Geochimia biosferei

Subiect 3.4. ELEMENTE ciclului biologic

3.4.1. Conceptul general al ciclului biologic al substanțelor

De la începutul studiului interacțiunii organismelor vii cu mediul, a devenit clar faptul că procesele de transfer de masă nutrienți sunt ciclice (a se vedea. Ris.2.3.2).

cicluri de transfer de masă de diferite lungimi în spațiu și durate inegale în timp constituie un biosferă sistem dinamic. VI Vernadsky credea că istoria majoritatea elementelor chimice care formează mai mult de 99% din masa biosferă, poate fi înțeleasă numai în lumina migrației circulare (cicluri). Cu toate acestea, el a subliniat că „aceste cicluri sunt reversibile numai în partea principală a atomilor din aceleași elemente vor în mod inevitabil și în mod constant iese din circulație. Această ieșire este logic, adică, proces circular nu este complet reversibilă. " reversibilitate incompletă și dezechilibrul ciclurilor migratoare permite o anumită concentrare a elementului flotant, la care organismele pot adapta, dar în același timp, furnizează o cantitate în exces ieșirea elementului din ciclul.

Adică, integritatea biosferei ca sistem datorită schimbului continuu de material între componentele sale, în care rolul cheie jucat de procesele legate de sinteza si descompunerea materiei organice. Acestea sunt realizate atât în ​​timpul schimbului de substanțe între organismele vii și mediul înconjurător, precum și în procesele de mineralizare a materiei organice, după moartea organismului ca întreg sau organele sale moarte. De asemenea, contribuie la ciclul materiei în biosferă demolată și în mod inerent non-biogene procese de transfer problemă între diferitele componente shell geografice.

3.4.2. Elemente ale ciclurilor biogeochimice ale materiei.
Parametrii ciclului biologic al elementelor pe uscat și în ocean

Ciclul biologic al substanțelor reprezintă un set de procese chimice organisme Incoming in organisme, sinteza biochimică a noilor compuși complecși, și elementele de retur din sol, atmosferă și hidrosferă (Fig.)

Abiotică și ciclurile biologice sunt interconectate pentru a forma un sistem planetar de circulație geochemical și ciclurile materiei locale. Astfel, peste miliarde de ani de istorie biologică a planetei a format marele ciclu biogeochimic și diferențierea elementelor chimice în natură, care este baza pentru funcționarea normală a biosferei. Aceasta este, în biosferă dezvoltat sub ciclismului materiei este direcționată prin acțiunea comună a factorilor biologici, geologice și geochimice. Raportul dintre ele pot fi diferite, dar efectul - mereu împreună! Este în acest sens, că termenii utilizați pentru ciclism biogeochimic al materiei și a ciclurilor biogeochimice.

Ciclul biologic nu este compensată complet buclă închisă.

semnificație biologică, biochimice și geochimice proceselor efectuate în ciclul biologic al materiei, a arătat primul VV Dokuchaev. Mai mult, a fost descoperită în lucrările lui VI Vernadsky, BB Polynov, DN Pryanishnikova VN Sukachev, LE Rodina, N. Bazilevich, VA Kovda și alți cercetători.

Înainte de a trece la studiul ciclurilor naturale biologice ale elementelor chimice, trebuie să se familiarizeze cu termenii cel mai frecvent utilizate.

Biomasa - masa de materie vie, acumulată în acest moment în timp.

Biomasa (sau biomasă rasteniy0 - masa vii și cei morți, dar și-a păstrat structura anatomica la data de organisme ale comunităților de plante pe un anumit domeniu specific sau lumea în general.

Structura fitomasa - raportul dintre părțile subterane și supraterane ale plantelor, precum și părți anuale și perene, fotosintezei și nonphotosynthetic plantelor.

Rags - părțile moarte ale plantelor, conservate legătură mecanică cu planta.

Gunoiul - numărul materiei organice de plante, mort deasupra solului și părțile subterane per unitate de suprafață pe unitatea de timp.

Gunoiul - masa de depozite pe termen lung ale resturilor vegetale de diferite grade de mineralizare.

Gain - masa unui organism sau a unei comunități de organisme, acumulate pe unitate de suprafață pe unitatea de timp.

Adevărata creștere - raportul dintre increment la valoarea de gunoi pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață.

Producția primară - masa materiei vii produsă prin autotrophs (plante verzi) per unitate ploschakdi per unitate de timp.

produse reciclate - masa materiei organice produse de unitate per suprafață heterotrofică per unitate de timp.

Ar trebui, de asemenea, distincția între capacitatea și viteza ciclului biologic.

Capacitatea ciclului biologic - cantitatea elementelor chimice din compoziția masei comunității ecologice mature (fitocenoze).

Intensitatea ciclului biologic - cantitatea elementelor chimice conținute în creșterea biomasei pe unitate de suprafață pe unitatea de timp.

Rata ciclului biologic - intervalul de timp în care membrul trece din absorbția de materia vie pentru a ieși din componența materiei vii.

Potrivit LE Internă și NI Bazilevich (1965), un ciclu complet al ciclului biologic al elementelor pe terenul este alcătuit din următoarele componente:

1. plante cu absorbție de carbon atmosferic și din sol - de azot, cenușă și componente de apă, securizarea acestora în corpurile organismelor vegetale care intră în sol cu ​​plante moarte sau părți ale acestora, descompunerea gunoi și eliberarea elementelor conținute de acesta.
2. Consumul de părți de plante de hrănire a animalelor, transformarea lor în corpurile de animale la noi compuși organici și porțiuni de fixare ale acestora la animale, livrarea ulterioară a solului cu excrementele animalelor sau carnea lor, descompunerea atât și eliberați conținute în acestea elemente.
3. Schimbul de gaze între plante și atmosfera (inclusiv aerul din sol).
4. Alocarea pe durata de viață a organelor aeriene ale plantelor și sistemele lor de bază ale unor elemente direct în sol.

Structura biosferă în forma cea mai generală, este un complex de doua cea mai mare naturală de prim rang - continental sau oceanic. În timpurile moderne, terenul este, în general, sistemul eluvial oceanic - sistem acumulativ. Istoria „relații geochimici“ între ocean și terenul se reflectă în compoziția chimică a solurilor și a apelor oceanului. Elementele care stau la baza vieții - Si, Al, Fe, Mn, C, P, N, Ca, K - se acumulează în sol, și H, O, Na, CI, S, Mg - up baze chimice ocean.

Plante, animale și sol de acoperire de teren din lume formează un sistem complex. Legarea și redistribuirea energiei solare, carbon, atmosfera, umiditate, oxigen, hidrogen, azot, fosfor, sulf, calciu și alte elemente biophil acest sistama generează continuu biomasă nou și generează oxigen liber.

În ocean, există un al doilea sistem (plante de apă și animale) funcționează pe funcția de legare aceeași planetă de energie solară, carbon, azot, fosfor și alte Biophilia prin formarea fitobiomassy degajarea oxigenului în atmosferă.

Știți deja că există trei forme de stocare a energiei cosmice și redistribuire (în special energie solară), în biosferă.

Esența primul dintre ele este. Faptul că organismele vii și, prin intermediul lanțului alimentar și zhivotnyhe și bacteriile legate construi tesutul lor, folosind multe dintre elementele chimice și compușii acestora. Printre cele mai importante dintre ele makroelementy- H, O, N, P, S, Ca, K, Mg, Si, Al, Mn, și oligoelemente I, Co, Cu, Zn, Mo și altele. Astfel, există izotopii de lumină pentru reproducere selectivă carbon, hidrogen, oxigen, azot și sulf din mai grele.

De-a lungul vieții sale și chiar și după moartea organismelor de teren, apă și poluarea aerului de viață, sunt într-o stare de schimb constant cu mediul. Astfel, masa totală și volumul produselor în metabolismul vivo a organismelor și a mediului (metaboliți) este de câteva ori mai mare decât biomasa materiei vii.

Elemente ale ciclului biogeochimic sunt următoarele componente:

1. procese continue sau recurente ale fluxului de energie, educație și sinteza compușilor noi.
2. procese de transfer persistente sau periodice sau redistribuirea energiei și procedeele de îndepărtare și ghidarea compușilor sintetizați sub influența agenților biologici fizici, chimici și.
3. ritmic procese directionale de conversie în serie: descompunerea, distrugerea compușilor sintetizați anterior sub influența substanțelor nutritive și a influențelor abiogenous de mediu.
4. Continuu sau intermitent formând o componente anorganice sau organo-minerale în stare gazoasă, lichidă sau solidă, care acționează în calitate de componente de pornire pentru noi, următorul ciclu de cicluri de materie.

organismele biologice se datorează funcțiilor vitale (nutriție, comunicare alimentară, reproducerea, creșterea, circulația produselor de metabolism, moarte, descompunere, mineralizare)

Parametrii obligatorii luate în considerare în studiul ciclurilor biogeochimice sunt următorii indicatori cheie:

1. Biomasa totală și creșterea efectivă (fitoplancton, zooplancton, masa microbiană separat).
2. Așternutul organic (cantitate, compoziție)
3. Materia organică din sol (humus, reziduurile organice nedescompus).
4. compoziția materialului elementar din sol, apă, aer, precipitații, fracții separate de biomasă.
5. De suprafață și subterane rezervele de energie biogenică.
6. metaboliți pe durata de viață
7. Numărul de specii de organisme vii, numărul lor, comp
8. Durata de viață a organismelor din fiecare specie, dinamica vieții a populațiilor de organisme vii și a solului.
9. Condițiile ecologice-meteorologice Mediu: de fond și de evaluare a intervenției umane.
10. Caracteristicile diferitelor peisaje și elementele lor.
11. Cantitatea de poluanți și chimice a acestora, proprietățile fizice și biologice.

semnificația individuală a unui element chimic dat este estimat coeficientul de absorbție biologic, care este determinată de raportul dintre conținutul elementului în cenușă de plante (în greutate) la conținutul elementului în sol (sau în crusta).

In 1966, VA Kovda propuse a fi utilizate pentru a caracteriza lungimea medie a raportului total al ciclului carbonului reprezentat fitobiomassy la biomasa anuală a creșterii fotosintetice. Acest coeficient indică durata totală medie a ciclului de sinteză a biomasei Mineralizarea în zonă (pe uscat sau în totalitate). Calculele au arătat că proporția de teren în întregul ciclu de acest lucru se potrivește în perioada 300-400 până la 1.000 de ani. Prin urmare, cu această viteză medie de compuși minerali cu eliberare este legată de formarea biomasei și mineralizarea în humus sol.

Pentru valoarea de evaluare generală a componentelor minerale biogeochimica de materie vie biosferă VA Kovda a sugerat compara biomasa stocului de substanțe minerale, precum și cantitatea de substanțe minerale implicate în creșterea cifrei de afaceri anuală și așternuturile, cu anual o râuri de scurgere chimică. Sa dovedit că aceste valori sunt comparabile. Aceasta înseamnă că majoritatea substanțelor dizolvate în apa de râu, trecut printr-un ciclu biologic al sistemului de plante-sol, înainte de a fi aderat la migrarea geochimică a apei spre ocean sau depresiuni interioare.

Sa constatat că indicii ciclarea biogeochimica foarte mult variază în diferite condiții climatice, sub acoperire diferite comunități de plante, în diferite condiții de drenaj natural, cu toate acestea NI Bazilevich și LE Rodin a oferit coeficientul numărului suplimentar ce caracterizează intensitatea și durata de conservare gunoi de expansiune așternut în condiții de greutate egală biogeocoenose în raport cu greutatea litieră anual așternut. Conform acestor biomasă cercetători indexuri descompunerea cea mai mare din tundra și mlaștinile din nord, iar cel mai mic (aproximativ 1) - în stepele și semi-deserturi.

BB Polynov indicele de migrare a apei count propusă este raportul dintre numărul de elemente din reziduuri minerale râu evaporate sau apă freatică la conținutul componentei chimice în roci (sau crusta). Calcularea indicilor de migrare a apei a arătat că majoritatea lucrătorilor mobili din biosferă sunt clor, sulf, bor, brom, iod, calciu, sodiu, magneziu, fluorură, stronțiu, zinc, uraniu și molibden. Cel mai puțin mobil - siliciu, aluminiu, fier, potasiu, fosfor, bariu, mangan, rubidiu, cupru, nichel, cobalt, arsenic, litiu.

cicluri biogeochimice neperturbate au aproape circulară, adică caracterul aproape vicios. Gradul de reproducere cicluri (repetabilitate) în natură este foarte mare (conform Kovda VA - 90-98%). sprijinit astfel o anumită constanță a compoziției, cantitatea și concentrația componentelor implicate în ciclul. Dar închiderea incompletă a ciclurilor biogeochimice. după cum vom vedea, este de mare importanță geochimic și contribuie la evoluția biosferei. De aceea, există o acumulare biogenic de oxigen în atmosferă, și acumularea chemogenic biogene compușilor de carbon în crusta (petrol, cărbune, calcar)

Să considerăm mai detaliat parametrii de bază ai ciclului biogeochimic pe uscat.

ciclism global biogeochimic elementelor include cicluri biogeochimice ale elementelor chimice separate. Cel mai important în funcționarea biosferei în ansamblul său și Geosystems de nivel inferior de clasificare care joacă mai multe cicluri de elemente chimice, cele mai necesare pentru organismele vii, în ceea ce privește rolul lor în compoziția materiei vii, și procesele fiziologice. Printre aceste elemente chimice esențiale includ carbon, oxigen, azot, sulf, fosfor, etc ..