Мы объясним, что такое биогеохимические циклы или круговороты вещества и какие их типы существуют. Круговорот углерода, фосфора и азота
Биогеохимические циклы – это схемы движения вещества
Что такое биогеохимические циклы?
Биогеохимические циклы или циклы вещества – это цепи обмена химическими элементами между живыми существами и окружающей их средой через серию процессов переноса, производства и разложения. Его название происходит от греческих префиксов bio – жизнь и geo – земля
Биогеохимические циклы включают как различные формы жизни (растительные, животные, микроскопические и т.д.), так и природные неорганические элементы и соединения (осадки, ветры и т.д.). Это вечное движение материи из одного места в другое, которое позволяет перерабатывать имеющиеся питательные вещества в биосфере
Под питательными веществами мы понимаем все те элементы или молекулы , присутствие которых в организме живого существа необходимо для непрерывности его существования воспроизводства его видов. Питательные вещества обычно состоят примерно из 31-40 различных химических элементов, и, в зависимости от вида, как питательные вещества, так и составляющие их элементы необходимы в различных пропорциях. Эти питательные вещества могут быть разных типов:
- Макронутриенты. Их присутствие в организме в различных соединениях составляет около 95 % от массы всех живых организмов. Они состоят из углерода, кислорода, водорода, азота, серы, кальция, натрия, хлорида, калия и фосфора. Это питательные вещества, которые в наибольшем количестве содержатся в организме любого живого существа.
- Микроэлементы. Их присутствие в организме живых существ обязательно, но их меньшинство. В их состав входят железо, медь , цинк, йод и витамин А.
- Энергичный. Это те, которые живой организм использует для получения энергии , необходимой для выполнения жизненно важных функций. Например, аминокислоты и жиры
- Структурный. Те, которые формируют структуру организма живых организмов и позволяют ему расти. Например, белки , фосфор, кальций и некоторые липиды.
- Регуляторы. Они контролируют развитие многих реакций, происходящих в организме. Основными из них являются витамины , натрий и калий.
- Несущественное. Они могут синтезироваться организмом живых существ. Они не являются абсолютно жизненно важными для функционирования организма.
- Essential. Они не могут быть синтезированы организмом живых существ, поэтому их неизбежно приходится извлекать из окружающей среды. Например, незаменимые аминокислоты и жирные кислоты.
Биогеохимические циклы различаются в зависимости от свойств вовлеченного элемента, и поэтому в них также вовлечены различные формы жизни
Типы биогеохимических циклов
Существует несколько типов биогеохимических циклов:
- Гидрологические Те, которые связаны с круговоротом воды или гидрологическим циклом, который служит переносчиком элементов из одного места в другое. В эту категорию можно включить и сам круговорот воды.
- газообразный. Те, в которых атмосфера участвует в переносе химических элементов цикла, например, цикл азота, кислорода и углерода.
- Осадочные породы. Те, в которых перенос химического элемента происходит путем седиментации, т.е. медленного накопления и обмена в земной коре , например, цикл фосфора.
Важность биогеохимических циклов
Биогеохимические циклы отвечают за переработку жизненно важных химических элементов , иначе они были бы истощены, и жизнь на планете стала бы невозможной
В этом смысле биогеохимические циклы – это различные механизмы, которые природа имеет в своем распоряжении для циркуляции вещества от одного живого существа к другому, что позволяет всегда иметь определенный запас
Ни одно из питательных веществ, необходимых живому существу, не будет находиться в нем вечно. Все они должны быть возвращены в окружающую среду, чтобы их могли повторно использовать другие
Азотный цикл
Азотный цикл занимает центральное место, поскольку из него образуются многие биомолекулы.
Азотный цикл – один из основных биогеохимических циклов, в котором микроорганизмы прокариоты бактерии ) и растения фиксируют азот, один из основных газов в атмосфере, в своем организме. Он необходим для различных соединений в организме животных , включая человека
Вкратце цикл можно описать следующим образом:
- Некоторые бактерии фиксируют газообразный азот (N2) из атмосферы в своих телах, образуя с ним органические молекулы, пригодные для использования растениями, такие как аммиак (NH3).
- Растения используют эти молекулы азота и передают их через свои ткани травоядным животным , а те через свои ткани плотоядным животным , а те – своим хищникам , по пищевой цепи
- В конечном итоге живые организмы возвращают азот в почву , либо через мочу (богатую аммиаком), либо когда они умирают и разлагаются бактериями , которые фиксируют богатые азотом молекулы, высвобождая азот обратно в атмосферу в газообразном состоянии
Продолжение следует: азотный цикл
Углеродный цикл
Круговорот углерода является наиболее важным, поскольку все организмы содержат углерод.
Круговорот углерода – самый важный и сложный из биогеохимических циклов, поскольку все без исключения известные живые организмы состоят из соединений, получаемых из углерода. Более того, этот цикл включает в себя основные метаболические процессы растений и животных: фотосинтез дыхание
Вкратце цикл можно описать следующим образом:
- Атмосфера состоит из значительного объема углекислого газа (CO2). Растения и водоросли улавливают его и превращают в сахар (глюкозу) посредством фотосинтеза, используя солнечную энергию. Таким образом, они получают энергию и могут расти. Взамен они выделяют кислород (O2) в атмосферу.
- Помимо получения кислорода в процессе дыхания, животные получают углерод из растительных тканей для того, чтобы расти и размножаться. И животные, и растения, умирая, снабжают почву углеродом из своих тел, который в процессе осадконакопления (особенно на дне океана, где углерод также растворен в воде) превращается в различные окаменелости и минералы
- Углерод в ископаемом или минеральном состоянии может существовать миллионы лет под земной корой, претерпевая превращения, которые дают такие разнообразные вещества, как уголь, нефть или алмазы. Он будет реанимирован эрозией извержениями и, особенно, человеческим трудом: добыча ископаемого топлива , добыча цемента и другие отрасли промышленности , которые выбрасывают тонны CO2 в атмосферу как в океан , так и на сушу, в дополнение к другим богатым углеродом жидким и твердым отходам.
- С другой стороны, животные постоянно выделяют CO2 при дыхании. Другие энергетические процессы, такие как ферментация или разложение органических веществ , генерируют CO2 или производят другие богатые углеродом газы, такие как метан (CH4), которые также попадают в атмосферу.
Круговорот фосфора
Фосфорный цикл необходим для образования ДНК и РНК.
Цикл фосфора – последний и самый сложный из основных биогеохимических циклов, поскольку фосфор – это элемент, который в изобилии содержится в земной коре в минеральной форме, но который, по сути, необходим живым существам, хотя и в умеренных количествах. Фосфор входит в состав таких жизненно важных соединений, как ДНК РНК , и его цикл можно описать следующим образом:
- Фосфор поступает из земных минералов , которые под действием эрозии (солнечной, ветровой, водной ) высвобождаются и переносятся в различные экосистемы. Деятельность человека по добыче полезных ископаемых также может внести свой вклад в этот этап, хотя и не обязательно экологически позитивным образом.
- Богатые фосфором породы обеспечивают питательными веществами растения, которые фиксируют фосфор в своих тканях и, опять же, передают его другим формам животного мира через пищевую цепь. В свою очередь, животные возвращают излишки фосфора в почву через испражнения и разложение своих туш, поддерживая фосфор в цикле внутри цикла среди живых существ.
- Однако фосфор также попадает в море , где водоросли связывают его и передают животным. В этом случае элемент медленно оседает на морское дно, где различные осадочные процессы возвращают его в породы, которые позже, в ходе очень медленного и очень длительного геологического процесса, будут обнажены и снова обеспечат фосфором биосферу
Добавить комментарий