Huvudbiogeokemiska kolcykler av vattenfosforvatten. Biogeokemisk nivå av kväve och konsekvenserna av påverkan på den antropogena aktiviteten. Biogeokemiska cykler av väsentliga kemiska element: kol, syre, kväve, svavel, fosfor, till

Kolets kretslopp.

Den mest intensiva biogosemiska cykeln är en kolcykel. I

naturkolv finns i två huvudformer - i karbonater

(kalksten) och koldioxid. Innehållet i de senaste 50 gånger mer än

i atmosfären. Kol är involverat i bildandet av kolhydrater, fetter, proteiner och

nukleinsyror.

Huvudmassan ackumuleras i karbonater i botten av havet (1016 ton), i

kristallina stenar (1016 ton), stenkol och olja (1016 ton) och

deltar i en stor cykel av en cirkulation.

Huvudlänken till en stor koldioxidcykel är förhållandet mellan processer

fotosyntes och aerob andning (fig 1).

En annan stor cykel av kolcykel är

anaerob andning (utan syreanslutning); Olika typer av anaerob

bakterier omvandlar organiska föreningar i metan och andra ämnen

(Till exempel, i marsh ekosystem, på deponier för avfall).

I en liten cykel finns kolet i

vegetabiliska vävnader (ca 1011 ton) och djurvävnader (ca 109 ton).

Cirkulärt syre.

I kvantitativt är den huvudsakliga komponenten i levnadsfrågan

syre vars cirkulation är komplicerad av sin förmåga att komma in i

olika kemiska reaktioner, huvudsakligen oxidationsreaktion. I

resultat Det finns många lokala cykler som förekommer mellan

atmosfär, hydrosfär och litosfär.

(Sedimentala kalciter, järnmalmer), har ett biogeniskt ursprung och bör

betraktas som en produkt av fotosyntes. Denna process är motsatt

processen med syreförbrukning för andning, som åtföljs av

förstörelsen av organiska molekyler, växelverkan mellan syre med väte

(pressas från substratet) och bildandet av vatten. På vissa sätt

syrecykeln liknar returcykeln av koldioxid. I

det beror främst på atmosfären och levande organismer.

Förbrukning av atmosfärisk syre och dess ersättning av växter i

processen med fotosyntes utförs ganska snabbt. Beräkningar visar

att för att fullt ut uppdatera allt atmosfäriskt syre som krävs

två tusen år gamla. Å andra sidan, för att alla vattenmolekyler

hydrosfären utsattes för fotogalleri och syntetiseras igen genom att leva

organismer, du behöver två miljoner år. Det mesta av syre,

genereras under den geologiska eran, förblir inte i atmosfären, och

fixerad med en litosfär i form av karbonater, sulfater, järnoxider och dess

massan är 5,9 * 1016 ton. Massan av syre som cirkulerar i biosfären i

formen av gas eller sulfater upplösta i oceanic och kontinentala

vatten, flera gånger mindre (0,4 * 1016 t).

Observera att det, som börjar med en viss koncentration, är syre mycket

giftigt för celler och vävnader (även bland aerobiska organismer). Och levande

anaerob organism kan inte stå emot (det bevisades tidigare

ett århundrade L. Pasteur) syrekoncentration som överstiger atmosfären med 1%.

Kväveens spricka

Gasformigt kväve uppstår som ett resultat av ammoniakoxidationsreaktion,

bildas under utbrott av vulkaner och sönderdelning av biologiskt avfall:

4NH3 + 3O2 (2N2 + 6H2O.

Kväve cykel - en av de svåraste, men samtidigt mest

idealiska cykler. Trots det faktum att kväve är ca 80%

atmosfärisk luft, i de flesta fall kan det inte vara

direkt används av växter, eftersom De absorberar inte gasformigt

kväve. Interferens i levande varelser i en kvävecykel är underordnad den strikta

hierarki: Endast vissa kategorier av organismer kan påverka

på de enskilda faserna i denna cykel. Kvävgas går kontinuerligt

atmosfären som ett resultat av vissa bakterier, medan andra bakterier

- Klämmor (tillsammans med blågröna alger) absorberar ständigt det,

konvertera till nitrater. Oorganisk genom nitraten bildas i atmosfären

som ett resultat av elektriska urladdningar under åskväder.

De mest aktiva kvävekonsumenterna - bakterier på rotsystemet

växter av familjen av baljväxter. Varje typ av dessa växter är inneboende i sig

bakterier som vrider kväve i nitrater. I processen med biologisk

cykelnitratjoner (NO3-) och ammoniumjoner (NH4 +), absorberad av växter från

jordfuktighet, förvandlad till proteiner, nukleinsyror, etc. Ytterligare

returer bildas i form av döda organismer som är föremål

den vitala aktiviteten hos andra bakterier och svampar omvandlade dem till ammoniak. Så

det finns en ny cykelcykel. Det finns organismer som är kapabla

vänd ammoniak i nitrit, nitrater och gaskväve. Huvudlänkar

kvävecykeln i biosfären representeras av systemet i fig. 3.

Den biologiska aktiviteten hos organismer kompletteras med industriell

sätt att producera kvävehaltiga organiska och oorganiska ämnen,

många av vilka används som gödselmedel att öka

produktivitet och växttillväxt.

Antropogen effekt på kvävingscykeln bestäms av följande

processer:

1. Bränsleförbränning leder till bildandet av kväveoxid och sedan

reaktioner:

2. 2NO + O2 (2NO2,

3. 4NO2 + 2H2O. + O2 (4HNO3,

4. Att bidra till förlusten av surt regn

5. Som ett resultat av effekterna av vissa bakterier på gödselmedel och avfall

djurhållning bildar kvävehämmande - en av komponenterna,

skapa en växthuseffekt

6. Mining av mineraler innehållande nitratjoner och ammoniumjoner,

för produktion av mineralgödselmedel;

7. Vid skörd, tas nitratjoner och ammoniumjoner ut ur jorden;

8. Strömmar med fält, gårdar och avlopp ökar antalet nitrat

joner och ammoniumjoner i vattenlevande ekosystem, vilket påskyndar tillväxten

alger och andra växter; När sönderdelas den senare spenderas

syre, som i slutändan leder till fiskens död.

Cirkulär fosfor

Fosfor är en av huvudkomponenterna (huvudsakligen i formuläret och

) levande ämne och ingår i kompositionen av nukleinsyror (DNA och RNA),

cellmembran, adenosyntriphosfat (ATP) och adenosintifosfat (ADP),

fetter, ben och tänder. Krokig fosfor, som andra biogena

elementen utförs i stora och små cykler.

Fosforreserv tillgängliga för levande varelser är fullt fokuserade på

litosfär. De viktigaste källorna till oorganisk fosfor utbryts eller

sedimentära stenar. I jordskorpan överstiger inte fosforhalten 1% det

begränsa produktiviteten hos ekosystemen. Från jordens skorsten är oorganisk

fosfor är inblandad i cirkulationen av kontinentala vatten. Han absorberas

växter som med sitt deltagande syntetiserar olika organiska

föreningar och sålunda ingår i de trofiska kedjorna. Sedan

organiska fosfater tillsammans med lik, avfall och levande varelser

Återvända till marken, där de utsätts för mikroorganismer och

vrid till mineralformer som används av gröna växter.

I Ocean Ecosystem Fosforus bringas av flytande vatten som

främjar utvecklingen av fytoplankton och levande organismer.

I markbundna system passerar fosforcirkulationen i den optimala

naturliga förhållanden med minsta förlust. I havet är situationen annorlunda. Det

associerad med konstant sedimentering (sedimentering) av organiska ämnen.

Den organiska fosforen på ett litet djup returneras till cykeln.

Fosfater som är uppskjutna på stora strumpdjup är inte inblandade i små

kurs. Tektoniska rörelser bidrar dock till ökningen av sediment

raser på ytan.

Således rör sig fosfor långsamt från fosfatavsättningar

på land och grunt oceanisk nederbörd till levande organismer och tillbaka

Med tanke på fosforcykel på botten av biosfären för relativt

en kort period kan vi dra slutsatsen att det inte är helt stängt. Lager

fosfor på marken är liten. Det antas därför att fosfor är den viktigaste faktorn,

begränsa tillväxten av primära biosfärsprodukter. Det är till och med trodde att fosfor -

huvudregulatorn för alla andra biogeokemiska cykler, det är mest

svag länk i livskedjan, vilket säkerställer en persons existens.

En antropogen effekt på fosforcirkulationen är som följer:

1. Produktion av stora mängder fosfatmalmer för mineralgödselmedel och

tvättmedel leder till en minskning av antalet fosfor i

biotisk cykel;

2. Strömmar med fält, gårdar och nytta avfall leder till en ökning

fosfatjoner i reservoarer, till en kraftig ökning av vattenlevande växter och

kränkning av jämvikt i vattenlevande ekosystem.

Cirkulär svavel

Från naturliga källor går svavel i atmosfären i form av vätesulfid,

svaveldioxid och partiklar av sulfatsalter (fig 5).

Ungefär en tredjedel av svavelföreningarna och 99% svaveldioxid - antropogen

ursprung. Atmosfären behandlar reaktionerna som leder till syra

2SO2 + O2 (2S03,

SO3 + H2O (H2SO4.

Vattencykeln

Vatten, som luft, är den viktigaste komponenten som krävs för livet. I

kvantitativt är den vanligaste oorganiska

komponent i levande materia. Växtfrön där vattenhalten inte är

överstiger 10%, se formerna av slow motion. Samma fenomen

(anhydrobios) observeras i vissa arter av djur som

biverkningar kan förlora det mesta av vattnet i deras

Vatten i tre aggregativa stater är närvarande i alla komposit

delar av biosfären: atmosfär, hydrosfär och litosfär. Om vattnet ligger

i olika hydrogeologiska former fördelar jämnt

de motsvarande områdena i världen är bildade av följande lager

tjocklek: För World Ocean 2700 m, för glaciärer 100 m, för grundvatten

15 m, för ytfruktvatten 0,4 M, för atmosfärisk fukt 0,03 m.

Huvudrollen i omlopp och biogeokemisk cykel av vatten spelar

atmosfärisk fukt, trots den relativt små tjockleken på sitt skikt.

Atmosfärisk fukt är ojämnt fördelad på marken, vilket orsakar

stora skillnader i mängden nederbörd i olika områden i biosfären. Genomsnitt

geografisk latitud. Till exempel, i norra polen är det 2,5 mm (i

luftpost med tvärsnitt 1 cm2), vid ekvatorn - 45 mm.

Mekanismen för den hydrogeologiska cykeln nämndes ovan - i avsnittet

om beskrivningen av särdragen i hydrosfärden. Vatten sjönk på land då

det förbrukas för läckage (eller infiltrering), avdunstning och lager.

Sippring är särskilt viktigt för markiska ekosystem, eftersom det bidrar

tillförsel av mark med vatten. I processen med infiltration kommer vatten in i akviferna

horisonter och underjordiska floder. Indunstning från jordens yta spelar också

en viktig roll i vattenregimen, men en mer betydande mängd

waters allokerar plantor sig med sitt lövverk. Och mängden vatten,

planterna släppt desto större desto bättre levereras de. Växter,

producerar ett ton växtmassa, absorbera minst 100 ton

Huvudrollen i vattencykeln på kontinenter spelas av den totala

avdunstning (träd och jord).

Den sista delen av vattencykeln på land - lager. Yta

lager och resurser av underjordiska akvifer ger vatten

trådar. Men med en minskning av densiteten av växtskyddet lager

det blir den främsta orsaken till jorderosion.

Som noterat är vatten involverat i den biologiska cykeln, var

källan till syre och väte. Fotogalleri för fotosyntes är dock inte

spelar en viktig roll i cykelprocessen.

Biogeokemisk cirkulation

I motsats till den energi som en gång används av kroppen,

blir till värme och förloras för ekosystemet, sänds ämnena i

biosfären kallas biogeokemisk cirkulation. Av 90

elements som finns i naturen, om 40 behövs av levande organismer.

Den viktigaste och krävs i stora mängder: kol,

väte, syre, kväve. Syre kommer in i atmosfären som ett resultat

fotosyntes och konsumeras av organismer med andning. Kväve avlägsnas från

atmosfär på grund av aktiviteterna av kvävefritt bakterier och återgår till

hon har andra bakterier.

Växter av element och ämnen utförs av

självreglerande processer där alla komponenter deltar

ekosystem. Dessa processer är avfallsfria. Det finns inget i naturen

värdelös eller skadlig, även från vulkanutbrott är nytta,

eftersom de nödvändiga elementen kommer med vulkaniska gaser i luften,

till exempel kväve.

Det finns en lag av global stängning av en biogeokemisk cirkulation i

biosfären som i alla stadier av sin utveckling, som regelen

garderoberna av den biogeokemiska cykeln under SukCessia. I processen

utvecklingen av biosfären ökar den biologiska komponentens roll i förslutningen

biogeokemisk cykel. En ännu större roll i biogeokemiska

kursen har en man. Men hans roll utförs i motsatsen

riktning. Människan bryter mot de etablerade cyphans av ämnen, och i detta

det manifesteras av sin geologiska kraft, destruktivt för biosfären

hittills.

När 2 miljarder år sedan dök livet på jorden, atmosfären

bestod av vulkaniska gaser. Det var mycket koldioxid och lite

syre (om alls), och de första organismerna var anaeroba. Som

produkter i genomsnitt överskridit andning, för geologisk tid i

atmosfären ackumulerade syre och innehållet av koldioxid minskade.

bränna stora mängder brännbar fossil och minska absorptionen

förmågorna hos "gröna bältet". Den senare är resultatet av en minskning.

antalet gröna växter själva, och också på grund av det faktum att damm och

föroreningar i atmosfären återspeglar strålarna som kommer in i atmosfären.

Som ett resultat av antropogena aktiviteter, graden av klimax

biogeokemiska cirklar minskar. Även om det är ganska högt (för

olika element och ämnen det är inte detsamma), men ändå inte

absolut, vilket visar ett exempel på en syreatmosfär.

Annars skulle evolutionen vara omöjlig (den högsta graden av closetness

biogeokemisk cirkulation observeras i tropiska ekosystem -

den äldsta och konservativa).

Således bör det inte handla om att ändra den person som inte

bör förändras, utan snarare om människans effekt för hastighet och riktning

förändringar och på expansionen av deras gränser som bryter mot konverteringsstegen

natur. Den senare är formulerad enligt följande: Under drift

naturliga system kan inte överskrida några gränser som tillåter

system för att upprätthålla självsugande egenskaper. Kränkning av åtgärder som mot

zooma och mot en minskning leder till negativ

resultat. Till exempel är ett överskott av gödselmedel lika skadligt, hur mycket och

brist. Denna känsla av åtgärd förloras av en modern person som tror det

i biosfären är allt tillåtet för honom.

Förhoppningar om att övervinna miljömässiga svårigheter är förknippade med

i synnerhet med utveckling och idrifttagning av stängda

tekniska cykler. Materialomvandlingscykler skapade av mannen

det anses vara önskvärt att ordna så att de är som naturliga

cykler av ämnets cykel. Då skulle problemen lösas samtidigt

ger mänskligheten med oersättliga resurser och problemet med skydd

naturlig miljö från förorening, sedan nu bara 1 - 2% av naturens vikt

resurser kasseras i slutprodukten.

Teoretiskt stängda omvandlingscykler av ämnet är möjliga. men

komplett och slutlig omstrukturering av branschprincipen

Ämnen i naturen är inte riktiga. Åtminstone en tillfällig överträdelse av garderositionen

den tekniska cykeln är nästan oundviklig, till exempel när man skapar

syntetiskt material med nya, okända naturegenskaper. Det där

Ämnet testas först i praktiken, och bara då kan

sätt att utvecklas för sin sönderdelning för att introducera komponentdelar

i naturlig cirkulation.

Liknande information.

Uttrycket "biogeokemi" föreslås av den ryska forskaren VI Vernadsky och betyder vetenskapsområdet om utbyte av ämnen mellan biosfärens levande och icke-levande ämne ("Bio" avser levande organismer och "geo" - till Klippor, luft och vatten). Geokemi studerar jordens kemiska sammansättning och migrationen av elementen mellan de olika delarna av biosfären: litosfär, hydrosfär och atmosfär.

För den normala existensen av de flesta ekosystem och organismer bebods de dem, det maximala värdet av sådana element som väte, kol, kväve, svavel och fosfor, som är en del av någon levande materia.

I cykeln av alla kemiska element och ämnen skiljer sig mellan två delar eller två "fond":

1) tillgångsreserv - En stor massa av ämnen som sakta rör sig i den biogeokemiska cykeln;

2) exchange (Mobile) Fund - Lite, men mer aktiv massa av ett ämne för vilket den snabba utbytet mellan levande organismer och deras omedelbara omgivning är karakteristiska.

I allmänhet är biogeokemiska cykler vanligtvis uppdelade i två huvudtyper:

1) Cykeln av gasformiga ämnen med reservfonden i atmosfären eller hydrosfärden (hav); 2) sedimentcykel med reservfond och jordskorpa. Reservfonder i atmosfären och hydrosfären är lättillgängliga, så en sådan cirkulation är relativt stabil. Sediment biogeokemiska cykler är vanligtvis mindre stabila.

Den fantastiska beständigheten av procentandelen av olika kemiska element i ekosystemets komponenter beror historiskt på förekomsten av kontinuerliga och balanserade cykler av ämnen, vilket skapar ett tillfälle för självreglering (homoostas) av systemet och upprätthåller dess stabilitet.

Processerna för det organiska materialets neoplasma under fotosyntesen och processerna för dess förstörelse (sönderfall) bestämmer hastigheten och balansen av cyklerna i elementen i biosfären och uppstår endast på grund av den inkommande solenergi. Följaktligen bestäms hastigheten och riktningen för den cykliska rörelsesrörelsens rörelse i ekosystemet av strömmarna av energi som passerar genom den biologiska gemenskapen.

Den generaliserade kretsen av biogeokemiska cykler i kombination med ett förenklat energiflödeschema (fig 10.1) visar hur en enriktad ström av energi leder till en rörelse av en substanscirkulation. Uppmärksamhet dras till det faktum att de kemiska elementen som är involverade i cykelprocessen upprepade gånger passerar på samma sätt, och energin strömmar bara i en riktning.

I fig. 10.1 Reservfonden anges som en fond av näringselement, och utbytesfonden presenteras med en mörk ring som kommer från autotrofisk till heterotrofamer och igen till autotrofer. Ibland kallas reservfonden otillgänglig, och den aktiva utbytesfonden är överkomlig. Till exempel mäter agronomer vanligtvis markens fertilitet, uppskattning av koncentrationen i jorden av de former av näringselement som är direkt tillgängliga för växter.

Den utbytta fonden bildas på grund av ämnen som returneras till cirkulationen med två huvudvägar - antingen som ett resultat av en utlovad utsläpp i det externa mediet av metabolismprodukter av djur och växter, eller vid förstörelsen av (mineralisering) av en död organisk substans (pappa) av mikroorganismer.

Den mänskliga effekten på biogeokemisk cirkulation är att med antropogen ingrepp kan dessa processer upphöra att stängas och på vissa ställen kan det inträffa, och i andra - ett överskott av några ämnen. I slutändan bör åtgärder för skydd av naturresurser syftar till att förebygga cykliska överträdelser, d.v.s. Balanserad av cykler av de viktigaste elementen i biosfären. Kunskap om funktionerna i Biogehmy Cycles är ett nödvändigt villkor för den rationella användningen av naturresurser och bevarandet av naturliga ekosystem.

Fikon. 10,1. Diagrammet för den biogeokemiska cykeln mot bakgrund av det förenklade energiflödesprogrammet:

P g - brutto primära produkter; P N - Netto primära produkter (kan förbrukas av heterofager i själva systemet eller exporteras); P - Sekundära produkter, Ri-andning autotrofer (växter); R 2 - Andande heterotrofer (djur och bakterier)

Varje ekosystem kan representeras som ett antal block genom vilka olika ämnen passerar. I cykeln av mineralämnen i ekosystemet är tre aktiva block involverade: levande organismer, döda organiska dedriter, prisvärda oorganiska ämnen i livsmiljön.

Tänk på biogeokemiska cykler av kväve, fosfor och svavel. Den biogeokemiska cykeln av kväve (biogena element som ingår i proteiner och nukleinsyror) kan vara ett exempel på en mycket komplex välbalanserad gasformig substanscykel. Fosforbiogookemisk cykel är en sedimentcykel med en mindre perfekt reglering av fosforcykeln.

Den biogeokemiska cirkulationen av svavel tjänar som ett exempel på en funktionell anslutning mellan atmosfären, vatten och jordskorpan, eftersom svavel är aktivt cirkulerande i var och en av dessa "reservoarer" och mellan dem. I kvävekärl och svavel spelar mikroorganismer en nyckelroll.

Kväveens spricka, innefattande både gas- och mineralfasen, trots det stora antalet organismer som deltar i det, säkerställer den snabba cirkulationen av kväve i olika ekosystem (fig 10.2).

Fikon. 10,2.. Nitrogencirkulationsschema (grå rektangel - Reservera kvävefonden)

Huvudkällan och kvävetanken är atmosfären, vars massa är 79% av detta element. Deltagandet av levande organismer i kvävecykeln är underordnad den strikta hierarkin: Endast vissa typer av mikroorganismer (bakterier) utför de biokemiska processerna för omvandling av kväveanslutningen vid de enskilda nyckelstegen i denna cykel.

De flesta organismer som bor i biosfären kan inte använda gasmolekylärt kväve (n 2). Växter absorberar endast kväve i kompositionen av nitratjoner (NO3) eller ammoniumjoner (NH4 +). Nitrater bildas huvudsakligen som ett resultat av mikroorganismernas livslängd - azotfixatorertill vilka de symbiotiska bakterierna av släktet Rhizobium, Bor i nodulerna på rötterna av björnväxter, bakterierna av det slag Azotobakter, bor i jorden; och cyanobakterier (blågrön). Alla mikroorganismer är kväveintimatorer som kan fixera det atmosfäriska kvävet på grund av en mycket komplex metabolisk metabolism, inklusive molybden och hemoglobinkatalysatorer. Symbiotiska mikroorganismer-kväveoperatorer tränger in i vävnaden i rotsystemet av björnväxter. Växter ger symbiotiska bakterier av livsmiljö och mat (sockerarter), och de levererar organiska kväveanläggningar, som de syntetiseras från kvävgas. Fritt levande icke-symbiotiska mikroorganismer - nitroxators ( Azotobacter. I cyanobakterier absorberar också gaskväve och översätter det till en organisk form. I detta fall ingår kväve i de syntetiserade proteinmolekylerna. Efter att ha flyttat kväveintrablandningsbakterier och mineralisering av organiskt material som kväve i en nitratform (nr 3 -) berikar jorden.

Djur kan absorbera kväve endast som en del av organiska ämnen av växt- eller animaliskt ursprung. Enligt typiska matkedjor (växter - växtätare - rovdjur) sänds organiskt kväve från mikroorganismer - kvävefyxatorer och alla andra organismer i ekosystemet. Processer förekommer i marken ammonifications(ammoniumjonbildning) och nitrifikation (bildandet av nitratjoner), som består av ett antal på varandra följande reaktioner, under vilka, med deltagande av olika grupper av mikroorganismer, förstörs utarmningen av ett död organiskt material.

Molekylär kväve återgår till atmosfären och den biogeokemiska cykeln av kväve stängs under bakteriens livslängd - denitrifirerroda Pseudomonas, Återställa nitrater till fri kväve och syre i syrefria (anaeroba) betingelser.

Nitrat är ständigt bildade av molekylärt kväve i små kvantiteter utan att kväve-kvävefria mikrostorlekar utsläpp i atmosfären. Därefter faller dessa nitrater med regn på jordens yta. En annan källa till atmosfäriskt kväveintag i biogeokemiska cykeldvulkans, kompensera för kväveförluster, avstängd från cykeln när den utfälls till botten av haven.

För att jämföra omfattningen av de olika processerna för mottagandet av atmosfäriskt kväve i den biogeokemiska cykeln är det nödvändigt att komma ihåg följande: Det genomsnittliga årliga kvittot av nitratkväve av abiotiskt ursprung (Thunder urladdningar) från atmosfären i Marken överstiger inte 10 kg / ha, fria mikroorganismer är kväveifierare till 25 kg / ha, medan symbiotiska kväveintimaterande bakterier Rhizobium I genomsnitt produceras det upp till 200 kg / ha.

Den övervägande delen av kväve som ingår i den organiska substansen bearbetas av denitrifibrerande bakterier i kvävegas (N2) och återgår till atmosfären igen. Endast ca 10% av mineral kväve absorberas från jorden av högre växter och visar sig vara till förfogande för multicellulära organismer.

Krokig fosfor. Fosfor är en del av den rika energin av organiska ämnen - adenosynitrifosfat (ATP) och adenosin-dibosfat (ADP), som är bärare och energidbatterier i växter och djurceller. Huvudkällan för fosfor för växter är fosfatjoner (PO 4 -). Växter absorberar fosfatjoner från miljön (jord eller vatten) och i processen av biosyntes innefattar fosfor i sammansättningen av de äkta substanserna som bildar biomassa av växter. Djur, in i växter, få fosfor i organisk form. Således, att översätta fosfor från mineralformer till organiska, gör det möjligt för djur. Fosforcirkulationen i biosfären är förknippad med metabolismens process i växter och djur. Detta viktiga biogena element, innehållet av var de markdelar av växter och alger varierar från 0,01 till 0,1% och hos djur från 0,1% till flera procent, i cirkulationsprocessen passerar gradvis från organiska föreningar till fosfater, som kan användas igen (Bild 10.3).

Fikon. 10,3. Schema av fosforcykeln (grå rektangel - Reservfoundation of fosfor)

Om du jämför fosforhalten i biosfärens levande och icke-levande substans visar det sig att den disproportionerna är mycket stor. Därför hänvisar fosfor till antalet de mest underskott biogena makroelementen som bestämmer utvecklingen av livet.

Den naturliga biogeokemiska cykeln av fosfor i biosfären är inte balanserad. Huvudreserven av fosfor finns i rockstenar (apatiter, fosforer), av vilka, i samband med utlakning, vattenlösliga fosfater (PO4 3-) faller i mark- och vattenekosystem. Att hitta i sushi-ekosystemen absorberas fosfor av växter från en vattenhaltig lösning i form av oorganisk fosfatjon (PO4 3-) och ingår i sammansättningen av olika fosforföreningar. Matkedjor Den fosforinnehållande organiska substansen rör sig från växter till andra organismer i ekosystemet. Kemiskt bunden fosfor faller med rester av växter och djur i jorden, som utsätts för mikroorganismer och blir fosformineralföreningar tillgängliga för växter under fotosyntes. Avlägsnande av fosfater från markbundna ekosystem till kontinentala reservoarer berikar den senaste fosforen. River Stock sätter årligen cirka 2 miljoner ton fosfor i världen.

I marina ekosystem flyttar mineralfosfor till en fytoplankton, som tjänar med andra organismer av havet och ackumuleras i vävnaderna av marina djur, såsom fisk. Några av de organiska fosforföreningarna migrerar på matkedjor inom små djup, den andra delen sänks till stora djup i processen med utfällning av ett dött organiskt material. Mätande rester av organismer leder till ackumulering av fosfor på olika djup. Det följer att fosfor, som faller i reservoarerna på ett eller annat sätt, mättar, och ofta överskuggar sina ekosystem. Den inverse rörelsen av fosfor från oceanerna på mark och markbundna vattenkroppar är begränsad (fiskfångst och andra organismer av människan) och kompenserar inte för borttagning av fosfor från sushi. Och endast med avsevärda tidsintervaller, när i processen med den tektoniska rörelsen av jordskorpan, blir botten av haven mark, uppstår stängningen av denna biogeokemiska cykel.

Cirkulär svavel. Det finns många gasformiga föreningar med svavel, exempelvis vätesulfid (H2S) och svavelsyraanhydrid (SO3).

Den rådande delen av cykeln av detta element har emellertid en sedimentär natur och uppträder i mark och vatten.

Det detaljerade schemat för svavelcirkulationen visas i fig. 10,4.

Fig 10.4. Scheme Circulation Serry

Den huvudsakliga källan till svavel, prisvärda levande organismer - sulfater (SO 4 2-). Många sulfater är lösliga i vatten, och detta bestämmer tillgången på oorganisk svavel för växter, så många element (inklusive svavel) kan det vara levande i levande organismer endast i upplöst form. Växter, absorberande sulfater, återställ dem och producerar en oumbärlig svavelhaltig aminosyror (metionin, cystein, cystin), som spelar en viktig roll för att skapa en tertiär (rumslig) struktur av proteiner. Djur och mikroorganismer, som förbrukar vegetabilisk biomassa i mat, absorberar svavelhaltiga organiska föreningar.

Med sönderdelning av ett dött organiskt material (förtjust i lövverk, de döda organismerna, urvalsprodukterna), passerar de heterotrofiska svavelbakterierna igen till en oorganisk form (huvudsakligen i form av vätesulfid H2S). Vissa bakterier kan producera vätesulfider från sulfater i anaerob (oxless) förhållanden. En annan obemärkt grupp av bakterier kan återställa vätesulfid till elementära svavel (er).

Å andra sidan finns det bakterier, oxiderar väte-sulfid till sulfater, på grund av vilka reserven av svavel i den form som är tillgänglig för växter. Liknande bakterier kallas kemosyntterEftersom de syntetiserar organiskt material på grund av oxidationens energi av enkla kemikalier (i detta fall av vätesulfid). Dessa omständigheter skiljer sig från de fotosyntetiska organismerna som skapar organiskt material på grund av ljusets energi.

Den sista fasen av svavelcirkulationen är helt sediment (passerar i sedimentära stenar). Det kännetecknas av att det faller in i det här elementets sediment i anaeroba förhållanden i närvaro av järn. Således slutar processen med en långsam och gradvis ackumulering av svavel i djupgående sedimentära stenar.

I allmänhet kräver ekosystemet, jämfört med kväve och fosfor, betydligt mindre svavel. Därför är svavel mindre sannolikt en begränsande faktor för utveckling av växter och djur. Samtidigt tillhör svavelcirkulationen till nyckeln i den allmänna processen att skapa sönderdelning av den organiska ämnet för biomassa i biosfären. Till exempel, i bildning av järn sulfider, kommer fosfor av olöslig form in i löslig och blir tillgänglig för fotosyntetiska organismer. Detta tjänar som en visuell bekräftelse på att en cykel är associerad med en annan och reglerad av den.

Skapa kol. Kol som ett väsentligt konstruktionselement är en del av något organiskt material, därför bestämmer dess cirkulation i stor utsträckning intensiteten av bildandet och förstörelsen av det organiska materialet i olika delar av biosfären. I naturen finns kol i de två vanligaste mineralformerna - i form av karbonater (kalkstenar) och i form av en rörlig koldioxid (Yglot, CO 2). I den biokemiska koldioxidcykeln är koldioxidatmosfärsfonden relativt liten (711 miljarder ton) i jämförelse med koldioxidreservat i oceanerna (39000 miljarder ton), i fossilt bränsle (12000 miljarder ton) och markerade ekosystem (3100 miljarder ton).

Cirka 93% av koldioxiden är i havet, vilket kan hålla mycket mer än denna kemiska förening än andra tankar. Det mesta av koldioxiden som kommer från atmosfären till ytskikt av havsvatten interagerar med vatten för att bilda koalinsyra och dess dissociationsprodukter. Således existerar i havet ständigt karbonatsystem - Summan av alla oorganiska upplösta kolföreningar (CO2 koldioxid, koalsyra H2CO3 och dess dissociationsprodukter).

Alla dessa föreningar är relaterade till varandra och kan vända sig till varandra i processen med kemiska reaktioner vid förändring av miljöförhållandena. Till exempel, i händelse av en ökning av surheten av vatten (vid låga pH-värden), sönderdelas koalsyramolekyler av N2O och koldioxid CO2, medan den senare kan avlägsnas från havet i atmosfären. Alkaliska förhållanden, tvärtom bidrar till bildandet av karbonat-sjunger (POPS 2-), hårdlösliga kalciumkarbonater (Casso 3) och magnesium (MgCO3), som i form av en fällning sänks till botten och För en tid tog bort kol från cykeln i havet.

Som framgår av fig. 10.5, som ingår i atmosfären eller hydrosfäringen, kol (i form av koldioxid CO 2) i processen av fotosyntes ingår i den organiska substansen av växter och vidare på livsmedelskedjan faller i organismerna hos djur och mikroorganismer. Den omvända processen av koltransitionen från den organiska formen till mineral förekommer under andningen av alla organismer av djur och växter (oxidation av det organiska materialet till koldioxid (CO2) och vatten (H2O)). Processen att frigöra koldioxid från ett organiskt material är inte omedelbart, men gradvis delar på varje trofisk nivå. I jorden saktar en mycket ofta biogeokemisk kolcykel, eftersom organiska ämnen inte mineraliseras helt, men omvandlas till organiska komplex - humus.

Funktionen hos de markbundna ekosystemens funktion är en betydande och relativt långsiktig ackumulering av organisk kolsyra i biomassa av växter och djur, såväl som i humus. Således kan biomassa av markiska ekosystem också betraktas som ett betydande kolstycke i biosfären.

Fikon. 10,5. Kolcirkulationsschema (grå rektanglar - Carbon Reserve Funds)

Ocean-grenen av den biogeokemiska koldioxidcykeln har sina egna egenskaper som, med tanke på den stora mängden kol som ingår i vatten, bestämmer världens havsens viktiga roll i cykeln av detta element. I en vattenmiljö, till skillnad från jordiska ekosystem, är de viktigaste photosenthetiska organismerna encellsmikroskopiska alger, sväva i vatten (fytoplankton).

Den vitala aktiviteten hos fytoplanktonorganismer är ganska aktiv och åtföljd av både ackumulering av organiskt kol i form av biomassa och separation av upplöst organiskt kol. Djur och bakterier konsumerar dessa organiska kolformer.

En egenskap hos Aquatic EcoSystems funktion är en snabb övergång av organiska former av kol på livsmedelskedjan från vissa organismer till andra. Till skillnad från markbundna ekosystem i havet bildas inte signifikanta reserver av organiskt kol i biomassa av levande organismer. Det mesta av det organiska kolet i hydrosfäret förbrukas igen och i slutändan oxideras det till mineralformen - koldioxid (CO 2). En annan del av den döda organiska substansen (dedrit) under tyngdpunkten är avgjort i de djupa skikten av vattenlagring och skjuts upp på botten, där den kan bibehållas i form av organisk nederbörd under lång tid.

En liten del av det organiska ämnet och kolet i det, enligt terminologin av V.I. Vernadsky, eludes en cirkulation och "går in i geologi" - i inlåning i form av torv, kol, olja och kalksten i vattenlevande ekosystem.

Modern koldioxidbalans i atmosfären presenteras i tabell. 10,1.

Tabell 10.1

Årlig balans mellan CO 2 i atmosfären

Källa: Tarko A.M. Stabilitet av biosfärsprocesser och principer för Le Chatel // rapporter från den ryska vetenskapsakademin. 1995. T. 343. No. 3. s. 123.

Således, cirka 6,41 miljarder ton koldioxid, som årligen emitteras av industrin, 3,3 miljarder ton, dvs. Mer än 50% kvarstår och atmosfär. Under de senaste 150 åren har detta redan lett till en ökning av innehållet av koldioxid i atmosfären med mer än 25% och orsakade stimuleringen av växthuseffekten. I sin tur kan förändringen i jordens klimatregim leda och leder redan till globala klimatförändringar.

I allmänhet är cirka 0,2% av mobila kolreserven i en konstant cykel av biosfären. Biomass kol är uppdaterat i 12 år, atmosfären - i 8 år, vilket bekräftar den högsta balansen i den biogeokemiska kolcykeln.

Styrfrågor och uppgifter.

1. Vad kallas biogeokemiska cykler och hur är de relaterade till ekosystem?

2. Beskriv reserv- och utbytesfonden i cykeln av kemiska element.

3. Ange block av ekosystem genom vilka biogeokemiska cykler av element passerar.

4. I den cykel som biogena element hörs nyckelrollen till mikroorganismer?

5. För vilka element i atmosfären är reservfonden?

Populations ekologi

Varje biologisk syn som finns i naturen är ett komplext komplex av intravidala grupper av organismer med samma typ av strukturer, fysiologi och livsstil. Sådana intravidala grupper av organismer är populationer.

Befolkningen är en grupp av organismer av en art som kan upprätthålla sitt antal under lång tid, upptar ett visst utrymme och fungerar som en del av ekosystemets biotiska samhälle

Det biotiska samhället är en kombination av befolkningar av organismer av olika arter som fungerar som ett holistiskt system i ett visst fysikaliskt geografiskt utrymme för livsmiljö.

Adaptiva möjligheter till befolkningen är betydligt högre än de hos sina individer. Befolkningen som en biologisk enhet har en viss struktur och funktioner.

Befolkningen har biologiska egenskaperinneboende i båda populationerna i allmänhet och komponenterna i dess organismer och gruppegenskapermanifesteras endast i hela gruppen. De biologiska egenskaperna hos befolkningen omfattar, i synnerhet tillväxt och deltagande i ämnescykeln. Till skillnad från biologiska, gruppegenskaper: fertilitet, dödlighet, åldersstruktur, distribution i rymden, genetisk fitness och reproduktiv kontinuitet (dvs sannolikheten för att lämna efterkommarna under en lång tid) - kan bara präglas av en befolkning som helhet.

Nedan följer befolkningens huvudindikatorer.

Befolkningstäthet - Detta är antalet befolkningar, som tillskrivs rymdenheten. Det mäts vanligtvis och uttrycks av antalet organismer (antalet populationer) eller den totala biomassen av organismer (biomassa av befolkningen) per enhetsarea eller volym, till exempel 500 träd per 1 hektar, 5 miljoner mikroalger per 1 m 3 vatten eller 200 kg fisk på 1 gauge yta.

Ibland är det viktigt att skilja specifik, eller miljödsensitet (antal eller biomassa per bostadsenhet, d.v.s., faktiskt överkomligt för organismer av en viss befolkning) och mellandensitet (Storleken på den befolkning som tillskrivs enheten i rymden i befolkningens geografiska livsmiljö). Till exempel är den genomsnittliga densiteten hos skogsgrodor deras nummer, som tillskrivs skogsmassivets område. Men dessa djur bor bara i skogens våtmarker, som redovisas vid beräkning av den specifika befolkningstätheten.

Befolkningstätheten är inte ett konstant värde - det förändras över tiden beroende på livsmiljöerna, årets säsong etc. kan distributionen av organismer i det utrymme som befolkas av befolkningen vara slumpmässig, enhetlig och grupp. Oftast är i naturen olika typer av kluster av organismerna hos en art (gruppdistribution: Familjegrupper och flockar i djur, grupptycklar i växter).

Den mest kompletta bilden av befolkningstätheten ger den integrerade användningen av indikatorer: antalet individer karakteriserar deras genomsnittliga avlägsenhet från varandra. biomassa - koncentration av levande materia; Kaloriskt innehåll - Antalet energi som är kopplat till organismer. Som regel är växtbefolkningstätheten högre än densiteten hos herbivorernas resenärer på samma territorium. Ju större organismerna desto mer biomassa.

Densitet är en av de viktigaste egenskaperna hos befolkningen. Från befolkningens densitet, andning, näring, reproduktion och många andra funktioner av individuella organismer av befolkningen är beroende. Den överdrivna befolkningstätheten förvärrar förutsättningarna för dess existens, vilket minskar tillhandahållandet av organismer med mat, vatten, bostadsutrymme etc. påverkar en befolkning negativt och dess otillräckliga densitet, vilket gör det svårt att välja mellan det motsatta könet, skydda befolkningen från rovdjur etc. (Se mer om mass- och gruppeffekter i föreläsningen 6).

Det finns ett antal mekanismer för att upprätthålla befolkningstätheten på önskad nivå. Den viktigaste är självreglering av befolkningen av feedback om principen om återkoppling från numret och begränsade livsresurser, i synnerhet, mat. Så, när mat blir mindre, saktar tillväxten av individer ner, dödligheten ökar, sexuell mognad (dvs förmågan att reproducera) kommer senare, och som ett resultat minskar antalet populationer och dess densitet. Förbättring av existensvillkoren åtföljs av förändringar i motsatt karaktär, och befolkningstätheten ökar till en viss gräns. Befolkningen i befolkningen kan fluktuera på grund av migration, generationer förändring, uppkomsten av nya individer (tack vare födelsen och ofrånkomsten från andra populationer) eller som ett resultat av döden. Studien av befolkningsdynamiken är mycket viktig för att förutsäga utbrott av antalet organismer av skadedjur eller fiskdjur.

Befolkningen bestäms huvudsakligen av två motsatta fenomen - födelsedag och dödlighet.

Födelsedag - Det här är befolkningens förmåga att öka siffrorna. Det kännetecknar uppkomsten av nya organismer i processen: djurets födelse, spridning av frön i växter, bildandet av nya celler som ett resultat av att dela mellan mikroorganismer. Det totala antalet nya unga individer (), som uppträdde i befolkningen per tidsenhet (Δt), kallas absolut (generell) fertilitet. För jämförelse av fertiliteten hos olika populationer används konceptet specifik fertilitet (b), ett uttalat antal nya individer per del per tidsenhet:

Så, för mänskliga befolkningar, används antalet nyfödda barn som är födda för 1 tusen befolkning som en indikator på specifik fertilitet.

Maximal (potentiell) fertilitet - Detta är teoretisk maximal hastighet av utseendet på nya individer under idealiska förhållanden (när reproduktionshastigheten inte minskas under åtgärden att begränsa miljöfaktorer). Maximal födelsetal är ett permanent värde för denna befolkning. I verkliga (naturliga) villkor för befolkningens existens bestäms födelseträntan av olika miljöfaktorer som begränsar utseendet på nya individer. Därför, för att uppskatta dynamiken i befolkningsnumret använder konceptet miljö (implementerad) Fertilitetrepresenterar en ökning av antalet individer i befolkningen i specifika villkor för livsmiljö. Ekologisk fertilitet - Värdet är icke-permanent och varierar kraftigt beroende på befolkningstätheten och villkoren för livsmiljö.

Skillnaden mellan den maximala och realiserade födelsehastigheten kan illustreras med följande exempel. I experiment med en mjölkkrackare skjuts dessa buggar upp med 12 000 ägg (maximal födelset), varav endast 773 larver (eller 6%) kläckdes - värdet av fertiliteten. I allmänhet, för biologiska arter, som inte är märkliga för vård av avkommor (till exempel många insekter, fisk, amfibier), kännetecknad av en hög potentiell födelse och låg fertilitet.

Dödlighet - Antal personer i befolkningen som dödades under en viss period. Begreppet dödlighet är mitt emot begreppet fertilitet. Det totala antalet döda individer (Δn) per tidsenhet (Δt) kallas absolut (allmän) dödlighet.Dödligheten kan uttryckas av antalet individer som dog per stund per person - specifik dödlighet (D):

Miljö (realiserad) Dödlighet - Antalet döda individer i specifika naturförhållanden. Liksom ekologisk fertilitet är det inte konstant och beror på miljöfunktioner. Teoretisk minsta dödlighet - Mängden konstant som kännetecknar individernas död (från ålderdom) under idealiska förhållanden hos mediet (dvs i avsaknad av en begränsande effekt av livsmiljöfaktorer). Under specifika förhållanden bestäms minskningsgraden i befolkningen av rovdjurens död, användbar och ålderdom.

Ofta, när du beskriver befolkningsdynamiken, använd konceptet överlevnad d.v.s. värderingar, omvänd dödlighet. Om dödligheten d. , då omfattningen av överlevnad 1 - d..

Som fertilitet, dödlighet och. Följaktligen varierar överlevnadshastigheten i många organismer kraftigt med ålder. I detta avseende är definitionen av specifik dödlighet av stor betydelse för olika åldersgrupper, eftersom det gör det möjligt för miljöaktivister att ta reda på de mekanismer som bestämmer den övergripande dödligheten i befolkningen. Livslängden för individer i befolkningen kan beräknas med hjälp av Överlevnadskurvor (Fig. 11.1) Att sätta en associalålder i procent av livets totala varaktighet, och längs ordinataxeln är antalet personer som bodde i en viss ålder, kan du jämföra överlevnadskurvorna för arter, livslängden för individer är väsentligt annorlunda.

Fig 11.1. Typer av överlevnadskurvor; 1 - Drosophila; 2 - man; 3 - sötvattenhydra; 4 - Oyster.

Överlevnadskurvor är uppdelade i tre vanliga typer (se RC. 11.1)

Den första typen (konvexkurvorna 1 och 2) är karakteristisk för sådana arter i den befolkning som den största dödligheten svarade för livets slut, det vill säga dödlighet nästan till slutet av livscykeln förblir låg och kraftigt ökar bara i gamla individer. De flesta individer av samma befolkning har ungefär samma livslängd, till exempel stora djur.

Ett annat extremt alternativ (stark kurva 4) motsvarar hög dödlighet i de tidiga stadierna av livscykeln och en ökning av överlevnad av fler vuxna stadier. Denna typ av dödlighet är märklig för de flesta växter och djur. Den maximala dödsgraden är karakteristisk för utvecklingens larvfas eller i ung ålder hos djur, liksom många växter i spiring av frön och skott. När ett vuxen tillstånd av organismer blir mer resistenta mot negativa effekter av miljöfaktorer, och deras dödlighet minskas avsevärt (överlevnadshastighet). Således, när man utvecklar larvstadier före det halvbenta tillståndet hos vuxna, lever som regel inte mer än 1 ... 2% av det totala antalet infuserade ägg. I insekterna tills det genererade tillståndet lever ännu mindre: 0,3 till 0,5% av det totala antalet pågående ägg.

En mellanliggande typ (linje 3) innefattar överlevnadskurvor för de arter där den specifika överlevnaden för varje åldersgrupp är mer eller mindre än (sötvattenhydra). I naturen finns det nästan inga populationer där överlevnad är konstant under hela livscykeln.

Formen på överlevnadskurvan är förknippad med graden av vård för avkommor och andra skyddsmetoder för ungdomar. Således är kurvorna av överlevnaden av bin och spänningar (som tar hand om avkommor) betydligt mindre konkava än för gräshoppor och sardiner (som inte bryr sig om avkomman).

Befolkningsåldern - Detta är förhållandet i befolkningen i olika åldrar.

Åldersammansättningen är en viktig egenskap hos befolkningen, vilket påverkar både fertilitet och dödlighet. De flesta befolkningar i naturen består av familjer av olika åldrar och kön.

Tre miljöåldern kan särskiljas förenklad i befolkningen:

utbyte- Unga individer som ännu inte har nått puberteten, d.v.s., inte kunna delta i reproduktion.

reproduktiv - halvode individer som kan reproduktion

postreprocetive - Gamla individer, förlorade förmågan att delta i reproduktion.

Attityden i dessa åldrar till den totala livslängden i befolkningen varierar kraftigt från olika arter. Det kvantitativa förhållandet mellan olika åldersgrupper i befolkningen påverkas av den totala livslängden, tiden för att uppnå sexuell löptid, reproduktionens intensitet, dödlighet i olika åldrar. I sin tur bestämmer förhållandet mellan olika åldersgrupper i befolkningen sin förmåga att reproducera för tillfället och visar vad som kan förväntas i framtiden. Ändring av förhållandet mellan antalet huvudåldern i populationer är grafiskt avbildat i form av åldersrelaterade pyramider (fig 11.2). I en snabbväxande befolkning är unga individer (fig 11.2, a) befolkning en betydande andel, vars antal inte förändras över tiden, åldersammansättningen är mer enhetlig (fig 11.2, b) och i befolkningen , vars antal minskar, andelen gamla individer kommer att öka (fig 11.2, c).

Fikon. 11.2.. Tre typer av åldersrelaterade pyramider karakteriserar populationer

med hög men), måttlig ( b.) och liten ( i) relativa tal

unga individer (i% av den totala befolkningen):

1 - Prediktiv, 2 - reproduktiv, 3 - Post-repudent åldersgrupp

Befolkningstillväxt och tillväxtkurvor. Om fertiliteten i befolkningen överstiger dödligheten, observeras befolkningstillväxten.

Varje befolkning och varje typ i allmänhet är biotisk potential- Maximal teoretiskt möjlig tillväxttakt ( r.) Befolkning, vilket är en skillnad mellan den specifika födelsehastigheten ( b.) och specifik dödlighet ( d.):

r \u003d b-d.

En ökning av antalet befolkningar kan beskrivas tillväxtkurvor Två huvudtyper - J-formad kurva (exponentiell tillväxt) och S-formad kurva (blekande tillväxt).

Exponentiell tillväxt Befolkningsnumret kännetecknas av en J-figurativ kurva och uppstår när livsmedelsfria och andra viktiga befolkningsresurser är i överskott, och dödligheten med ökande numeriska individer ökar inte (fig 11.3).

Ekvationen av den J-formade tillväxtkurvan har formen

där n är antalet populationer; t-tiden; R är en befolkningstillväxtkonstant förknippad med den maximala propagationshastigheten för den här typen (biotisk potential).

Kväve är ett av elementen separerade i gasfasen vid scenen av jordens bildning i processen av chockavgasning. I framtiden fortsatte frisättningen av gasformiga föreningar av kväve från jordens underjordiska vid utbrott av vulkaner, avlägsnande av hydroterm och gasstrålar. Gasformigt molekylärt kväve på grund av kemisk inerthet är den mest stabila formen av att hitta detta element. Av denna anledning ackumulerades N2 ursprungligen i atmosfären och koncentrerades inte i form av upplösta föreningar i havsvattnet, såsom klor eller i form av olösliga föreningar i havsutfallet, som kol som en del av karbonatjockleken. För närvarande är det årliga flödet av gasformiga föreningar av kväve från jordens djup i atmosfären på 1,0 × 10 6 ton. I kvävehavet är närvarande i form av upplösta joner, i sammansättningen av en upplöst och dispergerad viktad organiskt material. Kvävens massa i form av upplösta joner NH4 +, NO2 -, NO3 är 685 × 10 9 ton. I granitskiktet av jordskorpan är kvävekoncentrationen 0,002% och elementets totala vikt 165 × 10 12 t. I sedimentet är kväve fixerat i det organiska materialet. Kväveens massa i ett sedimentärt skal är ungefär 0,6 × 10 15 ton, dvs i ett sedimentärt kvävehalt, mer än tre och i atmosfären - 23 gånger än i jordens granitskikt.

Så, den huvudsakliga leverantören av kväve i biosfären är jordens land, huvuddriven är en atmosfär, mer exakt, troposfären. Kompositionen av atmosfärisk gas uppdateras kontinuerligt på grund av de cykliska processerna för massöverföring, som förbinder atmosfären med det globala landet, pedosfären, havet och dess nederbörd.

Den moderna strukturen i den globala massokollet för kvävgasutbyte är mycket komplex och består av flera interrelerade cirklar (fig 32).

Underbar egenskap av kväve - hans starkt uttalade polivalens. Organismer får energi för deras försörjning, Översätta kväve från en form till en annan, ändra sin valens under olika förhållanden. Det är möjligt att inte utan påverkan av denna omständighet är kväve den nödvändiga komponenten av proteiner.

Det finns vissa typer av bakterier som kan aktivera kemiskt inaktivt molekylärt kväve och binder den till kemiska föreningar. Denna process kallades låsning av kväve.

Kvävefixering utförs av separata specialiserade bakterier i familjen Azotobacteracea och under vissa förhållanden - Blågröna alger. De mest produktiva kvävefria knölbakterierna som bildar symbios med bönor.

Fikon. 32. Begreppet kvävecykel

Massan av kväve som är fastsatt från luften med jordbakterier, före början av personens ekonomiska verksamhet per år är från (30-40) ∙ 10 6 till 200 × 10 6 ton. För närvarande läggs detta till detta. artificiell biologisk fixeringerhållen med hjälp av baljväxter (ca 20 × 10 9 ton) också industriell fixering av kväve Från luften, som översteg 60 × 10 6 ton.

Den första interrelaterade bakteriella processen som förekommer i jorden är ammonification - mikrobiologisk omvandling av kväve av organiska föreningar (huvudsakligen aminosyror) i ammoniumjon eller ammoniak. Nedbrytningsprocessen för det organiska materialet fortsätter vid aeroba förhållanden och åtföljs av en aktiv bildning av CO 2. Ammonium utsätts för följande transformationsprocess. I aeroba förhållanden förekomma nitrifikation: Transformation av ammoniak till en nitritjon av en bakterie och sedan till nitrat - andra. I anaeroba förhållanden Processer utvecklas denitrifikationSom ett resultat av vilka nitrater och nitriter återställs före kväveoxid eller till gasformigt molekylärt kväve. Mängden kvävepump är flera gånger mindre än massa av N2, fixerad av bakterier. Som ett resultat returneras molekylärt kväve efter en mängd biokemiska transformationer till atmosfären. En kvävegencykel som orsakas av dess bakteriella fixering och vidare transformation är nära besläktad med en annan kraftfull cykel av detta element. Stora massor av nitrat och ammoniumkväve fångas från pedosfären i en biologisk cirkulation, som uppstår på grund av aktiviteterna hos fotosyntetiska växter och mikroorganismer som förstör växtrester. En del av kväve är härledd från en biologisk cirkulation och ackumuleras i ett dött organiskt material. Detta märkliga lager av kväve i skogsmatning, torv och jord humus hålls ständigt i pedosfären och indikerar en viss inhibering av den biologiska cykeln på land. Ett väsentligt bidrag till upptagandet till atmosfären i kväveoxider är gjorda av skogsbränder, på grund av vilken atmosfären kommer från 10 × 10 6 till 200 × 10 6 ton kväve.

I havet uppträder samma transformationsprocesser och migrering av kväveföreningar, som på land, men förhållandet mellan dessa processer är annorlunda. Livscyklerna för fotosyntetiska havsorganismer fortsätter mycket snabbare än på land.

I små mängder binder det atmosfäriska kvävet till syre i processen av åsksläpp i atmosfären, och sedan med regn faller på jordens yta.

Efter att ha analyserat Figur 32, markera stadierna av kvävefunktionen hos levande organismer ...

1) biologisk azotophydoxering; 2) Ammorifiering; 3) nitrifikation; 4) denitrifikation;

1) nitrifikation; 2) Ammorifiering; 3) syntesproteiner; 4) fotokemisk bindning;

1) fotosyntes; 2) sönderdelning av bakterier; 3) kväve; 4) Ammorifiering;

1) Ammonifiering; 2) nitrifikation; 3) denitrifikation; 4) Elektrokemisk bindning.

Gashaltig kväve (N2) i atmosfären är extremt inert, med andra ord, en mycket stor mängd energi är nödvändig så att bindningarna i kvävemolekylen (N2) vägrar och formade andra föreningar, såsom oxider. Kväve är emellertid en väsentlig del av biologiska molekyler, såsom proteiner, nukleinsyror etc., endast vissa bakterier är kapabla att översätta atmosfäriska nukleinsyror till organismer som är tillgängliga för organismer (nitrit och nitrater). Denna process kallas kväve och är den huvudsakliga rutten för kväveintag i den biotiska komponenten i ekosystemet.

Azotfixering

Azotfixering - Energiintensiv process, eftersom det kräver förstörelse av en mycket stark förbindelse mellan två kväveatomer i sin molekyl. Bakterier Använd för detta nitrogenyasenzym och energi som är innesluten i ATP. Nefermental azotifiering kräver mycket mer energi som erhålls i industrin på grund av förbränning av fossila bränslen och i atmosfären som ett resultat av verkan av joniserande faktorer, såsom blixtnedslag och yttre strålning.

Kväve Så viktigt för jordens fertilitet, och behovet av jordbruk är så stort att årligen i kemiska växter är gjorda av de kolossala mängderna av ammoniak, som används i kompositionen av kvävegödselmedel, såsom ammoniumnitrat (NH4NO3) eller urea .

Nu storleken på industriell azotfixering Jämför med naturligt, men vi presenterar fortfarande de möjliga konsekvenserna av gradvis ackumulering i biosfären av kväveföreningar som är tillgängliga för organismer. Kompensationsmekanismer som returnerar kvävebindande kväve i atmosfärspoolen existerar inte.

Kvävecykel. Kväve är 79% av volymen av atmosfären - huvudtanken i detta element.

Handla om litet fast kväve (5-10%) ger jonisering i atmosfären. De resulterande kväveoxiderna, som interagerar med regnvatten, ger lämpliga syror, vilka ibland i jorden i slutändan blir nitrater.

Förmodligen, chief naturlig källa till fast kväve - Företrädare för familjen av baljväxter, till exempel klöver, sojabönor, alfalfa, ärter. På rötterna av baljerna finns karakteristisk förtjockning, kallade noduler, i vilka kvävebakterier av släktet Rhizobium-familjen lever intracellulärt. Denna symbios av ömsesidig lön, eftersom växten mottar ett fast kväve i form av ammoniak från bakterier, och till och med levererar dem med energi och några organiska ämnen, till exempel kolhydrater. När det gäller den kvadratiska enheten kan nodulabakterier ge 100 gånger mer fast kväve än frittlivad. Det är inte förvånande att legumsplantor ofta sådes för att berika jorden av detta element, samtidigt som skörd av högkvalitativa matarter.

All kväve Azot i form av ammoniak är bindande, men den används omedelbart för att syntetisera organiska föreningar, främst proteiner.

Sönderdelning och denitrifikation

De flesta växter som kväve källa Använd nitrationer. Djur i sin tur direkt eller indirekt får smältbart kväve från växter. I fig. 10.11 visar hur nitrater bildas efter sönderdelning av proteinet av döda vävnader av de saprotrofa bakterierna och svampen. Denna process innefattar oxidativa reaktioner som involverar syre och aeroba bakterier. Proteiner delas först till aminosyror, och sedan ammoniak ger ammoniak. Samma produkt bildas när utvidgningen av djurens utvidgningar och avföring. Nitrosomonas och nitrobacter chimosynthesi- stegvis oxidera ammoniak till nitrater.

Denitification

I viss mening, processen, omvänd nitrifikationDet är denitrifikation, som också utförs av bakterier, vilket som ett resultat minskar jordens fertilitet. Denitificering sker i anaeroba förhållanden, när nitrater används i andning istället för syre som ett oxidationsmedel med organiska föreningar (elektronacceptor). Samtidigt återställs nitrater, vanligtvis före kväve. Följaktligen tillhör denintriska bakterier till valfri Aerobam.

Vattencykeln i naturen (hydrologisk cykel) är processen med cyklisk rörelse av vatten i jordens biosfär. Den består av avdunstning, kondens och nederbörd.

Haven förlorar på grund av förångning mer än vatten, vilket erhålls med nederbörd, på land - positionen är motsatt. Vatten cirkulerar kontinuerligt på jordklotet, medan den totala kvantiteten förblir oförändrad.

Tre fjärdedelar av ytan av jordklotet är täckta med vatten. Jordens vattenhaltiga skal kallas hydrosfär. Det är mesta av havet och haven, och det mindre färskt vatten av sjöar, floder, glaciärer, grundvatten och vattenånga.

På jorden finns vatten i tre aggregat: flytande, fast och gasformig. Utan vatten är existensen av levande organismer omöjlig. I vilken kropp som helst är vatten ett medium i vilket kemiska reaktioner uppstår, utan vilka levande organismer inte kan leva. Vatten är det mest värdefulla och mest nödvändiga ämnet för den vitala aktiviteten hos levande organismer.

En konstant utbyte av fukt mellan hydrosfären, atmosfären och jordens yta bestående av förångningsprocesser, rörelsen av vattenånga i atmosfären, dess kondensation i atmosfären, utfällningen och dränering, kallades vattencykeln i naturen.

Atmosfäriska utfällningar indunstas delvis, delvis bildar tillfälliga och konstanta avlopp och reservoarer, delvis sipprar i marken och formar grundvatten.

Det finns flera typer av vattencirkulation i naturen:

En stor eller värld, cykelvattenånga, formad över havets yta, överförs till vindarna på kontinenten, faller där i form av atmosfärisk nederbörd och återgår till havet i form av ett avlopp. I denna process förändras vattenkvaliteten: Vid förångning blir det saltade havsvattnet till färskt och förorenat - rensat.

Liten eller oceanisk, cykelvattenånga, formad över havsytan, kondensera och faller ut i form av nederbörd igen i havet.

Incontinental cykel - Vatten som har avdunstat ovanför sushiens yta, faller igen på landet i form av atmosfärisk nederbörd.

I slutändan når nederbörd i rörelseprocessen igen havet.

Cirkulärt syre

Atmosfärens syre har ett biogeniskt ursprung, och dess cirkulation i biosfären utförs genom fyllningsreserv i atmosfären som ett resultat av fotosyntes av växter och absorberande när organismer andas och brinner bränsle i mänsklig gård. Dessutom bildas en viss mängd syre i de övre skikten av atmosfären under dissociation av vatten och förstöringen av ozon under verkan av ultraviolett strålning; Vissa syre spenderas på oxidativa processer i jordskorpan, med vulkanutbrott etc.

Denna cykel är väldigt komplicerad, eftersom syre går in i olika reaktioner och är en del av ett mycket stort antal organiska och oorganiska föreningar och långsamma. För fullständig uppdatering av allt syre kräver atmosfären cirka 2 tusen år (för jämförelse: ca 1/3 av koldioxiden i atmosfären uppdateras årligen).

Equilibriumcykeln för syre upprätthålls för närvarande, även om lokala störningar uppstår i stora tätbefolkade städer med ett stort antal transport- och industriella företag.

Kolets kretslopp.

Detta är en av de viktigaste biosfärcyklerna, eftersom kol är grunden för organiska ämnen. I cykeln är koldioxidens roll särskilt stor. Reserverna av det "levande" kolet i sammansättningen av sushiens och havsorganismerna är enligt olika källor 550-750 GT (1 GT \u003d 1 miljarder ton) och 99,5% är inriktad på land, resten är i havet. Dessutom innehåller havet upp till 700 GT kol som en del av en upplöst organisk substans.

Oorganiska kolreserver är mycket mer. Över varje kvadratmeter sushi och havet är 1 kg kolatmosfär och under varje kvadratmeter på havet på ett djup av 4 km - 100 kg kol i form av karbonater och bikarbonater. Ännu fler koldioxidreservat i sedimentära stenar - kalkstenar innehåller karbonater, i skiffer - Kerogener, etc.

Cirka 1/3 av det "levande" kolet (ca 200 gt) cirkulerar, dvs årligen absorberas av organismerna i processen med fotosyntes och återvänder tillbaka till atmosfären, och havets och sushiens bidrag till denna process är ungefär liknande. Trots det faktum att ocean biomass är mycket mindre än sushi biomassa, skapas dess biologiska produkter av en mängd generationer av kortlivade alger (förhållandet mellan biomassa och biologiska produkter i havet är ungefär samma som i ett sötvattenekosystem .

Upp till 50% (enligt vissa data - upp till 90%) returneras kol i form av dioxid till atmosfären av jordens mikroorganismer-rarduznötter. I denna process är bakterier och svampar lika med bidraget. Återkomsten av koldioxid i andning av alla andra organismer är således mindre än under de aktuella verksamheterna.

Vissa bakterier förutom koldioxidformen metan. Utmatningen av metan från jorden ökar vid uttömning, när anaeroba förhållanden skapas, gynnsamma för aktiviteterna hos metaformande bakterier. Av denna anledning ökar frisättningen av metan av skogsmark dramatiskt, om den gamla skärs ner och på grund av en minskning av transpirationen uppstår. Många metan markerar risfält och boskap.

För närvarande finns det ett brott mot kolcykeln på grund av förbränningen av en betydande mängd fossila kol-energibärare, såväl som degumentifiering av jordbruksmark och vassens dränering. I allmänhet ökar innehållet av koldioxid i atmosfären årligen med 0,6%. Även snabbare ökar innehållet i metan - med 1-2%. Dessa gaser är de främsta förövarna av den växande växthuseffekten, som beror på 50% på koldioxid och med 33% från metan.

Kväveo-cykel - biogeokemisk kvävecykel. Det är mest av det beror på levande varelser. Jordmikroorganismerna som ger kväveutbyte av jord spelas en mycket stor roll i cykeln, som är närvarande där i form av ett enkelt ämne (gas - N2) och joner: nitrit (NO2 -), nitrater (NO3-) och ammonium (NH4 +). Koncentrationerna av dessa joner återspeglar jordgemenskapens tillstånd, eftersom dessa indikatorer påverkar Biota-tillståndet (växter, mikroflora), atmosfärens tillstånd, tvättas ut ur jorden av olika ämnen. De kan minska koncentrationerna av kväveinnehållande ämnen, förstöra för andra levande organismer. De kan översätta giftiga för levande varelser av ammoniak till mindre giftiga nitrater och i biologiskt inert atmosfäriskt kväve. Således bidrar jordmikrofloran till att upprätthålla stabiliteten hos sina kemiska indikatorer.

Krokig fosfor.

I cykeln av fosfor, i motsats till kol- och kvävekroppar, finns det ingen gasfas. Fosfor i naturen i stora mängder finns i mineraler av stenar och faller i jordiska ekosystem i processen med deras förstörelse. Utlakning fosfor med utfällningar leder till dess flöde i hydrosfäran och följaktligen i vattenekosystem. Växter absorberar fosfor i form av lösliga fosfater från en vattenhaltig eller jordlösning och innefattar den i kompositionen av organiska föreningar - nukleinsyror, energiöverföringssystem (ADP, ATP), i cellulära membran. Andra organismer mottar fosformatkedjor. I djurorganismer är fosfor en del av benvävnad, dentin.

Vid processen med cellulär andning uppträder de organiska föreningarna innehållande fosfor, medan organiska fosfater kommer in i miljön som en del av utsöndringen. Organisms-rardueries mineralisera organiska ämnen innehållande fosfor, i oorganiska fosfater, som återigen kan användas av växter och därmed vara involverade i cykeln.

Eftersom gasfasen saknas i fosforcykeln, cirkulerar fosfor, liksom andra biogena jordelement, endast i ekosystemet om avfallet av vitalitet deponeras i absorptionsplatserna för detta element. Överträdandet av fosforcykeln kan förekomma, till exempel i agroekosystem, när skörden, tillsammans med jorden som extraheras av Biogenes, transporteras till stora avstånd, och de returneras inte till jorden på konsumtionsplatserna.

Cirkulär svavel

Svavelcirkulationen är också nära kopplad till en levande materia. Svavel i form av SO2, SO3, H2S och elementär svavel kastas av vulkaner i atmosfären. Å andra sidan är olika metaller sulfider kända i stora mängder: järn, bly, zink etc. sulfidsulfumer i biosfären med de lokala mikroorganismerna till sulfat svavel SO42 jordar och reservoarer. Sulfater absorberas av växter. I organismerna är svavel en del av aminosyror och proteiner, och i växter, dessutom, kompositionen av eteriska oljor etc. Processerna för förstörelse av resterna av organismer i jordarna och i havets flare åtföljs av mycket komplexa svaveltransformationer. Vid förstörelsen av proteiner är vätesulfid formad med deltagande av mikroorganismer. Därefter oxideras vätesulfid antingen till elementär svavel eller till sulfater. I denna process är en mängd olika mikroorganismer involverade, vilket skapar många svavel mellanliggande förbindelser. Svavelfältet med biogeniskt ursprung är känt. Vätesulfid kan återigen bilda "sekundära" sulfider och sulfat svavel skapar gips. I sin tur förstörs sulfider och gips återigen, och svavel förnyar sin migrering.