Նյութերի կենսաերկրաքիմիական շրջանառությունը կենսոլորտում անշունչ միջավայրի և օրգանիզմների (կենդանիներ, բույսեր և այլն) միջև տարբեր տարրերի շարունակական փոխանակման ամենակարևոր բնական գործընթացն է: Ամեն ինչ հիմնված է նրանց հիմնարար բնութագրերի վրա: Ամենակարևորը ներառում է նյութափոխանակության, վերարտադրվելու, ժառանգական հատկություններ փոխանցելու կարողությունը։
Կենսաերկրաքիմիական ազոտի ցիկլ
Յուրաքանչյուր տարր ունի իր նշանակությունը: Ազոտը կարևոր դեր է խաղում տարբեր օրգանական միացությունների բաղադրության մեջ։ Չնայած մթնոլորտում ազոտի բարձր տոկոսին, այն հասանելի չէ բույսերին և կենդանիներին: Դրա համար կան պատճառներ. Էներգետիկ առումով բույսերի համար ավելի ձեռնտու է օգտագործել հանքային ազոտը, իսկ կենդանիներին՝ որպես օրգանական միացությունների մաս։
Մթնոլորտից մոլեկուլային ազոտը կապված է ազոտը ամրագրող միկրոօրգանիզմների հետ և նպաստում է հողում դրա կուտակմանը ամոնիակի տեսքով: Մյուսներն օգտագործում են մահացած օրգանիզմների ազոտը։ Դրանք նաև նպաստում են ամոնիակի կուտակմանը։ Այն վերածվում է նիտրատների, որոնք ակտիվորեն օգտագործվում են բույսերի կողմից։ Սրանք, ընդհանուր առմամբ, կենսաերկրաքիմիական առանձնահատկություններն ենազոտի ցիկլը. Նկատի ունեցեք նաև այլ բնական նյութերի նյութափոխանակության գործընթացը։
Ածխածնի, ծծմբի և ֆոսֆորի կենսաերկրաքիմիական ցիկլի առանձնահատկությունները
Այս քիմիական տարրերն անհրաժեշտ են յուրաքանչյուր կենդանի օրգանիզմի համար։ Սակայն նրանց կենսական կարիքները դրանով չեն ավարտվում։ Հետևաբար, մակրոէլեմենտները ներգրավված են կենսաբանական փոքր ցիկլի մեջ (օրգանիզմների կարիքը նրանց համար բավականին մեծ է)՝ կալիում, մագնեզիում, նատրիում; ինչպես նաև հետքի տարրեր՝ բոր, մանգան, քլոր և այլն։
Բույսերի մեջ մտնում են հողից, թեև հաճախ տեղումներով: Որպես ֆիտոմազայի մի մաս, ածխածինը, ծծումբը և ֆոսֆորը սպառվում են խոտակեր սպառողների կողմից և այդպիսով մտնում են տրոֆիկ շղթաներ: Այնուամենայնիվ, որոշ կենդանիներ բավարարում են այդ տարրերի անհրաժեշտությունը՝ շրջանցելով բույսերը։ Սմբակավոր կենդանիները այցելում են աղի լիզում, կրծում հողը կամ ուտում արտաթորանք, հին ոսկորներ: Ծովային կենդանիները աղը կլանում են անմիջապես ջրից։ Մահացած մնացորդների հանքայնացման գործընթացում միկրոօրգանիզմները քիմիական տարրերը վերադարձնում են հող և ջուր։ Այսպիսով, նրանց գործունեությունը նպաստում է շրջակա միջավայրի հարստացմանը սննդանյութերով։
Էկոհամակարգի հաշվեկշիռ
Կենսոլորտի փոքր կենսաերկրաքիմիական ցիկլում կարևոր հանգամանք է դրա ամբողջականությունը։ Էկոհամակարգում տարրերի մուտքն ու ելքը հավասարակշռված է, մինչդեռ դժվարություններ են առաջանում հիմնականում հողում պահպանված տարրերի հետ:
Նյութի և էներգիայի հոսքի հավասարակշռությունը որոշում է էկոհամակարգի կայունությունը՝ նրա հոմեոստազը: Կենսոլորտն օգտագործում է էներգիայի արտաքին աղբյուրներ, որոնքապահովում է նրա կարգուկանոնը և բավականին բարդ կառուցվածքը։ Ցրված լույսի էներգիան բույսերը փոխակերպում են քիմիական կապի էներգիայի կենտրոնացված վիճակի։
Միևնույն ժամանակ ինչպես էներգիայի հեռացումը շրջակա միջավայրից, այնպես էլ դրա փոխակերպումը չեն հանգեցնում թափոնների առաջացման։
Մարդու գործունեության ազդեցությունը կենսոլորտային գործընթացների վրա
Մարդու միջամտությունը կենսաերկրաքիմիական ցիկլերին իրականացվում է տարբեր ձևերով։ Սա առաջին հերթին էկոհամակարգի կենսաբաղադրիչի ոչնչացումն է (էներգակիրների արդյունահանման ժամանակ բույսերի ոչնչացում կամ տարածքի փոփոխություն)։ Երբ օրգանական նյութերը այրվում են, կենտրոնացված վիճակից էներգիան անցնում է ցրված վիճակի, ինչը հանգեցնում է ջերմային աղտոտման աերոզոլներով և այրման գազային արտադրանքներով: Բնական էկոհամակարգում կենսաերկրաքիմիական ցիկլերում ներգրավված ատոմները բազմիցս օգտագործվում են: Դրան նպաստում է մասնակցությունը թեթև բիոգեն տարրերի ցիկլերին, որոնք կազմում են կենսական նյութը:
Մարդկային միջամտությունը ենթադրում է շրջակա միջավայր ներմուծել ոչ միայն դրա բնորոշ տարրերի լրացուցիչ քանակություն, այլև նոր քիմիական միացություններ, այդ թվում՝ մարդու կողմից սինթեզված: Դրանցից շատերն ընդունվում են բույսերի կողմից, այնուհետև սնվում սննդի շղթայում:
Օրինակ՝ կապար, սնդիկի միացություններ, մկնդեղ և այլն: Նման նյութերի ընդունումը խաթարում է բնական ցիկլը՝ փոխելով տարրերի հավասարակշռությունը կամ հանգեցնում նրանց կուտակմանը կենդանի օրգանիզմներում՝ նվազեցնելով դրանց արտադրողականությունը կամ առաջացնելով մահ: Հատկապեսթունաքիմիկատներն ու ծանր մետաղներն ունեն ուժեղ կործանարար ազդեցություն։ Այսպիսով, էկոհամակարգի կայունությունը, նրա հոմեոստազը կարող են ուղղակիորեն կամ անուղղակիորեն խախտվել մարդու գործունեության արդյունքում:
Էկոլոգիական բուրգ
Դառնանք էկոհամակարգի և կենսաերկրաքիմիական ցիկլերի գործունեության կարևորագույն օրինաչափություններին։ Սրա համար օգտագործենք էկոլոգիական բուրգի սկզբունքը։ Այն կառուցված է տրոֆիկ հավասարումների կենսաբանական զանգվածի հիման վրա։ Նման բուրգի ցանկացած մասի մակերեսը մոտավորապես հավասար է նյութի զանգվածին: Քանի որ օրգանիզմները կառուցում են իրենց մակարդակը՝ օգտագործելով նախորդը, այս տարածքը պետք է աստիճանաբար նվազի: Յուրաքանչյուր մակարդակի նման կրճատումը կարող է տասնապատիկ լինել:
Օրինակ՝ ցամաքային էկոհամակարգերին բնորոշ էկոլոգիական բուրգը, որտեղ արտադրողները բազմամյա բույսեր են, ունի մեծ կենսազանգված, թեև արտադրության գործընթացն ամենաբարձր ինտենսիվությամբ չէ։ Այն հավասարակշռվում է խոտակեր կենդանիների զանգվածի տարեկան աճով։ Օրգանական զանգվածի առաջացման օրինաչափությունը կոչվում է բուրգի կանոն։ Կան դրա այլ տեսակներ:
Շրջված բուրգ
Վերցրեք ջրային մարմինների էկոհամակարգը: Նրանց համար կառուցված բուրգը կարող է մի փոքր այլ տեսք ունենալ: Կարծես գլխիվայր է: Փաստն այն է, որ կարճատև ջրիմուռները շատ արագ են բազմանում, բայց նույնքան ինտենսիվ սպառվում են սպառողների կողմից։ Ուստի այս դեպքում միաժամանակ գրանցված կենսազանգվածը չի արտացոլում տարվա բարենպաստ ժամանակահատվածում արտադրական գործընթացի ինտենսիվությունը։ Եթե հաշվի առնենք, որ խոշոր սպառողները (ձկ.խեցգետնակերպեր) կուտակվում և ավելի դանդաղ են ուտվում, սպառողների ընդհանուր զանգվածն ավելի մեծ է։
Էկոհամակարգում արտադրական գործընթացը հնարավորություն է տալիս նրանց հաջող գործել։ Այն որոշում է էներգիայի հոսքի բնույթը կենսոլորտում: Ինչպես գիտեք, կենդանի օրգանիզմները դրա սպառողներն են։ Արևից ստացվող լույսի էներգիան օգտագործվում է կանաչ բույսերի կողմից և հանգեցնում է օրգանական մոլեկուլների ձևավորմանը, որտեղ այն պահպանվում է քիմիական կապերի տեսքով։ Դրա մի մասն ազատվում է բույսերի շնչառության ժամանակ և օգտագործվում է նրանց կողմից աճի, կլանման և նյութերի շարժման համար։ Այսպես է իրականացվում կենսաերկրաքիմիական ցիկլը։
Էներգիայի փոխանակում
Ինչպես գիտեք, կան թերմոդինամիկայի օրենքներ: Էներգիայի մի մասը կորչում է՝ ջերմություն տալով։ Սա օրենքներից մեկի գործողությունն է։ Նա հաստատում է էներգիայի պարտադիր կորուստը դրա մի տեսակից մյուսը փոխակերպման գործընթացում։ Երբ կուտակվում է բույսերի մեջ, այն օգտագործվում է կենդանիների կողմից։
Մոլեկուլների պառակտումն ուղեկցվում է էներգիայի արտազատմամբ։ Դրա մի զգալի մասն օգտագործվում է կենդանիների կենսագործունեության մեջ՝ մի ձևից մյուսն անցնելով։ Սրանք նոր կապերի կենսասինթեզի և էներգիայի կուտակման գործընթացներն են։ Սրանք էներգիայի մեխանիկական, էլեկտրական, ջերմային և այլ տեսակներ են: Նրա փոխակերպման ժամանակ մի մասը կրկին կորչում է՝ ջերմություն տալով։ Էներգիան աստիճանաբար անցնում է մեկ այլ մակարդակ։ Միևնույն ժամանակ, դրա կորուստը տեղի է ունենում նաև չմարսված սննդի մի մասի (կղանք) և նյութափոխանակության օրգանական թափոնների (արտանետումների) մեջ դուրս շպրտելու ժամանակ։
Գործընթացէներգիայի օգտագործում
Քաոսը բնության մեջ հազվադեպ է, սովորաբար ամեն ինչ կարգին է: Ուշադրություն դարձնենք էներգիայի օգտագործման և փոխակերպման գործընթացի որոշ քանակական օրինաչափություններին։ Առաջին փուլում բույսերն օգտագործում են իր եկամտի միջինը մոտ 1%-ը։ Երբեմն այս ցուցանիշը հասնում է 2%-ի: Նվազ բարենպաստ պայմաններում այն իջնում է մինչև 0,1%: Երբ էներգիան արտադրողներից փոխանցվում է առաջին կարգի սպառողներին, արդյունավետությունը հասնում է 10%-ի։
Միսակերները կարծես ավելի արդյունավետ են մարսում սնունդը: Դա պայմանավորված է սննդի քիմիական կազմի առանձնահատկություններով և կենդանիների կողմից մարսողության դյուրինությամբ։ Այնուամենայնիվ, արդեն երրորդ կարգի սպառողների մակարդակում մուտքային էներգիայի քանակը շատ փոքր է և բնութագրվում է սկզբնական արժեքների հազարերորդականներով։
