Vilken roll spelar materiens stora geologiska cykel? Biologiska och geologiska kretslopp

Sida 1

En stor geologisk cykel involverar sedimentära bergarter på djupet jordskorpan, under lång tid stänga av de element som finns i dem från det biologiska kretsloppssystemet. Under den geologiska historiens lopp förstörs de omvandlade sedimentära bergarterna, återigen på jordens yta, gradvis av aktiviteten hos levande organismer, vatten och luft, och ingår återigen i biosfärens kretslopp.

En stor geologisk cykel sker över hundratusentals eller miljoner år. Den består av följande: stenar förstörs, vittras och sköljs så småningom bort av vattenflöden i haven. Här avsätts de på botten och bildar sedimentära bergarter och återvänder endast delvis till land med organismer som avlägsnats från vattnet av människor eller andra djur.

I hjärtat av en stor geologisk cykel är processen att överföra mineralföreningar från en plats till en annan på planetarisk skala utan deltagande av levande materia.

Utöver den lilla cirkulationen finns en stor, geologisk cirkulation. Vissa ämnen kommer in i jordens djupa lager (genom havens bottensediment eller på annat sätt), där långsamma omvandlingar sker med bildandet av olika föreningar, mineraliska och organiska. Processerna i den geologiska cykeln stöds huvudsakligen av jordens inre energi, dess aktiva kärna. Samma energi bidrar till frigörandet av ämnen till jordens yta. Därmed stängs en stor cirkulation av ämnen. Det tar miljontals år.

Beträffande hastigheten och intensiteten av den stora geologiska cirkulationen av ämnen finns det för närvarande, oavsett hur exakta uppgifter som kan ges, endast ungefärliga uppskattningar, och då endast för den exogena komponenten av det allmänna kretsloppet, d.v.s. utan att ta hänsyn till inflödet av materia från manteln till jordskorpan.

Detta kol deltar i en stor geologisk cykel. Detta kol, i en liten biotisk cykel, upprätthåller gasbalansen i biosfären och livet i allmänhet.

Fast avrinning från några floder i världen.

Bidraget från biosfäriska och teknosfäriska komponenter till den stora geologiska cykeln av jordens ämnen är mycket betydande: det sker en ständigt progressiv tillväxt av teknosfäriska komponenter på grund av expansionen av sfären för mänsklig produktionsaktivitet.

Eftersom det huvudsakliga teknobio-geokemiska flödet på jordens yta riktas inom ramen för en stor geologisk cirkulation av ämnen för 70% av landet i havet och för 30% - in i slutna avloppsfria fördjupningar, men alltid från högre till lägre höjder, som ett resultat av verkan av gravitationskrafter, respektive differentiering av jordskorpans materia från höga till låga höjder, från land till hav. Omvända flöden (atmosfärisk transport, mänsklig aktivitet, tektoniska rörelser, vulkanism, migration av organismer) komplicerar i viss mån denna allmänna nedåtgående rörelse av materia, skapar lokala migrationscykler, men förändrar den inte i allmänhet.

Cirkulationen av vatten mellan land och hav genom atmosfären hänvisar till en stor geologisk cykel. Vatten avdunstar från havens yta och överförs antingen till land, där det faller i form av nederbörd, som återigen går tillbaka till havet i form av yt- och underjordisk avrinning, eller faller i form av nederbörd till ytan av havet. Mer än 500 tusen km3 vatten deltar i vattnets kretslopp på jorden varje år. Vattnets kretslopp som helhet spelar en stor roll för att forma de naturliga förhållandena på vår planet. Med hänsyn till växternas transpiration av vatten och dess absorption i det biogeokemiska kretsloppet förfaller hela vattenförsörjningen på jorden och återställs på 2 miljoner år.

Enligt hans formulering utvecklas ämnens biologiska kretslopp på en del av banan för ett stort geologiskt kretslopp av ämnen i naturen.

Överföringen av materia med yt- och grundvatten är den huvudsakliga geokemiska differentieringsfaktorn i termer av volym, men inte den enda, och om vi talar om den stora geologiska cirkulationen av ämnen på jordens yta som helhet, så spelar flöden en mycket betydande roll. roll i den, särskilt havs- och atmosfärisk transport.

Beträffande hastigheten och intensiteten av den stora geologiska cirkulationen av ämnen är det för närvarande omöjligt att ge några exakta uppgifter, det finns bara ungefärliga uppskattningar, och då endast för den exogena komponenten av den allmänna cykeln, d.v.s. utan att ta hänsyn till inflödet av materia från manteln till jordskorpan. Den exogena komponenten i den stora geologiska cirkulationen av ämnen är den ständigt pågående processen med denudering av jordens yta.

Stora (geologiska) och små (biogeokemiska) kretslopp av materia

Alla ämnen på vår planet är i cirkulationsprocessen. Solenergi orsakar två cykler av materia på jorden:

Stor (geologisk eller abiotisk);

Liten (biotisk, biogen eller biologisk).

Materiens cykler och flöden av kosmisk energi skapar stabiliteten i biosfären. Cykeln av fast materia och vatten, som uppstår som ett resultat av inverkan av abiotiska faktorer (den livlösa naturen), kallas den stora geologiska cykeln. Med en stor geologisk cykel (miljontals år flyter) förstörs stenar, vittras ut, ämnen löses upp och kommer in i världshavet; geotektoniska förändringar äger rum, kontinenternas förlisning, havsbottens höjning. Vattnets cykeltid i glaciärer är 8 000 år, i floder - 11 dagar. Det är den stora cirkulationen som förser levande organismer med näringsämnen och till stor del bestämmer förutsättningarna för deras existens.

En stor geologisk cykel i biosfären kännetecknas av två viktiga punkter: syre kol geologisk

• a) utförs under hela jordens geologiska utveckling;
• b) är en modern planetarisk process som tar en ledande del i ytterligare utveckling biosfär.

I det nuvarande skedet av mänsklig utveckling, som ett resultat av en stor cirkulation, transporteras även föroreningar över långa avstånd - oxider av svavel och kväve, damm, radioaktiva föroreningar. Territorierna med tempererade breddgrader på norra halvklotet utsattes för den största föroreningen.

En liten, biogen eller biologisk cirkulation av ämnen sker i fasta, flytande och gasformiga faser med deltagande av levande organismer. Det biologiska kretsloppet, i motsats till det geologiska kretsloppet, kräver mindre energi. Ett litet kretslopp är en del av ett stort, förekommer på biogeocenosnivå (inom ekosystem) och ligger i det faktum att marknäring, vatten, kol ackumuleras i växtmaterial och går åt till att bygga kroppen. Förfall produkter organiskt material sönderdelas till mineralkomponenter. Det lilla kretsloppet är inte slutet, vilket är förknippat med att ämnen och energi kommer in i ekosystemet utifrån och med att en del av dem släpps ut i det biosfäriska kretsloppet.

Många kemiska element och deras föreningar är involverade i stora och små cykler, men de viktigaste av dem är de som bestämmer biosfärens nuvarande utvecklingsstadium, förknippad med mänsklig ekonomisk aktivitet. Dessa inkluderar kretsloppen av kol, svavel och kväve (deras oxider är de främsta föroreningarna i atmosfären), såväl som fosfor (fosfater är den huvudsakliga föroreningen i kontinentala vatten). Nästan alla föroreningar fungerar som skadliga, och de klassas som främlingsfientliga. För närvarande är cyklerna av främlingsfientliga ämnen - giftiga element - kvicksilver (en livsmedelsförorening) och bly (en komponent i bensin) av stor betydelse. Dessutom kommer många ämnen av antropogent ursprung (DDT, bekämpningsmedel, radionuklider etc.) in i den lilla cirkulationen från den stora cirkulationen, vilket skadar biota och människors hälsa.

Kärnan i den biologiska cykeln är flödet av två motsatta, men relaterade processer - skapandet av organiskt material och dess förstörelse av levande materia.

Till skillnad från den stora cykeln har den lilla en annan varaktighet: säsongsbetonade, årliga, fleråriga och sekulära små cykler urskiljs. Cirkulationen av kemikalier från den oorganiska miljön genom vegetation och djur tillbaka till den oorganiska miljön med hjälp av solenergin från kemiska reaktioner kallas det biogeokemiska kretsloppet.

Vår planets nutid och framtid beror på levande organismers deltagande i biosfärens funktion. I ämnenas kretslopp levande materia, eller biomassa, utför biogeokemiska funktioner: gas, koncentration, redox och biokemisk.

Den biologiska cykeln sker med deltagande av levande organismer och består i reproduktion av organiskt material från oorganiskt och nedbrytning av detta organiska till oorganiskt genom den trofiska näringskedjan. Intensiteten av produktions- och destruktionsprocesser i det biologiska kretsloppet beror på mängden värme och fukt. Till exempel beror den låga nedbrytningshastigheten av organiskt material i polarområdena på värmebrist.

En viktig indikator på intensiteten av den biologiska cykeln är cirkulationshastigheten för kemiska element. Intensiteten kännetecknas av ett index som är lika med förhållandet mellan massan av skogsskräp och strö. Ju högre index, desto lägre intensitet på cykeln.

Index i barrskogar - 10 - 17; bredbladiga 3 - 4; savann inte mer än 0,2; fuktiga tropiska skogar inte mer än 0,1, d.v.s. här är den biologiska cykeln den mest intensiva.

Flödet av grundämnen (kväve, fosfor, svavel) genom mikroorganismer är en storleksordning högre än genom växter och djur. Den biologiska cykeln är inte helt reversibel, den är nära relaterad till den biogeokemiska cykeln. Kemiska element cirkulerar i biosfären längs olika vägar i den biologiska cykeln:

• - absorberas av levande materia och laddas med energi;
• - lämna levande materia, frigöra energi till den yttre miljön.

Dessa cykler är av två typer: cirkulationen av gasformiga ämnen; sedimentär cykel (reserv i jordskorpan).

Själva cyklerna består av två delar:

• - reservfond (detta är en del av ämnet som inte är förknippat med levande organismer);
• - mobil (utbytes)fond (en mindre del av ämnet i samband med direkt utbyte mellan organismer och deras omedelbara miljö).

Cykler är indelade i:

• - kretslopp av gastyp med en reservfond i jordskorpan (cykler av kol, syre, kväve) - kapabel till snabb självreglering;
• - sedimentära cykler med en reservfond i jordskorpan (cirkulationer av fosfor, kalcium, järn, etc.) - är mer inerta, huvuddelen av ämnet är i en form "otillgänglig" för levande organismer.

Cykler kan också delas in i:

• - stängd (cirkulation av gasformiga ämnen, till exempel syre, kol och kväve - en reserv i atmosfären och hydrosfären i havet, så att bristen snabbt kompenseras);
• - öppen (att skapa en reservfond i jordskorpan, t.ex. fosfor - därför kompenseras förluster dåligt, d.v.s. ett underskott skapas).

Energibasen för existensen av biologiska cykler på jorden och deras första länk är fotosyntesprocessen. Varje ny cirkulationscykel är inte en exakt upprepning av den föregående. Till exempel, under utvecklingen av biosfären, var några av processerna irreversibla, vilket resulterade i bildandet och ackumuleringen av biogen nederbörd, en ökning av mängden syre i atmosfären, en förändring i de kvantitativa förhållandena mellan isotoper av ett antal element osv.

Cirkulationen av ämnen kallas vanligtvis för biogeokemiska kretslopp. De huvudsakliga biogeokemiska (biosfäriska) kretsloppen av ämnen: vattnets kretslopp, syrecykeln, kvävets kretslopp (deltagande av kvävefixerande bakterier), kolets kretslopp (deltagande av aeroba bakterier; årligen släpps cirka 130 ton kol ut i det geologiska området kretsloppet), fosforcykeln (medverkan av jordbakterier; årligen sköljs 14 miljoner ton fosfor ut ur haven), svavelcykeln, metallkatjonernas kretslopp.

Vattnets kretslopp

Vattnets kretslopp är ett slutet kretslopp som kan utföras, som nämnts ovan, även i frånvaro av liv, men levande organismer modifierar det.

Cykeln bygger på principen att total avdunstning kompenseras av nederbörd. För planeten som helhet balanserar avdunstning och nederbörd varandra. Samtidigt avdunstar mer vatten från havet än som återkommer med nederbörd. På land, tvärtom, faller mer nederbörd, men överskottet rinner ut i sjöar och floder och därifrån igen i havet. Balansen av fukt mellan kontinenter och hav upprätthålls av flodavrinning.

Den globala hydrologiska cykeln har alltså fyra huvudflöden: nederbörd, avdunstning, fuktöverföring och transpiration.

Vatten - det vanligaste ämnet i biosfären - fungerar inte bara som en livsmiljö för många organismer, utan är också integrerad del alla levande varelsers kroppar. Trots vattnets enorma betydelse i alla livsprocesser som sker i biosfären spelar inte levande materia någon avgörande roll i det stora vattnets kretslopp på jordklotet. Drivkraften för denna cykel är solens energi, som spenderas på avdunstning av vatten från ytan av vattenbassänger eller land. Förångad fukt kondenserar i atmosfären i form av vindblåsta moln; När molnen svalnar faller nederbörden.

Den totala mängden fritt obundet vatten (andelen hav och hav där flytande saltvatten) står för 86 till 98 %. Resten av vattnet (sötvatten) lagras i polarlock och glaciärer och bildar vattenbassänger och dess grundvatten. Nederbörd som faller på ytan av mark täckt med vegetation hålls delvis kvar av bladytan och avdunstar sedan till atmosfären. Fukt som når marken kan gå med ytavrinning eller absorberas av jorden. Helt absorberad av jorden (detta beror på typen av jord, egenskaper hos stenar och vegetationstäcke), kan överskott av sediment sippra djupt ner i grundvattnet. Om mängden nederbörd överstiger fuktkapaciteten i de övre lagren av marken, börjar ytavrinning, vars hastighet beror på markens tillstånd, sluttningens branthet, nederbördens varaktighet och vegetationens karaktär ( växtlighet kan skydda jorden från vattenerosion). Vatten som fångas i jorden kan avdunsta från dess yta eller, efter absorption av växtrötter, transpireras (avdunsta) till atmosfären genom löven.

Transpirationsflödet av vatten (jord - växtrötter - löv - atmosfär) är vattnets huvudväg genom levande materia i dess stora cirkulation på vår planet.

Kolets kretslopp

Hela variationen av organiska ämnen, biokemiska processer och livsformer på jorden beror på kolets egenskaper och egenskaper. Kolinnehållet i de flesta levande organismer är cirka 45 % av deras torra biomassa. All levande materia på planeten är involverad i kretsloppet av organisk materia och allt kol på jorden, som kontinuerligt uppstår, muterar, dör, sönderdelas, och i denna sekvens överförs kol från en organisk substans till konstruktionen av en annan längs näringskedja. Dessutom andas allt levande och frigör koldioxid.

Kolets kretslopp på land. Kolets kretslopp upprätthålls genom fotosyntes av landväxter och oceaniskt växtplankton. Genom att absorbera koldioxid (fixera oorganiskt kol) använder växter energin från solljus för att omvandla det till organiska föreningar - skapar sin egen biomassa. På natten andas växter, precis som allt levande, och släpper ut koldioxid.

Döda växter, lik och exkrementer från djur tjänar som föda för många heterotrofa organismer (djur, saprofytväxter, svampar, mikroorganismer). Alla dessa organismer lever huvudsakligen i jorden och skapar under livets gång sin egen biomassa, som inkluderar organiskt kol. De släpper också ut koldioxid, vilket skapar "jordandning". Ofta bryts inte dött organiskt material helt ned och humus (humus) ansamlas i jordar, vilket spelar en viktig roll för markens bördighet. Graden av mineralisering och befuktning av organiska ämnen beror på många faktorer: luftfuktighet, temperatur, fysikaliska egenskaper jord, sammansättning av organiska rester m.m. Under inverkan av bakterier och svampar kan humus sönderdelas till koldioxid och mineralföreningar.

Kolets kretslopp i haven. Kolkretsloppet i havet skiljer sig från det på land. I havet, den svaga länken av organismer med högre trofiska nivåer, och därför alla länkar i kolcykeln. Kolets transittid genom havets trofiska länk är kort, och mängden koldioxid som frigörs är obetydlig.

Havet spelar rollen som den främsta regulatorn av koldioxidhalten i atmosfären. Det sker ett intensivt utbyte av koldioxid mellan havet och atmosfären. Havsvatten har en stor upplösningskraft och buffertkapacitet. Systemet som består av kolsyra och dess salter (karbonater) är ett slags depå av koldioxid, kopplat till atmosfären genom diffusion av CO? från vatten till atmosfär och vice versa.

Fytoplanktonfotosyntes pågår intensivt i havet under dagen, medan fri koldioxid konsumeras intensivt, tjänar karbonater som en ytterligare källa till dess bildning. På natten, med en ökning av innehållet av fri syra på grund av andningen av djur och växter, kommer en betydande del av det igen in i karbonatsammansättningen. De pågående processerna går i följande riktningar: levande materia? CO?? H?CO?? Sa(NSO?)?? CaCO?.

I naturen genomgår en viss mängd organiskt material inte mineralisering till följd av syrebrist, hög surhet i miljön, specifika begravningsförhållanden etc. En del av kolet lämnar det biologiska kretsloppet i form av oorganiska (kalksten, krita, koraller) och organiska (skiffer, olja, kol) avlagringar.

Mänsklig aktivitet gör betydande förändringar i kolkretsloppet på vår planet. Landskap, typer av vegetation, biocenoser och deras näringskedjor förändras, stora områden av markytan dräneras eller bevattnas, markens bördighet förbättras (eller försämras), gödningsmedel och bekämpningsmedel appliceras, etc. Det farligaste är utsläppet av koldioxid till atmosfären som ett resultat av bränsleförbränning. Detta ökar hastigheten för kolcykeln och förkortar dess cykel.

Syrecykel

Syre är en förutsättning för att det ska finnas liv på jorden. Det ingår i nästan alla biologiska föreningar, deltar i biokemiska reaktioner av oxidation av organiska ämnen, ger energi för alla vitala processer av organismer i biosfären. Syre säkerställer andningen av djur, växter och mikroorganismer i atmosfären, marken, vattnet, deltar i kemiska oxidationsreaktioner som sker i stenar, jordar, silt, akviferer.

Huvudgrenarna av syrecykeln:

• - bildandet av fritt syre under fotosyntesen och dess absorption under andningen av levande organismer (växter, djur, mikroorganismer i atmosfären, mark, vatten);
• - bildandet av en ozonskärm;
• - skapande av redoxzonering;
• - oxidation av kolmonoxid under vulkanutbrott, ackumulering av sedimentära sulfatstenar, syreförbrukning i mänskliga aktiviteter, etc.; överallt är molekylärt syre involverat i fotosyntesen.

kvävets kretslopp

Kväve är en del av biologiskt viktiga organiska ämnen i alla levande organismer: proteiner, nukleinsyror, lipoproteiner, enzymer, klorofyll, etc. Trots innehållet av kväve (79%) i luften är det bristfälligt för levande organismer.

Kväve i biosfären är i gasform (N2) otillgänglig för organismer - det är kemiskt lågaktivt, därför kan det inte direkt användas av högre växter (och de flesta lägre växter) och djurvärlden. Växter tar upp kväve från jorden i form av ammoniumjoner eller nitratjoner, d.v.s. så kallat fixerat kväve.

Det finns atmosfärisk, industriell och biologisk kvävefixering.

Atmosfärisk fixering sker när atmosfären joniseras av kosmisk strålning och vid kraftiga elektriska urladdningar under åskväder, medan kväve och ammoniakoxider bildas från luftens molekylära kväve, som på grund av atmosfärisk nederbörd omvandlas till ammonium, nitrit, nitratkväve och komma in i marken och vattenbassängerna.

Industriell fixering uppstår som ett resultat av mänskliga aktiviteter. Atmosfären är förorenad med kväveföreningar av växter som producerar kväveföreningar. Heta utsläpp från värmekraftverk, fabriker, rymdfarkoster, överljudsflygplan oxiderar kväve i luften. Kväveoxider, som interagerar med luftvattenånga med nederbörd, återgår till marken, kommer in i jorden i jonform.

Biologisk fixering spelar en stor roll i kvävets kretslopp. Det utförs av jordbakterier:

• - kvävefixerande bakterier (och blågröna alger);
• - mikroorganismer som lever i symbios med högre växter (knölbakterier);
• - ammonifiering;
• - nitrifierande;
• - denitrifierande.

Fritt levande i jorden, kvävefixerande aeroba (existerar i närvaro av syre) bakterier (Azotobacter) kan fixera atmosfäriskt molekylärt kväve på grund av energin som erhålls från oxidation av markens organiska material under andning, och slutligen binder det med väte och införa det i form av en aminogrupp (- NH2) i sammansättningen av aminosyror i din kropp. Molekylärt kväve är också kapabelt att fixera vissa anaeroba (lever i frånvaro av syre) bakterier som finns i jorden (Clostridium). Döende, både dessa och andra mikroorganismer berikar jorden med organiskt kväve.

Blågröna alger, som är särskilt viktiga för jordmånen på risfälten, är också kapabla till biologisk fixering av molekylärt kväve.

Den mest effektiva biologiska fixeringen av atmosfäriskt kväve sker i bakterier som lever i symbios i knölar hos baljväxter (knölbakterier).

Dessa bakterier (Rizobium) använder värdväxtens energi för att fixera kväve samtidigt som de förser värdens markbundna organ med tillgängliga kväveföreningar.

Assimilerade kväveföreningar från jorden i nitrat- och ammoniumform, växter bygger de nödvändiga kvävehaltiga föreningarna i sin kropp (nitratkväve i växtceller återställs preliminärt). Producerande växter levererar kvävehaltiga ämnen till hela djurvärlden och mänskligheten. Döda växter används, enligt den trofiska kedjan, av bioreducerare.

Ammonifierande mikroorganismer bryter ner organiska ämnen som innehåller kväve (aminosyror, urea) med bildning av ammoniak. En del av det organiska kvävet i marken mineraliseras inte, utan omvandlas till humusämnen, bitumen och komponenter i sedimentära bergarter.

Ammoniak (som ammoniumjon) kan komma in i växternas rotsystem eller användas i nitrifikationsprocesser.

Nitrifierande mikroorganismer är kemosyntetiska ämnen, de använder energin från ammoniakoxidation till nitrater och nitriter till nitrater för att säkerställa alla livsprocesser. På grund av denna energi återställer nitrifikatorer koldioxid och bygger upp de organiska ämnena i kroppen. Oxidation av ammoniak under nitrifikation fortskrider enligt följande reaktioner:

NH? + 3O? ? 2HNO? + 2H20 + 600 kJ (148 kcal).

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

Nitrater som bildas i nitrifikationsprocesserna går igen in i den biologiska cykeln, absorberas från jorden av växternas rötter eller efter att ha kommit in med vattenavrinning i vattenbassänger - växtplankton och fytobentos.

Tillsammans med organismer som fixerar atmosfäriskt kväve och nitrifierar det, finns det mikroorganismer i biosfären som kan reducera nitrater eller nitriter till molekylärt kväve. Sådana mikroorganismer, kallade denitrifierare, med brist på fritt syre i vatten eller jord, använder syre från nitrater för att oxidera organiska ämnen:

C?H??O2(glukos) + 24KNO? ? 24KHCO? + 6CO? + 12N? + 18H2O + energi

Den energi som frigörs samtidigt fungerar som grunden för all vital aktivitet hos denitrifierande mikroorganismer.

Levande ämnen spelar alltså en exceptionell roll i alla led i kretsloppet.

För närvarande spelar människans industriella fixering av atmosfäriskt kväve en allt viktigare roll för jordars kvävebalans och följaktligen i hela kvävekretsloppet i biosfären.

Fosforcykeln

Fosforcykeln är enklare. Medan reservoaren av kväve är luft, är fosforreservoaren stenar, från vilka den frigörs under erosion.

Kol, syre, väte och kväve migrerar lättare och snabbare i atmosfären, eftersom de är i gasform och bildar gasformiga föreningar i biologiska kretslopp. För alla andra grundämnen, utom svavel, som är nödvändiga för existensen av levande materia, är bildningen av gasformiga föreningar i biologiska cykler okarakteristisk. Dessa grundämnen migrerar huvudsakligen i form av joner och molekyler lösta i vatten.

Fosfor, assimilerad av växter i form av ortofosforsyrajoner, spelar en viktig roll i livet för alla levande organismer. Det är en del av ADP, ATP, DNA, RNA och andra föreningar.

Fosforcykeln i biosfären är öppen. I terrestra biogeocenoser, fosfor, efter att ha absorberats av växter från jorden, näringskedjan kommer åter in i jorden i form av fosfater. Huvudmängden fosfor absorberas återigen av växternas rotsystem. Delvis kan fosfor spolas ut med avrinning av regnvatten från marken till vattenbassänger.

I naturliga biogeocenoser råder ofta brist på fosfor och i en alkalisk och oxiderad miljö finns det oftast i form av olösliga föreningar.

En stor mängd fosfater innehåller stenar i litosfären. Vissa av dem passerar gradvis in i jorden, några är utvecklade av människan för produktion av fosfatgödselmedel, de flesta av dem lakas och tvättas in i hydrosfären. Där används de av växtplankton och relaterade organismer på olika trofiska nivåer av komplexa näringskedjor.

I världshavet sker förlusten av fosfater från det biologiska kretsloppet på grund av avlagring av växt- och djurrester på stora djup. Eftersom fosfor huvudsakligen rör sig från litosfären till hydrosfären med vatten, migrerar den till litosfären biologiskt (äter fisk av sjöfåglar, använder bentiska alger och fiskmjöl som gödningsmedel, etc.).

Av alla element i växternas mineralnäring kan fosfor anses vara bristfälligt.

Svavelcykel

För levande organismer är svavel av stor betydelse, eftersom det är en del av de svavelhaltiga aminosyrorna (cystin, cystein, metionin, etc.). Eftersom svavelhaltiga aminosyror ingår i proteinsammansättningen bibehåller de den nödvändiga tredimensionella strukturen hos proteinmolekyler.

Svavel absorberas av växter från jorden endast i oxiderad form, i form av en jon. I växter reduceras svavel och ingår i aminosyror i form av sulfhydryl (-SH) och disulfid (-S-S-) grupper.

Djur tillgodogör sig endast reducerat svavel, som är en del av organiskt material. Efter döden av växt- och djurorganismer återgår svavel till jorden, där det, som ett resultat av aktiviteten hos många former av mikroorganismer, genomgår omvandlingar.

Under aeroba förhållanden oxiderar vissa mikroorganismer organiskt svavel till sulfater. Sulfatjoner, som absorberas av växternas rötter, ingår återigen i den biologiska cykeln. Vissa sulfater kan inkluderas i vattenmigration och avlägsnas från jorden. I jordar rika på humusämnen finns en betydande mängd svavel i organiska föreningar, vilket förhindrar dess urlakning.

Under anaeroba förhållanden ger sönderdelningen av organiska svavelföreningar vätesulfid. Om sulfater och organiska ämnen befinner sig i en syrefri miljö, aktiveras aktiviteten hos sulfatreducerande bakterier. De använder syre från sulfater för att oxidera organiskt material och på så sätt få den energi som krävs för deras existens.

Sulfatreducerande bakterier är vanliga i grundvatten, silt och stillastående havsvatten. Svavelväte är ett gift för de flesta levande organismer, så dess ansamling i vattenfylld jord, sjöar, flodmynningar, etc. minskar eller till och med helt stoppar vitala processer. Ett sådant fenomen observeras i Svarta havet på ett djup under 200 m från dess yta.

Sålunda, för att skapa en gynnsam miljö, är det nödvändigt att oxidera svavelväte till sulfatjoner, vilket kommer att förstöra den skadliga effekten av svavelväte, svavel kommer att förvandlas till en form tillgänglig för växter - i form av sulfatsalter. Denna roll utförs i naturen av en speciell grupp svavelbakterier (färglösa, gröna, lila) och tioniska bakterier.

Färglösa svavelbakterier är kemosyntetiska: de använder energin som erhålls från oxidationen av svavelväte med syre till elementärt svavel och dess ytterligare oxidation till sulfater.

Färgade svavelbakterier är fotosyntetiska organismer som använder svavelväte som vätedonator för att minska koldioxid.

Det resulterande elementära svavlet i gröna svavelbakterier frigörs från cellerna, i lila bakterier ackumuleras det inuti cellerna.

Den övergripande reaktionen av denna process är fotoreduktion:

CO2+ 2H2S ljus? (CH2O) + H2O +2S.

Tionbakterier oxiderar elementärt svavel och dess olika reducerade föreningar till sulfater på bekostnad av fritt syre, och återför det till huvudströmmen av den biologiska cykeln.

I processerna i den biologiska cykeln, där svavel omvandlas, spelar levande organismer, särskilt mikroorganismer, en enorm roll.

Den huvudsakliga svavelreservoaren på vår planet är världshavet, eftersom sulfatjoner kontinuerligt kommer in i den från jorden. En del av svavlet från havet återvänder till land genom atmosfären enligt schemat vätesulfid - oxiderar det till svaveldioxid - löser upp det senare i regnvatten med bildandet av svavelsyra och sulfater - återför svavel med nederbörd till jordens jordtäcke.

Cykel av oorganiska katjoner

Förutom de grundläggande elementen som utgör levande organismer (kol, syre, väte, fosfor och svavel) är många andra makro- och mikroelement - oorganiska katjoner - livsnödvändiga. I vattenbassänger får växter de metallkatjoner de behöver direkt från miljö. På land är den huvudsakliga källan till oorganiska katjoner jorden, som tog emot dem i processen för förstörelse av förälderstenar. Hos växter flyttar de katjoner som absorberas av rotsystemen till bladen och andra organ; några av dem (magnesium, järn, koppar och ett antal andra) är en del av biologiskt viktiga molekyler (klorofyll, enzymer); andra, som förblir i en fri form, deltar i att upprätthålla de nödvändiga kolloidala egenskaperna hos cellers protoplasma och utför olika andra funktioner.

När levande organismer dör återvänder oorganiska katjoner till jorden i processen för mineralisering av organiska ämnen. Förlusten av dessa komponenter från marken uppstår som ett resultat av urlakning och avlägsnande av metallkatjoner med regnvatten, avstötning och avlägsnande av organiskt material av människor under odling av jordbruksväxter, avverkning, gräsklippning för djurfoder, etc.

Rationell användning av mineralgödsel, markåtervinning, applicering av organiska gödningsmedel och lämplig jordbruksteknik kommer att bidra till att återställa och upprätthålla balansen mellan oorganiska katjoner i biosfärens biocenoser.

Antropogen cykling: cykling av främlingsfientliga ämnen (kvicksilver, bly, krom)

Mänskligheten är en del av naturen och kan bara existera i ständig interaktion med den.

Det finns likheter och motsättningar mellan den naturliga och antropogena cirkulationen av materia och energi som förekommer i biosfären.

Den naturliga (biogeokemiska) livscykeln har följande egenskaper:

• - användningen av solenergi som en livskälla och alla dess manifestationer baserade på termodynamiska lagar;
• - det utförs utan avfall, d.v.s. alla produkter av dess vitala aktivitet mineraliseras och återinkluderas i nästa cykel av ämnens cirkulation. Samtidigt tas förbrukad, devalverad termisk energi bort utanför biosfären. Under ämnens biogeokemiska kretslopp genereras avfall, d.v.s. reserver i form av kol, olja, gas och andra mineraltillgångar. Till skillnad från det avfallsfria naturliga kretsloppet, åtföljs det antropogena kretsloppet av en ökning av avfallet varje år.

Det finns inget värdelöst eller skadligt i naturen, även vulkanutbrott har fördelar, eftersom de nödvändiga elementen (till exempel kväve) kommer in i luften med vulkaniska gaser.

Det finns en lag om global stängning av den biogeokemiska cirkulationen i biosfären, som är giltig i alla stadier av dess utveckling, såväl som en regel för att öka stängningen av den biogeokemiska cirkulationen under successionen.

Människor spelar en enorm roll i den biogeokemiska cykeln, men i motsatt riktning. Människan bryter mot de existerande cyklerna av ämnen, och detta manifesterar hennes geologiska kraft - destruktiv i förhållande till biosfären. Som ett resultat av antropogen aktivitet minskar graden av isolering av biogeokemiska cykler.

Den antropogena cykeln är inte begränsad till energin av solljus som fångas av planetens gröna växter. Mänskligheten använder energin från bränsle, vattenkraft och kärnkraftverk.

Det kan hävdas att antropogen aktivitet i nuvarande skede är en enorm destruktiv kraft för biosfären.

Biosfären har en speciell egenskap - betydande motståndskraft mot föroreningar. Denna stabilitet är baserad på de olika komponenternas naturliga förmåga naturlig miljö till självrening och självläkning. Men inte gränslöst. Den möjliga globala krisen orsakade behovet av att bygga en matematisk modell av biosfären som helhet ("Gaia"-systemet) för att få information om biosfärens möjliga tillstånd.

Ett främlingsfientligt medel är ett ämne främmande för levande organismer som uppstår som ett resultat av antropogen aktivitet (bekämpningsmedel, hushållskemikalier och andra föroreningar), som kan orsaka störningar av biotiska processer, inkl. sjukdom eller död. Sådana föroreningar genomgår inte biologisk nedbrytning, utan ackumuleras i trofiska kedjor.

Kvicksilver är ett mycket sällsynt grundämne. Den är spridd i jordskorpan och endast i ett fåtal mineraler, såsom cinnober, finns i koncentrerad form. Kvicksilver är involverat i materiens kretslopp i biosfären, migrerar i gasform och i vattenlösningar.

Det kommer in i atmosfären från hydrosfären under avdunstning, under utsläpp från cinnober, med vulkaniska gaser och gaser från termiska källor. En del av det gasformiga kvicksilvret i atmosfären går över i den fasta fasen och avlägsnas från luften. Nedfallet kvicksilver absorberas av jordar, särskilt lera, vatten och stenar. I brännbara mineraler - olja och kol - innehåller kvicksilver upp till 1 mg / kg. I vattenmassa hav cirka 1,6 miljarder ton, i bottensediment - 500 miljarder ton, i plankton - 2 miljoner ton. Cirka 40 tusen ton transporteras av flodvatten från land varje år, vilket är 10 gånger mindre än vad som kommer in i atmosfären under avdunstning (400 tusen ton). Omkring 100 tusen ton faller på landytan årligen.

Kvicksilver har förvandlats från en naturlig del av den naturliga miljön till ett av de mest farliga av människan skapade utsläppen till biosfären för människors hälsa. Det används i stor utsträckning inom metallurgi, kemisk, elektrisk, elektronisk, massa- och pappers- och läkemedelsindustri och används för tillverkning av sprängämnen, fernissor och färger, såväl som inom medicin. Industriella avloppsvatten och utsläpp till atmosfären, tillsammans med kvicksilvergruvor, kvicksilverproduktionsanläggningar och värmekraftverk (kraftvärme och pannhus) som använder kol, olja och oljeprodukter, är de viktigaste källorna till biosfärföroreningar med denna giftiga komponent. Dessutom är kvicksilver en ingrediens i organiska kvicksilverbekämpningsmedel som används inom jordbruket för att behandla frön och skydda grödor från skadedjur. Det kommer in i människokroppen med mat (ägg, inlagd spannmål, kött av djur och fåglar, mjölk, fisk).

Kvicksilver i vatten och bottensediment i floder

Det har konstaterats att cirka 80 % av kvicksilvret som kommer in i naturliga vattenförekomster är i löst form, vilket i slutändan bidrar till att det sprids över långa avstånd tillsammans med vattenflöden. Det rena grundämnet är giftfritt.

Kvicksilver finns oftare i bottenslamvatten i relativt ofarliga koncentrationer. Oorganiska kvicksilverföreningar omvandlas till giftiga organiska kvicksilverföreningar, såsom metylkvicksilver CH?Hg och etylkvicksilver C?H?Hg, av bakterier som lever i detritus och sediment, i bottenslammet i sjöar och floder, i slemmet som täcker kropparna av fisk, och även i fisk magslem. Dessa föreningar är lättlösliga, rörliga och mycket giftiga. Den kemiska grunden för kvicksilverets aggressiva verkan är dess affinitet för svavel, särskilt med vätesulfidgruppen i proteiner. Dessa molekyler binder till kromosomer och hjärnceller. Fisk och skaldjur kan samla dem till farliga nivåer för den som äter dem, vilket orsakar Minamatas sjukdom.

Metallkvicksilver och dess oorganiska föreningar verkar huvudsakligen på levern, njurarna och tarmkanalen, men under normala förhållanden utsöndras de relativt snabbt från kroppen och mängden som är farlig för människokroppen hinner inte ackumuleras. Metylkvicksilver och andra alkylkvicksilverföreningar är mycket farligare, eftersom ackumulering sker - toxinet kommer in i kroppen snabbare än det utsöndras från kroppen och verkar på det centrala nervsystemet.

Bottensediment är en viktig egenskap akvatiska ekosystem. Genom att ackumulera tungmetaller, radionuklider och mycket giftiga organiska ämnen bidrar bottensediment å ena sidan till självrening vattenmiljöer, och å andra sidan representerar de en konstant källa till sekundär förorening av vattendrag. Bottensediment är ett lovande analysobjekt, vilket speglar ett långsiktigt föroreningsmönster (särskilt i långsamt strömmande vattendrag). Dessutom observeras ansamling av oorganiskt kvicksilver i bottensediment särskilt i flodmynningar. En spänd situation kan uppstå när sedimentens adsorptionskapacitet (slam, nederbörd) är uttömd. När adsorptionskapaciteten är uppnådd, tungmetaller, inkl. kvicksilver kommer ner i vattnet.

Det är känt att under marina anaeroba förhållanden i sedimenten av döda alger, fäster kvicksilver väte och går över i flyktiga föreningar.

Med deltagande av mikroorganismer kan metalliskt kvicksilver metyleras i två steg:

CH?Hg+ ? (CH?)?Hg

Metylkvicksilver förekommer i miljön praktiskt taget endast under metylering av oorganiskt kvicksilver.

Den biologiska halveringstiden för kvicksilver är lång, den är 70-80 dagar för de flesta vävnader i människokroppen.

Stora fiskar, som svärdfisk och tonfisk, är kända för att vara förorenade med kvicksilver tidigt i näringskedjan. Samtidigt är det inte utan intresse att notera att kvicksilver i ännu större utsträckning än i fisk ansamlas (ackumuleras) i ostron.

Kvicksilver kommer in i människokroppen genom andning, med mat och genom huden enligt följande schema:

För det första sker en omvandling av kvicksilver. Detta element förekommer naturligt i flera former.

Metalliskt kvicksilver, som används i termometrar, och dess oorganiska salter (t.ex. klorid) elimineras relativt snabbt från kroppen.

Mycket giftigare är alkylkvicksilverföreningar, särskilt metyl- och etylkvicksilver. Dessa föreningar utsöndras mycket långsamt från kroppen - endast cirka 1% av den totala mängden per dag. Även om det mesta av kvicksilvret som kommer in i naturliga vatten är i form av oorganiska föreningar, hamnar det alltid i fiskar i form av det mycket giftigare metylkvicksilvret. Bakterier i bottenslammet i sjöar och floder, i slemmet som täcker fiskens kroppar, samt i slemmet i fiskmagen, kan omvandla oorganiska kvicksilverföreningar till metylkvicksilver.

För det andra höjer selektiv ackumulering, eller biologisk ackumulering (koncentration), kvicksilverhalten i fisk och skaldjur till nivåer som är många gånger högre än i vikvatten. Fisk och skaldjur som lever i floden ackumulerar metylkvicksilver till koncentrationer som är farliga för människor som använder dem som mat.

% av världens fiskfångst innehåller kvicksilver i en mängd som inte överstiger 0,5 mg/kg och 95 % - under 0,3 mg/kg. Nästan allt kvicksilver i fisk är i form av metylkvicksilver.

Med tanke på kvicksilverföreningarnas olika toxicitet för människor i livsmedel är det nödvändigt att fastställa oorganiskt (totalt) och organiskt bundet kvicksilver. Vi bestämmer endast den totala kvicksilverhalten. Enligt medicinska och biologiska krav är kvicksilverhalten i sötvattensrovfisk tillåten 0,6 mg/kg, i havsfisk - 0,4 mg/kg, i sötvattensfisk endast 0,3 mg/kg, och i tonfisk upp till 0,7 mg /kg kg. I produkter barnmat innehållet av kvicksilver bör inte överstiga 0,02 mg/kg i konserverat kött, 0,15 mg/kg i konserverad fisk, i resten - 0,01 mg/kg.

Bly finns i nästan alla komponenter i den naturliga miljön. Den innehåller 0,0016% i jordskorpan. Den naturliga blyhalten i atmosfären är 0,0005 mg/m3. Det mesta avsätts med damm, cirka 40% faller med atmosfärisk nederbörd. Växter får bly från jord, vatten och atmosfäriskt nedfall, medan djur får bly från växter och vatten. Metall kommer in i människokroppen med mat, vatten och damm.

De främsta källorna till blyföroreningar i biosfären är bensinmotorer, vars avgaser innehåller trietylbly, värmekraftverk som bränner kol, gruvdrift, metallurgisk och kemisk industri. En betydande mängd bly införs i jorden tillsammans med avlopp används som gödningsmedel. För att släcka den brinnande reaktorn i kärnkraftverket i Tjernobyl användes även bly som kom in i luftpoolen och spreds över stora områden. Med en ökning av miljöföroreningar med bly ökar dess avlagring i ben, hår och lever.

Krom. Det farligaste är giftigt krom (6+), som mobiliseras i sura och alkaliska jordar, i söta och marina vatten. I havsvatten är krom 10–20 % representerat av Cr (3+)-formen, 25–40 % av Cr (6+) och 45–65 % av den organiska formen. I pH-området 5 - 7 dominerar Cr (3+) och vid pH > 7 - Cr (6+). Det är känt att Cr (6+) och organiska kromföreningar inte utfälls tillsammans med järnhydroxid i havsvatten.

Naturliga kretslopp av ämnen är praktiskt taget slutna. I naturliga ekosystem spenderas materia och energi sparsamt, och avfallet från vissa organismer är en viktig förutsättning för andras existens. Det antropogena kretsloppet av ämnen åtföljs av en enorm förbrukning av naturresurser och en stor mängd avfall som orsakar miljöföroreningar. Skapandet av även de mest avancerade behandlingsanläggningarna löser inte problemet, så det är nödvändigt att utveckla lågavfalls- och avfallsfria tekniker som gör det möjligt att göra det antropogena kretsloppet så slutet som möjligt. Teoretiskt är det möjligt att skapa en avfallsfri teknik, men lågavfallsteknologier är verkliga.

Anpassning till naturfenomen

Anpassningar är olika anpassningar till miljön som utvecklas av organismer (från de enklaste till de högsta) i evolutionsprocessen. Förmågan att anpassa sig är en av de levandes huvudsakliga egenskaper, vilket ger möjlighet till deras existens.

De viktigaste faktorerna som utvecklar anpassningsprocessen inkluderar: ärftlighet, variation, naturligt (och artificiellt) urval.

Toleransen kan förändras om kroppen går in i andra yttre förhållanden. Att komma in i sådana förhållanden, efter ett tag, vänjer han sig vid det, så att säga, anpassar sig till dem (från lat. anpassning - att anpassa sig). Konsekvensen av detta är en förändring av bestämmelserna för det fysiologiska optimumet.

Organismers egenskap att anpassa sig till existens inom ett visst område av miljöfaktorer kallas ekologisk plasticitet.

Ju bredare intervallet av den ekologiska faktorn inom vilken en given organism kan leva, desto större är dess ekologiska plasticitet. Beroende på graden av plasticitet särskiljs två typer av organismer: stenobiont (stenoeks) och eurybiont (euryeks). Sålunda är stenobionter ekologiskt icke-plastiska (exempelvis lever flundra endast i saltvatten, och crucian karp endast i sötvatten), d.v.s. korthärdig, och eurybionts är ekologiskt plastiska, d.v.s. är mer härdiga (t.ex. kan den trekantiga klibbeten leva i både söt- och saltvatten).

Anpassningar är flerdimensionella, eftersom en organism måste anpassa sig till många olika miljöfaktorer samtidigt.

Det finns tre huvudsakliga sätt att anpassa organismer till miljöförhållanden: aktiva; passiv; undvikande av negativa effekter.

Den aktiva vägen för anpassning är förstärkning av motstånd, utveckling av regulatoriska processer som gör det möjligt att utföra alla kroppens vitala funktioner, trots faktorns avvikelse från det optimala. Till exempel upprätthåller varmblodiga djur en konstant kroppstemperatur - optimalt för de biokemiska processer som förekommer i den.

Den passiva vägen för anpassning är underordnandet av organismers vitala funktioner till förändringar i miljöfaktorer. Till exempel, under ogynnsamma miljöförhållanden, går många organismer in i ett tillstånd av anabios ( dolt liv), där ämnesomsättningen i kroppen praktiskt taget stannar (tillståndet för vintervila, insekters stupor, viloläge, bevarande av sporer i jorden i form av sporer och frön).

Undvikande av negativa effekter - utvecklingen av anpassningar, beteendet hos organismer (anpassning), som hjälper till att undvika ogynnsamma förhållanden. I det här fallet kan anpassningar vara: morfologiska (kroppens struktur förändras: modifiering av bladen på en kaktus), fysiologiska (kamelen förser sig med fukt på grund av oxidation av fettreserver), etologisk (förändringar i beteende: säsongsbetonad) fågelvandringar, vinterdvala).

Levande organismer är väl anpassade till periodiska faktorer. Icke-periodiska faktorer kan orsaka sjukdom och till och med död hos organismen (till exempel droger, bekämpningsmedel). Men vid långvarig exponering kan anpassning till dem också förekomma.

Organismer anpassade till dagliga, säsongsbetonade, tidvattenrytmer, solaktivitetsrytmer, månfaser och andra strikt periodiska fenomen. Så säsongsanpassning särskiljs som säsongsvariation i naturen och tillståndet av vintervila.

Säsongsvariationer i naturen. Det ledande värdet för växter och djur i anpassningen av organismer är den årliga temperaturvariationen. Den period som är gynnsam för livet, i genomsnitt för vårt land, varar cirka sex månader (vår, sommar). Redan före ankomsten av stabil frost börjar en period av vintervila i naturen.

Vintervila. Vintervila är inte bara ett upphörande av utvecklingen till följd av låga temperaturer, utan en komplex fysiologisk anpassning, som endast sker i ett visst utvecklingsstadium. Till exempel övervintrar malariamyggan och nässelfjärilen i vuxeninsektsstadiet, kålfjärilen i puppstadiet och zigenarmalen i äggstadiet.

Biorytmer. Varje art i evolutionsprocessen har utvecklat en karakteristisk årlig cykel av intensiv tillväxt och utveckling, reproduktion, förberedelse för vintern och övervintring. Detta fenomen kallas biologisk rytm. Sammanträffandet av varje period av livscykeln med motsvarande årstid är avgörande för artens existens.

Huvudfaktorn i regleringen av säsongscykler hos de flesta växter och djur är förändringen av dygnets längd.

Biorytmer är:

exogena (externa) rytmer (uppstår som en reaktion på periodiska förändringar i miljön (byte av dag och natt, årstider, solaktivitet) endogena (inre rytmer) genereras av kroppen själv

I sin tur är endogena indelade i:

Fysiologiska rytmer (hjärtslag, andning, endokrina körtlar, DNA, RNA, proteinsyntes, enzymer, celldelning, etc.)

Ekologiska rytmer (dagliga, årliga, tidvatten, mån, etc.)

Processerna med DNA, RNA, proteinsyntes, celldelning, hjärtslag, andning, etc. har rytm. Yttre influenser kan skifta faserna i dessa rytmer och ändra deras amplitud.

Fysiologiska rytmer varierar beroende på kroppens tillstånd, medan miljörytmer är mer stabila och motsvarar externa rytmer. Med endogena rytmer kan kroppen navigera i tid och förbereda sig i förväg för de kommande förändringarna i miljön - det här är kroppens biologiska klocka. Många levande organismer kännetecknas av dygnsrytm och dygnsrytm.

Dygnsrytmer (dygnsrytm) - återkommande intensiteter och natur av biologiska processer och fenomen med en period på 20 till 28 timmar. Dygnsrytmer är förknippade med aktiviteten hos djur och växter under dagen och beror som regel på temperatur och ljusintensitet. Till exempel, fladdermössen flyger i skymningen och vilar under dagen, många planktoniska organismer stannar vid vattenytan på natten, och går ner i djupet under dagen.

Säsongsbetonade biologiska rytmer är förknippade med ljusets inverkan - fotoperioden. Organismens reaktion på dygnets längd kallas fotoperiodism. Fotoperiodism är en vanlig viktig anpassning som reglerar säsongsfenomen i en mängd olika organismer. Studiet av fotoperiodism hos växter och djur visade att organismers reaktion på ljus är baserad på växlingen av perioder av ljus och mörker av en viss varaktighet under dagen. Organismers (från encelliga till människor) reaktion på dygnets och nattens längd visar att de kan mäta tid, d.v.s. har någon slags biologisk klocka. Den biologiska klockan, förutom säsongscykler, styr många andra biologiska fenomen, bestämmer den korrekta dagliga rytmen för både aktiviteten hos hela organismer och processer som sker även på cellnivå, i synnerhet celldelningar.

En universell egenskap hos allt levande, från virus och mikroorganismer till högre växter och djur, är förmågan att ge mutationer - plötsliga, naturliga och artificiellt orsakade, ärvda förändringar i det genetiska materialet, vilket leder till en förändring av vissa tecken på organismen. Mutationsvariabilitet uppfyller inte miljövillkor och bryter i regel mot befintliga anpassningar.

Många insekter hamnar i diapaus (ett långt stopp i utvecklingen) i ett visst utvecklingsstadium, vilket inte bör förväxlas med ett vilotillstånd under ogynnsamma förhållanden. Reproduktionen av många marina djur påverkas av månens rytmer.

Cirkaniska (nästan årliga) rytmer är återkommande förändringar i intensiteten och naturen hos biologiska processer och fenomen med en period på 10 till 13 månader.

Det fysiska och psykologiska tillståndet hos en person har också en rytmisk karaktär.

Den störda rytmen av arbete och vila minskar effektiviteten och har en negativ effekt på människors hälsa. Det mänskliga tillståndet i extrema förhållanden kommer att bero på graden av hans beredskap för dessa förhållanden, eftersom det praktiskt taget inte finns tid för anpassning och återhämtning.

TILL endogen processer inkluderar: magmatism, metamorfism (verkan av höga temperaturer och tryck), vulkanism, rörelsen av jordskorpan (jordbävningar, bergsbyggnad).

TILL exogen- vittring, aktiviteten hos atmosfäriska och ytvatten hav, hav, djur, växtorganismer och speciellt människan - teknogenes.

Samspelet mellan interna och externa processer bildas materiens stora geologiska cykel.

Under endogena processer bildas bergssystem, högland, oceaniska fördjupningar, under exogena processer förstörs magmatiska bergarter, förstörelseprodukterna flyttar in i floder, hav, hav och sedimentära bergarter bildas. Som ett resultat av jordskorpans rörelse sjunker sedimentära bergarter ner i djupa lager, genomgår metamorfisprocesser (verkan av höga temperaturer och tryck) och metamorfa bergarter bildas. I djupare lager förvandlas de till smält ...
tillstånd (magmatisering). Sedan, som ett resultat av vulkaniska processer, kommer de in i litosfärens övre skikt, på dess yta i form av magmatiska bergarter. Det är så jordbildande bergarter bildas och olika former lättnad.

Stenar, från vilken jorden bildas, kallas jordbildande eller förälder. Enligt bildningsförhållandena är de indelade i tre grupper: magmatiska, metamorfa och sedimentära.

Magmatiska stenar består av föreningar av kisel, Al, Fe, Mg, Ca, K, Na. Beroende på förhållandet mellan dessa föreningar särskiljs sura och basiska bergarter.

Syra (graniter, lipariter, pegmatiter) har ett högt innehåll av kiseldioxid (mer än 63%), kalium- och natriumoxider (7-8%), kalcium- och Mg-oxider (2-3%). De är ljusa och bruna till färgen. Jordarna som bildas av sådana stenar har en lös struktur, hög surhet och är infertila.

De huvudsakliga magmatiska bergarterna (basalter, dunit, perioditer) kännetecknas av en låg halt av SiO 2 (40-60%), en ökad halt av CaO och MgO (upp till 20%), järnoxider (10-20%), Na2O och K2O mindre än 30%.

Jordarna som bildas på vittringsprodukterna från de viktigaste stenarna har en alkalisk och neutral reaktion, mycket humus och hög fertilitet.

Magmatiska bergarter utgör 95 % av den totala massan av stenar, men som jordbildande bergarter upptar de små områden (i bergen).

metamorfiska stenar, bildas som ett resultat av omkristallisation av magmatiska och sedimentära bergarter. Dessa är marmor, gnejs, kvarts. De upptar en liten andel som jordbildande stenar.

Sedimentära stenar. Deras bildande beror på processerna för vittring av magmatiska och metamorfa bergarter, överföring av vittringsprodukter genom vatten, glaciala och luftflöden och avsättning på landytan, på botten av hav, hav, sjöar, i flodslätter.

Enligt deras sammansättning är sedimentära bergarter uppdelade i klastisk, kemogen och biogen.

klastiska avlagringar skiljer sig i storleken på skräp och partiklar: dessa är stenblock, stenar, grus, krossad sten, sand, lera och lera.

Kemogena avlagringar bildas som ett resultat av utfällning av salter från vattenlösningar i havsvikar, sjöar i varma klimat eller som ett resultat av kemiska reaktioner.

Dessa inkluderar halogenider (sten och kaliumsalt), sulfater (gips, anhydrid), karbonater (kalksten, märgel, dolomiter), silikater, fosfater. Många av dem är råvaror för tillverkning av cement, kemiska gödningsmedel och används som jordbruksmalmer.

Biogena avlagringar bildas från ansamlingar av rester av växter och djur. Dessa är: karbonat (biogena kalkstenar och krita), kiselhaltiga (dolomit) och kolhaltiga bergarter (kol, torv, sapropel, olja, gas).

De huvudsakliga genetiska typerna av sedimentära bergarter är:

1. Eluvialavlagringar- vittringsprodukter av stenar som finns kvar på arket av deras bildning. Eluviumet är beläget på toppen av vattendelaren, där utspolningen är svagt uttryckt.

2. deluviala avlagringar- Erosionsprodukter avsatta av tillfälliga strömmar av regn och smältvatten i den nedre delen av sluttningarna.

3. proluviala fyndigheter- bildas som ett resultat av överföring och avsättning av vittringsprodukter av tillfälliga bergsfloder och översvämningar vid foten av sluttningarna.

4. Alluviala avlagringar- bildas som ett resultat av avsättning av vittringsprodukter genom att flodvatten kommer in i dem med ytavrinning.

5. Lakustrinavlagringar– bottensediment av sjöar. Silt med hög halt av organiskt material (15-20%) kallas sapropeller.

6. marina sediment- bottensediment i haven. Under havens reträtt (transgression) förblir de som jordbildande stenar.

7. Glaciala (glaciala) eller moränavlagringar- produkter av vittring av olika bergarter, förskjutna och avsatta av glaciären. Detta är ett osorterat grovkornigt rödbrunt eller grått material med inneslutningar av stenar, stenblock och småsten.

8. Fluvioglaciala (vattenglaciala) avlagringar tillfälliga strömmar och slutna reservoarer som bildas under glaciärens avsmältning.

9. Täck leror tillhör extraglaciala avlagringar och betraktas som avlagringar av grunt vatten nära glaciala översvämningar av smältvatten. De överlappar maddern ovanifrån med ett lager på 3-5 m. De är gulbruna till färgen, välsorterade, innehåller inga stenar och stenblock. Jordar på täckjordar är bördigare än på madder.

10. Lössar och lössliknande lerjordar kännetecknas av svagt gul färg, hög halt av silt och siltiga fraktioner, lös struktur, hög porositet, hög halt av kalciumkarbonater. På dem bildades bördig grå skog, kastanjejordar, chernozemer och gråjordar.

11. Eoliska avlagringar bildas som ett resultat av vindens inverkan. Vindens destruktiva aktivitet består av korrosion (slipning, slipning av stenar) och deflation (blåsning och transport av små jordpartiklar med vinden). Båda dessa processer tillsammans utgör vinderosion.

Grundläggande scheman, formler etc. som illustrerar innehållet: presentation med fotografier av vittringstyper.

Frågor för självkontroll:

1. Vad är vittring?

2. Vad är magmatisering?

3. Vad är skillnaden mellan fysisk och kemisk vittring?

4. Vilken är materiens geologiska cykel?

5. Beskriv jordens struktur?

6. Vad är magma?

7. Vilka lager består jordens kärna av?

8. Vad är raser?

9. Hur klassificeras raser?

10. Vad är löss?

11. Vad är en fraktion?

12. Vilka egenskaper kallas organoleptiska?

Huvudsakliga:

1. Dobrovolsky V.V. Geography of Soils with Fundamentals of Soil Science: Lärobok för gymnasier. - M .: Humanit. ed. Center VLADOS, 1999.-384 sid.

2. Markvetenskap / Ed. ÄR. Kaurichev. M. Agropromiadat ed. 4. 1989.

3. Markvetenskap / Ed. V.A. Kovdy, B.G. Rozanov i 2 delar M. Higher School 1988.

4. Glazovskaya M.A., Gennadiev A.I. Geography of Soils with Fundamentals of Soil Science, Moscow State University. 1995

5. Rode A.A., Smirnov V.N. Markvetenskap. M. Higher School, 1972

Ytterligare:

1. Glazovskaya M.A. Allmän markvetenskap och markgeografi. M. High School 1981

2. Kovda V.A. Grunderna i läran om jordar. M. Science. 1973

3. Liverovsky A.S. Jordar i Sovjetunionen. M. Thought 1974

4. Rozanov B. G. Jordtäcket av jordklotet. M. ed. W. 1977

5. Aleksandrova L.N., Naydenova O.A. Laborationer och praktiska lektioner i markvetenskap. L. Agropromizdat. 1985

En stor geologisk cykel av mineralämnen och vatten fortsätter under påverkan av ett stort antal abiotiska faktorer.

4.3.1. Cirkulation av ämnen i ett stort geologiskt kretslopp.

Enligt teorin om litosfäriska plattor består jordens yttre skal av flera mycket stora block (plattor). Denna teori antar förekomsten av horisontella rörelser av kraftfulla litosfäriska plattor, 100-150 km tjocka.

Samtidigt, inom mitthavsryggarna, den så kallade sprickzonen. Det finns en bristning och separation av litosfäriska plattor med bildandet av en ung oceanisk skorpa

Detta fenomen kallas havsbottenspridning. Således stiger ett flöde av mineralämnen från mantelns djup och bildar unga kristallina stenar.

I motsats till denna process, i zonen med djupa havsgravar, stöter en del av kontinentalskorpan ständigt på en annan, vilket åtföljs av nedsänkningen av den perifera delen av plattan i manteln, det vill säga en del av det fasta materialet. av jordskorpan övergår i sammansättningen av jordmanteln. Processen som sker i oceaniska djuphavsgravar kallas subduktion av oceanskorpan.

Vattnets kretslopp på planeten fungerar kontinuerligt och överallt. Drivkrafterna för vattnets kretslopp är termisk energi och gravitation. Under påverkan av värme sker avdunstning, kondensering av vattenånga och andra processer, som förbrukar cirka 50 % av energin som kommer från solen. Under påverkan av gravitationen - regndroppars fall, flödet av floder, rörelsen av jord och grundvatten. Ofta verkar dessa orsaker tillsammans, till exempel verkar både termiska processer och gravitation på den atmosfäriska cirkulationen av vatten.

4.3.2. Cykeln av element i den livlösa naturen

Det utförs på två sätt: vatten- och luftmigrering. Luftmigranter inkluderar: syre, väte, kväve, jod.

Vattenvandrare inkluderar de ämnen som migrerar huvudsakligen i jordar, yt- och grundvatten huvudsakligen i form av molekyler och joner: natrium, magnesium, aluminium, kisel, fosfor, svavel, klor, kalium, mangan, järn, kobolt, nickel, strontium, bly etc. Luftvandrare är också en del av de salter som vandrar i vattnet. Luftmigrering är dock mer typisk för dem.

4.4 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 den enorma transformativa geologiska rollen av levande materia. 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. Genom att passera stora volymer luft och naturliga lösningar genom sina kroppar, utför levande organismer biogen migration (förflyttning av kemikalier) och koncentrationen av kemiska element 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. Det vidare ödet för denna energi är kopplat till överföringen av mat organiskt material 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 kosmos, 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 utvinner ur miljön de ämnen som är nödvändiga för liv 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 det här fallet sker en överföring av energi och materia längs länkarna i näringskedjan, vilket vi diskuterade mer i detalj tidigare.

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 cykler är sammankopplade - de existerar som en enda process, vilket ger upphov till cirkulation av ämnen, de så kallade biogeokemiska cyklerna (BGCC). 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, alla kemiska grundämnen uppdelad 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 skapar 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%. Sålunda är huvuddelen av elementen migranter som utför cirkulation i det geografiska höljet, och några av de inerta elementen är mycket små.

Spridda element, kännetecknade av dominansen av fria atomer. De går in i 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 en integrerad del av 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 stördes balansen i det biologiska kretsloppet när, på grund av vissa naturliga förhållanden, katastrofer, inte alla biologiska produkter assimilerades och omvandlades. 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 SUBSTANS

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. Stadiet är förknippat med förekomsten av 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 att hantera förhållandet mellan det mänskliga samhället och naturen kallas noogenics.

Huvudmålet för noogenics är planering av nuet för framtidens skull, och dess huvuduppgifter är korrigering av 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. Förnybar Naturliga resurser- jord, flora och fauna, mineraler (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, energi från havsvatten och lågvatten. 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.