geoloogiline ringkond ainetel on suurim kiirus horisontaalsuunas maa ja mere vahel. Suure tsirkulatsiooni tähendus on see, et kivimid läbivad hävimise, murenemise ja ilmastikuproduktid, sealhulgas vees lahustuvad toitained, kanduvad veevooludega maailmamerre koos merekihtide moodustumisega ja naasevad maale vaid osaliselt, näiteks koos sademete või inimeste poolt veest eraldatud organismidega. Seejärel toimuvad pikema aja jooksul aeglased geotektoonilised muutused - mandrite liikumine, merepõhja tõus ja langus, vulkaanipursked jne, mille tulemusena moodustuvad kihid naasevad maismaale ja protsess algab uuesti.

Suur aine geoloogiline tsükkel. Denudatsiooniprotsesside mõjul toimub kivimite hävimine ja settimine. Tekivad settekivimid. Stabiilse vajumisega piirkondades (tavaliselt ookeanipõhjas) satub geograafilise ümbrise aine Maa sügavatesse kihtidesse. Edasi toimuvad temperatuuri ja rõhu mõjul moondeprotsessid, mille tulemusena tekivad kivimid, aine liigub Maa keskpunktile lähemale. Maa soolestikus toimub väga kõrgetel temperatuuridel magmatism: kivimid sulavad, tõusevad magma kujul mööda pragusid maapinnale ja valguvad pursete ajal pinnale. Seega toimub aine ringlemine. Geoloogiline tsükkel on keeruline, kui võtta arvesse ainevahetust kosmosega. Suur geoloogiline tsükkel ei ole suletud selles mõttes, et mõni Maa sisikonda sattunud aineosake ei pruugigi pinnale tulla ja vastupidi, purske käigus tõusev osake poleks saanud kunagi maapinnal olla. enne.

Looduslike protsesside peamised energiaallikad Maal

Päikesekiirgus on peamine energiaallikas Maal. Selle võimsust iseloomustab päikesekonstant – energia hulk, mis läbib päikesekiirtega risti olevat ruutühiku pindala. Ühe astronoomilise ühiku kaugusel (st Maa orbiidil) on see konstant ligikaudu 1370 W / m².

Elusorganismid kasutavad Päikese energiat (fotosüntees) ja keemiliste sidemete energiat (kemosüntees). Seda energiat saab kasutada erinevates looduslikes ja tehislikes protsessides. Kolmandiku kogu energiast peegeldub atmosfäär, 0,02% kasutavad taimed fotosünteesiks ning ülejäänu kasutatakse paljude looduslike protsesside toetamiseks – maa, ookeani, atmosfääri, õhu liikumise toetamiseks. wt. Päikese kiirtega otsest kütmist või fotogalvaaniliste elementide abil energia muundamist saab kasutada elektri tootmiseks (päikeseelektrijaamad) või muude kasulike tööde tegemiseks. Kauges minevikus saadi naftasse ja muudesse fossiilkütustesse salvestatud energiat ka fotosünteesi teel.

See tohutu energia viib globaalse soojenemiseni, sest pärast looduslike protsesside läbimist kiirgab see tagasi ja atmosfäär ei lase sellel tagasi minna.

2. Maa siseenergia; ilming - vulkaanid, kuumaveeallikad

18. Biootilist ja abiootilist päritolu energiamuutused

Toimivas looduslikus ökosüsteemis ei ole jäätmeid. Kõik organismid, nii elavad kui ka surnud, on potentsiaalselt toiduks teistele organismidele: röövik sööb lehti, rästas röövikuid, kull võib rästa ära süüa. Kui taimed, röövik, rästas ja kull surevad, töödeldakse neid omakorda lagundajate poolt.

Kõik organismid, kes söövad sama tüüpi toitu, kuuluvad samasse kategooriasse troofiline tase.

Looduslike ökosüsteemide organismid on seotud paljude omavahel seotud toiduahelate keeruka võrgustikuga. Sellist võrku nimetatakse toiduvõrk.

Energiavoogude püramiidid: Iga üleminekuga ühelt troofiliselt tasemelt teisele toiduahela või -võrgu sees toimub töö ja soojusenergia eraldumine keskkonda ning järgmise troofilise taseme organismide poolt kasutatava kvaliteetse energia hulk väheneb.

10% reegel:ühelt troofiliselt tasemelt teisele liikudes kaob 90% energiast ja 10% kantakse üle järgmisele tasemele.

Mida pikem on toiduahel, seda rohkem raisatakse kasulikku energiat. Seetõttu ei ületa toiduahela pikkus tavaliselt 4 - 5 lüli.

Maa maastikusfääri energeetika:

1) päikeseenergia: soojus-, kiirgusenergia

2) soojusenergia voog Maa sisikonnast

3) loodete hoovuste energia

4) tektooniline energia

5) energia assimilatsioon fotosünteesi käigus

Vee ringkäik looduses

Veeringe looduses on vee tsüklilise liikumise protsess maa biosfääris. See koosneb aurustumisest, kondenseerumisest ja sademetest (atmosfäärisademed osaliselt aurustuvad, osaliselt moodustavad ajutisi ja püsivaid dreenisid ja reservuaare, imbuvad osaliselt pinnasesse ja moodustavad põhjavett), samuti mantli degaseerimise protsessidest: vesi voolab vahevööst pidevalt välja. vett on leitud isegi suurest sügavusest.

Mered kaotavad aurustumise tõttu rohkem vett, kui sademetega saavad, maismaal on olukord vastupidine. Vesi ringleb pidevalt ümber maakera, samas kui selle koguhulk jääb muutumatuks.

75% Maa pinnast on kaetud veega. Maa veekiht on hüdrosfäär. Suurema osa sellest moodustab merede ja ookeanide soolane vesi ning väiksema osa järvede, jõgede, liustike magevesi, põhjavesi ja veeaur.

Maal on vesi kolmes agregatsiooni olekus: vedel, tahke ja gaasiline. Elusorganismid ei saa eksisteerida ilma veeta. Igas organismis on vesi keskkond, milles toimuvad keemilised reaktsioonid, ilma milleta elusorganismid elada ei saa. Vesi on elusorganismide eluks kõige väärtuslikum ja vajalikum aine.

Looduses on mitut tüüpi veeringe:

Suur ehk maailmaringe – ookeanide pinna kohal tekkinud veeaur kandub tuultega mandritele, langeb sinna sademetena ja naaseb äravooluna ookeani. Selle käigus muutub vee kvaliteet: aurustumisel muutub soolane merevesi mageveeks, saastunud vesi puhastatakse.

Väike ehk ookeaniline tsükkel – ookeani pinna kohal tekkinud veeaur kondenseerub ja sadestub sademetena tagasi ookeani.

Kontinentaalne tsirkulatsioon - maapinna kohal aurustunud vesi langeb sademete kujul uuesti maismaale.

Lõpuks jõuavad sademed liikumise käigus taas ookeanidesse.

Erinevate veeliikide ülekandekiirus on väga erinev, erinevad on ka vooluperioodid ja vee uuenemise perioodid. Need varieeruvad mõnest tunnist mitmekümne tuhande aastani. Atmosfääri niiskus, mis tekib ookeanide, merede ja maismaa vee aurustumisel ning eksisteerib pilvedena, uueneb keskmiselt kaheksa päeva pärast.

Elusorganisme moodustavad veed taastuvad mõne tunni jooksul. See on veevahetuse kõige aktiivsem vorm. Mägiliustike veevarude uuenemise periood on umbes 1600 aastat, polaarmaade liustikel palju pikem - umbes 9700 aastat.

Maailma ookeani vete täielik uuenemine toimub umbes 2700 aasta pärast.

Päikesekiirguse, liikuva ja pöörleva maa vastasmõju mõju.

Selles numbris tuleks arvesse võtta hooajalist varieeruvust: talv / suvi. Kirjeldage, et Maa pöörlemise ja liikumise tõttu saabub päikesekiirgus ebaühtlaselt, mis tähendab, et kliimatingimused muutuvad laiuskraadidega.

Maapind on ekliptika tasapinna suhtes kallutatud 23,5 kraadi.

Talad liiguvad erinevate nurkade all. kiirgusbilanss. Oluline on mitte ainult see, kui palju keegi võidab, vaid ka see, kui palju kaotab ja kui palju jääb, võttes arvesse albeedot.

Atmosfääri tegevuskeskused

Suured püsiva kõrge või madala rõhu alad, mis on seotud atmosfääri üldise tsirkulatsiooniga - atmosfääri toimekeskused. Need määravad tuulte valdava suuna ja toimivad geograafiliste õhumassitüüpide moodustumise keskustena. Sünoptilistel kaartidel väljendatakse neid suletud joontega - isobaaridega.

Põhjused: 1) Maa heterogeensus;

2) erinevus füüsilises. maa ja vee omadused (soojusmaht)

3) pinna albeedo erinevus (R/Q): vesi – 6%, ekv. metsad - 10-12%, laiad metsad - 18%, niidud - 22-23%, lumi - 92%;

4) F Coriolis

See põhjustab OCA.

Atmosfääri tegevuskeskused:

● püsiv- neis esineb aastaringselt kõrg- või madalrõhkkond:

1. ekvatoriaalne riba alla. rõhk, mille telg rändab mõnevõrra ekvaatorilt Päikesele järgnevalt suvise poolkera suunas - Ekvatoriaalne depressioon (põhjused: suur hulk Q-d ja ookeanid);

2. ühel subtroopilisel ribal kõrgendatud. surve põhjas. ja Yuzh. poolkerad; mitmed rändavad suvel kõrgematesse subtroopidesse. laiuskraadid, talvel - madalamatele; lagunevad mitmeks ookeaniliseks. antitsüklonid: põhjas. poolkerad - Assooride antitsüklon (eriti suvel) ja Hawaii; Lõuna-India lõunaosas, Vaikse ookeani lõunaosas ja Atlandi ookeani lõunaosas;

3. alad langetatud. rõhk ookeanide kohal parasvöötme kõrgetel laiuskraadidel: põhjas. poolkerad - Islandi (eriti talvel) ja Aleuudi mõõnad, lõunas - Antarktikat ümbritsev pidev madalrõhkkonna ring (50 0 S);

4. kasvupiirkonnad. rõhk Arktika (eriti talvel) ja Antarktika kohal - antitsüklonid;

● hooajaline- on ühel hooajal jälgitavad kõrg- või madalrõhualadena, mis muutuvad teisel aastaajal vastupidise märgi atmosfääri mõjukeskuseks. Nende olemasolu on seotud maapinna temperatuuri järsu muutumisega aasta jooksul ookeanide pinna temperatuuri suhtes; suvine maa ülekuumenemine loob siin soodsad tingimused madalamate alade tekkeks. rõhk, talvine hüpotermia - suurenenud piirkondade jaoks. survet. Kõik sisse. poolkera talvealadele suurenes. surve alla kuuluvad Aasia (Siberi) keskusega Mongoolias ja Kanada maksimumid, lõunas - Austraalia, Lõuna-Ameerika ja Lõuna-Aafrika maksimumid. Suvised alad madalamad rõhk: Sev. poolkerad - Lõuna-Aasia (või Lääne-Aasia) ja Põhja-Ameerika madalseisud, lõunas. - Austraalia, Lõuna-Ameerika ja Lõuna-Aafrika madalad tasemed).

Atmosfääri toimekeskused on teatud tüüpi ilmale omased. Seetõttu omandab siinne õhk suhteliselt kiiresti aluspinna omadused - Ekvatoriaalsügavuses kuum ja niiske, Mongoolia antitsüklonis külm ja kuiv, Islandi madalikul jahe ja niiske jne.

Planetaarne soojusülekanne ja selle põhjused

Planeedi soojusülekande peamised omadused. Maakera pinnal neeldunud päikeseenergia kulub seejärel turbulentse vooluga aurustumiseks ja soojusülekandeks. Aurustumine võtab planeedi ümber keskmiselt umbes 80% ja turbulentne soojusülekanne - ülejäänud 20% kogu soojusest.

Soojusülekande protsessid ja muutused selle komponentide geograafilise laiuskraadiga ookeanis ja maismaal on väga ainulaadsed. Kogu kevadel ja suvel maa poolt neelatud soojus läheb sügisel ja talvel täielikult kaduma; tasakaalus aastase soojaeelarvega osutub see seega igal pool võrdseks nulliga.

Maailmameres akumuleerub tänu vee suurele soojusmahtuvusele ja liikuvusele madalatel laiuskraadidel soojus, kust see kandub hoovustega kõrgetele laiuskraadidele, kus selle kulu ületab sissevõtu. Seega kaetakse vee soojusvahetusel õhuga tekkinud puudujääk.

Maailmamere ekvatoriaalvööndis, kus neeldunud päikesekiirgus on suur ja energiakulu on vähenenud, on aastane soojuseelarve maksimaalselt positiivsed. Ekvaatorist kaugenedes väheneb positiivne aastane soojuseelarve soojusülekande kulumaterjalide, peamiselt aurustumise, suurenemise tõttu. Üleminekul troopikast parasvöötme laiuskraadidele muutub soojaeelarve negatiivseks.

Maa sees kulub kogu kevad-suvisel ajal saadud soojus sügis-talvisel perioodil. Maailma ookeani vetes on Maa pika ajaloo jooksul kogunenud tohutul hulgal soojust, mis võrdub 7,6 * 10^21 kcal. Nii suure massi kuhjumine on seletatav vee suure soojusmahtuvuse ja selle intensiivse segunemisega, mille käigus toimub okeanosfääri paksuses küllaltki keeruline soojuse ümberjaotumine. Kogu atmosfääri soojusmahtuvus on 4 korda väiksem kui kümnemeetrisel maailmamere vete kihil.

Vaatamata sellele, et maapinna ja õhu turbulentseks soojusvahetuseks kasutatava päikeseenergia osakaal on suhteliselt väike, on see atmosfääri maapinnalähedase osa peamine kütteallikas. Selle soojusülekande intensiivsus sõltub õhu ja selle all oleva pinna (vee või maa) temperatuuride erinevusest. Planeedi madalatel laiuskraadidel (ekvaatorist ligikaudu mõlema poolkera neljakümnenda laiuskraadini) soojendatakse õhku peamiselt maismaalt, mis ei suuda päikeseenergiat koguda ja annab kogu saadava soojuse atmosfääri. Turbulentse soojusülekande tõttu saab õhukest 20–40 kcal/cm^2 aastas, madala niiskusega aladel (Sahara, Araabia jt) aga isegi üle 60 kcal/cm^2. Nende laiuskraadide veed akumuleerivad soojust, andes turbulentses soojusvahetuses õhule vaid 5-10 kcal/cm^2 aastas või vähem. Ainult teatud piirkondades (piiratud alal) osutub vesi keskmiselt aastas külmemaks ja saab seetõttu õhust soojust (ekvatoriaalvööndis, India ookeani loodeosas, samuti India ookeani läänerannikul). Aafrika ja Lõuna-Ameerika).

Bioloogiline (väike) tsükkel - ainete ringlus taimede, eluslooduse, mikroorganismide ja pinnase vahel. Selle aluseks on fotosüntees, st Päikese kiirgusenergia muundamine roheliste taimede ja spetsiaalsete mikroorganismide poolt orgaaniliste ainete keemiliste sidemete energiaks. Fotosüntees tõi kaasa hapniku ilmumise Maale roheliste organismide, osoonikihi ja bioloogilise evolutsiooni tingimuste abil.[ ...]

Ainete väike bioloogiline tsirkulatsioon on mulla kujunemisel eriti oluline, kuna mullatekke protsessi aluseks on bioloogiliste ja geoloogiliste tsüklite koosmõju.[ ...]

Inimesed mõjutavad praegu tugevalt lämmastikuringet. Ühest küljest toob lämmastikväetiste masstootmine ja nende kasutamine kaasa liigse nitraatide kuhjumise. Väetisena põldudele tarnitav lämmastik läheb kaotsi saagi võõrandumise, leostumise ja denitrifikatsiooni tõttu. Teisest küljest, kui ammoniaagi nitraatideks muutumise kiirus väheneb, kogunevad ammooniumväetised mulda. Tööstusjäätmetega pinnase saastumise tagajärjel on võimalik pärssida mikroorganismide aktiivsust. Kõik need protsessid on aga oma olemuselt pigem lokaalsed. Palju olulisem on kütuse põletamisel soojuselektrijaamades ja transpordis lämmastikoksiidide eraldumine atmosfääri. Tööstusheidetes "fikseerunud" lämmastik on erinevalt bioloogiliselt fikseeritud lämmastikust mürgine.Looduslike protsesside käigus satuvad lämmastikoksiidid atmosfääri väikestes kogustes vaheproduktidena, kuid linnades ja tööstuspiirkondades muutuvad nende kontsentratsioonid ohtlikuks.Ärritavad hingamiselundeid ja ultraviolettkiirguse mõjul tekivad lämmastikoksiidide ja süsivesinike vahel reaktsioonid väga mürgiste ja kantserogeensete ühendite moodustumisega.[ ...]

Tsüklid kui aine liikumise vorm on samuti biostroomile omased, kuid siin omandavad nad oma eripärad. Horisontaalne tsükkel on kujutatud triaadiga: sünd - paljunemine - surm (lagunemine); vertikaalne - fotosünteesi protsess. Mõlemad leiavad A. I. Perelmani (1975) sõnastuses ühtsuse väikeses bioloogilises tsüklis: “... keemilised elemendid maastikul teevad tsükleid, mille käigus sisenevad korduvalt elusorganismidesse (“organiseeruvad”) ja lahkuvad neist. (“mineraliseeritud”)”2.[ ...]

Bioloogiline (biootiline) tsükkel on aine, energia1 ja teabe pideva, tsüklilise, korrapärase, kuid ajas ja ruumis ebaühtlase ümberjaotumise nähtus erinevate hierarhiliste organisatsioonitasandite ökoloogilistes süsteemides - biogeotsenoosist biosfäärini. Ainete ringlust kogu biosfääri skaalal nimetatakse suureks ringiks (joonis 6.2) ja konkreetse biogeotsenoosi piires väikeseks biootilise vahetuse ringiks.[ ...]

Igasugust bioloogilist tsüklit iseloomustab keemiliste elementide aatomite korduv sattumine elusorganismide kehadesse ja nende sattumine keskkonda, kust taimed need uuesti kinni püüavad ja tsüklisse kaasatakse. Väikest bioloogilist tsüklit iseloomustab läbilaskevõime - keemiliste elementide arv, mis on samaaegselt antud ökosüsteemi elusaine koostises, ja kiirus - ajaühikus moodustunud ja lagunenud elusaine hulk.[ ...]

Ainete väike bioloogiline tsükkel põhineb orgaaniliste ühendite sünteesi ja hävitamise protsessidel elusaine osalusel. Erinevalt suurest iseloomustab väikest tsüklit ebaoluline energiahulk.[ ...]

Vastupidi, aine bioloogiline ringlus toimub asustatud biosfääri piirides ja kehastab planeedi elusaine ainulaadseid omadusi. Olles osa suurest, väikesest tsüklist, toimub biogeocenoosi tasemel, see seisneb selles, et pinnase toitained, vesi, süsinik akumuleeruvad taimede ainesse, kulutatakse mõlema keha ja eluprotsesside ehitamiseks. ennast ja tarbijaorganisme. Mulla mikrofloora ja mesofauna (bakterid, seened, molluskid, ussid, putukad, algloomad jt) toimel tekkinud orgaanilise aine laguproduktid lagunevad taas mineraalseteks komponentideks, mis on taas taimedele kättesaadavad ja seetõttu taas kaasatud ainevoolu. [...]

Kirjeldatud ainete ringlemist Maal, mida toetab päikeseenergia – ainete ringkäik taimede, mikroorganismide, loomade ja teiste elusorganismide vahel – nimetatakse ainete bioloogiliseks tsükliks ehk väikeseks tsükliks. Aine täieliku metabolismi aeg väikeses tsüklis sõltub selle aine massist ja selle tsüklis liikumise protsesside intensiivsusest ning on hinnanguliselt mitusada aastat.[ ...]

Looduses on suured ja väikesed – (bioloogilised) aineringid, veeringe.[ ...]

Vaatamata veeaurukihi suhteliselt väikesele paksusele atmosfääris (0,03 m) on veeringluses ja selle biogeokeemilises ringluses peamist rolli õhuniiskus. Üldiselt on kogu maakeral üks vee sissevoolu allikas - sademed - ja üks vooluallikas - aurustumine, mis on 1030 mm aastas. Taimede elus on vee tohutu roll fotosünteesi (bioloogilise tsükli kõige olulisem lüli) ja transpiratsiooni protsesside läbiviimisel. Mandritel on veeringes olulisel kohal evapotranspiratsioon ehk puit- või rohttaimestiku, mullapinna, aurustatud veemass. Läbi taimede kudede transpiratsiooni käigus tungiv põhjavesi toob endaga kaasa taimede endi elutegevuseks vajalikke mineraalsooli.[ ...]

Suure geoloogilise tsükli alusel tekkis orgaaniliste ainete tsükkel - väike, mis põhineb orgaaniliste ühendite sünteesi ja hävitamise protsessidel. Need kaks protsessi pakuvad elu Maal. Bioloogilise tsükli energia moodustab vaid 1% Maa püütud päikeseenergiast, kuid just tema teeb ära tohutu töö elusaine loomisel.[ ...]

Päikeseenergia tagab Maal kaks ainetsüklit: geoloogiline ehk suur ja väike bioloogiline (biootiline).[ ...]

Nitrifikatsiooniprotsessi destabiliseerimine häirib nitraatide sisenemist bioloogilisse ringlusse, mille hulk määrab denitrifikaatorite kompleksis ette reaktsiooni elupaiga muutusele. Denitrifikaatorite ensümaatilised süsteemid vähendavad täieliku taastumise kiirust, kaasates lõppfaasis vähem dilämmastikoksiidi, mille rakendamine nõuab olulisi energiakulusid. Selle tulemusena ulatus erodeeritud ökosüsteemide maapealses atmosfääris dilämmastikoksiidi sisaldus 79 - 83%-ni (Kosinova et al., 1993). Mõne orgaanilise aine võõrandumine tšernozemidest erosiooni mõjul väljendub lämmastikufondi täienemises foto- ja heterotroofse lämmastiku sidumise käigus: aeroobne ja anaeroobne. Erosiooni esimestel etappidel on orgaanilise aine labiilse osa parameetrite tõttu kiiresti pärsitud anaeroobne lämmastiku sidumine (Khaziev ja Bagautdinov, 1987). Invertaasi ja katalaasi ensüümide aktiivsus tugevalt erodeeritud tšernozemides langes võrreldes erodeerimata tšernozemidega enam kui 50%. Hallides metsamuldades väheneb nende väljauhtumise suurenedes invertaasi aktiivsus kõige järsemalt. Kui kergelt erodeeritud muldades toimub aktiivsuse järkjärguline nõrgenemine sügavusega, siis tugevalt erodeeritud muldades on invertaasi aktiivsus väga madal või seda ei tuvastata juba maa-aluses kihis. Viimast seostatakse ülimadala ensüümiaktiivsusega illuviaalsete horisontide tekkega päevapinnal. Fosfataasi ja eriti katalaasi aktiivsuse järgi selget sõltuvust pinnase erosiooni astmest ei täheldatud (Lichko, 1998).[ ...]

Maastikugeokeemia paljastab aine ja energia väikese geograafilise ringluse varjatud, sügavaima külje. Väikse geograafilise tiraaži kontseptsioon ei ole füüsilises geograafias veel piisavalt arenenud. Üldjoontes võib seda kujutada mitme stringilise, mitte täielikult suletud ringvooluna, mis koosneb sissetulevast ja kiirgavast soojusest, keemiliste elementide bioloogilisest tsüklist, väikesest veeringest (sademed – aurumine, maa- ja maa-alune äravool ja sissevool). ), eoli ränne - sissetoomine ja väljaviimine - mineraalaine.[ ...]

Mulla moodustumise mätasprotsessi nõrgenemine on tingitud bioloogilise tsükli madalast intensiivsusest, taimestiku madalast produktiivsusest. Aastane allapanu kogubiomassiga umbes Yut/ha ei ületa 0,4-0,5 t/ha. Suurema osa pesakonnast moodustavad juurejäägid. Bioloogilises ringis osaleb umbes 70 kg/ha lämmastikku ja 300 kg/ha tuhaelemente.[ ...]

Troopilised vihmametsad on üsna iidsed haripunkti ökosüsteemid, milles toitainete ringlus on viidud täiuslikkuseni – nad on vähe kadunud ja sisenevad kohe bioloogilisse tsüklisse, mida viivad läbi vastastikused organismid ja madalad, enamasti õhust, võimsa mükoriisaga puujuured. Just tänu sellele kasvavad metsad vähestel muldadel nii lopsakalt.[ ...]

Pinnase keemilise koostise kujunemine toimub looduses suure geoloogilise ja väikese bioloogilise aineringe mõjul. Kõige kergemini eemaldatakse pinnasest sellised elemendid nagu kloor, broom, jood, väävel, kaltsium, magneesium, naatrium.[ ...]

Biogeokeemiliste protsesside kõrgeima aktiivsuse ning ainete ringluse kolossaalsete mahtude ja mastaapide tõttu on bioloogiliselt olulised keemilised elemendid pidevas tsüklilises liikumises. Mõnede hinnangute kohaselt, kui eeldada, et biosfäär on eksisteerinud vähemalt 3,5–4 miljardit aastat, siis on kogu Maailma ookeani vesi läbinud biogeokeemilise tsükli vähemalt 300 korda ja atmosfääri vaba hapnik - kl. vähemalt 1 miljon korda. Süsiniku ringkäik toimub 8 aastaga, lämmastiku ringkäik 110 aastaga, hapniku ringkäik 2500 aastaga. Ookeani põhja karbonaadimaardlatesse (1,3 x 1016 t), teistesse kristallidesse kivimitesse (1 x 1016 t), kivisüsi ja naftasse (0,34 x 1016 t) koondunud süsiniku põhimass osaleb suures ringluses. Taimsetes (5 x 10 mt) ja loomsetes kudedes (5 x 109 mt) sisalduv süsinik osaleb väikeses tsüklis (biogeokeemiline tsükkel).[ ...]

Maismaal toimub aga lisaks ookeanilt toodud sademetele ka aurumine ja sademed mööda veeringet, mis on maismaal suletud. Kui mandrite elustikku ei eksisteeriks, oleks neid täiendavaid maismaa sademeid palju vähem kui ookeanist toodud sademeid. Ainult taimkatte ja pinnase moodustumine toob kaasa suure aurustumise maapinnalt. Taimkatte moodustumisel koguneb vesi pinnasesse, taimedesse ja atmosfääri mandriossa, mis toob kaasa suletud tsirkulatsiooni suurenemise maismaal. Praegu on maismaal sademete hulk keskmiselt kolm korda suurem kui jõgede äravool. Järelikult tuuakse vaid kolmandik sademetest ookeanist ja üle kahe kolmandiku annab suletud veeringe maismaal. Seega muutub maismaal vesi bioloogiliselt akumuleeruvaks, põhilise osa maa veerežiimist moodustab elustik ja see on bioloogiliselt reguleeritav.[ ...]

Maa ainetsüklite toimimise idee põhjal on mugav tuvastada mõned esimese ja teise jõu avaldumise peamised tunnused: suur - geoloogiline (georing) ja väike - bioloogiline (bioring). [...]

Lõuna-taiga taimekooslused on keemilisele reostusele vastupidavamad kui põhjataiga taimekooslused. Põhja-taiga tsenooside madal stabiilsus on tingitud nende vähesest liigilisest mitmekesisusest ja lihtsamast ehitusest, keemilise saaste suhtes tundlike liikide (samblad ja samblikud) esinemisest, madalast tootlikkusest ja bioloogilise ringluse suutlikkusest ning väiksemast taastumisvõimest.[ . ..]

Iga ökosüsteem, olenemata suurusest, sisaldab aga elusat osa (biotsenoosi) ja selle füüsilist, see tähendab elutut keskkonda. Samal ajal on väikesed ökosüsteemid osa üha suurematest, kuni Maa globaalse ökosüsteemini välja. Samamoodi koosneb aine üldine bioloogiline tsükkel planeedil ka paljude väiksemate privaatsete tsüklite koosmõjust.[ ...]

Muld on maapealsete biogeocenooside lahutamatu osa. See viib läbi ainete suurte geoloogiliste ja väikeste bioloogiliste tsüklite konjugatsiooni (interaktsiooni). Muld on looduslik moodustis, mis on ainulaadne oma materjali koostise keerukuse poolest. Mullaainet esindavad neli füüsikalist faasi: tahke (mineraal- ja orgaanilised osakesed), vedel (mullalahus), gaasiline (mullaõhk) ja elus (organismid). Muldadele on iseloomulik keeruline ruumiline korraldus ning tunnuste, omaduste ja protsesside eristumine.[ ...]

Esimese järelduse kohaselt saame loota vaid vähese jäätmega tootmisele. Seetõttu peaks tehnoloogiate arendamise esimeseks etapiks olema nende madal ressursimahukus (nii sisendis kui ka väljundis - säästlikkus ja ebaolulised heitkogused), teise etapina luuakse tsükliline tootmine (mõnede raiskamine võib olla tooraine teistele) ja kolmas - vältimatute jääkide mõistliku kõrvaldamise korraldamine ja eemaldamatute energiajäätmete neutraliseerimine. Arusaam, et biosfäär töötab mittejäätmete põhimõttel, on ekslik, kuna sinna koguneb alati bioloogilisest tsüklist väljuvaid aineid, mis moodustavad settekivimeid.[ ...]

Mullatekke olemust määratletakse V. R. Williamsi järgi orgaanilise aine sünteesi ja lagunemise protsesside dialektilise vastasmõjuna, mis toimub ainete väikese bioloogilise tsükli süsteemis.[ ...]

Biosfääri erinevatel arenguetappidel ei olnud protsessid selles ühesugused, vaatamata sellele, et need järgisid sarnaseid mustreid. Ainete väljendunud ringluse olemasolu on biogeokeemilise tsükli globaalse sulgemise seaduse kohaselt biosfääri kohustuslik omadus selle arengu mis tahes etapis. Tõenäoliselt on see selle olemasolu muutumatu seadus. Erilist tähelepanu tuleks pöörata bioloogilise, mitte geokeemilise komponendi osakaalu suurenemisele ainete biogeokeemilise tsükli sulgemisel. Kui evolutsiooni esimestel etappidel valitses üldine biosfääri tsükkel - suur biosfääri vahetusring (algul ainult veekeskkonnas ja seejärel jagunes kaheks alamtsükliks - maismaa ja ookean), siis hiljem hakkas see killustama. Suhteliselt homogeense elustiku asemel tekkisid ja eristusid üha sügavamalt erineva hierarhia ja geograafilise dislokatsiooni tasemega ökosüsteemid. Väikesed, biogeotsenootilised, vahetusringid on omandanud tähtsuse. Tekkis nn "vahetuste vahetus" - biogeokeemiliste tsüklite harmooniline süsteem biootilise komponendi kõrgeima väärtusega.[ ...]

Keskmistel laiuskraadidel on Päikesest saadava energia tulu 48-61 tuhat GJ/ha aastas. Lisaenergia kasutuselevõtuga üle 15 GJ/ha aastas tekivad keskkonnale ebasoodsad protsessid - pinnase erosioon ja deflatsioon, väikejõgede mudastumine ja reostumine, veekogude eutrofeerumine, bioloogilise ringluse rikkumised ökosüsteemides.[ ...]

Ida-Siberi piirkonda iseloomustavad vähese lumega karmid talved ja peamiselt suvised sademed, mis pesevad mullakihti. Selle tulemusena toimub Ida-Siberi tšernozemides perioodiline õhetusrežiim. Madalad temperatuurid suruvad maha bioloogilise tsükli. Seetõttu on Taga-Baikali tšernozemide huumusesisaldus madal (4-9%) ja huumusehorisondi paksus väike. Karbonaatide sisaldus on väga madal või puudub üldse. Seetõttu nimetatakse Ida-Siberi rühma tšernozeme madala karbonaatsusega ja mittekarbonaatseks (näiteks leostunud vähese karbonaadiga või mittekarbonaatsed tšernozemid, tavalised vähese karbonaatsusega tšernozemid).[ ...]

Enamik vähemtähtsaid elemente paljudes looduslikes ökosüsteemides levinud kontsentratsioonidel avaldab organismidele vähest mõju, võib-olla seetõttu, et organismid on nendega kohanenud. Seega ei pakkunud nende elementide ränne meile suurt huvi, kui mäetööstuse, erinevate tööstusharude, keemiatööstuse ja kaasaegse põllumajanduse kõrvalsaadused, kõrges kontsentratsioonis raskmetalle, toksilisi orgaanilisi ühendeid ja muid potentsiaalselt ohtlikke aineid sisaldavad tooted. ei satu liiga sageli keskkonda. Isegi väga haruldane element, kui see viiakse keskkonda väga mürgise metalliühendi või radioaktiivse isotoobi kujul, võib omandada olulise bioloogilise tähtsuse, kuna isegi väike kogus (geokeemilisest seisukohast) sellist ainet võib avaldada tugevat bioloogilist mõju.[ ...]

Vitamiinide ja teiste kasvu stimuleerivate orgaaniliste ühendite keemiline olemus ning nende vajadus inimestel ja koduloomadel on ammu teada; nende ainete uurimine ökosüsteemi tasandil on aga alles alanud. Orgaaniliste toitainete sisaldus vees või pinnases on nii madal, et neid tuleks nimetada "mikrotoitaineteks", mitte "makroelementideks", nagu lämmastik, ja "mikrotoitaineteks" nagu "jääkmetallid" (vt 5. peatükk). Sageli on nende sisalduse mõõtmiseks ainsaks võimaluseks bioloogiline proov: kasutatakse spetsiaalseid mikroorganismide tüvesid, mille kasvukiirus on võrdeline orgaaniliste toitainete kontsentratsiooniga. Nagu eelmises jaotises rõhutati, ei saa konkreetse aine rolli ja selle voolukiirust alati hinnata selle kontsentratsiooni järgi. Nüüd on selgeks saamas, et orgaanilised toitained mängivad olulist rolli kogukonna ainevahetuses ja võivad olla piiravad tegurid. See kõige huvitavam uurimisvaldkond köidab lähitulevikus kahtlemata teadlaste tähelepanu. Järgmine kirjeldus B12-vitamiini (kobalamiini) tsükli kohta, mis on võetud Provasoli (1963) raamatust, näitab, kui vähe me teame orgaaniliste toitainete ringlusest.[ ...]

V. R. Williams (1863-1939) töötas välja põllumajanduse tegurite doktriini. Põllumajanduse esimese seaduse järgi ei saa ühtki taimeelu tegurit asendada teisega. Ja pealegi on kõik taimeelu tegurid loomulikult samaväärsed (teine ​​seadus). Olgu eraldi välja toodud tema oluline idee, et pinnas on väikese – bioloogilise ja suure – geoloogilise aineringe koosmõju tulemus.[ ...]

V. R. Williams sidus oma seisukohad geneetilise mullateaduse ja mullaviljakuse uurimise vallas tihedalt põllumajanduse praktiliste probleemidega ning pani neist aluseks põllumajanduse rohuväljade süsteemi. Olulisemaid ja originaalsemaid seisukohti väljendas V.R.Williams elusorganismide rollist mullatekkes, mullatekke protsessi olemusest ja üksikute spetsiifiliste protsesside olemusest, ainete väikesest bioloogilisest tsüklist, mullaviljakusest, mullastiku kujunemise protsessist, ainete tsüklist, mullaviljakusest, pinnase kujunemise protsessist. mulla huumus ja mulla struktuur.[ ...]

Need lähenemisviisid on oma olemuselt seotud strateegia ja taktikana, pikaajalise käitumise valiku ja esmatähtsate otsuste mõõdupuuna. Neid ei saa eraldada: inimkeskkonna saastamine kahjustab teisi organisme ja elusloodust üldiselt ning looduslike süsteemide lagunemine nõrgestab nende võimet looduslikult keskkonda puhastada. Kuid alati tuleb mõista, et inimkeskkonna kvaliteeti on võimatu säilitada ilma looduslike ökoloogiliste mehhanismide osaluseta. Isegi kui valdame vähesaastavaid tehnoloogiaid, ei saavuta me midagi, kui samal ajal ei lakka takistamast loodust keskkonna koostist reguleerimast, puhastamast ja elamiskõlbulikuks muutmast. Puhtamad tehnoloogiad ja arenenumad keskkonnakaitseseadmed ei päästa meid, kui metsade raadamine jätkub, bioloogiliste liikide mitmekesisus väheneb ja ainete ringkäik looduses on häiritud. Tuleb rõhutada, et ökoloogilisest vaatenurgast on „kaitse“ mõiste algusest peale vigane, kuna tegevused tuleks üles ehitada nii, et oleks välistatud kõik mõjud ja tulemused, mille eest „kaitsta“ tuleks. hiljem.[ ...]

Umbes 99% kogu biosfääri ainest muunduvad elusorganismid ja Maa elusaine kogubiomass on hinnanguliselt vaid 2,4 1012 tonni kuivainet, mis moodustab 10-9 osa Maa massist. Biomassi aastane taastootmine on umbes 170 miljardit tonni kuivainet. Taimeorganismide kogubiomass on 2500 korda suurem kui loomadel, kuid zoosfääri liigiline mitmekesisus on fütosfääri omast 6 korda rikkam. Kui laotada kõik elusorganismid ühte kihti, siis tekiks Maa pinnale vaid 5 mm paksune bioloogiline kate. Kuid hoolimata elustiku väiksusest määrab just see kohalikud tingimused maakoore pinnal. Selle olemasolu vastutab vaba hapniku ilmumise eest atmosfääri, muldade tekke ja elementide ringlemise eest looduses.[ ...]

Seeni oleme juba eespool kirjeldanud ja me nimetame selle viljakeha tegelikult seeneks, kuid see on vaid osa tohutust organismist. See on ulatuslik mikroskoopiliste kiudude (riffide) võrgustik, mida nimetatakse seeneniidistikuks (seeneniidistikuks) ja mis tungib läbi killustiku, peamiselt puidu, lehtede allapanu jne. Mütseel vabastab kasvades märkimisväärse hulga ensüüme, mis lagundavad puidu valmisolekusse. kasutamiseks ja järk-järgult laguneb seeneniidistik surnud puidu täielikult. Huvitav on, nagu kirjutab B. Nebel (1993), et seeni võib leida anorgaanilisel pinnasel, kuna nende seeneniidistik suudab oma paksusest eraldada isegi väga väikeses kontsentratsioonis orgaanilisi aineid. Bakterid toimivad sarnaselt, kuid mikroskoopilisel tasemel. Bioloogilise tsükli stabiilsuse säilitamiseks on väga oluline seente ja mõnede bakterite võime moodustada tohutul hulgal eoseid (sugurakke). Neid mikroskoopilisi osakesi kannavad õhuvoolud atmosfääris väga suurte vahemaade tagant, mis võimaldab neil levida kõikjale ja anda optimaalsetes elutingimustes elujõulisi järglasi igas ruumis.

Alus isemajandava elu Maal on biogeokeemilised tsüklid. Kõik organismide eluprotsessides kasutatavad keemilised elemendid teevad pidevaid liikumisi, liikudes eluskehadest elutu looduse ühenditesse ja vastupidi. Samade aatomite korduva kasutamise võimalus muudab elu Maal praktiliselt igaveseks, eeldusel, et pidevalt tarnitakse õiges koguses energiat.

Ainetsüklite tüübid. Maa biosfääri iseloomustab teatud viisil olemasolev ainete ringlus ja energiavoog. Ainete ringlemine – ainete mitmekordne osalemine atmosfääris, hüdrosfääris ja litosfääris toimuvates protsessides, sealhulgas nendes kihtides, mis on osa Maa biosfäärist. Ainete ringlus toimub Päikese välisenergia ja Maa siseenergia pideva vooluga (vooluga).

Sõltuvalt liikumapanevast jõust võib ainete ringluses teatud kokkuleppega eristada geoloogilisi, bioloogilisi ja antropogeenseid tsükleid. Enne inimese ilmumist Maale viidi läbi ainult kaks esimest.

Geoloogiline tsükkel (ainete suur ringlus looduses) – ainete ringlemine, mille liikumapanevaks jõuks on eksogeensed ja endogeensed geoloogilised protsessid.

Endogeensed protsessid(sisemise dünaamika protsessid) toimuvad Maa siseenergia mõjul. See on energia, mis vabaneb radioaktiivse lagunemise, mineraalide tekke keemiliste reaktsioonide, kivimite kristalliseerumise jms tagajärjel. Endogeensete protsesside hulka kuuluvad: tektoonilised liikumised, maavärinad, magmatism, metamorfism. Eksogeensed protsessid(välise dünaamika protsessid) kulgevad Päikese välisenergia mõjul. Eksogeensed protsessid hõlmavad kivimite ja mineraalide murenemist, hävimisproduktide eemaldamist maakoore mõnelt alalt ja nende kandumist uutele aladele, settekivimite tekkega ladestumist ja hävimisproduktide kuhjumist. Eksogeensed protsessid hõlmavad atmosfääri, hüdrosfääri (jõed, ajutised ojad, põhjavesi, mered ja ookeanid, järved ja sood, jää), aga ka elusorganismide ja inimeste geoloogilist aktiivsust.

Suurimad pinnavormid (mandrid ja ookeanilohud) ja suured pinnavormid (mäed ja tasandikud) tekkisid endogeensete protsesside tulemusena, samas kui keskmised ja väikesed pinnavormid (jõeorud, künkad, kuristikud, luited jne), kattusid suuremate vormidega, - läbi eksogeensed protsessid. Seega on endogeensed ja eksogeensed protsessid oma tegevuses vastandlikud. Esimesed viivad suurte pinnavormide tekkeni, teised nende silumiseni.

Tardkivimid muutuvad murenemise tagajärjel settekivimiteks. Maakoore liikuvates tsoonides sukelduvad nad sügavale Maa sisse. Seal sulavad need kõrgete temperatuuride ja rõhkude mõjul ümber ja moodustavad magma, mis pinnale tõustes ja tahkudes moodustab tardkivimeid.

Seega toimub ainete geoloogiline ringlus ilma elusorganismide osaluseta ja jaotab aine ümber biosfääri ja Maa sügavamate kihtide vahel.

Bioloogiline (biogeokeemiline) tsükkel (väike ainete tsükkel biosfääris) – ainete ringkäik, mille liikumapanev jõud on elusorganismide tegevus. Erinevalt suurest geoloogilisest tsüklist toimub ainete väike biogeokeemiline tsükkel biosfääris. Tsükli peamiseks energiaallikaks on päikesekiirgus, mis tekitab fotosünteesi. Ökosüsteemis sünteesitakse orgaanilisi aineid autotroofide abil anorgaanilistest ainetest. Seejärel tarbivad neid heterotroofid. Elutegevuse käigus või pärast organismide (nii autotroofide kui ka heterotroofide) surma eritumisel läbivad orgaanilised ained mineraliseerumise ehk muunduvad anorgaanilisteks aineteks. Neid anorgaanilisi aineid saab autotroofide abil uuesti kasutada orgaaniliste ainete sünteesiks.

Biogeokeemilistes tsüklites tuleks eristada kahte osa:

1) reservfond - see on aine osa, mis ei ole elusorganismidega seotud;

2) vahetusfond - palju väiksem osa ainest, mis organismide ja nende vahetu keskkonna vahel vahetult vahetub. Sõltuvalt reservfondi asukohast võib biogeokeemilised tsüklid jagada kahte tüüpi:

1) Gaasi tüüpi tsüklid ainete varufondiga atmosfääris ja hüdrosfääris (süsiniku, hapniku, lämmastiku tsüklid).

2) Settevõrud reservfondiga maapõues (fosfori, kaltsiumi, raua jm ringlus).

Gaasi tüüpi tsüklid on täiuslikumad, kuna neil on suur vahetusfond, mis tähendab, et nad on võimelised kiiresti isereguleeruma. Settetsüklid on vähem täiuslikud, nad on inertsemad, kuna suurem osa ainest sisaldub elusorganismidele "kättesaamatus" vormis maakoore reservfondis. Sellised tsüklid on kergesti häiritud erinevate mõjutustega ning osa vahetatavast materjalist lahkub tsüklist. Ta saab uuesti ringlusse naasta ainult geoloogiliste protsesside tulemusena või elusainega ekstraheerimisel. Elusorganismidele vajalikke aineid on aga maapõuest palju keerulisem ammutada kui atmosfäärist.

Bioloogilise tsükli intensiivsuse määrab eelkõige ümbritsev temperatuur ja vee hulk. Nii et näiteks niisketes troopilistes metsades kulgeb bioloogiline tsükkel intensiivsemalt kui tundras.

Inimese tulekuga tekkis ainete antropogeenne ringlus ehk ainevahetus. Antropogeenne tsükkel (vahetus) – ainete ringlus (vahetus), mille liikumapanev jõud on inimtegevus. Sellel on kaks komponenti: bioloogiline, seotud inimese kui elusorganismi toimimisega ja tehniline, seotud inimeste majandustegevusega (tehnogeenne tsükkel).

Geoloogiline ja bioloogiline tsükkel on suures osas suletud, mida ei saa öelda inimtekkelise tsükli kohta. Seetõttu ei räägi nad sageli mitte inimtekkelisest tsüklist, vaid inimtegevusest tingitud ainevahetusest. Ainete inimtekkelise ringluse avatus viib loodusvarade ammendumine ja keskkonna saastamine – inimkonna kõigi keskkonnaprobleemide peamised põhjused.

Peamiste biogeensete ainete ja elementide tsüklid. Mõelge elusorganismide jaoks kõige olulisemate ainete ja elementide tsüklitele. Veeringe kuulub suurtesse geoloogilistesse ja biogeensete elementide (süsinik, hapnik, lämmastik, fosfor, väävel ja muud biogeensed elemendid) tsüklid väikestesse biogeokeemilistesse.

Vee ringkäik maa ja ookeani vahel läbi atmosfääri viitab suurele geoloogilisele tsüklile. Vesi aurustub ookeanide pinnalt ja kandub kas maismaale, kus see langeb sademete kujul, mis naaseb uuesti ookeani pinnale ja maa-aluse äravooluna, või sademetena ookeani pinnale. Maa veeringes osaleb aastas üle 500 tuhande km 3 vett. Veeringel tervikuna on meie planeedi looduslike tingimuste kujundamisel suur roll. Võttes arvesse vee transpiratsiooni taimede poolt ja selle imendumist biogeokeemilises tsüklis, laguneb kogu veevaru Maal ja taastub 2 miljoni aastaga.

Süsiniku tsükkel. Tootjad püüavad süsinikdioksiidi atmosfäärist kinni ja muudavad selle orgaanilisteks aineteks, tarbijad absorbeerivad süsinikku orgaaniliste ainete kujul koos tootjate ja madalama järgu tarbijatega, lagundajad mineraliseerivad orgaanilisi aineid ja tagastavad süsiniku süsinikdioksiidi kujul atmosfääri. . Ookeanides muudab süsinikuringe keeruliseks asjaolu, et osa surnud organismides sisalduvast süsinikust vajub põhja ja koguneb settekivimitesse. See osa süsinikust jäetakse bioloogilisest tsüklist välja ja siseneb ainete geoloogilisesse tsüklisse.

Metsad on peamised bioloogiliselt seotud süsiniku reservuaarid, need sisaldavad kuni 500 miljardit tonni seda elementi, mis moodustab 2/3 selle reservist atmosfääris. Inimese sekkumine süsinikuringesse (söe, nafta, gaasi põletamine, niiskuse eemaldamine) toob kaasa CO 2 sisalduse suurenemise atmosfääris ja kasvuhooneefekti tekke.

CO 2 tsükli kiirus, st aeg, mis kulub kogu atmosfääri süsinikdioksiidi elusainest läbimiseks, on umbes 300 aastat.

Hapniku tsükkel. Hapnikuringe toimub peamiselt atmosfääri ja elusorganismide vahel. Põhimõtteliselt satub vaba hapnik (0^) atmosfääri roheliste taimede fotosünteesi tulemusena ning seda tarbitakse loomade, taimede ja mikroorganismide hingamisprotsessis ning orgaaniliste jääkide mineraliseerumise käigus. Ultraviolettkiirguse mõjul tekib veest ja osoonist väike kogus hapnikku. Suur hulk hapnikku kulub oksüdatiivsetele protsessidele maakoores, vulkaanipursete ajal jne. Põhiosa hapnikust toodavad maismaataimed - peaaegu 3/4, ülejäänu - ookeanide fotosünteesivad organismid. Tsükli kiirus on umbes 2 tuhat aastat.

On kindlaks tehtud, et 23% fotosünteesi käigus tekkivast hapnikust kulub aastas tööstus- ja koduvajadusteks ning see arv kasvab pidevalt.

Lämmastiku tsükkel. Lämmastiku (N 2) varud atmosfääris on tohutud (78% selle mahust). Taimed aga ei saa omastada vaba lämmastikku, vaid ainult seotud kujul, peamiselt NH 4 + või NO 3 - kujul. Atmosfäärist saadava vaba lämmastiku seovad lämmastikku siduvad bakterid ja muundatakse taimedele kättesaadavateks vormideks. Taimedes fikseeritakse lämmastik orgaanilises aines (valkudes, nukleiinhapetes jne) ja kandub edasi mööda toiduahelaid. Pärast elusorganismide hukkumist mineraliseerivad lagundajad orgaanilisi aineid ja muudavad need ammooniumiühenditeks, nitraatideks, nitrititeks ning ka vabaks lämmastikuks, mis suunatakse tagasi atmosfääri.

Nitraadid ja nitritid lahustuvad vees väga hästi ning võivad migreeruda põhjavette ja taimedesse ning kanduda toiduahelate kaudu. Kui nende kogus on liiga suur, mida sageli täheldatakse lämmastikväetiste ebaõige kasutamise korral, on vesi ja toit saastunud ning põhjustavad inimeste haigusi.

Fosfori tsükkel. Suurem osa fosforist sisaldub varasematel geoloogilistel ajastutel tekkinud kivimites. Fosfor on kaasatud biogeokeemilisse tsüklisse kivimite murenemise tulemusena. Maismaaökosüsteemides eraldavad taimed mullast fosforit (peamiselt PO 4 3– kujul) ja lisavad selle orgaanilistesse ühenditesse (valgud, nukleiinhapped, fosfolipiidid jne) või jätavad selle anorgaanilisele kujule. Lisaks kandub fosfor toiduahelate kaudu. Pärast elusorganismide surma ja nende eritistega naaseb fosfor mulda.

Fosforväetiste ebaõigel kasutamisel, muldade vee- ja tuuleerosioonil eemaldatakse mullast suures koguses fosforit. Ühest küljest toob see kaasa fosforväetiste ületarbimise ja fosforit sisaldavate maakide (fosforiidid, apatiidid jne) varude ammendumise. Seevastu suures koguses biogeensete elementide nagu fosfori, lämmastiku, väävli jm veekogudesse sattumine pinnasest veekogudesse põhjustab sinivetikate ja teiste veetaimede kiiret arengut (vee “õitsemist”) ning eutrofeerumine reservuaarid. Kuid suurem osa fosforist kandub merre.

Veeökosüsteemides omastab fosforit fütoplankton ja kandub toiduahela kaudu edasi merelindudele. Nende väljaheited kas langevad kohe merre tagasi või kogunevad esmalt kaldale ja uhutakse siis nagunii merre. Surevatest mereloomadest, eriti kaladest, satub fosfor uuesti merre ja tsüklisse, kuid osa kalade skelette jõuab suurtesse sügavustesse ja neis sisalduv fosfor satub taas settekivimitesse, see tähendab, et see on biogeokeemilisest keskkonnast välja lülitatud. tsükkel.

Väävli tsükkel. Peamine väävli reservfond leidub setetes ja pinnases, kuid erinevalt fosforist on reservfond atmosfääris. Peamine roll väävli kaasamisel biogeokeemilisse tsüklisse kuulub mikroorganismidele. Mõned neist on redutseerivad ained, teised oksüdeerivad ained.

Kivimites esineb väävel sulfiidide kujul (FeS 2 jne), lahustes - ioonina (SO 4 2–), gaasifaasis vesiniksulfiidina (H 2 S) või vääveldioksiid (SO 2). Mõnes organismis koguneb väävel puhtal kujul ja nende suremisel tekivad mere põhjas loodusliku väävli ladestused.

Maapealsetes ökosüsteemides satub väävel mullast taimedesse peamiselt sulfaatide kujul. Elusorganismides leidub väävlit valkudes, ioonide kujul jne. Pärast elusorganismide hukkumist taastatakse osa väävlist pinnases mikroorganismide toimel H 2 S-ks, teine ​​osa oksüdeeritakse sulfaatideks ja lülitatakse uuesti tsüklisse. Tekkiv vesiniksulfiid pääseb atmosfääri, oksüdeerub seal ja naaseb koos sademetega pinnasesse.

Inimese fossiilkütuste (eriti kivisöe) põletamine, aga ka keemiatööstuse heitmed põhjustavad vääveldioksiidi (SO 2 ) akumuleerumist atmosfääri, mis veeauruga reageerides langeb happe kujul maapinnale. vihma.

Biogeokeemilised tsüklid ei ole nii suured kui geoloogilised tsüklid ja neid mõjutavad suuresti inimesed. Majandustegevus rikub nende eraldatust, nad muutuvad atsükliliseks.

Mineraalainete ja vee suur geoloogiline tsükkel kulgeb suure hulga abiootiliste tegurite mõjul.

4.3.1. Ainete ringkäik suures geoloogilises tsüklis.

Litosfääri plaatide teooria kohaselt koosneb Maa väliskest mitmest väga suurest plokist (plaadist). See teooria eeldab võimsate, 100–150 km paksuste litosfääriplaatide horisontaalsete liikumiste olemasolu.

Samas ookeani keskaheliku sees nn riftivöönd. Litosfääri plaatide purunemine ja eraldumine koos noore ookeanilise maakoore moodustumisega

Seda nähtust nimetatakse ookeanipõhja levikuks. Seega tõuseb vahevöö sügavustest üles mineraalsete ainete voog, moodustades noori kristalseid kivimeid.

Erinevalt sellest protsessist surub sügavate ookeanikaevikute vööndis mandri maakoore üks osa pidevalt teisele, millega kaasneb plaadi perifeerse osa, st osa tahke aine vajumine vahevöösse. maakoorest läheb üle Maa vahevöö koostisse. Protsessi, mis toimub ookeani süvamere kaevikutes, nimetatakse ookeanilise maakoore subduktsiooniks.

Veering planeedil toimib pidevalt ja kõikjal. Veeringluse liikumapanevad jõud on soojusenergia ja gravitatsioon. Soojuse mõjul toimub aurumine, veeauru kondenseerumine ja muud protsessid, mis kulutavad umbes 50% päikeselt tulevast energiast. Raskusjõu mõjul - vihmapiiskade langemine, jõgede vool, pinnase ja põhjavee liikumine. Sageli toimivad need põhjused koos, näiteks nii termilised protsessid kui ka gravitatsioon mõjutavad vee atmosfääriringlust.

4.3.2. Elementide tsükkel elutus looduses

Seda teostatakse kahel viisil: vee- ja õhumigratsioon. Õhurändajate hulka kuuluvad: hapnik, vesinik, lämmastik, jood.

Veerändajate hulka kuuluvad ained, mis migreeruvad peamiselt pinnases, pinna- ja põhjavees peamiselt molekulide ja ioonide kujul: naatrium, magneesium, alumiinium, räni, fosfor, väävel, kloor, kaalium, mangaan, raud, koobalt, nikkel, strontsium, plii jne. Õhurändajad on samuti osa vees rändavatest sooladest. Neile on aga tüüpilisem õhuränne.

4.4 Väike (bioloogiline) ringlus

Elusaine mass biosfääris on suhteliselt väike. Kui see jaotada üle maapinna, siis saadakse kõigest 1,5 cm kiht Tabelis 4.1 võrreldakse mõningaid biosfääri ja Maa teiste geosfääride kvantitatiivseid omadusi. Biosfäär, mis moodustab vähem kui 10-6 massi planeedi teistest kestadest, on võrreldamatult suurema mitmekesisusega ja uueneb oma koostist miljon korda kiiremini.

Tabel 4.1

Biosfääri võrdlus teiste Maa geosfääridega

*Elusaine eluskaalu alusel

4.4.1. Biosfääri funktsioonid

Tänu biosfääri elustikule toimub valdav osa planeedi keemilistest transformatsioonidest. Sellest ka kohtuotsus V.I. Vernadsky elusaine tohutust transformatiivsest geoloogilisest rollist. Elusorganismid on läbi orgaanilise evolutsiooni läbinud iseennast, läbi oma organite, kudede, rakkude, vere, kogu atmosfääri, kogu maailma ookeani mahu, suurema osa muldade massist, tohutu hulga mineraalaineid läbi iseenda, läbi nende organid, kuded, rakud, veri, tuhandeid kordi (erinevate tsüklite puhul 103-105 korda). Ja nad mitte ainult ei tundnud sellest puudust, vaid muutsid ka maist keskkonda vastavalt oma vajadustele.

Tänu võimele muuta päikeseenergia keemiliste sidemete energiaks, täidavad taimed ja muud organismid planeedi skaalal mitmeid fundamentaalseid biogeokeemilisi funktsioone.

gaasi funktsioon. Elusolendid vahetavad fotosünteesi ja hingamise protsessides pidevalt keskkonnaga hapnikku ja süsinikdioksiidi. Taimed mängisid otsustavat rolli planeedi geokeemilises evolutsioonis redutseerivast keskkonnast oksüdeerivaks keskkonnaks muutumisel ja tänapäevase atmosfääri gaasilise koostise kujunemisel. Taimed kontrollivad rangelt O2 ja CO2 kontsentratsioone, mis on optimaalsed kõigi tänapäevaste elusorganismide jaoks.

keskendumisfunktsioon. Juhtides läbi oma keha suurtes kogustes õhku ja looduslikke lahuseid, viivad elusorganismid läbi biogeenset migratsiooni (kemikaalide liikumist) ning keemiliste elementide ja nende ühendite kontsentratsiooni. See puudutab orgaanilise aine biosünteesi, korallisaarte teket, kestade ja skelettide ehitust, setteliste lubjakivikihtide tekkimist, teatud metallimaakide ladestumist, raud-mangaani sõlmede kuhjumist, ookeani põhjas jne. Bioloogilise evolutsiooni algfaasid toimusid veekeskkonnas. Organismid on õppinud eraldama neile vajalikke aineid lahjendatud vesilahusest, mitmekordistades nende kontsentratsiooni oma kehas mitmekordselt.

Elusaine redoksfunktsioon on tihedalt seotud elementide biogeense migratsiooni ja ainete kontsentratsiooniga. Paljud looduses leiduvad ained on stabiilsed ega läbi tavatingimustes oksüdeerumist, näiteks on molekulaarne lämmastik üks olulisemaid biogeenseid elemente. Kuid elusrakkudel on nii võimsad katalüsaatorid – ensüümid, et nad on võimelised läbi viima paljusid redoksreaktsioone miljoneid kordi kiiremini, kui see võib toimuda abiootilises keskkonnas.

Biosfääri elusaine infofunktsioon. Just esimeste primitiivsete elusolendite tulekuga ilmus planeedile aktiivne (“elav”) teave, mis erineb “surnud” teabest, mis on lihtne struktuuri peegeldus. Organismid osutusid võimeliseks infot vastu võtma, ühendades energiavoo aktiivse molekulaarstruktuuriga, mis täidab programmi rolli. Võime tajuda, salvestada ja töödelda molekulaarset teavet on looduses arenenud ja sellest on saanud kõige olulisem ökoloogilist süsteemi kujundav tegur. Elustiku geneetilise teabe koguvaru on hinnanguliselt 1015 bitti. Ainevahetuse ja energiaga seotud molekulaarse informatsiooni voo koguvõimsus globaalse elustiku kõigis rakkudes ulatub 1036 bit/s (Gorshkov et al., 1996).

4.4.2. Bioloogilise tsükli komponendid.

Bioloogiline tsükkel toimub kõigi biosfääri komponentide vahel (st pinnase, õhu, vee, loomade, mikroorganismide jne vahel). See toimub elusorganismide kohustuslikul osalusel.

Biosfääri jõudev päikesekiirgus kannab energiat umbes 2,5 * 1024 J aastas. Sellest vaid 0,3% muundub fotosünteesi käigus vahetult orgaaniliste ainete keemiliste sidemete energiaks, s.o. osaleb bioloogilises tsüklis. Ja 0,1–0,2% Maale langevast päikeseenergiast sisaldub esmases netotoodangus. Selle energia edasine saatus on seotud toidu orgaanilise aine ülekandega mööda troofiliste ahelate kaskaade.

Bioloogilise tsükli võib tinglikult jagada omavahel seotud komponentideks: ainete tsükkel ja energiatsükkel.

4.4.3. Energiatsükkel. Energia muundamine biosfääris

Ökosüsteemi võib kirjeldada kui elusorganismide kogumit, mis vahetab pidevalt energiat, ainet ja teavet. Energiat võib defineerida kui võimet teha tööd. Energia omadusi, sealhulgas energia liikumist ökosüsteemides, kirjeldavad termodünaamika seadused.

Termodünaamika esimene seadus ehk energia jäävuse seadus väidab, et energia ei kao ega teki uuesti, vaid muutub ühest vormist teise.

Termodünaamika teine ​​seadus ütleb, et entroopia saab kasvada ainult suletud süsteemis. Ökosüsteemide energia osas on mugav järgmine sõnastus: energia muundumisega seotud protsessid võivad toimuda spontaanselt ainult siis, kui energia läheb kontsentreeritud kujult hajusesse ehk laguneb. Entroopia on energiakoguse mõõt, mis muutub kasutamiseks kättesaamatuks või muul viisil energia lagunemisel toimuva järjestuse muutuse mõõt. Mida kõrgem on süsteemi järjekord, seda madalam on selle entroopia.

Teisisõnu, elusaine võtab vastu ja muudab kosmose, päikese energia maapealsete protsesside (keemiliste, mehaaniliste, termiliste, elektriliste) energiaks. See kaasab selle energia ja anorgaanilise aine ainete pidevasse ringlusse biosfääris. Energiavoolul biosfääris on üks suund – Päikeselt läbi taimede (autotroofid) loomadeni (heterotroofid). Looduslikud puutumatud ökosüsteemid stabiilses seisundis koos püsivate oluliste keskkonnanäitajatega (homöostaas) on kõige korrastatud süsteemid ja neid iseloomustab madalaim entroopia.

4.4.4. Ainete ringkäik looduses

Elusaine teke ja selle lagunemine on ühe protsessi kaks külge, mida nimetatakse keemiliste elementide bioloogiliseks tsükliks. Elu on keemiliste elementide ringlus organismide ja keskkonna vahel.

Tsükli põhjuseks on nende elementide piiratus, millest organismide kehad on ehitatud. Iga organism ammutab keskkonnast eluks vajalikud ained ja tagastab kasutamata. Kus:

mõned organismid tarbivad mineraale otse keskkonnast;

teised kasutavad esmalt töödeldud ja isoleeritud tooteid;

kolmas - teine ​​jne, kuni ained naasevad keskkonda algses olekus.

Biosfääris on ilmne vajadus erinevate organismide kooseksisteerimise järele, mis suudavad üksteise jääkaineid kasutada. Näeme praktiliselt jäätmevaba bioloogilist tootmist.

Ainete tsükli elusorganismides saab tinglikult taandada neljale protsessile:

1. Fotosüntees. Fotosünteesi tulemusena neelavad ja akumuleerivad taimed päikeseenergiat ning sünteesivad orgaanilisi aineid – esmaseid bioloogilisi saadusi – ja anorgaanilistest ainetest hapnikku. Esmased bioloogilised tooted on väga mitmekesised – need sisaldavad süsivesikuid (glükoos), tärklist, kiudaineid, valke, rasvu.

Lihtsaima süsivesiku (glükoosi) fotosünteesi skeemil on järgmine skeem:

See protsess toimub ainult päevasel ajal ja sellega kaasneb taimede massi suurenemine.

Aastas tekib Maal fotosünteesi tulemusena umbes 100 miljardit tonni orgaanilist ainet, omastatakse umbes 200 miljardit tonni süsihappegaasi ja eraldub ligikaudu 145 miljardit tonni hapnikku.

Fotosünteesil on otsustav roll elu olemasolu tagamisel Maal. Selle globaalset tähtsust seletab asjaolu, et fotosüntees on ainus protsess, mille käigus energia termodünaamilises protsessis minimalistliku põhimõtte kohaselt ei haju, vaid pigem akumuleerub.

Valkude ehitamiseks vajalikke aminohappeid sünteesides saavad taimed eksisteerida suhteliselt sõltumatult teistest elusorganismidest. See näitab taimede autotroofiat (toitumise isevarustatus). Samas on taimede roheline mass ja fotosünteesi käigus tekkiv hapnik aluseks järgmise elusorganismide rühma - loomade, mikroorganismide - elu säilimisele. See näitab selle organismirühma heterotroofiat.

2. Hingamine. Protsess on fotosünteesi vastupidine protsess. Esineb kõigis elusrakkudes. Hingamisel oksüdeerub orgaaniline aine hapniku toimel, mille tulemusena moodustub süsihappegaas, vesi ja energia.

3. Autotroofsete ja heterotroofsete organismide toitumisalased (troofilised) seosed. Sel juhul toimub energia ja aine ülekanne mööda toiduahela lülisid, millest me varem pikemalt rääkisime.

4. Transpiratsiooniprotsess. Üks olulisemaid protsesse bioloogilises tsüklis.

Skemaatiliselt saab seda kirjeldada järgmiselt. Taimed imavad mulla niiskust juurte kaudu. Samas satuvad neisse vees lahustunud mineraalained, mis imenduvad ning niiskus aurustub olenevalt keskkonnatingimustest enam-vähem intensiivselt.

4.4.5. Biogeokeemilised tsüklid

Geoloogilised ja bioloogilised tsüklid on omavahel seotud – need eksisteerivad ühtse protsessina, tekitades ainete ringluse, nn biogeokeemilised tsüklid (BGCC). Selline elementide ringlus on tingitud orgaaniliste ainete sünteesist ja lagunemisest ökosüsteemis (joonis 4.1) BHCC-s ei osale mitte kõik biosfääri elemendid, vaid ainult biogeensed. Elusorganismid koosnevad neist, need elemendid osalevad arvukates reaktsioonides ja osalevad elusorganismides toimuvates protsessides. Protsentuaalselt koosneb biosfääri elusaine kogumass järgmistest peamistest biogeensetest elementidest: hapnik - 70%, süsinik - 18%, vesinik - 10,5%, kaltsium - 0,5%, kaalium - 0,3%, lämmastik - 0 , 3%, (hapnik, vesinik, lämmastik, süsinik on olemas kõikidel maastikel ja on elusorganismide aluseks - 98%).

Keemiliste elementide biogeense migratsiooni olemus.

Seega toimub biosfääris ainete biogeenne tsükkel (st organismide elutegevusest põhjustatud tsükkel) ja energia ühesuunaline voog. Keemiliste elementide biogeenset migratsiooni määravad peamiselt kaks vastupidist protsessi:

1. Päikeseenergia toimel keskkonna elementidest elusaine teke.

2. Orgaaniliste ainete hävitamine, millega kaasneb energia vabanemine. Samal ajal sisenevad mineraalsete ainete elemendid korduvalt elusorganismidesse, sisenedes seeläbi keeruliste orgaaniliste ühendite koostisesse, vormidesse ja viimaste hävitamisel omandavad nad taas mineraalse vormi.

On elemente, mis kuuluvad elusorganismide hulka, kuid ei ole seotud biogeensete organismidega. Sellised elemendid liigitatakse nende massiosa järgi organismides:

Makrotoitained - komponendid, mis moodustavad vähemalt 10-2% massist;

Mikroelemendid - komponendid 9 * 10-3 kuni 1 * 10-3% massist;

Ultramikroelemendid - vähem kui 9 * 10-6% massist;

Biogeensete elementide koha määramiseks biosfääri muude keemiliste elementide hulgas vaatleme ökoloogias omaks võetud klassifikatsiooni. Vastavalt biosfääris toimuvate protsesside aktiivsusele jagunevad kõik keemilised elemendid 6 rühma:

Väärisgaasid on heelium, neoon, argoon, krüptoon, ksenoon. Inertgaasid ei kuulu elusorganismide hulka.

Väärismetallid - ruteenium, raadium, pallaadium, osmium, iriidium, plaatina, kuld. Need metallid peaaegu ei tekita maakoores ühendeid.

Tsüklilised või biogeensed elemendid (neid nimetatakse ka rändavateks). See maakoore biogeensete elementide rühm moodustab 99,7% kogu massist ja ülejäänud 5 rühma - 0,3%. Seega moodustavad põhiosa elementidest migrandid, kes teostavad ringlust geograafilises ümbrises ja inertsete elementide osa on väga väike.

Hajutatud elemendid, mida iseloomustab vabade aatomite ülekaal. Nad osalevad keemilistes reaktsioonides, kuid nende ühendeid leidub maakoores harva. Need on jagatud kahte alarühma. Esimesed - rubiidium, tseesium, nioobium, tantaal - loovad maakoore sügavuses ühendeid ja nende mineraalid hävivad pinnal. Teine - jood, broom - reageerivad ainult pinnal.

Radioaktiivsed elemendid - poloonium, radoon, raadium, uraan, neptuunium, plutoonium.

Haruldased muldmetallid - ütrium, samarium, euroopium, tuleum jne.

Aastaringsed biokeemilised tsüklid panevad liikuma umbes 480 miljardit tonni ainet.

IN JA. Vernadsky sõnastas kolm biogeokeemilist põhimõtet, mis selgitavad keemiliste elementide biogeense migratsiooni olemust:

Keemiliste elementide biogeenne migratsioon biosfääris avaldub alati maksimaalselt.

Liikide areng geoloogilise aja jooksul, mis viib jätkusuutlike eluvormide tekkeni, kulgeb suunas, mis suurendab aatomite biogeenset rännet.

Elusaine on pidevas keemilises vahetuses oma keskkonnaga, mis on biosfääri taasloov ja säilitav tegur.

Mõelgem, kuidas mõned neist elementidest biosfääris liiguvad.

Süsiniku tsükkel. Biootilise tsükli peamiseks osalejaks on süsinik kui orgaaniliste ainete alus. Enamasti toimub süsinikuring elusaine ja atmosfääri süsinikdioksiidi vahel fotosünteesi käigus. Taimtoidulised saavad seda toiduga, kiskjad saavad seda rohusööjatelt. Hingamisel, mädanemisel viiakse süsinikdioksiid osaliselt tagasi atmosfääri, tagasipöördumine toimub orgaaniliste mineraalide põletamisel.

Süsiniku tagasipöördumise puudumisel atmosfääri kasutaksid rohelised taimed selle ära 7-8 aastaga. Süsiniku bioloogiline ringlus fotosünteesi kaudu on 300 aastat. Ookeanid mängivad olulist rolli CO2 sisalduse reguleerimisel atmosfääris. Kui CO2 sisaldus atmosfääris tõuseb, lahustub osa sellest vees, reageerides kaltsiumkarbonaadiga.

Hapniku tsükkel.

Hapnikul on kõrge keemiline aktiivsus, see siseneb ühenditesse peaaegu kõigi maakoore elementidega. See esineb peamiselt ühendite kujul. Iga neljas elusaine aatom on hapnikuaatom. Peaaegu kogu atmosfääris leiduv molekulaarne hapnik tekkis ja püsib konstantsel tasemel tänu roheliste taimede aktiivsusele. Hingamisel seonduv ja fotosünteesi käigus vabanev õhuhapnik läbib 200 aastaga kõiki elusorganisme.

Lämmastiku tsükkel. Lämmastik on kõigi valkude lahutamatu osa. Seotud lämmastiku kui orgaanilise aine elemendi summaarne suhe lämmastikusse looduses on 1:100 000. Keemilise sideme energia lämmastiku molekulis on väga kõrge. Seetõttu nõuab lämmastiku kombineerimine teiste elementidega – hapniku, vesinikuga (lämmastiku sidumise protsess) palju energiat. Tööstuslik lämmastiku fikseerimine toimub katalüsaatorite juuresolekul temperatuuril -500°C ja rõhul -300 atm.

Teatavasti sisaldab atmosfäär rohkem kui 78% molekulaarset lämmastikku, kuid sellises olekus pole see rohelistele taimedele kättesaadav. Taimed saavad toitumiseks kasutada ainult lämmastik- ja lämmastikhappe sooli. Millised on nende soolade moodustumise viisid? Siin on mõned neist:

Biosfääris teostavad biokatalüüsi kõrge efektiivsuse tõttu lämmastiku sidumist mitmed anaeroobsete bakterite ja tsüanobakterite rühmad normaalsel temperatuuril ja rõhul. Arvatakse, et bakterid muudavad aastas ligikaudu 1 miljard tonni lämmastikku seotud vormiks (tööstusliku fikseerimise maht maailmas on umbes 90 miljonit tonni).

Mulla lämmastikku siduvad bakterid on võimelised omastama õhust molekulaarset lämmastikku. Need rikastavad mulda lämmastikuühenditega, mistõttu on nende väärtus ülikõrge.

Taimse ja loomse päritoluga orgaaniliste ainete lämmastikku sisaldavate ühendite lagunemise tulemusena.

Bakterite toimel muutub lämmastik nitraatideks, nitrititeks, ammooniumiühenditeks. Taimedes osalevad lämmastikuühendid valguühendite sünteesis, mis toiduahelates kanduvad organismist organismi.

Fosfori tsükkel. Teine oluline element, ilma milleta pole valkude süntees võimatu, on fosfor. Peamised allikad on tardkivimid (apatiidid) ja settekivimid (fosforiidid).

Anorgaaniline fosfor osaleb ringluses looduslike leostumisprotsesside tulemusena. Fosforit omastavad elusorganismid, kes selle osalusel sünteesivad mitmeid orgaanilisi ühendeid ja kannavad need erinevatele troofilistele tasemetele.

Olles lõpetanud oma teekonna mööda troofilisi ahelaid, lagundatakse mikroobide toimel orgaanilised fosfaadid ja need muutuvad rohelistele taimedele kättesaadavateks mineraalfosfaatideks.

Bioloogilise ringluse protsessis, mis tagab aine ja energia liikumise, ei ole jäätmete kogunemisel kohta. Iga eluvormi jääkained (s.o jääkained) on kasvulavaks teistele organismidele.

Teoreetiliselt peaks biosfäär alati säilitama tasakaalu biomassi tootmise ja selle lagunemise vahel. Teatud geoloogilistel perioodidel oli aga bioloogilise tsükli tasakaal häiritud, kui teatud looduslike tingimuste, kataklüsmide tõttu ei assimileerunud ega muundunud kõik bioloogilised saadused. Nendel juhtudel tekkisid bioloogiliste saaduste ülejäägid, mis konserveeriti ja ladestusid maapõue, veesamba alla, setetesse ja sattusid igikeltsa tsooni. Nii tekkisid kivisöe, nafta, gaasi ja lubjakivi maardlad. Tuleb märkida, et nad ei risusta biosfääri. Päikese energia, mis koguneb fotosünteesi käigus, on koondunud orgaanilistesse mineraalidesse. Nüüd vabastab inimene orgaanilisi fossiilkütuseid põletades selle energia.

Suured (geoloogilised) ja väikesed (biogeokeemilised) aineringid

Kõik ained meie planeedil on ringluses. Päikeseenergia põhjustab Maal kaks ainetsüklit:

suur (geoloogiline või abiootiline);

Väike (biootiline, biogeenne või bioloogiline).

Ainetsüklid ja kosmilise energia vood loovad biosfääri stabiilsuse. Abiootiliste tegurite (elutu loodus) toimel tekkivat tahke aine ja vee tsüklit nimetatakse suureks geoloogiliseks tsükliks. Suure geoloogilise tsükliga (voolavad miljoneid aastaid) kivimid hävivad, murenevad, ained lahustuvad ja satuvad maailmameresse; toimuvad geotektoonilised muutused, mandrite vajumine, merepõhja tõus. Veeringe aeg liustikes on 8000 aastat, jõgedes - 11 päeva. See on suur tsirkulatsioon, mis varustab elusorganisme toitainetega ja määrab suuresti nende eksisteerimise tingimused.

Suurt geoloogilist tsüklit biosfääris iseloomustavad kaks olulist punkti: hapniku süsiniku geoloogiline tsükkel

• a) viiakse läbi kogu Maa geoloogilise arengu jooksul;
• b) on kaasaegne planeetide protsess, millel on juhtiv osa biosfääri edasises arengus.

Inimarengu praeguses staadiumis kanduvad suure ringluse tulemusena saasteained ka pikkade vahemaade taha - väävli- ja lämmastikoksiidid, tolm, radioaktiivsed lisandid. Põhjapoolkera parasvöötme laiuskraadide territooriumid olid kõige suurema reostuse all.

Väike, biogeenne või bioloogiline ainete tsükkel toimub tahkes, vedelas ja gaasilises faasis elusorganismide osalusel. Erinevalt geoloogilisest tsüklist nõuab bioloogiline tsükkel vähem energiat. Väike tsükkel on osa suurest, toimub biogeotsenooside tasemel (ökosüsteemide sees) ja seisneb selles, et mulla toitained, vesi, süsinik koguneb taimsesse ainesse ja kulutatakse keha ehitamiseks. Orgaanilise aine lagunemissaadused lagunevad mineraalseteks komponentideks. Väike tsükkel ei ole suletud, mis on seotud ainete ja energia sisenemisega ökosüsteemi väljastpoolt ning osade vabanemisega biosfääri tsüklisse.

Paljud keemilised elemendid ja nende ühendid osalevad suurtes ja väikestes tsüklites, kuid olulisemad neist on need, mis määravad biosfääri praeguse arenguetapi, mis on seotud inimese majandustegevusega. Nende hulka kuuluvad süsiniku, väävli ja lämmastiku tsüklid (nende oksiidid on peamised atmosfääri saasteained), aga ka fosfor (fosfaadid on mandrivete peamine saasteaine). Peaaegu kõik saasteained toimivad kahjulikena ja neid klassifitseeritakse ksenobiootikumideks. Praegu on suure tähtsusega ksenobiootikumide – toksiliste elementide – elavhõbeda (toidu saasteaine) ja plii (bensiini komponent) tsüklid. Lisaks satuvad suurest ringlusest väikesesse ringlusse paljud inimtekkelise päritoluga ained (DDT, pestitsiidid, radionukliidid jne), mis kahjustavad elustikku ja inimeste tervist.

Bioloogilise tsükli olemus on kahe vastandliku, kuid omavahel seotud protsessi kulgemine - orgaanilise aine teke ja selle hävitamine elusaine poolt.

Erinevalt suurest tsüklist on väikesel erinev kestus: eristatakse hooajalisi, aastaseid, mitmeaastaseid ja ilmalikke väiketsükleid. Kemikaalide ringlust anorgaanilisest keskkonnast läbi taimestiku ja loomade tagasi anorgaanilisse keskkonda kasutades keemiliste reaktsioonide päikeseenergiat nimetatakse biogeokeemiliseks tsükliks.

Meie planeedi olevik ja tulevik sõltub elusorganismide osalemisest biosfääri toimimises. Ainete ringluses täidab elusaine ehk biomass biogeokeemilisi funktsioone: gaasi-, kontsentratsiooni-, redoks- ja biokeemilisi funktsioone.

Bioloogiline tsükkel toimub elusorganismide osalusel ja seisneb orgaanilise aine taastootmises anorgaanilisest ja selle orgaanilise aine lagunemisest toidu troofilise ahela kaudu anorgaaniliseks. Tootmis- ja hävitamisprotsesside intensiivsus bioloogilises tsüklis sõltub soojuse ja niiskuse hulgast. Näiteks orgaanilise aine madal lagunemiskiirus polaaraladel sõltub soojusdefitsiidist.

Bioloogilise tsükli intensiivsuse oluline näitaja on keemiliste elementide ringluse kiirus. Intensiivsust iseloomustab indeks, mis võrdub metsa allapanu massi ja allapanu massi suhtega. Mida kõrgem on indeks, seda madalam on tsükli intensiivsus.

Indeks okasmetsades - 10 - 17; laialehelised 3 - 4; savann mitte rohkem kui 0,2; niisked troopilised metsad mitte rohkem kui 0,1, s.o. siin on bioloogiline tsükkel kõige intensiivsem.

Elementide (lämmastik, fosfor, väävel) vool läbi mikroorganismide on suurusjärgu võrra suurem kui taimede ja loomade kaudu. Bioloogiline tsükkel ei ole täielikult pöörduv, see on tihedalt seotud biogeokeemilise tsükliga. Keemilised elemendid ringlevad biosfääris mööda erinevaid bioloogilise tsükli teid:

• - neeldub elusainest ja laetakse energiaga;
• - lahkuda elusainest, vabastades energiat väliskeskkonda.

Neid tsükleid on kahte tüüpi: gaasiliste ainete ringlus; settetsükkel (varu maapõues).

Tsüklid ise koosnevad kahest osast:

• - reservfond (see on aine osa, mis ei ole elusorganismidega seotud);
• - mobiilne (vahetus)fond (väiksem osa ainest, mis on seotud otsese vahetusega organismide ja nende lähikeskkonna vahel).

Tsüklid jagunevad:

• - gaasi tüüpi tsüklid maapõues oleva varufondiga (süsiniku, hapniku, lämmastiku tsüklid) - võimelised kiiresti isereguleeruma;
• - settetsüklid reservfondiga maapõues (fosfori, kaltsiumi, raua jm ringlused) - on inertsemad, aine põhiosa on elusorganismidele "kättesaamatus" vormis.

Tsükleid saab jagada ka järgmisteks osadeks:

• - suletud (gaasiliste ainete, näiteks hapniku, süsiniku ja lämmastiku ringlus - reserv atmosfääris ja ookeani hüdrosfääris, nii et puudus kompenseeritakse kiiresti);
• - avatud (maapõue reservfondi loomine, näiteks fosfor - seetõttu on kahjud halvasti kompenseeritud, st tekib defitsiit).

Bioloogiliste tsüklite Maal eksisteerimise energeetiline alus ja nende esialgne seos on fotosünteesi protsess. Iga uus ringlustsükkel ei ole eelmise täpne kordus. Näiteks biosfääri evolutsiooni ajal olid mõned protsessid pöördumatud, mille tulemuseks oli biogeensete sademete moodustumine ja kuhjumine, hapniku hulga suurenemine atmosfääris, mitmete isotoopide kvantitatiivsete suhete muutumine. elemendid jne.

Ainete ringlust nimetatakse tavaliselt biogeokeemilisteks tsükliteks. Peamised ainete biogeokeemilised (biosfääri) tsüklid: veeringe, hapnikuringe, lämmastikuringe (lämmastikku siduvate bakterite osalus), süsinikuringe (aeroobsete bakterite osalemine; aastas juhitakse geoloogilisesse keskkonda ca 130 tonni süsinikku). tsükkel), fosforitsükkel (mullabakterite osalemine; aastas uhutakse ookeanidest välja 14 miljonit tonni fosforit), väävlitsükkel, metallikatioonide tsükkel.

Vee ringkäik

Veering on suletud tsükkel, mida saab teostada, nagu eespool mainitud, isegi elu puudumisel, kuid elusorganismid muudavad seda.

Tsükkel põhineb põhimõttel, et täieliku aurustumise kompenseerib sademed. Planeedi kui terviku jaoks tasakaalustavad aurustumine ja sademed teineteist. Samal ajal aurustub ookeanist rohkem vett, kui sademetega tagasi tuleb. Maal seevastu sajab rohkem sademeid, kuid ülejääk voolab järvedesse ja jõgedesse ning sealt jälle ookeani. Niiskuse tasakaalu mandrite ja ookeanide vahel hoiab alal jõgede äravool.

Seega on globaalsel hüdroloogilisel tsüklil neli peamist voolu: sademed, aurumine, niiskuse ülekanne ja transpiratsioon.

Vesi - biosfääri kõige levinum aine - ei toimi mitte ainult paljude organismide elupaigana, vaid on ka kõigi elusolendite keha lahutamatu osa. Vaatamata vee tohutule tähtsusele kõigis biosfääris toimuvates eluprotsessides, ei mängi elusaine maakera suures veeringes otsustavat rolli. Selle tsükli liikumapanev jõud on päikeseenergia, mis kulub vee aurustamiseks veekogude või maismaa pinnalt. Aurustunud niiskus kondenseerub atmosfääris tuulest puhutud pilvedena; Pilvede jahtudes sajab sademeid.

Vaba sidumata vee koguhulk (ookeanide ja merede osakaal, kus on vedel soolane vesi) moodustab 86–98%. Ülejäänud vesi (magevesi) ladestub polaarmütsides ja liustikes ning moodustab veebasseinid ja selle põhjavee. Taimkattega maapinnale langenud sademed jäävad osaliselt lehepinnale ja aurustuvad seejärel atmosfääri. Pinnasesse jõudev niiskus võib liituda pinnase äravooluga või imenduda pinnasesse. Täielikult pinnasesse imendunud (see oleneb pinnase tüübist, kivimite ja taimkatte omadustest) võib liigne sete imbuda sügavale põhjavette. Kui sademete hulk ületab pinnase ülemiste kihtide niiskustaluvust, algab pindmine äravool, mille kiirus sõltub pinnase seisundist, nõlva järsust, sademete kestusest ja taimestiku iseloomust ( taimestik võib mulda kaitsta veeerosiooni eest). Pinnasesse kinni jäänud vesi võib selle pinnalt aurustuda või pärast taimejuurte poolt imendumist lehtede kaudu atmosfääri paiskuda (aurustuda).

Vee transpiratsioonivool (muld - taimejuured - lehed - atmosfäär) on vee peamine tee läbi elusaine selle suures ringluses meie planeedil.

Süsiniku tsükkel

Süsiniku omadustest ja omadustest sõltuvad kõik orgaanilised ained, biokeemilised protsessid ja eluvormid Maal. Enamiku elusorganismide süsinikusisaldus moodustab umbes 45% nende kuivast biomassist. Kogu planeedi elusaine osaleb orgaanilise aine ringkäigus ja kogu Maa süsinik, mis pidevalt tekib, muteerub, sureb, laguneb ja selles järjestuses kandub süsinik ühest orgaanilisest ainest teise ehitusse. toiduahel. Lisaks hingavad kõik elusolendid, vabastades süsihappegaasi.

Süsinikuring maal. Süsinikutsüklit säilitavad maismaa taimed ja ookeani fütoplankton fotosünteesi kaudu. Süsinikdioksiidi neelamisel (anorgaanilise süsiniku kinnistamisel) kasutavad taimed päikesevalguse energiat, et muuta see orgaanilisteks ühenditeks – luues ise oma biomassi. Öösel hingavad taimed, nagu kõik elusolendid, vabastades süsinikdioksiidi.

Surnud taimed, surnukehad ja loomade väljaheited on toiduks paljudele heterotroofsetele organismidele (loomad, saprofüüttaimed, seened, mikroorganismid). Kõik need organismid elavad peamiselt pinnases ja loovad eluprotsessis ise oma biomassi, mis sisaldab orgaanilist süsinikku. Samuti eraldavad nad süsihappegaasi, tekitades "mullahingamise". Sageli ei lagune surnud orgaaniline aine täielikult ja muldadesse koguneb huumus (huumus), millel on oluline roll mullaviljakuses. Orgaaniliste ainete mineraliseerumise ja humifitseerimise aste sõltub paljudest teguritest: niiskus, temperatuur, mulla füüsikalised omadused, orgaaniliste jääkide koostis jne. Bakterite ja seente toimel võib huumus laguneda süsihappegaasiks ja mineraalseteks ühenditeks.

Süsinikuring ookeanides. Süsinikuringe ookeanis erineb maismaa omast. Ookeanis on kõrgema troofilise tasemega organismide nõrk lüli ja seega kõik süsinikuringe lülid. Süsiniku transiidiaeg läbi ookeani troofilise lüli on lühike ja eralduva süsinikdioksiidi hulk on ebaoluline.

Ookean mängib atmosfääri süsinikdioksiidisisalduse peamise regulaatori rolli. Ookeani ja atmosfääri vahel toimub intensiivne süsinikdioksiidi vahetus. Ookeani vetel on suur lahustusvõime ja puhvervõime. Süsihappest ja selle sooladest (karbonaatidest) koosnev süsteem on omamoodi süsihappegaasi ladu, mis on CO difusiooni kaudu seotud atmosfääriga? veest atmosfääri ja vastupidi.

Päeval toimub ookeanis intensiivselt fütoplanktoni fotosüntees, samal ajal kui vaba süsihappegaasi tarbitakse intensiivselt, karbonaadid on selle tekke lisaallikaks. Öösel, kui loomade ja taimede hingamise tõttu suureneb vaba happe sisaldus, satub märkimisväärne osa sellest taas karbonaatide koostisesse. Käimasolevad protsessid kulgevad järgmistes suundades: elusaine? CO?? H?CO?? Sa(NSO?)?? CaCO?.

Looduses teatud kogus orgaanilist ainet ei mineraliseeru hapnikupuuduse, keskkonna kõrge happesuse, spetsiifiliste matmistingimuste jms tagajärjel. Osa süsinikust väljub bioloogilisest ringlusest anorgaaniliste (lubjakivi, kriit, korallid) ja orgaaniliste (põlevkivi, nafta, kivisüsi) ladestustena.

Inimtegevus muudab meie planeedi süsinikuringes olulisi muudatusi. Muutuvad maastikud, taimestikutüübid, biotsenoosid ja nende toiduahelad, suured maa-alad kuivendatakse või niisutatakse, mullaviljakus paraneb (või halveneb), kasutatakse väetisi ja pestitsiide jne. Kõige ohtlikum on süsinikdioksiidi eraldumine atmosfääri kütuse põlemise tagajärjel. See suurendab süsinikuringe kiirust ja lühendab selle tsüklit.

Hapniku tsükkel

Hapnik on Maal elu olemasolu eelduseks. See sisaldub peaaegu kõigis bioloogilistes ühendites, osaleb orgaaniliste ainete oksüdatsiooni biokeemilistes reaktsioonides, pakkudes energiat kõigi biosfääri organismide elutähtsate protsesside jaoks. Hapnik tagab loomade, taimede ja mikroorganismide hingamise atmosfääris, pinnases, vees, osaleb kivimites, pinnases, mudades, põhjaveekihtides toimuvates keemilistes oksüdatsioonireaktsioonides.

Hapnikutsükli peamised harud:

• - vaba hapniku moodustumine fotosünteesi käigus ja selle imendumine elusorganismide (taimed, loomad, mikroorganismid atmosfääris, pinnas, vees) hingamisel;
• - osooniekraani moodustamine;
• - redokstsoonide loomine;
• - vingugaasi oksüdeerumine vulkaanipursete ajal, sulfaatsete settekivimite kuhjumine, hapnikutarbimine inimtegevuses jne; kõikjal osaleb molekulaarne hapnik fotosünteesis.

lämmastiku tsükkel

Lämmastik on osa kõigi elusorganismide bioloogiliselt olulistest orgaanilistest ainetest: valgud, nukleiinhapped, lipoproteiinid, ensüümid, klorofüll jne. Vaatamata lämmastiku sisaldusele (79%) õhus on see elusorganismidele puudulik.

Biosfääris olev lämmastik on organismidele kättesaamatus gaasilises vormis (N2) – see on keemiliselt väheaktiivne, mistõttu kõrgemad taimed (ja enamik madalamaid taimi) ja loomamaailm seda otseselt kasutada ei saa. Taimed omastavad mullast lämmastikku ammooniumioonide või nitraadiioonide kujul, s.o. niinimetatud fikseeritud lämmastik.

Seal on atmosfääri-, tööstus- ja bioloogiline lämmastiku sidumine.

Atmosfääri fikseerimine toimub siis, kui atmosfäär ioniseeritakse kosmiliste kiirte toimel ja äikese ajal tugevate elektrilahenduste korral, samas kui õhu molekulaarsest lämmastikust tekivad lämmastik- ja ammoniaakoksiidid, mis atmosfääri sademete mõjul muutuvad ammooniumiks, nitritiks, nitraatlämmastikuks ja siseneda pinnasesse ja veekogudesse.

Tööstuslik fikseerimine toimub inimtegevuse tulemusena. Lämmastikuühendeid tootvad taimed saastavad atmosfääri lämmastikuühenditega. Soojuselektrijaamade, tehaste, kosmoselaevade ja ülehelikiirusega lennukite kuumaheitmed oksüdeerivad õhus leiduvat lämmastikku. Lämmastikoksiidid, interakteerudes õhuveeauruga koos sademetega, naasevad maapinnale, sisenevad ioonsel kujul pinnasesse.

Bioloogiline fikseerimine mängib lämmastikuringes suurt rolli. Seda viivad läbi mullabakterid:

• - lämmastikku siduvad bakterid (ja sinivetikad);
• - kõrgemate taimedega sümbioosis elavad mikroorganismid (mügarbakterid);
• - ammifitseeriv;
• - nitrifitseeriv;
• - denitrifitseeriv.

Mullas vabalt elavad lämmastikku siduvad aeroobsed (hapniku juuresolekul eksisteerivad) bakterid (Azotobacter) on tänu mulla orgaaniliste ainete oksüdeerumisel hingamise käigus saadud energiale võimelised siduma atmosfääri molekulaarset lämmastikku, sidudes selle lõpuks vesinikuga ja lisades selle aminorühma (-NH2) kujul teie keha aminohapete koostisse. Molekulaarne lämmastik on samuti võimeline fikseerima mõningaid pinnases leiduvaid anaeroobseid (hapniku puudumisel elavaid) baktereid (Clostridium). Surmades rikastavad nii need kui ka teised mikroorganismid mulda orgaanilise lämmastikuga.

Sinivetikad, mis on eriti olulised riisipõldude muldadele, on samuti võimelised molekulaarset lämmastikku bioloogiliselt siduma.

Kõige tõhusam õhulämmastiku bioloogiline fikseerimine toimub sümbioosis elavatel bakteritel liblikõieliste taimede sõlmedes (mügarbakterid).

Need bakterid (Rizobium) kasutavad peremeestaime energiat lämmastiku sidumiseks, varustades samal ajal peremeesorganismi maismaaorganeid saadaolevate lämmastikuühenditega.

Mullast omastatavad lämmastikuühendid nitraadi ja ammooniumi kujul, taimed ehitavad üles oma organismile vajalikud lämmastikku sisaldavad ühendid (taimerakkudes on nitraatlämmastik eelnevalt taastatud). Tootvad taimed varustavad lämmastikaineid kogu loomamaailma ja inimkonda. Surnud taimi kasutavad vastavalt troofilisele ahelale bioredutseerijad.

Ammoniseerivad mikroorganismid lagundavad lämmastikku sisaldavad orgaanilised ained (aminohapped, uurea) ammoniaagi moodustumisega. Osa mullas leiduvast orgaanilisest lämmastikust ei mineraliseeru, vaid muundatakse humiinaineteks, bituumeniks ja settekivimite komponentideks.

Ammoniaak (ammooniumiioonina) võib siseneda taimede juurtesüsteemi või seda saab kasutada nitrifikatsiooniprotsessides.

Nitrifitseerivad mikroorganismid on kemosünteetikumid, nad kasutavad kõigi eluprotsesside tagamiseks ammoniaagi oksüdeerumise energiat nitraatideks ja nitritite nitraatideks. Tänu sellele energiale taastavad nitrifikaatorid süsihappegaasi ja ehitavad üles oma keha orgaanilisi aineid. Ammoniaagi oksüdeerimine nitrifikatsiooni ajal toimub järgmiste reaktsioonide kohaselt:

NH? + 3O? ? 2HNO? + 2H2O + 600 kJ (148 kcal).

HNO? +O? ? 2HNO? + 198 kJ (48 kcal).

Nitraadid, mis moodustuvad nitrifikatsiooniprotsessis, sisenevad taas bioloogilisse tsüklisse, imenduvad mullast taimede juurte kaudu või pärast vee äravooluga sattumist veekogudesse - fütoplanktoni ja fütobentosesse.

Koos atmosfäärilämmastikku siduvate ja seda nitrifitseerivate organismidega leidub biosfääris mikroorganisme, mis suudavad redutseerida nitraadid või nitritid molekulaarseks lämmastikuks. Sellised mikroorganismid, mida nimetatakse denitrifikaatoriteks ja millel on vees või pinnases vaba hapnikupuudus, kasutavad orgaaniliste ainete oksüdeerimiseks nitraatide hapnikku:

C?H?O? (glükoos) + 24KNO? ? 24KHCO? + 6CO? + 12N? + 18H?O + energia

Samal ajal vabanev energia on kogu denitrifitseerivate mikroorganismide elulise tegevuse aluseks.

Seega mängivad elusained erakordset rolli tsükli kõigis lülides.

Praegu on õhulämmastiku tööstuslikul sidumisel inimeste poolt üha olulisem roll muldade lämmastiku tasakaalus ja sellest tulenevalt kogu biosfääri lämmastikuringes.

Fosfori tsükkel

Fosfori tsükkel on lihtsam. Kui lämmastiku reservuaariks on õhk, siis fosfori reservuaariks on kivimid, millest see erosiooni käigus eraldub.

Süsinik, hapnik, vesinik ja lämmastik migreeruvad atmosfääris kergemini ja kiiremini, kuna on gaasilisel kujul, moodustades bioloogilistes tsüklites gaasilisi ühendeid. Kõigile teistele elusaine eksisteerimiseks vajalikele elementidele, välja arvatud väävel, on gaasiliste ühendite teke bioloogilistes tsüklites ebaloomulik. Need elemendid rändavad peamiselt vees lahustunud ioonide ja molekulide kujul.

Taimede poolt ortofosforhappeioonide kujul assimileeritav fosfor mängib olulist rolli kõigi elusorganismide elus. See on osa ADP-st, ATP-st, DNA-st, RNA-st ja muudest ühenditest.

Fosfori tsükkel biosfääris on avatud. Maapealsete biogeotsenooside korral satub fosfor pärast taimede imendumist mullast toiduahela kaudu uuesti mulda fosfaatidena. Põhilise fosforikoguse neelab jällegi taimede juurestik. Osaliselt võib fosfor vihmavee äravooluga mullast välja uhtuda veekogudesse.

Looduslikes biogeotsenoosides esineb sageli fosfori puudus, aluselises ja oksüdeerunud keskkonnas leidub seda tavaliselt lahustumatute ühendite kujul.

Suur hulk fosfaate sisaldab litosfääri kivimeid. Osa neist läheb järk-järgult pinnasesse, osa on inimene välja töötanud fosforväetiste tootmiseks, suurem osa neist leostub ja uhutakse hüdrosfääri. Seal kasutavad neid fütoplankton ja sellega seotud organismid keeruliste toiduahelate erinevatel troofilistel tasanditel.

Maailmameres toimub fosfaatide kadu bioloogilisest tsüklist taimede ja loomade jäänuste sadestumise tõttu suurtesse sügavustesse. Kuna fosfor liigub koos veega peamiselt litosfäärist hüdrosfääri, siis rändab see litosfääri bioloogiliselt (sööb merelindude poolt kala, kasutades väetisena põhjavetikaid ja kalajahu jne).

Kõigist taimede mineraalse toitumise elementidest võib fosforit pidada puudulikuks.

Väävli tsükkel

Elusorganismide jaoks on väävel suur tähtsus, kuna see on osa väävlit sisaldavatest aminohapetest (tsüstiin, tsüsteiin, metioniin jne). Olles valkude koostises, säilitavad väävlit sisaldavad aminohapped valgumolekulide vajaliku kolmemõõtmelise struktuuri.

Taimed omastavad väävlit mullast ainult oksüdeeritud kujul, ioonina. Taimedes redutseeritakse väävel ja see on osa aminohapetest sulfhüdrüül- (-SH) ja disulfiidrühmade (-S-S-) kujul.

Loomad omastavad ainult redutseeritud väävlit, mis on osa orgaanilisest ainest. Pärast taimsete ja loomsete organismide hukkumist naaseb väävel pinnasesse, kus see toimub paljude mikroorganismide vormide elutegevuse tulemusena transformatsioone.

Aeroobsetes tingimustes oksüdeerivad mõned mikroorganismid orgaanilise väävli sulfaatideks. Sulfaadiioonid, mis neelavad taimede juured, on taas kaasatud bioloogilisse tsüklisse. Mõningaid sulfaate saab kaasata vee migratsiooni ja eemaldada pinnasest. Huumusaineterikastes muldades leidub orgaanilistes ühendites märkimisväärne kogus väävlit, mis takistab selle leostumist.

Anaeroobsetes tingimustes tekib orgaaniliste väävliühendite lagunemisel vesiniksulfiid. Kui sulfaadid ja orgaanilised ained on hapnikuvabas keskkonnas, siis aktiveerub sulfaate redutseerivate bakterite tegevus. Nad kasutavad sulfaatide hapnikku orgaanilise aine oksüdeerimiseks ja seeläbi oma eksisteerimiseks vajaliku energia saamiseks.

Sulfaate redutseerivad bakterid on levinud põhjavees, mudas ja seisvas merevees. Vesiniksulfiid on mürk enamikule elusorganismidele, mistõttu see koguneb veega täidetud pinnasesse, järvedesse, jõesuudmetesse jne. vähendab oluliselt või isegi peatab täielikult elutähtsaid protsesse. Sellist nähtust täheldatakse Mustas meres selle pinnast alla 200 m sügavusel.

Seega on soodsa keskkonna loomiseks vaja vesiniksulfiid oksüdeerida sulfaadioonideks, mis hävitab vesiniksulfiidi kahjuliku toime, väävel muutub taimedele ligipääsetavaks vormiks - sulfaatsoolade kujul. Seda rolli täidavad looduses spetsiaalne väävlibakterite rühm (värvitu, roheline, lilla) ja tioonbakterid.

Värvusetud väävlibakterid on kemosünteetilised: nad kasutavad energiat, mis saadakse vesiniksulfiidi oksüdeerimisel hapnikuga elementaarseks väävliks ja selle edasisel oksüdeerimisel sulfaatideks.

Värvilised väävlibakterid on fotosünteesivad organismid, mis kasutavad vesiniksulfiidi vesiniku doonorina süsinikdioksiidi vähendamiseks.

Tekkiv elementaarne väävel rohelistes väävlibakterites vabaneb rakkudest, lillades bakterites koguneb see rakkude sisse.

Selle protsessi üldine reaktsioon on fotoreduktsioon:

CO?+ 2H?S valgus? (CH2O) + H20 +2S.

Tioonbakterid oksüdeerivad elementaarse väävli ja selle erinevad redutseeritud ühendid vaba hapniku arvelt sulfaatideks, viies selle tagasi bioloogilise tsükli peavoolu.

Bioloogilise tsükli protsessides, kus väävel muundub, mängivad elusorganismid, eriti mikroorganismid, tohutut rolli.

Meie planeedi peamine väävli reservuaar on Maailma ookean, kuna sulfaatioonid sisenevad sinna pidevalt pinnasest. Osa ookeani väävlist naaseb skeemi järgi atmosfääri kaudu maale väävelvesinik - oksüdeerides vääveldioksiidiks - lahustades viimase vihmavees koos väävelhappe ja sulfaatide moodustumisega - väävli tagastamine koos sademetega maapinna pinnasesse. Maa.

Anorgaaniliste katioonide tsükkel

Lisaks elusorganisme moodustavatele põhielementidele (süsinik, hapnik, vesinik, fosfor ja väävel) on elutähtsad ka paljud teised makro- ja mikroelemendid – anorgaanilised katioonid. Veekogudes saavad taimed vajalikud metallikatioonid otse keskkonnast. Maal on anorgaaniliste katioonide peamiseks allikaks pinnas, mis sai neid algkivimite hävitamise käigus. Taimedel liiguvad juurestiku poolt imendunud katioonid lehtedele ja muudele organitele; mõned neist (magneesium, raud, vask ja mitmed teised) on osa bioloogiliselt olulistest molekulidest (klorofüll, ensüümid); teised, jäädes vabasse vormi, osalevad rakkude protoplasma vajalike kolloidsete omaduste säilitamises ja täidavad mitmesuguseid muid funktsioone.

Kui elusorganismid surevad, naasevad anorgaanilised katioonid orgaaniliste ainete mineraliseerumise käigus mulda. Nende komponentide kadu mullast toimub metallikatioonide leostumise ja vihmaveega eemaldamise, orgaanilise aine tagasilükkamise ja eemaldamise tagajärjel inimeste poolt põllumajandustaimede kasvatamisel, metsaraie, loomasöödaks rohu niitmisel jne.

Mineraalväetiste ratsionaalne kasutamine, pinnase taastamine, orgaaniliste väetiste kasutamine, õige põllumajandustehnoloogia aitavad taastada ja säilitada anorgaaniliste katioonide tasakaalu biosfääri biotsenoosides.

Antropogeenne tsükkel: ksenobiootikumide (elavhõbe, plii, kroom) tsükkel

Inimkond on osa loodusest ja saab eksisteerida vaid pidevas suhtluses sellega.

Biosfääris toimuva aine ja energia loomuliku ja inimtekkelise ringluse vahel on sarnasusi ja vastuolusid.

Looduslikul (biogeokeemilisel) elutsüklil on järgmised omadused:

• - päikeseenergia kasutamine eluallikana ja kõik selle ilmingud, mis põhinevad termodünaamilistel seadustel;
• – see viiakse läbi ilma jäätmeteta, s.o. kõik tema elutähtsa tegevuse saadused mineraliseeritakse ja lülitatakse uuesti ainete ringluse järgmisse tsüklisse. Samal ajal eemaldatakse kulutatud, devalveerunud soojusenergia väljaspool biosfääri. Ainete biogeokeemilise tsükli käigus tekivad jäätmed, s.o. varud kivisöe, nafta, gaasi ja muude maavarade kujul. Erinevalt jäätmevabast looduslikust tsüklist kaasneb inimtekkelise tsükliga igal aastal jäätmete kasv.

Looduses pole midagi kasutut ega kahjulikku, isegi vulkaanipursetest on kasu, sest vajalikud elemendid (näiteks lämmastik) satuvad koos vulkaaniliste gaasidega õhku.

Kehtib biosfääri biogeokeemilise tsirkulatsiooni globaalse sulgumise seadus, mis toimib selle kõigis arenguetappides, samuti reegel biogeokeemilise tsirkulatsiooni sulgumise suurendamiseks suktsessiooni käigus.

Inimestel on biogeokeemilises tsüklis tohutu roll, kuid vastupidises suunas. Inimene rikub olemasolevaid ainete tsükleid ja see avaldab tema geoloogilist jõudu - biosfääri suhtes hävitavat. Antropogeense tegevuse tulemusena väheneb biogeokeemiliste tsüklite eraldatuse aste.

Antropogeenne tsükkel ei piirdu planeedi roheliste taimede hõivatud päikesevalguse energiaga. Inimkond kasutab kütuse-, hüdro- ja tuumaelektrijaamade energiat.

Võib väita, et inimtekkeline tegevus on praegusel etapil biosfääri tohutult hävitav jõud.

Biosfääril on eriline omadus – märkimisväärne vastupidavus saasteainetele. See jätkusuutlikkus põhineb looduskeskkonna erinevate komponentide loomulikul isepuhastumis- ja paranemisvõimel. Kuid mitte piiramatult. Võimalik ülemaailmne kriis tingis vajaduse koostada biosfääri kui terviku matemaatiline mudel ("Gaia" süsteem), et saada teavet biosfääri võimaliku seisundi kohta.

Ksenobiootikum on inimtekkelise tegevuse (pestitsiidid, kodukeemia jm saasteained) tulemusena tekkiv elusorganismidele võõras aine, mis võib põhjustada biootiliste protsesside häireid, sh. haigus või surm. Sellised saasteained ei lagune biolagunevalt, vaid kogunevad troofilistesse ahelatesse.

Elavhõbe on väga haruldane element. See on maapõues hajutatud ja kontsentreeritud kujul sisaldub ainult mõnes mineraalis, näiteks kinaveris. Elavhõbe osaleb aineringes biosfääris, migreerub gaasilises olekus ja vesilahustes.

See satub atmosfääri hüdrosfäärist aurustumisel, vabanemisel kinaverist koos vulkaaniliste gaaside ja termiliste allikate gaasidega. Osa atmosfääris leiduvast gaasilisest elavhõbedast läheb tahkesse faasi ja eemaldatakse õhust. Kukkunud elavhõbeda neelavad pinnas, eriti savi, vesi ja kivid. Põlevates mineraalides – naftas ja kivisöes – sisaldab elavhõbedat kuni 1 mg/kg. Ookeanide veemassis on ligikaudu 1,6 miljardit tonni, põhjasetetes 500 miljardit tonni ja planktonis 2 miljonit tonni. Jõeveed viivad igal aastal maismaalt välja umbes 40 tuhat tonni, mis on 10 korda vähem kui aurustumisel atmosfääri satub (400 tuhat tonni). Aastas langeb maapinnale umbes 100 tuhat tonni.

Elavhõbe on muutunud looduskeskkonna looduslikust komponendist üheks kõige ohtlikumaks inimtegevusest põhjustatud heitgaasiks biosfääri inimeste tervisele. Seda kasutatakse laialdaselt metallurgias, keemia-, elektri-, elektroonika-, tselluloosi- ja paberitööstuses ning farmaatsiatööstuses ning seda kasutatakse lõhkeainete, lakkide ja värvide tootmiseks, samuti meditsiinis. Tööstuslikud heitveed ja atmosfääriheitmed koos elavhõbedakaevanduste, elavhõbeda tootmisjaamade ja kivisütt, naftat ja naftasaadusi kasutavate soojuselektrijaamade (koostootmis- ja katlamajad) on peamised biosfääri saasteallikad selle mürgise komponendiga. Lisaks on elavhõbe koostisosa elavhõbedaorgaanilistes pestitsiidides, mida kasutatakse põllumajanduses seemnete töötlemiseks ja põllukultuuride kaitsmiseks kahjurite eest. See siseneb inimkehasse koos toiduga (munad, marineeritud teravili, looma- ja linnuliha, piim, kala).

Elavhõbe vees ja jõgede põhjasetetes

On kindlaks tehtud, et ligikaudu 80% looduslikesse veekogudesse sisenevast elavhõbedast on lahustunud kujul, mis lõppkokkuvõttes aitab kaasa selle levikule pikkadele vahemaadele koos veevooludega. Puhas element on mittetoksiline.

Elavhõbedat leidub põhjamudavees sagedamini suhteliselt kahjututes kontsentratsioonides. Anorgaanilised elavhõbedaühendid muundatakse mürgisteks orgaanilisteks elavhõbedaühenditeks, nagu metüülelavhõbe CH?Hg ja etüülelavhõbe C?H?Hg, prügis ja setetes, järvede ja jõgede põhjamudas elavate bakterite toimel, mis katab veekogude kehasid katvas limas. kalades ja ka kalade mao limas. Need ühendid on kergesti lahustuvad, liikuvad ja väga mürgised. Elavhõbeda agressiivse toime keemiline alus on selle afiinsus väävli suhtes, eriti valkude vesiniksulfiidi rühmaga. Need molekulid seostuvad kromosoomide ja ajurakkudega. Kalad ja karbid võivad neid söövale inimesele koguneda ohtlikule tasemele, põhjustades Minamata haigust.

Metalliline elavhõbe ja selle anorgaanilised ühendid toimivad peamiselt maksas, neerudes ja sooltes, kuid tavatingimustes erituvad need organismist suhteliselt kiiresti ning inimorganismile ohtlik kogus ei jõua koguneda. Metüülelavhõbe ja teised alküülelavhõbeda ühendid on palju ohtlikumad, sest toimub kumulatsioon – toksiin siseneb kehasse kiiremini kui organismist väljub, toimides kesknärvisüsteemile.

Põhjasetted on veeökosüsteemide oluline tunnus. Akumuleerides raskemetalle, radionukliide ja väga mürgiseid orgaanilisi aineid, aitavad põhjasetted ühelt poolt kaasa veekeskkonna isepuhastumisele, teisalt on aga pidevaks veekogude sekundaarse reostuse allikaks. Põhjasetted on paljulubav analüüsiobjekt, mis peegeldab pikaajalist saastemustrit (eriti aeglase vooluga veekogudes). Veelgi enam, anorgaanilise elavhõbeda akumuleerumine põhjasetetesse on täheldatud eriti jõesuudmetes. Pingeline olukord võib tekkida setete (muda, sademete) adsorptsioonivõime ammendumisel. Adsorptsioonivõime saavutamisel hakkavad raskmetallid, sh. elavhõbe satub vette.

On teada, et merelistes anaeroobsetes tingimustes seob elavhõbe surnud vetikate setetes vesinikku ja läheb lenduvateks ühenditeks.

Mikroorganismide osalusel saab metallilist elavhõbedat metüülida kahes etapis:

CH?Hg+ ? (CH?)?Hg

Metüülelavhõbe ilmub keskkonda praktiliselt ainult anorgaanilise elavhõbeda metüülimise käigus.

Elavhõbeda bioloogiline poolestusaeg on pikk, enamiku inimkeha kudede puhul on see 70-80 päeva.

Teadaolevalt on suured kalad, nagu mõõkkala ja tuunikala, toiduahela alguses elavhõbedaga saastunud. Samas ei tasu ilma huvita märkida, et austrites koguneb (kuhjub) elavhõbe isegi suuremal määral kui kalades.

Elavhõbe siseneb inimkehasse hingamise, toiduga ja naha kaudu vastavalt järgmisele skeemile:

Esiteks toimub elavhõbeda muundumine. See element esineb looduslikult mitmel kujul.

Termomeetrites kasutatav metalliline elavhõbe ja selle anorgaanilised soolad (nt kloriid) erituvad organismist suhteliselt kiiresti.

Palju mürgisemad on alküülelavhõbedaühendid, eriti metüül- ja etüülelavhõbe. Need ühendid erituvad organismist väga aeglaselt – vaid umbes 1% päevasest kogukogusest. Kuigi suurem osa looduslikesse vetesse sattuvast elavhõbedast leidub anorgaaniliste ühendite kujul, jõuab see kaladesse alati palju mürgisema metüülelavhõbeda kujul. Järvede ja jõgede põhjamudas, kalakehasid katvas limas, aga ka kalamao limas leiduvad bakterid suudavad anorgaanilisi elavhõbedaühendeid muuta metüülelavhõbedaks.

Teiseks tõstab selektiivne akumuleerumine ehk bioloogiline akumuleerumine (kontsentratsioon) elavhõbeda taseme kalades ja karpides kordades kõrgemale kui lahevees. Jões elavad kalad ja karbid koguvad metüülelavhõbedat kontsentratsioonini, mis on ohtlik neid toiduks kasutavatele inimestele.

% maailma kalapüügist sisaldab elavhõbedat mitte üle 0,5 mg/kg ja 95% alla 0,3 mg/kg. Peaaegu kogu kalades sisalduv elavhõbe on metüülelavhõbeda kujul.

Arvestades toiduainetes sisalduvate elavhõbedaühendite erinevat toksilisust inimesele, on vaja määrata anorgaaniline (summaarne) ja orgaaniliselt seotud elavhõbe. Määrame ainult elavhõbeda kogusisalduse. Vastavalt meditsiinilistele ja bioloogilistele nõuetele on elavhõbeda sisaldus magevee röövkaladel 0,6 mg/kg, merekaladel - 0,4 mg/kg, magevee mitteröövkaladel vaid 0,3 mg/kg ja tuunikaladel kuni 0,7 mg/kg. /kg kg. Imikutoitudes ei tohiks elavhõbedasisaldus ületada 0,02 mg/kg lihakonservides, 0,15 mg/kg kalakonservides ja ülejäänutes 0,01 mg/kg.

Pliid leidub peaaegu kõigis looduskeskkonna komponentides. See sisaldab maakoores 0,0016%. Plii loomulik tase atmosfääris on 0,0005 mg/m3. Suurem osa sellest ladestub tolmuga, umbes 40% langeb atmosfääri sademetega. Taimed saavad pliid pinnasest, veest ja atmosfääri sademetest, loomad aga taimedest ja veest. Metall satub inimkehasse koos toidu, vee ja tolmuga.

Biosfääri pliireostuse peamised allikad on bensiinimootorid, mille heitgaasid sisaldavad trietüülpliid, kivisütt põletavad soojuselektrijaamad, kaevandus-, metallurgia- ja keemiatööstus. Märkimisväärne kogus pliid viiakse pinnasesse koos väetisena kasutatava reoveega. Tšernobõli tuumajaama põleva reaktori kustutamiseks kasutati ka pliid, mis sattus õhubasseini ja hajus suurtele aladele. Plii keskkonnasaaste suurenemisega suureneb selle ladestumine luudesse, juustesse ja maksa.

Kroom. Kõige ohtlikum on mürgine kroom (6+), mis mobiliseerub happelises ja aluselises pinnases, mage- ja merevees. Merevees on kroomi 10–20% esindatud Cr (3+) vormiga, 25–40% Cr (6+) ja 45–65% orgaanilise vormiga. pH vahemikus 5 - 7 on ülekaalus Cr (3+) ja pH > 7 juures - Cr (6+). On teada, et Cr (6+) ja orgaanilised kroomiühendid ei sadestu merevees koos raudhüdroksiidiga.

Looduslikud ainete tsüklid on praktiliselt suletud. Looduslikes ökosüsteemides kulutatakse ainet ja energiat säästlikult ning mõnede organismide raiskamine on teiste olemasolu oluline tingimus. Ainete inimtekkelise tsükliga kaasneb tohutu loodusvarade tarbimine ja suur hulk jäätmeid, mis põhjustavad keskkonnareostust. Ka kõige arenenumate puhastusrajatiste loomine ei lahenda probleemi, mistõttu on vaja välja töötada jäätmevaesed ja jäätmevabad tehnoloogiad, mis võimaldavad inimtegevuse tsükli võimalikult suletuks muuta. Teoreetiliselt on võimalik luua jäätmevaba tehnoloogia, kuid jäätmevaesed tehnoloogiad on reaalsed.

Kohanemine loodusnähtustega

Kohanemised on mitmesugused kohanemised keskkonnaga, mille organismid (lihtsaimast kõrgeimani) arendavad evolutsiooni käigus. Kohanemisvõime on elavate inimeste üks peamisi omadusi, mis annab võimaluse nende olemasoluks.

Peamised kohanemisprotsessi arendavad tegurid on: pärilikkus, varieeruvus, loomulik (ja kunstlik) valik.

Tolerantsus võib muutuda, kui keha satub muudesse välistingimustesse. Sellistesse tingimustesse sattudes harjub ta mõne aja pärast sellega justkui kohaneb (lat. kohanemine - kohanema). Selle tagajärjeks on füsioloogilise optimumi sätete muutumine.

Organismide omadust kohaneda eksisteerimisega teatud keskkonnategurite vahemikus nimetatakse ökoloogiliseks plastilisuseks.

Mida laiem on ökoloogilise teguri ulatus, milles antud organism võib elada, seda suurem on selle ökoloogiline plastilisus. Plastilisuse astme järgi eristatakse kahte tüüpi organisme: stenobiont (stenoeks) ja eurybiont (euryeks). Seega on stenobiontid ökoloogiliselt mitteplastsed (näiteks lest elab ainult soolases vees ja ristikarp ainult magevees), s.o. lühikindlad ning eurybiontid on ökoloogiliselt plastilised, st. on vastupidavamad (näiteks kolmeotsalane võib elada nii magedas kui ka soolases vees).

Kohanemised on mitmemõõtmelised, kuna organism peab korraga vastama paljudele erinevatele keskkonnateguritele.

Organismide keskkonnatingimustega kohanemiseks on kolm peamist viisi: aktiivne; passiivne; kahjulike mõjude vältimine.

Aktiivne kohanemise tee on vastupanuvõime tugevdamine, regulatoorsete protsesside arendamine, mis võimaldavad täita kõiki keha elutähtsaid funktsioone, hoolimata teguri kõrvalekaldumisest optimaalsest. Näiteks soojaverelised loomad hoiavad püsivat kehatemperatuuri – optimaalset selles toimuvate biokeemiliste protsesside jaoks.

Kohanemise passiivne tee on organismide elutähtsate funktsioonide allutamine keskkonnategurite muutustele. Näiteks lähevad paljud organismid ebasoodsates keskkonnatingimustes anabioosi (varjatud elu) seisundisse, mille korral ainevahetus organismis praktiliselt seiskub (talvine puhkeperiood, putukate uimasus, talveunne, eosed püsivad pinnases eostena ja seemned).

Ebasoodsate mõjude vältimine – kohanemiste, organismide käitumise arendamine (kohanemine), mis aitavad vältida ebasoodsaid tingimusi. Sel juhul võivad kohandused olla: morfoloogilised (keha struktuur muutub: kaktuse lehtede muutumine), füsioloogilised (kaamel varustab end niiskusega rasvavarude oksüdeerumise tõttu), etoloogilised (muutused käitumises: hooajalised lindude rände, talvine talveunne).

Elusorganismid on hästi kohanenud perioodiliste teguritega. Mitteperioodilised tegurid võivad põhjustada haigusi ja isegi organismi surma (näiteks ravimid, pestitsiidid). Kuid pikaajalise kokkupuute korral võib ka nendega kohaneda.

Organismid, mis on kohanenud igapäevaste, hooajaliste, loodete rütmide, päikese aktiivsuse rütmide, kuufaaside ja muude rangelt perioodiliste nähtustega. Seega eristatakse hooajalist kohanemist kui looduse hooajalisust ja talvise puhkeseisundit.

Hooajalisus looduses. Taimede ja loomade juhtiv väärtus organismide kohanemisel on aastane temperatuurimuutus. Eluks soodne periood meie riigile keskmiselt kestab umbes kuus kuud (kevad, suvi). Juba enne stabiilsete külmade saabumist algab looduses talvine puhkeperiood.

Talvine puhkeaeg. Talvine puhkeperiood ei ole pelgalt madalate temperatuuride tagajärjel tekkiv arengu seiskumine, vaid kompleksne füsioloogiline kohanemine, mis toimub ainult teatud arengufaasis. Näiteks malaariasääsk ja nõgesliblikas talvituvad täiskasvanud putukate staadiumis, kapsaliblikas nukujärgus ja mustlasliblikas munajärgus.

Biorütmid. Igal evolutsiooniprotsessis oleval liigil on välja kujunenud iseloomulik aastane intensiivse kasvu ja arengu, paljunemise, talveks valmistumise ja talvitumise tsükkel. Seda nähtust nimetatakse bioloogiliseks rütmiks. Elutsükli iga perioodi kokkulangevus vastava aastaajaga on liigi olemasolu seisukohalt ülioluline.

Enamiku taimede ja loomade hooajaliste tsüklite reguleerimise peamine tegur on päeva pikkuse muutumine.

Biorütmid on:

eksogeensed (välised) rütmid (tekivad reaktsioonina perioodilistele muutustele keskkonnas (päeva ja öö, aastaajad, päikese aktiivsus) endogeensed (sisemised rütmid) genereerib keha ise

Endogeensed jagunevad omakorda:

Füsioloogilised rütmid (südamelöögid, hingamine, sisesekretsiooninäärmed, DNA, RNA, valgusüntees, ensüümid, rakkude jagunemine jne)

Ökoloogilised rütmid (päevased, aastased, loodete, kuu jne)

DNA, RNA, valgusünteesi, rakkude jagunemise, südamelöögi, hingamise jne protsessidel on rütm. Välised mõjud võivad nihutada nende rütmide faase ja muuta nende amplituudi.

Füsioloogilised rütmid varieeruvad olenevalt keha seisundist, samas kui keskkonnarütmid on stabiilsemad ja vastavad välistele rütmidele. Endogeensete rütmide abil saab keha ajas navigeerida ja ette valmistuda eelseisvateks muutusteks keskkonnas – see on keha bioloogiline kell. Paljudele elusorganismidele on iseloomulik ööpäevane ja tsirkaaniline rütm.

Ööpäevarütmid (tsirkadiaanid) - bioloogiliste protsesside ja nähtuste korduv intensiivsus ja olemus perioodiga 20 kuni 28 tundi. Tsirkadiaanrütmid on seotud loomade ja taimede päevase aktiivsusega ning reeglina sõltuvad temperatuurist ja valguse intensiivsusest. Näiteks nahkhiired lendavad õhtuhämaruses ja puhkavad päeval, paljud planktoni organismid jäävad ööseks veepinnale ja laskuvad päeval sügavusse.

Hooajalised bioloogilised rütmid on seotud valguse mõjuga – fotoperioodiga. Organismide reaktsiooni päeva pikkusele nimetatakse fotoperiodismiks. Fotoperiodism on levinud oluline kohanemine, mis reguleerib hooajalisi nähtusi paljudes organismides. Taimede ja loomade fotoperiodismi uurimine näitas, et organismide reaktsioon valgusele põhineb teatud kestusega valguse ja pimeduse perioodide vaheldumisel päeva jooksul. Organismide (ainuraksest inimeseni) reaktsioon päeva ja öö pikkusele näitab, et nad on võimelised mõõtma aega, s.o. on mingi bioloogiline kell. Bioloogiline kell juhib lisaks hooajalistele tsüklitele ka paljusid teisi bioloogilisi nähtusi, määrab õige päevarütmi nii tervete organismide tegevusele kui ka rakkude tasandil toimuvatele protsessidele, eelkõige rakkude jagunemisele.

Kõigi elusolendite, viirustest ja mikroorganismidest kõrgemate taimede ja loomadeni, universaalne omadus on võime anda mutatsioone – äkilisi, loomulikke ja kunstlikult põhjustatud pärilikke muutusi geneetilises materjalis, mis viib organismi teatud tunnuste muutumiseni. Mutatsiooniline muutlikkus ei vasta keskkonnatingimustele ja reeglina häirib olemasolevaid kohanemisi.

Paljud putukad langevad teatud arengufaasis diapausi (pikk arenguseisak), mida ei tohiks segi ajada ebasoodsates tingimustes puhkeolekuga. Paljude mereloomade paljunemist mõjutavad kuu rütmid.

Tsirkaanilised (peaaegu aastased) rütmid on korduvad muutused bioloogiliste protsesside ja nähtuste intensiivsuses ja olemuses 10-13 kuu jooksul.

Inimese füüsilisel ja psühholoogilisel seisundil on ka rütmiline iseloom.

Häiritud töö- ja puhkerütm vähendab efektiivsust ja avaldab kahjulikku mõju inimese tervisele. Inimese seisund äärmuslikes tingimustes sõltub tema valmisolekust nendeks tingimusteks, kuna kohanemiseks ja taastumiseks pole praktiliselt aega.