A bioszférában, mint minden ökoszisztémában, a szén, a nitrogén, a hidrogén, az oxigén, a foszfor, a kén és más anyagok állandó körforgása zajlik.

A szén-dioxidot a növények és a termelők felszívják, és a fotoszintézis során szénhidrátokká, fehérjékké, lipidekké és más szerves vegyületekké alakul át. Ezeket az anyagokat az állati fogyasztók élelmiszerekben használják fel.

Ugyanakkor a természetben fordított folyamat megy végbe. Minden élő szervezet lélegzik, CO 2 szabadul fel, amely belép a légkörbe. Az elhalt növényi és állati maradványokat, állati ürüléket a lebontó mikroorganizmusok bontják le. CO 2 kerül a légkörbe. A szén egy része felhalmozódik a talajban szerves vegyületek formájában.

A bioszférában zajló szénkörforgás során energiaforrások képződnek: olaj, szén, éghető gázok, tőzeg és fa.

A növények és állatok lebomlása során a nitrogén ammónia formájában szabadul fel. A nitrifikáló baktériumok az ammóniát salétromsav és salétromsav sóivá alakítják, amelyeket a növények felszívnak. Egyes nitrogénmegkötő baktériumok képesek asszimilálni a légköri nitrogént. Ez lezárja a nitrogén körforgást a természetben.

A bioszférában zajló anyagok körforgása következtében az elemek folyamatos biogén vándorlása megy végbe: a növények és állatok életéhez szükséges kémiai elemek az élőlények lebomlásakor a szervezetbe jutnak, ezek az elemek ismét visszatérnek a szervezetbe környezetbe, ahonnan bejutnak a szervezetbe.

A bioszféra alapja a szerves anyag körforgása, amely a bioszférában lakó összes élőlény részvételével megy végbe, és ezt biotikus ciklusnak nevezik.

A biotikus ciklus törvényei tartalmazzák az élet hosszú távú létezésének és fejlődésének alapját a Földön.

Az ember a bioszféra eleme, és a Föld biomasszájának szerves részeként az evolúció során közvetlenül a környező természettől függött és függ.

A magasabb idegi aktivitás kialakulásával maga az ember is erőteljes környezeti tényezővé (antropogén faktor) válik a további evolúcióban a Földön.

Az emberi természetre gyakorolt ​​hatás kettős: pozitív és negatív. Az emberi tevékenység gyakran a természetes minták megzavarásához vezet.

Az emberiség tömegének részesedése a bioszférában csekély, de tevékenysége óriási, jelenleg a bioszférában zajló folyamatokat megváltoztató erővé vált.

V. I. Vernadsky azt állítja, hogy a bioszféra természetesen átalakul nooszférává (a gr. „noos” - elme + gr. „gömb” - labda).

V. I. Vernadsky szerint a nooszféra az emberi munka által átalakított és a tudományos gondolkodás által megváltoztatott bioszféra.

Jelenleg eljött az az időszak, amikor az embernek úgy kell megterveznie a gazdasági tevékenységét, hogy az ne sértse a bioszférát jelentő gigantikus ökoszisztémában kialakult mintákat, és ne járuljon hozzá a biomassza csökkenéséhez.

A tápanyagok ciklusa. A figyelembe vett alapelemeken kívül számos más is részt vesz az élő szervezet anyagcsere folyamatában. Némelyikük jelentős mennyiségben van jelen, és a makrotápanyagok kategóriájába tartozik, mint például a nátrium, kálium, kalcium, magnézium. Egyes elemek nagyon kis koncentrációban vannak jelen (mikroelemek), de létfontosságúak is (vas, cink, réz, mangán stb.).[...]

Az alapvető tápanyagok és elemek körforgása. Tekintsük az élő szervezetek számára legjelentősebb anyagok és elemek ciklusait (3-8. ábra). A víz körforgása kiterjedt geológiai; valamint a biogén elemek (szén, oxigén, nitrogén, foszfor, kén és egyéb biogén elemek) körforgása - kis biogeokémiai.[...]

A tápanyagok ciklusának sebessége meglehetősen magas. A légköri szén forgási ideje körülbelül 8 év. Évente a levegőben lévő szén-dioxid körülbelül 12%-a visszakerül a szárazföldi ökoszisztémák körforgásába. A nitrogén teljes ciklusidejét több mint 110 évre, az oxigéné 2500 évre becsülik.[...]

Biotikus ciklus. Az ökoszisztémában a szerves anyagok szintézise és bomlása által előidézett tápanyagciklust az anyagok biotikus ciklusának nevezzük. A biotikus körfolyamat a biogén elemeken kívül a biota számára legfontosabb ásványi elemeket és számos különféle vegyületet is magában foglal. Ezért a bióta által okozott kémiai átalakulások teljes ciklikus folyamatát, különösen, ha a teljes bioszféráról van szó, biogeakémiai ciklusnak is nevezik.[...]

A biotikus körforgás a tápanyagok és az azokban részt vevő egyéb anyagok keringése az ökoszisztémákban, a bioszférában biotikus és abiotikus komponenseik között. A bioszféra biotikus ciklusának legfontosabb jellemzője a nagyfokú elszigeteltség.[...]

Másrészt a biogén elemek, mint a biomassza komponensei, egyszerűen molekulákat cserélnek, amelyek közé tartozik például a nitrát N-protein N-hulladék N. Ismételten felhasználhatók, jellemző tulajdonságuk a kerékpározás. A napsugárzás energiájával ellentétben a tápanyagkészletek nem állandóak. Egy részük élő biomasszává történő megkötése csökkenti a közösség számára megmaradó mennyiséget. Ha a növények és fitofágok végül nem bomlanak le, a tápanyagellátás kimerülne, és megszűnne az élet a Földön. A heterotróf szervezetek tevékenysége döntő tényező a tápanyagciklusok fenntartásában és a termékképződésben. ábrán. 17.24 mutatja, hogy ezeknek az elemeknek a felszabadulása egyszerű szervetlen vegyületek formájában csak a lebontó rendszerből történik. A valóságban ezeknek az egyszerű molekuláknak egy bizonyos részét (főleg a CO2-t) is a fogyasztói rendszer biztosítja, de így a biogén elemek nagyon kis része visszatér a körforgásba. A döntő szerep itt a bontórendszeré.[...]

Az anyagok körforgásának mozgatórugói a napenergia áramlása és az élő anyag aktivitása, ami hatalmas kémiai elemek tömegek mozgásához, a fotoszintézis folyamata során felhalmozódott energia koncentrációjához és újraelosztásához vezet. A fotoszintézisnek és a tápanyag folyamatosan működő ciklikus ciklusainak köszönhetően minden ökoszisztéma és a bioszféra egészének stabil szerveződése jön létre, normális működésük megvalósul.[...]

A biogén vegyületek külső áramlásának hiányában a bioszféra csak akkor tud stabilan létezni, ha van egy zárt anyagciklus, amely során a tápanyagok zárt ciklusokat hajtanak végre, váltakozva a bioszféra szervetlen részéből a szervesbe és így tovább. oda-vissza. Ezt a ciklust a bioszféra élő szervezetei hajtják végre. Úgy gondolják, hogy a bioszféra körülbelül 1027 élő szervezetet tartalmaz, amelyek nincsenek összefüggésben egymással. A bioszféra evolúciós fejlődése során az alábbi három szervezetcsoport jött létre, amelyek funkcionális céljukban és a tápanyag-körforgásban való részvételükben különböznek egymástól: termelők, lebontók és fogyasztók.[...]

Az élő természetben zajló anyagi folyamatok, a biogén elemek ciklusai olyan sztöchiometrikus együtthatójú energiaáramlásokhoz kapcsolódnak, amelyek a legkülönfélébb élőlényeken belül csak egy nagyságrenden belül változnak. Ráadásul a katalízis nagy hatékonysága miatt az új anyagok szintéziséhez szükséges energiafelhasználás a szervezetekben sokkal kisebb, mint e folyamatok technikai analógjainál.[...]

A gyakorlat számára egy nagyon fontos következtetés, amely a tápanyagok körforgásának számos intenzív vizsgálatából adódik, hogy a műtrágyák túlzott mennyisége ugyanolyan veszteséges lehet az ember számára, mint annak hiánya. Ha több anyagot viszünk be egy rendszerbe, mint amennyit a jelenleg aktív élőlények fel tudnak használni, a felesleget gyorsan megköti a talaj és az üledékek, vagy kimosódás következtében elveszik, és éppen akkor válik elérhetetlenné, amikor az élőlények növekedése a legkívánatosabb. Sokan tévesen azt hiszik, hogy ha 1 kg műtrágyát (vagy növényvédő szert) ajánlanak kertjük vagy tavajuk egy bizonyos területére, akkor 2 kg kétszer akkora hasznot hoz. Ezek a több a jobb támogatók jól tennék, ha megértenék az 1. ábrán bemutatott támogatás-stressz összefüggést. 3.5. A támogatások elkerülhetetlenül stresszforrássá válnak, ha nem alkalmazzák körültekintően. Az ökoszisztémák, például a halastavak túlzott trágyázása nemcsak az elért eredmények szempontjából pazarló, hanem előre nem látható változásokat idézhet elő a rendszerben, valamint szennyezheti az alsóbbrendű ökoszisztémákat. Mivel a különböző élőlények különböző szintű elemtartalomhoz alkalmazkodnak, a hosszan tartó túltermékenyítés az élőlények fajösszetételének megváltozásához vezet, és eltűnhetnek azok, amelyekre szükségünk van, és megjelenhetnek a feleslegesek.[...]

A talajban végbemenő számos folyamat a talaj mikroorganizmusainak létfontosságú tevékenységéhez kapcsolódik - a tápanyag-ciklusok, az állati és növényi maradványok mineralizációja, a talaj dúsítása a növények számára elérhető nitrogénformákkal. A talaj termékenysége összefügg a mikroorganizmusok aktivitásával. Következésképpen a talaj mikroorganizmusai közvetlenül befolyásolják a növényi életet, rajtuk keresztül pedig az állatokat és az embereket, mivel a szárazföldi ökoszisztémák egyik fő része.[...]

A tavak és tavak különösen alkalmasak a kutatásra, mivel a bennük lévő tápanyag-ciklusok rövid időn belül függetlennek tekinthetők. Hutchinson (1957) és Pomeroy (1970) áttekintéseket közölt a foszfor körforgásáról és más létfontosságú elemek körforgásáról.[...]

A transzspirációnak vannak pozitív oldalai is. A párolgás lehűti a leveleket, és többek között elősegíti a tápanyagok körforgását. További folyamatok az ionok szállítása a talajon keresztül a gyökerekhez, az ionok transzportja a gyökérsejtek között, a növényen belüli mozgás és a levelekből való kimosódás (Kozlowski, 1964, 1968). Néhány ilyen folyamat anyagcsere-energiát igényel, ami korlátozhatja a víz és a sók szállításának sebességét (Fried és Broeshart, 1967). Így a transzspiráció nem egyszerűen a kitett fizikai felületek függvénye. Az erdők nem feltétlenül veszítenek több vizet, mint a füves növényzet. A transzspiráció, mint energiatámogatás szerepét nedves erdőviszonyok között a fejezet tárgyalta. 3. Ha a levegő túl párás (a relatív páratartalom megközelíti a 100%-ot), mint ez egyes trópusi felhőerdőkben történik, a fák satnya, és a növényzet nagy része epifitákból áll, nyilvánvalóan a tapadás hiánya miatt" (N. Odum, Galamb, 1970).[...]

Az energiát nem lehet zárt ciklusokban átvinni, de az anyag (beleértve a tápanyagokat is) áthaladhat egy közösségen. A tápanyagok köre soha nem tökéletes a tápanyagok be- és kibocsátása általában alacsony a körforgásban részt vevő mennyiséghez képest, bár a kén fontos kivétel ez alól (főleg a „savas eső” miatt), - Az erdőirtás megnyitja a körforgást és tápanyagvesztéshez vezet.- Szárazföldi a biomák különböznek a tápanyagok eloszlásában az elhalt szerves anyagok és az élő szövetek között, - Az áramlatok és az üledékképződés fontos■ tényezők, amelyek befolyásolják a tápanyagok áramlását a vízi ökoszisztémákban.[...]

Minden ember fogyaszt élelmiszert, lévén az élelmiszerlánc első és második rendű fogyasztója. Fiziológiás anyagcseretermékeket választanak ki, amelyeket a tápanyag körforgásában részt vevő lebontók hasznosítanak. Az ember a Földön jelenleg ismert 3 millió biológiai faj egyike.[...]

Bármely ökoszisztéma felfogható blokkok sorozatának, amelyeken különböző anyagok haladnak át, és amelyekben ezek az anyagok különböző ideig maradhatnak (10.3. ábra). Az ásványi anyagok körforgásában az ökoszisztémában általában három aktív blokk vesz részt: élő szervezetek, elhalt szerves törmelék és rendelkezésre álló szervetlen anyagok. Két további blokk - közvetve hozzáférhető szervetlen anyagok és kicsapódó szerves anyagok - kapcsolódik a tápanyagciklusokhoz az általános körforgás egyes perifériás részein (10.3. ábra), azonban a csere e blokkok és az ökoszisztéma többi része között lassú. az aktív blokkok közötti cserére.[...]

A szén, a nitrogén és a foszfor fontosak az élőlények életében. Ezek vegyületei szükségesek az oxigén és a szerves anyagok képződéséhez a fotoszintézis folyamatában. A fenéküledékek jelentős szerepet játszanak a tápanyagok körforgásában. Az egyik esetben forrást jelentenek, a másikban a tározó szerves és ásványi erőforrásainak gyűjtőjét. A fenéküledékekből való ellátásuk a pH-tól, valamint ezen elemek vízben való koncentrációjától függ. A pH növekedésével és a tápanyagok alacsony koncentrációjával nő a foszfor-, vas- és egyéb elemek bejutása a fenéküledékekből a vízbe.[...]

A közösségek szerkezetének és működésének (biocenózisok) vizsgálatának fontos feladata a közösségek stabilitásának, káros hatásokkal szembeni ellenálló képességének vizsgálata. Az ökoszisztémák tanulmányozása során lehetővé válik az anyag körforgásának és az energiaáramlás változásainak kvantitatív elemzése az egyik táplálkozási szintről a másikra való átmenet során. Ez a populációs és biocenotikus szintű termelési-energiai megközelítés lehetővé teszi a különböző természeti és ember által létrehozott ökoszisztémák összehasonlítását. A környezettudomány másik feladata a szárazföldi és vízi ökoszisztémák különböző típusú kapcsolatainak vizsgálata. Különösen fontos a bioszféra egészének tanulmányozása: az elsődleges termelés és pusztulás meghatározása az egész földkerekségen, a tápanyagok globális körforgása; ezeket a problémákat csak különböző országok tudósainak közös erőfeszítésével lehet megoldani.[...]

A periódusos rendszer a kémiában, az égitestek mozgási törvényei a csillagászatban stb.) Ezek a minták például ugyanazon faj jelenlétében (vagy azonos növekedési formákban, termelékenységben, a biogén elemek keringési sebességében) nyilvánulnak meg. stb.) különböző helyeken. Ez viszont hipotézisek felállításához vezet az ilyen megismétlődés okairól. A hipotézisek ezután további megfigyelésekkel vagy kísérletekkel ellenőrizhetők.[...]

A kapcsolatok minden formája együtt alkotja a természetes kiválasztódás mechanizmusát, és biztosítja a közösség, mint életszervezési forma stabilitását. A közösség az életszervezés minimális formája. szinte korlátlan ideig képes működni a terület egy bizonyos területén. Csak közösségi szinten hajtható végre a tápanyag körforgása a terület egy bizonyos területén, amely nélkül a terület korlátozott életforrásai mellett lehetetlen korlátlan élettartamot biztosítani.[...]

Az élőlények élettevékenysége következtében két egymással ellentétes és egymástól elválaszthatatlan folyamat megy végbe. Egyrészt az élő szerves anyagokat egyszerű abiotikus komponensekből szintetizálják, másrészt a szerves vegyületeket egyszerű abiotikus anyagokká bomlanak le. Ez a két folyamat biztosítja az anyagcserét az ökoszisztémák biotikus és abiotikus komponensei között, és a tápanyagok biogeokémiai körforgásának fő magját alkotják.

A 20. század hetvenes éveiben James Lovelock kémikus és Lynn Margulis mikrobiológus felállította a Föld légkörének biológiai objektumok általi komplex szabályozásának elméletét, amely szerint a növények és mikroorganizmusok a fizikai környezettel együtt biztosítják bizonyos geokémiai anyagok fenntartását. az élethez kedvező feltételeket a Földön. Ez a légkör viszonylag magas oxigéntartalma és alacsony szén-dioxid-tartalom, bizonyos páratartalom és levegő hőmérséklete. Ebben a szabályozásban kiemelt szerepet kapnak a szárazföldi és vízi ökoszisztémák mikroorganizmusai, amelyek biztosítják a tápanyagok áramlását. A Világóceán mikroorganizmusainak szabályozó szerepe a Föld légkörében bizonyos mennyiségű szén-dioxid fenntartásában és az üvegházhatás megakadályozásában jól ismert.[...]

Az élő anyag szaporodási potenciálja óriási. Ha a haldoklást egy időre leállítanák, és a szaporodást és a növekedést semmilyen módon nem korlátoznák, akkor kozmikus léptékű „biológiai robbanás” következne be: kevesebb mint két nap alatt a mikroorganizmusok biomasszája többszöröse lenne a mikroorganizmusok tömegének. a földgömb. Ez az anyag korlátozása miatt nem történik meg; Az ökoszféra biomasszája több száz millió évig viszonylag állandó szinten marad. A napenergia folyamatos pumpálásával az élő természet a tápanyag-ciklusok megszervezésével legyőzi a tápanyag korlátozottságát. Ez számos ökoszisztéma magas termelékenységét biztosítja (lásd 2. 1. táblázat).[...]

A természetre nehezedő antropogén terhelés nem korlátozódik a szennyezésre. Ugyanilyen fontos a természeti erőforrások kiaknázása és az ebből eredő ökológiai rendszerek zavarai. A környezetgazdálkodás nagyon drága – sokkal több, mint a felhasznált erőforrások szokásos pénzbeli értéke. Először is azért, mert a természet gazdaságában és az emberi gazdaságban sem léteznek szabad erőforrások: a térért, az energiáért, a napfényért, a vízért, az oxigénért, bármennyire is kimeríthetetlennek tűnnek a földi készleteik, szigorúan fizetik. bármilyen rendszerrel, amely felemészti őket, fizetve a teljességért és a megtérülés gyorsaságáért, az értékek forgalmáért, az anyagi körforgások zártságáért - tápanyag, energia, élelem, pénz, egészség... Mert mindezzel kapcsolatban a korlátozott erőforrások törvénye érvényesül.

A bioszférában élő szervezetek tevékenysége nagy mennyiségű ásványi anyag kivonásával jár a környezetből. Az élőlények halála után az őket alkotó kémiai elemek visszakerülnek a környezetbe. Így jön létre a természetben a biogén (élő szervezetek részvételével) anyagkörforgása, vagyis az anyagok körforgása a litoszféra, a légkör, a hidroszféra és az élő szervezetek között. Az anyagok körforgása alatt az anyagok átalakulásának és mozgásának ismétlődő folyamatát értjük a természetben, amelynek többé-kevésbé hangsúlyos ciklikus jellege van.

Minden élő szervezet részt vesz az anyagok körforgásában, egyes anyagokat felvesz a külső környezetből, másokat pedig kibocsát abba. Így a növények szén-dioxidot, vizet és ásványi sókat fogyasztanak a külső környezetből, és oxigént bocsátanak ki. Az állatok belélegzik a növények által felszabaduló oxigént, ezek elfogyasztásával a vízből és szén-dioxidból szintetizált szerves anyagokat asszimilálják, és a táplálék emésztetlen részéből szén-dioxidot, vizet és anyagokat szabadítanak fel. Amikor a baktériumok és gombák lebontják az elhalt növényeket és állatokat, további mennyiségű szén-dioxid keletkezik, és a szerves anyagok ásványi anyagokká alakulnak, amelyek a talajba kerülve újra felszívódnak a növényekben. Így a kémiai alapelemek atomjai folyamatosan vándorolnak egyik szervezetből a másikba, a talajból, a légkörből és a hidroszférából - az élő szervezetekbe, azokból pedig - a környezetbe, így pótolják a bioszféra élettelen anyagát. Ezek a folyamatok végtelen számú alkalommal ismétlődnek. Így például az összes légköri oxigén 2 ezer év alatt áthalad az élő anyagon, az összes szén-dioxid pedig 200-300 év alatt.

A kémiai elemeknek a bioszférában többé-kevésbé zárt utakon történő folyamatos keringését biogeokémiai ciklusnak nevezzük. Az ilyen keringés szükségességét az magyarázza, hogy ezek a bolygón korlátozottak. Az élet végtelenségének biztosításához a kémiai elemeknek körben kell mozogniuk. Az egyes kémiai elemek körforgása része a Föld anyagainak általános nagy ciklusának, vagyis minden ciklus szorosan összefügg egymással.

Az anyagok körforgása, mint minden természetben végbemenő folyamat, állandó energiaáramlást igényel. Az élet létét biztosító biogén körforgás alapja a napenergia. A tápláléklánc szakaszaiban a szerves anyagokban megkötött energia csökken, mert nagy része hő formájában kerül a környezetbe, vagy az élőlényekben lezajló folyamatokra fordítódik, ezért a bioszférában energiaáramlás és átalakulása figyelhető meg . Így a bioszféra csak akkor lehet stabil, ha állandó az anyagok körforgása és a napenergia beáramlása.

Természetes erőforrások

Minden állat vagy növény egy láncszem az ökoszisztémája táplálékláncában, anyagokat cserél az élettelen természettel, ezért részt vesz a bioszférában lévő anyagok körforgásában. A különféle vegyületekben lévő kémiai elemek az élő szervezetek, a légkör és a talaj, a hidroszféra és a litoszféra között keringenek. Miután egyes ökoszisztémákban elkezdődött, a ciklus másokban véget ér. A bolygó teljes biomasszája részt vesz az anyagok körforgásában, ez adja a bioszféra integritását és stabilitását. Az élő szervezetek jelentősen befolyásolják számos vegyület mozgását és átalakulását. A biológiai körfolyamat elsősorban szerves anyagokat alkotó elemeket foglal magában: C, N, S, P, O, H, valamint számos fémet (Fe, Ca, Mg stb.).

A vegyületek körforgása elsősorban a Nap energiájának köszönhető. A zöld növények energiáját felhalmozva és a talajból ásványi anyagokat fogyasztva szerves anyagokat szintetizálnak. A szerves anyagok a bioszférán keresztül a táplálékláncokon keresztül terjednek. A reduktorok a növényi és állati szerves anyagokat ásványi vegyületekké bontják, ezzel lezárják a biológiai körforgást.

Az óceán felső rétegeiben és a szárazföld felszínén a szerves anyagok képződése, a talajban és a tenger mélyén pedig a mineralizáció dominál. A madarak, halak és rovarok vonulása is hozzájárul az általuk felhalmozott elemek átadásához. Az emberi tevékenység jelentősen befolyásolja az elemek körforgását.

A víz körforgása. A bolygó vizei, amelyeket a nap melegít, elpárolog. Az éltető esőként lehulló nedvesség folyóvízként vagy szűréssel megtisztított talajvízként tér vissza az óceánba, hatalmas mennyiségű szervetlen és szerves vegyületet szállítva. Az élő szervezetek aktívan részt vesznek a víz körforgásában, ami az anyagcsere folyamatok szükséges összetevője (a víz biológiai szerepéről lásd az 1. §-t). A szárazföldön a víz nagy részét a növények elpárologtatják, csökkentve a lefolyást és megakadályozva a talajeróziót. Ezért az erdőirtás bekövetkezésekor a felszíni lefolyás egyszerre többszörösére nő, és a talajtakaró intenzív erózióját okozza. Az erdő lassítja a hó olvadását, a fokozatosan lefolyó olvadékvíz pedig jól nedvesíti a mezőket. A talajvíz szintje emelkedik, a tavaszi áradások ritkán pusztítóak.

A trópusi esőerdők mérséklik a forró egyenlítői klímát azáltal, hogy visszatartják és fokozatosan elpárologtatják a vizet (ezt a jelenséget transzspirációnak nevezik). A trópusi erdők erdőirtása katasztrofális szárazságot okoz a közeli területeken. Az erdők ragadozó pusztítása egész országokat sivataggá változtathat, ahogy az Észak-Afrikában már megtörtént. A növényzet által szabályozott víz körforgása a legfontosabb feltétele az élet fenntartásának a Földön.

Szénciklus. A fotoszintézis során a növények szén-dioxid formájában szívják fel a szenet. Az általuk előállított szerves anyag jelentős mennyiségű szenet tartalmaz, amely a táplálékláncokon keresztül oszlik el az ökoszisztémában. A légzési folyamat során az élőlények szén-dioxidot bocsátanak ki. A tengerben és a szárazföldön található szerves maradványokat lebontók mineralizálják. A mineralizáció egyik terméke - a szén-dioxid - visszakerül a légkörbe, lezárva a körforgást.

Az élőlények 6-8 év alatt áthaladnak a légkör összes széntartalmán. Évente akár 50 milliárd tonna szén is részt vesz a fotoszintézis folyamatában. Egy része felhalmozódik a talajban és az óceánok fenekén - az algák és puhatestűek csontvázában, valamint a korallzátonyokban. Jelentős széntartalék található az üledékes kőzetekben. A fosszilis növények és plankton élőlények alapján szén, szerves mészkő és tőzeg, földgáz és esetleg olaj lelőhelyek képződtek (egyes tudósok az olaj abiogén eredetére utalnak). Égéskor a természetes tüzelőanyagok szenet adnak a légkörbe. Évente 3 milliárd tonnával növekszik a légkör széntartalma, és megzavarhatja a bioszféra stabilitását. Ha a növekedés üteme folytatódik, a sarki jég intenzív olvadása, amelyet a szén-dioxid üvegházhatása okoz, hatalmas tengerparti területek elárasztásához vezet szerte a világon.

Nitrogén ciklus. A nitrogén jelentőségét az élő szervezetek számára elsősorban a fehérje- és nukleinsav-tartalma határozza meg. A nitrogén a szénhez hasonlóan a szerves vegyületek része, ezen elemek körforgása szorosan összefügg. A nitrogén fő forrása a légköri levegő. Az élő szervezetek általi rögzítés révén a nitrogén a levegőből a talajba és a vízbe jut. A kék-zöldek évente körülbelül 25 kg/ha nitrogént kötnek meg. Hatékonyan rögzíti a nitrogént és a csomós baktériumokat.

A növények felszívják a nitrogénvegyületeket a talajból, és szerves anyagokat szintetizálnak. A szerves anyagok a táplálékláncokon keresztül a lebontókig terjednek, amelyek lebontják a fehérjéket ammónia felszabadulásával, amelyet más baktériumok tovább alakítanak nitritté és nitráttá. Hasonló nitrogénforgalom megy végbe a bentosz és a plankton élőlények között. A denitrifikáló baktériumok a nitrogént szabad molekulákká redukálják, amelyek visszakerülnek a légkörbe. Kis mennyiségű nitrogén oxidok formájában kötődik meg villámcsapással, és csapadékkal kerül a talajba, valamint vulkáni tevékenységből származik, kompenzálva a mélytengeri üledékek veszteségét. A nitrogén a légköri levegőből ipari rögzítést követően műtrágya formájában is bejut a talajba.

A nitrogén körforgása zártabb, mint a szén körforgása. Ennek csak kis részét mossák ki a folyók, vagy kerül a légkörbe, elhagyva az ökoszisztémák határait.

Kén ciklus. A kén számos aminosav és fehérje része. A kénvegyületek főként szulfidok formájában lépnek be a körforgásba a szárazföldi és tengerfenéki kőzetek mállási termékeiből. Számos mikroorganizmus (például kemoszintetikus baktériumok) képes a szulfidokat a növények számára hozzáférhető formává - szulfátokká - átalakítani. A növények és állatok elpusztulnak, maradványaik lebontók általi mineralizációja kénvegyületeket juttat vissza a talajba. Így a kénbaktériumok oxidálják a fehérjék szulfátokká történő bomlása során keletkező kénhidrogént. A szulfátok segítenek a nehezen oldódó foszforvegyületek oldhatóvá alakításában. Növekszik a növények rendelkezésére álló ásványi vegyületek mennyisége, javulnak táplálkozásuk feltételei.

A kéntartalmú ásványi anyagok készletei igen jelentősek, és ennek az elemnek a feleslege a légkörben, amely savas esőkhöz vezet, és megzavarja a fotoszintézis folyamatait az ipari vállalkozások közelében, már most aggasztja a tudósokat. A természetes tüzelőanyagok elégetésekor jelentősen megnő a kén mennyisége a légkörben.

Foszfor ciklus. Ez az elem számos létfontosságú molekulában megtalálható. Ciklusa a foszfortartalmú vegyületek kőzetekből való kimosódásával és talajba kerülésével kezdődik. A foszfor egy része a folyókba és tengerekbe kerül, a másik részét a növények veszik fel. A foszfor biogén körforgása az általános séma szerint megy végbe: termelők→fogyasztók→redukálók.

Jelentős mennyiségű foszfor kerül kijuttatásra a műtrágyás táblákra. A halászat révén évente mintegy 60 ezer tonna foszfor kerül vissza a szárazföldre. Az emberi fehérje étrendben a halak 20-80%-át teszik ki, néhány alacsony értékű halfajtát hasznos elemekben, köztük foszforban gazdag műtrágyává dolgoznak fel.

A foszfortartalmú kőzetek éves termelése 1-2 millió tonna A foszfortartalmú kőzetek készletei még mindig nagyok, de a jövőben valószínűleg az emberiségnek meg kell oldania a foszfor biogén körforgásba való visszajuttatásának problémáját.

Természetes erőforrások. Életünk lehetősége és feltételei a természeti erőforrásoktól függenek. A biológiai és különösen az élelmiszer-források szolgálják az élet anyagi alapját. A termelésbe bevont ásványi és energiaforrások a stabil életszínvonal alapjául szolgálnak.

Az erőforrásokat általában kimeríthetetlenekre és kimeríthetetlenekre osztják. A Nap és a szél, a légköri levegő és a víz energiája gyakorlatilag kimeríthetetlen. A modern nem ökológiai ipari termelés mellett azonban a víz és a levegő csak feltételesen tekinthető kimeríthetetlen erőforrásnak. A szennyezés számos területen tiszta víz- és levegőhiányt okozott. Ahhoz, hogy ezek az erőforrások kimeríthetetlenek maradjanak, gondos hozzáállás szükséges a természethez.

A kimerülő erőforrásokat nem megújuló és megújuló erőforrásokra osztják. A nem megújuló erőforrások közé tartoznak az elveszett állat- és növényfajok, valamint a legtöbb ásvány. A megújuló erőforrások közé tartozik a fa, a vadállatok és a halak, a növények, valamint néhány ásványi anyag, például a tőzeg.

A természeti erőforrások intenzív fogyasztásával az embernek meg kell őriznie a természetes egyensúlyt. Az anyagok körforgásában az erőforrások egyensúlya határozza meg a bioszféra stabilitását.

1. Hogyan vesznek részt az élő szervezetek az anyagok körforgásában? Hol dominál a szerves anyag képződése, hol történik mineralizációja?
2. Ismertesse a víz körforgását! Mi a szerepe az erdőknek a szabályozásában?
3. Hogyan történik a szénkörforgás? Ki lehet zárni a növényeket a ciklusból?
4. Milyen jellemzői vannak a nitrogén-, kén- és foszfor körfolyamatoknak?
5. Milyen erőforrások igényelnek különösen gondos kezelést?

Az emberi gazdasági tevékenység és a globális környezeti problémák

A földterület mintegy 10-15%-a szántott, 25%-a teljesen vagy részben művelt legelő. Ha ehhez hozzáadjuk a közlekedési hálózat, az ipar, az épületek és építmények által elfoglalt terület 3-5%-át, valamint a Föld bányászat által károsított területének mintegy 1-2%-át, akkor kiderül, hogy a szárazföldi felszín közel felét már elfoglalták. emberi tevékenység által módosított.

A civilizáció fejlődésével a bioszféra ciklusaihoz való negatív hozzájárulása növekszik. Minden tonna ipari termékre 20-50 tonna hulladék jut. A nagyvárosokban minden ember több mint 1 tonna élelmiszert és háztartási hulladékot termel évente. A bioszférában fellépő diszharmónia kihat mind a növény- és állatvilágra, mind az emberi egészségre. Számos szennyező anyag a talajba, a légkörbe és a víztestekbe kerülve felhalmozódik a növények és állatok szöveteiben, és a táplálékláncon keresztül megfertőzi az emberi szervezetet. A mérgező vegyületek jelentősen növelhetik a veleszületett és örökletes rendellenességekhez vezető mutációk számát. A bolygó különböző régióiból származó adatok összehasonlítása arra a következtetésre vezette a tudósokat, hogy a rákos megbetegedések legalább 80%-át a környezet kémiai szennyezése okozza.

A légkörszennyezés főként a természetes tüzelőanyagoknak a közlekedés, a közművek és az ipar általi elégetéséből származik. A városokban a szennyező anyagok több mint 60%-át a közlekedés, mintegy 15%-át a hőerőművek teszik ki, a kibocsátás 25%-a pedig az ipari és építőipari vállalkozásoktól származik. A fő légszennyező anyagok a kén-, nitrogén-, metán- és szén-monoxid-oxidok. A növényekben a levegőszennyezés súlyos anyagcserezavarokhoz és különféle betegségekhez vezet. A kén-dioxid elpusztítja a klorofillt és gátolja a pollenszemek fejlődését, a levelek és tűlevelek kiszáradnak és lehullanak. Más szennyező anyagok hatása sem kevésbé káros.

Évente mintegy 100 millió tonna kén-oxid, több mint 70 millió tonna nitrogén-oxid és 180 millió tonna szén-monoxid kerül a légkörbe.

Savas csapadék. A szennyező anyagok magas koncentrációja savas esők és szmog kialakulásához vezet. Savas csapadék (eső, hó, köd) a kén és a nitrogén-dioxidok (SO2, NO2) vízben való oldásakor képződik. A savas csapadék lemossa a fehérjéket, aminosavakat, cukrot és káliumot a növényi levelekről, és károsítja a felső védőréteget. A savas oldatok savas környezetet juttatnak a talajba, ami a humusz kimosását okozza, csökkentve a kalcium, kálium és magnézium létfontosságú sóinak mennyiségét. A savanyú talajok mikroorganizmusokban szegények, az alom pusztulásának üteme lelassul, a lebontó anyagok számának csökkenése megbontja az ökoszisztémák egyensúlyát.

A savas eső hatalmas ökoszisztémákat pusztít el, növények és erdők pusztulását okozza, a tavakat és folyókat pedig élettelen víztömegekké változtatja. Az USA-ban az elmúlt 100 évben a savas esők 40-szer savasabbá váltak, mintegy 200 tó maradt hal nélkül, Svédországban a tavak 20%-a katasztrofális állapotban van. A svéd savas esők több mint 70%-át más országokból származó kibocsátások okozzák. Európában a savas esők mintegy 20%-a az észak-amerikai kén-oxid-kibocsátás következménye.

Szmog. A légkör alsóbb rétegeiben a napfény hatására a szennyező anyagok az élő szervezetekre rendkívül káros, ködként megfigyelhető vegyületeket képeznek. A nagyvárosokban a szmog miatti napfény mennyisége 10-15%-kal, az ultraibolya sugárzás pedig 30%-kal csökken.

Ózon lyukak. A légkörben 20-25 km magasságban nagyszámú ózonmolekula (O3) található, amelyek elnyelik a napspektrum kemény részét, ami pusztító az élő szervezetek számára. 1982-ben a tudósok lyukat fedeztek fel az ózonrétegben az Antarktisz felett, 1987-ben pedig az Északi-sarkon. A tudósok attól tartanak, hogy lyukak jelenhetnek meg a földgömb lakott része felett is. Ez a bőrrák növekedéséhez, a szürkehályoghoz, valamint az erdei és tengeri ökoszisztémák megzavarásához vezethet.

Milyen okok miatt keletkeznek ózonlyukak? A tudósok szerint a fő a freonok (klór-fluor-szénhidrogének СFCl3, СF2Сl2) felhalmozódása, amelyeket az aeroszolgyártásban és a hűtőiparban használnak. Ezek a gázok évtizedekig megmaradnak a légkörben. A sztratoszférába kerülve a napsugárzás hatására klóratomokká bomlanak, amelyek katalizálják az ózon oxigénné való átalakulását.

Üvegházhatás. Egyes légköri gázok jól áteresztik a látható fényt, és elnyelik a bolygó hősugárzását, általános felmelegedést okozva. Az üvegházhatás 50%-a a szén-dioxid jelenlétének, 18%-a a metánnak és 14%-a a freonnak köszönhető. A légkörben a CO2 mennyiségének növekedését elsősorban a tüzelőanyag elégetése és az erdők szántás céljára történő kivágása, valamint a humusz intenzív mineralizációja okozza a hatalmas szántóföldeken.

A metán mocsaras területekről, rizsültetvények vizes talajáról, számos állattartó telepről, valamint a széntelepek megnyitása során kerül a légkörbe. A metán a kérődzők egyik fő anyagcsereterméke, amely jellegzetes csípős szagot kölcsönöz ürüléküknek. A 20. században a légkörben lévő CO2 mennyisége 25%-kal, a metáné 100%-kal nőtt, ami 0,5°C-kal növelte az átlaghőmérsékletet. Ezzel a tendenciával a hőmérséklet 3-5°C-kal emelkedhet a következő 50 évben. A számítások azt mutatják, hogy a sarki jég olvadása a tengerszint 0,5-1,5 m-es emelkedéséhez vezet. India és az USA veszélyben lesz. A csapadék összmennyisége növekedni fog, de a kontinensek középső részein az éghajlat szárazabbá válhat, és káros lehet a termés, különösen a gabona és a rizs számára (Ázsia lakosságának 60%-ánál a rizs a fő termék).

Így a légkör gázösszetételének kismértékű változása is veszélyes a természetes ökoszisztémákra.

Zavarok a hidroszférában. A mezőgazdasági gyakorlatok nagy léptékű hibái számos természetes ökoszisztéma pusztulásához vezettek. Az Amu-Darja és a Syr Darya folyókból a gyapotültetvények öntözésére való elterelése katasztrofálisan csökkentette az Aral-tó szintjét. A száradó medrében a porviharok hatalmas területeken okozták a talaj szikesedését. Az Aral-tó régió természetes ökoszisztémáinak leromlása a vízhiány és az elsivatagosodás következménye.

Ragadozó vízkivétel öntözéshez, ipari termelés szükségleteihez (1 tonna nikkel olvasztása 4000 m3 vizet vesz igénybe, 1 tonna papír előállítása - 100 m3, 1 tonna műszál - 5000 m3-ig), a a vízvédelmi erdők elpusztítása és a mocsarak lecsapolása a folyók tömeges eltűnéséhez vezetett. Ha 1785-ben több mint 1 millió folyó volt a Kaluga régióban, akkor 1990-ben már csak 200 folyó volt!

A folyami ökoszisztémák nagyon érzékenyek és sérülékenyek. A szántóföldekről, az állati hulladékból és a szennyvízből kimosott hatalmas mennyiségű műtrágya a nitrogén- és foszforvegyületek koncentrációjának növekedését okozza a víztestekben. A vízi ökoszisztémákban megindul a kék-zöld algák gyors fejlődése, kiszorítva a zooplanktonhoz szükséges kovamoszatokat. A halak éhen halnak. A kékeszöldek az alján felhalmozódnak és megrohadnak (a baktériumok lebontják), megmérgezik a vizet és kimerítik az oxigénellátást. A festői tavak bűzös, sárral és habbal borított csatornákká változnak. Ha a víz nem mérgezett, akkor minden négyzetméteren legfeljebb 15 puhatestű található, amelyek mindegyike gondosan megszűri akár 50 liter vizet naponta. Ezek a lények elpusztulnak, amikor idegen vegyszerek kerülnek a víztestekbe. A vízszennyezéssel szemben a legellenállóbbak a piócák, az ascidiák és a szitakötőlárvák.

A bioszféra összetevőit az anyagok körforgása és a táplálékláncok kapcsolják össze, ha az egyik ökoszisztéma megzavarja az ökológiai egyensúlyt. Amikor az északi féltekén elkezdték a rovarokat DDT-vel mérgezni, hamarosan jelentős mennyiségű mérget találtak az antarktiszi pingvinek testében, akik halakból kapták. Sok peszticid nagyon stabil, és hosszú ideig felhalmozódhat az élőlények szöveteiben, minden egyes következő táplálkozási szinten sokszorosára szaporodva.

Az ésszerűtlen emberi gazdasági tevékenység miatt a természetes tározókat nehézfémek - higany, ólom, valamint réz és cink - sóival mérgezték meg. Ezek a vegyületek az iszapban, a halszövetekben halmozódnak fel, és a táplálékláncokon keresztül bejutnak az emberi szervezetbe, súlyos mérgezést okozva. Az Egyesült Államok ipari területeinek lakóinak szervezeteinek szöveteiben az ólomtartalom 50-1000-szeresére nőtt az elmúlt 100 évben. Még a Pamir-Altáj gleccsereiben is ötszörösére nőtt a higanytartalom. Kis mennyiségű vegyszer megzavarja a halak, homárok és más vízi fajok viselkedését. A réz, higany, kadmium és fenolok minimális koncentrációjának regisztrálása ezeken a jellemzőken alapul. Az egyik leggyakoribb peszticid - a toxafén - 1:108 (1 rész/100 millió) tartalommal egyes halak (például gambusia) pusztulását, visszafordíthatatlan elváltozásokat okoz a harcsa és a pisztráng májában és kopoltyújában.

Az olajszivárgás a termelés és a szállítás során olajfilm kialakulásához vezet a folyók és tengerek felszínén (az összes olaj több mint 40%-a a polcon termelődik). Műholdas megfigyelések szerint a világóceán felszínének mintegy 10-15%-a szennyezett. A felszínről származó olaj fokozatosan elpárolog, és a baktériumok lebontják, de ez lassan történik. Sok vízi madár elpusztul, a plankton elpusztul, majd fő fogyasztói - a mélytengeri lakosok. " Bentikus sivatag" a Balti-tenger fenékfelszínének több mint 20%-át fedi le. Az olaj megakadályozza a vizek oxigénnel való dúsítását. Ennek eredményeként a hidroszféra gázegyensúlya a légkörrel megbomlik, és az ökológiai egyensúly eltolódik.

Az intenzív halászat és a kagylók begyűjtése sok talapzati ökoszisztémát kimerített.

Talajpusztulás. Hazánkban és az Egyesült Államokban a sztyeppék kiterjedt szántása okozta a porviharokat, amelyek több millió hektár termőföldet vittek el. A természetnek 100-300 év kell ahhoz, hogy egy centiméteres talajréteget újrateremtsen! Jelenleg a megművelt területek mintegy 1/3-a elvesztette termőrétegének 50%-át a különféle eróziók miatt. Évente mintegy 3 millió hektár pusztul el az erózió, 2 millió hektár az elsivatagosodás, 2 millió hektár pedig vegyszermérgezés miatt.

Sok mezőgazdasági terület talaja szikesnek bizonyult. Az Aral-tenger térségében ez poros sóviharok következtében, más területeken - az öntözővíz áramlásának nem megfelelő megszervezése miatt történt. A túlzott víz hatására a sóban gazdag talajvíz a felszínre emelkedik. Az intenzív párolgás a talaj felső horizontjainak szikesedését idézi elő, és néhány év elteltével az ilyen területeken már nem lehet növényt termeszteni. A talaj szikesedése a mezőgazdaság hanyatlásához vezetett Mezopotámiában 4000 évvel ezelőtt. Az öntözővizek eleinte jó termést biztosítottak ott, de az intenzív párolgás következtében a talaj kémiai degradációját okozták.

Nagy probléma a megművelt földterületek fizikai leromlása is – a nehéz mezőgazdasági gépek általi erős tömörítés.

A természetes fajdiverzitás elvesztése. Az állatok és növények jelentős része erdei biocenózisokban él. Ha 1500 évvel ezelőtt az erdők 7 milliárd hektárt foglaltak el a bolygón, ma már nem több, mint 4 milliárd hektár. Különösen barbár a trópusi erdők erdőirtása, amelyek a bolygó összes növényfajának körülbelül 80%-át tartalmazzák. A trópusi erdők főleg az elmaradott országokban találhatók, amelyek számára a fa értékesítése jelenti az egyik fő bevételi forrást. A trópusokon az erdők a szárazföldi terület 7%-ára csökkentek, és ha a pusztulás üteme folytatódik, akkor 2030-ra már csak egynegyede marad meg.

Közép-Oroszországban a tűlevelű erdők gyakorlatilag elpusztultak, Szibéria és a Távol-Kelet legértékesebb és legelérhetőbb erdőterületeit pedig intenzíven kivágják. Az erdők pusztulásával az éghajlat felborul, a talaj leromlik, a folyók pusztulnak, az állatok és növények eltűnnek.

Az Amazonas-medencében található egyedülálló erdőt évi 2%-os arányban vágják ki. Haitin 20 évvel ezelőtt az erdők a terület 80% -át elfoglalták, ma már csak 9%. A ragadozó erdőirtás miatt évente több ezer növényfaj tűnik el visszavonhatatlanul, mintegy 20 ezer virágos növényfaj, 300 emlősfaj és 350 madárfaj a kihalás szélén áll. Az egyes növényfajok eltűnésével 5-35 ökológiailag hozzátartozó állatfaj (főleg gerinctelen) pusztul ki.

Európában évente mintegy 300 millió vándorló és telelő madár, 55 millió mocsári, mezei és erdei vad pusztul el, az USA-ban - 2,5 millió gyászgalamb, Görögországban - 3 millió seregély, a szigeten. Mallorca - 3,5 millió feketerigó.

A mezőgazdaság fejlődésével az eurázsiai sztyeppék szinte teljesen eltűntek. A tundrai ökoszisztémákat barbár módon elpusztítják. A korallzátonyok az óceán számos területén veszélyeztetettek.

A fajok sokfélesége nemcsak szépség, hanem a bioszféra stabilitásának szükséges tényezője is. Az ökoszisztémák akkor képesek ellenállni a külső biotikus, éghajlati és mérgező hatásoknak, ha kellően sok változatos faj lakja őket. Egy tanulmányban a tudósok a fenol mérgező anyagot juttatták be az ökoszisztémákba. Csak a baktériumok semlegesítik a fenolt, de kiderült, hogy a semlegesítés hatékonyabb egy olyan ökoszisztémában, ahol sokféle organizmus található. A fajok kihalása jóvátehetetlen veszteség a bioszféra számára, és valós veszélyt jelent az emberiség túlélésére.

A változatos növényzet kiterjeszti az egészség megőrzésének lehetőségeit. Manapság rengeteg gyógyszert készítenek vadon élő növényekből. Még nem ismerjük a növények összes jótékony tulajdonságát, nem tudjuk eldönteni, melyikre lesz szükségünk. 1960-ban a leukémiás gyermekeknek csak 20%-a élte túl, ma - 80%, mert Madagaszkár egyik trópusi erdei növényében a tudósoknak sikerült hatóanyagokat találniuk a betegség leküzdésére. A fajok sokféleségének elvesztésével a jövőnket veszítjük el.

Jelenleg nemzetközi program folyik a ritka és veszélyeztetett növény- és állatfajok megőrzésére.

A légkör radioaktív szennyezettsége. A légköri áramlatokban lévő radioaktív részecskék gyorsan terjednek nagy távolságokra, szennyezve a talajt és a víztesteket, a növényeket és az állatokat. Négy hónappal a csendes-óceáni atollokon minden egyes nukleáris robbanás után radioaktív stronciumot mutattak ki európai nők tejében.

A radioaktív izotópok különösen veszélyesek, mivel más elemeket helyettesíthetnek a szervezetekben. A stroncium-90 tulajdonságaiban hasonló a kalciumhoz, és felhalmozódik a csontokban, míg a cézium-137 a káliumhoz hasonlít, és az izmokban koncentrálódik. Különösen sok radioaktív elem halmozódik fel azon fogyasztók szervezetében, akik szennyezett növényeket és állatokat fogyasztottak. Így rendkívül nagy mennyiségű cézium-137-et találtak a rénszarvashúst evő alaszkai eszkimók szervezetében. A szarvasok zuzmókkal táplálkoznak, amelyek hosszú életük során jelentős mennyiségű radioaktív izotópot halmoznak fel. Tartalmuk a zuzmóban több ezerszer magasabb, mint a talajban. A szarvasok szöveteiben ez a mennyiség háromszorosára nő, az eszkimók testében pedig kétszer annyi radioaktív cézium van, mint a szarvasban. Egyes sarkvidéki régiók lakosságának rosszindulatú daganatok miatti halálozási aránya az átlagosnál érezhetően magasabb.

A sugárzás különösen sokáig fennmarad az atomerőművekben bekövetkezett balesetek után. A csernobili katasztrófa során a radioaktív részecskék 6 km magasra emelkedtek. Már az első napon atmoszférikus áramlásokkal terjedtek el Ukrajna és Fehéroroszország felett. Ezután a felhő kettévált, egy része a második-negyedik napon megjelent Lengyelország és Svédország felett, a hét végére átszelte Európát, és a 10. napon elérte Törökországot, Libanont és Szíriát. A felhő egy másik része egy héten belül átszelte Szibériát, a 12. napon Japán felett kötött ki, a balesetet követő 18. napon pedig Észak-Amerikát látogatta meg a radioaktív felhő.

A bioszféra folyamatainak tanulmányozása segít megérteni a teremtett világ minden részének fontosságát, és megérteni a modern ember fájdalmas lelkiállapotát. Nyugaton, most pedig Oroszországban a kényelmes amerikai életforma, mint legfőbb jó vágya uralkodik. Mi Amerika egy ökológus szemével? Ez a bolygó lakosságának 5,5%-a, a természeti erőforrások felhasználásának 40%-a és a káros kibocsátások 70%-a! Ez a fényűző élet ára más népek és a bolygó jövőjének rovására.

Eljött az idő, hogy józanul szemléljük az egyre nagyobb anyagi jólét iránti vágyakat, és megértsük, hogy az ipari-fogyasztói társadalom stratégiája katasztrófához vezet. Ha a következő évtizedekben nem haladunk a megfelelő lelki irányvonalak felé, akkor utódaink a túlélés problémájával szembesülnek. Nem szabad elfelejtenünk, hogy vigyázzunk egymásra és szülőföldünkre – a felbecsülhetetlen értékű gazdagságra, amelyet a Teremtő bízott ránk.

1. Ismertesse a levegőszennyezés négy fő hatását! Hogyan oszlanak el a szennyező anyagok?
2. Miért veszélyes az öntözéses gazdálkodás?
3. Milyen negatív következményekkel jár a túlzott műtrágya?
4. Miért tartják a tudósok az emberre veszélyesnek az ökoszisztémák fajdiverzitásának csökkenését?
5. A környezetszennyezés civilizációnk spiritualitásának hiányának a következménye? Hol kell elkezdened a bolygó fejlesztését?

Globális forgalombanó igen

Globálisan a víz- és a CO2-ciklusok valószínűleg a legfontosabb biogeokémiai ciklusok az emberiség számára. Mindkettőt kicsi, de erősen mozgékony légköri források jellemzik, amelyek nagyon érzékenyek az emberi tevékenység okozta zavarokra, és amelyek befolyásolhatják az időjárást és az éghajlatot.

Bár a víz részt vesz a fotoszintézist alkotó kémiai reakciókban, az ökoszisztémán átáramló víz nagy része a párolgás, a párolgás (a növényekből való párolgás) és a csapadék hatására történik.

A víz körforgását vagy hidrológiai ciklusát, mint minden más ciklust, az energia hajtja. A fényenergia folyékony víz általi elnyelése jelenti azt a fő pontot, ahol az energiaforrás a víz körforgásához kapcsolódik. Becslések szerint a Földet érő napenergia körülbelül egyharmadát a víz körforgásának mozgatására fordítják.

A föld vizének több mint 90%-a a földkérget alkotó kőzetekben és a földfelszínen található üledékekben (jég és hó) kötődik. Ez a víz nagyon ritkán kerül be az ökoszisztémában előforduló hidrológiai körforgásba: csak a vulkáni vízgőz-kibocsátás során. Így a földkéregben jelenlévő nagy víztartalékok igen jelentéktelen mértékben járulnak hozzá a víznek a Föld felszínéhez közeli mozgásához, ami e ciklus tartalékalapjának alapját képezi.

A légkörben lévő víz mennyisége kicsi (körülbelül 3%). A levegőben lévő gőz minden pillanatban egy átlagosan 2,5 cm vastagságú, a Föld felszínén egyenletesen eloszló rétegnek felel meg. Az évente lehulló csapadék mennyisége átlagosan 65 cm, ami 25-ször több, mint az adott pillanatban a légkörben lévő nedvesség mennyisége. Következésképpen a légkörben folyamatosan jelenlévő vízgőz, az úgynevezett légköri alap, évente 25-ször körbejár. Ennek megfelelően a víz légkörben való átjutásának ideje átlagosan két hét.

A talaj, a folyók, tavak és óceánok víztartalma több százezerszer nagyobb, mint a légkörben. Ugyanakkor mindkét alapon azonos ütemben áramlik át, mivel a párolgást a csapadék ellensúlyozza. A folyékony halmazállapotú víznek a Föld felszínén való szállításának átlagos ideje, ami 3650 év, 105-ször hosszabb, mint a légkörben való szállításának ideje.

Különös figyelmet kell fordítani a víz körforgásának következő vonatkozásaira:

1. A tenger több vizet veszít a párolgás következtében, mint amennyit a csapadék révén kap; szárazföldön a helyzet fordított. Hogy. A szárazföldi ökoszisztémákat, köztük a legtöbb agroökoszisztémát támogató üledék nagy része a tengerből elpárolgott vízből áll.
2. A növényi transzspiráció fontos, ha nem a fő szerepe a szárazföldről történő teljes párolgásban (párolgásban). A növényzet vízmozgásra gyakorolt ​​hatása a legjobban akkor derül ki, ha a növényzetet eltávolítjuk. Így a kisvízgyűjtőkben az összes fa kísérleti kivágása több mint 200%-kal növeli a megtisztított területeket lecsapoló folyókba jutó víz mennyiségét. Normál körülmények között ez a felesleg vízgőz formájában közvetlenül a légkörbe kerülne.
3. Bár a felszíni lefolyás feltölti a felszín alatti víztározókat, és maga is feltöltődik azok által, ezek a mennyiségek fordított arányban állnak egymással. Az emberi tevékenység következtében (a földfelszín vízzáró anyagokkal való borítása, folyókon tározók kialakítása, öntözőrendszerek építése, szántók tömörítése, erdőirtás stb.) megnő a lefolyás, és csökken az ilyen fontos talajvízkészlet feltöltése. . Sok száraz területen a talajvíz tározókat ma már gyorsabban szivattyúzzák ki az emberek, mint ahogy a természet pótolja.

A szén, nitrogén és oxigén biogeokémiai ciklusai a legteljesebbek. A nagy légköri tartalékoknak köszönhetően gyors önszabályozásra képesek.

Globális szénciklus

A szénkörforgásban, vagy inkább annak legmozgékonyabb formájában, a CO2-ban jól látható egy trofikus lánc: termelők, amelyek a fotoszintézis során a szenet felfogják a légkörből, a szén-dioxidot elnyelő fogyasztók a termelők és az alacsonyabb rendű fogyasztók testével együtt, a lebontók, amelyek visszatérnek. szén visszakerül a körforgásba. Csak a szerves vegyületek és a szén-dioxid vesznek részt a biológiai szénciklusban. A fotoszintézis során asszimilált összes szén a szénhidrátokban található, és a légzés során a szerves vegyületekben lévő szén szén-dioxiddá alakul.

Hatalmas szervetlen szénkészlet – légköri szén-dioxid, oldott szén-dioxid (főleg HCO3- formájában), szénsav és karbonátlerakódások – különböző mértékben vesznek részt a szénkörforgásban. A magmás kőzetekben, kalcium-karbonát-lerakódásokban, szénben és olajban található szén és más aktívabb szénkészletek közötti csere olyan lassan megy végbe, hogy ennek a szénnek az ökoszisztémák rövid távú működésére gyakorolt ​​hatása elhanyagolható.

A körforgásban a légköri CO2-készlet nagyon kicsi az óceánokban, a fosszilis tüzelőanyagokban és a földkéreg egyéb tározóiban lévő széntartalékokhoz képest. Úgy tartják, hogy az ipari korszak beköszönte előtt a légkör, a kontinensek és az óceánok közötti szénáramlás egyensúlyban volt.

Ez az egyensúly a zöld növények szabályozó tevékenységén és a tengeri karbonát rendszer felvevő képességén alapul. Amikor az élet megjelent a Földön több mint 2 milliárd évvel ezelőtt, a légkör vulkáni gázokból állt. Sok volt a CO2 és kevés az oxigén (vagy talán egyáltalán nem), és az első élőlények anaerobok voltak. Annak következtében, hogy a termelés átlagosan valamivel meghaladta a légzést, a geológiai idő alatt a légkörben felhalmozódott oxigén és a CO2-tartalom csökkent. Az oxigén felhalmozódásához geológiai és tisztán kémiai folyamatok is hozzájárultak, például a vas-oxidokból történő felszabadulás vagy a redukált nitrogénvegyületek képződése és az ultraibolya sugárzás hatására a víz felhasadása oxigén felszabadulásával. Az alacsony CO2-tartalom, valamint a magas O2-koncentráció korlátozza a fotoszintézist: a legtöbb növényre jellemző a fotoszintézis intenzitásának növekedése, ha a kísérletben a CO2-tartalom növekszik vagy az O2-tartalom csökken. Így a zöld növények e gázok tartalmának nagyon érzékeny szabályozóinak bizonyulnak.

A Föld fotoszintetikus „zöldöve” és a tenger karbonátrendszere állandó CO2-szintet tart fenn a légkörben. Ám az elmúlt évszázadban a fosszilis tüzelőanyagok rohamosan növekvő fogyasztása a „zöld övezet” abszorpciós képességének csökkenésével együtt kezdi meghaladni a természetes szabályozás képességeit, így a légkör CO2-tartalma most fokozatosan növekszik. . Valójában a kis cserealapok bemeneti és kimeneti anyagáramlása a legnagyobb változásoknak van kitéve. Úgy tartják, hogy az ipari forradalom kezdetén (1800 körül) a Föld légköre körülbelül 290 ppm (0,029%) CO2-t tartalmazott. 1958-ban, amikor először végeztek pontos méréseket, a tartalom 315 volt, 1960-ban pedig 335 ppm-re emelkedett. Ha a koncentráció megduplázza az iparosodás előtti szintet, ami a következő évszázad közepére megtörténhet, a Föld éghajlata valószínűleg felmelegszik: a hőmérséklet átlagosan 1,5-4,5 °C-kal emelkedik, és ez a tengerszint emelkedésével együtt (mint pl. a sarki sapkák olvadásának eredménye) és a csapadékeloszlás változása tönkreteheti a mezőgazdaságot.

Úgy gondolják, hogy a következő évszázadban új, de bizonytalan egyensúly jöhet létre a növekvő CO2-szint (amely hozzájárul a Föld felmelegedéséhez) és a porral és más, a sugárzást visszaverő és ezáltal a bolygót lehűtő részecskékkel való növekvő légszennyezés között. A Föld hőköltségvetésében bekövetkező bármilyen jelentős változás hatással lesz az éghajlatra.

Az üvegházhatású gáz CO2 fő forrása a fosszilis tüzelőanyagok elégetése, de a mezőgazdasági fejlesztés és az erdőirtás is hozzájárul. Meglepő lehet, hogy a mezőgazdaság végső soron CO2-t veszít a talajból (azaz többet járul hozzá a légkörhöz, mint amennyit kivesz), de tény, hogy a növények CO2-megkötése, amelyek közül sok csak az év egy részében aktív, igen. nem kompenzálja a talajból felszabaduló CO2 mennyiségét, különösen a gyakori szántás következtében. Az erdők fontos szén-elnyelők, mivel az erdei biomassza másfélszer több szenet, az erdei humusz pedig 4-szer több szenet tartalmaz, mint a légkörben. Az erdőirtás persze felszabadíthatja a fában raktározott szenet, főleg ha azonnal elégetjük. Az erdők elpusztítása, különösen e földterületek későbbi mezőgazdasági vagy városépítési célú felhasználása a humusz oxidációjához vezet.

A CO2 mellett további két szénvegyület van jelen kis mennyiségben a légkörben: a szén-monoxid (CO) - körülbelül 0,1 ppm és a metán (CH4) - körülbelül 1,6 ppm. A CO2-hoz hasonlóan ezek a vegyületek gyorsan keringenek, ezért rövid tartózkodási idejük van a légkörben – CO esetében körülbelül 0,1 év; 3,6 év CH4 és 4 év CO2 esetében.

Mind a CO, mind a CH4 a szerves anyagok nem teljes vagy anaerob bomlása során keletkezik; a légkörben mindkettő CO2-vé oxidálódik. A természetes bomlás eredményeként a légkörbe kerülő CO mennyisége ma már a fosszilis tüzelőanyagok, különösen a kipufogógázok tökéletlen elégetésekor kerül be. A szén-monoxid felhalmozódása, amely halálos méreg az emberek számára, nem jelent veszélyt globálisan, de azokban a városokban, ahol a levegő stagnál, a légkörben lévő gáz szintje riasztóvá válik, és eléri a 100 ppm szintet.

A metántermelés a világ vizes élőhelyeinek és sekély tengereinek egyik legfontosabb funkciója. A metánnak jótékony funkciója van: fenntartja az ózonréteg stabilitását a felső légkörben, ami blokkolja a nap halálos ultraibolya sugárzását. A szén biotikus ciklusa egy nagy körforgás szerves része, amely az élőlények élettevékenységéhez kapcsolódik. A CO2 forgalmi sebessége körülbelül 300 év (teljes helyettesítése a légkörben).

Oxigén ciklus

A nitrogén után a légkörben a második legelterjedtebb elem az oxigén, amely 20,95 térfogatszázalékot tesz ki. Sokkal nagyobb mennyiségben található meg kötött állapotban a vízmolekulákban, sókban, valamint a földkéreg oxidjaiban és egyéb szilárd kőzeteiben, de az ökoszisztéma nem fér hozzá közvetlenül ehhez a hatalmas oxigénkészlethez. Az oxigén szállítási ideje a légkörben körülbelül 2500 év, ha figyelmen kívül hagyjuk a légkör és a felszíni vizek közötti oxigéncserét. A Föld elsődleges légkörében az O2-tartalom nagyon alacsony volt, de a fotoszintetikus szervezetek megjelenésével a légkör fontos összetevőjévé vált. Sokak során millió év alatt a légkör O2 koncentrációja fokozatosan nőtt, és mára elérte a 21%-ot (térfogat szerint). Az O2 szinte teljes mennyisége a cianobaktériumok, majd a zöld növények fotoszintézisének eredményeként jött létre. Az oxigén eltávolítása a légkörből az élő szervezetek által aerob légzés útján történő felszívódása, a fosszilis tüzelőanyagok elégetése és az oxidok (oxidok) képződése eredményeként következik be. A fosszilis tüzelőanyagok lélegeztetése és elégetése során szén-dioxid (szén-dioxid, CO2) keletkezik, amelyet újra felhasználnak a fotoszintézisben, amely folyamatban oxigént bocsát ki a légkörbe, így teljessé válik a körforgás. A természetben az oxigén körforgása alapvetően hasonló a természetben zajló szénkörhöz.

Biogeokémiai nitrogén körforgás.

Természetesen a nitrogén körforgás az egyik legösszetettebb és egyben legsérülékenyebb ciklus (ábra). Az érintett élőlények nagy száma ellenére biztosítja a nitrogén gyors áramlását a különböző ökoszisztémákban. Általában a nitrogén mennyiségi értelemben követi a szenet, amellyel együtt részt vesz a fehérjevegyületek képződésében. A nitrogén, amely a fehérjék és más nitrogéntartalmú vegyületek részét képezi, számos kemotróf baktérium aktivitása következtében szervesből szervetlen formává alakul. Mindegyik baktériumtípus elvégzi a feladatát, az ammóniumot nitritté, majd nitráttá oxidálja. A növények számára elérhető nitrátok azonban a denitrifikáló baktériumok tevékenysége következtében „kiszöknek” belőlük, amelyek a nitrátokat molekuláris nitrogénné redukálják.

A nitrogénciklust a légkörben található kiterjedt tartalékalap jellemzi. A levegő térfogata közel 80%-a molekuláris nitrogén (N2), és ennek az elemnek a legnagyobb tárolója. Ugyanakkor a talaj elégtelen nitrogéntartalma gyakran korlátozza az egyes növényfajok és az egész ökoszisztéma termőképességét. Minden élő szervezetnek szüksége van nitrogénre, különféle formákban felhasználva fehérjék és nukleinsavak előállítására. A légkörből származó nitrogéngázt azonban csak néhány mikroorganizmus képes felhasználni. Szerencsére a nitrogénmegkötő mikroorganizmusok a molekuláris nitrogént ammóniumionokká alakítják, amelyek a növények rendelkezésére állnak. Emellett szervetlen úton folyamatosan nitrátok keletkeznek a légkörben, de ez a jelenség csak támogató szerepet tölt be a nitrifikáló szervezetek tevékenységéhez képest.

A foszfor és a kén biogeokémiai ciklusai

A legfontosabb biogén elemek, a foszfor és a kén biogeokémiai körforgása sokkal kevésbé tökéletes, mivel ezek zöme a földkéreg tartalékalapjában, a „hozzáférhetetlen” alapban található.

A kén és foszfor körforgása tipikus üledékes biogeokémiai körfolyamat. Az ilyen ciklusokat különféle hatások könnyen megzavarják, és a kicserélt anyag egy része elhagyja a körforgást. A körforgásba csak geológiai folyamatok eredményeként vagy a biofil komponensek élő anyag általi kivonásával tud visszatérni.

Foszfor

A foszfor a múlt geológiai korszakaiban keletkezett kőzetekben található. Beléphet a biogeokémiai körforgásba (ábra), ha ezek a kőzetek a földkéreg mélyéről a szárazföld felszínére, a mállási zónába emelkednek. Eróziós folyamatokon keresztül a tengerbe kerül a jól ismert ásványi apatit formájában.

Az általános foszforciklus két részre osztható: vízi és szárazföldi. A vízi ökoszisztémákban a fitoplankton asszimilálja, és a trofikus lánc mentén továbbítja a harmadrendű fogyasztókhoz - tengeri madarakhoz. Az ürülékük (guanó) visszatér a tengerbe és bekerül a körforgásba, vagy felhalmozódik a parton és bemosódik a tengerbe.

A haldokló tengeri állatokból, különösen a halakból a foszfor visszatér a tengerbe és a körforgásba, de egyes halcsontvázak nagy mélységbe jutnak, és a bennük lévő foszfor ismét üledékes kőzetekbe kerül.

A szárazföldi ökoszisztémákban a foszfort a növények vonják ki a talajból, majd a trofikus hálózaton keresztül terjesztik. Az állatok és növények elpusztulása után és ürülékeikkel visszatér a talajba. A vízerózió következtében a foszfor elveszik a talajból. A szállítási vízi utak megnövekedett foszfortartalma a vízinövények biomasszájának gyors növekedését, a víztestek „virágzását” és eutrofizációját okozza. A foszfor nagy része a tengerbe kerül, és ott helyrehozhatatlanul elvész.

Ez utóbbi körülmény a foszfortartalmú ércek (foszforitok, apatitok stb.) tartalékainak kimerüléséhez vezethet. Ezért arra kell törekednünk, hogy elkerüljük ezeket a veszteségeket, és ne várjunk arra az időre, amikor a Föld visszahozza az „elveszett üledékeket” a szárazföldre.

Kén

A kénnek is van egy fő tartalékalapja az üledékekben és a talajban, de a foszforral ellentétben a légkörben is van tartalékalapja (ábra). A cserealapban a mikroorganizmusoké a főszerep. Ezek egy része redukálószer, mások oxidálószer.

A kőzetekben a kén szulfidok (FeS2 stb.), oldatokban ion (S042~), gázfázisban hidrogén-szulfid (H2S) vagy kén-dioxid (S02) formájában fordul elő. Egyes szervezetekben a kén tiszta formájában halmozódik fel (S2), és amikor elpusztulnak, a tengerek fenekén natív kénlerakódások képződnek.

A tengeri környezetben a szulfátion a klór után a második helyen áll, és a kén fő elérhető formája, amelyet autotrófok redukálnak és az aminosavak tartalmaznak.

A kénciklus, bár az élőlényeknek kis mennyiségben igénylik, kulcsfontosságú a termelés és a bomlás általános folyamatában (Y. Odum, 1986). Például, amikor vas-szulfidok képződnek, a foszfor oldható formába kerül, amely elérhető a szervezetek számára.

A szárazföldi ökoszisztémákban a kén visszatér a talajba, amikor a növények elpusztulnak, és a mikroorganizmusok megfogják, és H2S-vé redukálják. Más szervezetek és maga az oxigénnek való kitettség okozza ezeknek a termékeknek az oxidációját. A keletkező szulfátok feloldódnak és a talaj pórusoldataiból felszívják a növényeket – így folytatódik a körforgás.

A kén körforgása azonban a nitrogénhez hasonlóan emberi beavatkozás hatására megszakadhat, és ez elsősorban a fosszilis tüzelőanyagok, különösen a szén elégetésének köszönhető. A kén-dioxid (S02t) megzavarja a fotoszintézis folyamatait, és a növényzet pusztulásához vezet.

A biogeokémiai ciklusokat az ember könnyen megzavarja. Így az ásványi műtrágyák kitermelése során szennyezi a vizet és a levegőt. A foszfor bejut a vízbe, eutrofizációt okoz, erősen mérgező nitrogénvegyületek képződnek stb. Vagyis a körforgás nem ciklikussá, hanem aciklikussá válik. A természeti erőforrások védelmének különösen az aciklikus biogeokémiai folyamatok ciklikussá alakítására kell irányulnia.

Így a bioszféra általános homeosztázisa a természetben lévő anyagok biogeokémiai ciklusának stabilitásától függ. De bolygó ökoszisztéma lévén minden szinten ökoszisztémákból áll, így a természetes ökoszisztémák integritása és fenntarthatósága elsődleges fontosságú a homeosztázis szempontjából.