A kiváló orosz tudós akadémikus V.I. Vernadszkij.
Bioszféra- a Föld összetett külső héja, amely tartalmazza az élő szervezetek teljes összességét és a bolygó anyagának azt a részét, amely folyamatos cserében van ezekkel az organizmusokkal. Ez a Föld egyik legfontosabb geoszférája, amely az embert körülvevő természeti környezet fő alkotóeleme.
A Föld koncentrikus elemekből áll kagylók(geoszférák) belső és külső egyaránt. A belsőek közé tartozik a mag és a köpeny, a külső pedig: litoszféra - a Föld sziklás héja, beleértve a földkérget (1. ábra), amelynek vastagsága 6 km (óceán alatt) és 80 km (hegyi rendszerek); hidroszféra - a Föld vízhéja; légkör- a Föld gáznemű burka, amely különféle gázok, vízgőz és por keverékéből áll.
10-50 km magasságban egy ózonréteg található, amelynek maximális koncentrációja 20-25 km magasságban védi a Földet a túlzott ultraibolya sugárzástól, amely végzetes a szervezet számára. Ide tartozik a bioszféra is (a külső geoszférákhoz).
Bioszféra - a Föld külső héja, amely magában foglalja a légkör egy részét 25-30 km magasságig (az ózonrétegig), szinte a teljes hidroszférát és a litoszféra felső részét körülbelül 3 km mélységig
Rizs. 1. A földkéreg szerkezetének vázlata
(2. ábra). Ezen részek sajátossága, hogy a bolygó élőanyagát alkotó élőlények lakják őket. Kölcsönhatás a bioszféra abiotikus része- levegő, víz, kőzetek és szerves anyagok - biotas talajok és üledékes kőzetek képződését okozta.
Rizs. 2. A bioszféra felépítése és az alapvető szerkezeti egységek által elfoglalt felületek aránya
Az anyagok körforgása a bioszférában és az ökoszisztémákban
A bioszférában élő szervezetek számára elérhető összes kémiai vegyület korlátozott. Az asszimilációra alkalmas vegyi anyagok kimerülése gyakran gátolja bizonyos élőlénycsoportok fejlődését a szárazföld vagy az óceán lokális területein. Az akadémikus V.R. Williams szerint a végtelen véges tulajdonságait csak úgy adhatjuk meg, hogy zárt görbe mentén forog. Következésképpen a bioszféra stabilitása az anyagok és az energiaáramlások körforgása révén megmarad. Elérhető két fő anyagciklus: nagy - geológiai és kis - biogeokémiai.
Nagy geológiai ciklus(3. ábra). A kristályos kőzetek (magmás) fizikai, kémiai és biológiai tényezők hatására üledékes kőzetekké alakulnak át. A homok és az agyag tipikus üledékek, mély kőzetek átalakulásának termékei. Az üledékképződés azonban nemcsak a meglévő kőzetek pusztulása miatt következik be, hanem a biogén ásványok - a mikroorganizmusok vázai - szintézisével is a természeti erőforrásokból - az óceánok, tengerek és tavak vizeiből. A laza vizes üledékek, mivel a tározók alján elszigetelődnek új üledékes anyagrészekkel, mélységbe merülnek, és új termodinamikai feltételeknek (magasabb hőmérsékletnek és nyomásnak) vannak kitéve, vizet veszítenek, megkeményednek és üledékes kőzetekké alakulnak.
Ezt követően ezek a kőzetek még mélyebb horizontokba süllyednek, ahol végbemennek az új hőmérsékleti és nyomásviszonyokká való mély átalakulásuk folyamatai – a metamorfózis folyamatai.
Az endogén energiaáramlások hatására a mély kőzetek megolvadnak, magmát képezve - új magmás kőzetek forrását. Miután ezek a kőzetek a Föld felszínére emelkednek, az időjárási és szállítási folyamatok hatására ismét új üledékes kőzetekké alakulnak át.
A nagy körforgást tehát a napenergia (exogén) és a Föld mély (endogén) energiájának kölcsönhatása okozza. Újraelosztja az anyagokat a bioszféra és bolygónk mélyebb horizontjai között.
Rizs. 3. Anyagok nagy (geológiai) körforgása (vékony nyilak) és a földkéreg diverzitásának változásai (tömör széles nyilak - növekedés, törött nyilak - a diverzitás csökkenése)
A Nagy Gyre mellett A hidroszféra, a légkör és a litoszféra közötti vízkörforgást is nevezik, amelyet a Nap energiája hajt. A víz elpárolog a tározók és a föld felszínéről, majd csapadék formájában visszatér a Földre. Az óceán felett a párolgás meghaladja a csapadékot a szárazföldön, ennek ellenkezője. Ezeket a különbségeket a folyók áramlása kompenzálja. A szárazföldi növényzet fontos szerepet játszik a globális vízkörforgásban. A növények kipárolgása a földfelszín bizonyos területein az ide lehulló csapadék 80-90%-át, átlagosan pedig az összes éghajlati zónában körülbelül 30%-át teheti ki. A nagy körforgástól eltérően az anyagok kis ciklusa csak a bioszférán belül történik. A nagy és a kis vízciklusok közötti összefüggést az ábra mutatja. 4.
A bolygók léptékű ciklusai az egyes ökoszisztémák élőlényeinek létfontosságú tevékenysége által vezérelt számtalan lokális atommozgásból, valamint táji és geológiai okok (felszíni és földalatti lefolyás, szélerózió, tengerfenék mozgása, vulkanizmus, hegyépítés) által kiváltott mozgásokból jönnek létre. stb.).
Rizs. 4. A víz nagy geológiai körforgása (GGC) és a víz kis biogeokémiai ciklusa (SBC) kapcsolata
Ellentétben az energiával, amelyet a szervezet egyszer felhasznált hővé alakul át és elveszik, az anyagok keringenek a bioszférában, biogeokémiai ciklusokat hozva létre. A természetben található több mint kilencven elemből az élő szervezeteknek körülbelül negyvenre van szükségük. A legfontosabbak nagy mennyiségben szükségesek - szén, hidrogén, oxigén, nitrogén. Az elemek és anyagok körforgása önszabályozó folyamatok révén valósul meg, amelyekben minden komponens részt vesz. Ezek a folyamatok hulladékmentesek. Létezik A bioszférában zajló biogeokémiai ciklus globális lezárásának törvénye, amely fejlesztésének minden szakaszában működik. A bioszféra evolúciós folyamatában megnő a biológiai komponens szerepe a biogeokémiai folyamatok lezárásában.
akit a ciklus. Az embernek még nagyobb befolyása van a biogeokémiai ciklusra. De szerepe az ellenkező irányban nyilvánul meg (a körgyűrűk megnyílnak). Az anyagok biogeokémiai körforgásának alapja a Nap energiája és a zöld növények klorofillja. A többi legfontosabb körfolyamat – víz, szén, nitrogén, foszfor és kén – a biogeokémiai körfolyamathoz kapcsolódik, és hozzájárul ahhoz.
Víz körforgása a bioszférában
A növények a fotoszintézis során a vízben lévő hidrogént használják szerves vegyületek felépítésére, így molekuláris oxigént szabadítanak fel. Minden élőlény légzési folyamataiban a szerves vegyületek oxidációja során ismét víz képződik. Az élet történetében a hidroszférában lévő összes szabad víz többszörösen bomlási ciklusokon ment keresztül, és a bolygó élő anyagában új képződések keletkeztek. A Földön évente körülbelül 500 000 km 3 víz vesz részt a víz körforgásában. A víz körforgása és készletei az ábrán láthatók. 5 (relatív értelemben).
Oxigénciklus a bioszférában
A Föld egyedülálló légkörét magas szabad oxigéntartalommal a fotoszintézis folyamatának köszönheti. Az ózon képződése a légkör magas rétegeiben szorosan összefügg az oxigénciklussal. Az oxigén a vízmolekulákból szabadul fel, és lényegében a növények fotoszintetikus tevékenységének mellékterméke. Abiotikusan oxigén keletkezik a légkör felső rétegeiben a vízgőz fotodisszociációja miatt, de ez a forrás csak ezred százalékát teszi ki a fotoszintézis által szolgáltatott mennyiségnek. A légkör oxigéntartalma és a hidroszféra között folyadékegyensúly van. Vízben körülbelül 21-szer kevesebb.
Rizs. 6. Az oxigénciklus diagramja: vastag nyilak - az oxigénellátás és -fogyasztás főbb áramlásai
A felszabaduló oxigén intenzíven felhasználódik minden aerob szervezet légzési folyamataiban, illetve a különféle ásványi vegyületek oxidációjában. Ezek a folyamatok a légkörben, talajban, vízben, iszapban és kőzetekben játszódnak le. Kimutatták, hogy az üledékes kőzetekben megkötött oxigén jelentős része fotoszintetikus eredetű. A légkörben lévő O cserealap a teljes fotoszintetikus termelés legfeljebb 5%-át teszi ki. Sok anaerob baktérium a szerves anyagokat is oxidálja az anaerob légzés során, szulfátok vagy nitrátok segítségével.
A növények által létrehozott szerves anyagok teljes lebontásához pontosan ugyanannyi oxigénre van szükség, mint amennyi a fotoszintézis során szabadult fel. A szerves anyagok üledékes kőzetekbe, szénbe és tőzegbe temetése szolgált alapul a légkör oxigéncsere-alapjának fenntartásához. A benne lévő összes oxigén egy teljes cikluson megy keresztül az élő szervezeteken keresztül körülbelül 2000 év alatt.
Jelenleg a légköri oxigén jelentős része a közlekedés, az ipar és más antropogén tevékenység eredményeként kötődik meg. Ismeretes, hogy az emberiség már most is több mint 10 milliárd tonna szabad oxigént költ el a fotoszintézis folyamatok által szállított összesen 430-470 milliárd tonna mennyiségből. Ha figyelembe vesszük, hogy a fotoszintetikus oxigénnek csak egy kis része kerül be a cserealapba, az emberi tevékenység ezzel kapcsolatban riasztó méreteket ölt.
Az oxigén körforgása szorosan összefügg a szénciklussal.
Szénciklus a bioszférában
A szén mint kémiai elem az élet alapja. Számos más elemmel kombinálva sokféle módon egyszerű és összetett szerves molekulákat képez, amelyek élő sejteket alkotnak. A bolygó eloszlását tekintve a szén a tizenegyedik helyen áll (a földkéreg tömegének 0,35%-a), de az élőanyagban átlagosan a száraz biomassza körülbelül 18-45%-át teszi ki.
A légkörben a szén a szén-dioxid CO 2 és kisebb mértékben a metán CH 4 része. A hidroszférában a CO 2 vízben oldódik, össztartalma jóval magasabb, mint a légköré. Az óceán erőteljes pufferként szolgál a légkörben lévő CO 2 szabályozásához: a levegőben lévő koncentrációjának növekedésével a szén-dioxid vízfelvétele növekszik. A CO 2 molekulák egy része reakcióba lép a vízzel, szénsavat képezve, amely azután HCO 3 - és CO 2- 3 ionokká disszociál a víz állandó pH-ja.
A légkörben és a hidroszférában lévő szén-dioxid a szénkörforgás cserealapja, ahonnan a szárazföldi növények és algák veszik fel. A fotoszintézis az összes biológiai ciklus alapja a Földön. A rögzített szén felszabadulása maguknak a fotoszintetikus szervezeteknek és az összes heterotrófnak - baktériumoknak, gombáknak, állatoknak a légzési tevékenysége során következik be, amelyek élő vagy elhalt szerves anyagok miatt szerepelnek a táplálékláncban.
Rizs. 7. Szén körforgása
Különösen aktív a CO2 visszajuttatása a talajból a légkörbe, ahol számos szervezetcsoport tevékenysége koncentrálódik, lebontják az elhalt növények és állatok maradványait, és megtörténik a növényi gyökérrendszerek légzése. Ezt az integrált folyamatot „talajlégzésnek” nevezik, és jelentősen hozzájárul a levegő CO2 cserealapjának feltöltéséhez. A szerves anyagok mineralizációs folyamataival párhuzamosan a talajban humusz képződik - összetett és stabil, szénben gazdag molekuláris komplexum. A talaj humusza az egyik fontos szárazföldi széntároló.
Olyan körülmények között, ahol a pusztítók tevékenységét környezeti tényezők gátolják (például amikor anaerob rendszer lép fel a talajban és a tározók alján), a növényzet által felhalmozódott szerves anyagok nem bomlanak le, idővel kőzetekké, például szénné vagy barnává alakulnak. szén, tőzeg, szapropel, olajpala és mások, amelyek felhalmozódott napenergiában gazdagok. Feltöltik a széntartalék alapot, hosszú időre kiszakadva a biológiai körforgásból. A szén átmenetileg lerakódik az élő biomasszában, az elhalt alomban, az óceánok oldott szerves anyagában stb. azonban a fő széntartalékalapot írásban nem élő szervezetek vagy fosszilis tüzelőanyagok, hanem üledékes kőzetek - mészkövek és dolomitok. Kialakulásuk az élő anyag tevékenységével is összefügg. Ezeknek a karbonátoknak a széne hosszú időre eltemetődik a Föld bélrendszerében, és csak az erózió során lép be a körforgásba, amikor a kőzetek tektonikus ciklusokban szabadulnak fel.
A Földön található teljes szénmennyiségnek csak egy százalékának töredéke vesz részt a biogeokémiai ciklusban. A légkörből és a hidroszférából származó szén sokszor áthalad az élő szervezeteken. A szárazföldi növények a levegőben 4-5 év alatt, a talaj humuszában - 300-400 év alatt képesek kimeríteni tartalékaikat. A szén fő visszajutása a cserealapba az élő szervezetek tevékenysége miatt következik be, és ennek csak egy kis részét (ezred százalékát) kompenzálja a vulkáni gázok részeként a Föld beléből való kibocsátás.
Jelenleg a fosszilis tüzelőanyagok hatalmas készleteinek kitermelése és elégetése erőteljes tényezővé válik a szénnek a tartalékból a bioszféra cserealapjába történő átvitelében.
Nitrogén körforgása a bioszférában
Az atmoszféra és az élőanyag a Föld összes nitrogénjének kevesebb mint 2%-át tartalmazza, de ez az, ami fenntartja az életet a bolygón. A nitrogén a legfontosabb szerves molekulák - DNS, fehérjék, lipoproteinek, ATP, klorofill stb. - része. A növényi szövetekben a szénhez viszonyított aránya átlagosan 1:30, a hínárban pedig I: 6. A nitrogén biológiai körforgása ezért a szénnel is szorosan összefügg.
A légkör molekuláris nitrogénje hozzáférhetetlen a növények számára, amelyek ezt az elemet csak ammóniumionok, nitrátok formájában, illetve talajból vagy vizes oldatokból tudják felvenni. Ezért a nitrogénhiány gyakran korlátozza az elsődleges termelést - a szervezetek munkáját, amelyek a szervetlen anyagokból szerves anyagok létrehozásához kapcsolódnak. Ennek ellenére a légköri nitrogén nagymértékben részt vesz a biológiai körforgásban a speciális baktériumok (nitrogénfixálók) tevékenysége miatt.
Az ammonifikáló mikroorganizmusok szintén nagy szerepet játszanak a nitrogén körforgásában. A fehérjéket és más nitrogéntartalmú szerves anyagokat ammóniává bontják. Az ammónium formában a nitrogént részben a növényi gyökerek visszaszívják, részben pedig a nitrifikáló mikroorganizmusok felfogják, ami ellentétes a mikroorganizmusok csoportjának - denitrifikáló szerek - funkcióival.
Rizs. 8. Nitrogén körforgás
A talajban vagy vizekben anaerob körülmények között a nitrátokból származó oxigént használva oxidálják a szerves anyagokat, energiát nyerve életükhöz. A nitrogén molekuláris nitrogénné redukálódik. A nitrogénkötés és a denitrifikáció megközelítőleg kiegyensúlyozott természetű. A nitrogénciklus tehát elsősorban a baktériumok aktivitásától függ, míg a növények beépülnek ebbe, e körfolyamat közbenső termékeit felhasználva, és a biomassza termelése révén nagymértékben növelik a bioszférában a nitrogén cirkulációját.
A baktériumok szerepe a nitrogénkörforgásban olyan nagy, hogy ha csak 20 fajuk pusztul el, bolygónkon megszűnik az élet.
A nitrogén nem biológiai megkötése, oxidjainak és ammóniájának talajba jutása a légköri ionizációs és villámkisülések során csapadékkal is megtörténik. A modern műtrágyaipar a természetes nitrogénkötésnél nagyobb mértékben köti meg a légköri nitrogént a növénytermesztés növelése érdekében.
Jelenleg az emberi tevékenység egyre nagyobb mértékben befolyásolja a nitrogén körforgását, főként abban az irányban, hogy a molekuláris állapotba való visszatérés folyamataival szemben a kötött formákba való átadása többletet jelent.
Foszfor körforgása a bioszférában
Ezt az elemet, amely számos szerves anyag szintéziséhez szükséges, beleértve az ATP-t, a DNS-t, az RNS-t, a növények csak ortofoszforsav-ionok (P0 3 4 +) formájában szívják fel. Azokhoz az elemekhez tartozik, amelyek korlátozzák az elsődleges termelést mind a szárazföldön, mind az óceánban, mivel a talajban és a vizekben kicsi a foszfor cserealapja. Ennek az elemnek a ciklusa a bioszféra skáláján nincs lezárva.
A szárazföldön a növények foszfátokat vonnak ki a talajból, amelyeket a bomló anyagok bocsátanak ki a bomló szerves maradványokból. Lúgos vagy savas talajban azonban a foszforvegyületek oldhatósága meredeken csökken. A foszfátok fő tartalékalapját a geológiai múltban az óceán fenekén keletkezett kőzetek tartalmazzák. A kőzetkimosódás során e tartalékok egy része a talajba kerül, és szuszpenziók és oldatok formájában kimosódik a víztestekbe. A hidroszférában a foszfátokat a fitoplankton használja fel, amelyek a táplálékláncokon keresztül más hidrobionokhoz jutnak el. Az óceánban azonban a foszforvegyületek többsége állatok és növények maradványaival együtt van eltemetve a fenéken, majd az üledékes kőzetekkel a nagy geológiai körforgásba kerül át. A mélyben az oldott foszfátok megkötődnek a kalciummal, foszforitokat és apatitokat képezve. A bioszférában valójában a foszfor egyirányú áramlása folyik a szárazföldi kőzetekből az óceán mélyére, ezért cserealapja a hidroszférában nagyon korlátozott.
Rizs. 9. Foszfor körforgása
A foszforitok és apatitok földi lerakódásait a műtrágyák előállításához használják fel. A foszfor édesvízbe jutása az egyik fő oka a „virágzásuknak”.
Kénciklus a bioszférában
A kén körforgása, amely számos aminosav felépítéséhez szükséges, felelős a fehérjék háromdimenziós szerkezetéért, és a baktériumok széles köre tartja fenn a bioszférában. Ebben a ciklusban az egyes láncszemek közé tartoznak az aerob mikroorganizmusok, amelyek a szerves maradékok kéntjét szulfátokká oxidálják, valamint az anaerob szulfát reduktorok, amelyek a szulfátokat hidrogén-szulfiddá redukálják. A kénbaktériumok felsorolt csoportjain kívül elemi kénné, majd szulfáttá oxidálják a hidrogén-szulfidot. A növények csak SO2-4 ionokat vesznek fel a talajból és a vízből.
A középső gyűrű az oxidáció (O) és a redukció (R) folyamatát mutatja, amely során a ként cserélődik a rendelkezésre álló szulfátkészlet és a mélyen a talajban és üledékekben lévő vas-szulfid medence között.
Rizs. 10. Kén körforgása. A középen lévő gyűrű az oxidáció (0) és a redukció (R) folyamatát szemlélteti, amelyen keresztül a kén kicserélődik a rendelkezésre álló szulfátkészlet és a mélyen a talajban és üledékekben található vas-szulfidok között.
A kén fő felhalmozódása az óceánban történik, ahol a szulfátionok folyamatosan áramlanak a szárazföldről a folyóvízzel együtt. Amikor a kénhidrogén kiszabadul a vízből, a kén részben visszakerül a légkörbe, ahol dioxiddá oxidálódik, és az esővízben kénsavvá alakul. Nagy mennyiségű szulfát és elemi kén ipari felhasználása, valamint a fosszilis tüzelőanyagok elégetése nagy mennyiségű kén-dioxidot bocsát ki a légkörbe. Ez károsítja a növényzetet, az állatokat, az embereket, és savas eső forrásaként szolgál, ami súlyosbítja az emberi beavatkozás negatív hatásait a kénkörforgásban.
Az anyagok keringésének sebessége
Minden anyagciklus különböző sebességgel megy végbe (11. ábra)
Így a bolygó összes biogén elemének ciklusát a különböző részek összetett kölcsönhatása támogatja. Különböző funkciójú élőlénycsoportok tevékenysége, az óceánt és a szárazföldet összekötő lefolyási és párolgási rendszer, a víz- és légtömegek keringési folyamatai, a gravitációs erők hatása, a litoszféra lemezek tektonikája és más nagy -léptékű geológiai és geofizikai folyamatok.
A bioszféra egyetlen komplex rendszerként működik, amelyben különféle anyagciklusok mennek végbe. Ezek fő motorja a ciklusok a bolygó élő anyaga, minden élő szervezet, a szerves anyagok szintézisének, átalakulásának és lebontásának folyamatai.
Rizs. 11. Anyagok keringési sebessége (P. Cloud, A. Jibor, 1972)
Az ökológiai világszemlélet alapja az az elképzelés, hogy minden élőlényt sokféle, őt befolyásoló tényező vesz körül, amelyek együtt alkotják élőhelyét - egy biotóp. Ennélfogva, biotóp - a terület olyan része, amely bizonyos növény- vagy állatfajok életkörülményei tekintetében homogén(szakadék lejtője, városi erdőpark, kis tó vagy nagy tó része, de homogén adottságokkal - parti rész, mélyvízi rész).
Egy adott biotópra jellemző organizmusok alkotják életközösség, vagy biocenózis(tavak, rétek, partvonalak állatai, növényei és mikroorganizmusai).
Egy élőközösség (biocenosis) egyetlen egészet alkot biotópjával, amelyet ún ökológiai rendszer (ökoszisztéma). A természetes ökoszisztémákra példa a hangyaboly, tó, tavacska, rét, erdő, város, farm. A mesterséges ökoszisztéma klasszikus példája az űrhajó. Mint látható, itt nincs szigorú térszerkezet. Az ökoszisztéma fogalmához közel áll a fogalom biogeocenózis.
Az ökoszisztémák fő összetevői a következők:
- élettelen (abiotikus) környezet. Ezek a víz, ásványi anyagok, gázok, valamint szerves anyagok és humusz;
- biotikus komponensek. Ide tartoznak: termelők vagy termelők (zöld növények), fogyasztók vagy fogyasztók (termelőkkel táplálkozó élőlények) és lebontók vagy lebontók (mikroorganizmusok).
A természet rendkívül gazdaságosan működik. Így az élőlények által létrehozott biomassza (az élőlények testeinek anyaga) és a bennük lévő energia átkerül az ökoszisztéma más tagjaihoz: az állatok megeszik a növényeket, ezeket az állatokat megeszik más állatok. Ezt a folyamatot ún élelmiszer, vagy trófea, lánc. A természetben a táplálékláncok gyakran keresztezik egymást, táplálékhálót alkotva.
Példák táplálékláncra: növény - növényevő - ragadozó; kalászos - mezei egér - róka stb. és a táplálékháló az ábrán látható. 12.
Így a bioszféra egyensúlyi állapota biotikus és abiotikus környezeti tényezők kölcsönhatásán alapul, amelyet az ökoszisztémák összes összetevője közötti folyamatos anyag- és energiacsere révén tartanak fenn.
A természetes ökoszisztémák zárt körforgásában másokkal együtt két tényező részvétele szükséges: a lebontó anyagok jelenléte és a napenergia folyamatos ellátása. A városi és mesterséges ökoszisztémákban kevés vagy egyáltalán nincs bontó, így folyékony, szilárd és gáznemű hulladékok halmozódnak fel, szennyezik a környezetet.
Rizs. 12. Táplálékháló és az anyagáramlás iránya
Számos kémiai elem létezik a Földön, amelyek nélkül az élet lehetetlen. Az egyik a szén. Minden szerves molekulában megtalálható, és építőköveként működik. A természetben a szénciklus-séma a szerves állapotból szervetlen állapotba való kölcsönös átmenet állandó folyamata, amely biztosítja minden élőlény létfontosságú tevékenységét.
A természetes körforgás alapelve
A Földön található összes vegyület két csoportra osztható: szerves és szervetlen. Az elsők az élő szervezetek létfontosságú tevékenységének következményei. Ez utóbbiak élő formák nélkül is keletkezhetnek kémiai reakciók eredményeként.
Az egyik állapotból a másikba való átmenetet az anyagok körforgásának nevezik. A szén ebben a rendszerben vezető helyet foglal el.
A légkörben, a vízben és a talajban vannak olyan szervetlen vegyületek, amelyeket az élő szervezetek felszívnak. Leggyakrabban növények, protozoonok és gombák. Új szerves vegyületeket képeznek, amelyeket a magasabb rendű állatok felszívnak. Haláluk után a mikroorganizmusok ismét átalakítják a szénvegyületeket szervetlenné. Így írható le általánosságban a szén körforgása a bioszférában. De sok privát árnyalat van itt.
Fotoszintézis és légzés
A szén a természetben leggyakrabban szén-dioxid formájában fordul elő. A légzési és égési folyamatok következtében jön létre. A növények gázok formájában tudják a legkönnyebben felvenni. Több ezer éves fennállása során a növényvilág megtanulta a szén-dioxidot szerves vegyületekké feldolgozni. A klorofill segítségével komplex kémiai reakció megy végbe a levelekben napfény jelenlétében. Ennek eredményeként oxigént, mono- és poliszénhidrátokat kapunk. Már maga a név is arra utal, hogy ezeknek az anyagoknak az összetétele szénhidrátokat tartalmaz.
Ugyanazok a növények lélegezhetnek, ha nincs elég napfény. A folyamat során oxigént fogyasztanak és szén-dioxidot termelnek. Így megy végbe a természetben a legegyszerűbb szénkörforgás. De ez csak a növények példáján alapul. És vannak mikroorganizmusok, gombák és állatok is, amelyek szintén benne vannak a kérdéses elem bioszférában való mozgásában.
Mikroorganizmusok és szénciklus az ökoszisztémában
A Föld legkisebb élőlényeit nyugodtan nevezhetjük a tápláléklánc kezdetének és végének. Nekik köszönhető, hogy számos szerves vegyület jut el a magasabb rendű növényekhez és állatokhoz.
Amikor az élő szervezetek elpusztulnak és megszűnnek működni, a talajba vagy a világóceán fenekére kerülnek. Ott maradtak volna, ha nem a baktériumok és protozoonok, amelyek elkezdték feldolgozni a szerves vegyületeket, szén-dioxidot szabadítanak fel vagy egyszerűbbé tették az összetett szénhidrátokat. Ennek megfelelően új vegyületeket használnak az élő szervezetek táplálására, a szén új mozgási ciklust indít el a természetben.
Nem minden baktériumnak van szüksége oxigénre a szerves molekulák lebontásához. Némelyikük kitűnő munkát végez a feladattal anélkül is.
A mikroorganizmusoknak köszönhetően a szén körforgása a természetben is szimbiózis formájában megy végbe. Például a rost egy összetett szénhidrát, amely minden növényben megtalálható. Az állat gyomra nem tudja lebontani és felszívni. De az artiodaktilusok megtanultak szimbiózisban létezni egyes baktériumokkal. Ez utóbbiak az állat gyomrában helyezkednek el, és a cellulózt egyszerűbb szénhidrátokká bontják, amelyeket azután az artiodaktil szervezete könnyen felszív.
A szén mozgása a szárazföldön
A légkörben körülbelül 0,33% szén-dioxid van. Ez több mint elég ahhoz, hogy a zöld növények felszívják. A szárazföldön itt kezdődik a szén körforgása a természetben.
A növények a tápláléklánc kezdeti lépéseként működnek. A növényevők megeszik őket, amelyek általában a ragadozók áldozataivá válnak. Ez utóbbiak elpusztulása után szerves anyagok kerülnek a talajba, ahol a rovarok és mikroorganizmusok feldolgozzák azokat. Életfolyamataikból legtöbbször szervetlen vegyületek szabadulnak fel. Az emésztett szerves anyagok a táplálékláncban magasabban lévő állatok táplálékává is válhatnak.
Nagyon ritka, hogy a szerves anyagokat ilyen formában sokáig megőrzik. Ásványként ismerjük őket: tőzeg, szén, olaj, metán. Ezekből a vegyületekből szén-dioxid szabadul fel az égési folyamat során, ami biztosítja a szén körforgását a természetben.
Szén körforgása a vízben
A világ óceánjai egyben az a környezet is, amelyben a bioszférában a szénciklus zajlik. De itt a folyamat egy kicsit bonyolultabb. A helyzet az, hogy a szén-dioxid rosszul oldódik vízben, ezért asszimilációja kissé nehézkes. Az óceán felső rétegeiben mindig van plankton, amely szén-dioxidot dolgoz fel. Ez a tápláléklánc kezdete a vízben. Aztán minden ugyanúgy megy, mint a szárazföldön. A magasabb élőlények megeszik az alacsonyabbakat. Ennek eredményeként elpusztulnak, és a fenékre süllyednek, ahol más mikroorganizmusok dolgozzák fel őket.
Egyes esetekben a természetben előforduló szénciklus keveredhet a szárazföldön és a tengerben. De az ilyen mozgások nem olyan gyakoriak, hogy külön vizsgáljuk meg. Egyszerűen számos állat él mindkét elemben.
Az emberi élet tevékenysége
Fentebb a természetben előforduló szénciklus klasszikus leírását néztük meg. De ez a folyamat olyan személyt érint, aki már régóta túl van az állat élettevékenységén. Elkezdte újjáépíteni a természetet saját szükségleteinek megfelelően, felhasználva annak erőforrásait.
Az ember miatt évről évre csökken azon zöldfelületek mennyisége, amelyek a szervetlen szén-dioxidot szerves szénhidrátokká alakítják. Ugyanakkor égeti az ásványi anyagokat, növelve a szén-dioxid koncentrációját a légkörben. Ez az anyag keringésének kiegyensúlyozatlanságához vezet. A kialakult üzleti stratégia folytatása valódi környezeti katasztrófát okozhat.
Üvegházhatás
A légkörben lévő szén-dioxid egyfajta üvegházhatást vált ki. A bolygó felszínéhez közel tartja a hőenergiát. A levegő átlaghőmérsékletének fél fokos emelkedése a jégsapkák elolvadását okozza.
Ezt követően a Világóceán területe megnő, és jelentős számú állat és növény pusztul el. Fokozatosan csökken a légköri levegő szén-dioxid-koncentrációja, és a pólusokon ismét megfagy a víz.
Ily módon az ökoszisztéma „újraindul”, hogy normalizálja az optimális szénciklust.
Százalékok
A Föld több milliárd éves fennállása alatt számos élőlényfaj jelent meg és tűnt el rajta. Mindegyik valamilyen módon befolyásolta a természet szénkörforgását. Az évek során ebből az elemből 6 000 000 milliárd tonna halmozódott fel szerves vegyületekben. Ez magában foglalja mind az élő szervezeteket, mind a fosszilis szénanyagokat.
A tudósok becslése szerint ez a bolygó összes széntartalmának körülbelül 1/5-e. Ha a ciklusa nem következett volna be, akkor idővel lehetetlenné vált volna az élet a Földön.
E folyamat eredményeként az élő szervezetek mintegy 400 milliárd tonna szenet halmoznak fel, amely részben visszakerül az élettelen természetbe. A maradék továbbra is az élővilágban kering, támogatva ezen organizmusok létezését.
A szénvegyületek szerepe a természetben
A tudósok már régóta felismerték, milyen fontos a szén a természetben. Ez volt az első vegyület, amely végül életet eredményezett a bolygón. Ma ez az összes élő molekula fő építőköve.
Ezen a listán az első helyen szerepelnek a szénhidrátok. A fotoszintézis folyamata miatt keletkeznek. Egyfajta építőanyag szerepét töltik be a növények számára és energiaforrásként az állatok számára. A tudomány egy nem növényi szénhidrátot ismer - a glikogént. Az emlősök májában termelődik, és tartalék energiaforrásként működik.
Az állati szervezetben a szénhidrátok vízzé és energiává bomlanak le, de a zsírok szintézisének alapjai lehetnek. Ez egyfajta állati elem, amely felhalmozódik a jövőbeni használatra, amikor energiahiány van. Ezenkívül hőszigetelő a hideg éghajlaton élő állatok számára.
Az állati sejt alapja a fehérje. Ez a legnagyobb molekula a Földön, amely aminosavak láncából áll. Ez utóbbi építőanyaga szintén szén, így nagyon nehéz túlbecsülni ennek az elemnek a bolygónk életében betöltött szerepét.
Az anyagok keringése a bioszférában bizonyos kémiai elemek „utazása” az élő szervezetek tápláléklánca mentén, a Nap energiájának köszönhetően. Az „utazás” során egyes elemek különböző okokból kiesnek, és általában a talajban maradnak. Helyüket ugyanazok veszik át, amelyek általában a légkörből származnak. Ez a legegyszerűbb leírása annak, ami garantálja az életet a Földön. Ha egy ilyen utazás valamilyen okból megszakad, akkor minden élőlény léte megszűnik.
A bioszférában lévő anyagok körforgásának rövid leírásához több kiindulási pontot kell megfogalmazni. Először is, a természetben ismert és megtalálható több mint kilencven kémiai elemből körülbelül negyvenre van szükség az élő szervezetek számára. Másodszor, ezen anyagok mennyisége korlátozott. Harmadszor, csak a bioszféráról, vagyis a föld életet tartalmazó héjáról, tehát az élő szervezetek közötti kölcsönhatásokról beszélünk. Negyedszer, a ciklushoz hozzájáruló energia a Napból származó energia. A Föld beleiben különböző reakciók eredményeként keletkező energia nem vesz részt a vizsgált folyamatban. És még egy utolsó dolog. Előre kell jutni ennek az „útnak” a kiindulópontjánál. Feltételes, hiszen egy körnek nem lehet vége és kezdete, de ez szükséges ahhoz, hogy valahol elinduljunk a folyamat leírásához. Kezdjük a trofikus lánc legalsó láncszemével – a bontókkal vagy a temetőkkel.
A rákfélék, férgek, lárvák, mikroorganizmusok, baktériumok és más sírásók oxigént fogyasztva és energiát felhasználva a szervetlen kémiai elemeket szerves anyaggá dolgozzák fel, amely alkalmas az élő szervezetek táplálására és a táplálékláncban való további mozgására. Ezen túlmenően ezeket a már szerves anyagokat a fogyasztók vagy fogyasztók fogyasztják, köztük nemcsak állatok, madarak, halak és hasonlók, hanem növények is. Az utóbbiak termelők vagy termelők. Ezeket a tápanyagokat és energiát felhasználva oxigént termelnek, amely a bolygó összes élőlényének légzésére alkalmas fő eleme. A fogyasztók, a termelők, sőt a lebontók is meghalnak. Maradványaik a bennük lévő szerves anyagokkal együtt „hullanak” a sírásók rendelkezésére.
És minden ismétlődik újra. Például a bioszférában található összes oxigén 2000 év alatt, a szén-dioxid pedig 300 év alatt fejezi be forgalmát. Az ilyen ciklust általában biogeokémiai ciklusnak nevezik.
Egyes szerves anyagok „utazásuk” során reakcióba lépnek és kölcsönhatásba lépnek más anyagokkal. Ennek eredményeként olyan keverékek képződnek, amelyeket a lebontók a létező formában nem tudnak feldolgozni. Az ilyen keverékek a talajban „tárolva” maradnak. Nem minden szerves anyagot, amely a sírásók „asztalára” kerül, nem tudják feldolgozni. Nem minden tud rothadni a baktériumok segítségével. Az ilyen el nem rothadt maradványok raktárba kerülnek. Minden, ami a raktárban vagy tartalékban marad, kikerül a folyamatból, és nem vesz részt a bioszférában lévő anyagok körforgásában.
Így a bioszférában az anyagok körforgása, amelynek mozgatórugója az élő szervezetek tevékenysége, két komponensre osztható. Az egyik - a tartalékalap - az anyag olyan része, amely nem kapcsolódik az élő szervezetek tevékenységéhez, és egyelőre nem vesz részt a forgalomban. A második pedig a forgóalap. Az élő szervezetek által aktívan használt anyagnak csak egy kis részét képviseli.
Mely alapvető kémiai elemek atomjai annyira szükségesek a földi élethez? Ezek a következők: oxigén, szén, nitrogén, foszfor és néhány más. A vegyületek közül a fő keringésben a víz.
Oxigén
A bioszférában az oxigénciklusnak a fotoszintézis folyamatával kell kezdődnie, amelynek eredményeként évmilliárdokkal ezelőtt jelent meg. A növények vízmolekulákból bocsátják ki a napenergia hatására. Oxigén keletkezik a légkör felső rétegeiben is a vízgőzben végbemenő kémiai reakciók során, ahol elektromágneses sugárzás hatására kémiai vegyületek bomlanak le. De ez egy kisebb oxigénforrás. A legfontosabb a fotoszintézis. Az oxigén a vízben is megtalálható. Bár 21-szer kevesebb van belőle, mint a légkörben.
A keletkező oxigént az élő szervezetek légzésre használják fel. Különféle ásványi sók oxidálószere is.
Az ember pedig oxigénfogyasztó. Ám a tudományos-technikai forradalom kezdetével ez a fogyasztás sokszorosára nőtt, hiszen számos ipari termelés, szállítás során elégetik vagy kötik meg az oxigént az emberi élet során felmerülő háztartási és egyéb szükségletek kielégítésére. A légkörben korábban létező úgynevezett oxigéncsere-alap össztérfogatának 5%-át tette ki, vagyis annyi oxigén keletkezett a fotoszintézis során, amennyi elfogy. Most ez a kötet katasztrofálisan kicsi lesz. Az oxigént úgymond a vésztartalékból fogyasztják. Onnan, ahol nincs, aki hozzáadja.
Ezt a problémát némileg enyhíti, hogy a szerves hulladék egy része nem kerül feldolgozásra, és nem kerül rothadó baktériumok hatása alá, hanem üledékes kőzetekben marad, tőzeget, szenet és hasonló ásványokat képezve.
Ha a fotoszintézis eredménye oxigén, akkor nyersanyaga szén.
Nitrogén
A bioszférában zajló nitrogénciklus olyan fontos szerves vegyületek képződésével jár, mint a fehérjék, nukleinsavak, lipoproteinek, ATP, klorofill és mások. A nitrogén molekuláris formában a légkörben található. Az élő szervezetekkel együtt ez a Föld összes nitrogénjének csak körülbelül 2%-a. Ebben a formában csak baktériumok és kék-zöld algák fogyaszthatják. A növényvilág többi része számára a nitrogén molekuláris formában nem szolgálhat táplálékként, hanem csak szervetlen vegyületek formájában dolgozható fel. Az ilyen vegyületek bizonyos típusai zivatarok során keletkeznek, és esővel a vízbe és a talajba esnek.
A nitrogén vagy nitrogénfixáló anyagok legaktívabb „újrahasznosítói” a gócbaktériumok. Megtelepednek a hüvelyesek gyökereinek sejtjeiben, és a molekuláris nitrogént növények számára megfelelő vegyületté alakítják. Elpusztulásuk után a talaj nitrogénnel is gazdagodik.
A rothadó baktériumok a nitrogéntartalmú szerves vegyületeket ammóniává bontják. Egy része a légkörbe kerül, a többit más típusú baktériumok nitritté és nitráttá oxidálják. Ezeket viszont a növények táplálékként látják el, és a nitrifikáló baktériumok oxidokká és molekuláris nitrogénné redukálják. Ami újra belép a légkörbe.
Így egyértelmű, hogy a nitrogénciklusban a különböző típusú baktériumok játsszák a főszerepet. És ha elpusztít legalább 20 ilyen fajt, akkor az élet a bolygón megszűnik.
És a kialakult áramkört ismét megszakította az ember. A terméshozam növelése érdekében aktívan kezdett nitrogéntartalmú műtrágyákat használni.
Szén
A bioszférában a szén körforgása elválaszthatatlanul kapcsolódik az oxigén és a nitrogén keringéséhez.
A bioszférában a szénciklus séma a zöld növények élettevékenységén és a szén-dioxid oxigénné alakítására való képességén, azaz fotoszintézisén alapul.
A szén különféle módon lép kölcsönhatásba más elemekkel, és szinte minden szerves vegyület osztály részét képezi. Például a szén-dioxid és a metán része. Vízben oldódik, ahol a tartalma jóval magasabb, mint a légkörben.
Bár a szén nem tartozik az első tíz közé az elterjedtség tekintetében, az élő szervezetekben a száraz tömeg 18-45%-át teszi ki.
Az óceánok a szén-dioxid szintjének szabályozójaként szolgálnak. Amint a levegőben való részesedése megnő, a víz szén-dioxid elnyelésével kiegyenlíti a pozíciókat. Egy másik szénfogyasztó az óceánban a tengeri élőlények, amelyek kagylók építésére használják fel.
A bioszférában zajló szénkörforgás alapja a szén-dioxid jelenléte a légkörben és a hidroszférában, ami egyfajta cserealap. Az élő szervezetek légzése pótolja. A talajban található szerves maradványok lebontásában részt vevő baktériumok, gombák és más mikroorganizmusok is részt vesznek a légkör szén-dioxid-utánpótlásában. Szén és barnaszén, tőzeg, olajpala és hasonló lelőhelyeken. De a fő széntartalék alap a mészkő és a dolomit. A bennük található szén „biztonságosan el van rejtve” a bolygó mélyén, és csak a tektonikus eltolódások és a vulkáni gázok kitörése során szabadul fel.
Tekintettel arra, hogy a légzés folyamata a szén felszabadulásával és a fotoszintézis folyamata az abszorpciójával nagyon gyorsan áthalad az élő szervezeteken, a bolygó teljes széntartalmának csak egy kis része vesz részt a körforgásban. Ha ez a folyamat nem lenne kölcsönös, akkor a sushi növények önmagukban mindössze 4-5 év alatt felhasználnák az összes szenet.
Jelenleg az emberi tevékenységnek köszönhetően a növényvilágban nincs hiány szén-dioxidban. Azonnal és egyidejűleg két forrásból töltődik fel. Oxigén elégetésével az ipar, a termelés és a szállítás működése során, valamint ezen „konzervek” - szén, tőzeg, agyagpala stb. - ilyen típusú emberi tevékenységekhez való felhasználásával kapcsolatban. Miért nőtt 25%-kal a légkör szén-dioxid tartalma.
Foszfor
A bioszférában a foszfor körforgása elválaszthatatlanul kapcsolódik az olyan szerves anyagok szintéziséhez, mint az ATP, a DNS, az RNS és mások.
A talaj és a víz foszfortartalma nagyon alacsony. Fő tartalékai a távoli múltban keletkezett kőzetekben találhatók. E kőzetek mállásával megindul a foszfor körforgása.
A foszfort a növények csak ortofoszforsav-ionok formájában szívják fel. Ez elsősorban a szerves maradványok temetők általi feldolgozásának terméke. De ha a talajok magas lúgos vagy savas faktorral rendelkeznek, akkor a foszfátok gyakorlatilag nem oldódnak fel bennük.
A foszfor kiváló tápanyag a különféle baktériumok számára. Különösen a kék-zöld algák, amelyek megnövekedett foszfortartalom mellett gyorsan fejlődnek.
A foszfor nagy része azonban a folyókkal és más vizekkel az óceánba kerül. Ott aktívan megeszik a fitoplankton, és vele együtt a tengeri madarak és más állatfajok. Ezt követően a foszfor az óceán fenekére esik, és üledékes kőzeteket képez. Vagyis visszatér a talajba, csak egy tengervízréteg alatt.
Mint látható, a foszfor körforgása specifikus. Nehéz áramkörnek nevezni, mivel nem zárt.
Kén
A bioszférában a kénciklus szükséges az aminosavak képződéséhez. Létrehozza a fehérjék háromdimenziós szerkezetét. Olyan baktériumokat és organizmusokat foglal magában, amelyek oxigént fogyasztanak az energia szintetizálásához. A ként szulfáttá oxidálják, az egysejtű prenukleáris élőlények pedig a szulfátokat kénhidrogénné redukálják. Rajtuk kívül kénbaktériumok egész csoportjai oxidálják a hidrogén-szulfidot kénné, majd szulfáttá. A növények csak kéniont tudnak felvenni a talajból - SO 2-4 Így egyes mikroorganizmusok oxidálószerek, míg mások redukálószerek.
A kén és származékai a bioszférában felhalmozódnak az óceánban és a légkörben. A kén a vízből hidrogén-szulfid felszabadulásával kerül a légkörbe. Ezenkívül a kén dioxid formájában kerül a légkörbe, amikor fosszilis tüzelőanyagokat égetnek el a termelés során és háztartási célokra. Elsősorban szén. Ott oxidálódik, és az esővízben kénsavvá alakulva vele együtt a földre esik. A savas eső önmagában is jelentős károkat okoz az egész növény- és állatvilágban, ráadásul a vihar- és olvadékvízzel a folyókba is bejut. A folyók kén-szulfát ionokat szállítanak az óceánba.
A ként a kőzetekben szulfidok, gázhalmazállapotban pedig hidrogén-szulfid és kén-dioxid formájában is megtalálható. A tengerek fenekén natív kénlerakódások találhatók. De ez mind „tartalék”.
Víz
A bioszférában nincs elterjedtebb anyag. Tartalékai főként a tengerek és óceánok vizeinek sós-keserű formájában vannak - körülbelül 97%. A többi édesvíz, gleccserek, valamint földalatti és talajvíz.
A bioszférában a víz körforgása hagyományosan a tározók és a növényi levelek felszínéről történő elpárologtatásával kezdődik, és körülbelül 500 000 köbmétert tesz ki. km. Csapadék formájában tér vissza, amely vagy közvetlenül visszahullik a víztestekbe, vagy a talajon és a talajvízen áthaladva.
A víz szerepe a bioszférában és evolúciójának története olyan, hogy megjelenésétől kezdve minden élet teljesen a víztől függött. A bioszférában a víz sokszor bomlási és születési ciklusokon ment keresztül élő szervezeteken keresztül.
A víz körforgása nagyrészt fizikai folyamat. Ebben azonban fontos szerepet játszik az állat- és különösen a növényvilág. A víz elpárolgása a falevelek felszínéről olyan mértékű, hogy például egy hektár erdő akár 50 tonna vizet is elpárologtat naponta.
Ha a tározók felszínéről a víz elpárolgása természetes a keringéséhez, akkor az erdős övezetekkel rendelkező kontinenseken ez az egyetlen és fő módja annak megőrzésének. Itt a keringés úgy megy végbe, mintha zárt ciklusban lenne. A csapadék a talajról és a növények felszínéről történő párolgásból képződik.
A fotoszintézis során a növények a vízmolekulában lévő hidrogént felhasználva új szerves vegyületet hoznak létre és oxigént szabadítanak fel. És fordítva, a légzés során az élő szervezetek oxidációs folyamaton mennek keresztül, és újra víz képződik.
A különféle vegyi anyagok keringését leírva szembesülünk azzal, hogy az emberiség aktívabb hatással van ezekre a folyamatokra. Jelenleg a természet több milliárd éves túlélési történetének köszönhetően megbirkózik a megbomlott egyensúlyok szabályozásával és helyreállításával. De a „betegség” első tünetei már ott vannak. Ez pedig az „üvegházhatás”. Amikor két energia: a napenergia és a Földről visszaverődő energia nem védi az élő szervezeteket, hanem éppen ellenkezőleg, erősíti egymást. Ennek eredményeként a környezeti hőmérséklet emelkedik. Milyen következményei lehetnek ennek a növekedésnek a gleccserek felgyorsult olvadásán és az óceánok, a szárazföldek és a növények felszínéről való víz elpárolgásán kívül?
Videó - Az anyagok körforgása a bioszférában
Az összes biogeokémiai ciklus közül a szén-dioxid ciklus az egyik legintenzívebb. Ennek az anyagnak a fő tárolói a következők:
hidroszféra (1,3∙1014 t),
légkör (2,3∙1012 t)
bioszféra (2,0∙1012t szén) (szénben kifejezve).
Az elsődleges szén-dioxid forrása a bioszférában a vulkáni tevékenység, amely a földköpeny és a földkéreg alsó horizontjainak szekuláris gáztalanításához kapcsolódik. A CO2 vándorlása a bioszférában kétféleképpen történik.
Az első módszer a fotoszintézis során történő felszívódása glükóz és más szerves anyagok képződésével, amelyekből minden növényi szövet épül. A növények a fotoszintézis során évente mintegy 150 milliárd tonna szenet vonnak ki CO2 formájában a légkörből és a hidroszférából. Az alábbiakban több lehetőség közül választhat:
növényi légzés;
növényeket a növényevők ehetnek. Ebben az esetben a szén vagy visszakerül a légkörbe (az állatok légzése során és a halál utáni lebomlásuk során), vagy a növényevőket megeszik a húsevők (ebben az esetben a szén a légkörben ismét visszatér azonos módon);
szén maradhat a növényekben, amíg a növények el nem pusztulnak. Ezután molekuláik az élelmiszer-lebontókhoz (olyan szervezetekhez, amelyek elhalt szerves anyagokkal táplálkoznak, és egyúttal egyszerű szervetlen vegyületekké bomlanak le), például gombákhoz és termeszekhez kerülnek. Végül a szén CO2 formájában visszatér a légkörbe;
a növények elpusztulhatnak és a föld alá kerülhetnek. Aztán végül fosszilis tüzelőanyaggá – például szénné – válnak.
A második módszer a tengervízben való feloldódás. A szén-dioxid CO2 illékony és könnyen oldható tulajdonságokkal rendelkezik - 0,88 térfogat 1 térfogat vízben, különösen tengervízben. A légkörből a CO2-t (30%) a hidroszféra adszorbeálja. Körülbelül 100 milliárd tonna CO2 van folyamatos körforgásban a légkör és az óceán között.
A szén-dioxid részt vesz a hidroszférában lezajló reakciókban:
CO2+H2O H2CO3 H+ + HCO3-
Az eredeti CO 2 molekula tengervízben való feloldása esetén több lehetőség is lehetséges:
a szén-dioxid egyszerűen visszatérhet a légkörbe (ez a fajta kölcsönös gázcsere a Világóceán és a légkör között folyamatosan történik);
szén bejuthat a tengeri növények vagy állatok szöveteibe. Ezután fokozatosan felhalmozódik üledék formájában a világóceán fenekén, és végül mészkővé alakul, vagy az üledékekből ismét tengervízbe kerül.
A második módon a szénvándorlást egy karbonátrendszer létrehozásával hajtják végre különböző tározókban, ahol a CO2 H2CO3-ba, HCO13-ba, CO23-ba alakul. A vízben oldott kalcium (vagy magnézium) segítségével biogén és abiogén utakon karbonátok (CaCO3) válnak ki. Vastag mészkőrétegek képződnek. A. B. Ronov szerint a fotoszintetikus termékekben eltemetett szén és a karbonátos kőzetekben lévő szén aránya 1:4.
A nagy szénciklus mellett számos kis szénciklus is létezik a földfelszínen és az óceánban.
A tengervíz savasságát meghatározó CO2-tartalom a karbonát-hidrogén-karbonát puffernek köszönhetően állandó marad. Ez a puffer a következőképpen működik: a szén-dioxid vízben oldódik, és körülbelül 140 billiója van feloldva az óceánokban. t (szemben a légkörben lévő 2,6 billió tonnával). Feleslegben lévő CO2 esetén az oldhatatlan karbonát (CaCO3) oldható Ca(HCO3)2-hidrogén-karbonáttá alakul. CO2 hiányában az oldható bikarbonát oldhatatlan karbonáttá alakul.
A kőzetek mállása során évente megkötött CO2 összmennyisége eléri a 2 milliárd tonna szenet A légköri szén-dioxidot is a kőzetek mállási folyamatára fordítják, ez utóbbiak először közepes karbonátokká, majd szénhidrogénekké alakulnak, amelyek kimosódnak. víz és felhalmozódnak az óceánban. Például a földpátok, különösen az anortit mállásakor kalcium-hidrogén-karbonát képződik:
Ca (Al2 Si2 O8) +CO2 = CaCO3+Al2 O3+2SiO2
CaCO3+CO2+H2O = Ca (HCO3)2
Így a szénkörforgásban a fő szerepet a légköri és a hidroszféra szén-dioxid medencéi játsszák. Ezt az alapot a növények és állatok légzése, valamint az elhalt szerves anyagok lebomlása pótolja. A szén egy része a körforgásból a hulladéklerakókba kerül. Ha a szén beépül az üledékekbe vagy a fosszilis tüzelőanyagokba, az eltávolítható a légkörből. A Föld létezése során az így eltávolított szenet a vulkánkitörések és egyéb geotermikus folyamatok során a légkörbe kerülő szén-dioxid váltotta fel.
A tudományos és technológiai haladás megjelenésével egy másik fontos folyamat jelent meg - a légkör szén-dioxiddal való dúsítása a fosszilis tüzelőanyagok elégetése következtében.
Általánosságban elmondható, hogy antropogén beavatkozás nélkül a biogeokémiai tározókban: a bioszférában (biomassza + talaj és törmelék), az üledékes kőzetekben, az atmoszférában és a hidroszférában a széntartalom a magas fokú állandóság mellett a kiegyensúlyozott áramlásoknak köszönhetően megmarad. A T.A. Akimova, V.V. Haskin (1994), az egyrészt a bioszféra, másrészt a légkör és a hidroszféra közötti állandó széncserét az élő anyag gázfunkciója határozza meg - a fotoszintézis, a légzés és a pusztulás folyamatai. , és körülbelül 60 milliárd tonna/év. A fosszilis tüzelőanyagokban (olaj, gáz, szén stb.) található szén teljes tömegét 3,2 milliárd tonnára becsülik, ami átlagosan 7 millió tonna/év akkumulációs rátának felel meg. Ez a mennyiség jelentéktelen a keringő szén tömegéhez képest, és mintegy kiesett a körforgásból és elveszett benne. Ezért a ciklus nyitottságának (tökéletlenségének) mértéke 10-4, vagyis 0,01%, és ennek megfelelően a zártság mértéke 99,99% - a bioszférában lévő szerves anyagok szintézise és bomlása egymáshoz igazodik. nagyon nagy pontossággal. A szintézis és a bomlás áramlásának a megadott pontossággal való korrelációja a környezet biológiai szabályozásának jelenlétét bizonyítja, hiszen a mennyiségek ilyen pontosságú véletlenszerű kapcsolata évmilliókon keresztül hihetetlen.”
Nem vállalkozunk arra, hogy egyértelműen kijelentsük, hogy a globális klímaváltozás fő oka az emberi tevékenység, de ostobaság is lenne azt állítani, hogy az embernek nincs befolyása a környezetre. Igyekszünk áttekinteni a rendelkezésünkre álló tényeket és ismereteket, és megosztani azokat olvasóinkkal. Az üvegházhatású gázoknak a Föld éves átlaghőmérsékletének növelésére gyakorolt hatásáról eltérőek a vélemények. Egyesek ezt egy világméretű összeesküvésnek tekintik, amelynek célja az energiapiac és általában az ipar befolyási övezeteinek újraelosztása, mások szerint ez a meteorológiai fegyverek tesztelése. A mi feladatunk, hogy különböző véleményeket, tényszerű információkat közöljünk Önnel, hogy Ön kialakíthassa véleményét.
Egy dolog továbbra is tagadhatatlan: erősen és közvetlenül befolyásoljuk bolygónkat és a földi életet, és a mi kezünkben van, hogy ennek a hatásnak az erejét és irányát változtassuk meg – hogy ezt a bolygót virágzó oázissá vagy életre alkalmatlan sivataggá tegyük. Véleményem szerint a technológia modern szintje lehetővé teszi, hogy mindannyian bekapcsolódjunk a környezetbarát társadalom megteremtésének folyamatába, és ahogy az lenni szokott, magunkkal kell kezdenünk.
Ebben a cikkben a szénről – az élet fő építőkövéről – fogunk beszélni. És miért félünk annyira attól, hogy miből áll minden élő forma a Földön?
A természetben a globális szénciklus két fő kategóriába sorolható: a geológiai, amelynek időciklusa évmilliókban van számolva, és a sokkal gyorsabb biológiaira, amelynek időciklusa több naptól több évezredig terjed. Nekünk, embereknek befolyásunk van mindkét kategóriára.
A globális szénciklus a szén mozgása a különböző „tározók” között, és számos különböző kémiai, fizikai, geológiai és biológiai folyamaton keresztül megy végbe. A modern óceán felszíne a legaktívabb széncserélő puffer a Földön, de nagy mélységben nem fordulhat elő ilyen gyors csere a légkörrel.
Az ábrán nyomon követheti a szén fő mozgási irányait és elhelyezkedését a Föld ökoszisztémájában. Általában a szénkoncentráció négy fő helyét szokás megkülönböztetni:
- · Atmoszféra
- Szárazföldi bioszféra, amely olyan élettelen szerves anyagokat foglal magában, mint a talaj és az üledék
- Óceánok, amelyek oldott szenet és élő és élettelen tengeri szerves anyagokat tartalmaznak
- · Szerves eredetű fosszilis erőforrások.
A Föld légkörében a szén elsősorban dioxid (CO2) formájában létezik. És bár tartalma elhanyagolhatónak tűnik (körülbelül 0,04%, és a tudósok szerint folyamatosan növekszik), létfontosságú szerepet játszik a földi élet fenntartásában. Számos más széntartalmú gáz, például a metán is szerepet játszik a szén-anyagcserében. A globális felmelegedés elméletében ezeket a gázokat üvegházhatású gázoknak nevezik, és úgy gondolják, hogy ezeknek a gázoknak a koncentrációjának növekedése vezet üvegházhatáshoz, és ennek következtében globális hőmérséklet-emelkedéshez. .
Szén. Hová megy?
1. A napfény lehetővé teszi, hogy a növények a fotoszintézis jelenségén keresztül felszívják a szén-dioxidot a légkörből, így oxigént szabadítanak fel a légkörbe. A szén legaktívabb, leghatékonyabb és leghosszabb ideig tartó „őrzői” a fák. A fák fejlődése és növekedése során nagyon gyorsan felszívják és felhalmozzák a szenet, amelyet felnőtt korukban több száz évig képesek tárolni. Ezért az erdők megőrzése és bővítése a globális szén-dioxid egyensúly megőrzésének és fenntartásának egyik legfontosabb feladata.
2. Közelebb a pólusokhoz az óceánok felszíne lehűl, a CO2 pedig jobban oldódik. Az óceán hideg vizében a szén-dioxid felszívódik, és amikor a víz felszínén a hőmérséklet emelkedik, felesleges gázt bocsát ki a légkörbe. Ez az oka annak, hogy a globális átlaghőmérséklet emelkedése felgyorsíthatja a légkör természetes szénegyensúlyának megbomlását.
3. Az óceán felső rétegeiben találhatók a legtermékenyebb élőlények, amelyek szövetei, szervei, héjai szén alapúak, és ezáltal felszívják a felső vízrétegekben oldott légköri szenet. A szárazföldi erdők mellett a tengeri élőlények a légköri szén legfontosabb „újrahasznosítói”. A világ óceánjai körülbelül 36 000 gigatonna szenet tartalmaznak. A tengervíz felmelegedése megakadályozza az élő szervezetek szokásos képződését, ezáltal csökkenti a szénabszorpció sebességét.
4. Ahogy a tengeri élőlények elpusztulnak, testük kemény részei, például kagylók, karmok és csontok leülepednek a tengerfenéken, üledéklerakódásokat képezve – egyfajta hosszú távú szénlerakódást.
Szén. Honnan származik?
A szenet többféle módon hasznosítják újra.
1. Állatok és növények légzése.
2. Állatok és növények lebontása. A baktériumok ezt úgy teszik meg, hogy az elhalt állati és növényi szervezetek részeit oxigén vagy metán jelenlétében szén-dioxiddá alakítják át.
3. Nos, ennyi, fosszilis tüzelőanyagok elégetése: olaj, szén, tőzeg és földgáz. Az emberiség és a mi civilizációnk felelős a kibocsátás ezen részéért. És ennek a résznek tulajdonítják a környezetvédők az összes lehetséges bűnt. A környezetvédők érvelésével nehéz nem érteni, különös tekintettel ennek az akciónak a mértékére. Ehhez jön még az erdőtüzek, amelyeket szintén gyakran emberek okoznak.
4. A cementgyártás során kalcium-karbonát (mészkő, CaCO3) hevítésekor szén kerül a légkörbe.
5. Az óceánok felszínének felmelegedése további szén-dioxid-kibocsátáshoz vezet a tengervízből.
6. És természetesen a vulkáni tevékenység szerves része a szénkörforgásnak. A vulkánok gőzt, szén-dioxidot és kén-dioxidot bocsátanak ki.
Hát szén, akkor mi van? 
Amint látjuk, a szén-dioxid nem méreg, nem szennyező anyag, hanem bolygónk életciklusának természetes és szükséges része. Miért ijesztgetnek minket folyamatosan ezzel a szörnyű CO2-vel, szinte minden információforrást felhasználva? Nem az uralkodó elit globális összeesküvését fogjuk itt leleplezni, de azt hiszem, meg tudjuk magyarázni, hogy miért a szén-dioxidot választották „elrettentő” tényezőnek. Valahogy le kell mérni egy ember, vállalkozás, ország, civilizáció természetre gyakorolt befolyásának mértékét, hiszen ez a befolyás már nem maradhat észrevétlen és figyelmen kívül hagyva. A szén-dioxid-kibocsátás szintje pedig ez a kényelmes és univerzális mérték. Meg tudjuk mérni, hogy mennyi energiát fordítanak egy termék vagy szolgáltatás előállítására, de az, hogy ez az energia mennyire volt tiszta, segít pontosan meghatározni a végtermék beszerzésekor a légkörbe kibocsátott szén mennyiségét.
Ebből a célból vezették be a kifejezést ökológiai lábnyom(szénlábnyom), amely megmutatja, hogy egy termék, szolgáltatás vagy más emberi tevékenység mennyibe kerül a környezetnek. Például egy posta kézbesítése elektromos autóval, biciklivel, vagy belsőégésű motoros teherautóval ugyanannyit jelent. végső címzett - egy boríték a postafiókban, de az eredmény a környezet egészére nézve tízszer vagy akár százszor is eltér. Amikor kimész átvenni egy klasszikus teherautóval szállított postát, teljesen más levegőt fogsz belélegezni, és ez nem lesz jobb minden további kézbesítéssel. Tehát amikor csak lehetséges, használjon e-mailt. Mert az e-mail kézbesítése hagy a legkevesebbet ökológiai lábnyom.
