Der biogeochemische Stoffkreislauf in der Biosphäre ist der wichtigste natürliche Prozess des kontinuierlichen Austausches verschiedener Elemente zwischen der unbelebten Umwelt und Organismen (Tiere, Pflanzen etc.) Alles basiert auf deren grundlegenden Eigenschaften. Zu den wichtigsten gehören die Fähigkeit zum Stoffwechsel, zur Fortpflanzung, zur Übertragung erblicher Eigenschaften.
Biogeochemischer Stickstoffkreislauf
Jedes Element hat seine eigene Bedeutung. Stickstoff spielt eine wichtige Rolle bei der Zusammensetzung verschiedener organischer Verbindungen. Trotz des hohen Stickstoffanteils in der Atmosphäre ist dieser für Pflanzen und Tiere nicht verfügbar. Dafür gibt es Gründe. Energetisch ist es für Pflanzen vorteilhafter, mineralischen Stickstoff zu verwenden, und für Tiere - als Teil organischer Verbindungen.
Molekularer Stickstoff aus der Atmosphäre wird von stickstofffixierenden Mikroorganismen gebunden und trägt in Form von Ammoniak zu dessen Anreicherung im Boden bei. Andere verwenden Stickstoff aus toten Organismen. Sie tragen auch zur Akkumulation von Ammoniak bei. Es verwandelt sich in Nitrate, die von Pflanzen aktiv genutzt werden. Dies sind im Allgemeinen die Merkmale der BiogeochemieStickstoffkreislauf. Betrachten Sie auch den Stoffwechselprozess anderer Naturstoffe.
Merkmale des biogeochemischen Kreislaufs von Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor
Diese chemischen Elemente sind für jeden lebenden Organismus notwendig. Ihre lebenswichtigen Bedürfnisse enden jedoch nicht dort. Daher sind Makronährstoffe an einem kleinen biologischen Kreislauf beteiligt (der Bedarf der Organismen an ihnen ist ziemlich groß): Kalium, Magnesium, Natrium; sowie Spurenelemente: Bor, Mangan, Chlor etc.
Sie gelangen aus dem Boden in die Pflanzen, wenn auch oft mit Niederschlägen. Als Teil der Phytomasse werden Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor von pflanzenfressenden Konsumenten aufgenommen und gelangen so in die trophischen Ketten. Einige Tiere befriedigen jedoch das Bedürfnis nach diesen Elementen, indem sie Pflanzen umgehen. Huftiere besuchen Salzlecken, nagen die Erde ab oder fressen Exkremente, alte Knochen. Meerestiere nehmen Salz direkt aus dem Wasser auf. Bei der Mineralisierung toter Rückstände geben Mikroorganismen chemische Elemente an den Boden und das Wasser zurück. Somit tragen ihre Aktivitäten zur Anreicherung der Umwelt mit Nährstoffen bei.
Ökosystembalance
In einem kleinen biogeochemischen Kreislauf in der Biosphäre ist ein wichtiger Umstand seine Vollständigkeit. Im Ökosystem ist der Input und Output von Elementen ausgeglichen, während Schwierigkeiten vor allem bei Elementen auftreten, die im Boden reserviert sind.
Das Gleichgewicht des Stoff- und Energieflusses bestimmt die Stabilität des Ökosystems - seine Homöostase. Die Biosphäre nutzt externe Energiequellen, diesorgt für seine Ordnung und ziemlich komplexe Struktur. Gestreute Lichtenergie wird von Pflanzen in einen konzentrierten Zustand chemischer Bindungsenergie umgewandelt.
Gleichzeitig führt sowohl die Entnahme von Energie aus der Umwelt als auch deren Umwandlung nicht zur Abfallbildung.
Einfluss menschlicher Aktivitäten auf biosphärische Prozesse
Menschliche Eingriffe in biogeochemische Kreisläufe erfolgen auf unterschiedliche Weise. Dies ist zunächst die Zerstörung der Biokomponente des Ökosystems (Zerstörung von Pflanzen oder Veränderung des Territoriums bei der Gewinnung von Energieträgern). Bei der Verbrennung von organischem Material geht Energie aus einem konzentrierten Zustand in einen dispergierten über, was zu einer thermischen Belastung durch Aerosole und gasförmige Verbrennungsprodukte führt. In einem natürlichen Ökosystem werden die an biogeochemischen Kreisläufen beteiligten Atome mehrfach genutzt. Ermöglicht wird dies durch die Teilnahme an den Kreisläufen der leichten biogenen Elemente, die den Vitalstoff ausmachen.
Menschlicher Eingriff bringt nicht nur die Einführung einer zusätzlichen Menge der ihr innewohnenden Elemente in die Umwelt mit sich, sondern auch neue chemische Verbindungen, einschließlich der vom Menschen synthetisierten. Viele davon werden von Pflanzen aufgenommen und dann in die Nahrungskette eingespeist.
Ein Beispiel ist Blei, Quecksilberverbindungen, Arsen usw. Die Aufnahme solcher Substanzen stört den natürlichen Kreislauf, verändert das Gleichgewicht der Elemente oder führt zu ihrer Anreicherung in lebenden Organismen, was ihre Produktivität verringert oder zum Tod führt. BesondersPestizide und Schwermetalle wirken stark zerstörerisch. Somit kann die Stabilität des Ökosystems, seine Homöostase direkt oder indirekt durch menschliche Aktivitäten verletzt werden.
Ökologische Pyramide
Wenden wir uns den wichtigsten Funktionsmustern des Ökosystems und biogeochemischen Kreisläufen zu. Nutzen wir dafür das Prinzip der ökologischen Pyramide. Es ist auf der Grundlage der biologischen Masse trophischer Gleichungen aufgebaut. Die Fläche eines beliebigen Teils einer solchen Pyramide entspricht ungefähr der Masse der Substanz. Da Organismen ihr Niveau auf der Grundlage des vorherigen aufbauen, sollte dieser Bereich allmählich abnehmen. Eine solche Reduzierung jeder Stufe kann zehnfach sein.
Zum Beispiel hat die für terrestrische Ökosysteme charakteristische ökologische Pyramide, in der mehrjährige Pflanzen Produzenten sind, eine große Biomasse, obwohl der Produktionsprozess nicht von höchster Intensität ist. Er wird durch die jährliche Zunahme der Masse pflanzenfressender Tiere ausgeglichen. Das Muster der Bildung organischer Masse wird als Pyramidenregel bezeichnet. Es gibt noch andere Varianten davon.
Umgekehrte Pyramide
Nehmen Sie das Ökosystem der Gewässer. Die für sie gebaute Pyramide sieht vielleicht etwas anders aus. Es sieht so aus, als ob es auf dem Kopf steht. Fakt ist, dass sich kurzlebige Algen sehr schnell vermehren, aber genauso intensiv vom Verbraucher konsumiert werden. Daher spiegelt die gleichzeitig erfasste Biomasse in diesem Fall nicht die Intensität des Produktionsprozesses in der günstigen Jahreszeit wider. Berücksichtigt man, dass Großverbraucher (Fisch,Krebstiere) anreichern und langsamer gefressen werden, ist die Gesamtmasse der Verzehrer höher.
Der Produktionsprozess im Ökosystem ermöglicht ihr erfolgreiches Funktionieren. Sie bestimmt die Art des Energieflusses in der Biosphäre. Wie Sie wissen, sind lebende Organismen seine Verbraucher. Die Lichtenergie der Sonne wird von grünen Pflanzen genutzt und führt zur Bildung von organischen Molekülen, wo sie in Form von chemischen Bindungen gespeichert wird. Ein Teil davon wird bei der Atmung von Pflanzen freigesetzt und von diesen für Wachstum, Aufnahme und Bewegung von Stoffen verwendet. So vollzieht sich der biogeochemische Kreislauf.
Energieaustausch
Wie Sie wissen, gibt es Gesetze der Thermodynamik. Ein Teil der Energie geht verloren und gibt Wärme ab. Dies ist die Wirkungsweise eines der Gesetze. Er bekräftigt den obligatorischen Energieverlust bei der Umwandlung von einem Typ in einen anderen. Wenn es sich in Pflanzenmaterial anreichert, wird es von Tieren verwendet.
Die Sp altung von Molekülen geht mit der Freisetzung von Energie einher. Ein erheblicher Teil davon wird im Lebensprozess von Tieren verwendet, die von einer Form zur anderen übergehen. Dies sind die Prozesse der Biosynthese und Akkumulation von Energie neuer Bindungen. Dies sind mechanische, elektrische, thermische und andere Energiearten. Bei seiner Umwandlung geht wieder ein Teil verloren, der Wärme abgibt. Energie bewegt sich allmählich auf eine andere Ebene. Gleichzeitig tritt sein Verlust auch beim Wegwerfen eines Teils unverdauter Nahrung (Exkremente) und in organischen Abfallprodukten des Stoffwechsels (Exkremente) auf.
ProzessEnergieverbrauch
Chaos sind in der Natur selten, normalerweise ist alles in Ordnung. Achten wir auf einige quantitative Muster des Prozesses der Energienutzung und -umwandlung. In der ersten Phase verbrauchen Pflanzen im Durchschnitt etwa 1 % ihres Einkommens. Manchmal erreicht diese Zahl 2%. Unter den ungünstigsten Bedingungen sinkt sie auf 0,1 %. Wenn Energie von Erzeugern zu Verbrauchern erster Ordnung übertragen wird, erreicht der Wirkungsgrad 10 %.
Fleischfresser scheinen Nahrung effizienter zu verdauen. Dies liegt an den Besonderheiten der chemischen Zusammensetzung von Lebensmitteln und der leichten Verdaulichkeit durch Tiere. Dennoch ist bereits auf der Ebene der Verbraucher dritter Ordnung die Menge der eingespeisten Energie sehr gering und durch Tausendstel der Ausgangswerte gekennzeichnet.
