Was ist der biotische Kreislauf? Als geschlossenes System funktioniert es seit mehreren Milliarden Jahren erfolgreich.
Versuchen wir herauszufinden, was der biotische Kreislauf ist.
Funktionen
Tote Pflanzen und Überreste von Organismen werden von Insekten, Pilzen, Bakterien und Protozoen verarbeitet. Tiere und Pflanzen werden nach und nach in elementare organische und mineralische Verbindungen umgewandelt. Der biotische Kreislauf beinh altet den Eintrag dieser Substanzen in den Boden und deren anschließenden Verbrauch durch Pflanzen. Der Prozess ist gekennzeichnet durch Schließung, Kontinuität, Zerfall, Zersetzung der Endverbindungen. Es ist ein kontinuierlicher Kreislauf, der das Leben auf dem Planeten regiert.
Bedeutung
Der biotische Kreislauf von Kohlenstoff in terrestrischen Ökosystemen wird am Beispiel von Phosphor betrachtet. Eine ausreichende Menge dieses Elements findet sich in den Humushorizonten ungestörter Böden sowie in der Waldstreu. Dank des Kreislaufs ist es möglich, etwa 106-107 Tonnen Phosphor in der Biosphäre anzusammeln. Die Phytomasse natürlicher Wiesensteppen enthält etwa 30 kg/ha dieses Elements, was für Säugetiere völlig ausreicht.
Energieaustausch
Der biotische Kreislauf beinh altet den Energieaustausch. Seine Essenz läuft darauf hinaus, dass Energie nicht in der Kette der (trophischen) Transformationen der Nahrung verschwindet, sondern ihre Transformation von einer Art zur anderen beobachtet wird.
Solarenergie wird auf allen Ebenen in einem ähnlichen Prozess umgewandelt. Der direkte Verbrauch von Sonnenenergie ist nur für grüne Pflanzen im Rahmen der Photosynthese typisch.
Sie erzeugen aus Kohlendioxid und Wasser eine organische Verbindung (Glucose) und akkumulieren Energie. Blätter von Pflanzen werden nur in Gegenwart von Sonnenlicht und Chlorophyll in diesen chemischen Prozess einbezogen.
Prozessmerkmale
In manchen Perioden des Bestehens der Menschheit wurde der biotische Stoffkreislauf gestört. Es wurden nur Überschüsse entnommen, die als Gas, Kohle, Öl, Kalkstein und andere organische Mineralien abgelagert wurden.
Bei der Verbrennung von Öl oder Kohle in Öfen (Motoren) wird Energie freigesetzt und genutzt, die von der Biosphäre über Millionen von Jahren angesammelt wurde. In der Vergangenheit solche Überschüssedie Biosphäre nicht verunreinigt, ihre negativen Auswirkungen auf den Biokreislauf wurden nicht beobachtet. Heute ist das anders.
Besonderheiten
Tiervielf alt ist wichtig für die erfolgreiche Umsetzung des Kreislaufs. Eine Art wird die organischen Substanzen der Pflanzen in der Biogeozänose nicht zu den Endprodukten abbauen können. Es baut nur einen Teil von ihnen sowie einige der darin enth altenen organischen Verbindungen ab. Auf ähnliche Weise bilden sich Netzwerke und Nahrungsketten.
In der Biozönose ist die Atmosphäre wichtig. Es trägt dazu bei, den biologischen Energie- und Stoffkreislauf aufrechtzuerh alten sowie den Wasserhaush alt zu gewährleisten.
Schadstoffe können sich in Formen zersetzen, die in nachfolgende Stadien des Kreislaufs eingebunden und von lebenden Organismen aufgenommen werden können.
Der Kreislauf basiert auf dem Abbau und der Aufnahme von Schadstoffen durch Mikroorganismen, er hängt von der Aktivität und Menge der direkt am Kreislauf beteiligten chemischen Elemente ab.
Ein Ökosystem ist die Summe aus anorganischen und organischen Bestandteilen, innerhalb derer sich der biotische Stoffkreislauf abspielt.
Prozessdiagramm
Pflanzen, die einen konstanten Energiefluss von der Sonne erh alten, bilden Primärprodukte aus anorganischen Stoffen. In den verbleibenden Gliedern des Kreislaufs gibt es eine Änderung und einen Energieverlust. Produzenten, Konsumenten, Zersetzer im Ökosystem konsumieren die lebende Materie der ursprünglichen Produktion. Tiere verbrauchen für einen solchen Vorgang ein Vielfaches an lebender Materie der untersten Stufe, was die Gesamtmenge senktEnergiereserven. Die Zirkulation wird durch das Zusammenspiel der drei Gruppen gewährleistet.
Die erste Gruppe besteht aus Produzenten. Dazu gehören grüne Pflanzen, die aktiv an der Photosynthese beteiligt sind. Solche Substanzen sind auch Bakterien, die zur Chemosynthese befähigt sind. Sie bilden die primäre organische Substanz.
Die zweite Gruppe - Verbraucher erster Ordnung. Sie sind Verbraucher von organischem Material. Dazu gehören Raubtiere sowie Protozoen. Tiere, die als Raubtiere eingestuft werden, etwa 250 verschiedene Arten.
Die dritte Gruppe - Destruktoren (Zersetzer), die tote organische Materie zu Mineralien zersetzen. Dazu gehören Pilze, Bakterien und Protozoen. Die Akkumulation von Sonnenenergie erfolgt auf dem aufsteigenden Zweig des Kreislaufs durch Photosynthese. Pflanzen in diesem Stadium synthetisieren organische Substanzen aus Stickstoff, Wasser, Kohlendioxid.
Energieverbrauch
Was berücksichtigt die Biologie noch? Die Pflanzenatmung nimmt darin einen wichtigen Platz ein, da bei diesem Prozess fast die Hälfte der organischen Substanz zu Kohlendioxid oxidiert und in die Atmosphäre zurückgeführt wird.
Die zweitgrößte Variante, organische Verbindungen und gespeicherte Energie zu verbrauchen, ist die Nutzung von Verbrauchern erster Ordnung von Pflanzen. Die Energie, die von Phytophagen mit Nahrung gespeichert wird, wird für Leben, Atmung und Fortpflanzung verbraucht. Sie wird mit Exkrementen ausgeschieden.
Pflanzenfressende Tiere sind Nahrung für Fleischfresser (Verzehrer der höchsten Trophiestufe). Sie wiederum verschwenden Energie,angesammelt mit Nahrung, ähnlich wie bei pflanzenfressenden Tieren.
Beziehung der Elemente
Ein separates Glied im Ökosystem liefert organische Reststoffe an die Umwelt. Sie dienen Saprophagen (Pilzen, Bakterien) als Energiequelle und Nahrung. Die letzte Stufe der Kohlenhydratumwandlung ist der Prozess der Humifizierung, die anschließende Oxidation von Humus zu Kohlendioxid und die Mineralisierung von Aschefragmenten. Sie gelangen dann wieder in die Atmosphäre und in den Boden und sind Nahrung für Pflanzen.
Der biotische Kreislauf ist ein kontinuierlicher Prozess des Auf- und Abbaus organischer Verbindungen. Es wird durch alle drei Gruppen von Organismen verwirklicht. Ein Leben ohne Produzenten ist unmöglich, da sie die Grundlage des Lebens sind. Nur sie haben die Fähigkeit, organische Primärsubstanz zu erzeugen, ohne die der nachfolgende Kreislauf nicht ablaufen kann.
Durch den Konsum von Verbrauchern verschiedener Ordnungen der Primär- und Sekundärproduktion, Übertragung von einer Art auf eine andere, ist auf der Erde eine Vielzahl von Formen möglich. Reduzierer, die organische Stoffe zersetzen, führen sie in die erste Stufe des Kreislaufs zurück.
Großräumige Migrationszyklen chemischer Bestandteile verbinden die äußeren Hüllen des Planeten zu einem Ganzen, sie erklären die Kontinuität der Evolution.
Die Energie der Sonne wirkt als treibende Kraft des biotischen Kreislaufs. Der Hauptprozess, der zur Produktion von organischem Material beiträgt, ist die Photosynthese. Dies ist nur möglich, wenn grüne Pflanzen Sonnenenergie nutzen.
Pflanzenblätter (Autotrophe),die Glukose synthetisieren, „konservieren“Sonnenenergie in einer organischen Verbindung. Wenn sie aus dem Weltraum in die Biosphäre gelangt, sammelt sich Energie in Pflanzen, Gestein und Erde an. Die Sonne sorgt für die Zirkulation chemischer Elemente, ermöglicht wiederum die Bildung anorganischer oder organischer Substanzen.
Wichtig zu wissen
Neben Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff nehmen auch andere biologisch wichtige Elemente am biotischen Kreislauf teil: Kalzium, Stickstoff, Phosphor, Silizium, Kalium, Natrium, Schwefel. Auch dieser Prozess ist ohne Spurenelemente nicht möglich: Jod, Zink, Brom, Molybdän, Silber, Nickel, Blei, Magnesium. In der Liste der Elemente, die von lebender Materie aufgenommen werden, gibt es sogar Gifte - Arsen, Selen, Quecksilber sowie radioaktive Komponenten (Radium, Uran).
Fahrgeschwindigkeit
Energieaustausch ist zyklisch. Die Erneuerung der lebenden Materie der Biosphäre erfolgt nach ca. 8 Jahren. Im Ozean läuft der Prozess viel schneller ab (nach 33 Tagen). In der Atmosphäre wird Sauerstoff in zweitausend Jahren und Kohlenmonoxid in 6 Jahren ersetzt. Der vollständige Wasseraustausch in der Hydrosphäre dauert 2800 Jahre.
Chemische Verbindungen, die für die Bestandteile der Biosphäre zur Verfügung stehen, sind begrenzt. Aufgrund ihrer Erschöpfbarkeit wird die Entwicklung mancher Organismengruppen im Meer und an Land gehemmt.
Ausleihoptionen
Nur dank der Zirkulation von Energie und Stoffen wird ein stabiler Zustand der Biosphäre aufrechterh alten. Es gibt zwei Möglichkeiten – geologische (groß) und biogeochemische (klein).
Betrachte das ErsteZyklusoption. Eruptive Gesteine werden unter dem Einfluss biologischer, chemischer und physikalischer Faktoren zu Sedimentgesteinen, insbesondere zu Ton und Sand. Sie können auch bei der Synthese biogener Mineralien (toter Mikroorganismen) aus den Gewässern der Meere und Ozeane entstehen. Wässrige lose Sedimente sammeln sich allmählich am Boden des Stausees an, verhärten sich und bilden dichtes Gestein.
Dann gibt es ihre Transformation, die Prozesse der Metamorphose werden beobachtet. Unter Einwirkung von Anteilen körpereigener Energie werden die Schichten wieder aufgeschmolzen und bilden Magma. Wenn sie unter dem Einfluss der Verwitterung an die Erdoberfläche steigen, transferieren, werden sie wieder in Sedimentgesteine umgewandelt.
Der große Kreislauf ist gekennzeichnet durch das Zusammenspiel von exogener (Sonnen-)Energie mit der endogenen (Tiefen-)Energie der Erde. Dank dieses Prozesses wird die Substanz zwischen den tiefen Horizonten und der Biosphäre des Planeten umverteilt.
Es beinh altet auch die Bewegung von Wasser zwischen Lithosphäre, Atmosphäre, Hydrosphäre, angesammelt durch Sonnenenergie. Zuerst verdunstet Wasser von der Meeresoberfläche (Meere, Seen, Flüsse) und kehrt dann in Form von Niederschlag auf die Erde zurück. Ausgleich für solche Prozesse Flussabfluss. Die Vegetation spielt eine wichtige Rolle im Wasserkreislauf.
Kleine Zirkulation ist nur für die Biosphäre typisch. Zyklen entstehen auf planetarischer Ebene aus zyklischen Mehrfachbewegungen von Atomen sowie solchen Bewegungen, die durch Vulkanismus, die Bewegung des Meeresbodens, Windenergie, unterirdische Strömungen verursacht werden.
Zusammenfassen
In der Biosphäre zirkulieren Stoffe,biogeochemische Kreisläufe bilden. Sie benötigen folgende Elemente in großen Mengen: Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff. Ihre Zirkulation ist durch selbstregulierende Prozesse möglich, an denen andere Bestandteile von Ökosystemen zu aktiven Teilnehmern werden.
In allen Stadien der Entwicklung der Biosphäre wirkt das Gesetz der globalen Schließung des Kreislaufs. Grundlage eines solchen Prozesses ist Sonnenenergie sowie das Chlorophyll grüner Pflanzen.
Für den vollständigen Abbau von organischer Substanz, die von Grünpflanzen gebildet wird, benötigt man so viel Sauerstoff, wie bei der Photosynthese freigesetzt wird. Dank der Einlagerung von organischem Material in Torf, Kohle und Sedimentgestein wird der Sauerstoffaustausch in der Atmosphäre aufrechterh alten.
Durch die Zunahme von Transport- und Industrieunternehmen wird der Sauerstoffkreislauf in der Natur gestört. Dies wirkt sich negativ auf die Lebensfähigkeit des Biosystems aus, führt zu Mutationen und zum vollständigen Aussterben einiger lebender Pflanzen- und Tierarten.
