الدورة البيولوجية

تتحقق الدورة البيولوجية للعناصر الكيميائية بفضل الطاقة الشمسية التي تلتقطها النباتات. تمتص النباتات في الضوء ثاني أكسيد الكربون والماء ، وتمتص المعادن من التربة وتطلق الأكسجين. تطلق النباتات الأرضية الأكسجين في الغلاف الجوي ، بينما تطلق النباتات المائية الأكسجين في الماء. تمتص النباتات في الظلام والحيوانات والفطريات والميكروبات ، سواء في الظلام أو في الضوء ، الأكسجين وتطلق ثاني أكسيد الكربون في البيئة. مواد أخرى تتلقاها الكائنات غيرية التغذية بشكل رئيسي من النباتات. تمتص عملية امتصاص وإطلاق الأكسجين وثاني أكسيد الكربون من قبل النباتات والحيوانات ، وبالتالي يظل تكوين الغاز في الغلاف الجوي للأرض ثابتًا إلى حد ما لفترة طويلة.

بفضل النباتات الخضراء التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي ، يتم إنشاء جزيئات عضوية ذات بنية معقدة في المحيط الحيوي. يتم استخدام الطاقة الموجودة فيها للعمليات الحيوية بواسطة الكائنات غيرية التغذية. هذه هي الوظيفة الكونية للنباتات الخضراء للمحيط الحيوي. بدون المادة الحية ، فإن عمل الشعاع الشمسي سينخفض ​​فقط إلى حركة الأجسام الغازية والسائلة والصلبة على سطح الكوكب وإلى تسخينها المؤقت. تعمل المادة الحية كمركب عملاق ومحول فريد للطاقة المشعة المرتبطة بالشمس. لن تؤدي الطاقة الشمسية بدون مادة حية نشاطًا إبداعيًا على الأرض ، حيث لا يمكنها البقاء عليها أو تحويلها إلى الطاقة اللازمة لذلك.

يتم التقاط الطاقة الشمسية بشكل أساسي بواسطة النباتات. لكن كل المواد الحية تشارك في الاحتفاظ وتحويل طاقة الشمس الموجودة فيها ، وحركتها على طول السطح ، وكذلك من الطبقات الخارجية إلى الطبقات العميقة من الكوكب. تتم هذه العملية من خلال التكاثر والنمو اللاحق وحركة الكائنات الحية. معدل التكاثر حسب V.I. Vernadsky ، هو معدل نقل الطاقة الجيوكيميائية في المحيط الحيوي.

التكاثر الحيوي

الوحدة الهيكلية والوظيفية الأولية للمحيط الحيوي هي التكاثر الحيوي. في التكاثر الحيوي ، يتم تكيف الكائنات الحية وموائلها بشكل متبادل مع بعضها البعض ، وبفضل هذا ، يتم تنفيذ الدورة البيولوجية للمواد - أساس اللانهاية للحياة على الكوكب. في سياق الدورة البيولوجية ، تكتسب الاحتياطيات المحدودة من المواد الكيميائية خاصية كونها لا نهائية ، لأنها في تداول مستمر. لذلك ، فإن تداول المواد في شكل دورات بيوجيوكيميائية شرط ضروري لوجود المحيط الحيوي. يحدث الدوران الكامل للمواد في المحيط الحيوي بسبب مصدر واحد للطاقة - الشمس. تم إنشاء علاقة وثيقة بين كمية الطاقة الشمسية التي تدخل الكوكب وكمية المادة الحية المتكونة. وبالتالي ، نتيجة لسنوات عديدة من البحث الذي أجراه علماء من بلدان مختلفة ، كان من الممكن حساب أن ما يقرب من 150-200 مليار طن من المواد العضوية الجافة تتشكل سنويًا في المحيط الحيوي. وهكذا ، كان إنشاء عقيدة المحيط الحيوي إنجازًا مهمًا للبشرية. لأول مرة ، بدأ اعتبار الطبيعة الحية كنظام متكامل يتفاعل عن كثب مع البيئة اللاأحيائية. في و. وضع Vernadsky أسس الأفكار العلمية الحديثة حول الأهمية الكوكبية والكونية للحياة ، حول العلاقة والتفاعل بين الطبيعة الحية وغير الحية.

دور النباتات في الطبيعة

تخلق النباتات الخضراء ظروفًا على الأرض لوجود جميع الكائنات الحية. يطلقون الأكسجين الضروري للتنفس ويعملون كمصدر رئيسي للغذاء لجميع الحيوانات. حتى أكثر الحيوانات المفترسة تعطشًا للدماء تعتمد على النباتات التي تتغذى على فريستها.

إن تكوين تركيبة غاز الهواء الجوي ، كما هو معروف ، يعتمد أيضًا بشكل مباشر على النباتات. تطلق النباتات الخضراء في عملية التمثيل الضوئي حوالي 510 "أطنان من الأكسجين الحر سنويًا. يطلق هكتار واحد من الذرة 15 طنًا من الأكسجين سنويًا ، وهو ما يكفي لاستنشاق 30 شخصًا. يمر كل الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي عبر المادة الخضراء في حوالي 2000 عام. في 300 عام ، تمتص النباتات الكثير من الكربون ، وكميته الموجودة في الغلاف الجوي والمياه. كانت الطاقة الكيميائية السنوية لمنتجات التمثيل الضوئي أعلى 1000 مرة من إنتاج الطاقة في نهاية القرن العشرين بكل قوة النباتات في العالم ، لقد ثبت أن نباتات الأرض في عملية التمثيل الضوئي تشكل سنويًا أكثر من 177 مليار طن من المواد العضوية.

تشارك النباتات في تكوين الدبال ، وهو أهم جزء من التربة ، ويضمن لها خصوبة عالية. بالإضافة إلى الكربون والهيدروجين والأكسجين ، تشتمل جزيئات العديد من المواد العضوية على ذرات النيتروجين والفوسفور والكبريت وعناصر أخرى غالبًا (الحديد والكوبالت والمغنيسيوم والنحاس). يتم استخلاصها جميعًا عن طريق النباتات من التربة أو البيئة المائية على شكل أيونات الملح ، وبشكل أساسي في شكل مؤكسد. لا يتم غسل الأملاح المعدنية من الطبقات السطحية للتربة ، حيث يمتص الغطاء النباتي باستمرار جزءًا من المواد المعدنية من التربة وينقلها إلى الحيوانات من أجل الغذاء. الحيوانات ، مثل النباتات ، بعد الموت ، تنقل المعادن إلى التربة ، حيث تمتصها النباتات مرة أخرى.

للغطاء النباتي تأثير كبير على المناخ ، والأجسام المائية ، والحياة البرية وعناصر أخرى من المحيط الحيوي ، والتي يرتبط بها ارتباطًا وثيقًا. تعيش النباتات على مساحات شاسعة من الأرض: في التندرا والغابات والسهوب. يسكنون مساحات المياه من البرك والبحيرات والمستنقعات والأنهار والبحار والمحيطات ويمكنهم العيش حتى على الصخور العارية والرمال الرخوة. النباتات التي تتكاثر وتنتشر دون تدخل بشري تسمى النباتات البرية. اليوم ، هناك حوالي 500 ألف نوع من النباتات البرية معروفة في العالم.

اليوم ، تعمل النباتات والحيوانات على تغيير البيئة الطبيعية. ومن الأمثلة على ذلك الشعاب المرجانية في المحيط ، ورواسب الخث في المستنقعات ، وانتشار الأشنات ، وانتشار الطحالب والكائنات الحية الدقيقة التي تدمر الجبال. تشارك جميع العناصر الكيميائية تقريبًا في النظام الدوري لـ D. I. Mendeleev في الدورة البيولوجية ، لكن العناصر الحيوية الرئيسية تبرز من بينها.

كربون. تتعدد مصادر الكربون في الطبيعة بقدر تنوعها. وفي الوقت نفسه ، فإن ثاني أكسيد الكربون فقط ، الذي يكون إما في حالة غازية في الغلاف الجوي أو في حالة مذابة في الماء ، هو مصدر الكربون الذي يعمل كأساس لمعالجته في المادة العضوية للكائنات الحية. يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون الذي تلتقطه النباتات إلى سكر أثناء عملية التمثيل الضوئي ، ومن خلال عمليات التخليق الحيوي الأخرى ، يتم تحويله إلى بروتينات ودهون وما إلى ذلك. تعمل هذه المواد المختلفة كغذاء كربوهيدرات للحيوانات والنباتات غير الخضراء. من ناحية أخرى ، تتنفس جميع الكائنات الحية وتطلق الكربون في الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون. عندما يحدث الموت ، تتحلل الرخويات وتمعد الجثث ، وتشكل سلاسل غذائية ، وفي نهايتها يدخل الكربون في كثير من الأحيان إلى الدورة مرة أخرى في شكل ثاني أكسيد الكربون (ما يسمى "تنفس التربة"). يؤدي تراكم بقايا النباتات والحيوانات الميتة إلى إبطاء دورة الكربون: فالحيوانات الرخامية والكائنات الدقيقة التي تعيش في التربة تحول البقايا المتراكمة على سطحها إلى دبال. إن معدل عمل الكائنات الحية على الدبال أبعد ما يكون عن نفسه ، كما أن سلاسل الفطريات والبكتيريا التي تؤدي إلى التمعدن النهائي للكربون ذات أطوال مختلفة. كقاعدة عامة ، يتحلل الدبال بسرعة.
في بعض الأحيان يمكن أن تكون السلسلة قصيرة وغير كاملة. في هذه الحالة ، تُحرم سلسلة المستهلكين من فرصة التصرف بسبب نقص الهواء أو الحموضة العالية جدًا ، ونتيجة لذلك تتراكم المخلفات العضوية في شكل خث وتشكل مستنقعات خث. في بعض مستنقعات الخث ذات الغطاء الخصب من الطحالب ، تصل طبقة الخث إلى 20 مترًا أو أكثر. هذا هو المكان الذي تتوقف فيه الدورة. تشير تراكمات المركبات العضوية الأحفورية على شكل زيت وزيت إلى أن الدورة الدموية قد تباطأت على نطاق زمني جيولوجي.

تعمل المياه أيضًا على إبطاء دورة الكربون ، حيث يتراكم ثاني أكسيد الكربون هنا على شكل طباشير أو حجر جيري أو دولوميت أو مرجان. غالبًا ما تظل كتل الكربون هذه خارج الدورة لفترات جيولوجية كاملة حتى ترتفع فوق مستوى سطح البحر. من هذه اللحظة ، نتيجة لانحلال الحجر الجيري أو تحت تأثير الأشنات ، وكذلك جذور النباتات المزهرة ، يبدأ إدراج الكربون والكالسيوم في الدورة.

نتروجين. دورة النيتروجين معقدة للغاية. يحتوي على 78٪ نيتروجين ، ومع ذلك ، من أجل استخدامه من قبل الغالبية العظمى من الكائنات الحية ، يجب تثبيته في شكل مركبات كيميائية معينة. يحدث تثبيت النيتروجين أثناء النشاط البركاني ، أثناء تصريفات البرق في الغلاف الجوي ، أثناء احتراق النيازك. ومع ذلك ، فإن الكائنات الحية الدقيقة الأكثر أهمية بشكل لا يضاهى في عملية تثبيت النيتروجين ، تعيش بحرية وتعيش على الجذور ، وأحيانًا على أوراق بعض النباتات. من البكتيريا التي تعيش بحرية ، يتم إصلاح النيتروجين عن طريق الكائنات الهوائية (أي العيش مع الأكسجين) ، وكذلك اللاهوائية (أي العيش بدون أكسجين). وتتراوح كمية النيتروجين التي تحددها هذه البكتيريا الحرة الحية من 2-3 كجم إلى 5-6 كجم لكل هكتار واحد سنويًا. على ما يبدو ، تلعب الطحالب الخضراء المزرقة التي تعيش في التربة دورًا معينًا في تثبيت النيتروجين.

عند دخول التربة بالمنتجات الأيضية وبقايا النباتات والحيوانات ، تتحلل المواد العضوية إلى معادن ، بينما تحول البكتيريا النيتروجين العضوي إلى أملاح الأمونيوم.

تحدد قدرة النيتروجين على تغيير التكافؤ على مدى واسع دوره المحدد في إنشاء مركبات عضوية مختلفة.

كبير على سطح الكرة الأرضية معروف جيدًا. ينتج عن التبخر من المساحات المائية الناتجة عن الطاقة الشمسية رطوبة الغلاف الجوي. تتكثف هذه الرطوبة في السحب التي تحملها الرياح. عندما تبرد الغيوم ، يحدث هطول الأمطار على شكل مطر وثلج. تمتص التربة الترسيب أو تتدفق على سطحها. تعود المياه إلى البحار والمحيطات. عادة ما تكون كمية الماء التي تتبخرها النباتات كبيرة. إذا كان هناك الكثير من الرطوبة والمياه للنباتات ، يزداد التبخر. يتبخر خشب البتولا 75 لترًا من الماء يوميًا ، والزان - 100 لتر ، والزيزفون - 200 لتر ، و 1 هكتار من الغابات - من 20 إلى 50 ألف لتر. غابة البتولا ، التي تبلغ كتلة أوراقها لكل هكتار واحد فقط 4940 كجم ، تتبخر 47 ألف لتر من الماء يوميًا ، في حين أن غابة التنوب ، تبلغ كتلة الإبر لكل هكتار واحد 31 ألف كجم. - فقط 43 ألف لتر من الثيران في حالة كسل. يستخدم القمح لكل هكتار 3750 طنًا من المياه خلال فترة التطوير ، وهو ما يعادل 375 ملم من الأمطار.

الأكسجين من الناحية الكمية هو المكون الرئيسي للمادة الحية. إذا أخذنا في الاعتبار الماء في الأنسجة ، فعلى سبيل المثال ، يحتوي جسم الإنسان على 62.8٪ أكسجين و 19.4٪ كربون. يعتبر الأكسجين ، ككل ، عنصره الرئيسي مقارنة بالكربون والهيدروجين.

تعقد دورة الأكسجين بحقيقة أن هذا العنصر يمكن أن يشكل العديد من المركبات الكيميائية. نتيجة لذلك ، هناك العديد من الدورات الوسيطة بين الغلاف الجوي أو بين هاتين البيئتين.

الأكسجين ، بدءًا من تركيز معين ، شديد السمية للخلايا والأنسجة ، حتى في الكائنات الهوائية. أثبت العالم الفرنسي لويس باستور (1822 - 1895) أنه لا يوجد كائن حي لا هوائي يمكنه تحمل تركيز أكسجين يتجاوز الغلاف الجوي بنسبة 1٪ (تأثير باستير).

تحدث دورة الأكسجين بشكل رئيسي بين الغلاف الجوي والكائنات الحية. إن عملية إنتاج وإطلاق الأكسجين كغاز أثناء عملية التمثيل الضوئي هي عكس عملية استهلاكه أثناء التنفس. في هذه الحالة ، يتم تدمير المواد العضوية وتفاعل الأكسجين مع الهيدروجين. في بعض النواحي ، تشبه دورة الأكسجين دورة ثاني أكسيد الكربون العكسية: تحدث حركة أحدهما في الاتجاه المعاكس لحركة الآخر.

كبريت. الجزء الغالب من دورة هذا العنصر ذو طبيعة رسوبية ويحدث في التربة والمياه. المصدر الرئيسي للكبريت المتاح للكائنات الحية هو جميع أنواع الكبريتات. تسهل القابلية الجيدة للذوبان في الماء للعديد من الكبريتات وصول الكبريت غير العضوي إلى النظم البيئية. تمتص الكبريتات ، وتستعيدها النباتات وتنتج أحماض أمينية تحتوي على الكبريت.

تتحلل النفايات العضوية المختلفة للتكاثر الحيوي بواسطة البكتيريا ، والتي تنتج في النهاية كبريتيد الهيدروجين من البروتينات الكبريتية الموجودة في التربة. يمكن لبعض البكتيريا أيضًا إنتاج كبريتيد الهيدروجين من الكبريتات التي تقللها في ظل الظروف اللاهوائية. تستقبل هذه البكتيريا ، التي تستخدم الكبريتات ، الطاقة اللازمة لعملية التمثيل الغذائي.

من ناحية أخرى ، هناك بكتيريا يمكنها أكسدة كبريتيد الهيدروجين مرة أخرى إلى كبريتات ، مما يزيد مرة أخرى من إمداد الكبريت المتاح للمنتجين. تسمى هذه البكتيريا التخليق الكيميائي ، حيث يمكنها إنتاج الطاقة الخلوية دون مشاركة الضوء ، فقط عن طريق أكسدة المواد الكيميائية البسيطة. لذلك ، في المحيط الحيوي ، تحتوي الصخور الرسوبية على الاحتياطيات الرئيسية من الكبريت ، والتي تحدث بشكل رئيسي في شكل البيريت ، وكذلك الكبريتات ، مثل الجبس.

الفوسفور. دورة الفوسفور بسيطة نسبيًا وغير مكتملة للغاية. يعد الفوسفور أحد العناصر الأساسية المكونة للمادة الحية ، حيث يوجد بكميات كبيرة إلى حد ما. تتركز احتياطيات الفوسفور المتاحة للكائنات الحية تمامًا في الغلاف الصخري. المصادر الرئيسية للفوسفور غير العضوي هي الصخور النارية (مثل الأباتيت) أو الصخور الرسوبية (مثل الفوسفوريت). يعد الفوسفور المعدني عنصرًا نادرًا في المحيط الحيوي ؛ فهو لا يتعدى 1٪ في قشرة الأرض ، وهو العامل الرئيسي الذي يحد من إنتاجية العديد من النظم البيئية. يتم سحب الفسفور غير العضوي من صخور قشرة الأرض إلى التداول عن طريق الترشيح والذوبان في المياه القارية. يدخل في النظم الإيكولوجية الأرضية ، ويمتصه النبات ، والذي ، بمشاركته ، يصنع مركبات عضوية مختلفة ، وبالتالي يتم تضمينه في العلاقات الغذائية. ثم يعود الفوسفات العضوي ، جنبًا إلى جنب مع جثث ونفايات وإفرازات الكائنات الحية ، إلى الأرض ، حيث يتعرضون مرة أخرى للكائنات الدقيقة ويتحولون إلى مركبات أورثوفوسفات معدنية ، جاهزة للاستخدام من قبل النباتات الخضراء وغيرها من الكائنات ذاتية التغذية (من السيارات اليونانية - نفسها و تروب - الغذاء والتغذية).

يتم جلب الفوسفور إلى النظم البيئية المائية عن طريق جريان المياه. تعمل الأنهار باستمرار على إثراء المحيطات بالفوسفات ، مما يعزز تطور العوالق النباتية والكائنات الحية الموجودة على مستويات مختلفة من السلسلة الغذائية في المياه العذبة أو المياه البحرية. يتكون تاريخ أي عنصر كيميائي في المناظر الطبيعية من دورات لا حصر لها ، تختلف في الحجم والمدة. تشكل العمليات المعاكسة - التراكم الحيوي والتمعدن - دورة بيولوجية واحدة من الذرات.

تتشكل مناظر التندرا في ظروف باردة مع فترة صيف قصيرة وبالتالي فهي غير منتجة. التربة المنخفضة هي السبب الجذري للعديد من سمات التندرا. ترتبط "موجات الحياة" أيضًا بنقص الحرارة: في السنوات التي يكون فيها الصيف أكثر دفئًا ، يزداد إنتاج المادة الحية. تزهر بعض النباتات في التندرا فقط في السنوات الملائمة (على سبيل المثال ، عشب الصفصاف في التندرا القطبية). تنمو النباتات في التندرا ببطء. تنمو الأشنات بنسبة 1-10 مم في السنة ؛ يمكن أن تحتوي العرعر التي يبلغ قطر جذعها 83 ملم على 544 حلقة نمو. إنه لا يؤثر فقط على تأثير درجات الحرارة المنخفضة ، ولكن أيضًا على نقص كمية كافية من العناصر الغذائية.

في العديد من التندرا ، تلعب الطحالب والأشنات دورًا مهمًا. هناك مناظر طبيعية يسيطرون عليها.

في التندرا ، الكتلة الحيوية النباتية هي 170.3 ش / هكتار ، منها 72 ٪ في الجزء تحت الأرض. تبلغ الزيادة السنوية في الكتلة الحيوية 23.5 ف / هكتار ، والقمامة السنوية 21.9 ف / هكتار. وبالتالي ، فإن الزيادة الحقيقية ، التي تساوي الفرق بين النمو والقمامة ، صغيرة جدًا - 1.6 سنت / هكتار (في التايغا الشمالية - 10 سنتات / هكتار ، في التايغا الجنوبية - 30 سنت / هكتار ، في المناطق المدارية الرطبة - 75 سنترس / هكتار).

نظرًا لانخفاض درجة الحرارة ، فإن تحلل بقايا الكائنات الحية في التندرا يستمر ببطء ، ولا تعمل مجموعات كثيرة من الكائنات الحية الدقيقة أو تعمل بشكل ضعيف جدًا (البكتيريا التي تتحلل السليلوز ، إلخ). وهذا يؤدي إلى تراكم المواد العضوية على السطح وفي التربة.

الغابات عريضة الأوراق في روسيا شائعة في الجزء الأوروبي ، في ،. هذه كلها مناطق ذات مناخ دافئ ومعتدل رطب. الكتلة الحيوية هنا ليست أقل بكثير من المناطق المدارية الرطبة (3000-5000 ج / هكتار) ، ولكن الإنتاج السنوي وكتلة الاستيعاب الخضراء أقل عدة مرات. يتراوح الإنتاج من 80 إلى 150 ف / هكتار (في المناطق المدارية الرطبة - 300-500 ف / هكتار) ، كتلة الاستيعاب الخضراء في غابات البلوط هي 1٪ من الكتلة الحيوية وتصل إلى 40 ف / هكتار (8٪ و 400 ف / هكتار). في المناطق المدارية الرطبة).

الأشجار عريضة الأوراق غنية نسبيًا بالرماد ، خاصة الأوراق (تصل إلى 5٪). يوجد الكثير من الكالسيوم في رماد الأوراق - تصل إلى 20٪ أو 0.6 - 3.8٪ لكل مادة جافة ، وأقل من K (0.15 - 2.0٪) وسيلي (0.4 - 2.8٪) ، وحتى أقل من Mg ، A1 ، P ، وكذلك Fe ، Mn ، Na ، C1.

في التايغا ، الكتلة الحيوية ليست أدنى بكثير من المناطق المدارية الرطبة والغابات عريضة الأوراق. في التايغا الجنوبية ، تتجاوز الكتلة الحيوية 3000 ج / هكتار وفقط في التايغا الشمالية تنخفض إلى 500-1500 ج / هكتار. الزوومس في التايغا لا يكاد يذكر (في التايغا الجنوبية - 0.01 ٪ من الكتلة الحيوية).

يمثل الخشب أكثر من 60٪ من الكتلة الحيوية ، ويتكون من الألياف (حوالي 50٪) ، اللجنين (20-30٪) ، هيميسليلوز (أكثر من 10٪).

الإنتاج السنوي في التايغا الجنوبية هو نفسه تقريبًا كما هو الحال في الغابات عريضة الأوراق (85 سنت / هكتار مقابل 90 سنت / هكتار في غابات البلوط) ، في التايغا الشمالية هو أقل بكثير (40-60 سنت / هكتار). النفايات النباتية في التايغا الجنوبية أقل من غابات البلوط ، وتساوي 55 سنتًا لكل هكتار (في غابات البلوط 65 سنتًا للهكتار) ؛ في التايغا الشمالية أقل - 35 ج / هكتار.

تحتل المناطق المدارية الرطبة مساحات شاسعة في المناطق الاستوائية والجنوبية والجنوبية والوسطى و. كانت أكثر انتشارًا في العصور الجيولوجية الماضية (من نهاية العصر الديفوني). يتم الجمع بين وفرة الحرارة هنا مع وفرة من الترسيب والحرارة والرطوبة لا تحد من الدورة البيولوجية الفردية للذرات. تحدث الذرات بنفس الكثافة على مدار العام ، ويتم التعبير عن دورية الهجرة بشكل ضعيف.
تحدد وفرة الحرارة والرطوبة الإنتاج السنوي الكبير للمادة الحية في المناطق المدارية الرطبة. تبلغ قيمة الإنتاج هنا 2-3 مرات أكبر من الغابات عريضة الأوراق والتايغا ، وتصل إلى 300-500 كجم / هكتار. من حيث نسب الكتلة الحيوية والإنتاج ، الكتلة الحيوية فوق الأرض وتحت الأرض ، الكتلة الحيوية الخضراء وغير الخضراء ، والعديد من المؤشرات الأخرى ، لا تختلف المناطق المدارية الرطبة أيضًا بشكل كبير عن المناظر الطبيعية للغابات الرطبة الأخرى. ومع ذلك ، من حيث كمية البوتاسيوم في الكتلة الحيوية ، تختلف المناطق المدارية الرطبة عن الغابات عريضة الأوراق. تبلغ الكتلة الحيوية للحيوانات في المناطق المدارية الرطبة حوالي 1٪ من الكتلة الحيوية (45 ف / هكتار). هذه هي بشكل رئيسي النمل الأبيض والنمل والحيوانات السفلية الأخرى. وفقًا لهذا المؤشر ، تختلف المناطق المدارية الرطبة اختلافًا حادًا عن التايغا ، حيث يتراكم فقط 3.6 ج / هكتار (0.01 ٪ من الكتلة الحيوية). يؤدي تحلل كتلة كبيرة من المادة العضوية إلى تشبع الماء بثاني أكسيد الكربون والأحماض العضوية. العناصر الرئيسية التي تدخل الماء أثناء الدورة البيولوجية هي Si و Ca ، K. Mg ، Al ، Fe ، Mn ، S. تحتوي أوراق الأشجار الاستوائية على نسبة عالية من Si. خلال الدورة البيولوجية ، ترشح مياه الأمطار كمية كبيرة من N و P و K و Ca و Mg و Na و CI و S وعناصر أخرى من الأوراق.

السهوب والصحاري قريبة من نواح كثيرة. الكتلة الحيوية في السهوب هي ترتيب من حيث الحجم أقل من المناظر الطبيعية للغابات - من 100 إلى 350 ج / هكتار. يتركز معظمها ، على عكس الغابات ، في الجذور (70-90٪). تبلغ الكتلة الحيوية للحيوانات في السهوب حوالي 6٪. الإنتاج السنوي هو 13-50 ج / هكتار ، أي 30-50٪ من الكتلة الحيوية.

كل عام ، تشارك مئات الكيلوجرامات من المواد القابلة للذوبان في الماء (لكل هكتار واحد) في الدورة البيولوجية للذرات في السهوب ، أي أكثر بكثير من التايغا (سهول المرج - 700 كجم / هكتار ؛ التايغا الجنوبية - 155 كجم / هكتار). في سهول المرج مع القمامة ، يتم إرجاع 700 كجم / هكتار من المواد القابلة للذوبان في الماء سنويًا ، في السهوب الجافة - 150 كجم / هكتار (في غابات التنوب في التايغا الجنوبية - 120 كجم / هكتار). تلعب القواعد دورًا مهمًا في القمامة ، حيث تعمل على تحييد الأحماض العضوية تمامًا.

على عكس المناظر الطبيعية للغابات ، فإن تربة السهوب تتراكم من 20 إلى 30 مرة من المواد العضوية أكثر من الكتلة الحيوية (في سهول المروج - ما يصل إلى 8000 سم مكعب / هكتار من الدبال ؛ في السهوب الجافة - 1000-1500 ج / هكتار). بالنسبة للسهوب والصحاري ، فإن الكالسيوم والصوديوم والمغنيسيوم هي الأكثر تميزًا ، والتي تتراكم أثناء التملح في المياه والتربة ومنتجات التجوية.

وفقًا للتركيب المعدني ، يتم تقسيم جميع أعشاب السهوب إلى ثلاث مجموعات: حبوب تحتوي على نسبة عالية من Si ومحتوى منخفض من N ؛ البقوليات مع تراكم كبير من K و Ca و N ؛ الأعشاب التي تحتل مكانة وسيطة.

تأتي المواد إلى الكائنات الحية من التربة والهواء والماء. يتبخر الماء من المحيطات ، ويرتفع إلى طبقات الغلاف الجوي ، ويشكل المطر. تستخدم النباتات الخضراء الماء الذي يدخل التربة. مع الحفاظ على نشاطهم الحيوي ، يطلقون في نفس الوقت الأكسجين الضروري للحياة. في الوقت نفسه ، بدون تأثير الأكسجين ، لا يمكن أن تحدث عمليات تحلل وتعفن النباتات. ما اسم هذه الحلقة المفرغة التي توفر إمكانية الحياة على الأرض ، وما هي معالمها؟

المفهوم الرئيسي لعلم البيئة

الدورة البيولوجية هي دوران العناصر الكيميائية التي نشأت بالتزامن مع ولادة الحياة على كوكبنا ، والتي تحدث بمشاركة الكائنات الحية.

الأنماط المتأصلة في تداول المواد تحل المشاكل الرئيسية للحفاظ على الحياة على الأرض. بعد كل شيء ، احتياطيات العناصر الغذائية على سطح الأرض بالكامل ليست غير محدودة ، على الرغم من أنها ضخمة. إذا تم استهلاك هذه الاحتياطيات من قبل الكائنات الحية فقط ، فعندئذٍ يجب أن تنتهي الحياة في لحظة ما. كتب العالم ر. ويليامز: "الطريقة الوحيدة التي تسمح لمقدار محدود بامتلاك خاصية لانهائية هي جعله يدور على طول مسار خط منحني مغلق." أمرت الحياة نفسها باستخدام هذه الطريقة على الأرض. تتكون المادة العضوية من النباتات الخضراء ، وتعرضها غير الخضراء للتدمير.

في الدورة البيولوجية ، لكل نوع من الكائنات الحية مكانه. التناقض الرئيسي للحياة هو أنه يتم الحفاظ عليها من خلال عمليات التدمير والانحلال المستمر. يتم تدمير المركبات العضوية المعقدة عاجلاً أم آجلاً. هذه العملية مصحوبة بإطلاق الطاقة ، وفقدان المعلومات المتأصل في الكائن الحي. تعتبر الكائنات الحية الدقيقة ذات أهمية كبيرة في الدورة البيولوجية للمواد وتطور الحياة - فمن خلال مشاركتها يتم تضمين أي شكل من أشكال الحياة في الدورة الحيوية.

روابط البيوشين

الكائنات الحية الدقيقة لها خاصيتان تسمحان لها باحتلال مثل هذا المكان المهم في دائرة الحياة. أولاً ، يمكنهم التكيف بسرعة كبيرة مع الظروف البيئية المتغيرة. ثانيًا ، يمكنهم استخدام مجموعة متنوعة من المواد ، بالإضافة إلى الكربون ، لتجديد احتياطياتهم من الطاقة. لا يمتلك أي من الكائنات الحية الأعلى مثل هذه الخصائص. توجد فقط كبنية فوقية على الأساس الأساسي لمملكة الكائنات الحية الدقيقة.

الأفراد والأنواع من مختلف الفئات البيولوجية هم روابط في تداول المواد. يتفاعلون أيضًا مع بعضهم البعض من خلال أنواع مختلفة من الاتصالات. تتضمن دورة المواد على نطاق كوكبي دورات بيولوجية خاصة في الطبيعة. يتم إجراؤها بشكل رئيسي على طول سلاسل الغذاء.

السكان الخطرين من غبار المنزل

تلعب النباتات الرخامية دورًا مهمًا في الدورة البيولوجية - "السكان الدائمون" لغبار المنزل. تتغذى على مجموعة متنوعة من المواد التي تشكل جزءًا من غبار المنزل. في الوقت نفسه ، تفرز النباتات الرخامية برازًا سامًا إلى حد ما ، مما يؤدي إلى ظهور الحساسية.

من هي هذه المخلوقات غير المرئية للعين البشرية؟ تنتمي النباتات الرمية إلى عائلة العنكبوتيات. يرافقون الشخص طوال حياته. بعد كل شيء ، يتغذى عث الغبار على غبار المنزل ، والذي يشمل أيضًا جلد الإنسان. يعتقد العلماء أنه ذات مرة كانت النباتات الرخامية تعيش في أعشاش الطيور ، ثم "انتقلت" إلى مسكن بشري.

عث الغبار ، الذي يلعب دورًا مهمًا في الدورة البيولوجية ، صغير جدًا في الحجم - من 0.1 إلى 0.5 ملم. لكنها نشطة للغاية لدرجة أنه في غضون 4 أشهر فقط يمكن لعثة غبار أن تضع حوالي 300 بيضة. غرام واحد من غبار المنزل يمكن أن يحتوي على عدة آلاف من العث. من المستحيل تخيل عدد عث الغبار الذي يمكن أن يوجد في المنزل ، لأنه يُعتقد أن ما يصل إلى 40 كجم من الغبار يمكن أن يتراكم في مسكن بشري في غضون عام واحد.

دورة في الغابة

في الغابة ، تكون الدورة البيولوجية أقوى بسبب تغلغل جذور الأشجار في أعماق التربة. عادة ما يعتبر الرابط الأول في هذا الدوران هو ما يسمى رابط الجذور. الجذور عبارة عن طبقة رقيقة (3 إلى 5 مم) من التربة حول الشجرة. تميل التربة حول جذور الشجرة (أو "تربة الجذور") إلى أن تكون غنية جدًا بإفرازات الجذور والعديد من الكائنات الدقيقة. رابط الجذور هو نوع من البوابة بين الحياة البرية وغير الحية.

ارتباط الاستهلاك موجود في الجذور التي تمتص المعادن من التربة. يتم غسل بعض المواد عن طريق الترسيب مرة أخرى في التربة ، ومع ذلك ، في معظم الأحيان ، تحدث عودة العناصر الغذائية خلال عمليتين - القمامة والنفايات.

دور السقوط والسقوط

النفايات والنفايات لها معاني مختلفة في الدورة البيولوجية للمواد. يشمل القمامة مخاريط الأشجار والفروع والأوراق وبقايا العشب. لا يقوم الباحثون بتضمين الأشجار في القمامة - فهي مصنفة على أنها قمامة. يمكن أن يستغرق تحلل النفايات عقودًا. في بعض الأحيان يمكن أن تكون النفايات بمثابة مادة لتغذية أنواع الأشجار الأخرى - ولكن فقط بعد الوصول إلى مرحلة معينة من التحلل. تحتوي النفايات على العديد من المواد التي تنتمي إلى فئة الرماد. تدخل النباتات ببطء إلى التربة وتستخدمها النباتات لمزيد من الحياة.

ما الذي يعتمد عليه السقوط؟

القمامة لها معنى مختلف قليلاً في الدورة البيولوجية. خلال العام ، ينتقل حجمه بالكامل إلى طبقة القمامة ويخضع للتحلل الكامل. تدخل عناصر الرماد الدورة الحيوية بشكل أسرع. ومع ذلك ، في الواقع ، فإن القمامة هي جزء من الدورة البيولوجية بالفعل عندما تكون الأوراق على الشجرة. يعتمد معدل القمامة على عدة عوامل: المناخ ، والطقس في السنوات الحالية والسابقة ، وعدد الحشرات. في غابة التندرا تصل إلى عدة مراكز ، في الغابات تقاس بالأطنان. أكبر كمية من القمامة في الغابات تحدث في الربيع والخريف. يختلف هذا المؤشر أيضًا حسب السنة.

أما بالنسبة للتركيب العضوي للإبر والأوراق ، فإنها تخضع لنفس التغييرات خلال الدورة. على عكس القمامة ، عادة ما تكون الأوراق الخضراء غنية بالفوسفور والبوتاسيوم والنيتروجين. عادة ما تكون القمامة غنية بالكالسيوم. تتأثر الدورة البيولوجية بشكل كبير بالحشرات والحيوانات. على سبيل المثال ، يمكن للحشرات الآكلة للأوراق أن تسرعها بشكل كبير. ومع ذلك ، فإن التأثير الأكبر على معدل الدورة تمارسه الحيوانات في عملية تحلل القمامة. تأكل اليرقات والديدان القمامة وتطحنها ، وتختلط مع الطبقات العليا من التربة.

التمثيل الضوئي في الطبيعة

يمكن للنباتات استخدام ضوء الشمس لتجديد احتياطياتها من الطاقة. يفعلون ذلك في خطوتين. في المرحلة الأولى ، تلتقط الأوراق الضوء ؛ في الثانية ، يتم استخدام الطاقة في عملية عزل الكربون وتكوين المواد العضوية. يسمي علماء الأحياء النباتات الخضراء ذاتية التغذية. هم أساس الحياة على الكوكب بأسره. تعتبر Autotrophs ذات أهمية كبيرة في عملية التمثيل الضوئي والدورة البيولوجية. يتم تحويل طاقة ضوء الشمس بواسطتها إلى طاقة مخزنة من خلال تكوين الكربوهيدرات. وأهمها سكر الجلوكوز. هذه العملية تسمى التمثيل الضوئي. يمكن للكائنات الحية من الفئات الأخرى الوصول إلى الطاقة الشمسية عن طريق تناول النباتات. وهكذا تظهر سلسلة غذائية توفر دورة المواد.

أنماط التمثيل الضوئي

على الرغم من أهمية عملية التمثيل الضوئي ، إلا أنها ظلت غير مستكشفة لفترة طويلة. فقط في بداية القرن العشرين ، أجرى العالم الإنجليزي فريدريك بلاكمان عدة تجارب كان من الممكن من خلالها إنشاء هذه العملية. كشف العالم أيضًا عن بعض أنماط التمثيل الضوئي: اتضح أنها تبدأ في الإضاءة المنخفضة ، وتتزايد تدريجياً مع تيارات الضوء. ومع ذلك ، يحدث هذا فقط عند مستوى معين ، وبعد ذلك لا يؤدي تضخيم الضوء إلى تسريع عملية التمثيل الضوئي. وجد بلاكمان أيضًا أن الزيادة التدريجية في درجة الحرارة مع زيادة الضوء يعزز عملية التمثيل الضوئي. لا تؤدي زيادة درجة الحرارة في الإضاءة المنخفضة إلى تسريع هذه العملية ، ولا زيادة الضوء في درجات الحرارة المنخفضة.

عملية تحويل الضوء إلى كربوهيدرات

يبدأ التمثيل الضوئي بعملية إدخال فوتونات ضوء الشمس إلى جزيئات الكلوروفيل الموجودة في أوراق النباتات. الكلوروفيل هو ما يعطي النباتات لونها الأخضر. يحدث التقاط الطاقة على مرحلتين ، يسميهما علماء الأحياء نظام الصور الأول ونظام الصور الثاني. ومن المثير للاهتمام أن أعداد هذه الأنظمة الضوئية تعكس الترتيب الذي اكتشفها العلماء به. هذه إحدى الغرائب ​​في العلم ، حيث تحدث التفاعلات لأول مرة في النظام الضوئي الثاني ، وبعد ذلك فقط في النظام الأول.

يصطدم فوتون من ضوء الشمس مع 200-400 جزيء كلوروفيل في ورقة. في هذه الحالة ، تزداد الطاقة بشكل حاد ويتم نقلها إلى جزيء الكلوروفيل. هذه العملية مصحوبة بتفاعل كيميائي: في هذه الحالة ، يفقد جزيء الكلوروفيل إلكترونين (يتم قبولهما بدورهما من قبل ما يسمى "متقبل الإلكترون" ، وهو جزيء آخر). وأيضًا عندما يصطدم الفوتون بالكلوروفيل ، يتشكل الماء. تسمى الدورة التي يتحول فيها ضوء الشمس إلى كربوهيدرات بدورة كالفين. لا يمكن التقليل من أهمية التمثيل الضوئي والدورة البيولوجية للمواد - فبفضل هذه العمليات يتوفر الأكسجين على الأرض. المعادن التي يحصل عليها الإنسان - الخث والنفط - هي أيضًا ناقلات للطاقة المخزنة في عملية التمثيل الضوئي.

الدورات في الطبيعة وانتقال الطاقة من حالة إلى أخرى هي عملية طبيعية. هذه العملية مستمرة منذ تشكيل الغلاف الجغرافي لمئات الملايين من السنين وستستمر. إن وقت تأثير النشاط البشري على الدورات الطبيعية قصير جدًا ، وهو لحظة مقارنة بوقت تكوين ووجود المجالات الأرضية. لكن على الرغم من ذلك ، فإن التأثير المتزايد بسرعة للإنسان في المرحلة الحالية يكتسب أبعادًا عالمية.

اليوم ، النشاط الاقتصادي البشري له تأثير على تداول الصخور ، وتسريع عمليات التعرية. حرث الحقول والري والفيضانات والصرف وغيرها من وسائل تدمير غطاء التربة تزيد من رواسب الأنهار ، وإزالة الجزيئات المعدنية من سطح الأرض عن طريق المياه المتدفقة والرياح. ونتيجة لذلك ، تزداد شدة الترسيب في المحيطات والبحار وفي البحيرات والمنخفضات الموجودة على سطح الأرض. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البناء المدني والصناعي ، وبناء القنوات ، والخزانات ، ومحطات الطاقة الكهرومائية ، والطرق ، وتطوير الرواسب المعدنية وغيرها من الأعمال تعمل على تغيير التضاريس تدريجياً.

إن تطوير مصادر الوقود والطاقة وحرقها يؤدي إلى تغيرات في البيئة الطبيعية ويساهم في تجريد من الإغاثة.
تأثير الإنسان على دوران الغلاف الجوي يسبب تغيرات في مناخ الأرض. في الظروف الحديثة ، هناك ثلاث طرق لتغيير المناخ العالمي نتيجة للأنشطة البشرية:

زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في تكوين الغلاف الجوي ؛
زيادة كمية الطاقة الحرة في الغلاف الجوي ؛
زيادة تركيز الهباء الجوي.

يؤدي الاحتراق بأحجام متزايدة باستمرار من الفحم والنفط والغاز إلى زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، مما قد يؤدي إلى تغييرات كبيرة في مناخ كوكبنا. ثاني أكسيد الكربون (CO2) لديه القدرة على تمرير إشعاع الموجة القصيرة بحرية ومنع إشعاع الموجة الطويلة. لذلك ، أثناء مرور الإشعاع الشمسي بحرية ، فإنه يمنع إشعاع الموجة الطويلة المنعكس من الأرض. يخلق "تأثير الاحتباس الحراري". نتيجة لذلك ، يتم إنشاء فائض من الحرارة في الطبقة السطحية للغلاف الجوي ، وهذا يمكن أن يساهم في تغير المناخ.

الطريقة الثانية لتغير المناخ مرتبطة أيضًا بالنشاط الاقتصادي البشري. من المعروف أن الإنتاج الحديث يستهلك كمية كبيرة من الطاقة المولدة صناعياً. يتزايد معدل إنتاج الطاقة باستمرار ، حيث يتزايد الطلب على استخدامها. يمكن أن تؤدي هذه الطاقة أيضًا إلى "تسخين" الطبقة السطحية للغلاف الجوي. يمكن أن يؤدي تسخين الغلاف الجوي بالطاقة الإضافية ، جنبًا إلى جنب مع الطاقة الشمسية ، إلى تغيير مناخ كوكب الأرض.

يمكن أن يكون للتراكم الاصطناعي للهباء الجوي تأثير مزدوج على حالة المناخ. نتيجة للأنشطة البشرية ، يتزايد تركيز الهباء الجوي باطراد. تؤخر جزيئات الهباء الاختراق الحر للإشعاع الشمسي بأي طول موجي. وبالتالي ، فإن زيادة الهباء الجوي في الغلاف الجوي يمكن أن تتداخل مع أشعة الشمس ، وفي ظل نقص الطاقة ، فإن مناخ سطح الأرض معرض لخطر التحول نحو التبريد. من ناحية أخرى ، من خلال منع إشعاع الموجة الطويلة من مغادرة الأرض ، يمكن للهباء الاصطناعي أن يساهم في ارتفاع درجة حرارة المناخ.

الأنواع الرئيسية للتأثير البشري على دورة المياه في الطبيعة هي الزيادة السنوية في استهلاك المياه ، بما في ذلك استهلاك المياه الذي لا رجعة فيه ، وتنظيم نظام تدفق النهر في الاتجاه المطلوب ، وإنشاء الخزانات وانتهاك النظام الطبيعي لترطيب المناطق في اتصال مع الزراعة. نتيجة لهذا النشاط البشري ، تظهر الواحات المتفتحة في بعض المناطق ، وتحدث الكوارث البيئية في مناطق أخرى. على سبيل المثال ، ترتبط الحالة الحالية لبحر آرال وبحر آرال ارتباطًا مباشرًا بالأنشطة البشرية. يعتبر بحر آرال مثالاً واضحًا على كيف يؤدي النشاط الاقتصادي البشري إلى انتهاك التوازن المائي.

لم يقم الإنسان بعد بإجراء تغييرات على دوران مياه المحيط. ولكن مع المستوى الحالي للعلم والتكنولوجيا ، قد يقوم بإجراء تغييرات في هذه العملية. على سبيل المثال ، كانت هناك منذ فترة طويلة مشاريع لتغيير الظروف المناخية لسواحل المحيط المتجمد الشمالي ، مما يجعل من الممكن التأثير على النظام الجليدي للبحار الساحلية من أجل إطالة وقت الملاحة في طريق البحر الشمالي. أثيرت هذه القضية أيضًا في الأدبيات العلمية الشعبية. يتمثل جوهر المشروع في ما يلي: بناء سد على مضيق بيرينغ يربط بين شواطئ آسيا وأمريكا ، وضخ المياه من المحيط المتجمد الشمالي إلى المحيط الهادئ. بعد فترة زمنية معينة ، سيستمر التيار الدافئ لتيار الخليج في طريقه إلى أبعد من المعتاد - إلى شواطئ روسيا. وسيصبح مناخ السواحل الشمالية لروسيا هو نفسه على ساحل النرويج. إن الجنس البشري قادر بالفعل على تنفيذ مثل هذه المشاريع ، لكن من الصعب التنبؤ بما قد يؤدي إليه ذلك.

من بين الدورات الطبيعية ، تختبر الدورة البيولوجية وهجرة العناصر الكيميائية التأثير البشري الأكبر. يؤثر الإنسان على الدورة البيولوجية عن طريق حرق الغابات والسافانا في مناطق شاسعة ، وحرث السهول والمروج.
ينبعث ثاني أكسيد الكربون (CO2) من أصل بشري في الغلاف الجوي أثناء احتراق ناقلات الطاقة في المؤسسات المعدنية ، في الصناعة الكيميائية ، إلخ. نسبة إنتاج ثاني أكسيد الكربون الطبيعي والانبعاثات البشرية المنشأ هي 1: 200. علاوة على ذلك ، فإن الجانب الأيمن من هذه النسبة ينمو باستمرار.

يعتبر التمثيل الضوئي "المستهلك" الرئيسي لثاني أكسيد الكربون. يؤدي حرق الوقود الأحفوري وإزالة الغابات وحرائق الغابات إلى تقليل "الاستهلاك" الطبيعي لهذا الغاز في عملية التمثيل الضوئي وزيادة تركيزه في الغلاف الجوي الحر.
نتيجة لعملية التمثيل الضوئي ، يتم إنتاج كمية كبيرة من الأكسجين (02) سنويًا ، ويتم ضمان توازن ثابت لهذا الغاز في الطبيعة والقدرة على التنفس بحرية لجميع الكائنات الحية. يؤثر النشاط الاقتصادي البشري على دورة الأكسجين ، ويقلل بشكل أساسي من احتياطياته الطبيعية. إن عملية الحرق وإزالة الغابات وتلوث سطح المحيطات والعمليات الأخرى المرتبطة بالأنشطة البشرية تقلل من كمية الأكسجين في الغلاف الجوي.

يؤثر النشاط الاقتصادي البشري أيضًا على دورة النيتروجين (N) في الطبيعة. يتم إنتاج هذا الغاز صناعيًا بكميات كبيرة. بناءً عليه ، يتم إنتاج الأسمدة المحتوية على النيتروجين. من خلال تطبيق هذه الأسمدة على التربة ونشرها في الحقول ، يغير الناس بشكل ملحوظ الدورة الطبيعية للنيتروجين. أدى الاستخدام المكثف للأسمدة النيتروجينية إلى مشكلة تلوث الطعام بالنترات. الحد الأعلى للنترات للفرد في اليوم ، الذي حددته منظمة الصحة العالمية (WHO) ، هو 325 مجم. عند استخدام منتجات صديقة للبيئة ، يستهلك الشخص ما يقرب من 100-200 مجم من النترات يوميًا دون الإضرار بالصحة ، و 60-70٪ - مع الخضار. تحتوي الحبوب والتوت والفواكه واللحوم والأسماك على القليل من النترات.

إذا نمت المنتجات في تربة "مخصبة بشكل مفرط" بالنترات ، فيمكننا الحصول على جرعتها التي تتجاوز القاعدة بمقدار 2-5 مرات. و "الكرة الطائرة" ، بطريقة لمرة واحدة. هذا أمر خطير بالفعل ، لأن النترات الزائدة في الجسم ليس لديها وقت لإنفاقها. تشكل النترات تهديدًا للصحة ، حيث يتم امتصاصها في الدم ، مما يؤدي إلى تعطيل إنزيمات الجهاز التنفسي ، مما يؤدي إلى انخفاض محتوى الهيموجلوبين في الدم وانتهاك وظيفة النقل.

للنشاط البشري تأثير كبير على هجرة العناصر الكيميائية في الطبيعة. في الوقت الحاضر ، معظم العناصر الكيميائية المكتشفة على الكوكب هي ، بدرجة أو بأخرى ، بسبب النشاط البشري ، منتشرة في الطبيعة أو مركزة في نقاط منفصلة ، مناطق من الأرض. كلاهما له تأثير سلبي على بيئتنا ، وتكتسب هذه العملية زخمًا.

في هذه الورقة ، نقترح أن تفكر في ماهية الدورة البيولوجية. ما هي وظائفها وأهميتها لكوكبنا. كما سنهتم بموضوع مصدر الطاقة لتنفيذه.

ما تحتاج إلى معرفته أيضًا قبل أن نفكر في الدورة البيولوجية هو أن كوكبنا يتكون من ثلاث قذائف:

• الغلاف الصخري (قشرة صلبة ، تقريبًا ، هذه هي الأرض التي نسير عليها) ؛
• الغلاف المائي (حيث يمكن أن تنسب كل المياه ، أي البحار والأنهار والمحيطات وما إلى ذلك) ؛
• الغلاف الجوي (القشرة الغازية ، الهواء الذي نتنفسه).

هناك حدود واضحة بين جميع الطبقات ، لكنها قادرة على اختراق بعضها البعض دون أي صعوبة.

تداول المواد

كل هذه الطبقات تشكل المحيط الحيوي. ما هي الدورة البيولوجية؟ يحدث هذا عندما تتحرك المواد في جميع أنحاء المحيط الحيوي ، أي في التربة والهواء والكائنات الحية. يسمى هذا الدوران اللامتناهي بالدورة البيولوجية. من المهم أيضًا معرفة أن كل شيء يبدأ وينتهي في النباتات.

تحتها تكمن عملية معقدة بشكل لا يصدق. تدخل أي مواد من التربة والجو إلى النباتات ، ثم إلى الكائنات الحية الأخرى. ثم ، في الأجسام التي تمتصها ، يبدأون في إنتاج مركبات معقدة أخرى بنشاط ، وبعد ذلك يخرج الأخير. يمكننا القول أن هذه عملية يتم فيها التعبير عن الترابط بين كل شيء على كوكبنا. تتفاعل الكائنات الحية مع بعضها البعض ، الطريقة الوحيدة التي نعيش بها حتى يومنا هذا.

لم يكن الجو دائمًا كما نعرفه. في السابق ، كان غلاف الهواء الخاص بنا مختلفًا تمامًا عن الغلاف الحالي ، أي أنه كان مشبعًا بثاني أكسيد الكربون والأمونيا. كيف إذن ظهر الأشخاص الذين يستخدمون الأكسجين للتنفس؟ يجب أن نشكر النباتات الخضراء التي تمكنت من إعادة حالة غلافنا الجوي إلى الشكل الذي يحتاجه البشر. تمتص الحيوانات العاشبة الهواء والنباتات ، كما يتم تضمينها في قائمة الحيوانات المفترسة. عندما تموت الحيوانات ، تتم معالجة بقاياها بواسطة الكائنات الحية الدقيقة. هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على الدبال اللازم لنمو النبات. كما ترى ، الدائرة مغلقة.

مصدر طاقة

الدورة البيولوجية مستحيلة بدون طاقة. ما هو أو من هو مصدر الطاقة لتنظيم هذا التبادل؟ بالطبع ، مصدر طاقتنا الحرارية هو نجم الشمس. إن الدورة البيولوجية مستحيلة بدون مصدر الحرارة والضوء. تسخن الشمس

• هواء؛
• تربة؛
• الغطاء النباتي.

أثناء التسخين ، يتبخر الماء ، ويبدأ في التراكم في الغلاف الجوي على شكل غيوم. ستعود كل المياه في النهاية إلى سطح الأرض في شكل مطر أو ثلج. بعد عودتها ، تنقع التربة وتمتصها جذور الأشجار المختلفة. إذا تمكنت المياه من الاختراق بعمق شديد ، فإنها تغذي احتياطيات المياه الجوفية ، بل ويعود بعضها إلى الأنهار والبحيرات والبحار والمحيطات.

كما تعلم ، عندما نتنفس نأخذ الأكسجين ونتنفس ثاني أكسيد الكربون. لذلك ، تحتاج الأشجار إلى الطاقة الشمسية من أجل معالجة ثاني أكسيد الكربون وإعادة الأكسجين إلى الغلاف الجوي. هذه العملية تسمى التمثيل الضوئي.

الدورات البيولوجية

لنبدأ هذا القسم بمفهوم "العملية البيولوجية". إنها ظاهرة متكررة. يمكننا أن نلاحظ أي العمليات البيولوجية تتكرر باستمرار على فترات زمنية معينة.

يمكن رؤية العملية البيولوجية في كل مكان ، فهي متأصلة في جميع الكائنات الحية التي تعيش على كوكب الأرض. إنه أيضًا جزء من جميع مستويات المنظمة. أي ، داخل الخلية وفي المحيط الحيوي ، يمكننا مراقبة هذه العمليات. يمكننا التمييز بين عدة أنواع (دورات) من العمليات البيولوجية:

• خلال اليوم.
• البدل اليومي
• موسمي؛
• سنوي؛
• الدائمة؛
• قرون.

الدورات السنوية هي الأكثر وضوحا. نلاحظها دائمًا وفي كل مكان ، ما عليك سوى التفكير قليلاً في هذه المشكلة.

ماء

ندعوك الآن للنظر في الدورة البيولوجية في الطبيعة باستخدام مثال الماء ، المركب الأكثر شيوعًا على كوكبنا. لديها العديد من القدرات ، مما يسمح لها بالمشاركة في العديد من العمليات داخل وخارج الجسم. تعتمد حياة كل الكائنات الحية على دورة H 2 O في الطبيعة. بدون الماء ، لن نكون موجودين ، وسيكون الكوكب مثل صحراء هامدة. هي قادرة على المشاركة في جميع العمليات الحيوية. وهذا يعني أنه يمكننا استخلاص الاستنتاج التالي: كل الكائنات الحية على كوكب الأرض تحتاج ببساطة إلى مياه نظيفة.

لكن الماء دائمًا ما يكون ملوثًا نتيجة لأي عمليات. كيف ، إذن ، أن تزود نفسك بإمدادات لا تنضب من مياه الشرب النظيفة؟ لقد اهتمت الطبيعة بهذا الأمر ، يجب أن نشكر وجود دورة الماء هذه في الطبيعة. لقد ناقشنا بالفعل كيف يحدث كل هذا. يتبخر الماء ويتجمع في السحب ويسقط كتساقط (مطر أو ثلج). هذه العملية تسمى "الدورة الهيدرولوجية". يقوم على أربع عمليات:

• تبخر؛
• تركيز؛
• تساقط؛
• جريان المياه.

هناك نوعان من دورة المياه: كبير وصغير.

كربون

الآن سننظر في كيفية حدوث البيولوجية في الطبيعة. من المهم أيضًا معرفة أنها تحتل المرتبة 16 فقط من حيث النسبة المئوية للمواد. يمكن العثور عليها في شكل الماس والجرافيت. ونسبته في الفحم تتجاوز التسعين بالمئة. يوجد الكربون أيضًا في الغلاف الجوي ، لكن محتواه صغير جدًا ، حوالي 0.05 في المائة.

في المحيط الحيوي ، بفضل الكربون ، يتم إنشاء كتلة من المركبات العضوية المختلفة التي تحتاجها جميع أشكال الحياة على كوكبنا. ضع في اعتبارك عملية التمثيل الضوئي: تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وتعيد تدويره ، ونتيجة لذلك لدينا مجموعة متنوعة من المركبات العضوية.

الفوسفور

قيمة الدورة البيولوجية كبيرة جدًا. حتى لو أخذنا الفسفور ، فهو موجود بكميات كبيرة في العظام ، فهو ضروري للنباتات. المصدر الرئيسي هو الأباتيت. يمكن العثور عليها في الصخور النارية. تستطيع الكائنات الحية الحصول عليه من:

• تربة؛
• موارد المياه.

كما يوجد في جسم الإنسان أي أنه جزء من:

• البروتينات.
• حمض نووي؛
• أنسجة العظام
• الليسيثين.
• التجهيزات وهلم جرا.

الفوسفور ضروري لتراكم الطاقة في الجسم. عندما يموت كائن حي ، فإنه يعود إلى التربة أو إلى البحر. وهذا يساهم في تكوين صخور غنية بالفوسفور. هذا له أهمية كبيرة في الدورة الحيوية.

نتروجين

الآن سوف ننظر في دورة النيتروجين. قبل ذلك ، نلاحظ أنه يشكل حوالي 80٪ من الحجم الإجمالي للغلاف الجوي. موافق ، هذا الرقم مثير للإعجاب. بالإضافة إلى كونه أساس تكوين الغلاف الجوي ، يوجد النيتروجين في الكائنات الحية النباتية والحيوانية. يمكننا أن نلبيها في شكل بروتينات.

بالنسبة لدورة النيتروجين ، يمكننا أن نقول هذا: تتكون النترات من النيتروجين الجوي ، الذي يتم تصنيعه بواسطة النباتات. تسمى عملية تكوين النترات تثبيت النيتروجين. عندما يموت النبات ويتعفن ، يدخل النيتروجين الذي يحتويه إلى التربة على شكل أمونيا. تتم معالجة الأخير (يتأكسد) بواسطة الكائنات الحية التي تعيش في التربة ، لذلك يظهر حمض النيتريك. إنها قادرة على التفاعل مع الكربونات المشبعة بالتربة. بالإضافة إلى ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن النيتروجين يتم إطلاقه أيضًا في شكله النقي نتيجة تسوس النبات أو أثناء عملية الاحتراق.

كبريت

مثل العديد من العناصر الأخرى ، يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالكائنات الحية. يدخل الكبريت إلى الغلاف الجوي نتيجة الانفجارات البركانية. يمكن معالجة كبريتيد الكبريت بواسطة الكائنات الحية الدقيقة ، لذلك تولد الكبريتات. هذا الأخير تمتصه النباتات ، والكبريت جزء من الزيوت الأساسية. أما بالنسبة للجسم فيمكن إيجاد الكبريت في:

• أحماض أمينية؛
• البروتينات.