Биогеохимичната циркулация на веществата в биосферата е най-важният природен процес на непрекъснат обмен на различни елементи между неживата среда и организмите (животни, растения и др.) Всичко се основава на техните фундаментални характеристики. Най-важните включват способността за метаболизъм, за възпроизвеждане, за прехвърляне на наследствени свойства.
Биогеохимичен азотен цикъл
Всеки елемент има свое собствено значение. Азотът играе важна роля в състава на различни органични съединения. Въпреки високия процент азот в атмосферата, той не е достъпен за растенията и животните. Има си причини за това. Енергийно е по-полезно за растенията да използват минерален азот, а за животните - като част от органични съединения.
Молекулният азот от атмосферата се свързва от азотфиксиращи микроорганизми и допринася за натрупването му в почвата под формата на амоняк. Други използват азот от мъртви организми. Те също така допринасят за натрупването на амоняк. Превръща се в нитрати, които се използват активно от растенията. Това са най-общо характеристиките на биогеохимикатаазотен цикъл. Помислете също и за процеса на метаболизъм на други естествени вещества.
Характеристики на биогеохимичния цикъл на въглерод, сяра и фосфор
Тези химични елементи са необходими за всеки жив организъм. Жизнените им нужди обаче не свършват дотук. Следователно макроелементите участват в малък биологичен цикъл (нуждата на организмите от тях е доста голяма): калий, магнезий, натрий; както и микроелементи: бор, манган, хлор и др.
Навлизат в растенията от почвата, макар и често с валежи. Като част от фитомасата въглеродът, сярата и фосфорът се консумират от тревопасните консуматори и по този начин влизат в трофичните вериги. Някои животни обаче задоволяват нуждата от тези елементи, заобикаляйки растенията. Копитните животни посещават солни близачки, изгризват почвата или ядат екскременти, стари кости. Морските животни абсорбират сол директно от водата. В процеса на минерализация на мъртвите остатъци микроорганизмите връщат химически елементи в почвата и водата. Така дейността им допринася за обогатяването на околната среда с хранителни вещества.
Екосистемен баланс
В един малък биогеохимичен цикъл в биосферата важно обстоятелство е неговата пълнота. В екосистемата входът и изходът на елементи са балансирани, докато трудности възникват главно с елементи, които са запазени в почвата.
Балансът на потока материя и енергия определя стабилността на екосистемата – нейната хомеостаза. Биосферата използва външни източници на енергия, коитоосигурява неговата подреденост и доста сложна структура. Разсеяната светлинна енергия се преобразува от растенията в концентрирано състояние на енергията на химическата връзка.
В същото време както отстраняването на енергията от околната среда, така и нейното преобразуване не водят до образуване на отпадъци.
Влияние на човешките дейности върху биосферните процеси
Човешката намеса в биогеохимичните цикли се извършва по различни начини. На първо място, това е унищожаването на биокомпонента на екосистемата (унищожаване на растения или промяна на територията по време на добива на енергийни носители). При изгаряне на органична материя енергията от концентрирано състояние преминава в дисперсно, което води до термично замърсяване от аерозоли и газообразни продукти на горенето. В естествена екосистема атомите, участващи в биогеохимичните цикли, се използват многократно. Това се улеснява от участието в циклите на леките биогенни елементи, които съставляват жизненоважната субстанция.
Човешката намеса включва внасяне в околната среда не само на допълнително количество от присъщите й елементи, но и нови химични съединения, включително тези, синтезирани от човека. Много от тях се поемат от растенията и след това се подават в хранителната верига.
Пример за това са олово, живачни съединения, арсен и др. Приемът на такива вещества нарушава естествения цикъл, променя баланса на елементите или води до натрупването им в живите организми, намалявайки тяхната продуктивност или причинявайки смърт. Особенопестицидите и тежките метали имат силно разрушително действие. Така стабилността на екосистемата, нейната хомеостаза могат да бъдат нарушени пряко или косвено от човешката дейност.
Екологична пирамида
Нека се обърнем към най-важните модели на функциониране на екосистемата и биогеохимичните цикли. Нека използваме принципа на екологичната пирамида за това. Изграден е на базата на биологичната маса на трофичните уравнения. Площта на която и да е част от такава пирамида е приблизително равна на масата на веществото. Тъй като организмите изграждат своето ниво, използвайки предишното, тази област трябва постепенно да намалява. Такова намаляване на всяко ниво може да бъде десетократно.
Например, екологичната пирамида, характерна за земните екосистеми, в които производители са многогодишни растения, има голяма биомаса, въпреки че производственият процес не е с най-висока интензивност. Балансира се от годишното нарастване на масата на тревопасните животни. Моделът на образуване на органична маса се нарича правило на пирамидата. Има и други негови разновидности.
Обърната пирамида
Вземете екосистемата на водните тела. Изградената за тях пирамида може да изглежда малко по-различно. Изглежда, че е с главата надолу. Факт е, че краткотрайните водорасли се размножават много бързо, но също толкова интензивно се консумират от потребителите. Следователно, едновременно регистрираната биомаса в този случай не отразява интензивността на производствения процес в благоприятния период на годината. Ако вземем предвид, че големите консуматори (риба,ракообразни) се натрупват и се изяждат по-бавно, общата маса на потребителите е по-висока.
Производственият процес в екосистемата позволява тяхното успешно функциониране. Той определя естеството на енергийния поток в биосферата. Както знаете, живите организми са негови консуматори. Светлинната енергия от слънцето се използва от зелените растения и води до образуването на органични молекули, където се съхранява под формата на химични връзки. Част от него се отделя при дишането на растенията и се използва от тях за растеж, усвояване и движение на веществата. Ето как се осъществява биогеохимичният цикъл.
Енергиен обмен
Както знаете, има закони на термодинамиката. Част от енергията се губи, отделяйки топлина. Това е действието на един от законите. Той потвърждава задължителната загуба на енергия в процеса на нейното преобразуване от един вид в друг. Когато се натрупа в растителна материя, се използва от животни.
Разделянето на молекулите е придружено от освобождаване на енергия. Значителна част от него се използва в процеса на живот на животните, преминавайки от една форма в друга. Това са процесите на биосинтез и натрупване на енергия от нови връзки. Това са механична, електрическа, топлинна и други видове енергия. По време на трансформацията му част отново се губи, отделяйки топлина. Енергията постепенно преминава на друго ниво. В същото време загубата му настъпва и при изхвърляне на част от несмляната храна (екскременти) и в органични отпадни продукти от метаболизма (изпражнения).
Процеспотребление на енергия
Хаосът е рядък в природата, обикновено всичко е наред. Нека обърнем внимание на някои количествени модели на процеса на използване и преобразуване на енергия. На първия етап растенията използват средно около 1% от приходите си. Понякога тази цифра достига 2%. При най-неблагоприятните условия той пада до 0,1%. Когато енергията се прехвърля от производители към потребители от първи ред, ефективността достига 10%.
Изглежда, че месоядните усвояват храната по-ефективно. Това се дължи на особеностите на химичния състав на храната и лекотата на храносмилане от животните. Въпреки това, вече на ниво консуматори от трети порядък, количеството входяща енергия е много малко и се характеризира с хилядни части от първоначалните стойности.
