วัฏจักรทางธรณีวิทยาที่ยิ่งใหญ่ สารานุกรมขนาดใหญ่ของน้ำมันและก๊าซ

วัฏจักรขนาดใหญ่ (ทางธรณีวิทยา) และวัฏจักรขนาดเล็ก (ชีวเคมี) ของสสาร

สารทั้งหมดบนโลกของเราอยู่ในกระบวนการหมุนเวียน พลังงานแสงอาทิตย์ทำให้เกิดวัฏจักรของสสารบนโลกสองรอบ:

ขนาดใหญ่ (ทางธรณีวิทยาหรือไม่มีชีวิต);

ขนาดเล็ก (ไบโอติก ไบโอจีนิก หรือชีวภาพ)

วัฏจักรของสสารและการไหลของพลังงานจักรวาลสร้างความมั่นคงของชีวมณฑล วัฏจักรของของแข็งและน้ำซึ่งเกิดขึ้นจากการกระทำของปัจจัยที่ไม่มีชีวิต (ธรรมชาติที่ไม่มีชีวิต) เรียกว่าวัฏจักรทางธรณีวิทยาที่ยิ่งใหญ่ ด้วยวัฏจักรทางธรณีวิทยาขนาดใหญ่ (ไหลเป็นล้านปี) หินจะถูกทำลาย ผุกร่อน สารต่างๆ ละลายและเข้าสู่มหาสมุทรโลก การเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยากำลังเกิดขึ้น การจมของทวีป การเพิ่มขึ้นของก้นทะเล วัฏจักรของน้ำในธารน้ำแข็งคือ 8,000 ปีในแม่น้ำ - 11 วัน เป็นการไหลเวียนขนาดใหญ่ที่ให้สารอาหารแก่สิ่งมีชีวิตและกำหนดเงื่อนไขสำหรับการดำรงอยู่ของพวกมันเป็นส่วนใหญ่

วัฏจักรทางธรณีวิทยาขนาดใหญ่ในชีวมณฑลมีลักษณะสำคัญสองประการ: ธรณีวิทยาคาร์บอนออกซิเจน

• ก) ดำเนินการตลอด การพัฒนาทางธรณีวิทยาโลก;
• b) เป็นกระบวนการของดาวเคราะห์สมัยใหม่ที่มีส่วนสำคัญ การพัฒนาต่อไปชีวมณฑล

ในขั้นตอนปัจจุบันของการพัฒนามนุษย์ เนื่องจากการหมุนเวียนจำนวนมาก สารมลพิษยังถูกขนส่งเป็นระยะทางไกล เช่น ออกไซด์ของกำมะถันและไนโตรเจน ฝุ่น สิ่งสกปรกที่มีกัมมันตภาพรังสี ดินแดนของละติจูดพอสมควรของซีกโลกเหนืออยู่ภายใต้มลพิษที่ยิ่งใหญ่ที่สุด

การไหลเวียนของสารขนาดเล็กทางชีวภาพหรือทางชีวภาพเกิดขึ้นในเฟสของแข็งของเหลวและก๊าซโดยมีส่วนร่วมของสิ่งมีชีวิต วัฏจักรชีวภาพนั้นตรงกันข้ามกับวัฏจักรทางธรณีวิทยา คือต้องการพลังงานน้อยกว่า วัฏจักรขนาดเล็กเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรขนาดใหญ่ เกิดขึ้นที่ระดับไบโอจีโอซีโนส (ภายในระบบนิเวศ) และอยู่ในข้อเท็จจริงที่ว่าธาตุอาหารในดิน น้ำ คาร์บอนสะสมอยู่ในสสารของพืชและถูกใช้ไปในการสร้างร่างกาย ผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของสารอินทรีย์จะสลายตัวเป็นส่วนประกอบของแร่ธาตุ วัฏจักรขนาดเล็กไม่ได้ปิดซึ่งเกี่ยวข้องกับการเข้าสู่ระบบนิเวศของสารและพลังงานจากภายนอกและด้วยการปล่อยสารบางส่วนเข้าสู่วงจรชีวมณฑล

องค์ประกอบทางเคมีและสารประกอบจำนวนมากมีส่วนร่วมในวัฏจักรขนาดใหญ่และขนาดเล็ก แต่ที่สำคัญที่สุดคือองค์ประกอบที่กำหนดขั้นตอนการพัฒนาชีวมณฑลในปัจจุบันซึ่งเกี่ยวข้องกับกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ ซึ่งรวมถึงวัฏจักรของคาร์บอน ซัลเฟอร์ และไนโตรเจน (ออกไซด์ของพวกมันเป็นสารก่อมลพิษหลักในชั้นบรรยากาศ) เช่นเดียวกับฟอสฟอรัส (ฟอสเฟตเป็นสารก่อมลพิษหลักของน่านน้ำภาคพื้นทวีป) สารก่อมลพิษเกือบทั้งหมดมีพฤติกรรมที่เป็นอันตราย และสารเหล่านี้จัดอยู่ในประเภทซีโนไบโอติก ปัจจุบัน วัฏจักรของซีโนไบโอติกส์ - องค์ประกอบที่เป็นพิษ - ปรอท (สารปนเปื้อนในอาหาร) และตะกั่ว (ส่วนประกอบของน้ำมันเบนซิน) มีความสำคัญอย่างยิ่ง นอกจากนี้ สารจำนวนมากที่มาจากมนุษย์ (ดีดีที สารกำจัดศัตรูพืช สารกัมมันตภาพรังสี ฯลฯ) เข้าสู่การไหลเวียนขนาดเล็กจากการไหลเวียนขนาดใหญ่ ซึ่งก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตและสุขภาพของมนุษย์

สาระสำคัญของวัฏจักรชีวภาพคือการไหลของสองกระบวนการที่ตรงกันข้าม แต่สัมพันธ์กัน - การสร้างสารอินทรีย์และการทำลายโดยสิ่งมีชีวิต

ตรงกันข้ามกับวัฏจักรขนาดใหญ่ วัฏจักรเล็กมีระยะเวลาแตกต่างกัน: วัฏจักรเล็กตามฤดูกาล ประจำปี รอบยืนต้น และฆราวาส การหมุนเวียนของสารเคมีจากสิ่งแวดล้อมอนินทรีย์ผ่านพืชและสัตว์กลับสู่สิ่งแวดล้อมอนินทรีย์โดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ปฏิกริยาเคมีเรียกว่าวัฏจักรชีวธรณีเคมี

ปัจจุบันและอนาคตของโลกขึ้นอยู่กับการมีส่วนร่วมของสิ่งมีชีวิตในการทำงานของชีวมณฑล ในการหมุนเวียนของสาร สิ่งมีชีวิต หรือชีวมวล ทำหน้าที่ทางชีวธรณีเคมี: ก๊าซ ความเข้มข้น รีดอกซ์ และชีวเคมี

วัฏจักรทางชีวภาพเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของสิ่งมีชีวิตและประกอบด้วยการสืบพันธุ์ของสารอินทรีย์จากอนินทรีย์และการสลายตัวของสารอินทรีย์นี้เป็นอนินทรีย์ผ่านห่วงโซ่อาหาร ความรุนแรงของกระบวนการผลิตและการทำลายในวงจรชีวภาพขึ้นอยู่กับปริมาณความร้อนและความชื้น ตัวอย่างเช่น อัตราการสลายตัวของสารอินทรีย์ที่ต่ำในบริเวณขั้วโลกขึ้นอยู่กับการขาดดุลของความร้อน

ตัวบ่งชี้ที่สำคัญของความเข้มของวัฏจักรชีวภาพคืออัตราการไหลเวียนขององค์ประกอบทางเคมี ความเข้มนั้นถูกกำหนดโดยดัชนีเท่ากับอัตราส่วนของมวลของขยะในป่าต่อขยะ ยิ่งดัชนีสูงเท่าใด ความเข้มของวัฏจักรก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น

ดัชนีในป่าสน - 10 - 17; ใบกว้าง 3 - 4; ทุ่งหญ้าสะวันนาไม่เกิน 0.2; ป่าเขตร้อนชื้นไม่เกิน 0.1 เช่น ที่นี่มีวัฏจักรทางชีววิทยาที่รุนแรงที่สุด

การไหลของธาตุ (ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส กำมะถัน) ผ่านจุลินทรีย์เป็นลำดับความสำคัญที่สูงกว่าผ่านพืชและสัตว์ วัฏจักรทางชีวภาพไม่สามารถย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ มันสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับวัฏจักรชีวธรณีเคมี องค์ประกอบทางเคมีหมุนเวียนในชีวมณฑลตามเส้นทางต่างๆ ของวัฏจักรชีวภาพ:

• - ดูดซับโดยสิ่งมีชีวิตและชาร์จด้วยพลังงาน
• - ทิ้งสิ่งมีชีวิตปล่อยพลังงานสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก

วัฏจักรเหล่านี้มีสองประเภท: การหมุนเวียนของสารที่เป็นก๊าซ วัฏจักรตะกอน (สำรองในเปลือกโลก)

วัฏจักรประกอบด้วยสองส่วน:

• - ทุนสำรอง (เป็นส่วนหนึ่งของสารที่ไม่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต)
• - กองทุนเคลื่อนที่ (แลกเปลี่ยน) (ส่วนเล็ก ๆ ของสารที่เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนโดยตรงระหว่างสิ่งมีชีวิตและสภาพแวดล้อมใกล้เคียง)

รอบแบ่งออกเป็น:

• - วัฏจักรประเภทก๊าซที่มีทุนสำรองในเปลือกโลก (วัฏจักรของคาร์บอน ออกซิเจน ไนโตรเจน) - สามารถควบคุมตนเองได้อย่างรวดเร็ว
• - วัฏจักรตะกอนที่มีทุนสำรองในเปลือกโลก (การไหลเวียนของฟอสฟอรัส แคลเซียม เหล็ก ฯลฯ) - เฉื่อยกว่า สารส่วนใหญ่อยู่ในรูปแบบ "ไม่สามารถเข้าถึงได้" สำหรับสิ่งมีชีวิต

รอบสามารถแบ่งออกเป็น:

• - ปิด (การหมุนเวียนของสารที่เป็นก๊าซ เช่น ออกซิเจน คาร์บอน และไนโตรเจน - สำรองในชั้นบรรยากาศและไฮโดรสเฟียร์ของมหาสมุทร ดังนั้นการขาดแคลนจึงได้รับการชดเชยอย่างรวดเร็ว)
• - เปิด (การสร้างทุนสำรองในเปลือกโลกเช่นฟอสฟอรัส - ดังนั้นการชดเชยการสูญเสียจึงไม่ดีเช่น การขาดดุลถูกสร้างขึ้น)

พื้นฐานพลังงานสำหรับการดำรงอยู่ของวัฏจักรทางชีวภาพบนโลกและการเชื่อมโยงเริ่มต้นคือกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง การหมุนเวียนรอบใหม่แต่ละรอบจะไม่ซ้ำกับรอบก่อนหน้าอย่างแน่นอน ตัวอย่างเช่น ในระหว่างวิวัฒนาการของชีวมณฑล กระบวนการบางอย่างไม่สามารถย้อนกลับได้ ส่งผลให้เกิดการก่อตัวและการสะสมของฝนที่ก่อตัวทางชีวภาพ การเพิ่มขึ้นของปริมาณออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ การเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนเชิงปริมาณของไอโซโทปของจำนวนหนึ่ง องค์ประกอบ ฯลฯ

การหมุนเวียนของสารเรียกกันโดยทั่วไปว่า วัฏจักรชีวธรณีเคมี วัฏจักรชีวธรณีเคมีหลัก (ชีวสเฟียร์) ของสาร: วัฏจักรน้ำ วัฏจักรออกซิเจน วัฏจักรไนโตรเจน (การมีส่วนร่วมของแบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจน) วัฏจักรคาร์บอน (การมีส่วนร่วมของแบคทีเรียแอโรบิก คาร์บอนประมาณ 130 ตันต่อปีถูกปล่อยสู่ธรณีวิทยา วัฏจักรฟอสฟอรัส (การมีส่วนร่วมของแบคทีเรียในดิน ฟอสฟอรัส 14 ล้านตันต่อปีถูกชะล้างออกจากมหาสมุทร) วัฏจักรกำมะถัน วัฏจักรของโลหะไอออนบวก

วัฏจักรของน้ำ

วัฏจักรของน้ำเป็นวัฏจักรปิดที่สามารถดำเนินการได้ดังที่ได้กล่าวมาแล้วแม้ในสภาวะที่ไม่มีชีวิตแต่สิ่งมีชีวิตก็ปรับเปลี่ยน

วัฏจักรนี้ขึ้นอยู่กับหลักการที่การระเหยทั้งหมดจะถูกชดเชยด้วยการตกตะกอน สำหรับโลกโดยรวม การระเหยและการตกตะกอนจะสมดุลซึ่งกันและกัน ในขณะเดียวกัน น้ำระเหยออกจากมหาสมุทรมากกว่ากลับมาพร้อมกับหยาดน้ำฟ้า ในทางตรงกันข้ามบนบกมีฝนตกมากขึ้น แต่ส่วนเกินจะไหลลงสู่ทะเลสาบและแม่น้ำและจากที่นั่นลงสู่มหาสมุทรอีกครั้ง ความสมดุลของความชื้นระหว่างทวีปและมหาสมุทรได้รับการดูแลโดยการไหลบ่าของแม่น้ำ

ดังนั้น วัฏจักรอุทกวิทยาของโลกจึงมีสี่กระแสหลัก ได้แก่ การตกตะกอน การระเหย การถ่ายเทความชื้น และการคายน้ำ

น้ำ - สารที่พบมากที่สุดในชีวมณฑล - ไม่เพียงทำหน้าที่เป็นที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตหลายชนิดเท่านั้น แต่ยังเป็นที่อยู่อาศัยอีกด้วย ส่วนประกอบร่างกายของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด แม้ว่าน้ำจะมีความสำคัญมหาศาลในทุกกระบวนการของสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นในชีวมณฑล แต่สิ่งมีชีวิตก็ไม่ได้มีบทบาทชี้ขาดในวัฏจักรของน้ำขนาดใหญ่บนโลก แรงขับเคลื่อนของวัฏจักรนี้คือพลังงานของดวงอาทิตย์ ซึ่งใช้ไปกับการระเหยของน้ำจากผิวแอ่งน้ำหรือบนบก ความชื้นที่ระเหยควบแน่นในชั้นบรรยากาศในรูปของเมฆที่ลมพัด เมื่อเมฆเย็นลง ฝนจะตกลงมา

ปริมาณน้ำอิสระทั้งหมด (สัดส่วนของมหาสมุทรและทะเลที่มีน้ำเกลือเป็นของเหลว) คิดเป็น 86 ถึง 98% น้ำส่วนที่เหลือ (น้ำจืด) จะถูกเก็บไว้ในขั้วโลกและธารน้ำแข็งและก่อตัวเป็นแอ่งน้ำและน้ำใต้ดิน หยาดน้ำฟ้าที่ตกลงมาบนผิวดินที่ปกคลุมด้วยพืชพรรณบางส่วนถูกกักเก็บไว้ที่ผิวใบและระเหยสู่ชั้นบรรยากาศในเวลาต่อมา ความชื้นที่มาถึงดินสามารถรวมเข้ากับการไหลบ่าของผิวหรือถูกดูดซับโดยดิน ดินดูดซับไว้อย่างสมบูรณ์ (ขึ้นอยู่กับชนิดของดิน ลักษณะของหิน และพืชปกคลุม) ตะกอนส่วนเกินสามารถซึมลึกลงไปในน้ำใต้ดินได้ หากมีปริมาณฝนมากเกินความจุของน้ำ ชั้นบนดิน, การไหลบ่าของผิวน้ำเริ่มต้นขึ้น, ความเร็วที่ขึ้นอยู่กับสภาพของดิน, ความสูงชันของความลาดชัน, ระยะเวลาของการตกตะกอนและธรรมชาติของพืช (พืชสามารถปกป้องดินจากการกัดเซาะของน้ำ) น้ำที่ขังอยู่ในดินสามารถระเหยออกจากผิวดินได้ หรือหลังจากดูดซับโดยรากพืชแล้ว จะระเหย (ระเหย) ขึ้นสู่บรรยากาศทางใบ

การไหลของน้ำ (ดิน - รากพืช - ใบไม้ - บรรยากาศ) เป็นเส้นทางหลักของน้ำผ่านสิ่งมีชีวิตในการไหลเวียนขนาดใหญ่บนโลกของเรา

วัฏจักรคาร์บอน

ความหลากหลายของสารอินทรีย์ กระบวนการทางชีวเคมี และรูปแบบชีวิตบนโลกขึ้นอยู่กับคุณสมบัติและลักษณะของคาร์บอน ปริมาณคาร์บอนในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่อยู่ที่ประมาณ 45% ของมวลชีวภาพแห้ง สิ่งมีชีวิตทั้งหมดของโลกมีส่วนร่วมในวัฏจักรของสารอินทรีย์และคาร์บอนทั้งหมดของโลก ซึ่งเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง กลายพันธุ์ ตาย สลายตัว และในลำดับนี้ คาร์บอนจะถูกถ่ายโอนจากสารอินทรีย์หนึ่งไปยังการสร้างของสารอื่นตาม ห่วงโซ่อาหาร. นอกจากนี้สิ่งมีชีวิตทั้งหมดยังหายใจและปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

วัฏจักรคาร์บอนบนบก วัฏจักรคาร์บอนได้รับการบำรุงรักษาโดยการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยพืชบกและแพลงก์ตอนพืชในมหาสมุทร โดยการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ (การตรึงคาร์บอนอนินทรีย์) พืชจะใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนให้เป็นสารประกอบอินทรีย์ - สร้างมวลชีวภาพของพวกมันเอง ในตอนกลางคืน พืชก็เหมือนกับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ หายใจ ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

พืชที่ตายแล้ว ซากศพ และอุจจาระของสัตว์ทำหน้าที่เป็นอาหารสำหรับสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันหลายชนิด (สัตว์ พืชจำพวก saprophyte เชื้อรา จุลินทรีย์) สิ่งมีชีวิตทั้งหมดเหล่านี้อาศัยอยู่ในดินเป็นส่วนใหญ่ และในกระบวนการของชีวิตสร้างมวลชีวภาพของพวกมันเอง ซึ่งรวมถึงคาร์บอนอินทรีย์ พวกมันยังปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ทำให้เกิด "การหายใจของดิน" บ่อยครั้งที่อินทรียวัตถุที่ตายแล้วไม่ได้ถูกย่อยสลายอย่างสมบูรณ์ และฮิวมัส (ฮิวมัส) จะสะสมอยู่ในดิน ซึ่งมีส่วนสำคัญต่อความอุดมสมบูรณ์ของดิน ระดับของแร่ธาตุและความชื้นของสารอินทรีย์ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย: ความชื้น อุณหภูมิ คุณสมบัติทางกายภาพของดิน องค์ประกอบของสารอินทรีย์ตกค้าง ฯลฯ ภายใต้การกระทำของแบคทีเรียและเชื้อรา ฮิวมัสสามารถย่อยสลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และสารประกอบของแร่ธาตุ

วัฏจักรคาร์บอนในมหาสมุทร วัฏจักรคาร์บอนในมหาสมุทรแตกต่างจากบนบก ในมหาสมุทร การเชื่อมโยงที่อ่อนแอของสิ่งมีชีวิตในระดับโภชนาการที่สูงขึ้น และด้วยเหตุนี้การเชื่อมโยงทั้งหมดของวัฏจักรคาร์บอน เวลาในการขนส่งคาร์บอนผ่านทางเชื่อมทางโภชนาการของมหาสมุทรนั้นสั้น และปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมานั้นไม่มีนัยสำคัญ

มหาสมุทรมีบทบาทหลักในการควบคุมปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ มีการแลกเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อย่างเข้มข้นระหว่างมหาสมุทรและชั้นบรรยากาศ น้ำทะเลมีกำลังการละลายและความจุบัฟเฟอร์สูง ระบบที่ประกอบด้วยกรดคาร์บอนิกและเกลือของมัน (คาร์บอเนต) เป็นคลังก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ชนิดหนึ่งที่เชื่อมต่อกับชั้นบรรยากาศผ่านการแพร่ของ CO? จากน้ำสู่บรรยากาศและในทางกลับกัน

การสังเคราะห์ด้วยแสงของแพลงก์ตอนพืชดำเนินไปอย่างเข้มข้นในมหาสมุทรในระหว่างวัน ขณะที่คาร์บอนไดออกไซด์อิสระถูกบริโภคอย่างเข้มข้น คาร์บอเนตเป็นแหล่งเพิ่มเติมของการก่อตัวของมัน ในเวลากลางคืนด้วยปริมาณกรดอิสระที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการหายใจของสัตว์และพืชส่วนสำคัญของมันจึงเข้าสู่องค์ประกอบของคาร์บอเนตอีกครั้ง กระบวนการต่อเนื่องไปในทิศทางต่อไปนี้: สิ่งมีชีวิต? ผู้บังคับกองร้อย?? H?CO?? สา(สส.?)?? แคลเซียมคาร์บอเนต?.

ในธรรมชาติ สารอินทรีย์จำนวนหนึ่งไม่ผ่านการทำให้เป็นแร่อันเป็นผลมาจากการขาดออกซิเจน, ความเป็นกรดสูงของสิ่งแวดล้อม, สภาพการฝังที่เฉพาะเจาะจง ฯลฯ คาร์บอนส่วนหนึ่งออกจากวงจรชีวภาพในรูปของสารอนินทรีย์ (หินปูน ชอล์ค ปะการัง) และสารอินทรีย์ (หินดินดาน น้ำมัน ถ่านหิน)

กิจกรรมของมนุษย์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญต่อวัฏจักรคาร์บอนบนโลกของเรา ภูมิทัศน์ ประเภทของพืช ไบโอซีโนสและห่วงโซ่อาหารของพวกมันกำลังเปลี่ยนไป พื้นที่กว้างใหญ่ของพื้นผิวดินกำลังถูกระบายน้ำหรือให้น้ำ ความอุดมสมบูรณ์ของดินกำลังดีขึ้น (หรือแย่ลง) มีการใช้ปุ๋ยและยาฆ่าแมลง ฯลฯ สิ่งที่อันตรายที่สุดคือการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศอันเป็นผลมาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง สิ่งนี้จะเพิ่มอัตราของวัฏจักรคาร์บอนและทำให้วัฏจักรของมันสั้นลง

วัฏจักรออกซิเจน

ออกซิเจนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตบนโลก มันรวมอยู่ในสารประกอบทางชีวภาพเกือบทั้งหมด มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางชีวเคมีของการเกิดออกซิเดชันของสารอินทรีย์ ให้พลังงานสำหรับกระบวนการที่สำคัญทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตในชีวมณฑล ออกซิเจนช่วยในการหายใจของสัตว์ พืช และจุลินทรีย์ในชั้นบรรยากาศ ดิน น้ำ มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาออกซิเดชั่นทางเคมีที่เกิดขึ้นในหิน ดิน ตะกอน และชั้นหินอุ้มน้ำ

สาขาหลักของวัฏจักรออกซิเจน:

• - การก่อตัวของออกซิเจนอิสระในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงและการดูดซึมในระหว่างการหายใจของสิ่งมีชีวิต (พืช, สัตว์, จุลินทรีย์ในชั้นบรรยากาศ, ดิน, น้ำ)
• - การก่อตัวของหน้าจอโอโซน
• - การสร้างการแบ่งเขตรีดอกซ์
• - ปฏิกิริยาออกซิเดชันของคาร์บอนมอนอกไซด์ระหว่างการระเบิดของภูเขาไฟ การสะสมตัวของหินตะกอนซัลเฟต การใช้ออกซิเจนในกิจกรรมของมนุษย์ ฯลฯ ทุกโมเลกุลของออกซิเจนเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง

วัฏจักรไนโตรเจน

ไนโตรเจนเป็นส่วนหนึ่งของสารอินทรีย์ที่มีความสำคัญทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ได้แก่ โปรตีน กรดนิวคลีอิก,ไลโปโปรตีน,เอ็นไซม์,คลอโรฟิลล์ ฯลฯ แม้จะมีปริมาณไนโตรเจน (79%) ในอากาศ แต่ก็ไม่เพียงพอสำหรับสิ่งมีชีวิต

ไนโตรเจนในชีวมณฑลอยู่ในรูปก๊าซ (N2) ที่สิ่งมีชีวิตไม่สามารถเข้าถึงได้ - เป็นสารที่มีปฏิกิริยาทางเคมีต่ำ ดังนั้นจึงไม่สามารถนำไปใช้โดยตรงกับพืชชั้นสูง (และพืชชั้นล่างส่วนใหญ่) และสัตว์โลก พืชดูดซับไนโตรเจนจากดินในรูปของแอมโมเนียมไอออนหรือไนเตรตไอออน กล่าวคือ เรียกว่าไนโตรเจนคงที่

มีการตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศ อุตสาหกรรม และทางชีวภาพ

การตรึงบรรยากาศเกิดขึ้นเมื่อบรรยากาศแตกตัวเป็นไอออนโดยรังสีคอสมิกและในระหว่างการปล่อยไฟฟ้าแรงสูงระหว่างพายุฝนฟ้าคะนอง ในขณะที่ไนโตรเจนและแอมโมเนียออกไซด์เกิดขึ้นจากโมเลกุลไนโตรเจนในอากาศ ซึ่งเนื่องจากการตกตะกอนในชั้นบรรยากาศจะเปลี่ยนเป็นแอมโมเนียม ไนไตรท์ ไนเตรตไนโตรเจน และ เข้าสู่แอ่งดินและน้ำ

การตรึงทางอุตสาหกรรมเกิดขึ้นจากกิจกรรมของมนุษย์ บรรยากาศปนเปื้อนด้วยสารประกอบไนโตรเจนโดยพืชที่ผลิตสารประกอบไนโตรเจน การปล่อยความร้อนจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อน โรงงาน ยานอวกาศ เครื่องบินความเร็วเหนือเสียง ออกซิไดซ์ไนโตรเจนในอากาศ ไนโตรเจนออกไซด์, ทำปฏิกิริยากับไอน้ำในอากาศด้วยการตกตะกอน, กลับสู่พื้นดิน, เข้าสู่ดินในรูปไอออนิก

การตรึงทางชีวภาพมีบทบาทสำคัญในวัฏจักรไนโตรเจน ดำเนินการโดยแบคทีเรียในดิน:

• - แบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจน (และสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน)
• - จุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ร่วมกับพืชชั้นสูง (nodule bacteria)
• - แอมโมนิไฟ;
• - ไนตริไฟเออร์;
• - ทำลายล้าง

แบคทีเรีย (Azotobacter) ที่อาศัยอยู่อย่างอิสระในดิน (Azotobacter) สามารถตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศได้เนื่องจากพลังงานที่ได้รับจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของอินทรียวัตถุในดินระหว่างการหายใจ ในที่สุดจับกับไฮโดรเจนและ แนะนำให้อยู่ในรูปของหมู่อะมิโน (- NH2) ในองค์ประกอบของกรดอะมิโนในร่างกายของคุณ โมเลกุลไนโตรเจนยังสามารถตรึงแบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจน (ที่อาศัยอยู่ในที่ไม่มีออกซิเจน) บางชนิดที่มีอยู่ในดิน (Clostridium) ได้ เมื่อตายไปทั้งจุลินทรีย์เหล่านี้และจุลินทรีย์อื่น ๆ จะทำให้ดินมีไนโตรเจนอินทรีย์มากขึ้น

สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อดินในนาข้าว ยังสามารถตรึงไนโตรเจนระดับโมเลกุลได้ทางชีวภาพอีกด้วย

การตรึงไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเกิดขึ้นในแบคทีเรียที่อาศัยอยู่แบบพึ่งพาอาศัยกันในก้อนของพืชตระกูลถั่ว (ก้อนแบคทีเรีย)

แบคทีเรียเหล่านี้ (ไรโซเบียม) ใช้พลังงานของพืชโฮสต์เพื่อตรึงไนโตรเจนในขณะที่ส่งสารประกอบไนโตรเจนที่มีอยู่ไปยังอวัยวะบนบกของโฮสต์

สารประกอบไนโตรเจนที่ดูดซึมจากดินในรูปของไนเตรตและแอมโมเนียม ทำให้พืชสร้างสารประกอบที่มีไนโตรเจนที่จำเป็นต่อร่างกาย (ไนโตรเจนไนเตรตในเซลล์พืชจะได้รับการฟื้นฟูในเบื้องต้น) โรงงานผู้ผลิตจัดหาสารไนโตรเจนให้กับพืชทั้งหมด สัตว์โลกและความเป็นมนุษย์ พืชที่ตายแล้วถูกนำมาใช้ตามห่วงโซ่อาหารโดยสารลดทางชีวภาพ

จุลินทรีย์ที่มีแอมโมเนียจะย่อยสลายสารอินทรีย์ที่มีไนโตรเจน (กรดอะมิโน ยูเรีย) ด้วยการก่อตัวของแอมโมเนีย ไนโตรเจนอินทรีย์ส่วนหนึ่งในดินไม่ได้ถูกทำให้เป็นแร่ แต่จะถูกเปลี่ยนเป็นสารฮิวมิก น้ำมันดิน และส่วนประกอบของหินตะกอน

แอมโมเนีย (เป็นแอมโมเนียมไอออน) สามารถเข้าสู่ระบบรากของพืช หรือใช้ในกระบวนการไนตริฟิเคชัน

จุลินทรีย์ไนตริฟิเคชันเป็นสารสังเคราะห์ทางเคมี พวกมันใช้พลังงานของแอมโมเนียออกซิเดชันเป็นไนเตรตและไนไตรต์เป็นไนเตรตเพื่อให้แน่ใจว่าทุกกระบวนการชีวิต ด้วยพลังงานนี้ ไนตริไฟเออร์จะคืนคาร์บอนไดออกไซด์และสร้างสารอินทรีย์ในร่างกาย ปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอมโมเนียระหว่างไนตริฟิเคชันเป็นไปตามปฏิกิริยาต่อไปนี้:

เอ็นเอช? + 3O? ? 2HNO? + 2H?O + 600 กิโลจูล (148 กิโลแคลอรี)

เอชเอ็นโอ? +O? ? 2HNO? + 198 กิโลจูล (48 กิโลแคลอรี)

ไนเตรตที่เกิดขึ้นจากกระบวนการไนตริฟิเคชันจะเข้าสู่วงจรชีวภาพอีกครั้ง จะถูกดูดซึมจากดินโดยรากของพืชหรือหลังจากน้ำไหลบ่าเข้าสู่แอ่งน้ำ - แพลงก์ตอนพืชและไฟโตเบนโทส

นอกจากสิ่งมีชีวิตที่ตรึงไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศและไนเตรตแล้ว ยังมีจุลินทรีย์ในชีวมณฑลที่สามารถลดไนเตรตหรือไนไตรต์ให้เป็นโมเลกุลไนโตรเจนได้ จุลินทรีย์ดังกล่าวเรียกว่า denitrifiers ซึ่งขาดออกซิเจนอิสระในน้ำหรือดิน ใช้ออกซิเจนของไนเตรตเพื่อออกซิไดซ์สารอินทรีย์:

C?H??O?(กลูโคส) + 24KNO? ? 24KHCO? +6CO? +12N? + พลังงาน 18H?O +

พลังงานที่ปล่อยออกมาในเวลาเดียวกันทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับกิจกรรมที่สำคัญทั้งหมดของจุลินทรีย์ที่ทำให้เป็นกรด

ดังนั้น สิ่งมีชีวิตจึงมีบทบาทพิเศษในการเชื่อมโยงทั้งหมดของวัฏจักร

ในปัจจุบัน การตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศโดยอุตสาหกรรมโดยมนุษย์มีบทบาทสำคัญมากขึ้นในสมดุลไนโตรเจนของดิน และเป็นผลให้เกิดขึ้นในวัฏจักรไนโตรเจนทั้งหมดในชีวมณฑล

วัฏจักรฟอสฟอรัส

วงจรฟอสฟอรัสนั้นง่ายกว่า ในขณะที่แหล่งกักเก็บไนโตรเจนคืออากาศ แหล่งกักเก็บฟอสฟอรัสคือหิน ซึ่งจะถูกปล่อยออกมาระหว่างการกัดเซาะ

คาร์บอน ออกซิเจน ไฮโดรเจน และไนโตรเจนเคลื่อนย้ายได้ง่ายและรวดเร็วขึ้นในชั้นบรรยากาศ เนื่องจากพวกมันอยู่ในรูปของก๊าซ ก่อให้เกิดสารประกอบที่เป็นก๊าซในวัฏจักรชีวภาพ สำหรับองค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมด ยกเว้นกำมะถัน ซึ่งจำเป็นต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต การก่อตัวของสารประกอบก๊าซในวัฏจักรชีวภาพนั้นไม่เคยมีมาก่อน องค์ประกอบเหล่านี้ส่วนใหญ่ย้ายในรูปของไอออนและโมเลกุลที่ละลายในน้ำ

ฟอสฟอรัสซึ่งถูกดูดซึมโดยพืชในรูปของไอออนของกรดออร์โธฟอสฟอริก มีบทบาทสำคัญในการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด เป็นส่วนหนึ่งของ ADP, ATP, DNA, RNA และสารประกอบอื่นๆ

วัฏจักรของฟอสฟอรัสในชีวมณฑลเปิดอยู่ ใน biogeocenoses บนบก ฟอสฟอรัสหลังจากการดูดซึมโดยพืชจากดินผ่านห่วงโซ่อาหาร จะเข้าสู่ดินอีกครั้งในรูปของฟอสเฟต ปริมาณฟอสฟอรัสหลักจะถูกดูดซึมโดยระบบรากของพืชอีกครั้ง ฟอสฟอรัสบางส่วนสามารถชะล้างออกไปได้ด้วยการไหลบ่าของน้ำฝนจากดินลงสู่แอ่งน้ำ

ในไบโอจีโอซีโนสตามธรรมชาติมักขาดฟอสฟอรัส และในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างและออกซิไดซ์ มักพบในรูปของสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำ

ฟอสเฟตจำนวนมากประกอบด้วยหินของธรณีภาค บางส่วนค่อยๆ ซึมลงสู่ดิน บางส่วนได้รับการพัฒนาโดยมนุษย์เพื่อผลิตปุ๋ยฟอสเฟต ส่วนใหญ่ถูกชะล้างและชะล้างลงสู่ไฮโดรสเฟียร์ พวกมันถูกใช้โดยแพลงก์ตอนพืชและสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องในระดับโภชนาการที่แตกต่างกันของห่วงโซ่อาหารที่ซับซ้อน

ในมหาสมุทรโลก การสูญเสียฟอสเฟตจากวัฏจักรชีวภาพเกิดขึ้นเนื่องจากการทับถมของซากพืชและสัตว์ในระดับความลึกมาก เนื่องจากฟอสฟอรัสส่วนใหญ่เคลื่อนย้ายจากธรณีภาคไปยังไฮโดรสเฟียร์ด้วยน้ำ จึงเคลื่อนย้ายไปยังธรณีภาคโดยทางชีววิทยา (นกทะเลกินปลา ใช้สาหร่ายหน้าดินและปลาป่นเป็นปุ๋ย ฯลฯ)

จากองค์ประกอบทั้งหมดของแร่ธาตุอาหารของพืช ฟอสฟอรัสถือได้ว่าขาด

วงจรกำมะถัน

สำหรับสิ่งมีชีวิต กำมะถันมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของกรดอะมิโนที่มีกำมะถัน (ซีสทีน ซีสเตอีน เมไทโอนีน ฯลฯ) กรดอะมิโนที่มีกำมะถันประกอบด้วยโปรตีนจะรักษาโครงสร้างสามมิติที่จำเป็นของโมเลกุลโปรตีน

กำมะถันถูกพืชดูดซับจากดินเฉพาะในรูปออกซิไดซ์ในรูปของไอออน ในพืช กำมะถันจะลดลงและเป็นส่วนหนึ่งของกรดอะมิโนในรูปของหมู่ซัลไฟริล (-SH) และไดซัลไฟด์ (-S-S-)

สัตว์ดูดซับกำมะถันที่ลดลงซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสารอินทรีย์เท่านั้น หลังจากการตายของสิ่งมีชีวิตพืชและสัตว์ กำมะถันจะกลับสู่ดิน ซึ่งเป็นผลมาจากกิจกรรมของจุลินทรีย์หลายรูปแบบ มันผ่านการเปลี่ยนแปลง

ภายใต้สภาวะที่ใช้ออกซิเจน จุลินทรีย์บางชนิดจะออกซิไดซ์กำมะถันอินทรีย์ให้เป็นซัลเฟต ซัลเฟตไอออนซึ่งถูกดูดซับโดยรากของพืชจะรวมอยู่ในวัฏจักรชีวภาพอีกครั้ง ซัลเฟตบางชนิดสามารถรวมอยู่ในการอพยพของน้ำและถูกกำจัดออกจากดิน ในดินที่อุดมด้วยสารฮิวมิก จะพบกำมะถันจำนวนมากในสารประกอบอินทรีย์ ซึ่งป้องกันการชะล้างได้

ภายใต้สภาวะไร้อากาศ การสลายตัวของสารประกอบกำมะถันอินทรีย์ทำให้เกิดไฮโดรเจนซัลไฟด์ หากซัลเฟตและสารอินทรีย์อยู่ในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจน กิจกรรมของแบคทีเรียที่ลดซัลเฟตจะทำงาน พวกมันใช้ออกซิเจนของซัลเฟตในการออกซิไดซ์สารอินทรีย์ และได้รับพลังงานที่จำเป็นสำหรับการดำรงอยู่ของพวกมัน

แบคทีเรียลดซัลเฟตมีอยู่ทั่วไปในน้ำใต้ดิน ตะกอน และน้ำทะเลนิ่ง ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ ดังนั้นจึงสะสมอยู่ในดินที่มีน้ำขัง ทะเลสาบ ปากแม่น้ำ ฯลฯ ลดหรือหยุดกระบวนการที่สำคัญโดยสิ้นเชิง ปรากฏการณ์ดังกล่าวพบได้ในทะเลดำที่ระดับความลึกต่ำกว่า 200 ม. จากพื้นผิว

ดังนั้นเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่เอื้ออำนวยจึงจำเป็นต้องออกซิไดซ์ไฮโดรเจนซัลไฟด์ให้เป็นไอออนซัลเฟตซึ่งจะทำลายผลกระทบที่เป็นอันตรายของไฮโดรเจนซัลไฟด์ กำมะถันจะกลายเป็นรูปแบบที่พืชสามารถเข้าถึงได้ - ในรูปของเกลือซัลเฟต บทบาทนี้ดำเนินการในธรรมชาติโดยแบคทีเรียกำมะถันกลุ่มพิเศษ (ไม่มีสี เขียว ม่วง) และแบคทีเรียไทโอนิก

แบคทีเรียกำมะถันไม่มีสีเป็นสารสังเคราะห์ทางเคมี: พวกมันใช้พลังงานที่ได้จากการออกซิเดชั่นของไฮโดรเจนซัลไฟด์ด้วยออกซิเจนไปเป็นธาตุกำมะถันและออกซิเดชั่นต่อไปเป็นซัลเฟต

แบคทีเรียสีกำมะถันเป็นสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงที่ใช้ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นตัวให้ไฮโดรเจนเพื่อลดคาร์บอนไดออกไซด์

ธาตุกำมะถันที่เกิดขึ้นในแบคทีเรียกำมะถันสีเขียวจะถูกปล่อยออกมาจากเซลล์ ส่วนในแบคทีเรียสีม่วงจะสะสมอยู่ภายในเซลล์

ปฏิกิริยาโดยรวมของกระบวนการนี้คือการลดแสง:

CO?+ 2H?S แสง? (CH?O) + H?O +2ส.

แบคทีเรียไธออนออกซิไดซ์ธาตุกำมะถันและสารประกอบต่างๆ ที่ถูกรีดิวซ์ให้เป็นซัลเฟตโดยใช้ออกซิเจนอิสระ และนำมันกลับคืนสู่กระแสหลักของวงจรชีวภาพ

ในกระบวนการของวัฏจักรชีวภาพซึ่งกำมะถันถูกแปลง สิ่งมีชีวิตโดยเฉพาะอย่างยิ่งจุลินทรีย์มีบทบาทอย่างมาก

แหล่งกักเก็บกำมะถันหลักบนโลกของเราคือมหาสมุทรโลกเนื่องจากซัลเฟตไอออนไหลเข้ามาจากดินอย่างต่อเนื่อง ส่วนหนึ่งของกำมะถันจากมหาสมุทรกลับสู่พื้นดินผ่านชั้นบรรยากาศตามรูปแบบ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ - ออกซิไดซ์เป็นซัลเฟอร์ไดออกไซด์ - ละลายในน้ำฝนด้วยการก่อตัวของกรดซัลฟิวริกและซัลเฟต - คืนกำมะถันด้วยการตกตะกอนสู่ดินปกคลุมโลก

วัฏจักรของไอออนบวกอนินทรีย์

นอกจากองค์ประกอบพื้นฐานที่ประกอบกันเป็นสิ่งมีชีวิต (คาร์บอน ออกซิเจน ไฮโดรเจน ฟอสฟอรัส และกำมะถัน) แล้ว องค์ประกอบระดับมหภาคและจุลภาคอื่นๆ อีกมากมาย ซึ่งก็คือไอออนอนินทรีย์แคตไอออนก็มีความสำคัญเช่นกัน ในแอ่งน้ำ พืชได้รับไอออนบวกโลหะที่พวกเขาต้องการโดยตรงจากสิ่งแวดล้อม บนบกแหล่งที่มาหลักของไอออนบวกอนินทรีย์คือดินซึ่งได้รับมาจากกระบวนการทำลายหินต้นกำเนิด ในพืช ไอออนบวกที่ระบบรากดูดซึมได้จะเคลื่อนไปที่ใบและอวัยวะอื่นๆ บางส่วน (แมกนีเซียม เหล็ก ทองแดง และอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง) เป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลที่มีความสำคัญทางชีวภาพ (คลอโรฟิลล์ เอนไซม์); อื่น ๆ ที่เหลืออยู่ในรูปแบบอิสระ มีส่วนร่วมในการรักษาคุณสมบัติของคอลลอยด์ที่จำเป็นของโปรโตพลาสซึมของเซลล์ และทำหน้าที่อื่น ๆ อีกมากมาย

เมื่อสิ่งมีชีวิตตาย ไอออนอนินทรีย์จะกลับสู่ดินในกระบวนการสร้างแร่ธาตุของสารอินทรีย์ การสูญเสียส่วนประกอบเหล่านี้จากดินเกิดขึ้นจากการชะล้างและกำจัดโลหะไอออนบวกด้วยน้ำฝน การปฏิเสธและกำจัดอินทรียวัตถุโดยมนุษย์ในระหว่างการเพาะปลูกพืชเกษตร การตัดไม้ การตัดหญ้าเพื่อเป็นอาหารปศุสัตว์ ฯลฯ

การใช้ปุ๋ยแร่ธาตุอย่างมีเหตุผล การถมดิน การใช้ปุ๋ยอินทรีย์ และเทคโนโลยีการเกษตรที่เหมาะสมจะช่วยฟื้นฟูและรักษาสมดุลของไอออนอนินทรีย์ไอออนบวกใน biocenoses ของชีวมณฑล

การหมุนเวียนของมนุษย์: การหมุนเวียนของ xenobiotics (ปรอท ตะกั่ว โครเมียม)

มนุษยชาติเป็นส่วนหนึ่งของธรรมชาติและสามารถมีปฏิสัมพันธ์กับมันอย่างต่อเนื่องเท่านั้น

มีความคล้ายคลึงกันและความขัดแย้งระหว่างการหมุนเวียนของสสารและพลังงานตามธรรมชาติและของมนุษย์ที่เกิดขึ้นในชีวมณฑล

วัฏจักรชีวิตตามธรรมชาติ (ชีวเคมี) มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

• - การใช้พลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งชีวิตและปรากฏการณ์ทั้งหมดตามกฎอุณหพลศาสตร์
• - ดำเนินการโดยไม่เสียเปล่าเช่น ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของกิจกรรมที่สำคัญของมันจะถูกทำให้เป็นแร่ธาตุและรวมอยู่ในวงจรการหมุนเวียนของสารต่อไป ในขณะเดียวกัน พลังงานความร้อนที่ใช้แล้วและมีค่าน้อยจะถูกกำจัดออกไปนอกชีวมณฑล ในระหว่างวัฏจักรชีวธรณีเคมีของสารต่างๆ จะเกิดของเสียขึ้น เช่น สำรองในรูปของถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซ และอื่นๆ ทรัพยากรแร่. ตรงกันข้ามกับวัฏจักรธรรมชาติที่ปราศจากขยะ วัฏจักรของมนุษย์นั้นมาพร้อมกับปริมาณขยะที่เพิ่มขึ้นทุกปี

ไม่มีอะไรไร้ประโยชน์หรือเป็นอันตรายในธรรมชาติ แม้แต่การปะทุของภูเขาไฟก็มีประโยชน์ เพราะองค์ประกอบที่จำเป็น (เช่น ไนโตรเจน) เข้าไปในอากาศด้วยก๊าซภูเขาไฟ

มีกฎของการปิดการไหลเวียนของชีวธรณีเคมีทั่วโลกในชีวมณฑล ซึ่งใช้ได้ในทุกขั้นตอนของการพัฒนา เช่นเดียวกับกฎสำหรับการเพิ่มการปิดการไหลเวียนของชีวธรณีเคมีในแนวทางที่สืบทอดมา

มนุษย์มีบทบาทอย่างมากในวัฏจักรชีวธรณีเคมี แต่ในทิศทางตรงกันข้าม มนุษย์ละเมิดวัฏจักรของสารที่มีอยู่และสิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงพลังทางธรณีวิทยาของเขา - การทำลายล้างที่เกี่ยวข้องกับชีวมณฑล อันเป็นผลมาจากกิจกรรมของมนุษย์ทำให้ระดับของการแยกวัฏจักรชีวธรณีเคมีลดลง

วัฏจักรของมนุษย์ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงพลังงานของแสงอาทิตย์ที่พืชสีเขียวของโลกจับได้ มนุษย์ใช้พลังงานจากเชื้อเพลิง พลังน้ำ และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

เป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่ากิจกรรมของมนุษย์ในระยะปัจจุบันเป็นพลังทำลายล้างครั้งใหญ่สำหรับชีวมณฑล

ชีวมณฑลมีคุณสมบัติพิเศษ - ต้านทานสารมลพิษอย่างมีนัยสำคัญ ความเสถียรนี้ขึ้นอยู่กับความสามารถตามธรรมชาติของส่วนประกอบต่างๆ สภาพแวดล้อมทางธรรมชาติเพื่อการทำให้บริสุทธิ์และการรักษาตนเอง แต่ไม่ไร้ขอบเขต วิกฤตโลกที่เป็นไปได้ทำให้เกิดความต้องการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของชีวมณฑลโดยรวม (ระบบ "ไกอา") เพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับสถานะที่เป็นไปได้ของชีวมณฑล

ซีโนไบโอติกเป็นสารจากต่างดาวของสิ่งมีชีวิตที่ปรากฏเป็นผลจากกิจกรรมของมนุษย์ (ยาฆ่าแมลง สารเคมีในครัวเรือน และสารมลพิษอื่นๆ) ที่สามารถทำให้เกิดการหยุดชะงักของกระบวนการทางชีวภาพ รวมถึง ความเจ็บป่วยหรือความตาย สารมลพิษดังกล่าวไม่ผ่านการย่อยสลายทางชีวภาพ แต่สะสมในห่วงโซ่อาหาร

ปรอทเป็นธาตุที่หายากมาก มันกระจายตัวอยู่ในเปลือกโลกและมีแร่ธาตุเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้น เช่น ซินนาบาร์ ในรูปแบบเข้มข้น ปรอทมีส่วนร่วมในวัฏจักรของสสารในชีวมณฑล การเคลื่อนย้ายในสถานะก๊าซและในสารละลายที่เป็นน้ำ

มันเข้าสู่ชั้นบรรยากาศจากไฮโดรสเฟียร์ระหว่างการระเหย ระหว่างการปลดปล่อยจากชาดด้วยก๊าซภูเขาไฟและก๊าซจากน้ำพุร้อน ส่วนหนึ่งของก๊าซปรอทในบรรยากาศจะผ่านเข้าสู่เฟสของแข็งและถูกกำจัดออกจากอากาศ สารปรอทที่ร่วงหล่นจะถูกดูดกลืนโดยดิน โดยเฉพาะดินเหนียว น้ำ และหิน ในแร่ธาตุที่ติดไฟได้ - น้ำมันและถ่านหิน - ปรอทมีมากถึง 1 มก. / กก. มีมวลน้ำประมาณ 1.6 พันล้านตันในมหาสมุทร 500 พันล้านตันในตะกอนด้านล่าง และ 2 ล้านตันในแพลงก์ตอน ประมาณ 40,000 ตันถูกพัดพาออกจากน้ำในแม่น้ำทุกปีซึ่งน้อยกว่าที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศระหว่างการระเหยถึง 10 เท่า (400,000 ตัน) ประมาณ 100,000 ตันตกลงบนพื้นดินทุกปี

ดาวพุธได้เปลี่ยนจากองค์ประกอบทางธรรมชาติของสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติไปสู่หนึ่งในการปล่อยมลพิษที่มนุษย์สร้างขึ้นที่อันตรายที่สุดสู่ชีวมณฑลเพื่อสุขภาพของมนุษย์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา เคมี ไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ เยื่อและกระดาษ และเภสัชกรรม และใช้สำหรับการผลิตวัตถุระเบิด สารเคลือบเงา และสี รวมถึงในทางการแพทย์ ของเสียจากอุตสาหกรรมและการปล่อยมลพิษในชั้นบรรยากาศ รวมถึงเหมืองปรอท โรงงานผลิตสารปรอท และโรงไฟฟ้าพลังความร้อน (CHP และโรงต้ม) ที่ใช้ถ่านหิน น้ำมัน และผลิตภัณฑ์จากน้ำมัน เป็นแหล่งหลักของมลพิษทางชีวมณฑลที่มีส่วนประกอบที่เป็นพิษนี้ นอกจากนี้ ปรอทยังเป็นส่วนประกอบในสารกำจัดศัตรูพืชที่มีสารออร์กาโนเมอร์คิวรีที่ใช้ในการเกษตรเพื่อรักษาเมล็ดพืชและปกป้องพืชผลจากศัตรูพืช มันเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ด้วยอาหาร (ไข่, เม็ดดอง, เนื้อสัตว์และนก, นม, ปลา)

สารปรอทในน้ำและตะกอนก้นแม่น้ำ

เป็นที่ทราบกันดีว่าประมาณ 80% ของปรอทที่เข้าสู่แหล่งน้ำธรรมชาตินั้นอยู่ในรูปแบบที่ละลายน้ำ ซึ่งในที่สุดจะก่อให้เกิดการแพร่กระจายในระยะทางไกลพร้อมกับการไหลของน้ำ ธาตุบริสุทธิ์ไม่มีพิษ

พบปรอทในน้ำตะกอนก้นบ่อได้บ่อยกว่าในระดับความเข้มข้นที่ไม่เป็นอันตราย สารประกอบปรอทอนินทรีย์ถูกแปลงเป็นสารประกอบปรอทอินทรีย์ที่เป็นพิษ เช่น เมทิลเมอร์คิวรี CH?Hg และเอทิลเมอร์คิวรี C?H?Hg โดยแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในเศษซากและตะกอนในก้นทะเลสาบและแม่น้ำ ในเมือกที่ปกคลุมร่างของ ปลาและเมือกในท้องปลาด้วย สารประกอบเหล่านี้ละลายได้ง่าย เคลื่อนที่ได้ และเป็นพิษสูง พื้นฐานทางเคมีของการกระทำเชิงรุกของปรอทคือความสัมพันธ์กับกำมะถัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับกลุ่มไฮโดรเจนซัลไฟด์ในโปรตีน โมเลกุลเหล่านี้จับกับโครโมโซมและเซลล์สมอง ปลาและหอยสามารถสะสมพวกมันในระดับที่เป็นอันตรายต่อผู้ที่กินเข้าไป ทำให้เกิดโรคมินามาตะ

ปรอทโลหะและสารประกอบอนินทรีย์ของมันทำหน้าที่ส่วนใหญ่ในตับ ไต และลำไส้ อย่างไรก็ตามภายใต้สภาวะปกติ สารเหล่านี้จะถูกขับออกจากร่างกายค่อนข้างเร็วและปริมาณที่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์จะไม่มีเวลาสะสม เมทิลเมอร์คิวรีและสารประกอบอัลคิลเมอร์คิวรีอื่น ๆ นั้นอันตรายกว่ามาก เนื่องจากการสะสมเกิดขึ้น - สารพิษจะเข้าสู่ร่างกายเร็วกว่าที่จะถูกขับออกจากร่างกายโดยออกฤทธิ์ต่อระบบประสาทส่วนกลาง

ตะกอนด้านล่างเป็นลักษณะสำคัญของระบบนิเวศทางน้ำ การสะสมของโลหะหนัก นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีและสารอินทรีย์ที่เป็นพิษสูง ในแง่หนึ่ง ตะกอนด้านล่างมีส่วนช่วยในการทำให้สภาพแวดล้อมทางน้ำบริสุทธิ์ด้วยตนเอง และในทางกลับกัน เป็นแหล่งมลพิษทุติยภูมิของแหล่งน้ำอย่างต่อเนื่อง ตะกอนด้านล่างเป็นวัตถุที่มีแนวโน้มในการวิเคราะห์ ซึ่งสะท้อนถึงรูปแบบมลพิษในระยะยาว (โดยเฉพาะในแหล่งน้ำที่ไหลช้า) ยิ่งไปกว่านั้น ยังพบการสะสมของปรอทอนินทรีย์ในตะกอนก้นแม่น้ำโดยเฉพาะบริเวณปากแม่น้ำ สถานการณ์ตึงเครียดอาจเกิดขึ้นเมื่อความสามารถในการดูดซับตะกอน (ตะกอน หยาดน้ำฟ้า) หมดลง เมื่อถึงความสามารถในการดูดซับ โลหะหนัก รวมถึง สารปรอทจะเข้าสู่น้ำ

เป็นที่ทราบกันดีว่าภายใต้สภาวะไร้อากาศในทะเลในตะกอนของสาหร่ายที่ตายแล้ว สารปรอทจะจับไฮโดรเจนและผ่านเข้าไปในสารประกอบระเหยง่าย

ด้วยการมีส่วนร่วมของจุลินทรีย์ ปรอทโลหะสามารถถูกเมทิลเลตในสองขั้นตอน:

CH?Hg+ ? (CH?)?ปรอท

เมธิลเมอร์คิวรี่ปรากฏในสิ่งแวดล้อมจริง ๆ เฉพาะระหว่างเมทิลเลชั่นของปรอทอนินทรีย์เท่านั้น

ครึ่งชีวิตทางชีวภาพของปรอทนั้นยาวนาน 70-80 วันสำหรับเนื้อเยื่อส่วนใหญ่ของร่างกายมนุษย์

ปลาขนาดใหญ่ เช่น ปลากระโทงดาบและปลาทูน่า เป็นที่รู้กันว่าปนเปื้อนสารปรอทในห่วงโซ่อาหารตั้งแต่เนิ่นๆ ในขณะเดียวกันก็ไม่ใช่เรื่องน่าสนใจที่จะสังเกตว่าปรอทสะสม (สะสม) ในหอยนางรมในระดับที่มากกว่าในปลา

ปรอทเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ผ่านการหายใจ อาหาร และทางผิวหนังตามรูปแบบต่อไปนี้:

ประการแรกมีการเปลี่ยนแปลงของปรอท องค์ประกอบนี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติในหลายรูปแบบ

ปรอทโลหะที่ใช้ในเทอร์โมมิเตอร์ และเกลืออนินทรีย์ (เช่น คลอไรด์) จะถูกกำจัดออกจากร่างกายค่อนข้างเร็ว

เป็นพิษมากกว่ามากคือสารประกอบอัลคิลเมอร์คิวรี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมทิลและเอทิลเมอร์คิวรี สารประกอบเหล่านี้ถูกขับออกจากร่างกายอย่างช้าๆ - เพียงประมาณ 1% ของปริมาณทั้งหมดต่อวัน แม้ว่าปรอทส่วนใหญ่ที่ลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติจะอยู่ในรูปของสารประกอบอนินทรีย์ แต่ก็มักจะลงเอยที่ปลาในรูปของเมทิลเมอร์คิวรีที่มีพิษมากกว่า แบคทีเรียในตะกอนด้านล่างของทะเลสาบและแม่น้ำ ในเมือกที่ปกคลุมตัวปลา รวมทั้งในเมือกของกระเพาะปลา สามารถเปลี่ยนสารประกอบอนินทรีย์ของปรอทให้เป็นเมทิลเมอร์คิวรี่ได้

ประการที่สอง การสะสมอย่างเลือกสรรหรือการสะสมทางชีวภาพ (ความเข้มข้น) ทำให้ปริมาณปรอทในปลาและหอยมีระดับสูงขึ้นกว่าในน้ำอ่าวหลายเท่า ปลาและหอยที่อาศัยอยู่ในแม่น้ำจะสะสมเมธิลเมอร์คิวรีในระดับความเข้มข้นที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ที่ใช้เป็นอาหาร

% ของปลาที่จับได้ทั่วโลกมีสารปรอทในปริมาณไม่เกิน 0.5 มก./กก. และ 95% - ต่ำกว่า 0.3 มก./กก. สารปรอทเกือบทั้งหมดในปลาอยู่ในรูปของเมทิลเมอร์คิวรี่

เนื่องจากความเป็นพิษที่แตกต่างกันของสารประกอบปรอทสำหรับมนุษย์ในผลิตภัณฑ์อาหาร จึงจำเป็นต้องระบุปรอทอนินทรีย์ (ทั้งหมด) และสารปรอทที่จับกับสารอินทรีย์ เรากำหนดปริมาณปรอททั้งหมดเท่านั้น ตามข้อกำหนดทางการแพทย์และชีวภาพ ปริมาณปรอทในปลานักล่าน้ำจืดได้รับอนุญาต 0.6 มก./กก. ในปลาทะเล - 0.4 มก./กก. ในปลาน้ำจืดที่ไม่กินสัตว์อื่น 0.3 มก./กก. และในปลาทูน่าไม่เกิน 0.7 มก. /กก.กก. ในผลิตภัณฑ์ อาหารเด็กปริมาณปรอทไม่ควรเกิน 0.02 มก./กก. ในเนื้อกระป๋อง 0.15 มก./กก. ในปลากระป๋อง ส่วนที่เหลือ - 0.01 มก./กก.

สารตะกั่วมีอยู่ในองค์ประกอบเกือบทั้งหมดของสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ ประกอบด้วย 0.0016% ในเปลือกโลก ระดับตะกั่วตามธรรมชาติในบรรยากาศคือ 0.0005 มก./ลบ.ม. ส่วนใหญ่ถูกสะสมด้วยฝุ่นละอองประมาณ 40% ตกอยู่กับหยาดน้ำฟ้าในชั้นบรรยากาศ พืชได้รับสารตะกั่วจากดิน น้ำ และมลพิษในชั้นบรรยากาศ ในขณะที่สัตว์ได้รับสารตะกั่วจากพืชและน้ำ โลหะเข้าสู่ร่างกายของมนุษย์พร้อมกับอาหาร น้ำ และฝุ่นละออง

แหล่งที่มาหลักของมลพิษตะกั่วในชีวมณฑลคือ เครื่องยนต์เบนซิน, ก๊าซไอเสียที่มีไตรเอทิลตะกั่ว, โรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่เผาไหม้ถ่านหิน, เหมืองแร่, อุตสาหกรรมโลหะและเคมี ตะกั่วจำนวนมากถูกนำเข้าสู่ดินพร้อมกับน้ำเสียที่ใช้เป็นปุ๋ย เพื่อดับเครื่องปฏิกรณ์ที่กำลังลุกไหม้ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนปิล ตะกั่วยังใช้ซึ่งเข้าไปในแอ่งอากาศและกระจายไปทั่วพื้นที่กว้างใหญ่ ด้วยการเพิ่มขึ้นของมลพิษในสิ่งแวดล้อมที่มีสารตะกั่ว การสะสมของสารตะกั่วในกระดูก เส้นผม และตับจึงเพิ่มขึ้น

โครเมียม. ที่อันตรายที่สุดคือโครเมียมที่เป็นพิษ (6+) ซึ่งถูกระดมพลในดินที่เป็นกรดและด่างในน้ำจืดและน้ำทะเล ใน น้ำทะเลโครเมียม 10 - 20% แสดงโดยรูปแบบ Cr (3+), 25 - 40% - โดย Cr (6+), 45 - 65% - โดยรูปแบบอินทรีย์ ในช่วงค่า pH 5 - 7 Cr (3+) จะมีอำนาจเหนือกว่า และที่ pH > 7 - Cr (6+) เป็นที่ทราบกันว่า Cr (6+) และสารประกอบอินทรีย์โครเมียมไม่ตกตะกอนร่วมกับไอรอนไฮดรอกไซด์ในน้ำทะเล

วัฏจักรธรรมชาติของสารถูกปิดจริง ในระบบนิเวศตามธรรมชาติ สสารและพลังงานถูกใช้อย่างประหยัด และของเสียจากสิ่งมีชีวิตบางชนิดเป็นเงื่อนไขสำคัญสำหรับการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตอื่นๆ วัฏจักรของสารมานุษยวิทยานั้นมาพร้อมกับการบริโภคทรัพยากรธรรมชาติจำนวนมากและของเสียจำนวนมากที่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม การสร้างแม้แต่โรงบำบัดที่ทันสมัยที่สุดก็ไม่สามารถแก้ปัญหาได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพัฒนาเทคโนโลยีที่มีของเสียน้อยและปราศจากของเสีย ซึ่งทำให้วัฏจักรของมนุษย์ปิดลงได้มากที่สุด ในทางทฤษฎี เป็นไปได้ที่จะสร้างเทคโนโลยีที่ปราศจากของเสีย แต่เทคโนโลยีที่มีของเสียต่ำนั้นเป็นของจริง

การปรับตัวให้เข้ากับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ

การปรับตัวคือการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่พัฒนาโดยสิ่งมีชีวิต (จากสิ่งที่ง่ายที่สุดไปจนถึงระดับสูงสุด) ในกระบวนการวิวัฒนาการ ความสามารถในการปรับตัวเป็นคุณสมบัติหลักอย่างหนึ่งของสิ่งมีชีวิต ซึ่งให้ความเป็นไปได้ในการดำรงอยู่ของพวกมัน

ปัจจัยหลักที่พัฒนากระบวนการปรับตัว ได้แก่ กรรมพันธุ์ ความแปรปรวน การคัดเลือกโดยธรรมชาติ (และเทียม)

ความอดทนสามารถเปลี่ยนแปลงได้หากร่างกายเข้าสู่สภาวะภายนอกอื่นๆ เมื่อเข้าสู่เงื่อนไขดังกล่าวหลังจากนั้นไม่นานเขาก็คุ้นเคยกับมัน ปรับตัวให้เข้ากับพวกเขา (จาก lat. การปรับตัว - เพื่อปรับตัว) ผลที่ตามมาคือการเปลี่ยนแปลงข้อกำหนดทางสรีรวิทยาที่เหมาะสมที่สุด

คุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตในการปรับตัวให้ดำรงอยู่ในช่วงใดช่วงหนึ่ง ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมเรียกว่าความเป็นพลาสติกในระบบนิเวศ

ยิ่งช่วงกว้างของปัจจัยทางนิเวศวิทยาที่สิ่งมีชีวิตสามารถมีชีวิตอยู่ได้ ความเป็นพลาสติกในระบบนิเวศก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ตามระดับของความเป็นพลาสติกสิ่งมีชีวิตสองประเภทมีความโดดเด่น: stenobiont (stenobiont) และ eurybiont (euryeks) ดังนั้น สตีโนเบียนต์จึงไม่ใช่พลาสติกในระบบนิเวศน์ (เช่น ปลาลิ้นหมาอาศัยอยู่ในน้ำเค็มเท่านั้น และปลาคาร์ปกางเขนในน้ำจืดเท่านั้น) เช่น บึกบึนสั้นและ eurybionts เป็นพลาสติกทางนิเวศวิทยาเช่น มีความทนทานมากกว่า (เช่น กระบองสามหนามสามารถอยู่ได้ทั้งในน้ำจืดและน้ำเค็ม)

การปรับตัวมีหลายมิติ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตต้องสอดคล้องกับปัจจัยแวดล้อมหลายอย่างในเวลาเดียวกัน

มีสามวิธีหลักในการปรับสิ่งมีชีวิตให้เข้ากับสภาพแวดล้อม: ใช้งานอยู่; เฉยเมย; หลีกเลี่ยงผลกระทบ

เส้นทางการปรับตัวที่ใช้งานอยู่คือการเสริมความแข็งแกร่งของความต้านทานการพัฒนากระบวนการกำกับดูแลที่ทำให้สามารถทำหน้าที่สำคัญทั้งหมดของร่างกายได้แม้จะมีการเบี่ยงเบนของปัจจัยจากค่าที่เหมาะสมก็ตาม ตัวอย่างเช่น สัตว์เลือดอุ่นจะรักษาอุณหภูมิของร่างกายให้คงที่ ซึ่งเหมาะสมที่สุดสำหรับกระบวนการทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นในนั้น

เส้นทางการปรับตัวแบบพาสซีฟคือการอยู่ใต้บังคับบัญชาของหน้าที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตต่อการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย สิ่งมีชีวิตจำนวนมากเข้าสู่สภาวะของอะนาบิโอซิส ( ชีวิตที่ซ่อนอยู่) ซึ่งเมแทบอลิซึมในร่างกายหยุดลงจริง (สถานะของการพักตัวในฤดูหนาว อาการมึนงงของแมลง การจำศีล การเก็บรักษาสปอร์ในดินในรูปของสปอร์และเมล็ดพืช)

การหลีกเลี่ยงผลกระทบ - การพัฒนาของการปรับตัวพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิต (การปรับตัว) ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงสภาวะที่ไม่พึงประสงค์ ในกรณีนี้การดัดแปลงสามารถ: ทางสัณฐานวิทยา (โครงสร้างของร่างกายเปลี่ยนแปลง: การดัดแปลงใบของต้นกระบองเพชร), ทางสรีรวิทยา (อูฐให้ความชุ่มชื้นเนื่องจากการเกิดออกซิเดชันของไขมันสำรอง), จริยธรรม (การเปลี่ยนแปลงพฤติกรรม: ตามฤดูกาล การอพยพของนก การจำศีลในฤดูหนาว)

สิ่งมีชีวิตได้รับการปรับให้เข้ากับปัจจัยเป็นระยะ ปัจจัยที่ไม่ใช่ธาตุสามารถทำให้เกิดโรคและแม้กระทั่งการตายของสิ่งมีชีวิต (เช่น ยา ยาฆ่าแมลง) อย่างไรก็ตาม เมื่อเปิดรับแสงเป็นเวลานาน อาจมีการปรับตัวให้เข้ากับสิ่งเหล่านี้ได้เช่นกัน

สิ่งมีชีวิตที่ปรับให้เข้ากับชีวิตประจำวัน ตามฤดูกาล จังหวะน้ำขึ้นน้ำลง จังหวะของกิจกรรมดวงอาทิตย์ ข้างขึ้นข้างแรม และปรากฏการณ์ตามช่วงเวลาอย่างเคร่งครัดอื่นๆ ดังนั้นการปรับตัวตามฤดูกาลจึงแตกต่างกันตามฤดูกาลในธรรมชาติและสภาวะของการพักตัวในฤดูหนาว

ฤดูกาลในธรรมชาติ ค่านำของพืชและสัตว์ในการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตคือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิประจำปี ระยะเวลาที่เอื้ออำนวยต่อชีวิตโดยเฉลี่ยสำหรับประเทศของเราคือประมาณหกเดือน (ฤดูใบไม้ผลิ ฤดูร้อน) แม้กระทั่งก่อนที่น้ำค้างแข็งจะมาถึง การพักตัวในฤดูหนาวจะเริ่มขึ้นในธรรมชาติ

การพักตัวในฤดูหนาว การพักตัวในฤดูหนาวไม่ได้เป็นเพียงการหยุดการพัฒนาอันเป็นผลมาจาก อุณหภูมิต่ำแต่การปรับตัวทางสรีรวิทยาที่ซับซ้อน ยิ่งกว่านั้น เกิดขึ้นเฉพาะในขั้นตอนหนึ่งของการพัฒนาเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ยุงมาลาเรียและแมลงเม่าตำแยจะหลบหนาวในระยะแมลงตัวเต็มวัย ผีเสื้อกะหล่ำปลีในระยะดักแด้ และผีเสื้อกลางคืนยิปซีในระยะไข่

จังหวะชีวภาพ แต่ละสปีชีส์ในกระบวนการวิวัฒนาการได้พัฒนาวัฏจักรประจำปีของการเติบโตและการพัฒนาอย่างเข้มข้น การสืบพันธุ์ การเตรียมพร้อมสำหรับฤดูหนาวและการหลบหนาว ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าจังหวะทางชีวภาพ ความบังเอิญของแต่ละช่วงเวลาของวงจรชีวิตกับฤดูกาลที่สอดคล้องกันนั้นมีความสำคัญต่อการดำรงอยู่ของสปีชีส์

ปัจจัยหลักในการควบคุมวัฏจักรฤดูกาลในพืชและสัตว์ส่วนใหญ่คือการเปลี่ยนแปลงความยาวของวัน

จังหวะชีวภาพคือ:

จังหวะภายนอก (ภายนอก) (เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาต่อการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะในสภาพแวดล้อม (การเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืน ฤดูกาล กิจกรรมแสงอาทิตย์) ภายนอก (จังหวะภายใน) ถูกสร้างขึ้นโดยร่างกายเอง

ในทางกลับกัน ภายนอกจะถูกแบ่งออกเป็น:

จังหวะทางสรีรวิทยา (การเต้นของหัวใจ การหายใจ ต่อมไร้ท่อ DNA RNA การสังเคราะห์โปรตีน เอนไซม์ การแบ่งเซลล์ ฯลฯ)

จังหวะทางนิเวศวิทยา (รายวัน ประจำปี น้ำขึ้นน้ำลง จันทรคติ ฯลฯ)

กระบวนการของ DNA, RNA, การสังเคราะห์โปรตีน, การแบ่งเซลล์, การเต้นของหัวใจ, การหายใจ ฯลฯ มีจังหวะ อิทธิพลจากภายนอกสามารถเปลี่ยนเฟสของจังหวะเหล่านี้และเปลี่ยนแอมพลิจูดได้

จังหวะทางสรีรวิทยาแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสถานะของร่างกาย ในขณะที่จังหวะของสิ่งแวดล้อมจะเสถียรกว่าและสอดคล้องกับจังหวะภายนอก ด้วยจังหวะภายนอกร่างกายสามารถนำทางได้ทันเวลาและเตรียมพร้อมล่วงหน้าสำหรับการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมที่จะเกิดขึ้น - นี่คือนาฬิกาชีวภาพของร่างกาย สิ่งมีชีวิตหลายชนิดมีลักษณะตามจังหวะของวงจรและจังหวะของวงจร

จังหวะ circadian (circadian) - ความเข้มที่เกิดขึ้นซ้ำ ๆ และธรรมชาติของกระบวนการและปรากฏการณ์ทางชีววิทยาที่มีระยะเวลา 20 ถึง 28 ชั่วโมง จังหวะรอบวันสัมพันธ์กับกิจกรรมของสัตว์และพืชในระหว่างวัน และตามกฎแล้วขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความเข้มของแสง ตัวอย่างเช่น ค้างคาวบินในตอนค่ำและพักผ่อนในตอนกลางวัน สิ่งมีชีวิตในแพลงก์ตอนจำนวนมากอาศัยอยู่ที่ผิวน้ำในตอนกลางคืนและลงไปในน้ำลึกในตอนกลางวัน

จังหวะทางชีวภาพตามฤดูกาลเกี่ยวข้องกับอิทธิพลของแสง - ช่วงแสง ปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตต่อความยาวของวันเรียกว่าช่วงแสง ช่วงแสงเป็นการปรับตัวที่สำคัญโดยทั่วไปซึ่งควบคุมปรากฏการณ์ตามฤดูกาลในสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด การศึกษาช่วงแสงในพืชและสัตว์แสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตต่อแสงนั้นขึ้นอยู่กับการสลับช่วงเวลาของแสงและความมืดในช่วงเวลาหนึ่งในระหว่างวัน ปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิต (จากเซลล์เดียวถึงมนุษย์) ต่อความยาวของกลางวันและกลางคืนแสดงให้เห็นว่าพวกมันสามารถวัดเวลาได้ เช่น มีนาฬิกาชีวภาพบางชนิด นาฬิกาชีวภาพนอกเหนือจากวัฏจักรของฤดูกาลยังควบคุมปรากฏการณ์ทางชีววิทยาอื่น ๆ อีกมากมาย กำหนดจังหวะประจำวันที่ถูกต้องของทั้งกิจกรรมของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดและกระบวนการที่เกิดขึ้นแม้ในระดับเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการแบ่งเซลล์

คุณสมบัติสากลของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่ไวรัสและจุลินทรีย์ไปจนถึงพืชและสัตว์ชั้นสูง คือความสามารถในการทำให้เกิดการกลายพันธุ์ - เกิดขึ้นอย่างกะทันหัน เป็นธรรมชาติและประดิษฐ์ขึ้น สืบทอดการเปลี่ยนแปลงในสารพันธุกรรม ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงสัญญาณบางอย่างของสิ่งมีชีวิต ความแปรปรวนร่วมกันไม่สอดคล้องกับสภาพแวดล้อมและตามกฎแล้วขัดขวางการปรับตัวที่มีอยู่

แมลงหลายชนิดตกอยู่ในภาวะหยุดชั่วคราว (การหยุดพัฒนาเป็นเวลานาน) ในขั้นตอนหนึ่งของการพัฒนา ซึ่งไม่ควรสับสนกับสภาวะพักภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย การสืบพันธุ์ของสัตว์ทะเลหลายชนิดได้รับอิทธิพลจากจังหวะของดวงจันทร์

จังหวะ Circanian (ใกล้ปี) เป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ในความเข้มข้นและธรรมชาติของกระบวนการและปรากฏการณ์ทางชีววิทยาในช่วง 10 ถึง 13 เดือน

สภาพร่างกายและจิตใจของบุคคลก็มีลักษณะเป็นจังหวะ

จังหวะการทำงานและการพักผ่อนที่ถูกรบกวนจะลดประสิทธิภาพและส่งผลเสียต่อสุขภาพของมนุษย์ สภาพของมนุษย์ใน เงื่อนไขที่รุนแรงจะขึ้นอยู่กับระดับความพร้อมของเขาสำหรับเงื่อนไขเหล่านี้เนื่องจากไม่มีเวลาสำหรับการปรับตัวและการกู้คืน

สารทั้งหมดบนโลกอยู่ในกระบวนการหมุนเวียน พลังงานแสงอาทิตย์ทำให้เกิดวัฏจักรของสสารบนโลกสองรอบ: ขนาดใหญ่ (ธรณีวิทยา ชีวมณฑล)และ ขนาดเล็ก (ทางชีวภาพ)

การหมุนเวียนของสารจำนวนมากในชีวมณฑลมีลักษณะสำคัญสองประการ: เกิดขึ้นตลอดการพัฒนาทางธรณีวิทยาทั้งหมดของโลกและเป็นกระบวนการของดาวเคราะห์สมัยใหม่ที่มีส่วนสำคัญในการพัฒนาต่อไปของชีวมณฑล

วัฏจักรทางธรณีวิทยามีความเกี่ยวข้องกับการก่อตัวและการทำลายหิน และการเคลื่อนตัวของผลิตภัณฑ์การทำลายที่ตามมา - วัสดุที่เป็นอันตรายและองค์ประกอบทางเคมี มีบทบาทสำคัญในกระบวนการเหล่านี้และยังคงแสดงต่อไปโดยคุณสมบัติทางความร้อนของพื้นผิวดินและน้ำ: การดูดซับและการสะท้อนของแสงแดด การนำความร้อน และความจุความร้อน ระบอบความร้อนใต้พิภพที่ไม่เสถียรของพื้นผิวโลกพร้อมกับระบบการไหลเวียนของบรรยากาศของดาวเคราะห์กำหนดการไหลเวียนทางธรณีวิทยาของสารซึ่งในระยะเริ่มต้นของการพัฒนาของโลกพร้อมกับกระบวนการภายนอกเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของทวีปมหาสมุทรและสมัยใหม่ ธรณีสเฟียร์ ด้วยการก่อตัวของชีวมณฑล ผลิตภัณฑ์จากกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตจึงรวมอยู่ในวัฏจักรอันยิ่งใหญ่ วัฏจักรทางธรณีวิทยาให้สารอาหารแก่สิ่งมีชีวิตและกำหนดเงื่อนไขสำหรับการดำรงอยู่ของพวกมันเป็นส่วนใหญ่

องค์ประกอบทางเคมีหลักธรณีภาค: ออกซิเจน ซิลิกอน อลูมิเนียม เหล็ก แมกนีเซียม โซเดียม โพแทสเซียม และอื่น ๆ - มีส่วนร่วมในการไหลเวียนขนาดใหญ่ผ่านจากส่วนลึกของเนื้อโลกส่วนบนไปยังพื้นผิวของธรณีภาค หินอัคนีเกิดขึ้นระหว่างการตกผลึก

แมกมาที่เข้าสู่พื้นผิวของธรณีภาคจากส่วนลึกของโลก ผ่านการสลายตัวและสภาพดินฟ้าอากาศในชีวมณฑล ผลิตภัณฑ์ที่ผุกร่อนผ่านเข้าสู่สถานะเคลื่อนที่ถูกพัดพาโดยน้ำ ลม ไปยังสถานที่นูนต่ำ ตกลงสู่แม่น้ำ มหาสมุทร และก่อตัวเป็นชั้นหินตะกอนหนา ซึ่งเมื่อเวลาผ่านไปจะจมลงสู่ระดับลึกในบริเวณที่มีอุณหภูมิและความดันสูง การเปลี่ยนแปลงเช่น "remelted" ระหว่างการหลอมละลายนี้ หินแปรใหม่จะปรากฏขึ้น เข้าสู่ขอบฟ้าด้านบนของเปลือกโลกและกลับเข้าสู่การหมุนเวียนของสสาร (รูปที่ 32)

ข้าว. 32. การไหลเวียนของสารทางธรณีวิทยา (ใหญ่)

สารที่เคลื่อนที่ได้ง่าย - ก๊าซและน้ำธรรมชาติที่ประกอบกันเป็นชั้นบรรยากาศและไฮโดรสเฟียร์ของโลก - ผ่านการไหลเวียนอย่างเข้มข้นและรวดเร็วที่สุด วัสดุของธรณีภาคเคลื่อนที่ช้ากว่ามาก โดยทั่วไป การไหลเวียนขององค์ประกอบทางเคมีใดๆ แต่ละครั้งเป็นส่วนหนึ่งของการไหลเวียนของสสารขนาดใหญ่ทั่วไปบนโลก และสารทั้งหมดเชื่อมโยงถึงกันอย่างใกล้ชิด สิ่งมีชีวิตของชีวมณฑลในการหมุนเวียนนี้ทำหน้าที่ใหญ่ในการกระจายองค์ประกอบทางเคมีที่ไหลเวียนอย่างต่อเนื่องในชีวมณฑล ส่งผ่านจากสิ่งแวดล้อมภายนอกสู่สิ่งมีชีวิตและอีกครั้งสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก

การไหลเวียนของสารขนาดเล็กหรือทางชีวภาพ- นี้

การหมุนเวียนของสารระหว่างพืช สัตว์ เห็ดรา จุลินทรีย์ และดิน สาระสำคัญของวัฏจักรทางชีวภาพคือการไหลของสองกระบวนการที่ตรงกันข้าม แต่สัมพันธ์กัน - การสร้างสารอินทรีย์และการทำลายล้าง ระยะเริ่มต้นของการเกิดสารอินทรีย์เกิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชสีเขียว เช่น การก่อตัวของสิ่งมีชีวิตจากคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และสารประกอบแร่ธาตุอย่างง่ายโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ พืช (ผู้ผลิต) สกัดโมเลกุลของกำมะถัน ฟอสฟอรัส แคลเซียม โพแทสเซียม แมกนีเซียม แมงกานีส ซิลิกอน อะลูมิเนียม สังกะสี ทองแดง และธาตุอื่นๆ จากดินในสารละลาย สัตว์ที่กินพืชเป็นอาหาร (ผู้บริโภคลำดับที่หนึ่ง) ดูดซับสารประกอบขององค์ประกอบเหล่านี้แล้วในรูปของอาหารที่มาจากพืช ผู้ล่า (ผู้บริโภคอันดับสอง) กินสัตว์ที่กินพืชเป็นอาหาร บริโภคอาหารที่มีส่วนประกอบที่ซับซ้อนกว่า รวมทั้งโปรตีน ไขมัน กรดอะมิโน และสารอื่นๆ ในกระบวนการทำลายโดยจุลินทรีย์ (ตัวย่อยสลาย) ของอินทรียวัตถุของพืชที่ตายแล้วและซากสัตว์ สารประกอบแร่ธาตุอย่างง่ายจะเข้าสู่ดินและสภาพแวดล้อมทางน้ำ ซึ่งพร้อมสำหรับการดูดซึมโดยพืช และวัฏจักรชีวภาพรอบต่อไปจะเริ่มขึ้น (รูปที่ 33)

การไหลเวียน (ทางชีวภาพ) ขนาดเล็ก

มวลของสิ่งมีชีวิตในชีวมณฑลมีขนาดค่อนข้างเล็ก หากกระจายไปทั่วพื้นผิวโลกจะได้ชั้นเพียง 1.5 ซม. ตารางที่ 4.1 เปรียบเทียบลักษณะเชิงปริมาณของชีวมณฑลและธรณีภาคอื่น ๆ ของโลก ชีวมณฑลซึ่งมีมวลน้อยกว่า 10-6 มวลของเปลือกอื่นๆ ของโลก มีความหลากหลายมากกว่าอย่างหาที่เปรียบไม่ได้และต่ออายุองค์ประกอบเร็วกว่าล้านเท่า

ตารางที่ 4.1

การเปรียบเทียบชีวมณฑลกับธรณีภาคอื่นๆ ของโลก

*สารมีชีวิตขึ้นอยู่กับน้ำหนักที่มีชีวิต

4.4.1. หน้าที่ของชีวมณฑล

ต้องขอบคุณ biota ของ biosphere ส่วนสำคัญของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีบนโลกใบนี้จึงเกิดขึ้น ดังนั้นการตัดสินของ V.I. Vernadsky เกี่ยวกับบทบาททางธรณีวิทยาการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ของสิ่งมีชีวิต ตลอดวิวัฒนาการทางอินทรีย์ สิ่งมีชีวิตได้ผ่านตัวเองผ่านอวัยวะ เนื้อเยื่อ เซลล์ เลือด บรรยากาศทั้งหมด ปริมาตรทั้งหมดของมหาสมุทรโลก มวลส่วนใหญ่ของดิน แร่ธาตุจำนวนมากผ่านตัวมันเอง อวัยวะ เนื้อเยื่อ เซลล์ เลือด เป็นพันครั้ง (สำหรับรอบต่างๆ ตั้งแต่ 103 ถึง 105 ครั้ง) และพวกเขาไม่เพียงพลาด แต่ยังปรับเปลี่ยนสภาพแวดล้อมของโลกให้สอดคล้องกับความต้องการของพวกเขาด้วย

ด้วยความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานของพันธะเคมี พืชและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ จึงทำหน้าที่พื้นฐานทางชีวธรณีเคมีจำนวนหนึ่งในระดับดาวเคราะห์

ฟังก์ชั่นแก๊ส สิ่งมีชีวิตแลกเปลี่ยนออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์กับสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่องในกระบวนการสังเคราะห์แสงและการหายใจ พืชมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงจากสภาพแวดล้อมที่ลดลงไปเป็นสภาพแวดล้อมที่ออกซิไดซ์ในวิวัฒนาการทางธรณีเคมีของดาวเคราะห์และในการก่อตัวขององค์ประกอบของก๊าซในชั้นบรรยากาศสมัยใหม่ พืชควบคุมความเข้มข้นของ O2 และ CO2 อย่างเคร่งครัด ซึ่งเหมาะสมที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิตสมัยใหม่ทั้งหมด

ฟังก์ชันความเข้มข้น โดยการส่งผ่านอากาศปริมาณมากและสารละลายตามธรรมชาติผ่านร่างกาย สิ่งมีชีวิตจะทำการอพยพทางชีวภาพ (การเคลื่อนที่ของสารเคมี) และความเข้มข้นขององค์ประกอบทางเคมีและสารประกอบของพวกมัน สิ่งนี้หมายถึงการสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารอินทรีย์ การก่อตัวของเกาะปะการัง การสร้างเปลือกหอยและโครงกระดูก การปรากฏตัวของชั้นหินปูนตะกอน การสะสมของแร่โลหะบางชนิด การสะสมของก้อนเหล็กแมงกานีสบนพื้นมหาสมุทร ฯลฯ ช่วงแรกของวิวัฒนาการทางชีววิทยาเกิดขึ้นใน สภาพแวดล้อมทางน้ำ. สิ่งมีชีวิตเรียนรู้ที่จะสกัดสารที่ต้องการจากสารละลายที่มีน้ำเจือจาง ทำให้ความเข้มข้นในร่างกายทวีคูณขึ้นหลายเท่า

ฟังก์ชันรีดอกซ์ของสิ่งมีชีวิตมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการอพยพขององค์ประกอบทางชีวภาพและความเข้มข้นของสารต่างๆ สารหลายชนิดในธรรมชาติมีความเสถียรและไม่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันภายใต้สภาวะปกติ ตัวอย่างเช่น โมเลกุลไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบทางชีวภาพที่สำคัญที่สุดองค์ประกอบหนึ่ง แต่เซลล์ที่มีชีวิตมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทรงพลัง เช่น เอ็นไซม์ที่พวกมันสามารถทำปฏิกิริยารีดอกซ์ได้เร็วกว่าหลายล้านเท่าในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีชีวิต

ฟังก์ชั่นข้อมูลของสิ่งมีชีวิตในชีวมณฑล ด้วยการถือกำเนิดของสิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์กลุ่มแรกที่ข้อมูลที่ใช้งานอยู่ (“มีชีวิต”) ปรากฏขึ้นบนโลก ซึ่งแตกต่างจากข้อมูลที่ “ตายแล้ว” ซึ่งเป็นภาพสะท้อนที่เรียบง่ายของโครงสร้าง สิ่งมีชีวิตสามารถรับข้อมูลได้โดยการเชื่อมต่อการไหลของพลังงานกับโครงสร้างโมเลกุลที่ใช้งานซึ่งมีบทบาทเป็นโปรแกรม ความสามารถในการรับรู้ จัดเก็บ และประมวลผลข้อมูลระดับโมเลกุลได้ผ่านวิวัฒนาการขั้นสูงในธรรมชาติ และกลายเป็นปัจจัยสร้างระบบนิเวศที่สำคัญที่สุด ข้อมูลพันธุกรรมของ biota ทั้งหมดอยู่ที่ประมาณ 1,015 บิต พลังรวมของการไหลเวียนของข้อมูลระดับโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับเมแทบอลิซึมและพลังงานในทุกเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั่วโลกสูงถึง 1,036 บิต/วินาที (Gorshkov et al., 1996)

4.4.2. ส่วนประกอบของวัฏจักรชีวภาพ

วัฏจักรชีวภาพดำเนินไประหว่างส่วนประกอบทั้งหมดของชีวมณฑล (เช่น ระหว่างดิน อากาศ น้ำ สัตว์ จุลินทรีย์ ฯลฯ) มันเกิดขึ้นกับการมีส่วนร่วมบังคับของสิ่งมีชีวิต

รังสีดวงอาทิตย์ที่ไปถึงชีวมณฑลมีพลังงานประมาณ 2.5 * 1024 J ต่อปี มีเพียง 0.3% เท่านั้นที่ถูกแปลงโดยตรงในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงให้เป็นพลังงานของพันธะเคมีของสารอินทรีย์ เช่น มีส่วนร่วมในวงจรทางชีวภาพ และ 0.1 - 0.2% ของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกลงมาบนโลกกลายเป็นการผลิตขั้นต้นสุทธิ ชะตากรรมต่อไปพลังงานนี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนสารอินทรีย์ของอาหารผ่านห่วงโซ่อาหาร

วัฏจักรชีวภาพสามารถแบ่งตามเงื่อนไขออกเป็นองค์ประกอบที่สัมพันธ์กัน: วัฏจักรของสารและวัฏจักรพลังงาน

4.4.3. วัฏจักรพลังงาน การเปลี่ยนแปลงพลังงานในชีวมณฑล

ระบบนิเวศสามารถอธิบายได้ว่าเป็นกลุ่มของสิ่งมีชีวิตที่มีการแลกเปลี่ยนพลังงาน สสาร และข้อมูลอย่างต่อเนื่อง พลังงานสามารถกำหนดเป็นความสามารถในการทำงาน คุณสมบัติของพลังงาน รวมถึงการเคลื่อนที่ของพลังงานในระบบนิเวศ อธิบายไว้ในกฎของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์หรือกฎการอนุรักษ์พลังงานระบุว่าพลังงานจะไม่หายไปและไม่ได้ถูกสร้างขึ้นใหม่ มันจะเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าเอนโทรปีสามารถเพิ่มขึ้นได้ในระบบปิดเท่านั้น สำหรับพลังงานในระบบนิเวศ สูตรต่อไปนี้สะดวก: กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานสามารถเกิดขึ้นได้เองก็ต่อเมื่อพลังงานผ่านจากรูปแบบที่มีความเข้มข้นไปยังรูปแบบที่กระจาย นั่นคือ มันลดคุณภาพลง การวัดปริมาณพลังงานที่ไม่สามารถใช้งานได้ หรือการวัดการเปลี่ยนแปลงตามลำดับที่เกิดขึ้นเมื่อพลังงานเสื่อมโทรม คือ เอนโทรปี ยิ่งระบบมีลำดับสูงเท่าใด เอนโทรปีก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

กล่าวอีกนัยหนึ่ง สิ่งมีชีวิตได้รับและเปลี่ยนพลังงานของจักรวาล ดวงอาทิตย์ ให้เป็นพลังงานของกระบวนการทางโลก (เคมี เครื่องกล ความร้อน ไฟฟ้า) มันเกี่ยวข้องกับพลังงานและสารอนินทรีย์ในการหมุนเวียนอย่างต่อเนื่องของสสารในชีวมณฑล การไหลของพลังงานในชีวมณฑลมีทิศทางเดียว - จากดวงอาทิตย์ผ่านพืช (ออโตโทรฟ) ไปยังสัตว์ (เฮเทอโรโทรฟ) ระบบนิเวศที่ไม่ถูกแตะต้องตามธรรมชาติในสภาวะที่เสถียรโดยมีตัวบ่งชี้ด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญคงที่ (สภาวะสมดุล) เป็นระบบที่ได้รับคำสั่งมากที่สุดและมีลักษณะค่าเอนโทรปีต่ำที่สุด

4.4.4. วัฏจักรของสารในธรรมชาติ

การก่อตัวของสิ่งมีชีวิตและการสลายตัวเป็นสองด้านของกระบวนการเดียว ซึ่งเรียกว่า วัฏจักรชีวภาพขององค์ประกอบทางเคมี ชีวิตคือการหมุนเวียนขององค์ประกอบทางเคมีระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม

เหตุผลของวัฏจักรคือความจำกัดขององค์ประกอบที่สร้างร่างกายของสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดดึงสารที่จำเป็นต่อชีวิตออกจากสิ่งแวดล้อมและส่งคืนส่วนที่ไม่ได้ใช้ ประเด็น:

สิ่งมีชีวิตบางชนิดกินแร่ธาตุโดยตรงจากสิ่งแวดล้อม

คนอื่นใช้ผลิตภัณฑ์แปรรูปและแยกก่อน

ครั้งที่สาม-ครั้งที่สอง ฯลฯ จนกว่าสารจะกลับคืนสู่สิ่งแวดล้อมในสภาพเดิม

ในชีวมณฑล ความต้องการการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ที่สามารถใช้ของเสียของกันและกันได้นั้นชัดเจน เราเห็นการผลิตทางชีวภาพที่ปราศจากของเสีย

วัฏจักรของสารในสิ่งมีชีวิตสามารถลดลงตามเงื่อนไขได้ถึงสี่กระบวนการ:

1. การสังเคราะห์ด้วยแสง. ผลจากการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชดูดซับและสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ และสังเคราะห์สารอินทรีย์ - ผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพขั้นต้น - และออกซิเจนจากสารอนินทรีย์ ผลิตภัณฑ์ชีวภาพขั้นต้นมีความหลากหลายมาก - ประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรต (กลูโคส) แป้ง ไฟเบอร์ โปรตีน ไขมัน

รูปแบบการสังเคราะห์ด้วยแสงของคาร์โบไฮเดรตที่ง่ายที่สุด (กลูโคส) มีรูปแบบดังต่อไปนี้:

กระบวนการนี้เกิดขึ้นเฉพาะในระหว่างวันและมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของมวลพืช

บนโลกนี้ สารอินทรีย์ประมาณ 1 แสนล้านตันก่อตัวขึ้นทุกปีจากการสังเคราะห์ด้วยแสง คาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 2 แสนล้านตันถูกดูดซึม และออกซิเจนประมาณ 145 พันล้านตันถูกปล่อยออกมา

การสังเคราะห์ด้วยแสงมีบทบาทสำคัญในการรับรองการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตบนโลก ความสำคัญระดับโลกของมันอธิบายได้จากความจริงที่ว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการเดียวที่พลังงานในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ตามหลักการมินิมัลลิสต์ไม่สลายไป แต่จะสะสม

โดยการสังเคราะห์กรดอะมิโนที่จำเป็นสำหรับการสร้างโปรตีน พืชสามารถดำรงอยู่ได้ค่อนข้างเป็นอิสระจากสิ่งมีชีวิตอื่นๆ สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึง autotrophy ของพืช (ความพอเพียงทางโภชนาการ) ในเวลาเดียวกันมวลสีเขียวของพืชและออกซิเจนที่เกิดขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นพื้นฐานสำหรับการรักษาชีวิตของสิ่งมีชีวิตกลุ่มต่อไป - สัตว์จุลินทรีย์ สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างของสิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้

2. การหายใจ กระบวนการนี้เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับการสังเคราะห์ด้วยแสง เกิดขึ้นในเซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมด ในระหว่างการหายใจ สารอินทรีย์จะถูกออกซิไดซ์ด้วยออกซิเจน ทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และพลังงาน

3. ความสัมพันธ์ทางโภชนาการ (โภชนาการ) ระหว่างสิ่งมีชีวิต autotrophic และ heterotrophic ในกรณีนี้ มีการถ่ายโอนพลังงานและสสารไปตามการเชื่อมโยงของห่วงโซ่อาหาร ซึ่งเราได้กล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมก่อนหน้านี้

4. กระบวนการคายน้ำ หนึ่งในกระบวนการที่สำคัญที่สุดในวงจรชีวภาพ

สามารถอธิบายเป็นแผนผังได้ดังนี้ พืชดูดซับความชื้นในดินผ่านทางราก ในเวลาเดียวกันสารแร่ที่ละลายในน้ำจะถูกดูดซับและความชื้นจะระเหยมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม

4.4.5. วัฏจักรชีวธรณีเคมี

วัฏจักรทางธรณีวิทยาและชีวภาพเชื่อมโยงกัน - พวกมันมีอยู่เป็นกระบวนการเดียว ก่อให้เกิดการหมุนเวียนของสารที่เรียกว่า วัฏจักรชีวธรณีเคมี (BGCC) การหมุนเวียนขององค์ประกอบนี้เกิดจากการสังเคราะห์และการสลายตัวของสารอินทรีย์ในระบบนิเวศ (รูปที่ 4.1) ไม่ใช่องค์ประกอบทั้งหมดของชีวมณฑลที่เกี่ยวข้องกับ BHCC แต่มีเพียงองค์ประกอบทางชีวภาพเท่านั้น สิ่งมีชีวิตประกอบด้วยองค์ประกอบเหล่านี้เข้าสู่ปฏิกิริยามากมายและมีส่วนร่วมในกระบวนการที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต ในแง่เปอร์เซ็นต์ มวลรวมของสิ่งมีชีวิตในชีวมณฑลประกอบด้วยองค์ประกอบทางชีวภาพหลักดังต่อไปนี้: ออกซิเจน - 70%, คาร์บอน - 18%, ไฮโดรเจน - 10.5%, แคลเซียม - 0.5%, โพแทสเซียม - 0.3%, ไนโตรเจน - 0 , 3%, (ออกซิเจน, ไฮโดรเจน, ไนโตรเจน, คาร์บอนมีอยู่ในทุกภูมิประเทศและเป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต - 98%)

สาระสำคัญของการย้ายถิ่นทางชีวภาพขององค์ประกอบทางเคมี

ดังนั้น ในชีวมณฑลจึงมีวัฏจักรทางชีวภาพของสาร (กล่าวคือ วัฏจักรที่เกิดจากกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต) และการไหลเวียนของพลังงานแบบทิศทางเดียว การย้ายถิ่นทางชีวภาพขององค์ประกอบทางเคมีส่วนใหญ่พิจารณาจากสองกระบวนการที่ตรงกันข้าม:

1. การก่อตัวของสิ่งมีชีวิตจากองค์ประกอบของสิ่งแวดล้อมเนื่องจากพลังงานแสงอาทิตย์

2. การทำลายสารอินทรีย์พร้อมกับการปลดปล่อยพลังงาน ในเวลาเดียวกันองค์ประกอบของสารแร่จะเข้าสู่สิ่งมีชีวิตซ้ำ ๆ ดังนั้นการเข้าสู่องค์ประกอบของสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนรูปแบบและจากนั้นเมื่อสิ่งหลังถูกทำลายพวกมันจะได้รับรูปแบบแร่อีกครั้ง

มีองค์ประกอบที่เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิต แต่ไม่เกี่ยวข้องกับไบโอจีนิก องค์ประกอบดังกล่าวจำแนกตามสัดส่วนน้ำหนักในสิ่งมีชีวิต:

ธาตุอาหารหลัก - ส่วนประกอบอย่างน้อย 10-2% ของมวล

ธาตุติดตาม - ส่วนประกอบตั้งแต่ 9 * 10-3 ถึง 1 * 10-3% ของมวล

Ultramicroelements - น้อยกว่า 9 * 10-6% ของมวล

ในการระบุตำแหน่งขององค์ประกอบทางชีวภาพท่ามกลางองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ ของชีวมณฑล ขอให้เราพิจารณาการจัดประเภทที่ใช้ในระบบนิเวศวิทยา ตามกิจกรรมที่แสดงในกระบวนการที่เกิดขึ้นในชีวมณฑล องค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดแบ่งออกเป็น 6 กลุ่ม:

ก๊าซมีตระกูล ได้แก่ ฮีเลียม นีออน อาร์กอน คริปทอน ซีนอน ก๊าซเฉื่อยไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิต

โลหะมีตระกูล - รูทีเนียม, เรเดียม, แพลเลเดียม, ออสเมียม, อิริเดียม, แพลทินัม, ทอง โลหะเหล่านี้แทบไม่สร้างสารประกอบในเปลือกโลก

องค์ประกอบที่เป็นวัฏจักรหรือไบโอจีนิก (เรียกอีกอย่างว่าการย้ายถิ่น) องค์ประกอบทางชีวภาพกลุ่มนี้ในเปลือกโลกคิดเป็น 99.7% ของมวลทั้งหมดและอีก 5 กลุ่มที่เหลือ - 0.3% ดังนั้นองค์ประกอบส่วนใหญ่จึงเป็นผู้อพยพที่หมุนเวียนเข้ามา ซองจดหมายทางภูมิศาสตร์และส่วนของธาตุเฉื่อยมีขนาดเล็กมาก

องค์ประกอบที่กระจัดกระจายโดดเด่นด้วยความเด่นของอะตอมอิสระ พวกมันเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมี แต่ไม่ค่อยพบสารประกอบของพวกมันในเปลือกโลก พวกเขาแบ่งออกเป็นสองกลุ่มย่อย ครั้งแรก - รูบิเดียม, ซีเซียม, ไนโอเบียม, แทนทาลัม - สร้างสารประกอบในส่วนลึกของเปลือกโลกและบนพื้นผิวของแร่ธาตุจะถูกทำลาย ประการที่สอง - ไอโอดีน, โบรมีน - ทำปฏิกิริยากับพื้นผิวเท่านั้น

ธาตุกัมมันตภาพรังสี - พอโลเนียม เรดอน เรเดียม ยูเรเนียม เนปทูเนียม พลูโตเนียม

ธาตุหายาก - อิตเทรียม ซาแมเรียม ยูโรเพียม ทูเลียม ฯลฯ

วัฏจักรทางชีวเคมีตลอดทั้งปีมีการเคลื่อนไหวประมาณ 480 พันล้านตันของสสาร

ในและ Vernadsky ได้กำหนดหลักการทางชีวธรณีเคมีสามประการที่อธิบายสาระสำคัญของการย้ายถิ่นทางชีวภาพขององค์ประกอบทางเคมี:

การย้ายถิ่นทางชีวภาพขององค์ประกอบทางเคมีในชีวมณฑลมักจะแสดงออกมาสูงสุดเสมอ

วิวัฒนาการของสปีชีส์ในช่วงเวลาทางธรณีวิทยา ซึ่งนำไปสู่การสร้างรูปแบบของชีวิตที่ยั่งยืน ดำเนินไปในทิศทางที่ส่งเสริมการอพยพทางชีวภาพของอะตอม

สิ่งมีชีวิตมีการแลกเปลี่ยนทางเคมีกับสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นปัจจัยที่สร้างและคงไว้ซึ่งชีวมณฑล

ให้เราพิจารณาว่าองค์ประกอบเหล่านี้เคลื่อนที่อย่างไรในชีวมณฑล

วัฏจักรคาร์บอน ผู้เข้าร่วมหลักในวัฏจักรไบโอติกคือคาร์บอนซึ่งเป็นพื้นฐานของสารอินทรีย์ วัฏจักรคาร์บอนส่วนใหญ่เกิดขึ้นระหว่างสิ่งมีชีวิตกับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง สัตว์กินพืชได้รับจากอาหาร ผู้ล่าได้รับจากสัตว์กินพืช เมื่อหายใจ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เน่าเปื่อยจะถูกส่งกลับคืนสู่ชั้นบรรยากาศบางส่วน การส่งคืนเกิดขึ้นเมื่อแร่ธาตุอินทรีย์ถูกเผา

หากไม่มีการปล่อยคาร์บอนกลับคืนสู่บรรยากาศ พืชสีเขียวจะถูกใช้จนหมดภายใน 7-8 ปี อัตราการหมุนเวียนทางชีวภาพของคาร์บอนผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสงคือ 300 ปี มหาสมุทรมีบทบาทสำคัญในการควบคุมเนื้อหาของ CO2 ในชั้นบรรยากาศ หากปริมาณ CO2 เพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศ บางส่วนจะละลายในน้ำ ทำปฏิกิริยากับแคลเซียมคาร์บอเนต

วงจรออกซิเจน

ออกซิเจนมีกิจกรรมทางเคมีสูงเข้าสู่สารประกอบกับองค์ประกอบเกือบทั้งหมดของเปลือกโลก ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในรูปของสารประกอบ ทุก ๆ อะตอมที่สี่ของสิ่งมีชีวิตคืออะตอมออกซิเจน ออกซิเจนโมเลกุลเกือบทั้งหมดในชั้นบรรยากาศเกิดขึ้นและคงอยู่ในระดับคงที่เนื่องจากกิจกรรมของพืชสีเขียว ออกซิเจนในบรรยากาศซึ่งจับตัวกันระหว่างการหายใจและปล่อยออกมาระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง ส่งผ่านไปยังสิ่งมีชีวิตทุกชนิดใน 200 ปี

วัฏจักรไนโตรเจน ไนโตรเจนเป็นส่วนสำคัญของโปรตีนทั้งหมด อัตราส่วนรวมของไนโตรเจนที่ถูกผูกไว้ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ประกอบด้วยสารอินทรีย์ต่อไนโตรเจนในธรรมชาติคือ 1:100,000 พลังงานพันธะเคมีในโมเลกุลไนโตรเจนมีค่าสูงมาก ดังนั้นการรวมกันของไนโตรเจนกับองค์ประกอบอื่น ๆ - ออกซิเจน, ไฮโดรเจน (กระบวนการตรึงไนโตรเจน) - ต้องใช้พลังงานจำนวนมาก การตรึงไนโตรเจนในอุตสาหกรรมจะเกิดขึ้นโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ -500°C และความดัน -300 atm

อย่างที่คุณทราบ บรรยากาศมีโมเลกุลไนโตรเจนมากกว่า 78% แต่ในสถานะนี้พืชสีเขียวไม่สามารถหาได้ สำหรับสารอาหาร พืชสามารถใช้เกลือของกรดไนตริกและกรดไนตรัสเท่านั้น วิธีการก่อตัวของเกลือเหล่านี้คืออะไร? นี่คือบางส่วนของพวกเขา:

ในชีวมณฑล การตรึงไนโตรเจนดำเนินการโดยแบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจนและไซยาโนแบคทีเรียหลายกลุ่มที่อุณหภูมิและความดันปกติ เนื่องจากประสิทธิภาพของการเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพในระดับสูง เชื่อกันว่าแบคทีเรียเปลี่ยนไนโตรเจนประมาณ 1 พันล้านตันต่อปีให้อยู่ในรูปแบบที่ถูกผูกไว้ (ปริมาณการตรึงทางอุตสาหกรรมของโลกประมาณ 90 ล้านตัน)

แบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจนในดินสามารถดูดซึมโมเลกุลไนโตรเจนจากอากาศได้ พวกเขาทำให้ดินอุดมด้วยสารประกอบไนโตรเจน ดังนั้นมูลค่าของพวกมันจึงสูงมาก

อันเป็นผลมาจากการสลายตัวของสารประกอบที่มีไนโตรเจนของสารอินทรีย์จากพืชและสัตว์

ภายใต้การกระทำของแบคทีเรีย ไนโตรเจนจะถูกแปลงเป็นไนเตรต ไนไตรต์ สารประกอบแอมโมเนียม ในพืช สารประกอบไนโตรเจนมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์สารประกอบโปรตีน ซึ่งถูกถ่ายโอนจากสิ่งมีชีวิตสู่สิ่งมีชีวิตในห่วงโซ่อาหาร

วัฏจักรฟอสฟอรัส องค์ประกอบที่สำคัญอีกประการหนึ่งซึ่งไม่สามารถสังเคราะห์โปรตีนได้ก็คือฟอสฟอรัส แหล่งที่มาหลักคือหินอัคนี (อะปาไทต์) และหินตะกอน (ฟอสฟอไรต์)

ฟอสฟอรัสอนินทรีย์มีส่วนร่วมในวงจรอันเป็นผลมาจากกระบวนการชะล้างตามธรรมชาติ ฟอสฟอรัสถูกดูดซึมโดยสิ่งมีชีวิตซึ่งมีส่วนร่วมสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์จำนวนหนึ่งและถ่ายโอนไปยังระดับโภชนาการต่างๆ

หลังจากเสร็จสิ้นการเดินทางตามห่วงโซ่อาหารแล้ว ฟอสเฟตอินทรีย์จะถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์และเปลี่ยนเป็นแร่ธาตุฟอสเฟตที่พืชสีเขียวใช้ได้

ในกระบวนการหมุนเวียนทางชีวภาพซึ่งรับประกันการเคลื่อนที่ของสสารและพลังงาน ไม่มีที่สำหรับสะสมของเสีย ของเสีย (เช่น ของเสีย) ของสิ่งมีชีวิตแต่ละรูปแบบเป็นแหล่งเพาะพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตอื่นๆ

ตามทฤษฎีแล้ว ชีวมณฑลควรรักษาสมดุลระหว่างการผลิตมวลชีวภาพและการสลายตัวอยู่เสมอ อย่างไรก็ตาม ในบางช่วงเวลาทางธรณีวิทยา ความสมดุลของวัฏจักรชีวภาพถูกรบกวน เมื่อกลียุคเนื่องจากสภาวะทางธรรมชาติบางประการ ผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพบางชนิดไม่ได้รับการหลอมรวมและเปลี่ยนรูป ในกรณีเหล่านี้ ผลิตภัณฑ์ชีวภาพส่วนเกินได้ก่อตัวขึ้น ซึ่งถูกอนุรักษ์และทับถมในชั้นเปลือกโลก ใต้ชั้นน้ำ ตะกอน และจบลงที่โซนเพอร์มาฟรอสต์ จึงมีการสะสมของถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซ หินปูน ควรสังเกตว่าพวกมันไม่ทิ้งขยะชีวมณฑล พลังงานของดวงอาทิตย์ที่สะสมในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงมีความเข้มข้นในแร่ธาตุอินทรีย์ ตอนนี้ การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลอินทรีย์ คนๆ หนึ่งจะปล่อยพลังงานนี้ออกมา

เป็นนักวิชาการนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียที่โดดเด่น V.I. แวร์นาดสกี้.

ชีวมณฑล- เปลือกนอกที่ซับซ้อนของโลกซึ่งประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตทั้งหมดและส่วนหนึ่งของสสารของดาวเคราะห์ที่อยู่ในกระบวนการแลกเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องกับสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ นี่เป็นหนึ่งในธรณีสเฟียร์ที่สำคัญที่สุดของโลก ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่อยู่รอบตัวมนุษย์

โลกประกอบด้วยศูนย์กลาง เปลือกหอย(ธรณีสเฟียร์) ทั้งภายในและภายนอก. ด้านในคือแกนกลางและเนื้อแมนเทิล ส่วนด้านนอกคือ: ธรณีภาค -เปลือกหินของโลกรวมถึงเปลือกโลก (รูปที่ 1) ที่มีความหนา 6 กม. (ใต้มหาสมุทร) ถึง 80 กม. (ระบบภูเขา) ไฮโดรสเฟียร์ -เปลือกน้ำของโลก บรรยากาศ- เปลือกโลกที่เป็นก๊าซประกอบด้วยส่วนผสมของก๊าซต่างๆ ไอน้ำ และฝุ่นละออง

ที่ระดับความสูง 10 ถึง 50 กม. มีชั้นโอโซนซึ่งมีความเข้มข้นสูงสุดที่ระดับความสูง 20-25 กม. ปกป้องโลกจากรังสีอัลตราไวโอเลตที่มากเกินไปซึ่งเป็นอันตรายต่อร่างกาย ชีวมณฑลก็อยู่ที่นี่เช่นกัน (กับธรณีภาคภายนอก)

ชีวมณฑล -เปลือกนอกของโลกซึ่งรวมถึงส่วนหนึ่งของชั้นบรรยากาศสูงถึง 25-30 กม. (ถึงชั้นโอโซน) เกือบทั้งหมดของไฮโดรสเฟียร์และส่วนบนของธรณีภาคถึงความลึกประมาณ 3 กม.

ข้าว. 1. แผนผังโครงสร้างของเปลือกโลก

(รูปที่ 2) ความไม่ชอบมาพากลของชิ้นส่วนเหล่านี้คือพวกมันอาศัยอยู่โดยสิ่งมีชีวิตที่ประกอบเป็นสิ่งมีชีวิตของโลก ปฏิสัมพันธ์ ส่วนที่ไม่มีชีวิตชีวาของชีวมณฑล- อากาศ น้ำ หิน และอินทรียวัตถุ - สิ่งมีชีวิตทำให้เกิดดินและหินตะกอน

ข้าว. 2. โครงสร้างของชีวมณฑลและอัตราส่วนของพื้นผิวที่ถูกครอบครองโดยหน่วยโครงสร้างหลัก

วัฏจักรของสารในชีวมณฑลและระบบนิเวศ

ใช้ได้กับสิ่งมีชีวิตทั้งหมด สารประกอบทางเคมีจำกัดอยู่ในชีวมณฑล ความหมดไปของสารเคมีที่เหมาะสมสำหรับการดูดซึมมักขัดขวางการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตบางกลุ่มในพื้นที่ท้องถิ่นของแผ่นดินหรือมหาสมุทร ตามที่นักวิชาการ V.R. วิลเลียมส์ วิธีเดียวที่จะให้คุณสมบัติจำกัดของอนันต์ได้คือทำให้มันหมุนไปตามเส้นโค้งปิด ดังนั้น ความเสถียรของชีวมณฑลจึงคงอยู่เนื่องจากการหมุนเวียนของสสารและกระแสพลังงาน มีอยู่ วัฏจักรของสารหลักสองวัฏจักร: ขนาดใหญ่ - ทางธรณีวิทยาและขนาดเล็ก - ชีวธรณีเคมี

วัฏจักรทางธรณีวิทยาที่ยิ่งใหญ่(รูปที่ 3) หินผลึก (อัคนี) ภายใต้อิทธิพลของปัจจัยทางกายภาพ เคมี และชีวภาพจะเปลี่ยนเป็นหินตะกอน ทรายและดินเหนียวเป็นตะกอนทั่วไป ซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของหินลึก อย่างไรก็ตาม การก่อตัวของตะกอนไม่เพียงเกิดจากการทำลายหินที่มีอยู่เท่านั้น แต่ยังเกิดจากการสังเคราะห์แร่ธาตุชีวภาพ - โครงกระดูกของจุลินทรีย์ - จากทรัพยากรธรรมชาติ - น้ำทะเล ทะเล และทะเลสาบ ตะกอนน้ำที่หลวมเนื่องจากถูกแยกออกจากกันที่ด้านล่างของอ่างเก็บน้ำโดยส่วนใหม่ของวัสดุตะกอน จมอยู่ในความลึก ตกลงสู่สภาวะทางอุณหพลศาสตร์ใหม่ (อุณหภูมิและความดันที่สูงขึ้น) สูญเสียน้ำ แข็งตัว แปรสภาพเป็นหินตะกอน

ในอนาคตหินเหล่านี้จมลงสู่ขอบฟ้าที่ลึกยิ่งขึ้นซึ่งกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงอย่างลึกซึ้งไปสู่อุณหภูมิและความดันใหม่เกิดขึ้น - กระบวนการของการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น

ภายใต้อิทธิพลของกระแสพลังงานภายนอก หินชั้นลึกจะถูกหลอมละลายใหม่ ก่อตัวเป็นหินหนืด ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของหินอัคนีก้อนใหม่ หลังจากที่หินเหล่านี้ขึ้นสู่พื้นผิวโลกแล้ว ภายใต้อิทธิพลของกระบวนการผุกร่อนและการขนส่ง พวกมันจะถูกเปลี่ยนให้เป็นหินตะกอนใหม่อีกครั้ง

ดังนั้น การไหลเวียนขนาดใหญ่เกิดจากการทำงานร่วมกันของพลังงานแสงอาทิตย์ (ภายนอก) กับพลังงานที่อยู่ลึก (ภายนอก) ของโลก มันกระจายสารระหว่างชีวมณฑลและขอบฟ้าที่ลึกกว่าของโลกของเรา

ข้าว. 3. การไหลเวียนของสารขนาดใหญ่ (ธรณีวิทยา) (ลูกศรบาง) และการเปลี่ยนแปลงความหลากหลายในเปลือกโลก (ลูกศรกว้างทึบ - การเจริญเติบโต, ประ - ความหลากหลายลดลง)

วงเวียนใหญ่เรียกอีกอย่างว่าวัฏจักรของน้ำระหว่างไฮโดรสเฟียร์ บรรยากาศ และธรณีภาค ซึ่งถูกขับเคลื่อนโดยพลังงานของดวงอาทิตย์ น้ำระเหยออกจากพื้นผิวของแหล่งน้ำและที่ดินแล้วกลับสู่โลกในรูปของหยาดน้ำฟ้า การระเหยจะมากกว่าการตกตะกอนในมหาสมุทรและในทางกลับกันบนบก ความแตกต่างเหล่านี้ถูกชดเชยด้วยการไหลของแม่น้ำ พืชบนบกมีบทบาทสำคัญในวัฏจักรของน้ำทั่วโลก การคายน้ำของพืชในบางพื้นที่ของพื้นผิวโลกอาจสูงถึง 80-90% ของปริมาณน้ำฝนที่ตกลงมาที่นี่และโดยเฉลี่ยสำหรับเขตภูมิอากาศทั้งหมด - ประมาณ 30% ตรงกันข้ามกับวัฏจักรใหญ่ วัฏจักรเล็กๆ ของสสารเกิดขึ้นภายในชีวมณฑลเท่านั้น ความสัมพันธ์ระหว่างวัฏจักรของน้ำขนาดใหญ่และขนาดเล็กแสดงในรูปที่ 4.

วัฏจักรในระดับดาวเคราะห์ถูกสร้างขึ้นจากการเคลื่อนที่เป็นวงกลมในท้องถิ่นนับไม่ถ้วนของอะตอมซึ่งขับเคลื่อนโดยกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศแต่ละแห่ง และการเคลื่อนไหวเหล่านั้นที่เกิดจากการกระทำของภูมิทัศน์และปัจจัยทางธรณีวิทยา (การไหลบ่าของพื้นผิวและใต้ดิน การกัดเซาะของลม การเคลื่อนที่ของ ก้นทะเล ภูเขาไฟ อาคารบนภูเขา ฯลฯ )

ข้าว. 4. ความสัมพันธ์ระหว่างวัฏจักรธรณีวิทยาขนาดใหญ่ (GBC) ของน้ำกับวัฏจักรชีวธรณีเคมีขนาดเล็ก (MBC) ของน้ำ

ซึ่งแตกต่างจากพลังงานที่ร่างกายเคยใช้แล้วเปลี่ยนเป็นความร้อนและสูญเสียไป สารต่างๆ ในชีวมณฑลจะไหลเวียนและสร้างวงจรชีวธรณีเคมี จากธาตุมากกว่าเก้าสิบชนิดที่พบในธรรมชาติ สิ่งมีชีวิตต้องการประมาณสี่สิบธาตุ สิ่งที่สำคัญที่สุดสำหรับพวกเขาคือคาร์บอน, ไฮโดรเจน, ออกซิเจน, ไนโตรเจนในปริมาณมาก วัฏจักรของธาตุและสารต่างๆ ดำเนินไปโดยกระบวนการควบคุมตนเองซึ่งส่วนประกอบทั้งหมดมีส่วนร่วม กระบวนการเหล่านี้ไม่สูญเปล่า มีอยู่ กฎของการปิดการไหลเวียนของชีวธรณีเคมีทั่วโลกในชีวมณฑลดำเนินการในทุกขั้นตอนของการพัฒนา ในกระบวนการวิวัฒนาการของชีวมณฑล บทบาทขององค์ประกอบทางชีวภาพในการปิดชีวธรณีเคมี
ใครเป็นวัฏจักร มนุษย์มีอิทธิพลมากขึ้นในวัฏจักรชีวธรณีเคมี แต่บทบาทของมันแสดงออกมาในทิศทางตรงกันข้าม (การหมุนเวียนเปิดขึ้น) พื้นฐานของการไหลเวียนของสารชีวธรณีเคมีคือพลังงานของดวงอาทิตย์และคลอโรฟิลล์ของพืชสีเขียว วัฏจักรที่สำคัญที่สุดอื่นๆ เช่น น้ำ คาร์บอน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และกำมะถัน เกี่ยวข้องกับชีวธรณีเคมีและมีส่วนทำให้เกิดวัฏจักรดังกล่าว

วัฏจักรของน้ำในชีวมณฑล

พืชใช้ไฮโดรเจนในน้ำในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อสร้างสารประกอบอินทรีย์ โดยปล่อยโมเลกุลออกซิเจน ในกระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด น้ำจะเกิดขึ้นอีกครั้งในระหว่างการเกิดออกซิเดชันของสารประกอบอินทรีย์ ในประวัติศาสตร์ของสิ่งมีชีวิต น้ำอิสระทั้งหมดในไฮโดรสเฟียร์ได้ผ่านวงจรการสลายตัวและการก่อตัวของสิ่งมีชีวิตซ้ำแล้วซ้ำเล่าในสิ่งมีชีวิตของดาวเคราะห์ดวงนี้ น้ำประมาณ 500,000 กม. 3 มีส่วนร่วมในวัฏจักรของน้ำบนโลกทุกปี วัฏจักรของน้ำและปริมาณสำรองแสดงในรูปที่ 5 (ในแง่สัมพัทธ์).

วัฏจักรออกซิเจนในชีวมณฑล

โลกเป็นหนี้ชั้นบรรยากาศที่ไม่เหมือนใครซึ่งมีออกซิเจนอิสระในปริมาณสูงในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง การก่อตัวของโอโซนในชั้นบรรยากาศสูงมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับวัฏจักรออกซิเจน ออกซิเจนถูกปล่อยออกมาจากโมเลกุลของน้ำและเป็นผลพลอยได้จากกิจกรรมการสังเคราะห์แสงในพืช ในทางชีวะ ออกซิเจนจะเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศชั้นบนเนื่องจากการแตกตัวของไอน้ำ แต่แหล่งที่มานี้เป็นเพียงหนึ่งในพันของเปอร์เซ็นต์ของการสังเคราะห์ด้วยแสงเท่านั้น ระหว่างปริมาณออกซิเจนในบรรยากาศและไฮโดรสเฟียร์มีสมดุลเคลื่อนที่ ในน้ำน้อยกว่าประมาณ 21 เท่า

ข้าว. มะเดื่อ 6. แผนผังของวัฏจักรออกซิเจน: ลูกศรตัวหนา - กระแสหลักของการจัดหาและการใช้ออกซิเจน

ออกซิเจนที่ปล่อยออกมานั้นถูกใช้อย่างเข้มข้นในกระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิตที่ใช้ออกซิเจนทั้งหมดและในการออกซิเดชั่นของสารประกอบแร่ต่างๆ กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศ ดิน น้ำ ตะกอนและหิน มีการแสดงให้เห็นว่าส่วนสำคัญของออกซิเจนที่เกาะอยู่ในหินตะกอนนั้นมีต้นกำเนิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสง ทุนแลกเปลี่ยนของ O ในชั้นบรรยากาศไม่เกิน 5% ของการผลิตทั้งหมดของการสังเคราะห์ด้วยแสง แบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจนจำนวนมากยังออกซิไดซ์สารอินทรีย์ระหว่างการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนโดยใช้ซัลเฟตหรือไนเตรตสำหรับสิ่งนี้

การสลายตัวของอินทรียวัตถุโดยสมบูรณ์ที่เกิดจากพืชต้องการออกซิเจนในปริมาณที่เท่ากันกับที่ปล่อยออกมาระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง การฝังสารอินทรีย์ในหินตะกอน ถ่านหิน และพีทเป็นพื้นฐานในการรักษาแหล่งแลกเปลี่ยนออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ ออกซิเจนทั้งหมดที่บรรจุอยู่จะผ่านไป ครบวงจรผ่านสิ่งมีชีวิตมาประมาณ 2,000 ปี

ในปัจจุบัน ออกซิเจนในบรรยากาศส่วนหนึ่งมีส่วนสำคัญเป็นผลจากการขนส่ง อุตสาหกรรม และกิจกรรมรูปแบบอื่นๆ ของมนุษย์ เป็นที่ทราบกันดีว่ามนุษย์ใช้ออกซิเจนอิสระไปแล้วกว่า 1 หมื่นล้านตันจากจำนวนทั้งหมด 430-470 พันล้านตันที่ได้จากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง หากเราพิจารณาว่าออกซิเจนสังเคราะห์แสงเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่เข้าสู่กองทุนแลกเปลี่ยน กิจกรรมของผู้คนในส่วนนี้จะเริ่มได้รับสัดส่วนที่น่าตกใจ

วัฏจักรออกซิเจนมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับวัฏจักรคาร์บอน

วัฏจักรคาร์บอนในชีวมณฑล

คาร์บอนเป็นองค์ประกอบทางเคมีเป็นพื้นฐานของชีวิต เขาสามารถ วิธีทางที่แตกต่างรวมกับองค์ประกอบอื่น ๆ ก่อตัวเป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่เรียบง่ายและซับซ้อนซึ่งประกอบกันเป็นเซลล์ที่มีชีวิต ในแง่ของการกระจายตัวบนโลก คาร์บอนครองอันดับที่ 11 (0.35% ของน้ำหนักเปลือกโลก) แต่ในสิ่งมีชีวิตมีค่าเฉลี่ยประมาณ 18 หรือ 45% ของมวลชีวภาพแห้ง

ในชั้นบรรยากาศ คาร์บอนจะรวมอยู่ในองค์ประกอบของคาร์บอนไดออกไซด์ CO 2 ในระดับที่น้อยกว่า - ในองค์ประกอบของมีเทน CH 4 . ในไฮโดรสเฟียร์ CO 2 ละลายในน้ำ และปริมาณรวมของมันสูงกว่าบรรยากาศมาก มหาสมุทรทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์อันทรงพลังสำหรับการควบคุม CO 2 ในชั้นบรรยากาศ: เมื่อความเข้มข้นในอากาศเพิ่มขึ้น การดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำก็เพิ่มขึ้น โมเลกุลของ CO 2 บางส่วนทำปฏิกิริยากับน้ำ ก่อตัวเป็นกรดคาร์บอนิก ซึ่งจะแยกตัวออกเป็นไอออน HCO 3 และ CO 2-3 ไอออนเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับไอออนบวกของแคลเซียมหรือแมกนีเซียมเพื่อตกตะกอนคาร์บอเนต ปฏิกิริยาที่คล้ายกันนี้อยู่ภายใต้ระบบกันชนของมหาสมุทร รักษาค่า pH ของน้ำให้คงที่

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศและไฮโดรสเฟียร์เป็นแหล่งแลกเปลี่ยนในวัฏจักรคาร์บอน ซึ่งถูกดึงมาจากพืชบนบกและสาหร่าย การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นรากฐานของวัฏจักรทางชีววิทยาทั้งหมดบนโลก การปล่อยคาร์บอนคงที่เกิดขึ้นระหว่างกิจกรรมการหายใจของสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงเองและ heterotrophs ทั้งหมด - แบคทีเรีย, เชื้อรา, สัตว์ที่รวมอยู่ในห่วงโซ่อาหารด้วยค่าใช้จ่ายของสิ่งมีชีวิตหรือสารอินทรีย์ที่ตายแล้ว

ข้าว. 7. วัฏจักรคาร์บอน

การใช้งานโดยเฉพาะอย่างยิ่งคือการคืน CO 2 สู่ชั้นบรรยากาศจากดินซึ่งกิจกรรมของสิ่งมีชีวิตหลายกลุ่มมีความเข้มข้นการย่อยสลายซากพืชและสัตว์ที่ตายแล้วและการหายใจของระบบรากของพืช กระบวนการรวมนี้เรียกว่า "การหายใจของดิน" และมีส่วนสำคัญในการเติมเต็มกองทุนแลกเปลี่ยน CO 2 ในอากาศ ควบคู่ไปกับกระบวนการสร้างแร่ธาตุของอินทรียวัตถุ ฮิวมัสก่อตัวขึ้นในดิน ซึ่งเป็นโมเลกุลเชิงซ้อนที่ซับซ้อนและเสถียรซึ่งอุดมไปด้วยคาร์บอน ซากพืชในดินเป็นหนึ่งในแหล่งกักเก็บคาร์บอนที่สำคัญบนบก

ในสภาวะที่กิจกรรมของตัวทำลายถูกยับยั้งโดยปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม (เช่น เมื่อระบบไม่ใช้ออกซิเจนเกิดขึ้นในดินและที่ก้นแหล่งน้ำ) สารอินทรีย์ที่สะสมโดยพืชจะไม่สลายตัว เมื่อเวลาผ่านไปกลายเป็นหิน เช่น ถ่านหิน พีท ซากหิน หินน้ำมัน และอื่นๆ ที่อุดมด้วยพลังงานแสงอาทิตย์สะสม พวกเขาเติมเต็มกองทุนสำรองคาร์บอนซึ่งถูกปิดจากวงจรชีวภาพเป็นเวลานาน คาร์บอนยังถูกสะสมชั่วคราวในมวลชีวภาพที่มีชีวิต ในขยะที่ตายแล้ว ในสารอินทรีย์ที่ละลายในมหาสมุทร ฯลฯ อย่างไรก็ตาม กองทุนสำรองหลักของคาร์บอนในการเขียนไม่ใช่สิ่งมีชีวิตและไม่ใช่ฟอสซิลที่ติดไฟได้ แต่ หินตะกอน ได้แก่ หินปูนและโดโลไมต์การก่อตัวของพวกมันยังเกี่ยวข้องกับกิจกรรมของสิ่งมีชีวิต คาร์บอนของคาร์บอเนตเหล่านี้ถูกฝังอยู่ในส่วนลึกของโลกเป็นเวลานานและจะเข้าสู่การหมุนเวียนระหว่างการสึกกร่อนเมื่อหินถูกสัมผัสในวัฏจักรการแปรสัณฐานเท่านั้น

มีเพียงเศษเสี้ยวของร้อยละของคาร์บอนจากจำนวนทั้งหมดบนโลกเท่านั้นที่เข้าร่วมในวัฏจักรชีวธรณีเคมี คาร์บอนในชั้นบรรยากาศและไฮโดรสเฟียร์ผ่านสิ่งมีชีวิตซ้ำแล้วซ้ำอีก พืชบกสามารถระบายปริมาณสำรองในอากาศได้ภายใน 4-5 ปี ปริมาณสำรองในซากพืชในดิน - ใน 300-400 ปี การส่งคืนคาร์บอนหลักไปยังกองทุนแลกเปลี่ยนเกิดขึ้นเนื่องจากกิจกรรมของสิ่งมีชีวิตและมีเพียงส่วนเล็ก ๆ (หนึ่งในพันเปอร์เซ็นต์) ที่ได้รับการชดเชยจากการปล่อยก๊าซภูเขาไฟจากภายในโลกซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของก๊าซภูเขาไฟ

ในปัจจุบัน การสกัดและการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลสำรองจำนวนมากกำลังกลายเป็นปัจจัยที่ทรงพลังในการถ่ายโอนคาร์บอนจากแหล่งสำรองไปยังแหล่งแลกเปลี่ยนของชีวมณฑล

วัฏจักรไนโตรเจนในชีวมณฑล

บรรยากาศและสิ่งมีชีวิตมีไนโตรเจนน้อยกว่า 2% ของไนโตรเจนทั้งหมดบนโลก แต่เป็นผู้ค้ำจุนสิ่งมีชีวิตบนโลกใบนี้ ไนโตรเจนเป็นหนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุด โมเลกุลอินทรีย์- DNA, โปรตีน, ไลโปโปรตีน, ATP, คลอโรฟิลล์ ฯลฯ ในเนื้อเยื่อพืชอัตราส่วนของคาร์บอนต่อคาร์บอนอยู่ที่ 1:30 โดยเฉลี่ย และในสาหร่ายทะเล I: 6 ดังนั้นวัฏจักรทางชีวภาพของไนโตรเจนจึงสัมพันธ์กับคาร์บอนอย่างใกล้ชิด

โมเลกุลไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศไม่สามารถใช้ได้กับพืช ซึ่งสามารถดูดซับธาตุนี้ได้ในรูปของแอมโมเนียมไอออน ไนเตรต หรือจากสารละลายในดินหรือน้ำเท่านั้น ดังนั้นการขาดไนโตรเจนจึงเป็นปัจจัยจำกัด การผลิตขั้นต้น- การทำงานของสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องกับการสร้างสารอินทรีย์จากอนินทรีย์ อย่างไรก็ตาม ไนโตรเจนในบรรยากาศมีส่วนเกี่ยวข้องอย่างมากในวัฏจักรชีวภาพ เนื่องจากกิจกรรมของแบคทีเรียพิเศษ (ตัวตรึงไนโตรเจน)

จุลินทรีย์แอมโมนิฟายมีส่วนสำคัญในวัฏจักรไนโตรเจน พวกมันย่อยสลายโปรตีนและสารอินทรีย์ที่มีไนโตรเจนเป็นแอมโมเนีย ในรูปแอมโมเนียม ไนโตรเจนบางส่วนถูกดูดกลับโดยรากพืช และบางส่วนถูกดักจับโดยจุลินทรีย์ไนตริไฟเออร์ ซึ่งตรงข้ามกับการทำงานของกลุ่มจุลินทรีย์ - ดีไนตริไฟเออร์

ข้าว. 8. วัฏจักรไนโตรเจน

ภายใต้สภาวะไร้อากาศในดินหรือน้ำ พวกมันใช้ออกซิเจนของไนเตรตในการออกซิไดซ์สารอินทรีย์ เพื่อให้ได้พลังงานสำหรับกิจกรรมการดำรงชีวิต ไนโตรเจนถูกรีดิวซ์เป็นโมเลกุลไนโตรเจน การตรึงไนโตรเจนและการแยกไนตริฟิเคชันในธรรมชาติมีความสมดุลโดยประมาณ ดังนั้น วัฏจักรไนโตรเจนจึงขึ้นอยู่กับกิจกรรมของแบคทีเรียเป็นส่วนใหญ่ ในขณะที่พืชเข้าสู่วัฏจักรนี้โดยใช้ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของวัฏจักรนี้ และเพิ่มการไหลเวียนของไนโตรเจนในชีวมณฑลอย่างมากผ่านการผลิตมวลชีวภาพ

บทบาทของแบคทีเรียในวัฏจักรไนโตรเจนนั้นยิ่งใหญ่มากจนหากแบคทีเรียเพียง 20 สายพันธุ์ถูกทำลาย ชีวิตบนโลกของเราก็จะหยุดลง

การตรึงไนโตรเจนที่ไม่ใช่ทางชีวภาพและการที่ออกไซด์และแอมโมเนียเข้าไปในดินยังเกิดขึ้นกับปริมาณน้ำฝนในระหว่างการแตกตัวเป็นไอออนในชั้นบรรยากาศและการปล่อยฟ้าผ่า อุตสาหกรรมปุ๋ยสมัยใหม่แก้ไขไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศเกินกว่าการตรึงไนโตรเจนตามธรรมชาติเพื่อเพิ่มผลผลิตพืชผล

ในปัจจุบัน กิจกรรมของมนุษย์ส่งผลกระทบต่อวัฏจักรไนโตรเจนมากขึ้นเรื่อยๆ โดยส่วนใหญ่อยู่ในทิศทางที่เกินการเปลี่ยนแปลงของมันไปสู่รูปแบบที่ถูกผูกไว้เหนือกระบวนการกลับสู่สถานะโมเลกุล

วัฏจักรฟอสฟอรัสในชีวมณฑล

องค์ประกอบนี้จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์หลายชนิดรวมถึง ATP, DNA, RNA ซึ่งพืชดูดซึมได้เฉพาะในรูปของไอออนของกรดออร์โธฟอสฟอริก (PO 3 4 +) มันอยู่ในองค์ประกอบที่จำกัดการผลิตเบื้องต้นทั้งบนบกและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในมหาสมุทร เนื่องจากการแลกเปลี่ยนฟอสฟอรัสในดินและน้ำมีขนาดเล็ก การไหลเวียนขององค์ประกอบนี้ในระดับของชีวมณฑลไม่ได้ปิด

บนบก พืชจะดึงฟอสเฟตจากดิน ซึ่งปล่อยออกมาจากตัวย่อยสลายจากสารอินทรีย์ที่เน่าเสีย อย่างไรก็ตาม ในดินที่เป็นด่างหรือเป็นกรด ความสามารถในการละลายของสารประกอบฟอสฟอรัสจะลดลงอย่างรวดเร็ว ทุนสำรองหลักของฟอสเฟตมีอยู่ในหินที่สร้างขึ้นบนพื้นมหาสมุทรในอดีตทางธรณีวิทยา ในระหว่างการชะล้างหิน ส่วนหนึ่งของปริมาณสำรองเหล่านี้จะผ่านลงสู่ดินและถูกชะล้างลงสู่แหล่งน้ำในรูปของสารแขวนลอยและสารละลาย ในไฮโดรสเฟียร์ แพลงก์ตอนพืชใช้ฟอสเฟตส่งผ่านห่วงโซ่อาหารไปยังไฮโดรไบโอออนอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ในมหาสมุทร สารประกอบฟอสฟอรัสส่วนใหญ่ถูกฝังอยู่กับซากสัตว์และพืชที่ก้นทะเล ตามมาด้วยการเปลี่ยนแปลงของหินตะกอนเป็นวัฏจักรทางธรณีวิทยาขนาดใหญ่ ที่ระดับความลึก ฟอสเฟตที่ละลายจะจับกับแคลเซียม เกิดเป็นฟอสฟอไรต์และอะพาไทต์ ในความเป็นจริง ชีวมณฑลมีการไหลของฟอสฟอรัสในทิศทางเดียวจากหินของแผ่นดินจนถึงระดับความลึกของมหาสมุทร ดังนั้น ทุนแลกเปลี่ยนของมันในไฮโดรสเฟียร์จึงมีจำกัดมาก

ข้าว. 9. วัฏจักรฟอสฟอรัส

การสะสมของฟอสฟอไรต์และอะพาไทต์บนพื้นดินใช้ในการผลิตปุ๋ย การที่ฟอสฟอรัสเข้าสู่น้ำจืดเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้ "บาน"

วัฏจักรกำมะถันในชีวมณฑล

วัฏจักรของกำมะถัน ซึ่งจำเป็นสำหรับการสร้างกรดอะมิโนจำนวนหนึ่ง มีส่วนรับผิดชอบในโครงสร้างสามมิติของโปรตีน และได้รับการสนับสนุนจากแบคทีเรียหลากหลายชนิดในชีวมณฑล จุลินทรีย์แอโรบิกซึ่งออกซิไดซ์กำมะถันของสารอินทรีย์ตกค้างเป็นซัลเฟต เช่นเดียวกับแอนแอโรบิกซัลเฟตรีดิวเซอร์ซึ่งลดซัลเฟตเป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์ มีส่วนร่วมในการเชื่อมโยงที่แยกจากกันของวัฏจักรนี้ นอกเหนือจากกลุ่มแบคทีเรียกำมะถันที่ระบุไว้แล้ว พวกมันยังออกซิไดซ์ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นธาตุกำมะถันและต่อไปยังซัลเฟต พืชดูดซับ SO 2-4 ไอออนจากดินและน้ำเท่านั้น

วงแหวนตรงกลางแสดงกระบวนการออกซิเดชัน (O) และรีดักชัน (R) ที่แลกเปลี่ยนกำมะถันระหว่างสระซัลเฟตที่มีและสระเหล็กซัลไฟด์ที่อยู่ลึกลงไปในดินและตะกอน

ข้าว. 10. วัฏจักรกำมะถัน วงแหวนตรงกลางแสดงกระบวนการออกซิเดชัน (0) และรีดักชัน (R) ที่แลกเปลี่ยนกำมะถันระหว่างสระซัลเฟตที่มีและสระเหล็กซัลไฟด์ที่อยู่ลึกลงไปในดินและตะกอน

การสะสมของกำมะถันส่วนใหญ่เกิดขึ้นในมหาสมุทร ซึ่งซัลเฟตไอออนถูกจัดหามาอย่างต่อเนื่องจากแผ่นดินที่มีการไหลบ่าของแม่น้ำ เมื่อไฮโดรเจนซัลไฟด์ถูกปล่อยออกจากน้ำ กำมะถันบางส่วนจะถูกส่งกลับคืนสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งจะถูกออกซิไดซ์เป็นไดออกไซด์ และเปลี่ยนเป็นกรดซัลฟิวริกในน้ำฝน การใช้ซัลเฟตและธาตุกำมะถันในปริมาณมากในอุตสาหกรรม และการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลได้ปล่อยซัลเฟอร์ไดออกไซด์จำนวนมากสู่ชั้นบรรยากาศ สิ่งนี้เป็นอันตรายต่อพืช สัตว์ ผู้คน และทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของฝนกรด ซึ่งทำให้ผลกระทบด้านลบของการแทรกแซงของมนุษย์ในวงจรกำมะถันรุนแรงขึ้น

อัตราการไหลเวียนของสาร

วัฏจักรของสารทั้งหมดเกิดขึ้นด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน (รูปที่ 11)

ดังนั้น วัฏจักรขององค์ประกอบทางชีวภาพทั้งหมดบนโลกจึงได้รับการสนับสนุนจากปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนของส่วนต่างๆ พวกมันก่อตัวขึ้นจากกิจกรรมของกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่มีหน้าที่แตกต่างกันโดยระบบการไหลบ่าและการระเหยที่เชื่อมต่อระหว่างมหาสมุทรและผืนดิน โดยกระบวนการไหลเวียนของน้ำและมวลอากาศ โดยการกระทำของแรงโน้มถ่วง การเคลื่อนตัวของแผ่นธรณีภาค และโดยกระบวนการทางธรณีวิทยาและธรณีฟิสิกส์ขนาดใหญ่อื่นๆ

ชีวมณฑลทำหน้าที่เป็นระบบที่ซับซ้อนระบบเดียวซึ่งมีวัฏจักรของสสารต่างๆ เกิดขึ้น เครื่องยนต์หลักของสิ่งเหล่านี้ วัฏจักรเป็นสิ่งมีชีวิตของโลก สิ่งมีชีวิตทั้งหมดจัดให้มีกระบวนการสังเคราะห์ แปรสภาพ และย่อยสลายอินทรียวัตถุ

ข้าว. 11. อัตราการหมุนเวียนของสาร (P. Cloud, A. Jibor, 1972)

พื้นฐานของมุมมองทางนิเวศวิทยาของโลกคือแนวคิดที่ว่าสิ่งมีชีวิตทุกชนิดถูกล้อมรอบด้วยปัจจัยต่างๆ มากมายที่มีอิทธิพลต่อมัน ซึ่งรวมกันเป็นที่อยู่อาศัยของมัน - ไบโอโทป เพราะฉะนั้น, biotope - ชิ้นส่วนของดินแดนที่เป็นเนื้อเดียวกันในแง่ของสภาพความเป็นอยู่ของพืชหรือสัตว์บางประเภท(ความลาดชันของหุบเขา, สวนป่าในเมือง, ทะเลสาบขนาดเล็กหรือส่วนหนึ่งของทะเลสาบขนาดใหญ่ แต่มีสภาพที่เป็นเนื้อเดียวกัน - ส่วนชายฝั่ง, ส่วนน้ำลึก)

ลักษณะสิ่งมีชีวิตของ biotope เฉพาะคือ ชุมชนชีวิตหรือ biocenosis(สัตว์ พืช และจุลินทรีย์ในทะเลสาบ ทุ่งหญ้า แถบชายฝั่ง)

ชุมชนแห่งชีวิต (ไบโอซีโนซิส) ก่อตัวเป็นหนึ่งเดียวด้วยไบโอโทปของมัน ซึ่งเรียกว่า ระบบนิเวศ (ระบบนิเวศ)จอมปลวก ทะเลสาบ สระน้ำ ทุ่งหญ้า ป่าไม้ เมือง ฟาร์ม สามารถเป็นตัวอย่างของระบบนิเวศทางธรรมชาติได้ ตัวอย่างคลาสสิกของระบบนิเวศเทียมคือยานอวกาศ อย่างที่คุณเห็น ที่นี่ไม่มีโครงสร้างเชิงพื้นที่ที่เข้มงวด ใกล้กับแนวคิดของระบบนิเวศคือแนวคิด ไบโอจีโอซีโนซิส

องค์ประกอบหลักของระบบนิเวศคือ:

• สภาพแวดล้อมที่ไม่มีชีวิต (สิ่งมีชีวิต)ได้แก่ น้ำ แร่ธาตุ ก๊าซ รวมทั้งสารอินทรีย์และซากพืช
• ส่วนประกอบทางชีวภาพซึ่งรวมถึง: ผู้ผลิตหรือผู้ผลิต (พืชสีเขียว) ผู้บริโภคหรือผู้บริโภค (สิ่งมีชีวิตที่กินผู้ผลิต) และผู้ย่อยสลายหรือผู้ย่อยสลาย (จุลินทรีย์)

ธรรมชาติสุดประหยัด ดังนั้นมวลชีวภาพที่สร้างขึ้นโดยสิ่งมีชีวิต (สารในร่างกายของสิ่งมีชีวิต) และพลังงานที่มีอยู่ในพวกมันจะถูกถ่ายโอนไปยังสมาชิกอื่น ๆ ของระบบนิเวศ: สัตว์กินพืช สัตว์เหล่านี้ถูกกินโดยสัตว์อื่น กระบวนการนี้เรียกว่า อาหารหรือห่วงโซ่อาหารในธรรมชาติ ห่วงโซ่อาหารมักจะมาตัดกัน สร้างสายใยอาหาร

ตัวอย่างของห่วงโซ่อาหาร: พืช - สัตว์กินพืช - ผู้ล่า; ซีเรียล - หนูทุ่ง - สุนัขจิ้งจอก ฯลฯ และใยอาหารจะแสดงในรูปที่ 12.

ดังนั้น สภาวะสมดุลในชีวมณฑลจึงขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่มีชีวิตและไม่มีชีวิต ซึ่งคงไว้เนื่องจากการแลกเปลี่ยนสสารและพลังงานอย่างต่อเนื่องระหว่างส่วนประกอบทั้งหมดของระบบนิเวศ

ในวัฏจักรปิดของระบบนิเวศตามธรรมชาติรวมถึงปัจจัยอื่น ๆ การมีส่วนร่วมของปัจจัยสองประการเป็นสิ่งที่จำเป็น: การมีอยู่ของตัวย่อยสลายและการจัดหาพลังงานแสงอาทิตย์อย่างต่อเนื่อง มีผู้ย่อยสลายน้อยหรือไม่มีเลยในระบบนิเวศเมืองและระบบนิเวศประดิษฐ์ ดังนั้นของเสียที่เป็นของเหลว ของแข็ง และก๊าซจึงสะสม ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม

ข้าว. 12. ใยอาหารและทิศทางการไหลของสสาร

วัฏจักรขนาดใหญ่ของสารในธรรมชาติเนื่องจากการทำงานร่วมกันของพลังงานแสงอาทิตย์กับพลังงานส่วนลึกของโลกและกระจายสสารระหว่างชีวมณฑลและขอบฟ้าที่ลึกลงไปของโลก

หินตะกอนที่เกิดขึ้นเนื่องจากการผุกร่อนของหินอัคนีในเขตเคลื่อนที่ของเปลือกโลกพุ่งเข้าสู่เขตที่มีอุณหภูมิและความดันสูงอีกครั้ง ที่นั่นพวกมันจะหลอมละลายและก่อตัวเป็นหินหนืด ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของหินอัคนีก้อนใหม่ หลังจากที่หินเหล่านี้ผุดขึ้นสู่ผิวโลกและผ่านกระบวนการผุกร่อนแล้ว หินเหล่านั้นก็จะถูกแปรสภาพเป็นหินตะกอนใหม่อีกครั้ง วัฏจักรการหมุนเวียนใหม่ไม่ได้ซ้ำรอยเก่าอย่างแน่นอน แต่แนะนำสิ่งใหม่ซึ่งเมื่อเวลาผ่านไปจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญมาก

แรงผลักดัน การไหลเวียน (ทางธรณีวิทยา) ที่ดีเป็น ภายนอกและภายนอกกระบวนการทางธรณีวิทยา

กระบวนการภายนอก(กระบวนการของพลวัตภายใน) เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของพลังงานภายในของโลกซึ่งปล่อยออกมาเนื่องจากการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี, ปฏิกิริยาทางเคมีของการก่อตัวของแร่ธาตุ, การตกผลึกของหิน ฯลฯ (ตัวอย่างเช่นการเคลื่อนตัวของเปลือกโลก, แผ่นดินไหว, แมกมาติซึม , การแปรสภาพ).

กระบวนการภายนอก(กระบวนการของการเปลี่ยนแปลงภายนอก) ดำเนินไปภายใต้อิทธิพลของพลังงานภายนอกของดวงอาทิตย์ ตัวอย่าง: การผุกร่อนของหินและแร่ธาตุ การกำจัดผลิตภัณฑ์ที่ถูกทำลายออกจากพื้นที่บางส่วนของเปลือกโลกและการเคลื่อนย้ายไปยังพื้นที่ใหม่ การทับถมและการสะสมของผลิตภัณฑ์ที่ถูกทำลายด้วยการก่อตัวของหินตะกอน ถึง Ex.pr. ความสัมพันธ์ กิจกรรมทางธรณีวิทยาของชั้นบรรยากาศ ไฮโดรสเฟียร์ ตลอดจนสิ่งมีชีวิตและมนุษย์

ธรณีสัณฐานที่ใหญ่ที่สุด (ทวีปและแอ่งน้ำในมหาสมุทร) และธรณีสัณฐานขนาดใหญ่ (ภูเขาและที่ราบ) ก่อตัวขึ้นเนื่องจากกระบวนการภายนอก ขณะที่ธรณีสัณฐานขนาดกลางและขนาดเล็ก (หุบเขา แม่น้ำ เนินเขา หุบเหว เนินทราย ฯลฯ) ก่อตัวขึ้นบนธรณีสัณฐานขนาดใหญ่กว่า เนื่องจากกระบวนการภายนอก ดังนั้นกระบวนการภายนอกและภายนอกจึงตรงกันข้าม อันแรกนำไปสู่การก่อตัวของธรณีสัณฐานขนาดใหญ่ อันหลังนำไปสู่การทำให้เรียบ

ตัวอย่างของวัฏจักรทางธรณีวิทยาหินอัคนีจะเปลี่ยนเป็นหินตะกอนเนื่องจากการผุกร่อน ในเขตเคลื่อนที่ของเปลือกโลกพวกมันจมลงสู่ส่วนลึกของโลก ที่นั่นภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิและแรงกดดันสูงพวกมันจะหลอมละลายและก่อตัวเป็นหินหนืดซึ่งลอยขึ้นสู่พื้นผิวและแข็งตัวกลายเป็นหินอัคนี

ตัวอย่างของวัฏจักรขนาดใหญ่คือการหมุนเวียนของน้ำระหว่างแผ่นดินและมหาสมุทรผ่านชั้นบรรยากาศ (รูปที่ 2.1)

ข้าว. 2.1. รูปแบบอุทกวิทยา (ภูมิอากาศ) ที่ยอมรับโดยทั่วไป

วัฏจักรของน้ำในธรรมชาติ

ความชื้นที่ระเหยจากพื้นผิวของมหาสมุทรโลก (ซึ่งใช้พลังงานเกือบครึ่งหนึ่งของพลังงานแสงอาทิตย์ที่มาถึงพื้นผิวโลก) จะถูกถ่ายโอนไปยังพื้นดินซึ่งตกในรูปของหยาดน้ำฟ้า ซึ่งจะกลับสู่มหาสมุทรอีกครั้งในรูปของพื้นผิวและ การไหลบ่าใต้ดิน วัฏจักรของน้ำยังเกิดขึ้นตามรูปแบบที่ง่ายกว่า: การระเหยของความชื้นจากพื้นผิวมหาสมุทร - การควบแน่นของไอน้ำ - การตกตะกอนบนผิวน้ำเดียวกันของมหาสมุทร

วัฏจักรของน้ำโดยรวมมีบทบาทสำคัญในการกำหนดเงื่อนไขทางธรรมชาติบนโลกของเรา เมื่อคำนึงถึงการคายน้ำโดยพืชและการดูดซับในวัฏจักรชีวธรณีเคมี แหล่งน้ำทั้งหมดบนโลกจะสลายตัวและได้รับการฟื้นฟูใน 2 ล้านปี

ดังนั้นการหมุนเวียนทางธรณีวิทยาของสสารจึงดำเนินไปโดยปราศจากการมีส่วนร่วมของสิ่งมีชีวิตและกระจายสสารระหว่างชีวมณฑลและชั้นลึกของโลก