biogen cykel av ämnen (dvs en cykel som orsakas av organismers vitala aktivitet) och ett enkelriktat energiflöde. Biogen migration av kemiska element bestäms huvudsakligen av två motsatta processer:

1. Bildandet av levande materia från elementen i miljön på grund av solenergi.

2. Förstörelsen av organiska ämnen, åtföljd av frigörande av energi. Samtidigt kommer element av mineralämnen upprepade gånger in i levande organismer, och går därigenom in i sammansättningen av komplexa organiska föreningar, former, och sedan, när de senare förstörs, får de igen en mineralform.

Det finns element som är en del av levande organismer, men som inte är relaterade till biogena. Sådana element klassificeras enligt deras viktandel i organismer:

Makronäringsämnen - komponenter på minst 10-2% av massan;

Spårelement - komponenter från 9 * 10-3 till 1 * 10-3% av massan;

Ultramikroelement - mindre än 9 * 10-6% av massan;

För att bestämma platsen för biogena element bland andra kemiska element i biosfären, låt oss överväga klassificeringen som antas inom ekologi. Enligt den aktivitet som visas i de processer som sker i biosfären är alla kemiska grundämnen indelade i 6 grupper:

Ädelgaserna är helium, neon, argon, krypton, xenon. Inerta gaser är inte en del av levande organismer.

Ädelmetaller - rutenium, radium, palladium, osmium, iridium, platina, guld. Dessa metaller bildar nästan inte föreningar i jordskorpan.

Cykliska eller biogena element (de kallas också migrerande). Denna grupp av biogena element i jordskorpan står för 99,7% av den totala massan, och de återstående 5 grupperna - 0,3%. Således är huvuddelen av elementen migranter som genomför cirkulation i geografiska hölje, och delen av inerta element är mycket liten.

Spridda element, kännetecknade av dominansen av fria atomer. Ingå kemiska reaktioner, men deras föreningar finns sällan i jordskorpan. De är indelade i två undergrupper. Den första - rubidium, cesium, niob, tantal - skapar föreningar i djupet av jordskorpan, och på ytan av deras mineraler förstörs. Den andra - jod, brom - reagerar bara på ytan.

Radioaktiva grundämnen - polonium, radon, radium, uran, neptunium, plutonium.

Sällsynta jordartsmetaller - yttrium, samarium, europium, thulium, etc.

Biokemiska kretslopp året runt sätter igång cirka 480 miljarder ton materia.

IN OCH. Vernadsky formulerade tre biogeokemiska principer som förklarar essensen av biogen migration av kemiska element:

Biogen migration av kemiska element i biosfären tenderar alltid till sin maximala manifestation.

Arternas utveckling under geologisk tid, vilket leder till skapandet av hållbara livsformer, fortsätter i en riktning som förbättrar den biogena migrationen av atomer.

Levande materia är i kontinuerligt kemiskt utbyte med sin miljö, vilket är en faktor som återskapar och underhåller biosfären.

Låt oss överväga hur några av dessa element rör sig i biosfären.

Kolets kretslopp. Huvuddeltagaren i det biotiska kretsloppet är kol som bas för organiska ämnen. Mestadels sker kolcykeln mellan levande materia och koldioxid i atmosfären under fotosyntesprocessen. Växtätare får det med mat, rovdjur får det från växtätare. Vid andning, ruttnande återförs koldioxid delvis till atmosfären, återgången sker när organiska mineraler förbränns.

I avsaknad av kolåterföring till atmosfären skulle det förbrukas av gröna växter om 7-8 år. Hastigheten för biologisk omsättning av kol genom fotosyntes är 300 år. Haven spelar en viktig roll för att reglera halten av CO2 i atmosfären. Om CO2-halten stiger i atmosfären löses en del av den i vatten och reagerar med kalciumkarbonat.

Syrecykeln.

Syre har en hög kemisk aktivitet, går in i föreningar med nästan alla element i jordskorpan. Det förekommer huvudsakligen i form av föreningar. Var fjärde atom av levande materia är en syreatom. Nästan allt molekylärt syre i atmosfären har sitt ursprung och hålls på en konstant nivå på grund av aktiviteten hos gröna växter. Atmosfäriskt syre, bundet under andning och frigjort under fotosyntes, passerar genom alla levande organismer på 200 år.

Kvävets kretslopp. Kväve är integrerad del alla proteiner. Det totala förhållandet mellan bundet kväve, som grundämne som utgör organiskt material, till kväve i naturen är 1:100 000. Den kemiska bindningsenergin i kvävemolekylen är mycket hög. Därför kräver kombinationen av kväve med andra element - syre, väte (processen för kvävefixering) - mycket energi. Industriell kvävefixering sker i närvaro av katalysatorer vid en temperatur av -500°C och ett tryck av -300 atm.

Som ni vet innehåller atmosfären mer än 78% molekylärt kväve, men i detta tillstånd är det inte tillgängligt för gröna växter. För sin näring kan växter endast använda salter av salpetersyra och salpetersyror. Vilka är sätten att bilda dessa salter? Här är några av dem:

I biosfären utförs kvävefixering av flera grupper av anaeroba bakterier och cyanobakterier vid normal temperatur och tryck på grund av biokatalysens höga effektivitet. Man tror att bakterier omvandlar cirka 1 miljard ton kväve per år till en bunden form (världsvolymen för industriell fixering är cirka 90 miljoner ton).

Jordkvävefixerande bakterier kan assimilera molekylärt kväve från luften. De berikar jorden med kvävehaltiga föreningar, så deras värde är extremt högt.

Som ett resultat av nedbrytningen av kvävehaltiga föreningar av organiska ämnen av vegetabiliskt och animaliskt ursprung.

Under inverkan av bakterier omvandlas kväve till nitrater, nitriter, ammoniumföreningar. I växter deltar kväveföreningar i syntesen av proteinföreningar, som överförs från organism till organism i näringskedjorna.

Fosforcykeln. Ett annat viktigt element, utan vilken proteinsyntes är omöjlig, är fosfor. De huvudsakliga källorna är magmatiska bergarter (apatiter) och sedimentära bergarter (fosforiter).

Oorganisk fosfor ingår i kretsloppet som ett resultat av naturliga lakningsprocesser. Fosfor assimileras av levande organismer, som med sitt deltagande syntetiserar ett antal organiska föreningar och överför dem till olika trofiska nivåer.

Efter att ha avslutat sin resa längs de trofiska kedjorna bryts organiska fosfater ned av mikrober och förvandlas till mineralfosfater som är tillgängliga för gröna växter.

I processen med biologisk cirkulation, som säkerställer rörelsen av materia och energi, finns det ingen plats för ackumulering av avfall. Avfallsprodukterna (d.v.s. avfallsprodukter) från varje livsform är grogrunden för andra organismer.

Teoretiskt sett bör biosfären alltid upprätthålla en balans mellan produktionen av biomassa och dess nedbrytning. Men under vissa geologiska perioder rubbades balansen i det biologiska kretsloppet när det på grund av vissa naturliga förhållanden, katastrofer, inte alla biologiska produkter assimilerades, transformerades. I dessa fall bildades överskott av biologiska produkter som konserverades och deponerades i jordskorpan, under vattenpelaren, sediment och hamnade i permafrostzonen. Så fyndigheter av kol, olja, gas, kalksten bildades. Det bör noteras att de inte skräpar ner biosfären. Solens energi, som ackumuleras i fotosyntesprocessen, är koncentrerad i organiska mineraler. Nu, genom att bränna organiska fossila bränslen, frigör en person denna energi.

I biosfären finns en global (stor eller geologisk) cirkulation av ämnen, som fanns redan innan de första levande organismerna uppträdde. Det involverar en mängd olika kemiska element. Den geologiska cykeln utförs tack vare solenergi, gravitation, tektonisk och kosmisk energi.

Med tillkomsten av levande materia, på grundval av den geologiska cykeln, uppstod cykeln av organiskt material - en liten (biotisk eller biologisk) cykel.

Den biotiska cykeln av ämnen är en kontinuerlig, cyklisk, ojämn i tid och rum process av rörelse och omvandling av ämnen som sker med direkt deltagande av levande organismer. Det är en kontinuerlig process för att skapa och förstöra organiskt material och implementeras med deltagande av alla tre grupper av organismer: producenter, konsumenter och nedbrytare. Cirka 40 biogena element är involverade i biotiska cykler. Högsta värde för levande organismer har de cykler av kol, väte, syre, kväve, fosfor, svavel, järn, kalium, kalcium och magnesium.

I takt med att levande materia utvecklas utvinns ständigt fler och fler grundämnen från det geologiska kretsloppet och går in i ett nytt, biologiskt kretslopp. Den totala massan av askämnen som årligen ingår i den biotiska cykeln av ämnen endast på land är cirka 8 miljarder ton. Detta är flera gånger massan av produkterna från utbrottet av alla vulkaner i världen under hela året. Cirkulationshastigheten för materia i biosfären är annorlunda. Biosfärens levande materia uppdateras i genomsnitt i 8 år, massan av växtplankton i havet uppdateras dagligen. Allt syre i biosfären passerar genom levande materia om 2000 år, och koldioxid - om 300 år.

Lokala biotiska cykler utförs i ekosystem, och biogeokemiska cykler av atommigration utförs i biosfären, som inte bara binder alla tre yttre skal av planeten till en enda helhet, utan också bestämmer den kontinuerliga utvecklingen av dess sammansättning.

ATMOSFÄR HYDROSFÄR

­ ¯ ­ ¯

LEVANDE ÄMNEN

JORDEN

Biosfärens utveckling

Biosfären uppstod när de första levande organismerna föddes för cirka 3,5 miljarder år sedan. Under livets utveckling förändrades det. Biosfärens utvecklingsstadier kan särskiljas med hänsyn till egenskaperna hos typen av ekosystem.

1. Uppkomsten och utvecklingen av liv i vatten. Scenen är kopplad till tillvaron akvatiska ekosystem. Det fanns inget syre i atmosfären.

2. Uppkomsten av levande organismer på land, utvecklingen av land-luftmiljön och marken, och uppkomsten av terrestra ekosystem. Detta blev möjligt på grund av uppkomsten av syre i atmosfären och ozonskärmen. Det hände för 2,5 miljarder år sedan.

3. Människans uppkomst, hennes förvandling till en biosocial varelse och uppkomsten av antropoekosystem inträffade för 1 miljon år sedan.

4. Biosfärens övergång under påverkan av intelligent mänsklig aktivitet till ett nytt kvalitativt tillstånd - in i noosfären.

Noosphere

Det högsta stadiet i biosfärens utveckling är noosfären - stadiet för rimlig reglering av förhållandet mellan människa och natur. Denna term introducerades 1927 av den franske filosofen E. Leroy. Han trodde att noosfären inkluderar det mänskliga samhället med dess industri, språk och andra attribut av intelligent aktivitet. På 30-40-talet. XX-talet V.I. Vernadsky utvecklade materialistiska idéer om noosfären. Han menade att noosfären uppstår som ett resultat av samspelet mellan biosfären och samhället, styrs av det nära förhållandet mellan naturlagarna, tänkandet och samhällets socioekonomiska lagar, och betonade att

noosphere (sinnets sfär) - utvecklingsstadiet för biosfären, när människors intelligenta aktivitet kommer att bli den främsta avgörande faktorn för dess hållbara utveckling.

Noosfären är ett nytt, högre stadium av biosfären, förknippat med mänsklighetens uppkomst och utveckling i den, som genom att känna till naturlagarna och förbättra teknologin blir den största kraften i skala jämförbar med geologiska, och börjar ha en avgörande inflytande på förloppet av processer på jorden, djupgående förändra det med sitt arbete. Människans bildning och utveckling tog sig uttryck i uppkomsten av nya former av utbyte av materia och energi mellan samhälle och natur, i människans ständigt ökande inverkan på biosfären. Noosfären kommer när mänskligheten med hjälp av vetenskapen på ett meningsfullt sätt kan hantera naturliga och sociala processer. Därför kan noosfären inte betraktas som ett speciellt jordskal.

Vetenskapen om relationshantering Mänskligt samhälle och naturen kallas noogenics.

Huvudmålet för noogenics är planering av nuet för framtidens skull, och dess huvuduppgifter är att korrigera kränkningar i förhållandet mellan människa och natur orsakade av teknikens framsteg, den medvetna kontrollen av biosfärens utveckling . Ett planerat, vetenskapligt underbyggt utnyttjande av naturresurserna bör utformas som möjliggör återställande i kretsloppet av ämnen av det som har kränkts av människan, i motsats till en spontan, rovdjursinställning till naturen, vilket leder till miljöförstöring. För detta är det nödvändigt hållbar utveckling ett samhälle som tillgodoser dagens behov utan att äventyra framtida generationers möjligheter att tillgodose sina behov.

För närvarande har planeten bildats biotechnosphere - en del av biosfären, radikalt omvandlad av människan till ingenjörsstrukturer: städer, fabriker och fabriker, stenbrott och gruvor, vägar, dammar och reservoarer, etc.

BIOSFÄR OCH MÄNNISKAN

Biosfären för människan är och livsmiljö och källa till naturresurser.

Naturliga resurser – naturliga föremål och fenomen som en person använder i arbetsprocessen. De ger människor mat, kläder, skydd. Beroende på graden av utmattning delas de in i outtömlig och outtömlig . Uttömmande resurser är uppdelade i förnybar Och icke-förnybar . Icke-förnybara resurser inkluderar de resurser som inte återupplivas (eller förnyas hundratals gånger långsammare än de förbrukas): olja, kol, metallmalmer och de flesta mineraler. Förnyelsebar Naturliga resurser jord, växtlighet och djurvärlden, mineraliska råvaror (bordssalt). Dessa resurser fylls ständigt på med olika hastighet: djur - flera år, skogar - 60-80 år, jordar som har förlorat fertilitet - i flera årtusenden. Att överskrida konsumtionshastigheten över reproduktionshastigheten leder till att resursen helt försvinner.

Outtömlig resurser inkluderar vatten, klimat ( atmosfärisk luft och vindenergi) och rymden: solstrålning, energin från tidvatten och tidvatten. Den växande föroreningen av miljön kräver dock att miljöåtgärder genomförs för att bevara dessa resurser.

Att tillfredsställa mänskliga behov är otänkbart utan exploatering av naturresurser.

Alla typer av mänsklig aktivitet i biosfären kan kombineras i fyra former.

1. Ändra strukturen på jordens yta(plogning av mark, dränering av vattendrag, avskogning, byggande av kanaler). Mänskligheten håller på att bli en mäktig geologisk kraft. En person använder 75 % av marken, 15 % av flodvattnet, 20 hektar skog huggs ner varje minut.

· Geologiska och geomorfologiska förändringar - intensifiering av bildandet av raviner, utseende och frekvens av slamflöden och jordskred.

· Komplexa (landskaps)förändringar - kränkning av landskapens integritet och naturliga struktur, unika naturmonument, förlust av produktiv mark, ökenspridning.