המחזור הביו-גיאוכימי של חומרים בביוספרה הוא התהליך הטבעי החשוב ביותר של החלפה מתמשכת של יסודות שונים בין הסביבה הדוממת לאורגניזמים (בעלי חיים, צמחים וכו') הכל מבוסס על המאפיינים הבסיסיים שלהם. החשובים ביותר כוללים את היכולת לחילוף חומרים, להתרבות, להעביר תכונות תורשתיות.
מחזור חנקן ביוגיאוכימי
לכל אלמנט יש משמעות משלו. חנקן ממלא תפקיד חשוב בהרכבן של תרכובות אורגניות שונות. למרות אחוז החנקן הגבוה באטמוספרה, הוא אינו זמין לצמחים ולבעלי חיים. יש לכך סיבות. מבחינה אנרגטית, מועיל יותר לצמחים להשתמש בחנקן מינרלי, ולבעלי חיים - כחלק מתרכובות אורגניות.
חנקן מולקולרי מהאטמוספרה נקשר במיקרואורגניזמים מקובעים חנקן ותורם להצטברותו בקרקע בצורה של אמוניה. אחרים משתמשים בחנקן מאורגניזמים מתים. הם גם תורמים להצטברות של אמוניה. זה הופך לחנקות, המשמשים באופן פעיל על ידי צמחים. אלו הן, באופן כללי, התכונות של הביוגאוכימיקלמחזור חנקן. שקול גם את תהליך חילוף החומרים של חומרים טבעיים אחרים.
תכונות של המחזור הביוגאוכימי של פחמן, גופרית וזרחן
היסודות הכימיים הללו נחוצים לכל אורגניזם חי. עם זאת, הצרכים החיוניים שלהם אינם מסתיימים בכך. לכן, מקרונוטריינטים מעורבים במחזור ביולוגי קטן (הצורך של אורגניזמים עבורם הוא די גדול): אשלגן, מגנזיום, נתרן; כמו גם יסודות קורט: בורון, מנגן, כלור וכו'.
הם נכנסים לצמחים מהאדמה, אם כי לעתים קרובות עם משקעים. כחלק מהפיטומסה, פחמן, גופרית וזרחן נצרכים על ידי צרכנים אוכלי עשב וכך נכנסים לשרשראות הטרופיות. עם זאת, כמה בעלי חיים מספקים את הצורך של אלמנטים אלה עוקפים צמחים. פריצות מבקרים בליקוקי מלח, מכרסמים את האדמה או אוכלים צואה, עצמות ישנות. בעלי חיים ימיים סופגים מלח ישירות מהמים. בתהליך של מינרליזציה של שאריות מתות, מיקרואורגניזמים מחזירים יסודות כימיים לאדמה ולמים. לפיכך, פעילותם תורמת להעשרת הסביבה בחומרי הזנה.
יתרת מערכת אקולוגית
במחזור ביו-גיאוכימי קטן בביוספרה, נסיבות חשובות היא שלמותה. במערכת האקולוגית, הקלט והתפוקה של יסודות מאוזנים, בעוד שקשיים מתעוררים בעיקר עם יסודות שמורים בקרקע.
איזון זרימת החומר והאנרגיה קובע את יציבות המערכת האקולוגית - ההומאוסטזיס שלה. הביוספרה משתמשת במקורות אנרגיה חיצוניים, אשרמבטיח את הסדר והמבנה המורכב למדי שלו. אנרגיית אור מפוזרת מומרת על ידי צמחים למצב מרוכז של אנרגיית קשר כימי.
יחד עם זאת, גם סילוק האנרגיה מהסביבה וגם הפיכתה אינם מובילים להיווצרות פסולת.
השפעת הפעילויות האנושיות על תהליכים ביוספריים
התערבות אנושית במחזורים ביו-גיאוכימיים מתבצעת בדרכים שונות. קודם כל, מדובר בהרס של הרכיב הביולוגי של המערכת האקולוגית (הרס של צמחים או שינוי הטריטוריה במהלך מיצוי נושאי אנרגיה). כאשר שורפים חומרים אורגניים, אנרגיה ממצב מרוכז עוברת למצב מפוזר, מה שמוביל לזיהום תרמי על ידי אירוסולים ותוצרי בעירה גזים. במערכת אקולוגית טבעית, נעשה שימוש חוזר באטומים המעורבים במחזורים ביו-גיאוכימיים. הדבר מתאפשר על ידי השתתפות במחזוריות של יסודות ביוגנים קלים המרכיבים את החומר החיוני.
התערבות אנושית כרוכה בהחדרה לסביבה לא רק של כמות נוספת מהיסודות הטבועים בה, אלא גם של תרכובות כימיות חדשות, כולל אלו שיוצרו על ידי האדם. רבים מאלה נקלטים על ידי צמחים ואז מוזנים לשרשרת המזון.
דוגמה היא עופרת, תרכובות כספית, ארסן וכו'. צריכת חומרים כאלה משבשת את המחזור הטבעי, משנה את איזון היסודות, או מובילה להצטברות שלהם באורגניזמים חיים, מפחיתה את התפוקה שלהם או גורמת למוות. במיוחדלחומרי הדברה ומתכות כבדות יש השפעה הרסנית חזקה. לפיכך, היציבות של המערכת האקולוגית, ההומאוסטזיס שלה יכולים להיות מופרים במישרין או בעקיפין על ידי פעילויות אנושיות.
פירמידה אקולוגית
בואו נפנה לדפוסי התפקוד החשובים ביותר של המערכת האקולוגית והמחזורים הביו-גיאוכימיים. הבה נשתמש בעקרון הפירמידה האקולוגית לשם כך. הוא בנוי על בסיס המסה הביולוגית של משוואות טרופיות. השטח של כל חלק בפירמידה כזו שווה בערך למסה של החומר. מכיוון שאורגניזמים בונים את רמתם באמצעות הקודמת, אזור זה צריך לרדת בהדרגה. הפחתה כזו של כל רמה יכולה להיות פי עשרה.
לדוגמה, לפירמידה האקולוגית, האופיינית למערכות אקולוגיות יבשתיות, שבה היצרנים הם צמחים רב-שנתיים, יש ביומסה גדולה, אם כי תהליך הייצור אינו בעוצמה הגבוהה ביותר. הוא מאוזן על ידי העלייה השנתית במסה של בעלי חיים אוכלי עשב. דפוס היווצרות המסה האורגנית נקרא כלל הפירמידה. ישנם סוגים אחרים שלו.
פירמידה הפוכה
קח את המערכת האקולוגית של גופי מים. הפירמידה שנבנתה עבורם עשויה להיראות קצת אחרת. זה נראה כאילו זה הפוך. העובדה היא שאצות קצרות מועד מתרבות מהר מאוד, אך הן נצרכות באותה מידה על ידי הצרכנים. לכן, הביומסה שנרשמה בו זמנית במקרה זה אינה משקפת את עוצמת תהליך הייצור בתקופה החיובית של השנה. אם ניקח בחשבון שצרכנים גדולים (דגים,סרטנים) מצטברים ונאכלים לאט יותר, המסה הכוללת של הצרכנים גבוהה יותר.
תהליך הייצור במערכת האקולוגית מאפשר את תפקודם המוצלח. הוא קובע את אופי זרימת האנרגיה בביוספרה. כפי שאתה יודע, אורגניזמים חיים הם הצרכנים שלו. אנרגיית האור מהשמש משמשת צמחים ירוקים ומובילה ליצירת מולקולות אורגניות, שם היא מאוחסנת בצורה של קשרים כימיים. חלק ממנו משתחרר במהלך הנשימה של צמחים ומשמש אותם לצמיחה, ספיגה ותנועה של חומרים. כך מתבצע המחזור הביוגאוכימי.
החלפת אנרגיה
כפי שאתה יודע, ישנם חוקים של תרמודינמיקה. חלק מהאנרגיה הולך לאיבוד, ומוריד חום. זוהי פעולתו של אחד החוקים. הוא מאשר את אובדן האנרגיה המחייב בתהליך הפיכתה מסוג אחד לאחר. כאשר הוא מצטבר בחומר צמחי, הוא משמש בעלי חיים.
הפיצול של מולקולות מלווה בשחרור אנרגיה. חלק משמעותי ממנו משמש בתהליך החיים של בעלי חיים, העוברים מצורה אחת לאחרת. אלו הם תהליכי הביוסינתזה וצבירת אנרגיה של קשרים חדשים. אלה הם סוגים מכניים, חשמליים, תרמית ואחרים של אנרגיה. במהלך הטרנספורמציה שלו, חלק שוב הולך לאיבוד, נותן חום. האנרגיה עוברת בהדרגה לרמה אחרת. יחד עם זאת, אובדן מתרחש גם כאשר זורקים חלק ממזון לא מעוכל (צואה) ובתוצרי פסולת אורגניים של חילוף חומרים (הפרשות).
תהליךשימוש באנרגיה
כאוס הוא נדיר באופיו, בדרך כלל הכל מסודר. בואו נשים לב לכמה דפוסים כמותיים של תהליך השימוש והמרת האנרגיה. בשלב הראשון, הצמחים משתמשים בממוצע בכ-1% מהכנסתם. לפעמים נתון זה מגיע ל-2%. בתנאים הפחות נוחים הוא יורד ל-0.1%. כאשר אנרגיה מועברת מיצרנים לצרכנים מהסדר הראשון, היעילות מגיעה ל-10%.
נראה שקרניבורים מעכלים מזון בצורה יעילה יותר. זה נובע מהמוזרויות של ההרכב הכימי של המזון וקלות העיכול על ידי בעלי חיים. אף על פי כן, כבר ברמת הצרכנים של הסדר השלישי, כמות האנרגיה הנכנסת קטנה מאוד ומאופיינת באלפיות מהערכים ההתחלתיים.
