Moddalarning biologik va geologik aylanishlari. Tabiatdagi moddalarning katta geologik va kichik biologik aylanishi

Biosfera paydo bo'lishidan oldin Yerda materiyaning uchta aylanishi mavjud edi: mineral aylanishi - magmatik mahsulotlarning chuqurlikdan sirtga va orqaga harakatlanishi; gaz aylanishi - vaqti-vaqti bilan quyosh tomonidan isitiladigan havo massalarining aylanishi;Suv aylanishi - suvning bug'lanishi va uning havo massalari bilan o'tishi, yog'ingarchilik (yomg'ir, qor). Ushbu uchta tsikl bitta atama bilan birlashtirilgan - geologik (abiotik) sikl. Hayotning paydo bo'lishi bilan gaz, mineral va suv aylanishlari bilan to'ldirildi biotik (biogen) sikl - organizmlarning hayotiy faoliyati bilan amalga oshiriladigan kimyoviy elementlarning aylanishi. Geologik bilan birgalikda bitta biogeokimyoviy sikl Yerdagi moddalar.

Geologik tsikl.

Yer yuzasiga tushadigan quyosh energiyasining yarmiga yaqini suvning bug'lanishiga, tog' jinslarining parchalanishiga, minerallarning erishiga, havo massalari va ular bilan birga suv bug'lari, chang va qattiq nurash zarralarining harakatiga sarflanadi.

Suv va shamolning harakati tuproq eroziyasiga, gidrosfera va litosferada mexanik va kimyoviy yog'inlarning harakatlanishi, qayta taqsimlanishi va to'planishiga olib keladi. Bu tsikl bugungi kunda ham davom etmoqda.

Katta qiziqish Suv aylanishi. Bir yilda gidrosferadan taxminan 3,8 10 14 tonna suv bug'lanadi va faqat 3,4 10 14 tonna suv yog'ingarchilik bilan Yerning suv qobig'iga qaytadi. Yo'qolgan qismi quruqlikka tushadi. Hammasi bo'lib quruqlikka taxminan 1 10 14 tonna yog'ingarchilik tushadi va taxminan 0,6 10 14 tonna suv bug'lanadi. Litosferada hosil bo'lgan ortiqcha suv ko'l va daryolarga, so'ngra Jahon okeaniga quyiladi (2.4-rasm). Er usti oqimi taxminan 0,2 10 14 tonnani tashkil etadi, qolgan 0,2 10 14 tonna suv er osti suvli qatlamlariga kiradi, u erdan suv daryolar, ko'llar va okeanlarga oqib tushadi, shuningdek, er osti suv havzalarini to'ldiradi.

biotik sikl. Bu organik moddalarning sintezi, keyinchalik ularni asl minerallarga yo'q qilish jarayonlariga asoslangan. Organik moddalarni sintez qilish va yo'q qilish jarayonlari tirik materiya mavjudligining asosi va biosfera faoliyatining asosiy xususiyatidir.

Har qanday organizmning hayotiy faoliyati atrof-muhit bilan metabolizmsiz mumkin emas. Metabolizm jarayonida organizm kerakli moddalarni iste'mol qiladi va o'zlashtiradi va chiqindilarni chiqaradi, bizning sayyoramizning hajmi cheksiz emas va oxir-oqibatda barcha foydali moddalar keraksiz chiqindilarga aylanadi. Biroq, evolyutsiya jarayonida ajoyib yechim topildi: jonsiz moddalardan tirik materiyani qura oladigan organizmlardan tashqari, bu murakkab organik moddalarni yangi foydalanishga tayyor bo'lgan dastlabki minerallarga parchalaydigan boshqa organizmlar paydo bo'ldi. "Cheklangan miqdorga cheksizlik xususiyatlarini berishning yagona yo'li", deb yozgan V.R. Uilyams, uni yopiq egri chiziq bo'ylab aylantirishga majbur qilishdir.

Jonli va jonsiz tabiatning o'zaro ta'siri mexanizmi jonsiz materiyaning hayot sohasidagi ishtirokidan iborat. Jonsiz materiyaning tirik organizmlarda bir qator o'zgarishlardan so'ng, u avvalgi asl holatiga qaytadi. Bunday tsikl tirik organizmlar jonsiz tabiat kabi bir xil kimyoviy elementlarni o'z ichiga olganligi sababli mumkin.

Bu tsikl qanday sodir bo'ladi? V.I.Vernadskiy koinotdan keladigan energiyaning asosiy konvertori (asosan quyosh) o'simliklarning yashil moddasi ekanligini isbotladi. Faqat ular quyosh energiyasi ta'sirida birlamchi organik birikmalarni sintez qilishga qodir. Olimning hisob-kitoblariga ko'ra, energiyani o'zlashtiradigan o'simliklarning yashil moddasining umumiy yuzasi yil vaqtiga qarab, Quyosh sirtining 0,86 dan 4,2% gacha. Shu bilan birga, Yerning sirt maydoni

Oziq-ovqatlari o'simliklar yoki boshqa hayvonlar bo'lgan hayvonlar o'z tanalarida yangi organik birikmalarni sintez qiladilar.

Hayvonlar va o'simliklar qoldiqlari qurtlar, zamburug'lar va mikroorganizmlar uchun oziq-ovqat bo'lib xizmat qiladi, ular oxir-oqibat ularni asl minerallarga aylantirib, karbonat angidridni chiqaradi. Bu minerallar yana o'simliklar tomonidan birlamchi organik birikmalarni yaratish uchun dastlabki xom ashyo bo'lib xizmat qiladi. Shunday qilib, aylana yopiladi va atomlarning yangi harakati boshlanadi.

Biroq, moddalarning aylanishi to'liq yopiq emas. Atomlarning bir qismi tsikldan chiqib, tirik organizmlarning yangi shakllari va ularning hayotiy faoliyati mahsulotlari tomonidan o'rnatiladi va tartibga solinadi. Litosfera, gidrosfera va troposferaga kirib borgan tirik organizmlar mavjud moddalarning harakatlanishi va qayta taqsimlanishi va yangilarini yaratish bo'yicha ulkan geokimyoviy ishlarni amalga oshirdi va amalga oshirmoqda. Bu biosferaning progressiv rivojlanishining mohiyatidir, chunki bu biogeokimyoviy tsikllarning ko'lamini kengaytiradi va biosferani mustahkamlaydi. V.I.Vernadskiy ta'kidlaganidek, biosferada atomlarning "girdoblar" shaklida doimiy biogen harakati mavjud.

Geologik tsikldan farqli o'laroq, biotik tsikl ahamiyatsiz energiya iste'moli bilan tavsiflanadi. Yuqorida aytib o'tilganidek, Yer yuzasiga keladigan quyosh energiyasining taxminan 1% birlamchi organik moddalarni yaratishga sarflanadi. Bu energiya sayyoradagi eng murakkab biogeokimyoviy jarayonlarning ishlashi uchun etarli.

Tabiatda moddalarning ikkita asosiy aylanishi mavjud: yirik (geologik) va kichik (biogeokimyoviy).

Geologik - moddalarning katta aylanishi(A ilovasi), quyosh energiyasining Yerning chuqur energiyasi bilan o'zaro ta'siridan kelib chiqadi va biosfera va Yerning chuqur ufqlari o'rtasida materiyaning qayta taqsimlanishini amalga oshiradi. Yer qobig'ining harakatchan zonalarida magmatik jinslarning parchalanishi natijasida hosil bo'lgan cho'kindi jinslar yana yuqori harorat va bosim zonasiga botiriladi. U erda ular erib magma hosil qiladi - yangi magmatik jinslarning manbai. Bu jinslar yer yuzasiga ko'tarilib, nurash jarayonlarini boshdan kechirgandan so'ng, ular yana yangi cho'kindi jinslarga aylanadi. Moddalar aylanishining ramzi hisoblanadi spiral, doira emas. Bu shuni anglatadiki, yangi tsikl eskisini aniq takrorlamaydi, balki vaqt o'tishi bilan juda muhim o'zgarishlarga olib keladigan yangi narsalarni kiritadi.

Buyuk Gyre ham girra hisoblanadi suv atmosfera orqali quruqlik va okean o'rtasida. Jahon okeani yuzasidan bugʻlangan namlik quruqlikka koʻchiriladi, u yerda yogʻingarchilik shaklida tushadi, u yer usti va er osti oqimi koʻrinishida okeanga qaytadi.

Suv aylanishi ham oddiyroq sxema bo'yicha: okean yuzasidan namlikning bug'lanishi - suv bug'ining kondensatsiyasi - yog'ingarchilik okeanning bir xil suv yuzasiga.

Har yili Yerdagi suv aylanishida 500 ming km3 dan ortiq suv ishtirok etishi taxmin qilinadi. Umuman olganda, suv aylanishi sayyoramizdagi tabiiy sharoitlarni shakllantirishda katta rol o'ynaydi. O'simliklar tomonidan suvning transpiratsiyasi va uning biogeokimyoviy aylanish jarayonida so'rilishini hisobga oladigan bo'lsak, Yerdagi barcha suv zaxiralari 2 million yil ichida buziladi va tiklanadi.

Biosferadagi moddalarning kichik aylanishi (biogeokimyoviy) (B ilova). Katta tsikldan farqli o'laroq, u faqat biosferada sodir bo'ladi. Uning mohiyati fotosintez jarayonida noorganik birikmalardan tirik moddaning hosil boʻlishi va parchalanish jarayonida organik moddalarning yana noorganik birikmalarga aylanishidan iborat. Bu tsikl biosfera hayoti uchun asosiy hisoblanadi va uning o'zi hayotning yaratilishidir. Tirik materiya o'zgarishi, tug'ilishi va o'lishi orqali sayyoramizdagi hayotni qo'llab-quvvatlaydi, moddalarning biogeokimyoviy aylanishini ta'minlaydi. Tsikldagi asosiy energiya manbai fotosintezni keltirib chiqaradigan quyosh radiatsiyasidir. Bu energiya butun dunyo bo'ylab notekis taqsimlangan. Misol uchun, ekvatorda maydon birligiga to'g'ri keladigan issiqlik miqdori Shpitsbergen arxipelagiga (80 ° N) nisbatan uch baravar ko'p. Bundan tashqari, u ko'zgu orqali yo'qoladi, tuproq tomonidan so'riladi va suv transpiratsiyasiga sarflanadi. Yuqorida aytib o'tganimizdek, barcha energiyaning 5% dan ko'pi fotosintezga sarflanmaydi, lekin ko'pincha 2-3%.

Bir qator ekotizimlarda materiya va energiyaning uzatilishi birinchi navbatda trofik zanjirlar orqali sodir bo'ladi.

Ushbu tsikl odatda deyiladi biologik. U trofik zanjir tomonidan qayta-qayta ishlatiladigan moddalarning yopiq aylanishini nazarda tutadi. U suv ekotizimlarida, ayniqsa intensiv metabolizmi bilan planktonda uchraydi, lekin quruqlik ekotizimlarida emas, tropik yomg'ir o'rmonlari bundan mustasno, bu erda ozuqa moddalarining o'simlikdan o'simlikka o'tishi tuproq yuzasida ildizlar bilan sodir bo'lishi mumkin.

Biroq, butun biosfera miqyosida bunday aylanish mumkin emas. Bu erda biogeokimyoviy tsikl ishlaydi, ya'ni makro va mikroelementlar va oddiy noorganik moddalarning atmosfera, gidrosfera va litosfera moddasi bilan almashinuvi.

Ayrim moddalarning aylanishi - V.I. Vernadskiy biogeokimyoviy sikllar deb atagan. Asosiysi, organizm tomonidan so'rilgan kimyoviy elementlar keyinchalik uni tark etib, abiotik muhitga o'tadi va keyin, bir muncha vaqt o'tgach, ular yana tirik organizmga kiradi. Bunday elementlar biofil deb ataladi. Bu tsikllar va umuman aylanish biosferadagi tirik materiyaning eng muhim funktsiyalarini ta'minlaydi. V. I. Vernadskiy shunday besh funktsiyani aniqlaydi:

- birinchi vazifasi - gaz - Yer atmosferasining asosiy gazlari, azot va kislorod, barcha er osti gazlari kabi biogen kelib chiqishi - o'lik organik moddalarning parchalanishi mahsuloti;

- ikkinchi funktsiyasi - konsentratsiya - organizmlar o'z tanasida ko'plab kimyoviy elementlarni to'playdi, ular orasida uglerod birinchi o'rinda turadi, metallar orasida - kaltsiy, kremniy kontsentratorlari diatomlar, yod - suv o'tlari (kelp), fosfor - umurtqali hayvonlarning skeletlari;

- uchinchi funktsiyasi - oksidlanish-qaytarilish - suv havzalarida yashovchi organizmlar kislorod rejimini tartibga soladi va o'zgaruvchan valentlikka ega bo'lgan bir qator metallar (V, Mn, Fe) va metall bo'lmaganlar (S) ning erishi yoki cho'kishi uchun sharoit yaratadi;

- to'rtinchi funktsiya - biokimyoviy - tirik materiyaning ko'payishi, o'sishi va kosmosda harakati ("tarqalishi");

- beshinchi funktsiya - insonning biogeokimyoviy faolligi - yer qobig'idagi barcha o'sib borayotgan moddalar miqdorini qamrab oladi.

Binobarin, shuni ta'kidlash kerakki, Yerda isrof qilmaydigan, aksincha, quyosh energiyasini bog'laydigan va hatto uni to'playdigan yagona jarayon mavjud - bu fotosintez natijasida organik moddalarning yaratilishi. Erdagi moddalar aylanishining asosiy sayyoraviy funktsiyasi quyosh energiyasini bog'lash va saqlashdan iborat.

1-sahifa

Buyuk geologik tsikl cho'kindi jinslarni er qobig'iga chuqur tortadi, ular tarkibidagi elementlarni biologik aylanish tizimidan doimiy ravishda chiqarib tashlaydi. Geologik tarix davomida oʻzgargan choʻkindi jinslar yana Yer yuzasida tirik organizmlar, suv va havo faoliyati taʼsirida asta-sekin nobud boʻladi va yana biosfera aylanishiga kiradi.  

Buyuk geologik tsikl yuz minglab yoki millionlab yillar davomida sodir bo'ladi. Bu quyidagicha: tog 'jinslari vayron bo'ladi, parchalanadi va oxir-oqibat Jahon okeaniga suv oqimlari bilan yuviladi. Bu erda ular cho'kindi hosil qilib, tubiga cho'kadi va faqat qisman odamlar yoki boshqa hayvonlar tomonidan suvdan olib tashlangan organizmlar bilan quruqlikka qaytadi.  

Katta geologik siklning asosini tirik materiya ishtirokisiz mineral birikmalarni sayyora miqyosida bir joydan ikkinchi joyga ko‘chirish jarayoni tashkil etadi.  

Kichik sikldan tashqari katta, geologik sikl ham mavjud. Ba'zi moddalar Yerning chuqur qatlamlariga (dengiz tubi cho'kindilari yoki boshqa vositalar orqali) kiradi, bu erda turli xil mineral va organik birikmalar hosil bo'lishi bilan sekin o'zgarishlar sodir bo'ladi. Geologik aylanish jarayonlari asosan Yerning ichki energiyasi, uning faol yadrosi tomonidan quvvatlanadi. Xuddi shu energiya moddalarning Yer yuzasiga chiqishiga yordam beradi. Shunday qilib, moddalarning katta aylanishi yopiladi. Bu millionlab yillar davom etadi.  

Moddalarning katta geologik aylanishining tezligi va intensivligiga kelsak, hozirgi vaqtda faqat taxminiy hisob-kitoblar mavjud, keyin esa faqat umumiy tsiklning ekzogen komponenti uchun, ya'ni. mantiyadan yer qobig'iga moddalarning kirib kelishini hisobga olmagan holda.  

Bu uglerod katta geologik tsiklda ishtirok etadi. Bu uglerod kichik biotik sikl jarayonida biosfera va umuman hayotning gaz balansini saqlaydi.  

Biosfera va texnosfera tarkibiy qismlarining Yerdagi moddalarning katta geologik aylanishiga qo'shgan hissasi juda katta: inson ishlab chiqarish faoliyati ko'lamining kengayishi hisobiga texnosfera komponentlarining doimiy progressiv o'sishi mavjud.  

Er yuzasida asosiy texno-geokimyoviy oqim moddalarning katta geologik aylanishi doirasida quruqlikning 70% okeanga va 30% yopiq drenajsiz chuqurliklarga, lekin har doim yuqoridan pastroq balandliklarga yo'naltirilganligi sababli. tortishish kuchlarining ta'siri natijasida yer qobig'i moddasining balanddan past balandliklarga, quruqlikdan okeanga farqlanishi. Teskari oqimlar (atmosfera transporti, inson faoliyati, tektonik harakatlar, vulqonizm, organizmlar migratsiyasi) materiyaning bu umumiy pastga siljishini ma'lum darajada murakkablashtiradi, mahalliy migratsiya davrlarini yaratadi, lekin uni umuman o'zgartirmaydi.  

Atmosfera orqali quruqlik va okean o'rtasidagi suvning aylanishi buyuk geologik tsiklning bir qismidir. Suv okeanlar yuzasidan bug'lanadi va quruqlikka ko'chiriladi, u erda yog'ingarchilik sifatida tushadi, u yer usti va er osti oqimi shaklida okeanga qaytadi yoki okean yuzasiga yog'ingarchilik sifatida tushadi. Har yili Yerdagi suv aylanishida 500 ming km3 dan ortiq suv ishtirok etadi. Umuman olganda, suv aylanishi sayyoramizdagi tabiiy sharoitlarni shakllantirishda katta rol o'ynaydi. O'simliklar tomonidan suvning transpiratsiyasi va uning biogeokimyoviy aylanish jarayonida so'rilishini hisobga olgan holda, Yerdagi butun suv ta'minoti buziladi va 2 million yil ichida tiklanadi.  

Uning formulasiga ko'ra, moddalarning biologik aylanishi tabiatdagi moddalarning katta geologik aylanishi traektoriyasining bir qismida rivojlanadi.  

Er usti va er osti suvlari bilan moddalarning ko'chishi er erlarini geokimyoviy jihatdan farqlashning asosiy omili bo'lib, biroq yagona emas va agar biz umuman yer yuzasida moddalarning katta geologik aylanishi haqida gapiradigan bo'lsak, u holda oqimlar unda, xususan, okean va atmosfera transporti juda muhim rol o'ynaydi.  

Moddalarning katta geologik aylanishining tezligi va intensivligiga kelsak, hozirgi vaqtda faqat taxminiy hisob-kitoblar mavjud, keyin esa faqat umumiy tsiklning ekzogen komponenti uchun, ya'ni. mantiyadan yer qobig'iga moddalarning kirib kelishini hisobga olmagan holda. Moddalarning katta geologik aylanishining ekzogen komponenti doimiy ravishda er yuzasini denudatsiya qilish jarayonidir.  

Jonli va jonsiz tabiat o'rtasidagi munosabatlarni kuzatish uchun biosferada moddalarning aylanishi qanday sodir bo'lishini tushunish kerak.

Ma'nosi

Moddalar aylanishi - litosfera, gidrosfera va atmosferada sodir bo'ladigan jarayonlarda bir xil moddalarning takroriy ishtiroki.

Ikki turdagi moddalar aylanishi mavjud:

• geologik(ajoyib tsikl);
• biologik(kichik girra).

Moddalarning geologik aylanishining harakatlantiruvchi kuchi tashqi (quyosh radiatsiyasi, tortishish) va ichki (Yerning ichki qismining energiyasi, harorat, bosim) geologik jarayonlar, biologik jarayonlar - tirik mavjudotlar faoliyati.

Buyuk tsikl tirik organizmlarning ishtirokisiz sodir bo'ladi. Tashqi va ichki omillar ta'sirida relyef hosil bo'ladi va tekislanadi. Zilzilalar, nurash, vulqon otilishi, yer qobig'ining harakatlanishi natijasida vodiylar, tog'lar, daryolar, tepaliklar hosil bo'ladi, geologik qatlamlar hosil bo'ladi.

Guruch. 1. Geologik sikl.

Biosferadagi moddalarning biologik aylanishi oziq-ovqat zanjiri bo'ylab energiyani aylantiruvchi va uzatuvchi tirik organizmlar ishtirokida sodir bo'ladi. Tirik (biotik) va tirik bo'lmagan (abiotik) moddalar o'rtasidagi barqaror o'zaro ta'sir tizimi biogeotsenoz deb ataladi.

TOP 3 ta maqolabu bilan birga o'qiyotganlar

Moddalarning aylanishi sodir bo'lishi uchun, Bir nechta shartlar bajarilishi kerak:

• 40 ga yaqin kimyoviy elementlarning mavjudligi;
• quyosh energiyasining mavjudligi;
• tirik organizmlarning o'zaro ta'siri.

Guruch. 2. Biologik aylanish.

Moddalar aylanishining o'ziga xos boshlanish nuqtasi yo'q. Jarayon uzluksiz bo'lib, bir bosqich boshqasiga o'tadi. Tsiklga istalgan nuqtadan qarashni boshlashingiz mumkin, mohiyat bir xil bo'lib qoladi.

Moddalarning umumiy aylanishi quyidagi jarayonlarni o'z ichiga oladi:

• fotosintez;
• metabolizm;
• parchalanish.

Oziq-ovqat zanjirida ishlab chiqaruvchilar bo'lgan o'simliklar quyosh energiyasini organik moddalarga aylantiradi, ular parchalanuvchi hayvonlarning tanasiga oziq-ovqat bilan kiradi. O'limdan keyin o'simliklar va hayvonlarning parchalanishi iste'molchilar - bakteriyalar, zamburug'lar, qurtlar yordamida sodir bo'ladi.

Guruch. 3. Oziq-ovqat zanjiri.

Moddalar aylanishi

Tabiatdagi moddalarning joylashishiga qarab ular farqlanadi aylanishning ikki turi:

• gaz- gidrosfera va atmosferada (kislorod, azot, uglerod) uchraydi;
• cho'kindi- yer qobig'ida (kaltsiy, temir, fosfor) uchraydi.

Biosferadagi moddalar va energiyaning aylanishi jadvalda bir nechta elementlar misolida tasvirlangan.

Minerallar va suvning katta geologik aylanishi juda ko'p miqdordagi abiotik omillar ta'siri ostida sodir bo'ladi.

4.3.1. Katta geologik siklda moddalarning aylanishi.

Litosfera plitalari nazariyasiga ko'ra, Yerning tashqi qobig'i bir nechta juda katta bloklardan (plastinkalardan) iborat. Ushbu nazariya qalinligi 100-150 km bo'lgan kuchli litosfera plitalarining gorizontal harakati mavjudligini taxmin qiladi.

Bundan tashqari, o'rta okean tizmalarida, rift zonasi deb ataladi. Litosfera plitalari yorilib, yosh okean qobig'ining shakllanishi bilan ajralib chiqadi

Bu hodisa okean tubining tarqalishi deb ataladi. Shunday qilib, mantiya chuqurligidan mineral moddalar oqimi ko'tarilib, yosh kristalli jinslarni hosil qiladi.

Ushbu jarayondan farqli o'laroq, chuqur dengiz okean xandaqlari zonasida materik qobig'ining bir qismi doimiy ravishda boshqasiga surilib turadi, bu esa plastinkaning periferik qismini mantiyaga, ya'ni bir qismiga botirish bilan birga keladi. er qobig'ining qattiq moddasi yer mantiyasi tarkibiga o'tadi. Chuqur okean xandaqlarida sodir bo'ladigan jarayon okean qobig'ining subduktsiyasi deb ataladi.

Sayyoradagi suv aylanishi doimo va hamma joyda ishlaydi. Suv aylanishining harakatlantiruvchi kuchlari issiqlik energiyasi va tortishishdir. Issiqlik ta'sirida bug'lanish, suv bug'ining kondensatsiyasi va boshqa jarayonlar sodir bo'ladi, bu esa quyoshdan keladigan energiyaning taxminan 50% ni sarflaydi. Gravitatsiya ta'sirida - yomg'ir tomchilarining tushishi, daryolar oqimi, tuproq va er osti suvlarining harakati. Ko'pincha bu sabablar birgalikda harakat qiladi, masalan, issiqlik jarayonlari ham, tortishish ham suvning atmosfera aylanishiga ta'sir qiladi.

4.3.2. Jonsiz tabiatdagi elementlarning aylanishi

U ikki usulda amalga oshiriladi: suv va havo migratsiyasi. Havo migrantlariga quyidagilar kiradi: kislorod, vodorod, azot, yod.

Suv migrantlariga asosan tuproqlarda, er usti va er osti suvlarida, asosan molekulalar va ionlar shaklida ko'chib yuradigan moddalar kiradi: natriy, magniy, alyuminiy, kremniy, fosfor, oltingugurt, xlor, kaliy, marganets, temir, kobalt, nikel, stronsiy , qo'rg'oshin va boshqalar. Havo migrantlari ham suvda ko'chib yuruvchi tuzlarning bir qismidir. Biroq, ular uchun havo migratsiyasi ko'proq xosdir.

4.4 Kichik (biologik) sikl

Biosferadagi tirik materiyaning massasi nisbatan kichik. Agar u yer yuzasiga tarqalgan bo'lsa, natijada atigi 1,5 sm qatlam hosil bo'ladi 4.1-jadvalda biosfera va Yerning boshqa geosferalarining ayrim miqdoriy xususiyatlari taqqoslanadi. Sayyoramizning boshqa qobiqlarining massasidan 10-6 baravar kam bo'lgan biosfera beqiyos darajada xilma-xillikka ega va tarkibini million marta tezroq yangilaydi.

4.1-jadval

Biosferani Yerning boshqa geosferalari bilan solishtirish

*Tirik moddaning tirik vazniga asoslangan

4.4.1. Biosferaning funktsiyalari

Biosfera biotasi tufayli sayyoradagi kimyoviy o'zgarishlarning asosiy qismi sodir bo'ladi. Shuning uchun V.I.ning hukmi. Vernadskiy tirik materiyaning ulkan transformatsion geologik roli haqida. Organik evolyutsiya jarayonida tirik organizmlar o'z a'zolari, to'qimalari, hujayralari va qonlari orqali butun atmosfera, Jahon okeanining butun hajmi, tuproq massasining katta qismi va mineral moddalarning katta massasini ming marta bosib o'tgan ( turli davrlar uchun 103 dan 105 martagacha). Va ular nafaqat sog'inibgina qolmay, balki erning muhitini o'z ehtiyojlariga mos ravishda o'zgartirdilar.

Quyosh energiyasini kimyoviy aloqalar energiyasiga aylantirish qobiliyati tufayli o'simliklar va boshqa organizmlar sayyora miqyosida bir qator fundamental biogeokimyoviy funktsiyalarni bajaradilar.

Gaz funktsiyasi. Tirik mavjudotlar fotosintez va nafas olish jarayonlari orqali atrof-muhit bilan doimo kislorod va karbonat angidrid almashadilar. O'simliklar sayyoramizning geokimyoviy evolyutsiyasida qaytaruvchi muhitdan oksidlovchi muhitga o'tishda va zamonaviy atmosferaning gaz tarkibini shakllantirishda hal qiluvchi rol o'ynadi. O'simliklar barcha zamonaviy tirik organizmlar uchun maqbul bo'lgan O2 va CO2 kontsentratsiyasini qat'iy nazorat qiladi.

Konsentratsiya funktsiyasi. Tirik organizmlar o'z tanasi orqali katta hajmdagi havo va tabiiy eritmalarni o'tkazib, biogen migratsiyani (kimyoviy moddalar harakati) va kimyoviy elementlar va ularning birikmalarini kontsentratsiyasini amalga oshiradilar. Bu organik moddalarning biosintezi, marjon orollarining paydo bo'lishi, qobiq va skeletlarning qurilishi, cho'kindi ohaktosh qatlamlarining paydo bo'lishi, ba'zi metall rudalarining konlari, okean tubida temir-marganets tugunlarining to'planishi va boshqalar bilan bog'liq. biologik evolyutsiyaning dastlabki bosqichlari suv muhitida sodir bo'lgan. Organizmlar suyultirilgan suvli eritmadan kerakli moddalarni ajratib olishni o'rgandilar, ularning organizmidagi konsentratsiyasini qayta-qayta oshirdilar.

Tirik moddaning oksidlanish-qaytarilish funktsiyasi elementlarning biogen migratsiyasi va moddalar konsentratsiyasi bilan chambarchas bog'liq. Tabiatdagi ko'pgina moddalar barqaror va normal sharoitda oksidlanishga uchramaydi, masalan, molekulyar azot eng muhim biogen elementlardan biridir. Ammo tirik hujayralar shunday kuchli katalizatorlar - fermentlarga egaki, ular abiotik muhitda sodir bo'ladigan ko'plab oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarini millionlab marta tezroq amalga oshirishga qodir.

Biosferaning tirik moddasining axborot funktsiyasi. Aynan birinchi ibtidoiy tirik mavjudotlarning paydo bo'lishi bilan sayyorada faol ("tirik") ma'lumotlar paydo bo'ldi, bu "o'lik" ma'lumotlardan farq qiladi, bu strukturaning oddiy aksidir. Organizmlar energiya oqimini dastur rolini o'ynaydigan faol molekulyar tuzilish bilan birlashtirib, ma'lumot olishga qodir bo'lib chiqdi. Molekulyar axborotni idrok etish, saqlash va qayta ishlash qobiliyati tabiatda tez evolyutsiyaga uchradi va eng muhim ekologik tizimni tashkil etuvchi omilga aylandi. Biotaning genetik ma'lumotlarining umumiy ta'minoti 1015 bitga baholanadi. Global biotaning barcha hujayralarida metabolizm va energiya bilan bog'liq molekulyar ma'lumotlar oqimining umumiy quvvati 1036 bit / s ga etadi (Gorshkov va boshqalar, 1996).

4.4.2. Biologik siklning tarkibiy qismlari.

Biologik aylanish biosferaning barcha tarkibiy qismlari (ya'ni, tuproq, havo, suv, hayvonlar, mikroorganizmlar va boshqalar) o'rtasida sodir bo'ladi. Bu tirik organizmlarning majburiy ishtiroki bilan sodir bo'ladi.

Biosferaga tushadigan quyosh radiatsiyasi yiliga taxminan 2,5 * 1024 J energiya olib yuradi. Uning faqat 0,3% fotosintez jarayonida bevosita organik moddalarning kimyoviy bog'lanish energiyasiga aylanadi, ya'ni. biologik aylanishda ishtirok etadi. Yerga tushadigan quyosh energiyasining 0,1-0,2 foizi esa sof birlamchi ishlab chiqarishda bo‘ladi. Ushbu energiyaning keyingi taqdiri oziq-ovqatning organik moddalarini trofik zanjirlar kaskadlari orqali o'tkazish bilan bog'liq.

Biologik aylanishni shartli ravishda bir-biriga bog'langan tarkibiy qismlarga bo'lish mumkin: moddalar aylanishi va energiya aylanishi.

4.4.3. Energiya aylanishi. Biosferada energiyaning o'zgarishi

Ekotizimni doimiy ravishda energiya, materiya va ma'lumot almashinadigan tirik organizmlar to'plami deb ta'riflash mumkin. Energiyani ish qilish qobiliyati sifatida aniqlash mumkin. Energiyaning xossalari, jumladan, ekotizimlardagi energiya harakati termodinamika qonunlari bilan tavsiflanadi.

Termodinamikaning birinchi qonuni yoki energiyaning saqlanish qonuni energiya yo'qolib ketmaydi yoki yangidan yaratilmaydi, u faqat bir shakldan ikkinchisiga o'tadi, deb ta'kidlaydi.

Termodinamikaning ikkinchi qonuni yopiq tizimda entropiya faqat ortishi mumkinligini aytadi. Ekotizimlardagi energiyaga nisbatan quyidagi formula qulaydir: energiyaning o'zgarishi bilan bog'liq jarayonlar faqat energiya konsentrlangan shakldan tarqoq shaklga o'tishi, ya'ni parchalanishi sharti bilan o'z-o'zidan sodir bo'lishi mumkin. Foydalanish uchun yaroqsiz bo'lib qolgan energiya miqdorining o'lchovi yoki energiyaning buzilishi paytida sodir bo'ladigan tartib o'zgarishining o'lchovi entropiyadir. Tizimning tartibi qanchalik baland bo'lsa, uning entropiyasi shunchalik past bo'ladi.

Boshqacha qilib aytganda, tirik materiya fazo va quyosh energiyasini oladi va yerdagi jarayonlar (kimyoviy, mexanik, issiqlik, elektr) energiyasiga aylantiradi. Bu energiya va noorganik moddalarni biosferadagi moddalarning uzluksiz aylanishiga jalb qiladi. Biosferadagi energiya oqimi bir yo'nalishga ega - Quyoshdan o'simliklar (avtotroflar) orqali hayvonlarga (geterotroflar). Doimiy tanqidiy ekologik ko'rsatkichlarga ega (gomeostaz) barqaror holatda bo'lgan tabiiy tegmagan ekotizimlar eng tartibli tizimlar bo'lib, eng past entropiya bilan tavsiflanadi.

4.4.4. Tirik tabiatdagi moddalar aylanishi

Tirik moddaning paydo bo'lishi va uning parchalanishi kimyoviy elementlarning biologik aylanishi deb ataladigan yagona jarayonning ikki tomonidir. Hayot - bu organizmlar va atrof-muhit o'rtasidagi kimyoviy elementlarning aylanishi.

Tsiklning sababi - organizmlar tanasi qurilgan elementlarning cheklangan soni. Har bir organizm hayot uchun zarur bo'lgan moddalarni atrof-muhitdan ajratib oladi va foydalanilmaganlarini qaytaradi. Bunda:

Ba'zi organizmlar to'g'ridan-to'g'ri atrof-muhitdan minerallarni iste'mol qiladilar;

boshqalar birinchi navbatda qayta ishlangan va izolyatsiya qilingan mahsulotlardan foydalanadilar;

uchinchi - ikkinchi va boshqalar, moddalar atrof-muhitga asl holatiga qaytgunga qadar.

Biosferada bir-birining chiqindi mahsulotlarini ishlatishga qodir bo'lgan turli organizmlarning birgalikda yashashiga aniq ehtiyoj bor. Biz deyarli chiqindisiz biologik ishlab chiqarishni ko'ramiz.

Tirik organizmlardagi moddalarning aylanishini taxminan to'rtta jarayonga qisqartirish mumkin:

1. Fotosintez. Fotosintez natijasida o'simliklar quyosh energiyasini o'zlashtiradi va to'playdi va organik moddalarni - birlamchi biologik mahsulotlarni va noorganik moddalardan kislorodni sintez qiladi. Birlamchi biologik mahsulotlar juda xilma-xildir - ular tarkibida uglevodlar (glyukoza), kraxmal, tolalar, oqsillar va yog'lar mavjud.

Eng oddiy uglevod (glyukoza) uchun fotosintez sxemasi quyidagi sxemaga ega:

Bu jarayon faqat kun davomida sodir bo'ladi va o'simlik massasining ko'payishi bilan birga keladi.

Yerda har yili fotosintez natijasida 100 milliard tonnaga yaqin organik moddalar hosil bo'ladi, 200 milliard tonna karbonat angidrid so'riladi va taxminan 145 milliard tonna kislorod chiqariladi.

Fotosintez Yerda hayot mavjudligini ta'minlashda hal qiluvchi rol o'ynaydi. Uning global ahamiyati shundan iboratki, fotosintez termodinamik jarayonda minimalist printsipga muvofiq energiya tarqalmagan, aksincha, to'plangan yagona jarayondir.

Oqsillarni qurish uchun zarur bo'lgan aminokislotalarni sintez qilish orqali o'simliklar boshqa tirik organizmlardan nisbatan mustaqil ravishda mavjud bo'lishi mumkin. Bu o'simliklarning avtotrofiyasini (oziqlanishda mustaqillik) namoyon qiladi. Shu bilan birga, o'simliklarning yashil massasi va fotosintez jarayonida hosil bo'lgan kislorod keyingi tirik organizmlar guruhi - hayvonlar, mikroorganizmlar hayotini ta'minlash uchun asosdir. Bu organizmlar guruhining geterotrofiyasini ko'rsatadi.

2. Nafas olish. Jarayon fotosintezning teskarisidir. Barcha tirik hujayralarda uchraydi. Nafas olish jarayonida organik moddalar kislorod bilan oksidlanadi, natijada karbonat angidrid, suv hosil bo'ladi va energiya ajralib chiqadi.

3. Avtotrof va geterotrof organizmlar orasidagi oziq (trofik) aloqalar. Bunday holda, energiya va materiya oziq-ovqat zanjirining bo'g'inlari bo'ylab uzatiladi, biz ilgari batafsilroq muhokama qildik.

4. Transpiratsiya jarayoni. Biologik sikldagi eng muhim jarayonlardan biri.

Uni sxematik tarzda quyidagicha tasvirlash mumkin. O'simliklar ildizlari orqali tuproq namligini o'zlashtiradi. Shu bilan birga, ular suvda erigan minerallarni oladi, ular so'riladi va namlik atrof-muhit sharoitlariga qarab ko'proq yoki kamroq intensiv bug'lanadi.

4.4.5. Biogeokimyoviy sikllar

Geologik va biologik tsikllar bir-biriga bog'langan - ular biogeokimyoviy tsikllar (BGCC) deb ataladigan moddalarning aylanishini keltirib chiqaradigan yagona jarayon sifatida mavjud. Elementlarning bu aylanishi ekotizimdagi organik moddalarning sintezi va parchalanishi bilan bog'liq (4.1-rasm) BGCCda biosferaning barcha elementlari emas, balki faqat biogenlar ishtirok etadi. Tirik organizmlar ulardan tashkil topgan bu elementlar ko'plab reaktsiyalarga kirishadi va tirik organizmlarda sodir bo'ladigan jarayonlarda ishtirok etadilar. Biosferadagi tirik moddalarning umumiy massasi foizlarda quyidagi asosiy biogen elementlardan iborat: kislorod - 70%, uglerod - 18%, vodorod - 10,5%, kaltsiy - 0,5%, kaliy - 0,3%, azot - 0, 3% (kislorod, vodorod, azot, uglerod barcha landshaftlarda mavjud va tirik organizmlarning asosini tashkil etadi - 98%).

Kimyoviy elementlarning biogen migratsiyasining mohiyati.

Shunday qilib, biosferada moddalarning biogen aylanishi (ya'ni organizmlarning hayotiy faoliyatidan kelib chiqadigan tsikl) va energiyaning bir yo'nalishli oqimi mavjud. Kimyoviy elementlarning biogen migratsiyasi asosan ikkita qarama-qarshi jarayon bilan belgilanadi:

1. Quyosh energiyasi hisobiga atrof-muhit elementlaridan tirik materiyaning paydo bo'lishi.

2. Energiyaning chiqishi bilan birga organik moddalarni yo'q qilish. Bunday holda, mineral moddalarning elementlari tirik organizmlarga qayta-qayta kiradi va shu bilan murakkab organik birikmalar, shakllar tarkibiga kiradi, so'ngra ular yo'q qilinganda ular yana mineral shaklga ega bo'ladilar.

Tirik organizmlarning bir qismi bo'lgan, ammo biogen deb tasniflanmagan elementlar mavjud. Bunday elementlar organizmlardagi og'irlik ulushiga ko'ra tasniflanadi:

Makroelementlar - massaning kamida 10-2% ni tashkil qiladi;

Mikroelementlar - massaning 9 * 10-3 dan 1 * 10-3% gacha bo'lgan komponentlar;

Ultramikroelementlar - massaning 9 * 10-6% dan kam;

Biogen elementlarning biosferaning boshqa kimyoviy elementlari orasidagi o'rnini aniqlash uchun ekologiyada qabul qilingan tasnifni ko'rib chiqaylik. Biosferada sodir bo'ladigan jarayonlardagi faolligiga ko'ra barcha kimyoviy elementlar 6 guruhga bo'linadi:

Noble gazlar - geliy, neon, argon, kripton, ksenon. Inert gazlar tirik organizmlarning bir qismi emas.

Nobel metallar - ruteniy, radiy, palladiy, osmiy, iridiy, platina, oltin. Bu metallar er qobig'ida deyarli hech qanday birikma hosil qilmaydi.

Tsiklik yoki biogen elementlar (ular migratsiya deb ham ataladi). Yer qobig'idagi bu biogen elementlar guruhi umumiy massaning 99,7% ni, qolgan 5 guruh esa 0,3% ni tashkil qiladi. Shunday qilib, elementlarning asosiy qismi geografik konvertda aylanib yuradigan migrantlardir va inert elementlarning qismi juda kichikdir.

Erkin atomlarning ustunligi bilan ajralib turadigan tarqoq elementlar. Ular kimyoviy reaksiyalarga kirishadi, lekin ularning birikmalari er qobig'ida kamdan-kam uchraydi. Ular ikkita kichik guruhga bo'lingan. Birinchisi - rubidiy, seziy, niobiy, tantal - er qobig'ining chuqurligida birikmalar hosil qiladi va sirtda ularning minerallari yo'q qilinadi. Ikkinchisi - yod, brom - faqat sirtda reaksiyaga kirishadi.

Radioaktiv elementlar - poloniy, radon, radiy, uran, neptuniy, plutoniy.

Noyob tuproq elementlari - itriy, samarium, evropiy, tuliy va boshqalar.

Butun yil davomida biokimyoviy aylanishlar taxminan 480 milliard tonna materiyani harakatga keltirdi.

IN VA. Vernadskiy kimyoviy elementlarning biogen migratsiyasining mohiyatini tushuntiruvchi uchta biogeokimyoviy tamoyilni ishlab chiqdi:

Biosferadagi kimyoviy elementlarning biogen migratsiyasi doimo uning maksimal namoyon bo'lishiga intiladi.

Turlarning geologik vaqt davomida evolyutsiyasi barqaror hayot shakllarini yaratishga olib keladi, atomlarning biogen migratsiyasini kuchaytiradigan yo'nalishda boradi.

Tirik materiya o'z muhiti bilan uzluksiz kimyoviy almashinuvda bo'lib, biosferani qayta yaratuvchi va saqlab turuvchi omil hisoblanadi.

Keling, ushbu elementlarning ba'zilari biosferada qanday harakat qilishini ko'rib chiqaylik.

Uglerod aylanishi. Biotik siklning asosiy ishtirokchisi organik moddalarning asosi sifatida ugleroddir. Uglerod aylanishi, birinchi navbatda, fotosintez jarayoni orqali tirik materiya va atmosfera karbonat angidrid o'rtasida sodir bo'ladi. Uni oʻtxoʻrlar oziq-ovqatdan, oʻtxoʻr hayvonlardan esa yirtqichlardan oladi. Nafas olish va parchalanish jarayonida karbonat angidrid qisman atmosferaga qaytariladi, bu organik minerallar yondirilganda sodir bo'ladi.

Atmosferaga uglerod qaytarilmasa, u 7-8 yil ichida yashil o'simliklar tomonidan iste'mol qilinadi. Fotosintez orqali biologik uglerod almashinuvi tezligi 300 yil. Atmosferadagi CO2 miqdorini tartibga solishda okeanlar katta rol o'ynaydi. Agar atmosferadagi CO2 miqdori oshsa, uning bir qismi suvda eriydi va kaltsiy karbonat bilan reaksiyaga kirishadi.

Kislorod aylanishi.

Kislorod yuqori kimyoviy faollikka ega va er qobig'ining deyarli barcha elementlari bilan birlashadi. U asosan birikmalar shaklida uchraydi. Tirik moddaning har to'rtinchi atomi kislorod atomidir. Atmosferadagi deyarli barcha molekulyar kislorod yashil o'simliklarning faolligi tufayli paydo bo'lgan va doimiy darajada saqlanadi. Nafas olish jarayonida bog'langan va fotosintez jarayonida ajralib chiqadigan atmosfera kislorodi 200 yil ichida barcha tirik organizmlar orqali o'tadi.

Azot aylanishi. Azot barcha oqsillarning ajralmas qismidir. Organik moddalarni tashkil etuvchi element sifatida qo'zg'almas azotning tabiatdagi azotga umumiy nisbati 1:100000 ni tashkil qiladi. Azot molekulasidagi kimyoviy bog'lanish energiyasi juda yuqori. Shuning uchun azotning boshqa elementlar - kislorod, vodorod bilan birikmasi (azotni biriktirish jarayoni) juda ko'p energiya talab qiladi. Sanoat azotini biriktirish katalizatorlar ishtirokida -500 ° C haroratda va -300 atm bosimda sodir bo'ladi.

Ma'lumki, atmosferada 78% dan ortiq molekulyar azot mavjud, ammo bu holatda u yashil o'simliklar uchun mavjud emas. Oziqlantirish uchun o'simliklar faqat nitrat va azot kislotalarining tuzlaridan foydalanishi mumkin. Bu tuzlar qanday yo‘llar bilan hosil bo‘ladi? Mana ulardan ba'zilari:

Biosferada azot fiksatsiyasi biokatalizning yuqori samaradorligi tufayli normal harorat va bosimda bir necha guruh anaerob bakteriyalar va siyanobakteriyalar tomonidan amalga oshiriladi. Bakteriyalar yiliga taxminan 1 milliard tonna azotni bog'langan shaklga aylantiradi deb ishoniladi (sanoat fiksatsiyasining global hajmi taxminan 90 million tonnani tashkil qiladi).

Tuproqdagi azot saqlovchi bakteriyalar havodan molekulyar azotni o'zlashtira oladi. Ular tuproqni azotli birikmalar bilan boyitadi, shuning uchun ularning ahamiyati nihoyatda katta.

O'simlik va hayvonot kelib chiqadigan organik moddalarning azotli birikmalarining parchalanishi natijasida.

Bakteriyalar ta'sirida azot nitratlar, nitritlar va ammoniy birikmalariga aylanadi. O'simliklarda azotli birikmalar oqsil birikmalarining sintezida ishtirok etadi, ular oziq-ovqat zanjirlarida organizmdan organizmga o'tadi.

Fosfor aylanishi. Protein sintezi mumkin bo'lmagan yana bir muhim element fosfordir. Asosiy manbalar - magmatik jinslar (apatitlar) va cho'kindi jinslar (fosforitlar).

Noorganik fosfor aylanmada tabiiy yuvish jarayonlari natijasida ishtirok etadi. Fosfor tirik organizmlar tomonidan so'riladi, ular uning ishtirokida bir qator organik birikmalarni sintez qiladi va ularni turli trofik darajalarga o'tkazadi.

Trofik zanjirlar bo'ylab sayohatni tugatgandan so'ng, organik fosfatlar mikroblar tomonidan parchalanadi va yashil o'simliklar uchun mavjud bo'lgan mineral fosfatlarga aylanadi.

Modda va energiya harakatini ta'minlaydigan biologik aylanish jarayonida chiqindilarni to'plash uchun joy yo'q. Har bir hayot shaklining chiqindilari (ya'ni, chiqindilar) boshqa organizmlar uchun ko'payish uchun zamin yaratadi.

Nazariy jihatdan, biosferada biomassa ishlab chiqarish va uning parchalanishi o'rtasidagi muvozanat doimo saqlanishi kerak. Biroq, ma'lum geologik davrlarda, ma'lum tabiiy sharoitlar va ofatlar tufayli barcha biologik mahsulotlar o'zlashtirilmagan va o'zgartirilmaganda, biologik tsiklning muvozanati buziladi. Bunday hollarda ortiqcha biologik mahsulotlar hosil bo'lib, ular saqlanib qolgan va er qobig'ida, suv qalinligi, cho'kindi ostida to'plangan va abadiy muzlik zonasiga tushgan. Ko'mir, neft, gaz, ohaktosh konlari shunday shakllangan. Shuni ta'kidlash kerakki, ular biosferani ifloslantirmaydi. Fotosintez jarayonida to'plangan Quyosh energiyasi organik minerallarda to'plangan. Endi organik yonuvchan minerallarni yoqish orqali odam bu energiyani chiqaradi.