Menneskets indflydelse på stoffernes kredsløb i naturen. §54. Biosfærens rolle i naturen Er organismer jævnt fordelt i biosfæren?

Undervisningsministeriet i Den Russiske Føderation

Filial af Baikal State University of Economics og

kørekort i Bratsk

Fakultet for Finans og Kredit

om miljøledelse

TEMA: Stoffernes kredsløb, menneskets rolle og plads i biosfæren.

Afsluttet: st-ka gr. N-02

Ponomareva A.E.

Videnskabelig direktør:

Epifantseva E.I.

Bratsk-2004

INDHOLD:

Introduktion………………………………………………………………………..3

1. Stoffers kredsløb: koncept, typer…………………………..…..4

1.1 Kulstofkredsløb………………………………………………………………6

1.2 Nitrogenkredsløb…………………………………………………..7

2. Begrebet miljøforurening…………………..13

3. Noosfæren som en ny fase i udviklingen af ​​biosfæren…………15

Konklusion………………………………………………………………..19

Liste over referencer………………………………….20

Introduktion

Biosfæren er den del af kloden, hvori livet eksisterer. For denne specielle jordskal er tre forhold vigtigst. For det første indeholder det meget flydende vand, hvilket automatisk indebærer tilstedeværelsen af ​​en ret tæt atmosfære og et vist temperaturområde. For det andet falder en kraftig strøm af strålende energi fra Solen på den. For det tredje indeholder den udtalte grænseflader mellem stof i forskellige fasetilstande - gasformig, flydende og fast.

Det skal bemærkes, at mennesket (med sine videnskabelige og teknologiske fremskridt) indtager den vigtigste, grundlæggende plads i kredsløbet af stoffer i biosfæren. For ikke at nævne dens dominerende plads i det naturlige miljø. Udviklingen af ​​videnskab og teknologi har resulteret i forurening af atmosfæren, vandet og jorden på vores planet. Siden menneskets fremkomst er biosfæren blevet tvunget til at tilpasse sig alle menneskehedens nye og nye behov. Miljøbeskyttelse er et komplekst problem, der kun kan løses gennem fælles indsats fra specialister fra forskellige områder af videnskab og teknologi. Den mest effektive form for beskyttelse af miljøet mod industrielle virksomheders skadelige virkninger er overgangen til teknologier med lavt affald og ikke-affaldsteknologier og i landbrugsproduktionen til biologiske metoder til ukrudt og skadedyrsbekæmpelse. Dette vil kræve løsning af et helt kompleks af komplekse teknologiske, designmæssige og organisatoriske problemer.

1. Stoffers kredsløb: koncept, typer.

Akademikeren V.R. Williams skrev, at den eneste måde at give noget endeligt det uendeliges egenskaber er at tvinge det endelige til at rotere langs en lukket kurve, det vil sige at inddrage det i en cyklus.

Alle stoffer på planeten Jorden er i gang med biokemisk cirkulation. Der er to hovedcyklusser: stor(geologisk) og lille(biotisk).

Den store cyklus varer millioner af år. Sten bliver ødelagt, forvitret og båret af vandstrømme ind i Verdenshavet, hvor de danner kraftfulde marinelag. Nogle kemiske forbindelser opløses i vand eller forbruges af biocenosen. Store langsomme geotektoniske forandringer, processer forbundet med kontinenters nedsynkning og havbundens stigning, havenes og oceanernes bevægelser over lang tid fører til, at disse lag vender tilbage til land og processen begynder igen.

Den lille cyklus, som er en del af den store, opstår på niveau med biogeocenose og består i, at næringsstoffer fra jord, vand og luft ophobes i planter og bruges på at skabe deres masse og livsprocesser i dem. Nedbrydningsprodukterne af organisk stof under påvirkning af bakterier nedbrydes igen til mineralske komponenter, der er tilgængelige for planter, og trækkes ind i stofstrømmen af ​​dem.

Retur af kemikalier fra det uorganiske miljø gennem plante- og dyreorganismer tilbage til det uorganiske miljø ved hjælp af solenergi og kemiske reaktioner kaldes biokemisk kredsløb.

Tre grupper af organismer deltager i stoffernes kredsløb:

Producenter(producenter) - autotrofe organismer og grønne planter, der ved hjælp af solenergi skaber den primære produktion af levende stof. De forbruger kuldioxid, vand, salte og frigiver ilt. Nogle kemoseptiske bakterier, der er i stand til at skabe organisk materiale, tilhører denne gruppe.

Nedbrydere(reduktionsmidler) - organismer, der lever af organismer, bakterier og svampe. Her er mikroorganismernes rolle særligt stor, idet de fuldstændig ødelægger organiske rester, gør dem til slutprodukter: mineralsalte, kuldioxid, vand, simple organiske stoffer, der kommer ind i jorden og igen forbruges af planter.

Som følge af fotosyntese på land skabes der årligt 1,5 * 10 10 -5,5 * 10 10 tons plantebiomasse, som indeholder omkring 3 * 10 18 KJ energi. Hele stigningen i levende stof er 8.8.10 11 t/år. Den samlede masse af levende stof på Jorden omfatter omkring 500 tusind arter af planter og omkring 2 millioner arter af dyr.

Dannelseshastigheden af ​​et biologisk stof (biomasse), dvs. dannelsen af ​​en masse stof pr. tidsenhed, kaldes økosystems produktivitet.

På landjorden er den samlede volumen af ​​biomasse 6,6 * 10 12 tons, hvilket er omkring 4,5 * 10 18 kJ solenergi. Havenes biomasse er væsentligt mindre end på land, det vil sige 3 * 10 10 tons. I havet er massen af ​​dyr 30 gange større end massen af ​​planter, og på land er massen af ​​planter 98-99% af den samlede biomasse. Den biologiske produktivitet af land og hav er omtrent lige stor, da havets biomasse hovedsageligt består af encellede alger, som fornyes dagligt. Jordbiomasse fornyes inden for 15 flere år.

1.1 Kulstofkredsløb

Energikredsløbet er forbundet med cirkulationen af ​​stoffer. Mest mere Karakteristisk for processer, der foregår i biosfæren, er kulstofkredsløbet. Kulstofforbindelser dannes, ændres og ødelægges. Den vigtigste vej for kulstof er fra kuldioxid til levende stof og tilbage. En del af kulstoffet forlader kredsløbet og aflejres i havets sedimentære bjergarter eller i fossile brændbare stoffer af organisk oprindelse (tørv, kul, olie, brændbare gasser), hvor hovedparten af ​​det allerede er akkumuleret. Dette kulstof deltager i den langsomme geologiske cyklus.

Udvekslingen af ​​kuldioxid sker også mellem atmosfæren og havet. I de øverste lag af havet er der en stor mængde opløst co mængden af ​​kuldioxid i ligevægt med atmosfæren. I alt indeholder hydrosfæren omkring 13*10 13 tons opløst kuldioxid, og atmosfæren indeholder 60 gange mindre. Livet på Jorden og atmosfærens gasbalance understøttes af relativt små mængder kulstof, der deltager i den lille cyklus og indeholdt i plantevæv (5 * 10 11 t), i animalsk væv (5 * 10 9 t).

1.2 Nitrogenkredsløb

Nitrogenkredsløbet spiller en vigtig rolle i biosfæreprocesser. De involverer kun nitrogen, som er en del af visse kemiske forbindelser.

Dets fiksering i kemiske forbindelser sker under vulkansk aktivitet, under lynudladninger i atmosfæren under ioniseringsprocessen og under forbrænding af materialer. Mikroorganismer spiller en afgørende rolle i nitrogenfiksering.

Nitrogenforbindelser (nitrater, nitritter) i opløsninger trænger ind i planteorganismer og deltager i dannelsen af ​​organisk materiale (aminosyrer, komplekse proteiner). En del af forbindelserne

kvælstof føres ud i floder, have og trænger ned i grundvandet. Fra forbindelser opløst i havvand absorberes nitrogen af ​​vandlevende organismer, og efter at de dør, bevæger det sig ned i havets dybder. Derfor stiger koncentrationen af ​​kvælstof i de øverste lag af havet markant.

Et af de vigtigste elementer i biosfæren er fosfor, som er en del af nukleinsyrer, cellemembraner og knoglevæv. Fosfor deltager også i de små og store kredsløb og optages af planter. Natrium- og calciumphosphater er dårligt opløselige i vand, og i et alkalisk miljø er de praktisk talt uopløselige.

Nøgleelementet i biosfæren er vand. Vandets kredsløb opstår ved, at det fordamper fra overfladen af ​​vandområder og land til atmosfæren, og derefter transporteres det af luftmasser, kondenserer og falder som nedbør.

Den gennemsnitlige varighed af den generelle cyklus for udveksling af kulstof, nitrogen og vand involveret i det biologiske kredsløb er 300-400 år. Ifølge denne hastighed frigives de mineralske forbindelser, der er bundet i biomassen. Jordhumusstoffer frigives og mineraliseres.

Forskellige stoffer har forskellige udvekslingshastigheder i biosfæren. Mobile forbindelser omfatter: klor, svovl, bor, brom, fluor. Passive omfatter silicium, kalium, fosfor, kobber, nikkel, aluminium og jern. Cirkulationen af ​​alle biogene elementer sker på niveau med biogeocenose. Produktiviteten af ​​biogeocenosen afhænger af, hvor regelmæssigt og fuldstændigt kredsløbet af kemiske elementer forekommer.

Menneskelig indgriben påvirker cirkulationsprocesserne negativt. For eksempel fører skovrydning eller afbrydelse af processerne til assimilering af stoffer af planter som følge af forurening til et fald i intensiteten af ​​kulstofassimilering. Et overskud af organiske grundstoffer i vand under påvirkning af industrielt spildevand forårsager råd af reservoirer og for stort forbrug af ilt opløst i vand, hvilket forhindrer udviklingen af ​​aerobe (iltforbrugende) bakterier. Ved at brænde fossile brændstoffer, fiksere atmosfærisk kvælstof i industriprodukter og binde fosfor i rengøringsmidler (syntetiske rengøringsmidler), forstyrrer mennesker kredsløbet af grundstoffer.

Satsen for cyklusser af næringsstoffer er ret høj. Omsætningstiden for atmosfærisk kulstof er omkring 8 år. Hvert år bliver cirka 12 % af kuldioxiden i luften genanvendt til kredsløbet i terrestriske økosystemer. Den samlede cyklustid for nitrogen er estimeret til mere end 110 år, for ilt til 2500 år.

Cirkulationen af ​​stoffer i naturen indebærer en generel sammenhæng mellem sted, tid og hastighed af processer på niveauer fra befolkningen til biosfæren. Denne konsistens af naturlige fænomener kaldes økologisk balance, men denne balance er mobil og dynamisk.

Biologisk kredsløb. Hver gruppe af organismer spiller en bestemt rolle i biosfæren. Planter er mellemled mellem Solen og Jorden. De skaber primært organisk stof gennem fotosyntese under påvirkning af sollys.

Derfor producerer planter organismer. Dyr lever af planter eller andre dyr, dvs. færdiglavede organiske stoffer; Det er forbrugerorganismer. Ved at spise organisk stof flytter dyr dem langs jordens overflade. Undervejs spreder de sporer og frø og bidrager derved til spredning af planter og svampe.

Svampe og bakterier nedbryder resterne af døde organismer. De omdanner organiske stoffer til uorganiske, som igen forbruges af planter. Således er bakterier og svampe ødelæggende organismer. Når organisk stof nedbrydes, frigives varme, det vil sige energi, der engang blev absorberet fra Solen af ​​planter. Hvis ødelæggerorganismer forsvandt, ville biosfæren blive forgiftet, da mange nedbrydningsprodukter af organiske stoffer er giftige.

Levende organismer overfører således stof og energi fra en del af biosfæren til en anden. Denne overførsel af stoffer og energi danner et biologisk kredsløb (fig. 157). Ligesom vandets kredsløb forbinder det alle dele af naturen til en enkelt helhed. Menneskets forstyrrelse af det biologiske kredsløb truer med katastrofale konsekvenser.

Ris. 157. Diagram over den biologiske cyklus ved hjælp af eksemplet med en løvskov

Biosfæren og jordens liv. Levende organismers rolle som stærke naturkræfter har længe været undervurderet. Dette forklares af det faktum, at massen af ​​levende stof i forhold til andre skaller virker ubetydelig. Hvis jordskorpen forestilles som en stenskål, der vejer 13 kg, så ville hele hydrosfæren placeret i denne skål veje 1 kg, atmosfæren ville svare til vægten af ​​en kobbermønt, og levende stoffer ville svare til vægten af ​​en porto frimærke.

Men i milliarder af år, fra generation til generation, forarbejdede levende organismer stoffet i jordens skaller. Den samlede mængde stof, de omdannede, var mange gange større end massen af ​​organismerne selv. Levende væseners interaktion med hinanden og med livløse kroppe danner en enkelt "organisme" af naturen (fig. 158).

Ris. 158. Biosfærens betydning

Analyser tegningen. Fortæl os om sammenhængen mellem biosfæren og andre lag af Jorden.

Læren om biosfæren som en speciel skal beboet af levende organismer og skiftende under deres indflydelse blev udviklet af den geniale russiske videnskabsmand V.I. Vernadsky. Det var ham, der viste, at biosfæren er en meget aktiv skal. De kombinerede aktiviteter af levende organismer, herunder mennesker, former og transformerer det geografiske miljø.

Fordeling af levende stof i biosfæren. Livet er meget ujævnt fordelt i biosfæren. Størstedelen af ​​levende organismer er koncentreret ved grænserne for kontakt mellem luft, vand og klipper. Derfor er overfladen af ​​landet og de øverste lag af vandet i havene og oceanerne tættere befolket. Dette skyldes, at forholdene her er de mest gunstige: meget ilt, fugt, lys og næringsstoffer. Tykkelsen af ​​det lag, der er mest mættet med organismer, er kun et par tiere meter. Jo længere op og ned fra det, jo sjældnere og mere ensformigt er livet. Den største koncentration af liv observeres i jorden - en speciel naturlig krop i biosfæren.

Ris. 159. Massen af ​​levende organismer på land og i havet

Levende stof er ujævnt fordelt ikke kun lodret, men også på tværs af området. De fleste organismer er koncentreret på land. Deres masse er 750 gange større end massen af ​​hydrosfærens indbyggere (fig. 159). Med hensyn til mængden af ​​levende stof pr. arealenhed er havet tæt på kontinentale ørkener.

Spørgsmål og opgaver

1. Fortæl os om rollen i naturen af ​​hver gruppe af levende organismer: planter, dyr, bakterier, svampe.
2. Hvilken rolle spiller det biologiske kredsløb i naturen?
3. Er organismer jævnt fordelt i biosfæren?
4. Hvilke områder af biosfæren er tættest befolket af levende organismer?

I dag forvandler planter og dyr det naturlige miljø. Eksempler på dette omfatter koralrev i havet, tørveaflejringer i sumpe, spredning af lav, spredning af alger, der ødelægger bjerge, og mikroorganismer. Næsten alle kemiske elementer i D.I. Mendeleevs periodiske system deltager i den biologiske cyklus, men blandt dem skiller de vigtigste vitale sig ud.

Kulstof. Kilder til kulstof i naturen er lige så talrige, som de er forskellige. I mellemtiden er det kun kuldioxid, som enten er i en gasformig tilstand i atmosfæren eller i en opløst tilstand i vand, som er kilden til kulstof, der tjener som grundlag for at forarbejde det til levende væseners organiske stof. Kuldioxid opfanget af planter omdannes til sukker under fotosyntesen og omdannes til proteiner, lipider osv. ved andre biosyntetiske processer Disse forskellige stoffer tjener som kulhydraternæring for dyr og ikke-grønne planter. På den anden side respirerer alle organismer og frigiver kulstof til atmosfæren i form af kuldioxid. Når døden indtræffer, nedbrydes saprofager og mineraliserer lig og danner fødekæder, i slutningen af ​​hvilke kulstof ofte kommer ind i kredsløbet igen i form af kuldioxid (den såkaldte "jordrespiration"). Akkumulering af døde plante- og dyrerester sænker kulstofkredsløbet: saprofagøse dyr og saprofytiske mikroorganismer, der lever i jorden, omdanner de rester, der er akkumuleret på dens overflade, til humus. Hastigheden af ​​organismers indflydelse på humus er langt fra den samme, og kæderne af svampe og bakterier, der fører til den endelige mineralisering af kulstof, er af forskellig længde. Som regel nedbrydes humus hurtigt.
Nogle gange kan kæden være kort og ufuldstændig. I dette tilfælde er kæden af ​​forbrugere ude af stand til at handle på grund af mangel på luft eller for høj surhedsgrad, som et resultat af, at organiske rester ophobes i form af tørv og danner tørvemoser. I nogle tørvemoser med et frodigt dække af spagnummoser når tørvelaget 20 m eller mere. Det er her, cyklussen stopper. Ophobninger af fossile organiske forbindelser i form af petroleum indikerer, at kredsløbet er aftaget på geologiske tidsskalaer.

Kulstofkredsløbet bremses også i vand, da kuldioxid ophobes i form af kridt, kalksten, dolomit eller koraller. Ofte forbliver disse kulstofmasser uden for kredsløbet i hele geologiske perioder, indtil de stiger over havets overflade. Fra dette øjeblik, som et resultat af opløsningen af ​​kalksten og eller under påvirkning af lav, såvel som rødderne af blomstrende planter, begynder inklusion af kulstof og calcium i cyklussen.

NITROGEN. Nitrogenkredsløbet er ret komplekst. indeholder 78 % nitrogen, men for at det kan bruges af langt de fleste levende organismer, skal det fikseres i form af visse kemiske forbindelser. Nitrogenfiksering sker under vulkansk aktivitet, under lynudladninger i atmosfæren og under forbrænding af meteoritter. Mikroorganismer, både fritlevende og levende på rødderne og nogle gange på nogle planters blade, er dog af uforlignelig større betydning i processen med kvælstoffiksering. Af de fritlevende bakterier fikseres nitrogen af ​​aerobe organismer (dvs. dem, der lever med adgang til ilt), såvel som anaerobe organismer (dvs. lever uden adgang til ilt). Mængden af ​​nitrogen, der bindes af sådanne fritlevende bakterier, varierer fra 2 - 3 kg til 5 - 6 kg pr. 1 ha pr. år. Blågrønalger, der lever i jorden, spiller tilsyneladende en vis rolle i kvælstoffikseringen.

Når de kommer ind i jorden med stofskifteprodukter og rester af planter og dyr, nedbrydes organiske stoffer til mineralske stoffer, mens bakterier omdanner organiske stoffers nitrogen til ammoniumsalte.

Kvælstofs evne til at ændre sin valens over et bredt område bestemmer dets specifikke rolle i dannelsen af ​​forskellige organiske forbindelser.

Stor på klodens overflade er velkendt. Fordampning fra vandområder forårsaget af solenergi skaber atmosfærisk fugt. Denne fugt kondenserer til skyer båret af vinden. Når skyerne afkøles, falder der nedbør i form af regn og sne. Nedbør absorberes af jorden eller flyder over dens overflade. Vand vender tilbage til havene og oceanerne. Mængden af ​​vand, der fordampes af planter, er normalt stor. Hvis der er meget fugt og vand til planter, øges fordampningen. Et birketræ fordamper 75 liter vand om dagen, bøg - 100 liter, lind - 200 liter og 1 hektar skov - fra 20 til 50 tusinde liter. En birkeskov, massen af ​​løv pr. 1 ha er kun 4940 kg, fordamper 47 tusinde liter vand om dagen, mens en granskov, massen af ​​nåle pr. 1 ha er 31 tusind kg. - kun 43 tusinde liter okser i dovenskab. Hvede bruger 3750 tons vand pr. 1 hektar i udviklingsperioden, hvilket svarer til 375 mm nedbør.

Ilt er kvantitativt hovedbestanddelen af ​​levende stof. Hvis vi tager vandet i vævene i betragtning, så indeholder menneskekroppen for eksempel 62,8 % ilt og 19,4 % kulstof. Betragtet som en helhed er oxygen, sammenlignet med kulstof og brint, dets hovedelement.

Iltkredsløbet kompliceres af det faktum, at dette grundstof kan danne adskillige kemiske forbindelser. Som et resultat opstår der mange mellemliggende cyklusser mellem og atmosfæren eller mellem og disse to miljøer.

Ilt, startende fra en vis koncentration, er meget giftigt for celler og væv, selv i aerobe organismer. Den franske videnskabsmand Louis Pasteur (1822 - 1895) beviste, at ingen levende anaerob organisme kan modstå iltkoncentrationer, der overstiger atmosfærisk ilt med 1 % (Pasteur-effekt).

Iltkredsløbet foregår hovedsageligt mellem atmosfæren og levende organismer. Processen med at producere og frigive ilt som en gas under fotosyntese er det modsatte af processen med at indtage det under respiration. I dette tilfælde ødelægges organiske stoffer, og ilt interagerer med brint. I nogle henseender ligner iltcyklussen kuldioxidens omvendte cyklus: bevægelsen af ​​den ene sker i den modsatte retning af den andens bevægelse.

Svovl. Den overvejende del af dette grundstofs cyklus er af sedimentær karakter og forekommer i jord og vand. Den vigtigste svovlkilde, der er tilgængelig for levende væsener, er alle slags sulfater. Den gode opløselighed af mange sulfater i vand letter adgangen af ​​uorganisk svovl til økosystemer. Ved at absorbere sulfater genopretter planter dem og producerer svovlholdige aminosyrer.

Forskelligt organisk affald fra biocenosen nedbrydes af bakterier, som i sidste ende producerer svovlbrinte fra sulfoproteiner indeholdt i jorden. Nogle bakterier kan også producere svovlbrinte fra sulfater, som de reducerer under anaerobe forhold. Disse bakterier får ved at bruge sulfater den energi, der er nødvendig for deres stofskifte.

På den anden side er der bakterier, der igen kan oxidere svovlbrinte til sulfater, hvilket igen øger udbuddet af svovl til rådighed for producenterne. Sådanne bakterier kaldes kemosyntetiske, da de kan producere cellulær energi uden deltagelse af lys, kun gennem oxidation af simple kemikalier. Så i biosfæren indeholder sedimentære bjergarter de vigtigste reserver af svovl, som hovedsageligt findes i form af pyrit, såvel som sulfater, såsom gips.

Fosfor. Fosforkredsløbet er relativt simpelt og meget ufuldstændigt. Fosfor er et af de vigtigste bestanddele af levende stof, hvori det er indeholdt i ret store mængder. Fosforreserver, der er tilgængelige for levende væsener, er helt koncentreret i lithosfæren. De vigtigste kilder til uorganisk fosfor er magmatiske bjergarter (f.eks. apatitter) eller sedimentære bjergarter (f.eks. phosphoritter). Mineralsk fosfor er et sjældent grundstof i biosfæren; i jordskorpen er der ikke mere end 1% af det, hvilket er den vigtigste faktor, der begrænser produktiviteten af ​​adskillige økosystemer. Uorganisk fosfor fra bjergarter i jordskorpen er involveret i cirkulation ved udvaskning og opløsning i kontinentalt farvand. Den går ind i terrestriske økosystemer, optages af planter, som med sin deltagelse syntetiserer forskellige organiske forbindelser og dermed indgår i trofiske forhold. Derefter føres organiske fosfater sammen med lig, affald og sekreter fra levende væsener tilbage til jorden, hvor de igen udsættes for mikroorganismer og omdannes til mineralske orthophosphater, klar til forbrug af grønne planter og andre autotrofer (fra den græske autos - selv og trofe - mad, ernæring).

Fosfor bringes ind i akvatiske økosystemer af strømmende vand. Floder beriger hele tiden havene med fosfater, som fremmer udviklingen af ​​fytoplankton og levende organismer placeret på forskellige niveauer af fødekæderne i ferskvand eller havvand. Historien om ethvert kemisk grundstof i landskabet består af utallige cyklusser, der varierer i skala og varighed. Modsatte processer - biogen akkumulering og mineralisering - danner en enkelt biologisk cyklus af atomer.

Tundralandskaber er dannet under kolde forhold med en kort sommerperiode og er derfor uproduktive. Lav jord er den grundlæggende årsag til mange af tundraens træk. "Livsbølger" er også forbundet med varmemangel: I år med varmere somre stiger produktionen af ​​levende stof. Nogle planter blomstrer kun i tundraen i gunstige år (f.eks. ildlus i den arktiske tundra). Planter i tundraen vokser langsomt. Lav vokser med 1 - 10 mm om året; enebær med en stammediameter på 83 mm kan have op til 544 årringe. Ikke kun påvirkes indflydelsen af ​​lave temperaturer, men også manglen på tilstrækkelige næringsstoffer.

I mange tundraer spiller mos og lav en vigtig rolle. Der er landskaber, hvor de dominerer.

I tundraen er plantebiomassen 170,3 u/ha, hvoraf 72% er i den underjordiske del. Den årlige stigning i biomasse er 23,5 c/ha, og den årlige strøelse er 21,9 c/ha. Således er den sande stigning, svarende til forskellen mellem vækst og kuld, meget lille - 1,6 c/ha (i den nordlige taiga - 10 c/ha, i den sydlige taiga - 30 c/ha, i de fugtige troper - 75 c/ha).

På grund af den lave temperatur går nedbrydningen af ​​resterne af organismer i tundraen langsomt, mange grupper af mikroorganismer fungerer ikke eller virker meget svagt (bakterier der nedbryder fibre mv.). Dette fører til ophobning af organisk stof på overfladen og i jorden.

Løvskove i Rusland er fordelt i den europæiske del, på,. Disse er alle områder med et fugtigt tempereret-varmt klima. Biomassen her er ikke meget mindre end i de fugtige troper (3000-5000 c/ha), men den årlige produktion og den grønne assimilerende masse er flere gange mindre. Produkter spænder fra 80 til 150 c/ha (i de fugtige troper - 300 - 500 c/ha), grøn assimilerende masse i egeskove udgør 1% af biomassen og når 40 c/ha (8% og 400 c/ha) i de fugtige troper).

Bredbladede træer er relativt rige på aske, især blade (op til 5%). Der er meget Ca i asken af ​​blade - op til 20% eller 0,6 - 3,8% pr. tørstof, mindre K (0,15 - 2,0%) og Si (0,4 - 2,8%), endnu mindre Mg , A1, P, samt Fe, Mn, Na, C1.

I taigaen er biomassen ikke meget ringere end de fugtige troper og løvskove. I den sydlige taiga overstiger biomassen 3000 c/ha og kun i den nordlige taiga falder den til 500 - 1500 c/ha. Zoomassen i taigaen er ubetydelig (i den sydlige taiga - 0,01% af biomassen).

Mere end 60% af biomassen er repræsenteret af træ, der består af fibre (ca. 50%), lignin (20 - 30%), hemicellulose (mere end 10%).

Den årlige produktion i den sydlige taiga er næsten den samme som i løvskove (85 c/ha mod 90 c/ha i egeskove), i den nordlige taiga er den meget mindre (40 - 60 c/ha). Plantestrøelse i den sydlige taiga er mindre end i egeskove og er lig med 55 c/ha (i egeskove 65 c/ha); i den nordlige taiga er det endnu mindre - 35 c/ha.

De fugtige troper optager store områder i de ækvatoriale, sydlige og syd-centrale regioner. De var endnu mere udbredt i tidligere geologiske epoker (fra slutningen af ​​Devon). Overfloden af ​​varme er her kombineret med en overflod af nedbør; varme og fugt begrænser ikke den enkelte biologiske cyklus af atomer. atomer forekommer med samme intensitet gennem hele året, migrationens periodicitet er svagt udtrykt.
Overfloden af ​​varme og fugt bestemmer den store årlige produktion af levende stof i de fugtige troper. Mængden af ​​produktion her er 2 - 3 gange større end i løvskove og taiga, og når op på 300 - 500 c/ha. Med hensyn til forholdet mellem biomasse og produktion, overjordisk og underjordisk, grøn og ikke-grøn biomasse og mange andre indikatorer, adskiller de fugtige troper sig heller ikke væsentligt fra andre fugtige skovlandskaber. Men med hensyn til mængden af ​​kalium i biomassen adskiller de fugtige troper sig fra løvskove. Biomassen af ​​dyr i de fugtige troper er omkring 1 % af biomassen (45 c/ha). Disse er hovedsageligt termitter, myrer og andre lavere dyr. Ifølge denne indikator adskiller de fugtige troper sig skarpt fra taigaen, hvor kun 3,6 c/ha zoommasse akkumuleres (0,01% af biomassen). Nedbrydningen af ​​en stor masse organisk stof mætter vandet med kuldioxid og organiske syrer. De vigtigste elementer, der kommer i vandet under den biologiske cyklus er Si og Ca, K. Mg, Al, Fe, Mn, S. Bladene på tropiske træer har et højt Si-indhold. I løbet af det biologiske kredsløb udvasker regnvand en stor mængde N, P, K, Ca, Mg, Na, CI, S og andre grundstoffer fra bladene.

Stepper og ørkener ligner hinanden i mange ejendomme. Biomassen i stepperne er en størrelsesorden mindre end i skovlandskaber - fra 100 til 350 c/ha. Det meste af det, i modsætning til skove, er koncentreret i rødderne (70 - 90%). Biomassen af ​​dyr i stepperne er omkring 6%. Årlig produktion er 13 - 50 c/ha, altså 30 - 50% af biomassen.

Hvert år er hundredvis af kilo vandopløselige stoffer (pr. 1 ha) involveret i den biologiske cyklus af atomer i stepperne, det vil sige væsentligt mere end i taigaen (eng-stepper - 700 kg/ha; sydlige taiga - 155 kg/ ha). I engstepper returneres 700 kg/ha vandopløselige stoffer årligt med affald, og i tørre - 150 kg/ha (i granskovene i den sydlige taiga - 120 kg/ha). I affald spiller baser en vigtig rolle, idet de fuldstændig neutraliserer organiske syrer.

I modsætning til skovlandskaber akkumulerer steppejord 20 - 30 gange mere organisk materiale end biomasse (i engstepper - op til 8000 c/ha humus; i tørre stepper - 1000 - 1500 c/ha). For stepper og ørkener er de mest karakteristiske grundstoffer Ca, Na og Mg, som akkumuleres under tilsaltning i vand, jord og vejrprodukter.

Baseret på deres mineralsammensætning inddeles alle steppegræsser i tre grupper: græsser med et højt Si-indhold og et lavt N-indhold; bælgplanter med betydelig ophobning af K, Ca og N; forbs at indtage en mellemstilling.

Stoffer kommer ind i levende organismer fra jord, luft og vand. Vand fordamper fra havene og stiger til lagene af atmosfæren og danner regn. Grønne planter bruger det vand, der kommer ind i jorden. Mens de bevarer deres vitale funktioner, frigiver de samtidig den ilt, der er nødvendig for livet. På samme tid, uden eksponering for ilt, kunne processerne med nedbrydning og råd af planter ikke forekomme. Hvad er navnet på denne onde cirkel, der gør livet muligt på Jorden, og hvad er dens træk?

Hovedbegrebet økologi

Den biologiske cyklus er cirkulationen af ​​kemiske elementer, der opstod samtidig med livets oprindelse på vores planet, og som sker med deltagelse af levende organismer.

De mønstre, der er iboende i stoffernes kredsløb, løser hovedproblemerne med at opretholde liv på Jorden. Når alt kommer til alt er reserverne af næringsstoffer på hele jordens overflade ikke ubegrænsede, selvom de er enorme. Hvis disse reserver kun blev fortæret af levende væsener, så ville livet på et øjeblik have en ende. Videnskabsmanden R. Williams skrev: "Den eneste metode, der tillader en begrænset mængde at have uendelighedens egenskab, er at få den til at rotere langs stien af ​​en lukket buet linje." Livet selv bestemte, at denne metode skulle bruges på Jorden. Organisk stof skabes af grønne planter, mens ikke-grønt stof nedbrydes.

I den biologiske cyklus indtager hver art af levende væsener sin plads. Livets vigtigste paradoks er, at det opretholdes gennem processer med ødelæggelse og konstant forfald. Komplekse organiske forbindelser ødelægges før eller siden. Denne proces ledsages af frigivelse af energi og tab af information, der er karakteristisk for en levende organisme. Mikroorganismer spiller en enorm rolle i stoffernes biologiske kredsløb og udviklingen af ​​liv - det er med deres deltagelse, at enhver form for liv indgår i det biotiske kredsløb.

Links af biokæden

Mikroorganismer har to egenskaber, der gør det muligt for dem at indtage et så vigtigt sted i livets cirkel. For det første kan de meget hurtigt tilpasse sig skiftende miljøforhold. For det andet kan de bruge en lang række stoffer, herunder kulstof, til at genopbygge energireserverne. Ingen af ​​de højere organismer besidder sådanne egenskaber. De eksisterer kun som en overbygning over det grundlæggende grundlag for mikroorganismernes rige.

Individer og arter af forskellige biologiske klasser er led i stoffernes kredsløb. De interagerer også med hinanden ved hjælp af forskellige typer forbindelser. Stoffernes kredsløb på planetarisk skala omfatter private biologiske kredsløb i naturen. De udføres hovedsageligt gennem fødekæder.

Farlige beboere af husstøv

Saprofytter, de permanente "beboere" af husstøv, spiller også en væsentlig rolle i det biologiske kredsløb. De lever af en række stoffer, der er en del af husstøv. Samtidig producerer saprofytter ret giftig afføring, som fremkalder allergi.

Hvem er disse skabninger, der er usynlige for det menneskelige øje? Saprofytter tilhører arachnid-familien. De ledsager en person gennem hele livet. Støvmider lever jo af husstøv, som også omfatter menneskelig hud. Forskere mener, at saprofytter engang var indbyggere i fuglereder og derefter "flyttede" ind i menneskers hjem.

Støvmider, som spiller en stor rolle i den biologiske omsætning, har meget små størrelser - fra 0,1 til 0,5 mm. Men de er så aktive, at en husstøvmide på kun 4 måneder kan lægge omkring 300 æg. Et gram husstøv kan indeholde flere tusinde mider. Det er umuligt at forestille sig, hvor mange støvmider der kan være i et hus, fordi man mener, at der kan samle sig op til 40 kg støv i et menneskeligt hjem på et år.

Cykle i skoven

I skoven er den biologiske cyklus mest kraftfuld på grund af trærøddernes indtrængning i jordens dybder. Det første led i denne omsætning anses normalt for at være det såkaldte rhizosfæreled. Rhizosfæren er det tynde (3 til 5 mm) lag jord omkring et træ. Jorden omkring et træs rødder (eller "rhizosfærejord") er typisk meget rig på rodeksudater og forskellige mikroorganismer. Rhizosfærens forbindelse er en slags port mellem levende og livløs natur.

Forbrugsleddet er i rødderne, som optager mineraler fra jorden. Nogle af stofferne skylles tilbage i jorden ved nedbør, men størstedelen af ​​næringsstofferne tilbageføres i løbet af to processer - affald og henfald.

Affalds og affalds rolle

Affald og affald har forskellige betydninger i stoffernes biologiske kredsløb. Affald omfatter trækogler, grene, blade og græsaffald. Forskere medtager ikke træer i affald – de er klassificeret som affald. Forfald kan tage årtier at nedbryde. Nogle gange kan affald tjene som fødemateriale for andre træarter - men først efter at have nået et vist nedbrydningsstadium. Affaldet indeholder mange stoffer, der tilhører askeklassen. De kommer langsomt ned i jorden og bruges af planter til videre liv.

Hvad afhænger kuldet af?

Affald har en lidt anden betydning i det biologiske kredsløb. Inden for et år passerer hele dets volumen ind i affaldslaget og gennemgår fuldstændig nedbrydning. Askeelementer kommer meget hurtigere ind i biotisk cirkulation. Men faktisk er affald en del af den biologiske omsætning allerede når bladene er på træet. Affaldsmængden afhænger af mange faktorer: klima, vejr i indeværende og tidligere år og antallet af insekter. I skov-tundraen når det flere centners, i skove måles det i tons. Den største mængde affald i skovene sker om foråret og efteråret. Dette tal varierer også afhængigt af året.

Hvad angår den organiske sammensætning af nåle og blade, gennemgår de de samme ændringer i løbet af cyklussen. I modsætning til affald er grønne blade normalt rige på fosfor, kalium og nitrogen. Strøelsen er som regel rig på calcium. Insekter og dyr har stor indflydelse på det biologiske kredsløb. For eksempel kan bladædende insekter fremskynde det betydeligt. Den største indflydelse på omsætningshastigheden udøves dog af dyr under nedbrydningen af ​​affald. Larver og orme æder og knuser affaldet og blander det med de øverste lag af jorden.

Fotosyntese i naturen

Planter kan bruge sollys til at genopbygge energireserverne. Det gør de i to trin. På det første stadie fanges lyset af bladene; i den anden bruges energi til processen med kulstofbinding og dannelsen af ​​organiske stoffer. Biologer kalder grønne planter autotrofer. De er grundlaget for liv på hele planeten. Autotrofer er af stor betydning i fotosyntese og biologisk kredsløb. De omdanner energien fra sollys til lagret energi gennem dannelsen af ​​kulhydrater. Den vigtigste af disse er sukkerglukosen. Denne proces kaldes fotosyntese. Levende organismer af andre klasser kan få adgang til solenergi ved at spise planter. Dermed opstår der en fødekæde, der sikrer cirkulationen af ​​stoffer.

Mønstre for fotosyntese

På trods af vigtigheden af ​​fotosynteseprocessen forblev den uudforsket i lang tid. Først i begyndelsen af ​​det 20. århundrede udførte den engelske videnskabsmand Frederick Blackman flere eksperimenter, ved hjælp af hvilke det var muligt at etablere denne proces. Videnskabsmanden afslørede også nogle mønstre af fotosyntese: det viste sig, at det starter i svagt lys og gradvist øges med lysstrømme. Dette sker dog kun op til et vist niveau, hvorefter øget lys ikke længere fremskynder fotosyntesen. Blackman fandt også ud af, at gradvist stigende temperatur med stigende lys fremmer fotosyntesen. Forøgelse af temperaturen i svagt lys fremskynder ikke denne proces, og det gør at øge lyset ved lav temperatur heller ikke.

Processen med at omdanne lys til kulhydrater

Fotosyntese begynder med processen, hvor fotoner fra sollys rammer klorofylmolekyler i planters blade. Det er klorofyl, der giver planterne deres grønne farve. Energifangst sker i to trin, som biologer kalder Fotosystem I og Fotosystem II. Interessant nok afspejler antallet af disse fotosystemer den rækkefølge, som videnskabsmænd opdagede dem i. Dette er en af ​​mærkværdighederne i videnskaben, da reaktioner først opstår i det andet fotosystem, og først derefter i det første.

En foton af sollys kolliderer med 200-400 klorofylmolekyler placeret i et blad. I dette tilfælde stiger energien kraftigt og overføres til klorofylmolekylet. Denne proces er ledsaget af en kemisk reaktion: klorofylmolekylet mister to elektroner (de bliver til gengæld accepteret af den såkaldte "elektronacceptor", et andet molekyle). Og også når en foton kolliderer med klorofyl, dannes der vand. Den cyklus, hvor sollys omdannes til kulhydrater, kaldes Calvin-cyklussen. Betydningen af ​​fotosyntese og stoffernes biologiske kredsløb kan ikke undervurderes – det er takket være disse processer, at ilt er tilgængeligt på jorden. Mineralressourcer opnået af mennesker - tørv, olie - er også bærere af energi, der lagres under fotosynteseprocessen.

I dette arbejde inviterer vi dig til at overveje, hvad det biologiske kredsløb er. Hvad er dens funktioner og betydning for vores planet. Vi vil også være opmærksomme på spørgsmålet om energikilden til dens gennemførelse.

Hvad du ellers skal vide, før vi overvejer den biologiske cyklus, er, at vores planet består af tre skaller:

• lithosfære (den faste skal, groft sagt, det er jorden, vi går på);
• hydrosfære (hvor alt vand kan tilskrives, det vil sige have, floder, oceaner og så videre);
• atmosfære (gasformig skal, luften vi indånder).

Der er klare grænser mellem alle lag, men de er i stand til at trænge ind i hinanden uden besvær.

Stoffers kredsløb

Alle disse lag udgør biosfæren. Hvad er den biologiske cyklus? Det er, når stoffer bevæger sig i hele biosfæren, nemlig i jorden, luften og levende organismer. Denne endeløse cirkulation kaldes den biologiske cyklus. Det er også vigtigt at vide, at alt begynder og slutter i planter.

Nedenunder ligger en utrolig kompleks proces. Eventuelle stoffer fra jorden og atmosfæren trænger ind i planter og derefter ind i andre levende organismer. Så begynder de kroppe, der har absorberet dem, aktivt at producere andre komplekse forbindelser, hvorefter sidstnævnte frigives ud. Vi kan sige, at dette er en proces, der udtrykker sammenhængen mellem alt på vores planet. Organismer interagerer med hinanden, det er den eneste måde, vi eksisterer på den dag i dag.

Stemningen var ikke altid, som vi kender den. Tidligere var vores luftskal meget anderledes end den nuværende, nemlig at den var mættet med kuldioxid og ammoniak. Hvordan opstod folk, der bruger ilt til at trække vejret? Vi bør takke de grønne planter, der var i stand til at bringe vores atmosfæres tilstand i den form, der er nødvendig for mennesker. Luft og planter absorberes af planteædere, og de er også inkluderet i menuen med rovdyr. Når dyr dør, behandles deres rester af mikroorganismer. Sådan opnås humus, som er nødvendig for plantevækst. Som du kan se, er cirklen lukket.

Energikilde

Det biologiske kredsløb er umuligt uden energi. Hvad eller hvem er energikilden til at organisere denne udveksling? Selvfølgelig er vores kilde til termisk energi stjernen Solen. Det biologiske kredsløb er simpelthen umuligt uden vores varme- og lyskilde. Solen varmer:

• luft;
• jord;
• vegetation.

Under opvarmning fordamper vand og begynder at samle sig i atmosfæren i form af skyer. Alt vand vil til sidst vende tilbage til jordens overflade i form af regn eller sne. Efter dens tilbagevenden mætter den jorden og absorberes af rødderne på forskellige træer. Hvis vandet har formået at trænge meget dybt, så genopbygger det grundvandsreserverne, og noget af det vender endda tilbage til floder, søer, have og oceaner.

Som du ved, når vi trækker vejret, optager vi ilt og udånder kuldioxid. Så træer har også brug for solenergi for at behandle kuldioxid og returnere ilt til atmosfæren. Denne proces kaldes fotosyntese.

Biologiske kredsløb

Lad os starte dette afsnit med begrebet "biologisk proces". Det er et tilbagevendende fænomen. Vi kan observere, som består af biologiske processer, der konstant gentages med bestemte intervaller.

Den biologiske proces kan ses overalt, den er iboende i alle organismer, der lever på planeten Jorden. Det er også en del af alle niveauer i organisationen. Det vil sige, at vi kan observere disse processer både inde i cellen og i biosfæren. Vi kan skelne mellem flere typer (cyklusser) af biologiske processer:

• intradag;
• daglig tilladelse;
• sæson;
• årligt;
• flerårig;
• århundreder gammel.

De årlige cyklusser er mest udtalte. Vi ser dem altid og overalt, vi skal lige tænke lidt over dette problem.

Vand

Nu inviterer vi dig til at overveje det biologiske kredsløb i naturen ved at bruge eksemplet med vand, den mest almindelige forbindelse på vores planet. Den har mange muligheder, som gør, at den kan deltage i mange processer både i og uden for kroppen. Alle levende tings liv afhænger af H 2 O-kredsløbet i naturen. Uden vand ville vi ikke eksistere, og planeten ville ligne en livløs ørken. Hun er i stand til at deltage i alle vitale processer. Det vil sige, vi kan drage følgende konklusion: alle levende væsener på planeten Jorden har simpelthen brug for rent vand.

Men vand er altid forurenet som følge af en eller anden proces. Hvordan kan du så give dig selv en uudtømmelig forsyning af rent drikkevand? Naturen tog sig af dette; vi bør takke eksistensen af ​​den samme vandkredsløb i naturen for dette. Vi har allerede set på, hvordan det hele foregår. Vand fordamper, samler sig i skyer og falder som nedbør (regn eller sne). Denne proces kaldes almindeligvis den "hydrologiske cyklus". Det er baseret på fire processer:

• fordampning;
• kondensation;
• nedbør;
• vandgennemstrømning

Der er to typer vandkredsløb: store og små.

Kulstof

Nu skal vi se på, hvordan biologisk opstår i naturen. Det er også vigtigt at vide, at det kun er nummer 16 målt i procent af stoffer. Kan forekomme i form af diamanter og grafit. Og dens procentdel i kul overstiger halvfems procent. Kulstof er endda en del af atmosfæren, men dets indhold er meget lille, cirka 0,05 procent.

I biosfæren skabes der takket være kulstof en simpel masse af forskellige organiske forbindelser, som er nødvendige for alle levende ting på vores planet. Overvej processen med fotosyntese: planter absorberer kuldioxid fra atmosfæren og behandler det, hvilket resulterer i en række organiske forbindelser.

Fosfor

Betydningen af ​​det biologiske kredsløb er ret stor. Selvom vi tager fosfor, findes det i store mængder i knogler og er nødvendigt for planter. Hovedkilden er apatit. Det kan findes i magmatisk bjergart. Levende organismer er i stand til at få det fra:

• jord;
• vandressourcer.

Det findes også i menneskekroppen, nemlig det er en del af:

• proteiner;
• nukleinsyre;
• knoglevæv;
• lecithiner;
• phytiner og så videre.

Det er fosfor, der er nødvendigt for ophobning af energi i kroppen. Når en organisme dør, vender den tilbage til jorden eller havet. Dette fremmer dannelsen af ​​bjergarter, der er rige på fosfor. Dette er af stor betydning i det biogene kredsløb.

Nitrogen

Nu vil vi se på nitrogenkredsløbet. Før det bemærker vi, at det udgør omkring 80% af atmosfærens samlede volumen. Enig, dette tal er ret imponerende. Udover at være grundlaget for atmosfærens sammensætning findes kvælstof i plante- og dyreorganismer. Vi kan finde det i form af proteiner.

Hvad angår nitrogenkredsløbet, kan vi sige dette: nitrater dannes af atmosfærisk nitrogen, som syntetiseres af planter. Processen med at skabe nitrater kaldes almindeligvis nitrogenfiksering. Når en plante dør og rådner, kommer det nitrogen, den indeholder, i jorden i form af ammoniak. Sidstnævnte behandles (oxideres) af organismer, der lever i jord, hvilket er sådan salpetersyre fremstår. Det er i stand til at reagere med karbonater, der mætter jorden. Derudover skal det nævnes, at kvælstof også frigives i sin rene form som følge af rådnende planter eller under forbrændingsprocessen.

Svovl

Ligesom mange andre grundstoffer er det meget nært beslægtet med levende organismer. Svovl kommer ind i atmosfæren som følge af vulkanudbrud. Svovlsvovl kan behandles af mikroorganismer, hvilket er hvordan sulfater fødes. Sidstnævnte absorberes af planter; svovl er en del af æteriske olier. Hvad angår kroppen, kan vi finde svovl i:

• aminosyrer;
• egern