La circolazione biogeochimica delle sostanze nella biosfera è il più importante processo naturale di scambio continuo di vari elementi tra l'ambiente inanimato e gli organismi (animali, piante, ecc.) Tutto si basa sulle loro caratteristiche fondamentali. I più importanti includono la capacità di metabolizzare, di riprodursi, di trasferire proprietà ereditarie.
Ciclo biogeochimico dell'azoto
Ogni elemento ha il suo significato. L'azoto svolge un ruolo importante nella composizione di vari composti organici. Nonostante l'elevata percentuale di azoto nell'atmosfera, non è disponibile per piante e animali. Ci sono ragioni per questo. Dal punto di vista energetico, è più vantaggioso per le piante utilizzare l'azoto minerale e per gli animali - come parte dei composti organici.
L'azoto molecolare dell'atmosfera è legato da microrganismi che fissano l'azoto e contribuisce al suo accumulo nel suolo sotto forma di ammoniaca. Altri usano l'azoto da organismi morti. Inoltre contribuiscono all'accumulo di ammoniaca. Si trasforma in nitrati, che vengono utilizzati attivamente dalle piante. Queste sono, in termini generali, le caratteristiche del biogeochimicociclo dell'azoto. Considera anche il processo di metabolismo di altre sostanze naturali.
Caratteristiche del ciclo biogeochimico di carbonio, zolfo e fosforo
Questi elementi chimici sono necessari per ogni organismo vivente. Tuttavia, i loro bisogni vitali non finiscono qui. Pertanto, i macronutrienti sono coinvolti in un piccolo ciclo biologico (la necessità di organismi per loro è piuttosto ampia): potassio, magnesio, sodio; così come oligoelementi: boro, manganese, cloro, ecc.
Entrano nelle piante dal terreno, anche se spesso con precipitazioni. Come parte della fitomassa, carbonio, zolfo e fosforo vengono consumati dai consumatori erbivori e quindi entrano nelle catene trofiche. Tuttavia, alcuni animali soddisfano il bisogno di questi elementi bypassando le piante. Gli ungulati visitano le saline, rosicchiano il terreno o mangiano escrementi, vecchie ossa. Gli animali marini assorbono il sale direttamente dall'acqua. Nel processo di mineralizzazione dei residui morti, i microrganismi restituiscono elementi chimici al suolo e all'acqua. Pertanto, le loro attività contribuiscono all'arricchimento dell'ambiente con i nutrienti.
Bilancio dell'ecosistema
In un piccolo ciclo biogeochimico nella biosfera, una circostanza importante è la sua completezza. Nell'ecosistema, l'input e l'output degli elementi sono bilanciati, mentre le difficoltà sorgono principalmente con gli elementi che sono riservati nel suolo.
L'equilibrio del flusso di materia ed energia determina la stabilità dell'ecosistema - la sua omeostasi. La biosfera utilizza fonti esterne di energia, chene garantisce l'ordine e la struttura piuttosto complessa. L'energia della luce diffusa viene convertita dalle piante in uno stato concentrato di energia del legame chimico.
Allo stesso tempo, sia la sottrazione di energia all'ambiente che la sua trasformazione non portano alla formazione di rifiuti.
Influenza delle attività umane sui processi biosferici
L'intervento umano nei cicli biogeochimici viene effettuato in vari modi. Si tratta innanzitutto della distruzione della biocomponente dell'ecosistema (distruzione di piante o modifica del territorio durante l'estrazione di vettori energetici). Quando la materia organica viene bruciata, l'energia da uno stato concentrato passa in uno disperso, il che porta all'inquinamento termico da aerosol e prodotti gassosi della combustione. In un ecosistema naturale, gli atomi coinvolti nei cicli biogeochimici vengono utilizzati ripetutamente. Ciò è facilitato dalla partecipazione ai cicli degli elementi biogenici leggeri che costituiscono la sostanza vitale.
L'intervento umano comporta l'introduzione nell'ambiente non solo di una quantità aggiuntiva dei suoi elementi intrinseci, ma anche di nuovi composti chimici, compresi quelli sintetizzati dall'uomo. Molti di questi vengono assorbiti dalle piante e poi immessi nella catena alimentare.
Un esempio è il piombo, i composti del mercurio, l'arsenico, ecc. L'assunzione di tali sostanze interrompe il ciclo naturale, modificando l'equilibrio degli elementi, o porta al loro accumulo negli organismi viventi, riducendone la produttività o provocandone la morte. Specialmentepesticidi e metalli pesanti hanno un forte effetto distruttivo. Pertanto, la stabilità dell'ecosistema, la sua omeostasi possono essere violate direttamente o indirettamente dalle attività umane.
Piramide ecologica
Passiamo ai modelli più importanti di funzionamento dell'ecosistema e ai cicli biogeochimici. Usiamo il principio della piramide ecologica per questo. È costruito sulla base della massa biologica delle equazioni trofiche. L'area di qualsiasi parte di tale piramide è approssimativamente uguale alla massa della sostanza. Poiché gli organismi costruiscono il loro livello utilizzando quello precedente, quest'area dovrebbe gradualmente diminuire. Tale riduzione di ogni livello può essere decuplicata.
Ad esempio, la piramide ecologica, caratteristica degli ecosistemi terrestri, in cui i produttori sono piante perenni, hanno una grande biomassa, sebbene il processo produttivo non sia della massima intensità. È bilanciato dall'aumento annuale della massa degli animali erbivori. Il modello di formazione della massa organica è chiamato regola piramidale. Ce ne sono altre varietà.
Piramide invertita
Prendi l'ecosistema dei corpi idrici. La piramide costruita per loro potrebbe sembrare leggermente diversa. Sembra che sia capovolto. Il fatto è che le alghe di breve durata si moltiplicano molto rapidamente, ma vengono consumate altrettanto intensamente dai consumatori. Pertanto, la biomassa contemporaneamente registrata in questo caso non riflette l'intensità del processo produttivo nel periodo favorevole dell'anno. Se prendiamo in considerazione che i grandi consumatori (pesce,crostacei) si accumulano e vengono mangiati più lentamente, la massa totale dei consumatori è maggiore.
Il processo di produzione nell'ecosistema consente il loro corretto funzionamento. Determina la natura del flusso di energia nella biosfera. Come sapete, gli organismi viventi sono i suoi consumatori. L'energia luminosa del sole viene utilizzata dalle piante verdi e porta alla formazione di molecole organiche, dove viene immagazzinata sotto forma di legami chimici. Una parte di esso viene rilasciata durante la respirazione delle piante e viene da loro utilizzata per la crescita, l'assorbimento e il movimento delle sostanze. Ecco come si svolge il ciclo biogeochimico.
Scambio di energia
Come sai, ci sono leggi della termodinamica. Parte dell'energia viene persa, cedendo calore. Questo è il funzionamento di una delle leggi. Afferma l'obbligatoria perdita di energia nel processo della sua trasformazione da un tipo all' altro. Quando si accumula nella materia vegetale, viene utilizzato dagli animali.
La scissione delle molecole è accompagnata dal rilascio di energia. Una parte significativa di esso viene utilizzata nel processo di vita degli animali, passando da una forma all' altra. Questi sono i processi di biosintesi e accumulo di energia di nuovi legami. Si tratta di energia meccanica, elettrica, termica e di altro tipo. Durante la sua trasformazione, una parte viene nuovamente persa, cedendo calore. L'energia si sposta gradualmente a un altro livello. Allo stesso tempo, la sua perdita si verifica anche quando si elimina una parte del cibo non digerito (escrementi) e nei prodotti organici di scarto del metabolismo (escrementi).
Processoconsumo energetico
Il caos è raro in natura, di solito tutto è in ordine. Prestiamo attenzione ad alcuni modelli quantitativi del processo di utilizzo e conversione dell'energia. Nella prima fase, le piante utilizzano in media circa l'1% del loro reddito. A volte questa cifra raggiunge il 2%. Nelle condizioni meno favorevoli si scende allo 0,1%. Quando l'energia viene trasferita dai produttori ai consumatori del primo ordine, l'efficienza raggiunge il 10%.
I carnivori sembrano digerire il cibo in modo più efficiente. Ciò è dovuto alle peculiarità della composizione chimica degli alimenti e alla facilità di digestione da parte degli animali. Tuttavia, già a livello di consumatori di terzo ordine, la quantità di energia in entrata è molto piccola ed è caratterizzata da millesimi dei valori iniziali.
