إن الدوران البيوجيوكيميائي للمواد في المحيط الحيوي هو أهم عملية طبيعية للتبادل المستمر للعناصر المختلفة بين البيئة غير الحية والكائنات الحية (حيوانات ، نباتات ، إلخ) ، كل شيء يعتمد على خصائصها الأساسية. أهمها القدرة على التمثيل الغذائي والتكاثر ونقل الخصائص الوراثية.
دورة النيتروجين البيوجيوكيميائية
كل عنصر له معناه الخاص. يلعب النيتروجين دورًا مهمًا في تكوين المركبات العضوية المختلفة. على الرغم من ارتفاع نسبة النيتروجين في الغلاف الجوي ، إلا أنه غير متوفر للنباتات والحيوانات. هناك أسباب لذلك. بقوة ، من المفيد أكثر للنباتات استخدام النيتروجين المعدني ، وللحيوانات - كجزء من المركبات العضوية.
يرتبط النيتروجين الجزيئي من الغلاف الجوي بالكائنات الدقيقة المثبتة للنيتروجين ويساهم في تراكمه في التربة على شكل أمونيا. يستخدم البعض الآخر النيتروجين من الكائنات الحية الميتة. كما أنها تساهم في تراكم الأمونيا. يتحول إلى نترات تستخدم بنشاط من قبل النباتات. هذه ، بشكل عام ، هي ميزات البيوجيوكيميائيةدورة النيتروجين. ضع في اعتبارك أيضًا عملية التمثيل الغذائي للمواد الطبيعية الأخرى.
ملامح الدورة البيوجيوكيميائية للكربون والكبريت والفوسفور
هذه العناصر الكيميائية ضرورية لكل كائن حي. ومع ذلك ، فإن احتياجاتهم الحيوية لا تنتهي عند هذا الحد. لذلك ، تدخل المغذيات الكبيرة المقدار في دورة بيولوجية صغيرة (الحاجة إلى الكائنات الحية كبيرة جدًا): البوتاسيوم والمغنيسيوم والصوديوم ؛ وكذلك العناصر النزرة: البورون ، والمنغنيز ، والكلور ، إلخ.
يدخلون النباتات من التربة ، على الرغم من هطول الأمطار في كثير من الأحيان. كجزء من الكتلة النباتية ، يستهلك المستهلكون العاشبون الكربون والكبريت والفوسفور وبالتالي يدخلون في سلاسل التغذية. ومع ذلك ، فإن بعض الحيوانات تفي بالحاجة إلى تجاوز هذه العناصر للنباتات. تزور ذوات الحوافر رواسب الملح ، أو تقضم التربة ، أو تأكل فضلات العظام القديمة. تمتص الحيوانات البحرية الملح مباشرة من الماء. في عملية تمعدن البقايا الميتة ، تعيد الكائنات الحية الدقيقة العناصر الكيميائية إلى التربة والماء. وهكذا فإن أنشطتهم تساهم في إثراء البيئة بالمغذيات.
توازن النظام البيئي
في دورة كيميائية حيوية صغيرة في المحيط الحيوي ، هناك ظرف مهم هو اكتمالها. في النظام البيئي ، تكون مدخلات ومخرجات العناصر متوازنة ، بينما تنشأ الصعوبات بشكل أساسي مع العناصر المحجوزة في التربة.
توازن تدفق المادة والطاقة يحدد استقرار النظام البيئي - توازنه. يستخدم المحيط الحيوي مصادر الطاقة الخارجية ، والتييضمن نظامها وهيكلها المعقد نوعًا ما. يتم تحويل الطاقة الضوئية المبعثرة بواسطة النباتات إلى حالة مركزة من طاقة الرابطة الكيميائية.
في نفس الوقت ، لا يؤدي كل من إزالة الطاقة من البيئة وتحويلها إلى تكوين النفايات.
تأثير الأنشطة البشرية على عمليات الغلاف الحيوي
يتم التدخل البشري في الدورات البيوجيوكيميائية بطرق مختلفة. بادئ ذي بدء ، هذا هو تدمير المكون الحيوي للنظام البيئي (تدمير النباتات أو تغيير المنطقة أثناء استخراج ناقلات الطاقة). عندما يتم حرق المادة العضوية ، تنتقل الطاقة من الحالة المركزة إلى حالة مشتتة ، مما يؤدي إلى التلوث الحراري بواسطة الهباء الجوي والمنتجات الغازية للاحتراق. في النظام البيئي الطبيعي ، يتم استخدام الذرات المشاركة في الدورات البيوجيوكيميائية بشكل متكرر. يتم تسهيل ذلك من خلال المشاركة في دورات العناصر الحيوية الخفيفة التي تشكل المادة الحيوية.
التدخل البشري يستلزم إدخال كمية إضافية من العناصر المتأصلة في البيئة ، وكذلك المركبات الكيميائية الجديدة ، بما في ذلك تلك التي يصنعها الإنسان. يتم تناول العديد من هذه بواسطة النباتات ثم يتم إدخالها في السلسلة الغذائية.
مثال على ذلك الرصاص ، ومركبات الزئبق ، والزرنيخ ، وما إلى ذلك. يؤدي تناول هذه المواد إلى تعطيل الدورة الطبيعية ، أو تغيير توازن العناصر ، أو يؤدي إلى تراكمها في الكائنات الحية ، مما يقلل من إنتاجيتها أو يتسبب في الوفاة. خصوصاًلمبيدات الآفات والمعادن الثقيلة تأثير مدمر قوي. وبالتالي ، فإن استقرار النظام البيئي وتوازنه يمكن أن ينتهك بشكل مباشر أو غير مباشر من خلال الأنشطة البشرية.
الهرم البيئي
دعنا ننتقل إلى أهم أنماط عمل النظام البيئي والدورات البيوجيوكيميائية. دعونا نستخدم مبدأ الهرم البيئي لهذا الغرض. إنه مبني على أساس الكتلة البيولوجية للمعادلات الغذائية. مساحة أي جزء من هذا الهرم تساوي تقريبًا كتلة المادة. نظرًا لأن الكائنات الحية تبني مستواها باستخدام المستوى السابق ، يجب أن تنخفض هذه المنطقة تدريجياً. يمكن أن يكون هذا التخفيض لكل مستوى عشرة أضعاف.
على سبيل المثال ، الهرم البيئي ، الذي يميز النظم البيئية الأرضية ، حيث يكون المنتجون نباتات معمرة ، يحتوي على كتلة حيوية كبيرة ، على الرغم من أن عملية الإنتاج ليست بأعلى كثافة. يتم موازنة ذلك من خلال الزيادة السنوية في كتلة الحيوانات العاشبة. يسمى نمط تكوين الكتلة العضوية بقاعدة الهرم. وهناك أنواع أخرى منه.
الهرم المقلوب
خذ النظام البيئي للمسطحات المائية. قد يبدو الهرم المبني لهم مختلفًا بعض الشيء. يبدو أنه مقلوب. الحقيقة هي أن الطحالب قصيرة العمر تتكاثر بسرعة كبيرة ، ولكن يتم استهلاكها بشكل مكثف من قبل المستهلكين. لذلك ، فإن الكتلة الحيوية المسجلة في نفس الوقت في هذه الحالة لا تعكس كثافة عملية الإنتاج في الفترة المناسبة من السنة. إذا أخذنا في الاعتبار أن المستهلكين الكبار (الأسماك ،القشريات) تتراكم وتؤكل بشكل أبطأ ، والكتلة الإجمالية للمستهلكين أعلى.
عملية الإنتاج في النظام البيئي تمكنهم من العمل بنجاح. يحدد طبيعة تدفق الطاقة في المحيط الحيوي. كما تعلم ، فإن الكائنات الحية هي مستهلكيها. تستخدم النباتات الخضراء الطاقة الضوئية من الشمس وتؤدي إلى تكوين جزيئات عضوية ، حيث يتم تخزينها على شكل روابط كيميائية. يتم إطلاق جزء منه أثناء تنفس النباتات ويستخدمها للنمو والامتصاص وحركة المواد. هذه هي الطريقة التي يتم بها تنفيذ الدورة البيوجيوكيميائية.
تبادل الطاقة
كما تعلم ، هناك قوانين للديناميكا الحرارية. يُفقد جزء من الطاقة ، مما ينتج عنه حرارة. هذا هو عمل أحد القوانين. ويؤكد الفقد الإجباري للطاقة في عملية تحولها من نوع إلى آخر. عندما تتراكم في مادة نباتية تستخدمها الحيوانات.
يصاحب انقسام الجزيئات إطلاق الطاقة. يتم استخدام جزء كبير منه في عملية حياة الحيوانات ، والانتقال من شكل إلى آخر. هذه هي عمليات التخليق الحيوي وتراكم طاقة الروابط الجديدة. هذه هي أنواع الطاقة الميكانيكية والكهربائية والحرارية وأنواع أخرى من الطاقة. أثناء تحوله ، يتم فقد جزء مرة أخرى ، مما يعطي الحرارة. تنتقل الطاقة تدريجياً إلى مستوى آخر. في الوقت نفسه ، يحدث فقدانه أيضًا عند التخلص من جزء من الطعام غير المهضوم (البراز) وفي منتجات النفايات العضوية لعملية التمثيل الغذائي (الفضلات).
العمليةاستخدام الطاقة
الفوضى نادرة في الطبيعة ، وعادة ما يكون كل شيء على ما يرام. دعنا ننتبه إلى بعض الأنماط الكمية لعملية استخدام الطاقة وتحويلها. في المرحلة الأولى ، تستخدم النباتات في المتوسط حوالي 1٪ من دخلها. في بعض الأحيان يصل هذا الرقم إلى 2٪. في أقل الظروف مواتاة ، تنخفض إلى 0.1٪. عندما يتم نقل الطاقة من المنتجين إلى المستهلكين من الدرجة الأولى ، تصل الكفاءة إلى 10٪.
يبدو أن الحيوانات آكلة اللحوم تهضم الطعام بشكل أكثر كفاءة. ويرجع ذلك إلى خصائص التركيب الكيميائي للطعام وسهولة هضمه من قبل الحيوانات. ومع ذلك ، بالفعل على مستوى المستهلكين من الدرجة الثالثة ، فإن كمية الطاقة الواردة صغيرة جدًا وتتميز بأجزاء من الألف من القيم الأولية.
