گردش بیوژئوشیمیایی مواد در بیوسفر مهمترین فرآیند طبیعی تبادل مداوم عناصر مختلف بین محیط بی جان و موجودات (حیوانات، گیاهان و …) است. مهمترین آنها عبارتند از توانایی متابولیسم، تولید مثل، انتقال خواص ارثی.
چرخه نیتروژن بیوژئوشیمیایی
هر عنصر معنای خاص خود را دارد. نیتروژن نقش مهمی در ترکیب ترکیبات آلی مختلف دارد. با وجود درصد بالای نیتروژن در جو، این نیتروژن در دسترس گیاهان و حیوانات نیست. دلایلی برای این وجود دارد. از نظر انرژی، استفاده از نیتروژن معدنی برای گیاهان و برای حیوانات - به عنوان بخشی از ترکیبات آلی مفیدتر است.
نیتروژن مولکولی جو توسط میکروارگانیسم های تثبیت کننده نیتروژن محدود شده و به تجمع آن در خاک به شکل آمونیاک کمک می کند. برخی دیگر از نیتروژن موجودات مرده استفاده می کنند. آنها همچنین به تجمع آمونیاک کمک می کنند. به نیترات تبدیل می شود که به طور فعال توسط گیاهان استفاده می شود. اینها به طور کلی ویژگی های بیوژئوشیمیایی هستندچرخه نیتروژن روند متابولیسم سایر مواد طبیعی را نیز در نظر بگیرید.
ویژگی های چرخه بیوژئوشیمیایی کربن، گوگرد و فسفر
این عناصر شیمیایی برای هر موجود زنده ضروری است. با این حال، نیازهای حیاتی آنها به همین جا ختم نمی شود. بنابراین، درشت مغذی ها در یک چرخه بیولوژیکی کوچک درگیر هستند (نیاز موجودات زنده به آنها بسیار زیاد است): پتاسیم، منیزیم، سدیم. و همچنین عناصر کمیاب: بور، منگنز، کلر، و غیره.
آنها از خاک وارد گیاهان می شوند، البته اغلب با بارش. به عنوان بخشی از فیتوما، کربن، گوگرد و فسفر توسط مصرف کنندگان گیاهخوار مصرف می شود و بنابراین وارد زنجیره های تغذیه ای می شود. با این حال، برخی از حیوانات نیاز به این عناصر را با دور زدن گیاهان برآورده می کنند. صندورها از لیس نمک بازدید می کنند، خاک را می جوند، یا فضولات، استخوان های کهنه را می خورند. جانوران دریایی نمک را مستقیماً از آب جذب می کنند. در فرآیند کانی سازی بقایای مرده، میکروارگانیسم ها عناصر شیمیایی را به خاک و آب باز می گرداند. بنابراین، فعالیت های آنها به غنی سازی محیط با مواد مغذی کمک می کند.
تعادل اکوسیستم
در یک چرخه کوچک بیوژئوشیمیایی در بیوسفر، یک شرایط مهم کامل بودن آن است. در اکوسیستم، ورودی و خروجی عناصر متعادل است، در حالی که مشکلات عمدتاً با عناصر ذخیره شده در خاک به وجود می آیند.
تعادل جریان ماده و انرژی تعیین کننده ثبات اکوسیستم - هموستاز آن است. زیست کره از منابع خارجی انرژی استفاده می کند کهنظم و ساختار نسبتاً پیچیده آن را تضمین می کند. انرژی نور پراکنده توسط گیاهان به یک حالت متمرکز انرژی پیوند شیمیایی تبدیل می شود.
در عین حال، هم حذف انرژی از محیط و هم تبدیل آن منجر به تشکیل زباله نمی شود.
تاثیر فعالیت های انسانی بر فرآیندهای زیست کره
مداخله انسان در چرخه های بیوژئوشیمیایی به روش های مختلفی انجام می شود. اول از همه، این تخریب زیست جزئی اکوسیستم (تخریب گیاهان یا تغییر قلمرو در حین استخراج حامل های انرژی) است. هنگامی که مواد آلی سوزانده می شود، انرژی از یک حالت متمرکز به حالت پراکنده منتقل می شود که منجر به آلودگی حرارتی توسط ذرات معلق در هوا و محصولات گازی احتراق می شود. در یک اکوسیستم طبیعی، اتم های درگیر در چرخه های بیوژئوشیمیایی به طور مکرر مورد استفاده قرار می گیرند. این با مشارکت در چرخه عناصر بیوژنیک سبک که ماده حیاتی را تشکیل می دهند تسهیل می شود.
مداخله انسان مستلزم وارد کردن نه تنها مقدار اضافی از عناصر ذاتی آن، بلکه همچنین ترکیبات شیمیایی جدید، از جمله آنهایی است که توسط انسان سنتز می شود، به محیط زیست وارد می شود. بسیاری از این ها توسط گیاهان جذب می شوند و سپس وارد زنجیره غذایی می شوند.
مثال سرب، ترکیبات جیوه، آرسنیک و غیره است. مصرف این گونه مواد چرخه طبیعی را مختل می کند، تعادل عناصر را تغییر می دهد یا منجر به تجمع آنها در موجودات زنده، کاهش بهره وری یا مرگ آنها می شود. بخصوصآفت کش ها و فلزات سنگین اثر مخرب قوی دارند. بنابراین، ثبات اکوسیستم، هموستاز آن می تواند به طور مستقیم یا غیرمستقیم توسط فعالیت های انسانی نقض شود.
هرم زیست محیطی
بیایید به مهمترین الگوهای عملکرد اکوسیستم و چرخه های بیوژئوشیمیایی بپردازیم. برای این کار از اصل هرم اکولوژیکی استفاده کنیم. بر اساس جرم بیولوژیکی معادلات تغذیه ای ساخته شده است. مساحت هر قسمت از چنین هرمی تقریباً برابر با جرم ماده است. از آنجایی که موجودات سطح خود را با استفاده از سطح قبلی می سازند، این ناحیه باید به تدریج کاهش یابد. چنین کاهشی در هر سطح می تواند ده برابر شود.
به عنوان مثال، هرم اکولوژیکی، مشخصه اکوسیستم های زمینی، که در آن تولیدکنندگان گیاهان چند ساله هستند، دارای زیست توده زیادی هستند، اگرچه فرآیند تولید از بالاترین شدت برخوردار نیست. با افزایش سالانه توده حیوانات گیاهخوار متعادل می شود. الگوی تشکیل توده آلی قانون هرم نامیده می شود. انواع دیگری از آن وجود دارد.
هرم معکوس
اکوسیستم بدنه های آبی را در نظر بگیرید. هرم ساخته شده برای آنها ممکن است کمی متفاوت به نظر برسد. انگار وارونه است. واقعیت این است که جلبک های کوتاه مدت بسیار سریع تکثیر می شوند، اما به همان اندازه به شدت توسط مصرف کنندگان مصرف می شوند. بنابراین، زیست توده ثبت شده به طور همزمان در این مورد، شدت فرآیند تولید را در دوره مطلوب سال منعکس نمی کند. اگر در نظر بگیریم که مصرف کنندگان بزرگ (ماهی،سخت پوستان) آهسته تر انباشته می شوند و خورده می شوند، توده کل مصرف کنندگان بیشتر است.
فرایند تولید در اکوسیستم عملکرد موفقیت آمیز آنها را ممکن می سازد. ماهیت جریان انرژی در بیوسفر را تعیین می کند. همانطور که می دانید موجودات زنده مصرف کنندگان آن هستند. انرژی نور خورشید توسط گیاهان سبز استفاده می شود و منجر به تشکیل مولکول های آلی می شود و در آنجا به شکل پیوندهای شیمیایی ذخیره می شود. بخشی از آن در طی تنفس گیاهان آزاد می شود و برای رشد، جذب و جابجایی مواد مورد استفاده قرار می گیرد. چرخه بیوژئوشیمیایی اینگونه انجام می شود.
تبادل انرژی
همانطور که می دانید، قوانین ترمودینامیک وجود دارد. بخشی از انرژی از بین می رود و گرما می دهد. این عمل یکی از قوانین است. او اتلاف اجباری انرژی را در فرآیند تبدیل آن از یک نوع به نوع دیگر تأیید می کند. هنگامی که در مواد گیاهی انباشته می شود، توسط حیوانات استفاده می شود.
شکاف مولکول ها با آزاد شدن انرژی همراه است. بخش قابل توجهی از آن در روند زندگی حیوانات استفاده می شود و از شکلی به شکل دیگر منتقل می شود. اینها فرآیندهای بیوسنتز و انباشت انرژی پیوندهای جدید هستند. اینها انرژی مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و سایر انواع انرژی هستند. در طی تبدیل آن، بخشی دوباره از بین می رود و گرما می دهد. انرژی به تدریج به سطح دیگری می رود. در عین حال، از بین رفتن آن نیز هنگام بیرون ریختن بخشی از مواد غذایی هضم نشده (مدفوع) و در مواد زائد آلی متابولیسم (فضولات) رخ می دهد.
فرایندمصرف انرژی
آشوب در طبیعت نادر است، معمولا همه چیز مرتب است. بیایید به الگوهای کمی از فرآیند استفاده و تبدیل انرژی توجه کنیم. در مرحله اول، گیاهان به طور متوسط حدود 1% از درآمد خود را مصرف می کنند. گاهی این رقم به 2 درصد می رسد. در کمترین شرایط مطلوب به 0.1 درصد کاهش می یابد. وقتی انرژی از تولیدکنندگان به مصرف کنندگان درجه اول منتقل می شود، راندمان به 10% می رسد.
به نظر می رسد گوشتخواران غذا را با کارایی بیشتری هضم می کنند. این به دلیل ویژگی های ترکیب شیمیایی غذا و سهولت هضم توسط حیوانات است. با این وجود، در حال حاضر در سطح مصرف کنندگان درجه سوم، مقدار انرژی دریافتی بسیار کم است و با هزارم مقادیر اولیه مشخص می شود.
