Biosferoje, kaip ir kiekvienoje ekosistemoje, vyksta nuolatinis anglies, azoto, vandenilio, deguonies, fosforo, sieros ir kitų medžiagų ciklas.

Anglies dioksidą absorbuoja augalai ir gamintojai, o fotosintezės procese jis paverčiamas angliavandeniais, baltymais, lipidais ir kitais organiniais junginiais. Šias medžiagas maisto produktuose naudoja gyvūnų vartotojai.

Tuo pačiu metu gamtoje vyksta atvirkštinis procesas. Visi gyvi organizmai kvėpuoja, išskirdami CO 2, kuris patenka į atmosferą. Negyvas augalų ir gyvūnų liekanas bei gyvūnų ekskrementus skaido skaidantys mikroorganizmai. CO 2 patenka į atmosferą. Dalis anglies kaupiasi dirvožemyje organinių junginių pavidalu.

Anglies ciklo metu biosferoje susidaro energijos ištekliai: nafta, anglis, degiosios dujos, durpės ir mediena.

Augalams ir gyvūnams skylant, azotas išsiskiria amoniako pavidalu. Nitrifikuojančios bakterijos amoniaką paverčia azoto ir azoto rūgščių druskomis, kurias pasisavina augalai. Kai kurios azotą fiksuojančios bakterijos gali pasisavinti atmosferos azotą. Taip uždaromas azoto ciklas gamtoje.

Dėl medžiagų ciklo biosferoje vyksta nuolatinė biogeninė elementų migracija: augalų ir gyvūnų gyvenimui būtini cheminiai elementai, organizmams irstant, patenka į organizmą, šie elementai vėl grįžta į aplinką, iš kur jie patenka į organizmą.

Biosferos pagrindas yra organinių medžiagų ciklas, vykstantis dalyvaujant visiems biosferoje gyvenantiems organizmams ir vadinamas biotiniu ciklu.

Biotinio ciklo dėsniai sudaro pagrindą ilgalaikiam gyvybės egzistavimui ir vystymuisi Žemėje.

Žmogus yra biosferos elementas ir, kaip neatsiejama Žemės biomasės dalis, per visą evoliuciją buvo ir yra tiesiogiai priklausomas nuo supančios gamtos.

Vystantis aukštesniam nerviniam aktyvumui, pats žmogus tampa galingu aplinkos veiksniu (antropogeniniu faktoriumi) tolimesnėje evoliucijoje Žemėje.

Žmogaus įtaka gamtai yra dvejopa – teigiama ir neigiama. Žmogaus veikla dažnai sukelia gamtos dėsnių pažeidimą.

Žmonijos masės dalis biosferoje yra nedidelė, tačiau jos aktyvumas yra milžiniškas, šiuo metu ji tapo jėga, keičiančia biosferoje vykstančius procesus.

V.I. Vernadskis teigia, kad biosfera natūraliai transformuosis į noosferą (iš gr. „noos“ – protas + gr. „sfera“ – rutulys).

Anot V. I. Vernadskio, noosfera yra žmogaus darbo transformuota ir mokslinės minties pakeista biosfera.

Šiuo metu atėjo laikotarpis, kai žmogus turi planuoti savo ūkinę veiklą taip, kad ji nepažeistų nusistovėjusių dėsningumų gigantiškoje ekosistemoje, kuri yra biosfera, ir neprisidėtų prie biomasės mažinimo.

Maistinių medžiagų ciklas. Be svarbiausių elementų, gyvo organizmo medžiagų apykaitos procese dalyvauja daugybė kitų. Kai kurie iš jų yra dideliais kiekiais ir priklauso makroelementų, tokių kaip natris, kalis, kalcis, magnis, kategorijai. Kai kurie elementai yra labai mažomis koncentracijomis (mikroelementai), tačiau jie taip pat yra gyvybiškai svarbūs (geležis, cinkas, varis, manganas ir kt.).[...]

Pagrindinių maistinių medžiagų ir elementų ciklai. Panagrinėkime gyviems organizmams reikšmingiausių medžiagų ir elementų ciklus (3-8 pav.). Vandens ciklas yra didelis geologinis ciklas; o biogeninių elementų (anglies, deguonies, azoto, fosforo, sieros ir kitų biogeninių elementų) ciklai – iki smulkių biogeocheminių.[...]

Maistinių medžiagų ciklų greitis yra gana didelis. Atmosferos anglies apykaitos laikas yra apie 8 metus. Kiekvienais metais maždaug 12 % ore esančio anglies dioksido yra perdirbama į ciklą sausumos ekosistemose. Apskaičiuota, kad bendras azoto ciklo laikas yra daugiau nei 110 metų, o deguonies - 2500 metų.[...]

Biotinis ciklas. Maistinių medžiagų ciklas, kurį sukelia organinių medžiagų sintezė ir irimas ekosistemoje, vadinamas biotiniu medžiagų ciklu. Be biogeninių elementų, biotinis ciklas apima mineralinius elementus, kurie yra svarbiausi biotai, ir daug įvairių junginių. Todėl visas cikliškas biotos sukeltų cheminių virsmų procesas, ypač kalbant apie visą biosferą, dar vadinamas biogeacheminiu ciklu.[...]

Biotinis ciklas – tai maistinių medžiagų ir kitų jose dalyvaujančių medžiagų cirkuliacija ekosistemose, biosferoje tarp jų biotinių ir abiotinių komponentų. Svarbiausias biosferos biotinio ciklo bruožas yra didelis izoliacijos laipsnis.[...]

Kita vertus, biogeniniai elementai, kaip biomasės komponentai, tiesiog pakeičia molekules, tarp kurių yra, pavyzdžiui, nitratų N-baltymas N-atliekos N. Jie gali būti naudojami pakartotinai, o važiavimas dviračiu yra jiems būdingas bruožas. Skirtingai nuo saulės spinduliuotės energijos, maistinių medžiagų atsargos nėra pastovios. Kai kurių iš jų surišimo į gyvą biomasę procesas sumažina bendruomenei likusią dalį. Jei augalai ir fitofagai ilgainiui nesuirtų, išeikvotų maisto medžiagų tiekimas ir gyvybė Žemėje nutrūktų. Heterotrofinių organizmų aktyvumas yra lemiamas veiksnys palaikant maistinių medžiagų ciklus ir gaminant produktus. Fig. 17.24 parodyta, kad šių elementų išsiskyrimas paprastų neorganinių junginių pavidalu vyksta tik iš skaidymo sistemos. Realiai tam tikrą dalį šių paprastų molekulių (ypač CO2) taip pat suteikia vartotojų sistema, tačiau tokiu būdu labai maža dalis biogeninių elementų grįžta į ciklą. Čia lemiamas vaidmuo tenka skaidytojų sistemai.[...]

Medžiagų ciklo varomosios jėgos yra saulės energijos srautai ir gyvosios medžiagos aktyvumas, lemiantis milžiniškų cheminių elementų masių judėjimą, fotosintezės proceso metu sukauptos energijos koncentraciją ir perskirstymą. Fotosintezės ir nuolat veikiančių ciklinių maistinių medžiagų ciklų dėka sukuriama stabili visų ekosistemų ir visos biosferos organizacija, vykdomas normalus jų funkcionavimas.[...]

Nesant išorinių biogeninių junginių srautų, biosfera gali stabiliai egzistuoti tik esant uždaram medžiagų ciklui, kurio metu maisto medžiagos atlieka uždarus ciklus, pakaitomis pereina iš neorganinės biosferos dalies į organinę ir pan. priešingai. Šį ciklą vykdo gyvi biosferos organizmai. Manoma, kad biosferoje yra apie 1027 gyvų organizmų, kurie nėra tarpusavyje susiję. Vykstant evoliuciniam biosferos vystymuisi, susiformavo šios trys organizmų grupės, besiskiriančios savo funkcine paskirtimi ir dalyvavimu maistinių medžiagų cikle: gamintojai, skaidytojai ir vartotojai.[...]

Medžiagų procesai gyvojoje gamtoje, biogeninių elementų ciklai yra susiję su energijos srautais, kurių stechiometriniai koeficientai kinta pačių įvairiausių organizmų viduje tik vienos eilės ribose. Be to, dėl didelio katalizės efektyvumo energijos sąnaudos naujų medžiagų sintezei organizmuose yra daug mažesnės nei šių procesų techniniuose analoguose.[...]

Labai svarbi praktika praktikai, išplaukianti iš daugelio intensyvių maistinių medžiagų ciklo tyrimų, yra ta, kad trąšų perteklius žmogui gali būti toks pat nenaudingas, kaip ir jų trūkumas. Jei į sistemą patenka daugiau medžiagos, nei gali sunaudoti šiuo metu aktyvūs organizmai, perteklius greitai surišamas su dirvožemiu ir nuosėdomis arba prarandamas išplovus ir tampa nepasiekiamas kaip tik tada, kai labiausiai pageidautina organizmų augimas. Daugelis žmonių klaidingai mano, kad jei tam tikram jų sodo ar tvenkinio plotui rekomenduojamas 1 kg trąšų (arba pesticidų), tai 2 kg atneš dvigubai daugiau naudos. Šiems „daugiau yra geriau“ šalininkams būtų gerai suprasti subsidijų ir streso santykį, pavaizduotą 1 paveiksle. 3.5. Subsidijos neišvengiamai tampa streso šaltiniu, jei jos nėra taikomos atsargiai. Perteklinis ekosistemų, tokių kaip žuvų tvenkiniai, tręšimas yra ne tik švaistomas pasiektų rezultatų požiūriu, bet ir gali sukelti nenumatytų sistemos pokyčių, taip pat užteršti pasroviui esančias ekosistemas. Kadangi skirtingi organizmai yra prisitaikę prie skirtingų elementų kiekio, ilgalaikis pertręšimas lemia organizmų rūšinės sudėties pokyčius, o mums reikalingi gali išnykti ir atsirasti nereikalingų.

Daugelis dirvožemyje vykstančių procesų yra susiję su gyvybine dirvožemio mikroorganizmų veikla – maisto medžiagų ciklais, gyvūnų ir augalų liekanų mineralizacija, dirvožemio praturtėjimu augalams prieinamomis azoto formomis. Dirvožemio derlingumas yra susijęs su mikroorganizmų veikla. Vadinasi, dirvožemio mikroorganizmai tiesiogiai veikia augalų gyvybę, o per juos – gyvūnus ir žmones, būdami viena pagrindinių sausumos ekosistemų dalių.[...]

Tvenkiniai ir ežerai ypač patogūs tyrimams, nes per trumpą laiką maistingųjų medžiagų ciklai juose gali būti laikomi nepriklausomais. Hutchinson (1957) ir Pomeroy (1970) paskelbė fosforo ciklo ir kitų gyvybiškai svarbių elementų ciklų darbų apžvalgas.[...]

Transpiracija turi ir teigiamų pusių. Garinimas atvėsina lapus ir, be kitų procesų, skatina maistinių medžiagų ciklą. Kiti procesai yra jonų pernešimas per dirvą į šaknis, jonų pernešimas tarp šaknų ląstelių, judėjimas augalo viduje ir išplovimas iš lapų (Kozlowski, 1964, 1968). Kai kuriems iš šių procesų reikia medžiagų apykaitos energijos, kuri gali apriboti vandens ir druskų transportavimo greitį (Fried ir Broeshart, 1967). Taigi, transpiracija nėra tik atvirų fizinių paviršių funkcija. Miškai nebūtinai praranda daugiau vandens nei žolinė augalija. Transpiracijos, kaip energijos subsidijos drėgnose miško sąlygose, vaidmuo buvo aptartas skyriuje. 3. Jei oras per drėgnas (santykinis drėgnumas artėja prie 100%), kaip būna kai kuriuose atogrąžų debesuotuose miškuose, medžiai būna sustingę ir didžiąją augalijos dalį sudaro epifitai, matyt, dėl traukos trūkumo“ (N. Odum, Pigeon, 1970).[...]

Energija negali būti perduodama uždarais ciklais ir naudojama pakartotinai. - Medžiaga (įskaitant maistines medžiagas) gali praeiti „kilpomis“. Maistinių medžiagų patekimas ir išeiga paprastai yra maži, palyginti su kiekiu, dalyvaujančiu cikle, nors siera yra svarbi šios taisyklės išimtis (daugiausia dėl „rūgštaus lietaus“), - Miškų naikinimas atveria ciklą ir praranda maistines medžiagas. biomai skiriasi maistinių medžiagų pasiskirstymu tarp negyvų organinių medžiagų ir gyvų audinių, - Srovės ir sedimentacija yra svarbūs ■ veiksniai, turintys įtakos maistinių medžiagų srautui vandens ekosistemose.[...]

Visi žmonės vartoja maistą, būdami 1 ir 2 eilės vartotojais maisto grandinėse. Jie išskiria fiziologinės apykaitos produktus, kuriuos panaudoja maistinių medžiagų cikle dalyvaujantys skaidytojai. Žmogus yra viena iš 3 milijonų šiuo metu žinomų biologinių rūšių Žemėje.[...]

Bet kurią ekosistemą galima įsivaizduoti kaip blokų, per kuriuos praeina įvairios medžiagos ir kuriuose šios medžiagos gali išlikti skirtingą laiką, seriją (10.3 pav.). Mineralinių medžiagų cikluose ekosistemoje, kaip taisyklė, dalyvauja trys aktyvūs blokai: gyvi organizmai, negyvas organinis detritas ir turimos neorganinės medžiagos. Du papildomi blokai - netiesiogiai prieinamos neorganinės medžiagos ir nusodinančios organinės medžiagos - yra susiję su maistinių medžiagų ciklais kai kuriose periferinėse bendrojo ciklo dalyse (10.3 pav.), tačiau keitimasis tarp šių blokų ir likusios ekosistemos yra lėtas. į mainus, vykstančius tarp aktyvių blokų .[...]

Anglis, azotas ir fosforas yra svarbūs organizmų gyvenime. Būtent jų junginiai yra būtini deguonies ir organinių medžiagų susidarymui fotosintezės procese. Dugno nuosėdos vaidina svarbų vaidmenį maistinių medžiagų cikle. Vienu atveju jie yra šaltinis, kitu - rezervuaro organinių ir mineralinių išteklių kaupiklis. Jų tiekimas iš dugno nuosėdų priklauso nuo pH, taip pat nuo šių elementų koncentracijos vandenyje. Didėjant pH ir sumažėjus maistinių medžiagų koncentracijai, didėja fosforo, geležies ir kitų elementų tiekimas iš dugno nuosėdų į vandenį.[...]

Svarbus uždavinys tiriant bendrijų sandarą ir funkcionavimą (biocenozes) – ištirti bendrijų stabilumą ir gebėjimą atlaikyti neigiamą poveikį. Tiriant ekosistemas, atsiranda galimybė kiekybiškai analizuoti medžiagos ciklą ir energijos srauto pokyčius pereinant iš vieno mitybos lygio į kitą. Toks gamybinis-energetinis požiūris gyventojų ir biocenotiniame lygmenyje leidžia palyginti įvairias natūralias ir žmogaus sukurtas ekosistemas. Kitas aplinkos mokslo uždavinys – įvairių tipų jungčių sausumos ir vandens ekosistemose tyrimas. Ypač svarbu tirti biosferą kaip visumą: pirminės gamybos ir naikinimo visame Žemės rutulyje nustatymas, pasaulinis maistinių medžiagų ciklas; šias problemas galima išspręsti tik bendromis skirtingų šalių mokslininkų pastangomis.[...]

Periodinė sistema chemijoje, dangaus kūnų judėjimo dėsniai astronomijoje ir kt.) Šie modeliai pasireiškia, pavyzdžiui, esant toms pačioms rūšims (arba toms pačioms augimo formoms, produktyvumui, biogeninių elementų cirkuliacijos tempams). ir kt.) įvairiose vietose. Tai savo ruožtu leidžia sukurti hipotezes apie tokio pasikartojimo priežastis. Tada hipotezes galima patikrinti tolesniais stebėjimais ar eksperimentais.[...]

Visos santykių formos kartu sudaro natūralios atrankos mechanizmą ir užtikrina bendruomenės, kaip gyvenimo organizavimo formos, stabilumą. Bendruomenė yra minimali gyvenimo organizavimo forma. galintis veikti beveik neribotą laiką tam tikroje teritorijos vietoje. Tik bendruomenės lygmeniu tam tikroje teritorijos dalyje gali būti vykdomas maistinių medžiagų ciklas, be kurio neįmanoma užtikrinti neribotos gyvenimo trukmės esant ribotiems teritorijos gyvavimo ištekliams.[...]

Dėl organizmų gyvybinės veiklos vyksta du priešingi ir neatsiejami procesai. Viena vertus, iš paprastų abiotinių komponentų sintetinamos gyvos organinės medžiagos, kita vertus, organiniai junginiai suskaidomi į paprastas abiotines medžiagas. Šie du procesai užtikrina medžiagų mainus tarp biotinių ir abiotinių ekosistemų komponentų ir sudaro pagrindinę biogeocheminio maistinių medžiagų ciklo šerdį.[...]

Dar XX amžiaus aštuntajame dešimtmetyje chemikas Jamesas Lovelockas ir mikrobiologas Lynnas Margulis iškėlė kompleksinio Žemės atmosferos reguliavimo biologiniais objektais teoriją, pagal kurią augalai ir mikroorganizmai kartu su fizine aplinka užtikrina tam tikrų geocheminių medžiagų palaikymą. palankias gyvybei sąlygas Žemėje. Tai gana didelis deguonies kiekis atmosferoje ir mažas anglies dioksido kiekis, tam tikra drėgmė ir oro temperatūra. Ypatingas vaidmuo šiame reglamente tenka sausumos ir vandens ekosistemų mikroorganizmams, užtikrinantiems maistinių medžiagų cirkuliaciją. Pasaulio vandenyne esančių mikroorganizmų reguliavimo vaidmuo palaikant tam tikrą anglies dioksido kiekį Žemės atmosferoje ir užkertant kelią šiltnamio efektui yra gerai žinomas.[...]

Gyvosios medžiagos dauginimosi potencialas yra didžiulis. Jei mirtis kuriam laikui būtų sustabdyta, o dauginimasis ir augimas nebūtų ribojamas, įvyktų kosminio masto „biologinis sprogimas“: greičiau nei per dvi dienas mikroorganizmų biomasė būtų kelis kartus didesnė už jų masę. pasaulis. Tai neįvyksta dėl medžiagos apribojimo; Ekosferos biomasė išlaikoma santykinai pastovaus lygio šimtus milijonų metų. Nuolat pumpuodama saulės energijos srautą, gyvoji gamta įveikia maistinių medžiagų ribotumą, organizuodama maistinių medžiagų ciklus. Tai užtikrina aukštą daugelio ekosistemų produktyvumą (žr. 2. 1 lentelę).[...]

Antropogeninis spaudimas gamtai neapsiriboja tarša. Ne mažiau svarbus yra gamtos išteklių naudojimas ir dėl to atsirandantys ekologinių sistemų sutrikimai. Aplinkos tvarkymas yra labai brangus – daug daugiau, nei įprasta sunaudojamų išteklių piniginė vertė. Pirmiausia dėl to, kad gamtos ūkyje, kaip ir žmogaus ūkyje, nėra laisvų išteklių: už erdvę, energiją, saulės šviesą, vandenį, deguonį, kad ir kokie neišsenkantys atrodytų jų atsargos Žemėje, yra griežtai mokama. bet kokia juos vartojančia sistema, mokama už pilnumą ir grąžinimo greitį, vertybių apyvartą, medžiagų ciklų uždarumą - maistinės medžiagos, energija, maistas, pinigai, sveikata... Nes viso to atžvilgiu galioja ribotų išteklių dėsnis.

Gyvų organizmų veiklą biosferoje lydi didžiulis mineralinių medžiagų kiekis iš aplinkos. Organizmams žuvus, juos sudarantys cheminiai elementai grąžinami į aplinką. Taip gamtoje atsiranda biogeninis (dalyvaujant gyviems organizmams) medžiagų ciklas, t.y., medžiagų cirkuliacija tarp litosferos, atmosferos, hidrosferos ir gyvų organizmų. Medžiagų ciklas suprantamas kaip pasikartojantis medžiagų virsmo ir judėjimo gamtoje procesas, kuris turi daugiau ar mažiau ryškų cikliškumą.

Medžiagų cikle dalyvauja visi gyvi organizmai, kai kurias medžiagas pasisavindami iš išorinės aplinkos, o kitas išleisdami į ją. Taigi augalai suvartoja anglies dvideginį, vandenį ir mineralines druskas iš išorinės aplinkos ir išskiria į ją deguonį. Gyvūnai įkvepia augalų išskiriamą deguonį, o juos valgydami pasisavina iš vandens ir anglies dvideginio susintetintas organines medžiagas ir iš nesuvirškintos maisto dalies išskiria anglies dvideginį, vandenį bei medžiagas. Bakterijoms ir grybams skaidant negyvus augalus ir gyvūnus, susidaro papildomi anglies dvideginio kiekiai, o organinės medžiagos virsta mineralinėmis medžiagomis, kurios patenka į dirvą ir vėl pasisavinamos augalų. Taigi pagrindinių cheminių elementų atomai nuolat migruoja iš vieno organizmo į kitą, iš dirvožemio, atmosferos ir hidrosferos – į gyvus organizmus, o iš jų – į aplinką, taip papildydami negyvąją biosferos materiją. Šie procesai kartojami be galo daug kartų. Taigi, pavyzdžiui, visas atmosferos deguonis per gyvąją medžiagą praeina per 2 tūkstančius metų, visas anglies dioksidas – per 200–300 metų.

Nuolatinė cheminių elementų cirkuliacija biosferoje daugiau ar mažiau uždarais keliais vadinama biogeocheminiu ciklu. Tokios apyvartos poreikis paaiškinamas ribotu jų pasiūla planetoje. Kad būtų užtikrinta gyvybės begalybė, cheminiai elementai turi judėti ratu. Kiekvieno cheminio elemento ciklas yra bendrojo didžiojo medžiagų ciklo Žemėje dalis, tai yra, visi ciklai yra glaudžiai tarpusavyje susiję.

Medžiagų ciklas, kaip ir visi gamtoje vykstantys procesai, reikalauja nuolatinio energijos srauto. Biogeninio ciklo, užtikrinančio gyvybės egzistavimą, pagrindas yra saulės energija. Maisto grandinės etapuose organinėse medžiagose surišta energija mažėja, nes didžioji jos dalis patenka į aplinką šilumos pavidalu arba išeikvojama organizmuose vykstantiems procesams, todėl biosferoje stebimas energijos srautas ir jos transformacija . Taigi biosfera gali būti stabili tik tuo atveju, jei vyksta nuolatinis medžiagų ciklas ir saulės energijos antplūdis.

Gamtos turtai

Kiekvienas gyvūnas ar augalas yra jo ekosistemos maisto grandinių grandis, keičiasi medžiagomis su negyva gamta, todėl yra įtrauktas į biosferos medžiagų ciklą. Įvairiuose junginiuose esantys cheminiai elementai cirkuliuoja tarp gyvų organizmų, atmosferos ir dirvožemio, hidrosferos ir litosferos. Kai kuriose ekosistemose prasidėjęs ciklas baigiasi kitose. Medžiagų cikle dalyvauja visa planetos biomasė, tai suteikia biosferai vientisumo ir stabilumo. Gyvi organizmai daro didelę įtaką daugelio junginių judėjimui ir transformacijai. Biologinis ciklas visų pirma apima elementus, sudarančius organines medžiagas: C, N, S, P, O, H, taip pat daugybę metalų (Fe, Ca, Mg ir kt.).

Junginių cirkuliacija vyksta daugiausia dėl Saulės energijos. Žalieji augalai, kaupdami savo energiją ir vartodami mineralinius junginius iš dirvožemio, sintetina organines medžiagas. Organinės medžiagos plinta per biosferą per maisto grandines. Reduktoriai sunaikina augalų ir gyvūnų organines medžiagas į mineralinius junginius, uždarydami biologinį ciklą.

Viršutiniuose vandenyno sluoksniuose ir sausumos paviršiuje vyrauja organinių medžiagų susidarymas, o dirvožemyje ir jūros gelmėse – mineralizacija. Paukščių, žuvų ir vabzdžių migracija taip pat prisideda prie jų sukauptų elementų perdavimo. Žmogaus veikla daro didelę įtaką elementų ciklui.

Vandens ciklas. Saulės šildomi planetos vandenys išgaruoja. Drėgmė, kuri iškrenta kaip gyvybę teikiantis lietus, grįžta atgal į vandenyną kaip upės arba filtravimo būdu išgrynintas gruntinis vanduo, pernešantis didžiulį kiekį neorganinių ir organinių junginių. Gyvi organizmai aktyviai dalyvauja vandens cikle, kuris yra būtinas medžiagų apykaitos procesų komponentas (dėl vandens biologinio vaidmens žr. § 1). Sausumoje didžiąją dalį vandens išgarina augalai, todėl sumažėja nuotėkis ir užkertamas kelias dirvožemio erozijai. Todėl, kirtant miškus, paviršinis nuotėkis iš karto padidėja kelis kartus ir sukelia intensyvią dirvožemio dangos eroziją. Miškas pristabdo sniego tirpimą, o tirpsmo vanduo, palaipsniui tekėdamas žemyn, gerai drėkina laukus. Kyla požeminio vandens lygis, o pavasariniai potvyniai retai būna pražūtingi.

Atogrąžų miškai švelnina karštą pusiaujo klimatą sulaikydami ir palaipsniui išgaruodami vandenį (reiškinys vadinamas transpiracija). Atogrąžų miškų naikinimas sukelia katastrofiškas sausras gretimose vietovėse. Plėšrus miškų naikinimas ištisas šalis gali paversti dykumomis, kaip jau atsitiko Šiaurės Afrikoje. Vandens ciklas, reguliuojamas augmenijos, yra svarbiausia gyvybės Žemėje palaikymo sąlyga.

Anglies ciklas. Fotosintezės metu augalai sugeria anglį per anglies dioksidą. Jų gaminamoje organinėje medžiagoje yra daug anglies, kuri per maisto grandines pasiskirsto po visą ekosistemą. Kvėpavimo proceso metu organizmai išskiria anglies dioksidą. Organines liekanas jūroje ir sausumoje mineralizuoja skaidikliai. Vienas iš mineralizacijos produktų – anglies dioksidas – grįžta į atmosferą, uždarydamas ciklą.

Per 6-8 metus gyvos būtybės praeina per visą atmosferoje esančią anglį. Kasmet fotosintezės procese dalyvauja iki 50 milijardų tonų anglies. Dalis jo kaupiasi dirvožemyje ir vandenynų dugne – dumblių ir moliuskų griaučiuose bei koraliniuose rifuose. Didelė anglies atsarga yra nuosėdinėse uolienose. Fosilinių augalų ir planktoninių organizmų pagrindu susidarė anglies, organinio kalkakmenio ir durpių, gamtinių dujų ir, galbūt, naftos telkiniai (kai kurie mokslininkai teigia, kad naftos kilmė yra abiogeninė). Deginant natūralus kuras į atmosferą prideda anglies. Kasmet anglies kiekis atmosferoje padidėja 3 milijardais tonų ir gali sutrikdyti biosferos stabilumą. Jei augimo tempas ir toliau tęsis, intensyvus poliarinio ledo tirpimas, kurį sukelia anglies dioksido šiltnamio efektas, sukels didžiules pakrančių teritorijas visame pasaulyje.

Azoto ciklas. Azoto svarbą gyviems organizmams daugiausia lemia jo kiekis baltymuose ir nukleino rūgštyse. Azotas, kaip ir anglis, yra organinių junginių dalis, šių elementų ciklai yra glaudžiai susiję. Pagrindinis azoto šaltinis yra atmosferos oras. Gyviems organizmams fiksuojant, azotas iš oro patenka į dirvą ir vandenį. Kasmet melsvai žalumynai suriša apie 25 kg/ha azoto. Veiksmingai fiksuoja azoto ir mazgelių bakterijas.

Augalai iš dirvožemio pasisavina azoto junginius ir sintetina organines medžiagas. Organinės medžiagos plinta maisto grandinėmis iki skaidytojų, kurie skaido baltymus, išskirdami amoniaką, kurį kitos bakterijos toliau paverčia nitritais ir nitratais. Panaši azoto cirkuliacija vyksta tarp bentoso ir planktono organizmų. Denitrifikuojančios bakterijos sumažina azotą iki laisvų molekulių, kurios grąžinamos į atmosferą. Nedidelis azoto kiekis yra fiksuojamas oksidų pavidalu žaibo iškrovomis ir patenka į dirvožemį su krituliais, taip pat gaunamas iš vulkaninės veiklos, kompensuodamas giliavandenių nuosėdų praradimą. Azotas taip pat patenka į dirvą trąšų pavidalu po pramoninio fiksavimo iš atmosferos oro.

Azoto ciklas yra uždaresnis nei anglies ciklas. Tik nedidelį jo kiekį išplauna upės arba patenka į atmosferą, paliekant ekosistemų ribas.

Sieros ciklas. Siera yra daugelio aminorūgščių ir baltymų dalis. Sieros junginiai į ciklą patenka daugiausia sulfidų pavidalu iš sausumos ir jūros dugno uolienų atmosferos poveikio produktų. Nemažai mikroorganizmų (pavyzdžiui, chemosintetinės bakterijos) sugeba sulfidus paversti augalams prieinama forma – sulfatais. Augalai ir gyvūnai žūva, jų liekanų mineralizacija skaidytojams grąžina į dirvą sieros junginius. Taigi sieros bakterijos oksiduoja vandenilio sulfidą, susidarantį baltymams skaidant iki sulfatų. Sulfatai padeda sunkiai tirpius fosforo junginius paversti tirpiais. Didėja augalams prieinamų mineralinių junginių kiekis, pagerėja jų mitybos sąlygos.

Sieros turinčių naudingųjų iškasenų ištekliai labai dideli, o šio elemento perteklius atmosferoje, sukeliantis rūgštų lietų ir sutrikdantis fotosintezės procesus šalia pramonės įmonių, jau kelia nerimą mokslininkams. Deginant natūralų kurą, sieros kiekis atmosferoje žymiai padidėja.

Fosforo ciklas.Šis elementas randamas daugelyje gyvybiškai svarbių molekulių. Jo ciklas prasideda nuo fosforo turinčių junginių išplovimo iš uolienų ir jų patekimo į dirvą. Dalis fosforo išnešama į upes ir jūras, kitą pasisavina augalai. Fosforo biogeninis ciklas vyksta pagal bendrą schemą: gamintojai→vartotojai→reduktoriai.

Nemažai fosforo išberiama į laukus su trąšomis. Kasmet per žvejybą į žemyną grąžinama apie 60 tūkst. tonų fosforo. Žmogaus baltymų racione žuvis sudaro nuo 20% iki 80% kai kurių menkaverčių žuvų rūšių, kurios yra perdirbamos į trąšas, turinčias daug naudingų elementų, įskaitant fosforą.

Fosforo turinčių uolienų per metus išgaunama 1-2 mln. tonų Fosforo turinčių uolienų ištekliai vis dar dideli, tačiau ateityje žmonijai tikriausiai teks spręsti fosforo grąžinimo į biogeninį ciklą problemą.

Gamtos turtai. Mūsų gyvenimo galimybė ir sąlygos priklauso nuo gamtos išteklių. Biologiniai ir ypač maisto ištekliai yra materialus gyvybės pagrindas. Mineraliniai ir energijos ištekliai, įtraukiami į gamybą, yra stabilaus gyvenimo lygio pagrindas.

Ištekliai dažniausiai skirstomi į neišsenkamus ir neišsenkamus. Saulės ir vėjo, atmosferos oro ir vandens energija yra praktiškai neišsenkama. Tačiau naudojant šiuolaikinę neekologišką pramoninę gamybą, vandenį ir orą galima tik sąlyginai laikyti neišsenkamais ištekliais. Daugelyje vietovių dėl taršos trūko švaraus vandens ir oro. Kad šie ištekliai išliktų neišsenkantys, būtinas atidus požiūris į gamtą.

Išsenkantys ištekliai skirstomi į neatsinaujinančius ir atsinaujinančius. Neatsinaujinantys ištekliai apima prarastas gyvūnų ir augalų rūšis bei daugumą mineralų. Atsinaujinantys ištekliai yra mediena, medžiojamieji gyvūnai ir žuvys, augalai, taip pat kai kurie mineralai, pavyzdžiui, durpės.

Intensyviai vartodamas gamtos išteklius, žmogus turi išlaikyti natūralią pusiausvyrą. Išteklių balansas medžiagų cikle lemia biosferos stabilumą.

1. Kaip gyvi organizmai dalyvauja medžiagų cikle? Kur vyrauja organinių medžiagų susidarymas, kur vyksta jos mineralizacija?
2. Apibūdinkite vandens ciklą. Koks miškų vaidmuo jį reguliuojant?
3. Kaip vyksta anglies ciklas? Ar galima augalus neįtraukti iš ciklo?
4. Kokios yra azoto, sieros ir fosforo ciklų ypatybės?
5. Kokie ištekliai reikalauja ypač kruopštaus elgesio?

Žmonių ekonominė veikla ir pasaulinės aplinkos problemos

Apie 10-15% žemės paviršiaus yra ariama, 25% yra visiškai arba iš dalies dirbamos ganyklos. Jei prie to pridėtume 3-5% transporto tinklo, pramonės, pastatų ir statinių užimamo paviršiaus ir apie 1-2% kasybos pažeistos Žemės teritorijos, išeitų, kad beveik pusė sausumos paviršiaus. modifikuotas žmogaus veiklos.

Tobulėjant civilizacijai, didėja jos neigiamas indėlis į biosferos ciklus. Kiekvienai pramonės gaminių tonai tenka 20-50 tonų atliekų. Kiekvienas žmogus didžiuosiuose miestuose per metus pagamina daugiau nei 1 toną maisto ir buitinių atliekų. Disharmonija biosferoje turi įtakos tiek florai ir faunai, tiek žmonių sveikatai. Daugelis teršalų, patekę į dirvožemį, atmosferą ir vandens telkinius, kaupiasi augalų ir gyvūnų audiniuose ir maisto grandinėmis užkrečia žmogaus organizmą. Toksiški junginiai gali žymiai padidinti mutacijų, sukeliančių įgimtus ir paveldimus sutrikimus, skaičių. Palyginus skirtingų planetos regionų duomenis, mokslininkai padarė išvadą, kad mažiausiai 80% vėžio atvejų atsiranda dėl cheminės aplinkos taršos.

Atmosferos tarša daugiausia kyla dėl natūralaus kuro deginimo transporto, komunalinių paslaugų ir pramonės įmonėse. Miestuose transportas išmeta daugiau nei 60 % teršalų, šiluminės elektrinės – apie 15 %, o 25 % išmetamųjų teršalų patenka iš pramonės ir statybos įmonių. Pagrindiniai oro teršalai yra sieros, azoto, metano ir anglies monoksido oksidai. Augaluose oro užterštumas sukelia rimtus medžiagų apykaitos sutrikimus ir įvairias ligas. Sieros dioksidas ardo chlorofilą ir trukdo vystytis žiedadulkių grūdams, lapai ir spygliai išdžiūsta ir nukrinta. Ne mažiau žalingas ir kitų teršalų poveikis.

Kasmet į atmosferą išmetama apie 100 milijonų tonų sieros oksidų, daugiau nei 70 milijonų tonų azoto oksidų ir 180 milijonų tonų anglies monoksido.

Rūgštiniai krituliai. Dėl didelės teršalų koncentracijos susidaro rūgštus lietus ir smogas. Rūgštiniai krituliai (lietus, sniegas, rūkas) susidaro ištirpus vandenyje sierai ir azoto dioksidams (SO2, NO2). Rūgštiniai krituliai nuplauna baltymus, aminorūgštis, cukrų, kalį iš augalų lapų ir pažeidžia viršutinį apsauginį sluoksnį. Rūgščių tirpalai į dirvą įveda rūgščią aplinką, dėl ko išplaunamas humusas, sumažėja gyvybiškai svarbių kalcio, kalio ir magnio druskų kiekis. Rūgštinguose dirvožemiuose stinga mikroorganizmų, sulėtėja kraiko naikinimo greitis, o sumažėjus skaidytojų skaičiui, sutrinka ekosistemų pusiausvyra.

Rūgštus lietus ardo didžiules ekosistemas, sukelia augalų ir miškų žūtį, ežerus ir upes paverčia negyvais vandens telkiniais. JAV per pastaruosius 100 metų rūgštūs lietūs tapo 40 kartų rūgštesni, apie 200 ežerų liko be žuvų, Švedijoje 20% ežerų yra katastrofiškos būklės. Daugiau nei 70 % Švedijos rūgščių lietų sukelia kitų šalių išmetami teršalai. Apie 20 % rūgščių lietų Europoje yra sieros oksido emisijos Šiaurės Amerikoje pasekmė.

Smogas. Apatiniuose atmosferos sluoksniuose, veikiami saulės spindulių, teršalai sudaro itin kenksmingus gyviems organizmams junginius, stebimus kaip rūkas. Didžiuosiuose miestuose saulės šviesos kiekis dėl smogo sumažėja 10-15 proc., ultravioletinių spindulių – 30 proc.

Ozono skylės. Atmosferoje 20-25 km aukštyje yra daug ozono molekulių (O3), kurios sugeria kietąją saulės spektro dalį, naikinančią gyvus organizmus. 1982 metais mokslininkai aptiko skylę ozono sluoksnyje virš Antarktidos, o 1987 metais – virš Šiaurės ašigalio. Mokslininkai baiminasi, kad skylės gali atsirasti ir virš apgyvendintos Žemės rutulio dalies. Tai gali sukelti odos vėžio, kataraktos antplūdį ir miškų bei jūrų ekosistemų sutrikimus.

Dėl kokių priežasčių susidaro ozono skylės? Mokslininkai teigia, kad pagrindinis yra freonų (chlorfluorangliavandenilių СFCl3, СF2Сl2) kaupimasis, naudojamas aerozolių gamyboje ir šaldymo pramonėje. Šios dujos atmosferoje išlieka dešimtmečius. Patekę į stratosferą, saulės spinduliuotės dėka jie suskaidomi ir susidaro chloro atomai, kurie katalizuoja ozono pavertimą deguonimi.

Šiltnamio efektas. Kai kurios atmosferos dujos gerai praleidžia matomą šviesą ir sugeria planetos šiluminę spinduliuotę, sukeldamos bendrą atšilimą. Šiltnamio efektas yra 50% dėl anglies dioksido, 18% - metano ir 14% - freonų. CO2 kiekio atmosferoje padidėjimą daugiausia lemia kuro deginimas ir miškų kirtimas arimui, taip pat intensyvi humuso mineralizacija didžiulėse dirbamose žemėse.

Metanas į atmosferą patenka iš pelkėtų vietovių, iš užmirkusių ryžių plantacijų dirvožemių, iš daugelio gyvulininkystės ūkių ir atidarant anglies telkinius. Metanas yra vienas iš pagrindinių atrajotojų medžiagų apykaitos produktų, suteikiantis jų išskyroms būdingą aštrų kvapą. XX amžiuje CO2 kiekis atmosferoje padidėjo 25%, o metano – 100%, todėl vidutinė temperatūra padidėjo 0,5°C. Esant tokiai tendencijai, per ateinančius 50 metų temperatūra gali pakilti 3–5°C. Skaičiavimai rodo, kad dėl poliarinio ledo tirpimo jūros lygis pakils 0,5–1,5 m. Indijai ir JAV iškils grėsmė. Bendras kritulių kiekis padidės, tačiau centrinėse žemynų dalyse klimatas gali tapti sausesnis ir žalingas pasėliams, ypač grūdams ir ryžiams (60 proc. Azijos gyventojų ryžiai yra pagrindinis produktas).

Taigi net nedideli atmosferos dujų sudėties pokyčiai yra pavojingi natūralioms ekosistemoms.

Hidrosferos sutrikimai. Dėl didelio masto žemės ūkio praktikos klaidų buvo sunaikinta daug natūralių ekosistemų. Dėl Amudarjos ir Syr Darjos nuotėkio nukreipimo medvilnės plantacijų drėkinimui katastrofiškai sumažėjo Aralo jūros lygis. Dulkių audros džiovinimo sluoksnyje sukėlė dirvožemio įdruskėjimą didžiulėse srityse. Aralo jūros regiono natūralių ekosistemų degradacija yra vandens trūkumo ir dykumėjimo pasekmė.

Plėšrus vandens paėmimas drėkinimui, pramoninės gamybos reikmėms (1 tonai nikelio išlydyti reikia 4000 m3 vandens, 1 tonai popieriaus pagaminti - 100 m3, 1 tonai sintetinio pluošto - iki 5000 m3), vandens apsaugos miškų naikinimas ir pelkių sausinimas lėmė masinį upių nykimą. Jei 1785 metais Kalugos regione buvo daugiau nei 1 milijonas upių, tai 1990 metais jų buvo likę tik 200!

Upių ekosistemos yra labai jautrios ir pažeidžiamos. Didelis kiekis iš laukų nuplautų trąšų, gyvulių atliekų ir nuotekų vandens telkiniuose padidina azoto ir fosforo junginių koncentraciją. Vandens ekosistemose pradeda sparčiai vystytis melsvadumbliai, išstumiantys zooplanktonui būtinas diatomes. Žuvys miršta iš bado. Melsvai žalumynai kaupiasi dugne ir pūva (skaidomi bakterijų), nuodija vandenį ir išeikvoja deguonies atsargas. Vaizdingi tvenkiniai virsta bjauraus kvapo kanalizacija, padengta purvu ir putomis. Jei vanduo nėra užnuodytas, kiekviename kvadratiniame metre yra iki 15 moliuskų, kurių kiekvienas kruopščiai filtruoja iki 50 litrų vandens per dieną. Šie padarai žūva, kai į vandens telkinius patenka pašalinių cheminių medžiagų. Atspariausios vandens taršai yra dėlės, ascidijos ir laumžirgių lervos.

Biosferos komponentai yra tarpusavyje susiję medžiagų ir maisto grandinių ciklu, vienos ekosistemos sutrikimas sukelia ekologinės pusiausvyros pasikeitimą kitose. Šiauriniame pusrutulyje pradėjus nuodyti vabzdžius DDT, Antarkties pingvinų, gautų jį iš žuvų, organizmuose netrukus buvo aptikti nemenki šių nuodų kiekiai. Daugelis pesticidų yra labai stabilūs ir ilgą laiką gali kauptis organizmų audiniuose, dauginasi kiekvienu paskesniu mitybos lygmeniu.

Dėl neprotingos žmonių ūkinės veiklos gamtos rezervuarai apsinuodijo sunkiųjų metalų druskomis – gyvsidabriu, švinu, taip pat variu ir cinku. Šie junginiai kaupiasi dumble, žuvų audiniuose ir maisto grandinėmis patenka į žmogaus organizmą, sukeldami sunkų apsinuodijimą. Švino kiekis Jungtinių Valstijų pramoninių rajonų gyventojų organizmų audiniuose per pastaruosius 100 metų padidėjo 50–1000 kartų. Net Pamyro-Altajaus ledynuose gyvsidabrio kiekis padidėjo penkis kartus. Maži kiekiai daugelio cheminių medžiagų sutrikdo žuvų, omarų ir kitų vandens rūšių elgesį. Mažiausios vario, gyvsidabrio, kadmio ir fenolių koncentracijos registravimas grindžiamas šiomis savybėmis. Vienas iš labiausiai paplitusių pesticidų – toksafenas – kurio kiekis yra 1:108 (1 dalis 100 mln.), sukelia kai kurių žuvų (pavyzdžiui, gambūzijos) mirtį, negrįžtamus pakitimus šamų ir upėtakių kepenyse ir žiaunose.

Dėl naftos nuotėkio gamybos ir transportavimo metu ant upių ir jūrų paviršiaus susidaro naftos plėvelė (daugiau nei 40% visos naftos pagaminama šelfe). Pagal palydovinius stebėjimus, apie 10-15% pasaulio vandenynų paviršiaus yra užterštas. Aliejus nuo paviršiaus palaipsniui išgaruoja ir suskaidomas bakterijų, tačiau tai vyksta lėtai. Daug vandens paukščių žūva, sunaikinamas planktonas, o po jo pagrindiniai jo vartotojai – jūros gelmių gyventojai. “ Bentoso dykuma" Baltijos jūroje užima daugiau nei 20 % dugno paviršiaus. Aliejus neleidžia vandeniui prisotinti deguonies. Dėl to sutrinka hidrosferos dujų balansas su atmosfera ir pasislenka ekologinė pusiausvyra.

Intensyvi žvejyba ir vėžiagyvių rinkimas išsekino daugelį šelfų ekosistemų.

Dirvožemio naikinimas. Didelis stepių arimas mūsų šalyje ir JAV sukėlė dulkių audras, kurios nusinešė milijonus hektarų derlingiausių žemių. Gamtai prireikia 100–300 metų, kad atkurtų centimetro žemės sluoksnį! Šiuo metu apie 1/3 dirbamos žemės dėl įvairių erozijos rūšių yra praradusi 50% derlingo sluoksnio. Kasmet dėl ​​erozijos prarandama apie 3 milijonus hektarų, dėl dykumėjimo – 2 milijonai hektarų, o dėl apsinuodijimo chemikalais – 2 milijonai hektarų.

Daugelio žemės ūkio vietovių dirvožemiai pasirodė esantys druskingi. Aralo jūros regione tai atsitiko dėl dulkėtų druskos audrų, kitose vietovėse - dėl netinkamo drėkinimo vandens srauto organizavimo. Dėl vandens pertekliaus į paviršių iškyla druskos turtingas požeminis vanduo. Intensyvus garavimas sukelia viršutinių dirvožemio horizontų druskėjimą, o po kelerių metų tokiose žemėse nebeįmanoma auginti pasėlių. Dirvožemio druskėjimas lėmė žemės ūkio nuosmukį Mesopotamijoje prieš 4000 metų. Drėkinimo vandenys iš pradžių ten davė gerą derlių, tačiau dėl intensyvaus garavimo sukėlė cheminį dirvožemio degradavimą.

Didelė problema taip pat siejama su fiziniu dirbamų žemių degradavimu – stipriu tankinimu sunkiosiomis žemės ūkio mašinomis.

Natūralios rūšių įvairovės praradimas. Nemaža dalis gyvūnų ir augalų gyvena miško biocenozėse. Jei prieš 1500 metų miškai užėmė 7 milijardus planetos hektarų, tai šiandien jie užima ne daugiau kaip 4 milijardus hektarų. Ypač barbariškas yra atogrąžų miškų, kuriuose yra apie 80% visų planetos augalų rūšių, naikinimas. Atogrąžų miškai daugiausia yra išsivysčiusiose šalyse, kurioms medienos pardavimas yra vienas pagrindinių pajamų šaltinių. Atogrąžų miškai sumažėjo iki 7% sausumos ploto, o jei naikinimo tempas tęsis, 2030 m. liks tik ketvirtadalis.

Centrinėje Rusijoje spygliuočių miškai praktiškai sunaikinti, intensyviai kertami vertingiausi ir prieinamiausi Sibiro ir Tolimųjų Rytų miškų plotai. Naikinant miškus, sutrinka klimatas, degraduoja dirvožemiai, žūva upės, nyksta gyvūnai ir augalai.

Unikalus Amazonės baseino miškas kertamas 2% per metus. Prieš 20 metų Haityje miškai užėmė 80% teritorijos, šiandien – tik 9%. Dėl plėšriųjų miškų kirtimų kasmet negrįžtamai išnyksta apie 20 tūkstančių rūšių žydinčių augalų, 300 rūšių žinduolių ir 350 rūšių paukščių. Išnykus kiekvienai augalų rūšiai, išnyksta nuo 5 iki 35 su ja ekologiškai susijusių gyvūnų (daugiausia bestuburių) rūšių.

Kasmet Europoje sunaikinama apie 300 milijonų migruojančių ir žiemojančių paukščių, 55 milijonai pelkių, laukų ir miško medžiojamųjų gyvūnų, JAV – 2,5 milijono gedulingų balandžių, Graikijoje – 3 milijonai starkių, saloje. Maljorka – 3,5 milijono juodvarnių.

Plėtojant žemės ūkį, stepės Eurazijoje beveik visiškai išnyko. Tundros ekosistemos barbariškai naikinamos. Daugelyje vandenyno sričių koraliniams rifams gresia pavojus.

Rūšių įvairovė yra ne tik grožis, bet ir būtinas biosferos stabilumo veiksnys. Ekosistemos gali atlaikyti išorinį biotinį, klimatinį ir toksinį poveikį, jei jose gyvena pakankamai daug įvairių rūšių. Vieno tyrimo metu mokslininkai į ekosistemas įvedė toksišką medžiagą fenolį. Fenolį neutralizuoja tik bakterijos, tačiau paaiškėjo, kad neutralizacija veiksmingesnė ekosistemoje, kurioje yra didesnė organizmų įvairovė. Rūšių išnykimas yra nepataisomas praradimas biosferai ir realus pavojus žmonijos išlikimui.

Augalijos įvairovė praplečia sveikatos palaikymo galimybes. Daugybė vaistų šiandien gaminami iš laukinių augalų. Mes dar nežinome visų naudingų augalų savybių, negalime numanyti, kurios iš jų mums bus reikalingos. 1960 metais leukemija sergančių vaikų išgyveno tik 20%, šiandien – 80%, nes Viename iš atogrąžų miško Madagaskaro augalų mokslininkams pavyko rasti veikliųjų medžiagų kovoti su šia liga. Prarasdami rūšių įvairovę, prarandame savo ateitį.

Šiuo metu vykdoma tarptautinė retų ir nykstančių floros ir faunos rūšių išsaugojimo programa.

Atmosferos radioaktyvioji tarša. Radioaktyviosios dalelės atmosferos srovėse greitai pasklinda dideliais atstumais, užteršdamos dirvožemį ir vandens telkinius, augalus ir gyvūnus. Praėjus keturiems mėnesiams po kiekvieno branduolinio sprogimo Ramiojo vandenyno atoluose, europiečių piene buvo aptiktas radioaktyvus stroncis.

Radioaktyvieji izotopai ypač pavojingi, nes gali pakeisti kitus organizmų elementus. Stroncis-90 savo savybėmis panašus į kalcį ir kaupiasi kauluose, o cezis-137 panašus į kalį ir koncentruojasi raumenyse. Ypač daug radioaktyvių elementų kaupiasi vartotojų, vartojusių užterštus augalus ir gyvūnus, organizmuose. Taigi Aliaskos eskimų, valgančių šiaurės elnių mėsą, organizmuose buvo rastas itin didelis cezio-137 kiekis. Elniai minta kerpėmis, kurios per ilgą gyvenimą sukaupia didelį kiekį radioaktyviųjų izotopų. Jų kiekis kerpėse tūkstančius kartų didesnis nei dirvožemyje. Elnių audiniuose šis kiekis padidėja tris kartus, o eskimų organizmuose radioaktyvaus cezio yra dvigubai daugiau nei elnių. Kai kurių Arkties regionų gyventojų mirtingumas nuo piktybinių navikų yra pastebimai didesnis nei vidutinis.

Radiacija išlieka ypač ilgai po avarijų atominėse elektrinėse. Černobylio katastrofos metu radioaktyviosios dalelės pakilo į 6 km aukštį. Jau pirmą dieną atmosferos srautais jie pasklido virš Ukrainos ir Baltarusijos. Tada debesis skilo, viena jo dalis pasirodė virš Lenkijos ir Švedijos antrą–ketvirtą dieną, savaitės pabaigoje perskrido Europą ir 10 dieną pasiekė Turkiją, Libaną ir Siriją. Kita debesies dalis per savaitę kirto Sibirą, 12 dieną pasirodė virš Japonijos, o 18 dieną po avarijos radioaktyvusis debesis aplankė Šiaurės Ameriką.

Biosferos procesų tyrimas padeda suprasti kiekvienos sukurto pasaulio dalies svarbą ir suvokti skaudžią šiuolaikinio žmogaus būseną. Vakaruose, o dabar ir Rusijoje, vyrauja patogaus amerikietiško gyvenimo būdo, kaip aukščiausio gėrio, troškimas. Kas yra Amerika ekologo akimis? Tai yra 5,5 % planetos gyventojų, 40 % gamtinių išteklių suvartojimo ir 70 % kenksmingų išmetamųjų teršalų! Tai prabangaus gyvenimo kaina kitų tautų ir planetos ateities sąskaita.

Atėjo laikas blaiviai pažvelgti į vis didesnės materialinės gerovės troškimus ir suprasti, kad pramoninės-vartotojiškos visuomenės strategija mus veda į nelaimę. Jei ateinančiais dešimtmečiais nepereisime prie teisingų dvasinių gairių, tai mūsų palikuonys susidurs su išlikimo problema. Turime nepamiršti rūpintis vieni kitais ir savo gimtąja planeta – neįkainojamu turtu, kurį mums patikėjo Kūrėjas.

1. Apibūdinkite keturis pagrindinius oro taršos padarinius. Kaip pasiskirsto teršalai?
2. Kodėl žemdirbystė drėkinamuoju būdu yra pavojinga?
3. Kokios neigiamos trąšų pertekliaus pasekmės?
4. Kodėl mokslininkai ekosistemų rūšių įvairovės mažėjimą laiko pavojingu žmogui?
5. Ar aplinkos tarša yra mūsų civilizacijos dvasingumo stokos pasekmė? Nuo ko reikia pradėti tobulinti planetą?

Pasaulinė cirkuliacija o taip

Pasauliniu mastu vandens ir CO2 ciklai yra bene svarbiausi žmonijai biogeocheminiai ciklai. Abiems būdingos nedidelės, bet labai judrios lėšos atmosferoje, labai jautrios žmogaus veiklos sukeliamiems trikdžiams ir galinčios paveikti orą bei klimatą.

Nors vanduo dalyvauja cheminėse reakcijose, kurios sudaro fotosintezę, didžioji dalis vandens srauto per ekosistemą yra dėl garavimo, transpiracijos (išgaravimo iš augalų) ir kritulių.

Vandens ciklą arba hidrologinį ciklą, kaip ir bet kurį kitą ciklą, lemia energija. Šviesos energijos sugertis skystame vandenyje yra pagrindinis taškas, kuriame energijos šaltinis yra susietas su vandens ciklu. Apskaičiuota, kad maždaug trečdalis visos Žemę pasiekiančios saulės energijos išleidžiama vandens ciklui valdyti.

Daugiau nei 90 % žemės vandens yra surišta su uolienomis, kurios sudaro žemės plutą, ir nuosėdose (lede ir sniege) žemės paviršiuje. Į ekosistemoje vykstantį hidrologinį ciklą šis vanduo patenka labai retai: tik vulkaninių vandens garų emisijos metu. Taigi didelės vandens atsargos, esančios žemės plutoje, labai nežymiai prisideda prie vandens judėjimo šalia Žemės paviršiaus, sudarydamos šio ciklo rezervinio fondo pagrindą.

Vandens kiekis atmosferoje nedidelis (apie 3%). Vanduo, esantis ore kaip garai bet kuriuo momentu, atitinka vidutinį 2,5 cm storio sluoksnį, tolygiai paskirstytą Žemės paviršiuje. Per metus iškrenta vidutiniškai 65 cm kritulių, o tai yra 25 kartus daugiau nei bet kuriuo momentu atmosferoje esančios drėgmės kiekis. Vadinasi, nuolat atmosferoje esantys vandens garai, vadinamasis atmosferos fondas, ciklas 25 kartus per metus. Atitinkamai, vandens perdavimo atmosferoje laikas yra vidutiniškai dvi savaitės.

Vandens kiekis dirvožemyje, upėse, ežeruose ir vandenynuose yra šimtus tūkstančių kartų didesnis nei atmosferoje. Tačiau jis teka per abu šiuos fondus tokiu pačiu greičiu, nes garavimas yra subalansuotas su krituliais. Vidutinis vandens pernešimo skystoje fazėje laikas Žemės paviršiumi, lygus 3650 metų, yra 105 kartus ilgesnis už jo transportavimo atmosferoje laiką.

Ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas šiems vandens ciklo aspektams:

1. Jūra dėl garavimo netenka daugiau vandens, nei gauna per kritulius; sausumoje situacija priešinga. Tai. Didžiąją dalį nuosėdų, kurios palaiko sausumos ekosistemas, įskaitant daugumą agroekosistemų, sudaro vanduo, išgarintas iš jūros.
2. Svarbus, jei ne pagrindinis augalų transpiracijos vaidmuo bendrame garavime (garavime) iš žemės. Augalijos poveikis vandens judėjimui geriausiai atsiskleidžia pašalinus augaliją. Taigi eksperimentinis visų medžių kirtimas mažuose upių baseinuose padidina vandens tekėjimą į išvalytas teritorijas nusausinančias upes daugiau nei 200%. Įprastomis sąlygomis šis perteklius būtų išleistas tiesiai į atmosferą vandens garų pavidalu.
3. Nors paviršinis nuotėkis papildo požeminio vandens rezervuarus ir pats juos papildo, šie kiekiai turi atvirkštinį ryšį. Dėl žmogaus veiklos (žemės paviršiaus padengimas vandeniui nelaidžiomis medžiagomis, upių rezervuarų kūrimas, drėkinimo sistemų statyba, dirbamų žemių tankinimas, miškų valymas ir kt.) didėja nuotėkis ir sumažėja tokio svarbaus požeminio vandens fondo papildymas. . Daugelyje sausų vietovių požeminio vandens rezervuarus dabar žmonės išpumpuoja greičiau, nei juos papildo gamta.

Biogeocheminiai anglies, azoto ir deguonies ciklai yra patys išsamiausi. Dėl didelių atmosferos rezervų jie gali greitai reguliuotis.

Pasaulinis anglies ciklas

Anglies cikle, tiksliau jo judriausioje formoje CO2, aiškiai matoma trofinė grandinė: gamintojai, kurie fotosintezės metu sugauna anglį iš atmosferos, vartotojai, kurie sugeria anglį kartu su gamintojų kūnais ir žemesnio laipsnio vartotojai, skaidytojai, kurie grįžta. anglies atgal į ciklą. Biologiniame anglies cikle dalyvauja tik organiniai junginiai ir anglies dioksidas. Visa fotosintezės metu pasisavinta anglis patenka į angliavandenius, o kvėpuojant organiniuose junginiuose esanti anglis virsta anglies dioksidu.

Didžiuliai neorganinės anglies telkiniai – atmosferos anglies dioksidas, ištirpęs anglies dioksidas (daugiausia HCO3-), anglies rūgšties ir karbonatų nuosėdos – įvairiu laipsniu dalyvauja anglies cikle. Keitimasis tarp anglies, esančios magminėse uolienose, kalcio karbonato telkiniuose, anglies ir naftos bei kitų aktyvesnių anglies atsargų, vyksta taip lėtai, kad šios anglies poveikis trumpalaikiam ekosistemų funkcionavimui yra nereikšmingas.

Atmosferos CO2 baseinas cikle yra labai mažas, palyginti su anglies atsargomis vandenynuose, iškastiniu kuru ir kituose žemės plutos rezervuaruose. Manoma, kad prieš prasidedant pramonės erai anglies srautai tarp atmosferos, žemynų ir vandenynų buvo subalansuoti.

Ši pusiausvyra pagrįsta žaliųjų augalų reguliuojamuoju aktyvumu ir jūros karbonatų sistemos gebėjimu sugerti. Kai gyvybė Žemėje atsirado daugiau nei prieš 2 milijardus metų, atmosferą sudarė vulkaninės dujos. Buvo daug CO2 ir mažai deguonies (o gal ir visai nebuvo), o pirmieji organizmai buvo anaerobiniai. Dėl to, kad gamyba vidutiniškai šiek tiek viršijo kvėpavimą, per geologinį laiką atmosferoje susikaupė deguonis ir sumažėjo CO2 kiekis. Geologiniai ir grynai cheminiai procesai taip pat prisidėjo prie deguonies kaupimosi, pavyzdžiui, jo išsiskyrimas iš geležies oksidų arba redukuotų azoto junginių susidarymas ir vandens skaidymas ultravioletiniais spinduliais, išsiskiriant deguoniui. Mažas CO2 kiekis, taip pat didelė O2 koncentracija, yra fotosintezę ribojantys veiksniai: daugumai augalų būdingas fotosintezės intensyvumo padidėjimas, jei eksperimente padidėja CO2 kiekis arba sumažėja O2 kiekis. Taigi žali augalai yra labai jautrūs šių dujų kiekio reguliatoriai.

Žemės fotosintetinė „žalia juosta“ ir jūros karbonatų sistema palaiko pastovų CO2 lygį atmosferoje. Tačiau pastarąjį šimtmetį sparčiai didėjantis iškastinio kuro suvartojimas kartu su „žaliosios juostos“ sugerties pajėgumo mažėjimu pradeda viršyti natūralios kontrolės galimybes, todėl CO2 kiekis atmosferoje dabar palaipsniui didėja. . Iš tiesų, medžiagų srautai mažų biržos fondų įvedimo ir išleidimo metu patiria didžiausius pokyčius. Manoma, kad pramonės revoliucijos pradžioje (apie 1800 m.) Žemės atmosferoje buvo apie 290 milijonų dalių (0,029 %) CO2. 1958 m., kai pirmą kartą buvo atlikti tikslūs matavimai, kiekis buvo 315, o 1960 m. jis išaugo iki 335 promilių. Jei koncentracija padvigubės, palyginti su ikipramoniniu laikotarpiu, o tai gali įvykti iki kito šimtmečio vidurio, tikėtina, kad Žemės klimatas sušils: temperatūra kils vidutiniškai 1,5–4,5 °C, o tai kartu su jūros lygio kilimu (kaip poliarinių dangtelių tirpimo rezultatas) ir kritulių pasiskirstymo pokyčiai gali sužlugdyti žemės ūkį.

Manoma, kad kitą šimtmetį gali atsirasti nauja, bet nestabili pusiausvyra tarp didėjančio CO2 lygio (kuris prisideda prie Žemės atšilimo) ir didėjančios atmosferos taršos dulkėmis ir kitomis dalelėmis, kurios atspindi radiaciją ir taip vėsina planetą. Bet koks reikšmingas Žemės šilumos biudžeto pokytis turės įtakos klimatui.

Pagrindinis šiltnamio efektą sukeliančių dujų CO2 šaltinis yra iškastinio kuro deginimas, tačiau prisideda ir žemės ūkio plėtra bei miškų naikinimas. Gali būti stebina, kad žemės ūkis galiausiai praranda CO2 iš dirvožemio (tai yra, jis daugiau prisideda prie atmosferos nei pašalina), tačiau faktas yra tas, kad CO2 fiksavimas pasėliuose, kurių daugelis aktyvūs tik dalį metų, daro įtaką. nekompensuoti CO2 kiekio, išsiskiriančio iš dirvos, ypač dėl dažno arimo. Miškai yra svarbūs anglies telkiniai, nes miško biomasėje yra 1,5 karto daugiau anglies, o miško humuso – 4 kartus daugiau nei atmosferoje. Miško kirtimas, žinoma, gali išlaisvinti medienoje sukauptą anglį, ypač jei ji iškart sudeginama. Miškų naikinimas, ypač vėliau naudojant šias žemes žemės ūkiui ar miestų statybai, sukelia humuso oksidaciją.

Be CO2, atmosferoje nedideliais kiekiais yra dar du anglies junginiai: anglies monoksidas (CO) – apie 0,1 promilės ir metanas (CH4) – apie 1,6 promilės. Kaip ir CO2, šie junginiai greitai cirkuliuoja, todėl jų buvimo atmosferoje laikas yra trumpas – CO apie 0,1 metų; 3,6 metų CH4 ir 4 metus CO2.

Tiek CO, tiek CH4 susidaro nepilnai arba anaerobiškai skaidant organines medžiagas; atmosferoje abu oksiduojasi iki CO2. Toks pat CO kiekis, kuris patenka į atmosferą dėl natūralaus skilimo, dabar į ją patenka nepilno iškastinio kuro, ypač išmetamųjų dujų, degimo metu. Anglies monoksido, mirtino nuodo žmonėms, kaupimasis nekelia jokios grėsmės visame pasaulyje, tačiau miestuose, kur oras stagnuoja, didėjantis dujų kiekis atmosferoje pradeda kelti nerimą ir pasiekia 100 milijonų dalių.

Metano gamyba yra viena iš svarbiausių pasaulio šlapžemių ir seklių jūrų funkcijų. Manoma, kad metanas atlieka naudingą funkciją: palaiko ozono sluoksnio stabilumą viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, o tai blokuoja mirtiną saulės ultravioletinę spinduliuotę. Biotinis anglies ciklas yra neatsiejama didesnio ciklo dalis, susijusi su organizmų gyvybe. CO2 apyvartos greitis yra apie 300 metų (visiškas jo pakeitimas atmosferoje).

Deguonies ciklas

Antras labiausiai paplitęs elementas atmosferoje po azoto yra deguonis, kuris sudaro 20,95 tūrio proc. Daug didesnis jo kiekis surištoje būsenoje yra vandens molekulėse, druskose, taip pat oksiduose ir kitose kietose žemės plutos uolienose, tačiau ekosistema neturi tiesioginės prieigos prie šio didžiulio deguonies telkinio. Deguonies transportavimo laikas atmosferoje yra apie 2500 metų, jei nepaisysime deguonies mainų tarp atmosferos ir paviršinių vandenų. Pirminėje žemės atmosferoje O2 kiekis buvo labai mažas, tačiau atsiradus fotosintetiniams organizmams jis tapo svarbiu atmosferos komponentu. Per daugelį milijonų metų, O2 koncentracija atmosferoje palaipsniui didėjo ir šiuo metu pasiekė 21% (pagal tūrį). Beveik visas O2 susidarė dėl cianobakterijų, o vėliau ir žaliųjų augalų fotosintezės. Deguonis pašalinamas iš atmosferos, kai gyvi organizmai jį absorbuoja per aerobinį kvėpavimą, iškastinio kuro deginimą ir oksidų (oksidų) susidarymą. Kvėpuojant ir deginant iškastinį kurą susidaro anglies dioksidas (anglies dioksidas, CO2), kuris vėl panaudojamas fotosintezei – procese, kuris savo ruožtu išskiria deguonį į atmosferą ir taip užbaigia ciklą. Deguonies ciklas gamtoje iš esmės panašus į anglies ciklą gamtoje.

Biogeocheminis azoto ciklas.

Žinoma, azoto ciklas yra vienas sudėtingiausių ir kartu labiausiai pažeidžiamų ciklų (pav.). Nepaisant didelio dalyvaujančių organizmų skaičiaus, jis užtikrina greitą azoto cirkuliaciją įvairiose ekosistemose. Paprastai kiekybine prasme azotas seka anglį, kartu su ja dalyvauja formuojant baltymų junginius. Azotas, kuris yra baltymų ir kitų azoto turinčių junginių dalis, dėl daugelio chemotrofinių bakterijų veiklos paverčiamas iš organinės į neorganinę formą. Kiekviena bakterijų rūšis atlieka savo darbo dalį, oksiduodama amonį į nitritus, o vėliau į nitratus. Tačiau augalams prieinami nitratai iš jų „pabėga“ dėl denitrifikuojančių bakterijų, kurios nitratus redukuoja į molekulinį azotą, veiklos.

Azoto ciklui būdingas didelis atsargų fondas atmosferoje. Oras pagal tūrį sudaro beveik 80% molekulinio azoto (N2) ir yra didžiausias šio elemento rezervuaras. Tuo pačiu metu dėl nepakankamo azoto kiekio dirvožemyje dažnai ribojamas atskirų augalų rūšių ir visos ekosistemos produktyvumas. Visiems gyviems organizmams reikalingas azotas, jis įvairiomis formomis naudojamas baltymams ir nukleino rūgštims formuoti. Tačiau tik keli mikroorganizmai gali panaudoti atmosferos azoto dujas. Laimei, azotą fiksuojantys mikroorganizmai molekulinį azotą paverčia augalams prieinamais amonio jonais. Be to, atmosferoje neorganinėmis priemonėmis nuolat susidaro nitratai, tačiau šis reiškinys vaidina tik pagalbinį vaidmenį, palyginti su nitrifikuojančių organizmų veikla.

Fosforo ir sieros biogeocheminiai ciklai

Fosforo ir sieros, svarbiausių biogeninių elementų, biogeocheminiai ciklai yra daug mažiau tobuli, nes didžioji jų dalis yra rezerviniame žemės plutos fonde, „nepasiekiamame“ fonde.

Sieros ir fosforo ciklas yra tipiškas nuosėdų biogeocheminis ciklas. Tokie ciklai lengvai sutrikdomi dėl įvairių poveikių ir dalis keičiamos medžiagos palieka ciklą. Jis gali vėl grįžti į ciklą tik dėl geologinių procesų arba dėl biofilinių komponentų išgavimo gyvosiomis medžiagomis.

Fosforas

Fosforas randamas uolienose, susidariusiose praėjusiais geologiniais laikais. Jis gali patekti į biogeocheminį ciklą (pav.), jei šios uolienos iš žemės plutos gelmių pakyla į žemės paviršių, į atmosferos zoną. Per erozinius procesus jis patenka į jūrą gerai žinomo mineralinio apatito pavidalu.

Bendrąjį fosforo ciklą galima suskirstyti į dvi dalis: vandens ir sausumos. Vandens ekosistemose jį pasisavina fitoplanktonas ir trofine grandine perduoda iki trečiosios eilės vartotojų – jūros paukščių. Jų ekskrementai (guanas) grįžta į jūrą ir patenka į ciklą arba kaupiasi krante ir išplaunami į jūrą.

Iš mirštančių jūrų gyvūnų, ypač žuvų, fosforas grįžta į jūrą ir į ciklą, tačiau kai kurių žuvų griaučiai pasiekia didelį gylį, o juose esantis fosforas vėl patenka į nuosėdines uolienas.

Sausumos ekosistemose fosforą augalai išgauna iš dirvožemio ir paskirsto per trofinį tinklą. Po gyvūnų ir augalų mirties bei su jų ekskrementais grįžta į dirvą. Dėl vandens erozijos iš dirvožemio netenka fosforo. Padidėjęs fosforo kiekis jo transportavimo vandens keliuose sąlygoja spartų vandens augalų biomasės didėjimą, vandens telkinių „žydėjimą“ ir jų eutrofikaciją. Didžioji dalis fosforo patenka į jūrą ir ten negrįžtamai prarandama.

Pastaroji aplinkybė gali lemti fosforo turinčių rūdų (fosforitų, apatitų ir kt.) atsargų išeikvojimą. Todėl turime stengtis išvengti šių nuostolių ir nelaukti, kol Žemė sugrąžins „prarastas nuosėdas“ į sausumą.

Siera

Siera taip pat turi pagrindinį rezervinį fondą nuosėdose ir dirvožemyje, tačiau skirtingai nuo fosforo, ji taip pat turi rezervinį fondą atmosferoje (pav.). Mainų fonde pagrindinis vaidmuo tenka mikroorganizmams. Vieni iš jų yra reduktoriai, kiti – oksidatoriai.

Uolienose siera būna sulfidų pavidalu (FeS2 ir kt.), tirpaluose – jonų (S042~), dujinėje fazėje – vandenilio sulfido (H2S) arba sieros dioksido (S02) pavidalu. Kai kuriuose organizmuose siera kaupiasi gryna forma (S2), o kai jie miršta, jūrų dugne susidaro vietinės sieros nuosėdos.

Jūrų aplinkoje sulfato jonai užima antrą vietą pagal kiekį po chloro ir yra pagrindinė prieinama sieros forma, kurią redukuoja autotrofai ir kuri yra įtraukta į aminorūgštis.

Sieros ciklas, nors organizmams jo reikalingas nedideliais kiekiais, yra esminis bendrame gamybos ir skilimo procese (Y. Odum, 1986). Pavyzdžiui, kai susidaro geležies sulfidai, fosforas pereina į tirpią formą, prieinamą organizmams.

Sausumos ekosistemose siera grįžta į dirvą, kai augalai miršta, ir ją sugauna mikroorganizmai, kurie ją paverčia H2S. Kiti organizmai ir pats deguonies poveikis sukelia šių produktų oksidaciją. Susidarę sulfatai ištirpsta ir augalų pasisavinami iš dirvos porų tirpalų – taip ciklas tęsiasi.

Tačiau sieros ciklas, kaip ir azotas, gali būti sutrikdytas dėl žmogaus įsikišimo ir tai visų pirma yra dėl iškastinio kuro, ypač anglies, deginimo. Sieros dioksidas (S02t) sutrikdo fotosintezės procesus ir veda prie augalijos žūties.

Biogeocheminius ciklus žmonės lengvai sutrikdo. Taigi, išgaunant mineralines trąšas, jis teršia vandenį ir orą. Fosforas patenka į vandenį, sukeldamas eutrofikaciją, susidaro labai toksiški azoto junginiai ir pan.. Kitaip tariant, ciklas tampa ne ciklinis, o aciklinis. Gamtos išteklių apsauga visų pirma turėtų būti nukreipta į aciklinius biogeocheminius procesus paversti cikliniais.

Taigi bendra biosferos homeostazė priklauso nuo biogeocheminio medžiagų ciklo gamtoje stabilumo. Tačiau, būdama planetinė ekosistema, ją sudaro visų lygių ekosistemos, todėl natūralių ekosistemų vientisumas ir tvarumas yra labai svarbūs jos homeostazei.