ნივთიერებების ბიოგეოქიმიური მიმოქცევა ბიოსფეროში არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ბუნებრივი პროცესი სხვადასხვა ელემენტების უწყვეტი გაცვლის უსულო გარემოსა და ორგანიზმებს შორის (ცხოველები, მცენარეები და ა.შ.) ყველაფერი დაფუძნებულია მათ ფუნდამენტურ მახასიათებლებზე. ყველაზე მნიშვნელოვანი მოიცავს მეტაბოლიზმის, გამრავლების, მემკვიდრეობითი თვისებების გადაცემის უნარს.
ბიოგეოქიმიური აზოტის ციკლი
თითოეულ ელემენტს აქვს თავისი მნიშვნელობა. აზოტი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს სხვადასხვა ორგანული ნაერთების შემადგენლობაში. მიუხედავად ატმოსფეროში აზოტის მაღალი პროცენტისა, ის მიუწვდომელია მცენარეებისა და ცხოველებისთვის. ამის მიზეზები არსებობს. ენერგეტიკულად მცენარეებისთვის უფრო სასარგებლოა მინერალური აზოტის გამოყენება, ხოლო ცხოველებისთვის - ორგანული ნაერთების შემადგენლობაში.
ატმოსფეროდან მოლეკულური აზოტი შეკრულია აზოტის დამფიქსირებელი მიკროორგანიზმებით და ხელს უწყობს ნიადაგში მის დაგროვებას ამიაკის სახით. სხვები იყენებენ მკვდარი ორგანიზმების აზოტს. ისინი ასევე ხელს უწყობენ ამიაკის დაგროვებას. ის იქცევა ნიტრატებად, რომლებსაც მცენარეები აქტიურად იყენებენ. ეს არის, ზოგადად, ბიოგეოქიმიის მახასიათებლებიაზოტის ციკლი. განვიხილოთ სხვა ბუნებრივი ნივთიერებების მეტაბოლიზმის პროცესიც.
ნახშირბადის, გოგირდის და ფოსფორის ბიოგეოქიმიური ციკლის თავისებურებები
ეს ქიმიური ელემენტები აუცილებელია ყველა ცოცხალი ორგანიზმისთვის. თუმცა მათი სასიცოცხლო მოთხოვნილებები ამით არ მთავრდება. ამიტომ მაკროელემენტები ჩართულია მცირე ბიოლოგიურ ციკლში (მათთვის ორგანიზმების მოთხოვნილება საკმაოდ დიდია): კალიუმი, მაგნიუმი, ნატრიუმი; ასევე კვალი ელემენტები: ბორი, მანგანუმი, ქლორი და სხვ.
ისინი მცენარეებში შედიან ნიადაგიდან, თუმცა ხშირად ნალექებით. როგორც ფიტომასის ნაწილი, ნახშირბადი, გოგირდი და ფოსფორი მოიხმარენ ბალახისმჭამელ მომხმარებლებს და ამგვარად შედიან ტროფიკულ ჯაჭვებში. თუმცა, ზოგიერთი ცხოველი აკმაყოფილებს ამ ელემენტების საჭიროებას მცენარეების გვერდის ავლით. ჩლიქოსნები მოინახულებენ მარილს, ღეჭავენ მიწას ან ჭამენ ექსკრემენტებს, ძველ ძვლებს. ზღვის ცხოველები მარილს პირდაპირ წყლიდან შთანთქავენ. მკვდარი ნარჩენების მინერალიზაციის პროცესში მიკროორგანიზმები ქიმიურ ელემენტებს უბრუნებენ ნიადაგსა და წყალში. ამრიგად, მათი საქმიანობა ხელს უწყობს გარემოს საკვები ნივთიერებებით გამდიდრებას.
ეკოსისტემის ბალანსი
ბიოსფეროს მცირე ბიოგეოქიმიურ ციკლში მნიშვნელოვანი გარემოებაა მისი სისრულე. ეკოსისტემაში ელემენტების შეყვანა და გამომავალი დაბალანსებულია, ხოლო სირთულეები წარმოიქმნება ძირითადად ნიადაგში დაცული ელემენტებით.
მატერიისა და ენერგიის ნაკადის ბალანსი განსაზღვრავს ეკოსისტემის სტაბილურობას - მის ჰომეოსტაზს. ბიოსფერო იყენებს ენერგიის გარე წყაროებს, რომლებიცუზრუნველყოფს მის მოწესრიგებას და საკმაოდ რთულ სტრუქტურას. გაფანტული სინათლის ენერგია მცენარეები გარდაიქმნება ქიმიური კავშირის ენერგიის კონცენტრირებულ მდგომარეობაში.
ამავდროულად, როგორც ენერგიის მოცილება გარემოდან, ასევე მისი ტრანსფორმაცია არ იწვევს ნარჩენების წარმოქმნას.
ადამიანის საქმიანობის გავლენა ბიოსფერულ პროცესებზე
ადამიანის ჩარევა ბიოგეოქიმიურ ციკლებში სხვადასხვა გზით ხორციელდება. უპირველეს ყოვლისა, ეს არის ეკოსისტემის ბიოკომპონენტის განადგურება (მცენარეების განადგურება ან ტერიტორიის შეცვლა ენერგიის მატარებლების მოპოვებისას). როდესაც ორგანული ნივთიერებები იწვის, ენერგია კონცენტრირებული მდგომარეობიდან გადადის დისპერსიულ მდგომარეობაში, რაც იწვევს თერმულ დაბინძურებას აეროზოლებით და წვის აირისებრი პროდუქტებით. ბუნებრივ ეკოსისტემაში ბიოგეოქიმიურ ციკლებში ჩართული ატომები არაერთხელ გამოიყენება. ამას ხელს უწყობს მსუბუქი ბიოგენური ელემენტების ციკლებში მონაწილეობა, რომლებიც ქმნიან სასიცოცხლო მნიშვნელობის ნივთიერებას.
ადამიანის ჩარევა გულისხმობს გარემოში არა მხოლოდ მისი თანდაყოლილი ელემენტების დამატებითი რაოდენობის, არამედ ახალი ქიმიური ნაერთების შეტანას, მათ შორის ადამიანის მიერ სინთეზირებული. მათგან ბევრს მცენარეები ითვისებენ და შემდეგ იკვებება კვებით ჯაჭვში.
მაგალითია ტყვია, ვერცხლისწყლის ნაერთები, დარიშხანი და ა.შ. ასეთი ნივთიერებების მიღება არღვევს ბუნებრივ ციკლს, ცვლის ელემენტების ბალანსს ან იწვევს მათ დაგროვებას ცოცხალ ორგანიზმებში, ამცირებს მათ პროდუქტიულობას ან იწვევს სიკვდილს. განსაკუთრებითპესტიციდებს და მძიმე მეტალებს აქვთ ძლიერი დესტრუქციული ეფექტი. ამრიგად, ეკოსისტემის სტაბილურობა, მისი ჰომეოსტაზი შეიძლება დაირღვეს პირდაპირ ან ირიბად ადამიანის საქმიანობით.
ეკოლოგიური პირამიდა
მოდით მივმართოთ ეკოსისტემის და ბიოგეოქიმიური ციკლების ფუნქციონირების ყველაზე მნიშვნელოვან შაბლონებს. ამისთვის გამოვიყენოთ ეკოლოგიური პირამიდის პრინციპი. იგი აგებულია ტროფიკული განტოლებების ბიოლოგიური მასის საფუძველზე. ასეთი პირამიდის ნებისმიერი ნაწილის ფართობი დაახლოებით უდრის ნივთიერების მასას. ვინაიდან ორგანიზმები აყალიბებენ თავიანთ დონეს წინას გამოყენებით, ეს ტერიტორია თანდათან უნდა შემცირდეს. თითოეული დონის ასეთი შემცირება შეიძლება იყოს ათჯერ.
მაგალითად, ხმელეთის ეკოსისტემებისთვის დამახასიათებელ ეკოლოგიურ პირამიდას, რომელშიც მწარმოებლები მრავალწლოვანი მცენარეები არიან, აქვს დიდი ბიომასა, თუმცა წარმოების პროცესი არ არის უმაღლესი ინტენსივობის. იგი დაბალანსებულია ბალახისმჭამელი ცხოველების მასის ყოველწლიური ზრდით. ორგანული მასის ფორმირების ნიმუშს პირამიდის წესი ეწოდება. არსებობს მისი სხვა სახეობებიც.
შებრუნებული პირამიდა
აიღეთ წყლის ობიექტების ეკოსისტემა. მათთვის აშენებული პირამიდა შეიძლება ცოტა განსხვავებულად გამოიყურებოდეს. როგორც ჩანს, თავდაყირა დგას. ფაქტია, რომ ხანმოკლე წყალმცენარეები ძალიან სწრაფად მრავლდებიან, მაგრამ ისევე ინტენსიურად მოიხმარენ მომხმარებლებს. შესაბამისად, ამ შემთხვევაში ერთდროულად დაფიქსირებული ბიომასა არ ასახავს წარმოების პროცესის ინტენსივობას წლის ხელსაყრელ პერიოდში. თუ გავითვალისწინებთ, რომ მსხვილი მომხმარებლები (თევზი,კიბოსნაირები) გროვდება და იჭმევა უფრო ნელა, მომხმარებელთა საერთო მასა მეტია.
ეკოსისტემაში წარმოების პროცესი იძლევა მათ წარმატებულ ფუნქციონირებას. ის განსაზღვრავს ბიოსფეროში ენერგიის ნაკადის ბუნებას. მოგეხსენებათ, ცოცხალი ორგანიზმები მისი მომხმარებლები არიან. მზის სინათლის ენერგიას იყენებენ მწვანე მცენარეები და იწვევს ორგანული მოლეკულების წარმოქმნას, სადაც ის ინახება ქიმიური ბმების სახით. მისი ნაწილი გამოიყოფა მცენარეების სუნთქვის დროს და მათ მიერ გამოიყენება ნივთიერებების ზრდის, შთანთქმისა და გადაადგილებისთვის. ასე ტარდება ბიოგეოქიმიური ციკლი.
ენერგეტიკული გაცვლა
როგორც მოგეხსენებათ, არსებობს თერმოდინამიკის კანონები. ენერგიის ნაწილი იკარგება, გამოყოფს სითბოს. ეს არის ერთ-ერთი კანონის მოქმედება. ის ადასტურებს ენერგიის სავალდებულო დაკარგვას მისი ერთი სახეობიდან მეორეში გადაქცევის პროცესში. მცენარეულ ნივთიერებებში დაგროვებისას მას ცხოველები იყენებენ.
მოლეკულების გაყოფას თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა. მისი მნიშვნელოვანი ნაწილი გამოიყენება ცხოველების ცხოვრების პროცესში, გადადის ერთი ფორმიდან მეორეზე. ეს არის ბიოსინთეზისა და ახალი ობლიგაციების ენერგიის დაგროვების პროცესები. ეს არის მექანიკური, ელექტრო, თერმული და სხვა სახის ენერგია. მისი ტრანსფორმაციის დროს ნაწილი კვლავ იკარგება, გამოსცემს სითბოს. ენერგია თანდათან სხვა დონეზე გადადის. ამავდროულად, მისი დაკარგვა ასევე ხდება მოუნელებელი საკვების ნაწილის (ექსკრემენტის) და ნივთიერებათა ცვლის ორგანულ ნარჩენებში (გამონაბოლქვი) გამოდევნისას..
პროცესიენერგიის მოხმარება
ქაოსი იშვიათია ბუნებაში, ჩვეულებრივ ყველაფერი რიგზეა. ყურადღება მივაქციოთ ენერგიის გამოყენებისა და გარდაქმნის პროცესის რაოდენობრივ შაბლონებს. პირველ ეტაპზე მცენარეები შემოსავლის საშუალოდ დაახლოებით 1%-ს იყენებენ. ზოგჯერ ეს მაჩვენებელი 2%-ს აღწევს. ყველაზე ნაკლებად ხელსაყრელ პირობებში ის 0,1%-მდე ეცემა. როდესაც ენერგია მწარმოებლიდან პირველი რიგის მომხმარებლებზე გადადის, ეფექტურობა აღწევს 10%..
მტაცებლები, როგორც ჩანს, უფრო ეფექტურად ითვისებენ საკვებს. ეს გამოწვეულია საკვების ქიმიური შემადგენლობის თავისებურებებით და ცხოველების მიერ მონელების სიმარტივით. მიუხედავად ამისა, უკვე მესამე რიგის მომხმარებლების დონეზე, შემომავალი ენერგიის რაოდენობა ძალიან მცირეა და ხასიათდება საწყისი მნიშვნელობების მეათასედებით.
