ბიოსფეროში ნივთიერებების მიმოქცევა არის ნივთიერებების ერთობლივი, ურთიერთდაკავშირებული ტრანსფორმაციისა და გადაადგილების ციკლური, განმეორებადი პროცესი. ბიოსფეროს არსებობის აუცილებელი პირობაა ნივთიერებების მიმოქცევის არსებობა. ზოგიერთი ორგანიზმის მიერ გამოყენების შემდეგ ნივთიერებები უნდა გადავიდნენ სხვა ორგანიზმებისთვის მისაწვდომ ფორმაში. ნივთიერებების ასეთი გადასვლა ერთი რგოლიდან მეორეზე მოითხოვს ენერგეტიკულ ხარჯებს, შესაბამისად, ეს შესაძლებელია მხოლოდ მზის ენერგიის მონაწილეობით. მზის ენერგიის გამოყენებით პლანეტაზე ხდება ნივთიერებების ორი ურთიერთდაკავშირებული ციკლი: დიდი - გეოლოგიური და პატარა - ბიოლოგიური (ბიოტიკური).
ნივთიერებების გეოლოგიური მიმოქცევა- ნივთიერებათა მიგრაციის პროცესი, რომელიც ხორციელდება აბიოტური ფაქტორების გავლენით: ამინდობა, ეროზია, წყლის მოძრაობა და ა.შ. მასში ცოცხალი ორგანიზმები არ მონაწილეობენ.
პლანეტაზე ცოცხალი მატერიის გაჩენით, ბიოლოგიური (ბიოტური) ცირკულაცია... მასში მონაწილეობს ყველა ცოცხალი ორგანიზმი, შთანთქავს ზოგიერთ ნივთიერებას გარემოდან და ათავისუფლებს ზოგს. მაგალითად, მცენარეები სასიცოცხლო საქმიანობის პროცესში მოიხმარენ ნახშირორჟანგს, წყალს, მინერალებს და გამოყოფენ ჟანგბადს გარემოდან. ცხოველები სუნთქვისთვის იყენებენ მცენარეების მიერ გამოთავისუფლებულ ჟანგბადს. ისინი ჭამენ მცენარეებს და მონელების შედეგად ითვისებენ ფოტოსინთეზის პროცესში წარმოქმნილ ორგანულ ნივთიერებებს. ისინი გამოყოფენ ნახშირორჟანგს და მოუნელებელ საკვების ნარჩენებს. სიკვდილის შემდეგ მცენარეები და ცხოველები ქმნიან მკვდარი ორგანული ნივთიერებების მასას (დეტრიტუსს). Detritus ხელმისაწვდომია დაშლის (მინერალიზაციის) მიკროსკოპული სოკოების და ბაქტერიების. მათი სასიცოცხლო აქტივობის შედეგად, ნახშირორჟანგის დამატებითი რაოდენობა ხვდება ბიოსფეროში. ხოლო ორგანული ნივთიერებები გარდაიქმნება ორიგინალურ არაორგანულ კომპონენტებად - ბიოგენებად. წარმოქმნილი მინერალური ნაერთები, რომლებიც ხვდებიან წყალსა და ნიადაგში, კვლავ ხელმისაწვდომი ხდება მცენარეებისთვის ფოტოსინთეზის საშუალებით ფიქსაციისთვის. ეს პროცესი უსასრულოდ მეორდება და დახურულია ბუნებით (მიმოქცევაში). მაგალითად, ატმოსფერული ჟანგბადი ამ გზაზე დაახლოებით 2 ათასი წლის განმავლობაში გადის, ნახშირორჟანგს კი დაახლოებით 300 წელი სჭირდება.
ორგანულ ნივთიერებებში შემავალი ენერგია მცირდება კვების ჯაჭვებში მოძრაობისას. მისი უმეტესი ნაწილი სითბოს სახით იფანტება გარემოში ან იხარჯება ორგანიზმების სასიცოცხლო პროცესების შენარჩუნებაზე. მაგალითად, ცხოველებისა და მცენარეების სუნთქვაზე, მცენარეებში ნივთიერებების ტრანსპორტირებაზე, აგრეთვე ცოცხალი ორგანიზმების ბიოსინთეზის პროცესებზე. გარდა ამისა, დამშლელების მოქმედების შედეგად წარმოქმნილი ბიოგენები არ შეიცავს ორგანიზმებისთვის ხელმისაწვდომ ენერგიას. ამ შემთხვევაში ჩვენ შეგვიძლია ვისაუბროთ მხოლოდ ბიოსფეროში ენერგიის ნაკადზე, მაგრამ არა ციკლზე. მაშასადამე, ბიოსფეროს სტაბილური არსებობის პირობა არის ნივთიერებების მუდმივი მიმოქცევა და ენერგიის დინება ბიოგეოცენოზებში.
გეოლოგიური და ბიოლოგიური ციკლები ერთად ქმნიან ნივთიერებების ზოგად ბიოგეოქიმიურ ციკლს, რომლის საფუძველია აზოტის, წყლის, ნახშირბადის და ჟანგბადის ციკლები.
აზოტის ციკლი
აზოტი ბიოსფეროში ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ელემენტია. ბიოსფერული აზოტის ძირითადი ნაწილი ატმოსფეროშია აირისებრი სახით. როგორც მოგეხსენებათ ქიმიის კურსიდან მოლეკულურ აზოტში (N 2) ატომებს შორის ქიმიური ბმები ძალიან ძლიერია. ამიტომ, ცოცხალ ორგანიზმთა უმეტესობას არ შეუძლია მისი უშუალო გამოყენება. აქედან გამომდინარე, აზოტის ციკლის მნიშვნელოვანი ეტაპია მისი ფიქსაცია და გარდაქმნა ორგანიზმებისთვის მისაწვდომ ფორმაში. აზოტის ფიქსაციის სამი გზა არსებობს.
ატმოსფერული ფიქსაცია... ატმოსფერული ელექტრული გამონადენის გავლენის ქვეშ (ელვა), აზოტს შეუძლია ურთიერთქმედება ჟანგბადთან და შექმნას აზოტის ოქსიდი (NO) და დიოქსიდი (NO 2). აზოტის ოქსიდი (NO) ძალიან სწრაფად იჟანგება ჟანგბადით და გარდაიქმნება აზოტის დიოქსიდში. აზოტის დიოქსიდი იხსნება წყლის ორთქლში და აზოტის (HNO 2) და აზოტის (HNO 3) მჟავების სახით ნალექებით შემოდის ნიადაგში. ნიადაგში ამ მჟავების დისოციაციის შედეგად წარმოიქმნება ნიტრიტი (NO 2 -) და ნიტრატის იონები (NO 3 -). ნიტრიტისა და ნიტრატის იონები უკვე შეიძლება შეიწოვოს მცენარეებმა და შევიდეს ბიოლოგიურ ციკლში. ატმოსფერული აზოტის ფიქსაცია წელიწადში დაახლოებით 10 მილიონი ტონა აზოტს შეადგენს, რაც ბიოსფეროში წლიური აზოტის ფიქსაციის დაახლოებით 3%-ია.
ბიოლოგიური ფიქსაცია... მას ახორციელებენ აზოტის დამფიქსირებელი ბაქტერიები, რომლებიც გარდაქმნიან აზოტს მცენარეებისთვის მისაწვდომ ფორმებად. მიკროორგანიზმების წყალობით, აზოტის დაახლოებით ნახევარი შეკრულია. ყველაზე ცნობილი ბაქტერიები აფიქსირებენ აზოტს პარკოსანი მცენარეების კვანძებში. ისინი ამარაგებენ მცენარეებს აზოტს ამიაკის სახით (NH 3). ამიაკი ადვილად იხსნება წყალში ამონიუმის იონის წარმოქმნით (NH 4 +), რომელიც შეიწოვება მცენარეებით. ამიტომ პარკოსნები კულტივირებული მცენარეების საუკეთესო წინამორბედია მოსავლის როტაციაში. ცხოველებისა და მცენარეების სიკვდილისა და მათი ნაშთების დაშლის შემდეგ ნიადაგი მდიდრდება ორგანული და მინერალური აზოტის ნაერთებით. შემდეგ დამპალი (ამონიფიკატორი) ბაქტერიები მცენარეებისა და ცხოველების აზოტის შემცველ ნივთიერებებს (ცილები, შარდოვანა, ნუკლეინის მჟავები) ანადგურებს ამიაკად. ამ პროცესს ე.წ ამონიფიკაცია... ამიაკის უმეტესი ნაწილი შემდგომში იჟანგება ნიტრიფიცირებული ბაქტერიებით ნიტრიტებად და ნიტრატებად, რომლებსაც მცენარეები ხელახლა იყენებენ. აზოტის დაბრუნება ატმოსფეროში ხდება დენიტრიფიკაციის გზით, რომელსაც ახორციელებს დენიტრიფიკატორი ბაქტერიების ჯგუფი. შედეგად, აზოტოვანი ნაერთები მცირდება მოლეკულურ აზოტამდე. აზოტის ნაწილი ნიტრატისა და ამონიუმის ფორმებში ზედაპირული ჩამონადენით შედის წყლის ეკოსისტემებში. აქ აზოტი შეითვისება წყლის ორგანიზმების მიერ ან ხვდება ქვედა ორგანულ ნალექებში.
სამრეწველო ფიქსაცია... მინერალური აზოტის სასუქების წარმოებაში ყოველწლიურად დიდი რაოდენობით აზოტი იკვრება ინდუსტრიულად. ასეთი სასუქებიდან მიღებული აზოტი მცენარეთა მიერ შეითვისება ამონიუმის და ნიტრატის ფორმით. ბელორუსიაში წარმოებული აზოტიანი სასუქების მოცულობა ამჟამად დაახლოებით 900 ათასი ტონაა წელიწადში. უმსხვილესი მწარმოებელია სს გროდნოაზოტი. ეს საწარმო აწარმოებს შარდოვანას, ამონიუმის ნიტრატს, ამონიუმის სულფატს და სხვა აზოტოვან სასუქებს.
ხელოვნურად გამოყენებული აზოტის დაახლოებით 1/10 გამოიყენება მცენარეების მიერ. დანარჩენი ზედაპირული ჩამონადენითა და მიწისქვეშა წყლებით გადადის წყლის ეკოსისტემებში. ეს იწვევს წყალში ფიტოპლანქტონის მიერ ასიმილაციისთვის ხელმისაწვდომი დიდი რაოდენობით აზოტის ნაერთების დაგროვებას. შედეგად შესაძლებელია წყალმცენარეების სწრაფი გამრავლება (ევტროფიკაცია) და, შედეგად, სიკვდილი წყლის ეკოსისტემებში.
წყლის ციკლი
წყალი ბიოსფეროს მთავარი კომპონენტია. ეს არის ციკლის განმავლობაში თითქმის ყველა ელემენტის დაშლის საშუალება. ბიოსფეროს წყლის უმეტესი ნაწილი წარმოდგენილია თხევადი წყლით და მარადიული ყინულის წყლით (ბიოსფეროში არსებული წყლის მარაგის 99%-ზე მეტი). წყლის უმნიშვნელო ნაწილი არის აირისებრ მდგომარეობაში - ეს არის ატმოსფერული წყლის ორთქლი. ბიოსფერული წყლის ციკლი ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ დედამიწის ზედაპირიდან მისი აორთქლება კომპენსირდება ნალექებით. ნალექის სახით მიწის ზედაპირზე დაცემა, წყალი ხელს უწყობს ქანების განადგურებას. ეს ხდის მათ შემადგენელ მინერალებს ხელმისაწვდომი ცოცხალი ორგანიზმებისთვის. სწორედ წყლის აორთქლება პლანეტის ზედაპირიდან განსაზღვრავს მის გეოლოგიურ ციკლს. ის მოიხმარს მზის ენერგიის დაახლოებით ნახევარს. წყლის აორთქლება ზღვებისა და ოკეანეების ზედაპირიდან უფრო მაღალი სიჩქარით ხდება, ვიდრე მისი დაბრუნება ნალექებით. ეს განსხვავება ანაზღაურდება ზედაპირული და ღრმა ჩამონადენით, იმის გამო, რომ კონტინენტებზე ნალექი ჭარბობს აორთქლებას.
ხმელეთზე წყლის აორთქლების ინტენსივობის ზრდა დიდწილად განპირობებულია მცენარეების სასიცოცხლო აქტივობით. მცენარეები ამოიღებენ წყალს ნიადაგიდან და აქტიურად გადაჰყავთ ატმოსფეროში. მცენარეთა უჯრედებში წყლის ნაწილი იშლება ფოტოსინთეზის დროს. ამ შემთხვევაში წყალბადი ფიქსირდება ორგანული ნაერთების სახით და ჟანგბადი გამოიყოფა ატმოსფეროში.
ცხოველები იყენებენ წყალს ორგანიზმში ოსმოსური და მარილის ბალანსის შესანარჩუნებლად და გარე გარემოში მეტაბოლურ პროდუქტებთან ერთად გათავისუფლებისთვის.
ნახშირბადის ციკლი
ნახშირბადი, როგორც ქიმიური ელემენტი, იმყოფება ატმოსფეროში ნახშირორჟანგის შემადგენლობაში. ეს განსაზღვრავს ცოცხალი ორგანიზმების სავალდებულო მონაწილეობას ამ ელემენტის ციკლში პლანეტა დედამიწაზე. მთავარი გზა, რომლითაც არაორგანული ნაერთებიდან ნახშირბადი გადადის ორგანული ნივთიერებების შემადგენლობაში, სადაც ის აუცილებელი ქიმიური ელემენტია, არის ფოტოსინთეზის პროცესი. ნახშირბადის ნაწილი გამოიყოფა ატმოსფეროში ნახშირორჟანგის შემადგენლობით ცოცხალი ორგანიზმების სუნთქვისა და ბაქტერიების მიერ მკვდარი ორგანული ნივთიერებების დაშლის დროს. მცენარეების მიერ შთანთქმული ნახშირბადი მოიხმარება ცხოველების მიერ. მარჯნის პოლიპების გარდა, მოლუსკები იყენებენ ნახშირბადის ნაერთებს ჩონჩხის წარმონაქმნებისა და ჭურვების შესაქმნელად. მას შემდეგ, რაც ისინი იღუპებიან და ფსკერზე დასახლდებიან, წარმოიქმნება კირქვის საბადოები. ამრიგად, ნახშირბადი შეიძლება აღმოიფხვრას ციკლიდან. ციკლიდან ნახშირბადის დიდი ხნის განმავლობაში მოცილება მიიღწევა მინერალების წარმოქმნით: ქვანახშირი, ზეთი, ტორფი.
ჩვენი პლანეტის არსებობის მანძილზე, ციკლიდან ამოღებული ნახშირბადი კომპენსირდება ატმოსფეროში გამოთავისუფლებული ნახშირორჟანგით ვულკანური ამოფრქვევის დროს და სხვა ბუნებრივი პროცესების დროს. დღეისათვის მნიშვნელოვანი ანთროპოგენური ზემოქმედება დაემატა ატმოსფეროში ნახშირბადის შევსების ბუნებრივ პროცესებს. მაგალითად, ნახშირწყალბადის საწვავის წვისას. ეს არღვევს ნახშირბადის მრავალსაუკუნოვან ციკლს დედამიწაზე.
ნახშირორჟანგის კონცენტრაციის ზრდამ მხოლოდ 0,01%-ით საუკუნის განმავლობაში გამოიწვია სათბურის ეფექტის შესამჩნევი გამოვლინება. პლანეტაზე საშუალო წლიური ტემპერატურა გაიზარდა 0,5°C-ით, მსოფლიო ოკეანის დონე კი თითქმის 15 სმ-ით. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ თუ საშუალო წლიური ტემპერატურა კიდევ 3-4°C-ით მოიმატებს, დაიწყება მარადიული ყინული. დნება. ამასთან, მსოფლიო ოკეანის დონე 50-60 სმ-ით მოიმატებს, რაც მიწის მნიშვნელოვანი ნაწილის დატბორვას გამოიწვევს. ეს განიხილება როგორც გლობალური ეკოლოგიური კატასტროფა, რადგან ამ ტერიტორიებზე ცხოვრობს მსოფლიოს მოსახლეობის დაახლოებით 40%.
ჟანგბადის ციკლი
ბიოსფეროს ფუნქციონირებაში ჟანგბადი უაღრესად მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ცოცხალი ორგანიზმების მეტაბოლურ პროცესებსა და სუნთქვაში. სუნთქვის, საწვავის წვის და დაშლის პროცესების შედეგად ატმოსფეროში ჟანგბადის რაოდენობის შემცირება კომპენსირდება მცენარეების მიერ ფოტოსინთეზის დროს გამოთავისუფლებული ჟანგბადით.
ჟანგბადი წარმოიქმნა დედამიწის პირველადი ატმოსფეროში მისი გაგრილების დროს. მაღალი რეაქტიულობის გამო იგი აირისებური მდგომარეობიდან გადავიდა სხვადასხვა არაორგანული ნაერთების (კარბონატები, სულფატები, რკინის ოქსიდები და სხვ.) შემადგენლობაში. პლანეტის დღევანდელი ჟანგბადის შემცველი ატმოსფერო ჩამოყალიბდა ექსკლუზიურად ცოცხალი ორგანიზმების მიერ განხორციელებული ფოტოსინთეზის შედეგად. ატმოსფეროში ჟანგბადის შემცველობა დიდი ხანია იზრდება მის ამჟამინდელ მნიშვნელობებამდე. მისი ოდენობის მუდმივ დონეზე შენარჩუნება ამჟამად მხოლოდ ფოტოსინთეზური ორგანიზმების წყალობითაა შესაძლებელი.
სამწუხაროდ, ბოლო ათწლეულების განმავლობაში ადამიანის საქმიანობა იწვევს ტყეების განადგურებას, ნიადაგის ეროზიას, ამცირებს ფოტოსინთეზის ინტენსივობას. და ეს, თავის მხრივ, არღვევს ჟანგბადის ციკლის ბუნებრივ კურსს დედამიწის დიდ ტერიტორიებზე.
ატმოსფერული ჟანგბადის მცირე ნაწილი მონაწილეობს მზის ულტრაიისფერი გამოსხივების ზემოქმედების ქვეშ ოზონის ეკრანის წარმოქმნასა და განადგურებაში.
ნივთიერებების ბიოგენური ციკლის საფუძველია მზის ენერგია. ბიოსფეროს სტაბილური არსებობის მთავარი პირობაა ნივთიერებების მუდმივი მიმოქცევა და ენერგიის დინება ბიოგეოცენოზებში. აზოტის, ნახშირბადის და ჟანგბადის ციკლებში მთავარი როლი ცოცხალ ორგანიზმებს ეკუთვნის. ბიოსფეროში წყლის გლობალური ციკლის საფუძველი ფიზიკური პროცესებია.
ნივთიერებების ციკლი და ბიოგეოქიმიური ციკლები
ახსენით გეოლოგიური ციკლის მნიშვნელობა წყლის ციკლის მაგალითის გამოყენებით.
როგორ მიმდინარეობს ბიოლოგიური ციკლი?
როგორია ატომების ბიოგენური მიგრაციის კანონი V.I. ვერნადსკი?
რა არის ბუნებრივი ციკლის სარეზერვო და გაცვლითი სახსრები? რა განსხვავებაა მათ შორის?
დედამიწა, როგორც ცოცხალი სუპერორგანიზმი
* იმისათვის, რომ ბიოსფერო იარსებოს და განვითარდეს, დედამიწაზე მუდმივად უნდა მოხდეს ბიოლოგიურად მნიშვნელოვანი ნივთიერებების მიმოქცევა, ანუ გამოყენების შემდეგ ისინი კვლავ უნდა გადავიდნენ სხვა ორგანიზმებისთვის შესათვისებელ ფორმაში. ბიოლოგიურად მნიშვნელოვანი ნივთიერებების ეს გადასვლა შეიძლება განხორციელდეს მხოლოდ გარკვეული ენერგიის ხარჯვით, რომლის წყაროც მზეა.
მეცნიერი V.R. Williams თვლის, რომ მზის ენერგია უზრუნველყოფს მატერიის ორ ციკლს დედამიწაზე -გეოლოგიური , ანუ დიდი, ტირაჟი დაბიოლოგიური , მცირე, ტირაჟი.
გეოლოგიური დან ცირკულაცია ყველაზე მკაფიოდ ვლინდება წყლის ციკლში. დედამიწა მზისგან ყოველწლიურად იღებს 5,24ґ1024 J გამოსხივებულ ენერგიას. დაახლოებით ნახევარი იხარჯება წყლის აორთქლებაზე. ამავდროულად, ოკეანედან უფრო მეტი წყალი აორთქლდება, ვიდრე ნალექით ბრუნდება. მეორეს მხრივ, ხმელეთზე უფრო მეტი ნალექი მოდის, ვიდრე წყალი ორთქლდება. მისი ჭარბი ჩაედინება მდინარეებში და ტბებში, იქიდან კი - ისევ ოკეანეში (გარკვეული რაოდენობის მინერალური ნაერთების გადაცემისას). ეს არის ის, რაც განსაზღვრავს ბიოსფეროს დიდ ციკლს, გამომდინარე იქიდან, რომ დედამიწიდან წყლის მთლიანი აორთქლება კომპენსირდება ნალექებით.
** ცოცხალი ნივთიერების გამოჩენით გეოლოგიური ციკლის, ორგანული ციკლის საფუძველზენაკადები, ბიოლოგიური (მცირე) მიმოქცევა.
წყლის ციკლი, როგორც გეოლოგიური ციკლის მაგალითი
(H. Penman-ის მიერ)
ცოცხალი მატერიის განვითარებასთან ერთად, გეოლოგიური ციკლიდან მუდმივად გამოიყოფა უფრო და უფრო მეტი ელემენტი, რომლებიც ახალ, ბიოლოგიურ ციკლში შედიან. მინერალური ნივთიერებების დიდ მიმოქცევაში მარტივი გადატანისგან განსხვავებით, როგორც ხსნარების, ისე მექანიკური ნალექების სახით, მცირე მიმოქცევაში ყველაზე მნიშვნელოვანი მომენტებია ორგანული ნაერთების სინთეზი და განადგურება. გეოლოგიურისგან განსხვავებით, ბიოლოგიურ ციკლს აქვს უმნიშვნელო ენერგია. როგორც ცნობილია, დედამიწაზე მიწოდებული მზის ენერგიის მხოლოდ 0,1-0,2% იხარჯება ორგანული ნივთიერებების შექმნაზე (50%-მდე გეოლოგიური მიმოქცევისთვის). ამის მიუხედავად, ბიოლოგიურ ციკლში ჩართული ენერგია უზარმაზარ სამუშაოს ასრულებს პირველადი პროდუქტების შესაქმნელად.
ბიოლოგიური ციკლი
დედამიწაზე ცოცხალი მატერიის გამოჩენით, ქიმიური ელემენტები განუწყვეტლივ ცირკულირებენ ბიოსფეროში, გადიან გარე გარემოდან.
ორგანიზმებში და ისევ გარე გარემოში. ნივთიერებების ასეთ ცირკულაციას მეტ-ნაკლებად დახურულ ბილიკებზე ე.წბიოგეოქიმიური ციკლი.
ძირითადი ბიოგეოქიმიური ციკლებია ჟანგბადის, ნახშირბადის, წყლის, აზოტის, ფოსფორის, გოგირდის და სხვა ბიოგენური ელემენტების ციკლები.
*** მატერიის ბიოგენური მიგრაცია - ბუნებაში ელემენტების ზოგადი მიგრაციის ერთ-ერთი ფორმა. ბიოგენური გეოქიმიური მიგრაცია უნდა გავიგოთ, როგორც ორგანული და ინერტული ნივთიერებების მიგრაცია, რომლებიც მონაწილეობენ ცოცხალი ორგანიზმების ზრდა-განვითარებაში და ამ უკანასკნელის მიერ წარმოქმნილი რთული ბიოქიმიური და ბიოგეოქიმიური პროცესების შედეგად. და. ვერნადსკიმ ჩამოაყალიბაატომების ბიოგენური მიგრაციის კანონი შემდეგი ფორმით:
ბიოსფეროში ქიმიური ელემენტების მიგრაცია ხდება ან ცოცხალი ნივთიერების უშუალო მონაწილეობით (ბიოგენური მიგრაცია), ან ხდება გარემოში, რომლის გეოქიმიური მახასიათებლები (O2, CO2, H2 და ა.შ.) განპირობებულია ცოცხალობით. მატერია (ის, რომელიც ამჟამად ბინადრობს ბიოსფეროში და ის, რომელიც მოქმედებდა დედამიწაზე გეოლოგიური ისტორიის განმავლობაში).
ადამიანი გავლენას ახდენს პირველ რიგში ბიოსფეროზე და მის ცოცხალ მოსახლეობაზე, ამიტომ ის ცვლის ატომების ბიოგენური მიგრაციის პირობებს, ქმნის წინაპირობებს ღრმა ქიმიური ცვლილებებისთვის. ამრიგად, პროცესი შეიძლება გახდეს თვითგანვითარებადი, დამოუკიდებელი ადამიანის სურვილისგან და პრაქტიკულად უკონტროლო გლობალური მასშტაბით.
მატერიის პლანეტარული მიმოქცევის თვალსაზრისით, ყველაზე მნიშვნელოვანია ნიადაგ-ლანდშაფტი, ჰიდროსფერო და ღრმა (მიწასასული) ციკლები. პირველი მათგანი გულისხმობს კლდეებიდან, წყლის, ჰაერიდან ქიმიური ელემენტების მოპოვებას, ორგანული ნივთიერებების დაშლას, სხვადასხვა ორგანული და ორგანულ-მინერალური ნაერთების შეწოვას და სინთეზს. ჰიდროსფერულ ციკლში მთავარ როლს ასრულებს წყლის შემადგენლობა და ცოცხალი ორგანიზმების ბიოლოგიური აქტივობა. მატერიის ბიოწარმოება აქ ხორციელდება ფიტო და ზოოპლანქტონის უპირატესი მონაწილეობით. ბიოგენური მიგრაციის ღრმა ციკლში უმნიშვნელოვანესი როლი ეკუთვნის ანაერობული მიკროორგანიზმების აქტივობას.
**** დედამიწის სხვადასხვა გარსებში მიმდინარე პროცესები დინამიური წონასწორობის მდგომარეობაშია და რომელიმე მათგანის მიმდინარეობის ცვლილება იწვევს ზოგჯერ შეუქცევადი ფენომენების გაუთავებელ ჯაჭვებს. თითოეულ ბუნებრივ ციკლში მიზანშეწონილია განასხვავოთ ორი ნაწილი, ან ორი "ფონდი":
სარეზერვო ფონდი- ნელა მოძრავი ნივთიერებების დიდი მასა, ძირითადად არაორგანული ბუნების;
მობილური, ან გაცვლა, ფონდი- უფრო პატარა, მაგრამ უფრო აქტიური, რომელიც ხასიათდება ორგანიზმებსა და გარემოს შორის სწრაფი გაცვლით.
გაცვლითი ფონდი იქმნება ნივთიერებების გამო, რომლებიც ბრუნდებიან მიმოქცევაში ან ცხოველების მიერ პირველადი ექსკრეციის (ლათინური ექსკრეტიდან - გამოყოფილი) გამო, ან მიკროორგანიზმების მიერ დეტრიტის დაშლის დროს.
თუ მხედველობაში გვაქვს ბიოსფერო მთლიანობაში, მაშინ ბიოგეოქიმიური ციკლები შეიძლება დაიყოს ორ ძირითად ტიპად:
ატმოსფეროში ან ჰიდროსფეროში სარეზერვო ფონდის მქონე აირისებრი ნივთიერებების მიმოქცევა;
დანალექი ციკლი სარეზერვო ფონდით დედამიწის ქერქში.
^ ნივთიერებების ბიოლოგიური წრე ბუნებაში
ნივთიერებების ბიოლოგიური ციკლის ზოგადი კონცეფცია
ნივთიერებების ბიოლოგიური მიმოქცევა, როგორც პლანეტა დედამიწის განვითარების ფორმა
ნივთიერებების ბიოგეოქიმიური ციკლის ელემენტები ბუნებაში
ბიოგეოქიმიური ციკლის პარამეტრები ხმელეთზე
ბიოლოგიური ცირკულაცია და ნიადაგის ფორმირება
^ ზოგადი კონცეფცია
ნივთიერებების ბიოლოგიური ციკლი არის ნიადაგიდან და ატმოსფეროდან ქიმიური ელემენტების ცოცხალ ორგანიზმებში შეყვანის პროცესების ერთობლიობა, ახალი რთული ნაერთების ბიოქიმიური სინთეზი და ელემენტების ნიადაგში და ატმოსფეროში დაბრუნება წლიური შემცირებით. ორგანული ნივთიერებები. ნივთიერებების ბიოლოგიური ციკლი არ არის სრულად კომპენსირებული დახურული ციკლი, შესაბამისად, მისი მსვლელობისას ნიადაგი გამდიდრებულია ჰუმუსით და აზოტით, მინერალური კვების ელემენტებით (ე.წ. ბიოგენური ელემენტები), რაც ქმნის ხელსაყრელ საფუძველს არსებობისთვის. მცენარეული ორგანიზმების.
ნივთიერებების ბიოლოგიურ მიმოქცევაში მიმდინარე პროცესების ბიოლოგიური, ბიოქიმიური და გეოქიმიური მნიშვნელობა პირველად აჩვენა ვ.ვ.დოკუჩაევმა, რომელმაც შექმნა ბუნების ზონების თეორია. შემდგომში იგი გამოვლინდა V.I. ვერნადსკის, B.B. Polynov, D. N. Pryanishnikov, V. N. Sukachev, N. P. Remezov, L. E. Rodin, N. I. Bazilevich, V.A. Kovda და სხვა მკვლევარების ნაშრომებში.
ბიოლოგიურ მეცნიერებათა საერთაშორისო კავშირმა ჩაატარა სახმელეთო და წყლის ობიექტების ბიოგეოცენოზის ბიოლოგიური პროდუქტიულობის კვლევის ვრცელი პროგრამა. საერთაშორისო ბიოლოგიური პროგრამა შეიქმნა ამ კვლევის წარმართვის მიზნით. საერთაშორისო ბიოპროგრამის შესახებ თანამედროვე ლიტერატურაში გამოყენებული ტერმინებისა და ცნებების გაერთიანების მიზნით, ჩატარდა გარკვეული სამუშაო. სანამ ნივთიერების ბუნებრივი ბიოლოგიური ციკლების შესწავლას დავიწყებთ, აუცილებელია ავხსნათ ყველაზე ხშირად გამოყენებული ტერმინები.
ბიომასა -დროის მოცემულ მომენტში დაგროვილი ცოცხალი ნივთიერების მასა.
^ მცენარეული ბიომასა (სინონიმი - ფიტომასა) - მცენარეთა თემების ცოცხალი და მკვდარი ორგანიზმების მასა ნებისმიერ ტერიტორიაზე, რომლებმაც შეინარჩუნეს თავიანთი ანატომიური სტრუქტურა ამ მომენტამდე.
^ ბიომასის სტრუქტურა - მცენარეთა მიწისქვეშა და მიწისზედა ნაწილების თანაფარდობა, აგრეთვე მცენარეების წლიური და მრავალწლიანი, ფოტოსინთეზური და არაფოტოსინთეზური ნაწილები.
ნაწიბურები -მკვდარი მცენარის ნაწილები, რომლებმაც შეინარჩუნეს მექანიკური კავშირი მცენარესთან.
^ ნაგავი -მცენარეების ორგანული ნივთიერებების რაოდენობა, რომლებიც კვდება მიწისზედა და მიწისქვეშა ნაწილებში ერთეულ ფართობზე დროის ერთეულზე.
ნაგავი -მინერალიზაციის სხვადასხვა ხარისხის მცენარეული ნარჩენების მრავალწლიანი საბადოების მასა.
ზრდა -ორგანიზმის მასა ან ორგანიზმთა ერთობლიობა, დაგროვილი ერთეულ ფართობზე დროის ერთეულზე.
^ ნამდვილი მოგება - ზრდის თანაფარდობა ნაგვის რაოდენობასთან დროის ერთეულზე ერთეულ ფართობზე.
პირველადი წარმოება -ავტოტროფების (მწვანე მცენარეების) მიერ შექმნილი ცოცხალი ნივთიერების მასა ერთეულ ფართობზე დროის ერთეულზე.
^ მეორადი პროდუქტები - ორგანული ნივთიერების მასა, რომელიც წარმოიქმნება ჰეტეროტროფებით ერთეულ ფართობზე დროის ერთეულზე.
ბიოლოგიური ციკლის სიმძლავრე -მომწიფებული ბიოცენოზის (ფიტოცენოზი) მასის შემადგენლობაში ქიმიური ელემენტების რაოდენობა.
ბიოლოგიური ციკლის ინტენსივობა არის ქიმიური ელემენტების რაოდენობა, რომელიც შეიცავს ფიტოცენოზის ზრდას ერთეულ ფართობზე დროის ერთეულზე.
ბიოლოგიური ციკლის სიჩქარე არის დროის ის პერიოდი, რომლის დროსაც ელემენტი გადის გზას ცოცხალი ნივთიერების მიერ მისი შეწოვიდან ცოცხალი ნივთიერების შემადგენლობიდან გათავისუფლებამდე. განისაზღვრება ტრასერის ატომების გამოყენებით.
L. Ye. Rodin, N. I. Bazilevich (1965) მიხედვით, ელემენტების ბიოლოგიური ციკლის სრული ციკლი შედგება შემდეგი კომპონენტებისგან.
მცენარეების შეთვისებადი ზედაპირის მიერ ნახშირბადის ატმოსფეროდან, ხოლო ფესვთა სისტემების მიერ ნიადაგიდან - აზოტის, ფერფლის ელემენტების და წყლის შეწოვა, მათი ფიქსაცია მცენარეული ორგანიზმების სხეულში, მკვდარი მცენარეებით ან მათი ნაწილებით ნიადაგში შესვლა, დაშლა. ნარჩენების და მათში შემავალი ელემენტების გათავისუფლება.
მცენარის ნაწილების გაუცხოება ცხოველების მიერ, რომლებიც იკვებებიან, მათი გარდაქმნა ცხოველთა სხეულებში ახალ ორგანულ ნაერთებად და ზოგიერთი მათგანის კონსოლიდაცია ცხოველურ ორგანიზმებში, მათი შემდგომი შეღწევა ნიადაგში ცხოველების ექსკრემენტებით ან მათი გვამებით, ორივეს დაშლა და მათში შემავალი ელემენტების გათავისუფლება.
გაზის გაცვლა მცენარის შემთვისებელ ზედაპირსა და ატმოსფეროს შორის, ფესვთა სისტემასა და ნიადაგის ჰაერს შორის.
სასიცოცხლო მნიშვნელობის გამოყოფა მცენარეთა მიწისზედა ორგანოებით და, კერძოდ, ზოგიერთი ელემენტის ფესვთა სისტემებით პირდაპირ ნიადაგში.
^ ნივთიერებების ბიოლოგიური წრე, როგორც პლანეტა დედამიწის განვითარების ფორმა
ბიოსფეროს სტრუქტურა მის ყველაზე ზოგად ფორმაში წარმოადგენს ორ უდიდესს პირველი რანგის ბუნებრივი კომპლექსები -კონტინენტური და ოკეანეური. მცენარეები, ცხოველები და ნიადაგის საფარი ქმნიან რთულ მსოფლიო ეკოლოგიურ სისტემას ხმელეთზე. მზის ენერგიის, ატმოსფერული ნახშირბადის, ტენიანობის, ჟანგბადის, წყალბადის, აზოტის, ფოსფორის, გოგირდის, კალციუმის და სხვა ბიოფილური ელემენტების შებოჭვით და გადანაწილებით, ეს სისტემა აყალიბებს ბიომასას და წარმოქმნის თავისუფალ ჟანგბადს.
წყლის მცენარეები და ოკეანე ქმნიან სხვა მსოფლიო ეკოლოგიურ სისტემას, რომელიც პლანეტაზე ასრულებს მზის ენერგიის, ნახშირბადის, აზოტის, ფოსფორის და სხვა ბიოფილების დამაკავშირებელ იგივე ფუნქციებს ფიტობიომასის ფორმირებით და ატმოსფეროში ჟანგბადის გამოყოფით.
ბიოსფეროში კოსმოსური ენერგიის დაგროვებისა და გადანაწილების სამი ფორმა არსებობს. ^ პირველის არსიმათგან მცენარეული ორგანიზმები, საკვების ჯაჭვებისა და მასთან დაკავშირებული ცხოველებისა და ბაქტერიების მეშვეობით, ბევრ ნაერთს აერთიანებს მათ ქსოვილებში. ეს ნაერთები შეიცავს H 2, O 2, N, P, S, Ca, K, Mg, Si, Al, Mn და სხვა ბიოფილებს, ბევრ მიკროელემენტს (I, Co, Cu, Zn და ა.შ.). ამ შემთხვევაში, მსუბუქი იზოტოპების (C, H, O, N, S) შერჩევა ხდება უფრო მძიმედან. In vivo და სიკვდილის შემდეგ, მიწის, წყლის და ჰაერის ორგანიზმები, რომლებიც იმყოფებიან გარემოსთან მუდმივი გაცვლის მდგომარეობაში, აღიქვამენ და გამოყოფენ მინერალური და ორგანული ნაერთების ფართო და მრავალფეროვან სპექტრს. ორგანიზმებისა და გარემოს სასიცოცხლო მეტაბოლიზმის პროდუქტების მთლიანი მასა და მოცულობა (მეტაბოლიტები) რამდენჯერმე აღემატება ცოცხალი ნივთიერების ბიომასას.
^ მეორე ფორმაპლანეტაზე მზის კოსმოსური ენერგიის დაგროვება, შეკავება და გადანაწილება მის ბიოსფეროში გამოიხატება წყლის მასების გაცხელებით, ორთქლის წარმოქმნით და კონდენსაციის, ნალექების და ზედაპირული და მიწისქვეშა წყლების გადაადგილებით ფერდობზე კვების ზონებიდან. აორთქლების ადგილებში. ჰაერისა და წყლის არათანაბარი გათბობა იწვევს წყლისა და ჰაერის მასების პლანეტარული მოძრაობებს, სიმკვრივისა და წნევის გრადიენტების წარმოქმნას, ოკეანის დინებებს და გრანდიოზულ ატმოსფერულ ცირკულაციის პროცესებს.
ეროზია, ქიმიური დენუდაცია, ტრანსპორტირება, გადანაწილება, დეპონირება და მექანიკური და ქიმიური ნალექების დაგროვება ხმელეთზე და ოკეანეში არის ამ ენერგიის გადაცემის და ტრანსფორმაციის მესამე ფორმა.
სამივე ეს პლანეტარული პროცესი ერთმანეთთან მჭიდროდ არის გადაჯაჭვული; ზოგადი ხმელეთის მიმოქცევისა და მატერიის ლოკალური მიმოქცევის სისტემის ფორმირება. ამრიგად, პლანეტის ბიოლოგიური ისტორიის მილიარდი წლის განმავლობაში, განვითარდა ბუნებაში ქიმიური ელემენტების დიდი ბიოგეოქიმიური მიმოქცევა და დიფერენციაცია. მათ შექმნეს თანამედროვე ბიოსფერო და მისი ნორმალური ფუნქციონირების საფუძველია.
^ ნივთიერებების ბიოგეოქიმიური წრედის ელემენტები ბუნებაში
ნივთიერებების ბიოგეოქიმიური მიმოქცევის ელემენტებია შემდეგი კომპონენტები.
ენერგიის შემოდინების, ახალი ნაერთების წარმოქმნისა და სინთეზის რეგულარულად განმეორებადი ან მუდმივად მიმდინარე პროცესები.
ენერგიის გადაცემის ან გადანაწილების მუდმივი ან პერიოდული პროცესები და სინთეზირებული ნაერთების მოცილებისა და მიმართულების მოძრაობის პროცესები ფიზიკური, ქიმიური და ბიოლოგიური აგენტების გავლენის ქვეშ.
თანმიმდევრული ტრანსფორმაციის მიმართული რიტმული ან პერიოდული პროცესები: დაშლა, ადრე სინთეზირებული ნაერთების განადგურება ბიოგენური ან აბიოგენური გარემოს გავლენის ქვეშ.
ბუნებაში ხდება ნივთიერებების როგორც ბიოლოგიური ციკლები, ასევე აბიოგენური ციკლები.
^ ბიოლოგიური ციკლები - იმის გამო ყველა ლინკზეორგანიზმების სასიცოცხლო აქტივობა (კვება, კვებითი კავშირი, გამრავლება, ზრდა, მეტაბოლიტების მოძრაობა, სიკვდილი, დაშლა, მინერალიზაცია).
^ აბიოგენური ციკლები - ჩამოყალიბდა პლანეტაზე ბევრად უფრო ადრე, ვიდრე ბიოგენური. მათში შედის გეოლოგიური, გეოქიმიური, ჰიდროლოგიური, ატმოსფერული პროცესების მთელი კომპლექსი.
პლანეტის პრებიოგენურ პერიოდში წყლისა და ჰაერის მიგრაცია და დაგროვება გადამწყვეტ როლს თამაშობდა გეოლოგიურ, ჰიდროლოგიურ, გეოქიმიურ, ატმოსფერულ ციკლებში. განვითარებულ ბიოსფეროში ნივთიერებების მიმოქცევა მიმართულია ბიოლოგიური, გეოლოგიური და გეოქიმიური ფაქტორების ერთობლივი მოქმედებით. მათ შორის თანაფარდობა შეიძლება განსხვავებული იყოს, მაგრამ მოქმედება აუცილებლად ერთობლივია! სწორედ ამ გაგებით გამოიყენება ტერმინები - ნივთიერებების ბიოგეოქიმიური მიმოქცევა, ბიოგეოქიმიური ციკლები.
დაურღვეველი ბიოგეოქიმიური ციკლები თითქმის წრიულია, თითქმის დახურულია. ბუნებაში ციკლების განმეორებითი გამრავლების ხარისხი ძალიან მაღალია და, ალბათ, V.A. Kovda-ს მიხედვით, აღწევს 90-98%. ამრიგად, შენარჩუნებულია ციკლში ჩართული კომპონენტების შემადგენლობის, რაოდენობის და კონცენტრაციის გარკვეული მუდმივობა და ბალანსი, აგრეთვე ორგანიზმებისა და გარემოს გენეტიკური და ფიზიოლოგიური ფიტნესი და ჰარმონია. მაგრამ გეოლოგიურ დროში ბიოგეოქიმიური ციკლების არასრული იზოლაცია იწვევს ელემენტების და მათი ნაერთების მიგრაციას და დიფერენციაციას სივრცეში და სხვადასხვა გარემოში, ელემენტების კონცენტრაციამდე ან გაფანტვამდე. სწორედ ამიტომ ვაკვირდებით ატმოსფეროში აზოტისა და ჟანგბადის ბიოგენურ დაგროვებას, დედამიწის ქერქში ნახშირბადის ნაერთების ბიოგენურ და ქიმიოგენურ დაგროვებას (ნავთობი, ქვანახშირი, კირქვა).
^ ბიოგეოქიმიური წრედის პარამეტრები ხმელეთზე
შემდეგი ინდიკატორები სავალდებულო პარამეტრებია ბუნებაში ბიოგეოქიმიური ციკლების შესასწავლად.
ბიომასა და მისი ფაქტობრივი ზრდა (ფიტო-, ზოო-, მიკრობული მასა ცალკე).
ორგანული ნაგავი (რაოდენობა, შემადგენლობა).
ნიადაგის ორგანული ნივთიერებები (ჰუმუსი, გაუფუჭებელი ორგანული ნარჩენები).
ნიადაგის, წყლის, ჰაერის, ნალექების, ბიომასის ფრაქციების ელემენტარული შემადგენლობა.
ბიოგენური ენერგიის სახმელეთო და მიწისქვეშა მარაგი.
სასიცოცხლო მეტაბოლიტები.
სახეობების რაოდენობა, სიმრავლე, შემადგენლობა.
სახეობების სიცოცხლის ხანგრძლივობა, პოპულაციებისა და ნიადაგების სიცოცხლის დინამიკა და რიტმი.
ეკოლოგიური და მეტეოროლოგიური გარემო: ადამიანის ჩარევის ფონი და შეფასება.
დაფარვა წყალგამყოფის, ფერდობების, ტერასების, მდინარის ხეობების, ტბების სადამკვირვებლო პუნქტებით.
დამაბინძურებლების რაოდენობა, მათი ქიმიური, ფიზიკური, ბიოლოგიური თვისებები (განსაკუთრებით CO, CO 2, SO 2, P, NO 3, NH 3 Hg, Pb, Cd, H 2 S, ნახშირწყალბადები).
1. ნაცრის, ნახშირბადის და აზოტის შემცველობა ბიომასაში (მიწისზედა, მიწისქვეშა, ფიტო-, ზოო-, მიკრობული). ამ ელემენტების შემცველობა შეიძლება გამოისახოს% ან გ/მ 2, ტ/ჰა ზედაპირით. ცოცხალი ნივთიერების ძირითადი შემადგენელი ელემენტები წონით არის O (65-70%) და H (10%). ყველა დანარჩენი შეადგენს 30-35%-ს: C, N, Ca (1-10%); S, P, K, Si (0.1-1%); Fe, Na, Cl, Al, Mg (0.01-0.1%).
ფიტომასის ქიმიური შემადგენლობა მნიშვნელოვნად განსხვავდება. განსაკუთრებით განსხვავებულია წიწვოვანი და ფოთლოვანი ტყეების, ბალახოვანი მცენარეულობისა და ჰალოფიტების ფიტომასის შემადგენლობა (ცხრილი 13).
ცხრილი 13 - სუშის მცენარეების სხვადასხვა ჯგუფის მინერალური შემადგენლობა
| მცენარეულობის ტიპი | ნაცარი შემცველობა,% | წიაღისეულის წლიური ბრუნვა კომპონენტები, კგ/ჰა | გაბატონებული კომპონენტები |
| წიწვოვანი ტყეები | 3-7 | 100-300 | Si, Ca, P, Mg, K |
| ფოთლოვანი ტყეები | 5-10 | 460-850 | Ca, K, P, Al, Si |
| ტროპიკული ტყეები | 3-4 | 1000-2000 | Ca, K, Mg, Al |
| მდელოები, სტეპები | 5-7 | 800-1200 | Si, Ca, K, S, P |
| ჰალოფიტური თემები | 20-45 | 500-1000 | Cl, SO 4, Na, Mg, K |
კონკრეტული ქიმიური ელემენტის ინდივიდუალური მნიშვნელობა ფასდება ბიოლოგიური შთანთქმის კოეფიციენტით (BCF). გამოთვალეთ იგი ფორმულით:
1966 წელს V.A.Kovda-მ შემოგვთავაზა ჩაწერილი ფიტობიომასის თანაფარდობის გამოყენება ფიტომასის წლიურ ფოტოსინთეზურ ზრდასთან, რათა დახასიათებულიყო ნახშირბადის მთლიანი ციკლის საშუალო ხანგრძლივობა. ეს კოეფიციენტი ახასიათებს ზოგადი სინთეზის ციკლის - ბიომასის მინერალიზაციის საშუალო ხანგრძლივობას მოცემულ ტერიტორიაზე (ან მთლიანად ხმელეთზე). გამოთვლებმა აჩვენა, რომ მთლიანი მიწისთვის ეს ციკლი ჯდება 300-400 და არაუმეტეს 1000 წელზე. შესაბამისად, ამ საშუალო მაჩვენებლით ხდება ბიომასაში შეკრული მინერალური ნაერთების გამოყოფა, ნიადაგში ჰუმუსის წარმოქმნა და მინერალიზაცია.
ბიოსფეროს ცოცხალი მატერიის მინერალური კომპონენტების ბიოგეოქიმიური მნიშვნელობის ზოგადი შეფასებისთვის, ვაკოვდამ შესთავაზა შედარება ბიომასის მინერალების მიწოდება, წლიური მინერალების რაოდენობა, რომლებიც ჩართულია მიმოქცევაში ნამატით და ნარჩენებით, მდინარეების ყოველწლიურ ქიმიურ ჩამონადენთან. . აღმოჩნდა, რომ ეს მნიშვნელობები ახლოსაა: 10 8-9 ფერფლის ნივთიერება მონაწილეობს ზრდასა და ნარჩენებში, ხოლო 10 9 - მდინარეების ყოველწლიურ ქიმიურ ჩამონადენში.
BGHK ინდექსი = S b / S X,
სადაც S b - ელემენტების ჯამი (ან ერთი ელემენტის რაოდენობა) ბიომასის წლიურ ზრდაში; S x - მოცემული აუზის (ან აუზის ნაწილის) მდინარეების წყლებით განხორციელებული ერთიდაიგივე ელემენტების (ან ერთი ელემენტის) ჯამი.
აღმოჩნდა, რომ ბიოგეოქიმიური ციკლის ინდექსები ძალიან განსხვავდება სხვადასხვა კლიმატურ პირობებში, მცენარეთა სხვადასხვა თემის საფარქვეშ, ბუნებრივი დრენაჟის სხვადასხვა პირობებში.
4. ნი. ბაზილევიჩმა, ლე.
N.I.Bazilevich და L.E. Rodina-ს მიხედვით, ფიტომასის დაშლის ინტენსივობის მაჩვენებლები ყველაზე მაღალია ჩრდილოეთის ტუნდრასა და ჭაობებში, ხოლო ყველაზე დაბალი (დაახლოებით 1-ის ტოლი) სტეპებსა და ნახევრად უდაბნოებში.
5. B.B. Polynov (1936) შემოგვთავაზა წყლის მიგრაციის ინდექსის გამოთვლა:
IVM = X H2O / X zk,
სადაც ICM არის წყლის მიგრაციის მაჩვენებელი; Х Н2О - ელემენტის რაოდენობა აორთქლებული მდინარის ან მიწისქვეშა წყლების მინერალურ ნარჩენებში; X zk - ერთი და იგივე ელემენტის შემცველობა დედამიწის ქერქში ან კლდეში.
წყლის მიგრაციის ინდექსების გაანგარიშებამ აჩვენა, რომ ბიოსფეროში ყველაზე მოძრავი მიგრანტები არიან Cl, S, B, Br, I, Ca, Na, Mg, F, Sr, Zn, U, Mo. ამ მხრივ ყველაზე პასიურია Si, K, P, Ba, Mn, Rb, Cu, Ni, Co, As, Li, Al, Fe.
^ ბიოლოგიური წრე და ნიადაგის ფორმირება
გეოლოგიისა და პალეობოტანიკის მონაცემებმა საშუალება მისცა V.A.Kovda-ს ზოგადი თვალსაზრისით გამოეხატა ნიადაგის წარმოქმნის პროცესის განვითარების ყველაზე მნიშვნელოვანი ეტაპები მცენარეთა და მცენარეული საფარის განვითარების ისტორიასთან დაკავშირებით (1973). დედამიწაზე ნიადაგის წარმოქმნის პროცესის დაწყება დაკავშირებულია ავტოტროფული ბაქტერიების გამოჩენასთან, რომლებსაც შეუძლიათ დამოუკიდებელი არსებობა ყველაზე არახელსაყრელ ჰიდროთერმულ პირობებში. VR Williams-მა დედამიწის ქერქის ქანებზე ქვედა ორგანიზმების ზემოქმედების ამ საწყის პროცესს უწოდა ნიადაგის წარმოქმნის პირველადი პროცესი. ავტოტროფული ბაქტერიები, რომლებიც აღმოაჩინა S.N. Vinogradov-მა მე-19 საუკუნის ბოლოს, არის უმარტივესი უჯრედული ორგანიზმები, რომელთა რიცხვი ასამდე სახეობას შეადგენს. მათ აქვთ ძალიან სწრაფად გამრავლების უნარი: 1 ინდივიდს შეუძლია დღეში ტრილიონობით ორგანიზმის მიცემა. თანამედროვე ავტოტროფებს შორის არის გოგირდის ბაქტერიები, რკინის ბაქტერიები და სხვ., რომლებიც უაღრესად მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ნიადაგშიდა პროცესებში. როგორც ჩანს, ავტოტროფული ბაქტერიების გამოჩენა პრეკამბრიული პერიოდიდან იწყება.
ამრიგად, ორგანული ნივთიერებების პირველი სინთეზი და ბიოლოგიური ციკლები C, S, N, Fe, Mn, O 2, H 2 დედამიწის ქერქში დაკავშირებული იყო ავტოტროფული ბაქტერიების აქტივობასთან, რომლებიც იყენებენ მინერალური ნაერთების ჟანგბადს. ნიადაგის წარმოქმნის პროცესის განვითარებაში შესაძლებელია, რომ ავტოტროფულ ბაქტერიებთან ერთად, არაუჯრედული სიცოცხლის ფორმებმა, როგორიცაა ვირუსები და ბაქტერიოფაგები, როლი ითამაშა. რა თქმა უნდა, ეს არ იყო ნიადაგის წარმოქმნის პროცესი მისი თანამედროვე ფორმით, რადგან არ არსებობდა ფესვთა მცენარეები, არ იყო ჰუმუსური ნაერთების დაგროვება და ბიოგენური მექანიზმი. და, როგორც ჩანს, უფრო სწორია ლაპარაკი კლდეების პირველადი ბიოგეოქიმიური ამინდის შესახებ ქვედა ორგანიზმების გავლენის ქვეშ.
პრეკამბრიულ პერიოდში გამოჩნდა ერთუჯრედიანი მოლურჯო-მწვანე წყალმცენარეები. სილურულიდან და დევონიდან გავრცელდა მრავალუჯრედიანი წყალმცენარეები - მწვანე, ყავისფერი, ჟოლოსფერი. ნიადაგის წარმოქმნის პროცესი გართულდა, დაჩქარდა, დაიწყო ორგანული ნივთიერებების სინთეზი შესამჩნევი რაოდენობით და გამოიკვეთა O, H, N, S და სხვა საკვები ნივთიერებების მცირე ბიოლოგიური ციკლის გაფართოება. როგორც ჩანს, ვ.ა. კოვდა, ნიადაგწარმოქმნის პროცესს ამ ეტაპებზე თან ახლდა ბიოგენური წვრილი დედამიწის დაგროვება. ნიადაგის საწყისი ფორმირების ეტაპი ძალიან გრძელი იყო და თან ახლდა ბიოგენური წვრილი დედამიწის ნელი, მაგრამ უწყვეტი დაგროვება, გამდიდრებული ორგანული ნივთიერებებით და ბიოლოგიურ ციკლში ჩართული ელემენტებით: H, O, C, N, P, S, Ca, K, Fe, Si, A1. ამ ეტაპზე მეორადი მინერალების ბიოგენური სინთეზი უკვე შეიძლებოდა მომხდარიყო: ალუმინისა და ფერისილიკატები, ფოსფატები, სულფატები, კარბონატები, ნიტრატები, კვარცი და ნიადაგის წარმოქმნა შემოიფარგლებოდა არაღრმა წყლის ადგილებში. ხმელეთზე მას კლდოვანი და ჭაობიანი ხასიათი ჰქონდა.
კამბრიაშიც გაჩნდა ფსილოფიტები - მცირე ზომის ბუჩქის ტიპის მცენარეები, რომლებსაც ფესვებიც კი არ ჰქონდათ. მათ მიიღეს გარკვეული გავრცელება სილურულში და მნიშვნელოვანი განვითარება დევონში. ამავე დროს ჩნდება ცხენის კუდები და გვიმრები - ნოტიო დაბლობების ბინადარნი. ამრიგად, ნიადაგწარმომქმნელი პროცესის შედარებით განვითარებული ფორმა დაიწყო სილურული და დევონური, ე.ი. დაახლოებით 300-400 მილიონი წლის წინ. თუმცა, არ შეინიშნებოდა ჭუჭყიანი პროცესი, ვინაიდან არ იყო ბალახოვანი მცენარეულობა. გვიმრებისა და ლირის ნაცრის შემცველობა არ არის მაღალი (4-6%), ცხენის კუდები გაცილებით მაღალია (20%). ფერფლის შემადგენლობაში დომინირებდა K (30%), Si (28%) და C1 (10%). სოკოვანი მიკროფლორა ხელს უწყობს P და K-ს ჩართვას ბიოლოგიურ ციკლში, ხოლო ლიქენები - Ca, Fe, Si. სავარაუდოა მჟავე ნიადაგების (კაოლინიტური ალიტური, ბოქსიტი) და რკინის ნაერთებით გამდიდრებული ჰიდრომორფული ნიადაგების წარმოქმნა.
განვითარებული ნიადაგწარმომქმნელი პროცესი, როგორც ჩანს, მხოლოდ პალეოზოური (კარბონული, პერმის) ბოლოს მიიღო. ამ დროისთვის მეცნიერები მიაწერენ ხმელეთზე უწყვეტი მცენარეული საფარის გამოჩენას. გვიმრების გარდა, გაჩნდა ლიკოპოდები, ცხენის კუდები, გიმნოსპერმები. ჭარბობდა ტყეებისა და ჭაობების პეიზაჟები, ჩამოყალიბდა კლიმატური ზონირება თბილი ტროპიკული და სუბტროპიკული დომინირების ფონზე. შესაბამისად, ამ პერიოდში ჭარბობდა ჭაობიანი და ტყის ტროპიკული ნიადაგწარმომქმნელი პროცესები.
ეს რეჟიმი გაგრძელდა დაახლოებით პერმის პერიოდის შუა ხანებამდე, როდესაც თანდათანობით დაიწყო კლიმატის გაციება და გაშრობა. სიმშრალემ და სიცივემ ხელი შეუწყო ზონირების შემდგომ განვითარებას. სწორედ ამ პერიოდში (პერმის მეორე ნახევარი, ტრიასული) ფართოდ განვითარდა გიმნოსპერმა. მაღალ განედებში ამ დროს ხდებოდა მჟავე პოდზოლური ნიადაგების წარმოქმნა, დაბალ განედებში ნიადაგწარმოქმნა ყვითელმიწების, წითელმიწა და ბოქსიტების განვითარების გზაზე მიმდინარეობდა. ნაცრის დაბალი შემცველობა (დაახლოებით 4%), Cl, Na-ს უმნიშვნელო შემცველობა, Si (16%), Ca (2%), S (6%), K (6.5%) ფიჭვის ნემსებში იწვევდა ზრდას. მონაწილეობა ბიოლოგიურ მიმოქცევაში და ნიადაგის ფორმირებაში Ca, S, P როლი და Si, K, Na, C1 როლის შემცირება.
დიატომები ჩნდება იურული პერიოდის განმავლობაში, ხოლო ანგიოსპერმები ჩნდება ცარცულ პერიოდში, რომელიც მოჰყვება. ცარცული პერიოდის შუა ხანებიდან ფართოდ გავრცელდა ფოთლოვანი სახეობები - ნეკერჩხალი, მუხა, არყი, ტირიფი, ევკალიპტი, კაკალი, წიფელი, რცხილა. მათი ტილოების ქვეშ, პოდზოლის წარმოქმნის პროცესი იწყებს შესუსტებას, რადგან ამ მცენარეების ნაგვის შემადგენლობა შეიცავს Ca, Mg, K-ს მაღალ პროპორციას.
მესამეულ ეპოქაში დედამიწაზე ჭარბობდა ტროპიკული ფლორა: პალმები, მაგნოლია, სექვოია, წიფელი და წაბლი. ამ ტყეების მიერ წრიულ მოძრაობაში ჩართული ნივთიერებების მინერალური შემადგენლობა ხასიათდებოდა Ca, Mg, K, P, S, Si, Al-ის მნიშვნელოვანი მონაწილეობით. ამრიგად, შეიქმნა ბალახოვანი მცენარეულობის გაჩენისა და განვითარების ეკოლოგიური წინაპირობები: ნიადაგებისა და ქანების მჟავიანობის დაქვეითება, საკვები ნივთიერებების დაგროვება.
ბალახოვანი მერქნიანი მცენარეულობის დომინირების ცვლილებას უდიდესი ფუნდამენტური მნიშვნელობა ჰქონდა ნიადაგწარმომქმნელი პროცესების ბუნების შეცვლაში. ხეების მძლავრი ფესვთა სისტემა ბიოლოგიურ ციკლში მოიცავდა მინერალური ნივთიერებების მნიშვნელოვან მასას, რაც მათ მობილიზებას უწევდა ბალახოვანი მცენარეულობის შემდგომ დასახლებას. ბალახოვანი მცენარეულობის ხანმოკლე სიცოცხლე და ფესვთა მასების კონცენტრაცია ნიადაგის ზედა ფენებში, ბალახების საფარის ქვეშ, უზრუნველყოფს მინერალების ბიოლოგიური ცირკულაციის სივრცულ კონცენტრაციას ჰორიზონტების ნაკლებად სქელ ფენაში, მათში ფერფლის კვების ელემენტების დაგროვებით. . ამრიგად, ცარცული პერიოდის მეორე ნახევრიდან დაწყებული, მესამეულ და განსაკუთრებით მეოთხეულ პერიოდებში, ბალახოვანი მცენარეულობის დომინირების გავლენით გავრცელდა ნიადაგწარმოქმნის სველი პროცესი.
ასე რომ, ცოცხალი მატერიისა და ბიოლოგიური მიმოქცევის როლი დედამიწის გეოლოგიურ ისტორიაში და ნიადაგწარმოქმნის პროცესის განვითარებაში მუდმივად იზრდება. მაგრამ ნიადაგის ფორმირება ასევე თანდათან გახდა ნივთიერებების ბიოლოგიური ციკლის ერთ-ერთი მთავარი რგოლი.
ნიადაგი უზრუნველყოფს ნივთიერებების დიდი გეოლოგიური და მცირე ბიოლოგიური ციკლების მუდმივ ურთიერთქმედებას დედამიწის ზედაპირზე. ნიადაგი არის დამაკავშირებელი რგოლი და მატერიის ამ ორი გლობალური ციკლის ურთიერთქმედების მარეგულირებელი.
ნიადაგი - აგროვებს ორგანულ ნივთიერებებს და მასთან დაკავშირებულ ქიმიურ ენერგიას, ქიმიურ ელემენტებს, რითაც არეგულირებს ნივთიერებების ბიოლოგიური მიმოქცევის სიჩქარეს.
ნიადაგი, რომელსაც აქვს თავისი ნაყოფიერების დინამიურად გამრავლების უნარი, არეგულირებს ბიოსფერულ პროცესებს. კერძოდ, დედამიწაზე სიცოცხლის სიმჭიდროვე, კლიმატურ ფაქტორებთან ერთად, დიდწილად განისაზღვრება ნიადაგის გეოგრაფიული ჰეტეროგენულობით.
ბუნებაში ნივთიერებების მიმოქცევა ყველაზე მნიშვნელოვანი ეკოლოგიური კონცეფციაა.
ნახ. ბიოლოგიური ციკლი წარმოდგენილია გამარტივებული ენერგიის ნაკადის დიაგრამასთან ერთად. ციკლში ჩართულია ნივთიერებები და ენერგიის ნაკადი ცალმხრივია მცენარეებიდან, რომლებიც მზის ენერგიას გარდაქმნიან ქიმიურ ბმების ენერგიად, ცხოველებიდან, რომლებიც იყენებენ ამ ენერგიას, შემდეგ კი მიკროორგანიზმებს, რომლებიც ანადგურებენ ორგანულ ნივთიერებებს.
ენერგიის ცალმხრივი ნაკადი ააქტიურებს ნივთიერებების მიმოქცევას. თითოეული ქიმიური ელემენტი, რომელიც ქმნის ციკლს ეკოსისტემაში, მონაცვლეობით გადადის ორგანულიდან არაორგანულ ფორმაში და პირიქით.
ბრინჯი. 1. ენერგიის ნაკადი და ბიოგენური ელემენტების ციკლი ბიოსფეროში
ფოტოსინთეზი- ორგანული ნივთიერებების (გლუკოზა, სახამებელი, ცელულოზა და ა.შ.) შექმნა ნახშირორჟანგიდან და წყლისგან ქლოროფილის მონაწილეობით მზის ენერგიის მოქმედებით:
6CO 2 + 12H 2 O + hν (673 კკალ) = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O
ფოტოსინთეზი არის ფოტოსინთეზური ორგანიზმების მიერ მზის ენერგიის დაჭერისა და ბიომასის ენერგიად გადაქცევის პროცესი.
ყოველწლიურად მცენარეთა სამყარო ინახავს თავისუფალ ენერგიას 10-ჯერ აღემატება დედამიწის მთელი მოსახლეობის მიერ წელიწადში მოხმარებული მინერალური ენერგიის რაოდენობას. თავად ეს მინერალები (ქვანახშირი, ნავთობი და ბუნებრივი აირი) ასევე არის ფოტოსინთეზის პროდუქტები, რომელიც მოხდა მილიონობით წლის წინ.
ყოველწლიურად, ფოტოსინთეზი ითვისებს 200 მილიარდ ტონა ნახშირორჟანგს და გამოყოფს 320 მილიარდ ტონამდე ჟანგბადს. ატმოსფეროში არსებული ყველა ნახშირორჟანგი ცოცხალ ნივთიერებაში გადის 6-7 წელიწადში.
ორგანული ნივთიერებების უმარტივეს მოლეკულებამდე: CO 2, H 2 O, NH 3 განადგურების პროცესები ასევე მიმდინარეობს ბიოსფეროში. ორგანული ნაერთების დაშლა ხდება ცხოველების ორგანიზმებში, მცენარეებში სუნთქვის დროს CO 2 და H 2 O წარმოქმნით.
მიკროორგანიზმების მოქმედებით ხდება ორგანული ნივთიერებების მინერალიზაცია, მკვდარი ორგანული ნივთიერებების დაშლა მარტივ არაორგანულ ნაერთებად.
ბიოსფეროში ორგანული ნივთიერებების წარმოქმნისა და განადგურების საპირისპირო პროცესები ქმნის ატომების ერთ ბიოლოგიურ ციკლს. ორგანული ნაერთების მინერალიზაციის პროცესში გამოიყოფა ენერგია, რომელიც შეიწოვებოდა ფოტოსინთეზის დროს. იგი გამოიყოფა როგორც სითბო და ასევე ქიმიური ენერგია.
ბიოლოგიური ციკლიარის ცოცხალ ორგანიზმებში ქიმიური ელემენტების შეყვანის, ახალი რთული ნაერთების ბიოსინთეზის და ელემენტების ნიადაგში, ატმოსფეროსა და ჰიდროსფეროში დაბრუნების პროცესების ერთობლიობა.
ბიოლოგიური ციკლის (BIR) ინტენსივობა განისაზღვრება გარემოს ტემპერატურით და წყლის რაოდენობით. ბიოლოგიური ციკლი უფრო ინტენსიურია ტროპიკულ წვიმიან ტყეებში, ვიდრე ტუნდრაში.
ნივთიერებების ბიოლოგიური ციკლის ყველაზე მნიშვნელოვანი შედეგია ნიადაგების ჰუმუსის ჰორიზონტის ფორმირება ხმელეთზე.
ბიოლოგიური ციკლი ხასიათდება შემდეგი მაჩვენებლებით.
ბიომასა -დროის მოცემულ მომენტში დაგროვილი ცოცხალი ნივთიერების მასა (ფიტო-, ზოო-, მიკრობიომასა).
მცენარეული ბიომასა(ფიტომასა) - ცოცხალი და მკვდარი მცენარეული ორგანიზმების მასა.
ნაგავი -მცენარეების ორგანული ნივთიერებების რაოდენობა, რომლებიც დაიღუპნენ ერთეულ ფართობზე დროის ერთეულზე.
ზრდა- ბიომასა დაგროვილი ერთეულ ფართობზე დროის ერთეულზე.
მცენარის ქიმიური შემადგენლობა დამოკიდებულია ორ ძირითად ფაქტორზე:
1) ეკოლოგიური, - მცენარის ზრდის გარემო, - გარემოში ელემენტების შემცველობის დონეები, მდებარეობის ფორმები, მათ შორის მობილური, მცენარეებისთვის ხელმისაწვდომი;
2) გენეტიკური, მცენარის სახეობების წარმოშობის თავისებურებების გამო.
გარემოს დაბინძურების პირობებში მცენარეებში ელემენტების კონცენტრაცია განისაზღვრება პირველი ფაქტორით. ფონურ (დაურღვეველ) ლანდშაფტებში ორივე ფაქტორი მნიშვნელოვანია.
გარემოს ქიმიურ ფაქტორზე (ქიმიური ელემენტების შემცველობაზე) რეაქციის მიხედვით შეიძლება გამოიყოს მცენარეთა 2 ჯგუფი:
1) ადაპტირებულიქიმიური ელემენტების კონცენტრაციის ცვლილებამდე;
2) არ არის ადაპტირებულიქიმიური ელემენტების კონცენტრაციის ცვლილებამდე.
გარემოში ქიმიური ელემენტების კონცენტრაციის ცვლილება არაადაპტირებულ მცენარეებში იწვევს ფიზიოლოგიურ დარღვევებს, რაც იწვევს დაავადებებს; მცენარეების განვითარება ითრგუნება, სახეობა კვდება.
ზოგიერთი მცენარის სახეობა კარგად ეგუება ელემენტების მაღალი კონცენტრაციის გადაცემას. ეს არის ველური მცენარეები, რომლებიც იზრდებიან მოცემულ ტერიტორიაზე დიდი ხნის განმავლობაში, რომლებიც ბუნებრივი გადარჩევის შედეგად იძენენ წინააღმდეგობას არახელსაყრელი საცხოვრებელი პირობების მიმართ.
მცენარეებს, რომლებიც აკონცენტრირებენ ქიმიურ ელემენტებს, ეწოდება კონცენტრატორები. მაგალითად: მზესუმზირა, კარტოფილი კალიუმის კონცენტრატი, ჩაი - ალუმინი, ხავსი - რკინა. ჭია, ცხენის კუდი, სიმინდი, მუხა აგროვებს ოქროს.
გამოჩენილი რუსი მეცნიერი, აკადემიკოსი ვ.ი. ვერნადსკი.
ბიოსფერო- დედამიწის რთული გარე გარსი, რომელიც შეიცავს ცოცხალი ორგანიზმების მთელ მთლიანობას და პლანეტის ნივთიერების იმ ნაწილს, რომელიც ამ ორგანიზმებთან უწყვეტი გაცვლის პროცესშია. ეს არის დედამიწის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი გეოსფერო, რომელიც არის ადამიანის გარშემო არსებული ბუნებრივი გარემოს მთავარი კომპონენტი.
დედამიწა შედგება კონცენტრულისგან ჭურვები(გეოსფეროები) როგორც შიდა, ასევე გარე. შიდა მოიცავს ბირთვს და მანტიას, ხოლო გარე: ლითოსფერო -დედამიწის ქვის გარსი, დედამიწის ქერქის ჩათვლით (ნახ. 1) 6 კმ სისქით (ოკეანის ქვეშ) 80 კმ-მდე (მთის სისტემები); ჰიდროსფერო -დედამიწის წყლის გარსი; ატმოსფერო- დედამიწის გაზის გარსი, რომელიც შედგება სხვადასხვა გაზების, წყლის ორთქლისა და მტვრის ნარევისგან.
10-დან 50 კმ-მდე სიმაღლეზე არის ოზონის ფენა, მისი მაქსიმალური კონცენტრაციით 20-25 კმ სიმაღლეზე, რომელიც იცავს დედამიწას ორგანიზმისთვის სასიკვდილო გადაჭარბებული ულტრაიისფერი გამოსხივებისგან. ბიოსფერო ასევე ეკუთვნის აქ (გარე გეოსფეროებს).
ბიოსფერო -დედამიწის გარე გარსი, რომელიც მოიცავს ატმოსფეროს ნაწილს 25-30 კმ სიმაღლემდე (ოზონის შრემდე), პრაქტიკულად მთელ ჰიდროსფეროს და ლითოსფეროს ზედა ნაწილს 3 კმ სიღრმემდე.
ბრინჯი. 1. დედამიწის ქერქის აგებულების სქემა
(ნახ. 2). ამ ნაწილების თავისებურება ის არის, რომ ისინი ბინადრობენ ცოცხალი ორგანიზმებით, რომლებიც პლანეტის ცოცხალ მატერიას ქმნიან. ურთიერთქმედება ბიოსფეროს აბიოტური ნაწილი- ჰაერი, წყალი, ქანები და ორგანული ნივთიერებები - ბიოტაგამოიწვია ნიადაგებისა და დანალექი ქანების წარმოქმნა.
ბრინჯი. 2. ბიოსფეროს აგებულება და ზედაპირების თანაფარდობა, რომელსაც უკავია ძირითადი სტრუქტურული ერთეულები
მატერიის ციკლი ბიოსფეროში და ეკოსისტემებში
ბიოსფეროში ცოცხალი ორგანიზმებისთვის ხელმისაწვდომი ყველა ქიმიური ნაერთი შეზღუდულია. ასიმილაციისთვის შესაფერისი ქიმიკატების ამოწურვა ხშირად აფერხებს ორგანიზმების გარკვეული ჯგუფების განვითარებას მიწის ან ოკეანის ადგილობრივ რაიონებში. აკადემიკოს ვ.რ. უილიამსის, სასრულისთვის უსასრულობის თვისებების მინიჭების ერთადერთი გზა არის მისი ბრუნვა დახურული მრუდის გასწვრივ. შესაბამისად, ბიოსფეროს სტაბილურობა შენარჩუნებულია ნივთიერებების მიმოქცევისა და ენერგიის ნაკადების გამო. Არიან, იმყოფებიან ნივთიერებების ორი ძირითადი ციკლი: დიდი - გეოლოგიური და პატარა - ბიოგეოქიმიური.
დიდი გეოლოგიური მიმოქცევა(ნახ. 3). კრისტალური ქანები (ანთებითი) ფიზიკური, ქიმიური და ბიოლოგიური ფაქტორების გავლენით გარდაიქმნება დანალექ ქანებად. ქვიშა და თიხა არის ტიპიური ნალექები, ღრმა ქანების გარდაქმნის პროდუქტები. თუმცა, ნალექის წარმოქმნა ხდება არა მხოლოდ არსებული ქანების განადგურების გამო, არამედ ბიოგენური მინერალების - მიკროორგანიზმების ჩონჩხების სინთეზის შედეგად - ბუნებრივი რესურსებიდან - ოკეანის წყლებიდან, ზღვებიდან და ტბებიდან. ფხვიერი წყლიანი ნალექები, რადგან ისინი იზოლირებულია რეზერვუარების ფსკერზე დანალექი მასალის ახალი ნაწილებით, ჩაეფლო სიღრმეში, შედიან ახალ თერმოდინამიკურ პირობებში (უფრო მაღალი ტემპერატურა და წნევა), კარგავენ წყალს, მყარდება და გარდაიქმნება დანალექ ქანებად.
შემდგომში ეს ქანები კიდევ უფრო ღრმა ჰორიზონტებში იძირებიან, სადაც ხდება მათი ღრმა გარდაქმნის პროცესები ახალ ტემპერატურასა და ბარულ პირობებში - მიმდინარეობს მეტამორფიზმის პროცესები.
ენდოგენური ენერგიის ნაკადების გავლენით ღრმა ქანები ხელახლა დნება, წარმოიქმნება მაგმა - ახალი ცეცხლოვანი ქანების წყარო. ამ ქანების დედამიწის ზედაპირზე ამაღლების შემდეგ, ამინდობის და გადატანის პროცესების გავლენით, ისინი კვლავ გარდაიქმნება ახალ დანალექ ქანებად.
ამრიგად, დიდი მიმოქცევა განპირობებულია მზის (ეგზოგენური) ენერგიის ურთიერთქმედებით დედამიწის ღრმა (ენდოგენურ) ენერგიასთან. ის ანაწილებს ნივთიერებებს ბიოსფეროსა და ჩვენი პლანეტის ღრმა ჰორიზონტს შორის.
ბრინჯი. 3. მატერიის დიდი (გეოლოგიური) მიმოქცევა (თხელი ისრები) და მრავალფეროვნების ცვლილება დედამიწის ქერქში (მყარი ფართო ისრები - ზრდა, წყვეტილი - მრავალფეროვნების შემცირება)
დიდი მორევიასევე უწოდებენ წყლის ციკლს ჰიდროსფეროს, ატმოსფეროსა და ლითოსფეროს შორის, რომელიც მოძრაობს მზის ენერგიით. წყალი ორთქლდება წყლის ობიექტებისა და მიწის ზედაპირიდან და შემდეგ კვლავ შემოდის დედამიწაზე ნალექების სახით. ოკეანეში აორთქლება აჭარბებს ნალექებს, ხმელეთზე კი პირიქით. ეს განსხვავებები კომპენსირდება მდინარის ნაკადებით. მიწის მცენარეულობა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს წყლის გლობალურ ციკლში. დედამიწის ზედაპირის გარკვეულ რაიონებში მცენარეების ტრანსპირაციამ შეიძლება შეადგინოს აქ ნალექის 80-90%-მდე, ხოლო საშუალოდ ყველა კლიმატური ზონისთვის - დაახლოებით 30%. ნივთიერებების დიდი, მცირე მიმოქცევისგან განსხვავებით მხოლოდ ბიოსფეროში ხდება. დიდ და პატარა წყლის ციკლს შორის კავშირი ნაჩვენებია ნახ. 4.
პლანეტარული მასშტაბის ციკლები იქმნება ატომების უთვალავი ადგილობრივი ციკლური მოძრაობებისგან, რომლებიც გამოწვეულია ორგანიზმების სასიცოცხლო აქტივობით ცალკეულ ეკოსისტემებში და იმ მოძრაობებით, რომლებიც გამოწვეულია ლანდშაფტისა და გეოლოგიური მიზეზების მოქმედებით (ზედაპირული და მიწისქვეშა ჩამონადენი, ქარის ეროზია, მოძრაობა. ზღვის ფსკერი, ვულკანიზმი, მთის შენობა და ა.შ.) ).
ბრინჯი. 4. წყლის დიდი გეოლოგიური ციკლის (BGC) ურთიერთმიმართება წყლის მცირე ბიოგეოქიმიურ ციკლთან (MBC)
ენერგიისგან განსხვავებით, რომელსაც ერთხელ იყენებს სხეული, გადაიქცევა სითბოდ და იკარგება, ბიოსფეროში ნივთიერებები ცირკულირებენ და ქმნიან ბიოგეოქიმიურ ციკლებს. ბუნებაში ნაპოვნი ოთხმოცდაათი უცნაური ელემენტიდან ცოცხალ ორგანიზმებს დაახლოებით ორმოცი სჭირდება. ყველაზე მნიშვნელოვანი მათთვის დიდი რაოდენობითაა საჭირო - ნახშირბადი, წყალბადი, ჟანგბადი, აზოტი. ელემენტებისა და ნივთიერებების ციკლები ხორციელდება თვითრეგულირებადი პროცესების გამო, რომელშიც მონაწილეობს ყველა შემადგენელი ნაწილი. ეს პროცესები ნარჩენებისგან თავისუფალია. არსებობს ბიოსფეროში ბიოგეოქიმიური ციკლის გლობალური დახურვის კანონიმოქმედებს მისი განვითარების ყველა ეტაპზე. ბიოსფეროს ევოლუციის დროს ბიოლოგიური კომპონენტის როლი ბიოგეოქიმიის დახურვაში
ვისაც ციკლი. ადამიანს კიდევ უფრო დიდი გავლენა აქვს ბიოგეოქიმიურ მიმოქცევაზე. მაგრამ მისი როლი საპირისპირო მიმართულებით ვლინდება (ციკლები ღია ხდება). ნივთიერებების ბიოგეოქიმიური მიმოქცევის საფუძველია მზის ენერგია და მწვანე მცენარეების ქლოროფილი. სხვა ყველაზე მნიშვნელოვანი ციკლები - წყალი, ნახშირბადი, აზოტი, ფოსფორი და გოგირდი - ასოცირდება და ხელს უწყობს ბიოგეოქიმიურს.
წყლის ციკლი ბიოსფეროში
მცენარეები იყენებენ წყლის წყალბადს ფოტოსინთეზში ორგანული ნაერთების შესაქმნელად, მოლეკულური ჟანგბადის გათავისუფლებით. ყველა ცოცხალი არსების სუნთქვის პროცესში, ორგანული ნაერთების დაჟანგვის დროს, წყალი კვლავ წარმოიქმნება. სიცოცხლის ისტორიაში ჰიდროსფეროს მთელმა თავისუფალმა წყალმა არაერთხელ გაიარა დაშლის ციკლები და ახალი წარმონაქმნები პლანეტის ცოცხალ მატერიაში. დედამიწაზე წყლის ციკლში ყოველწლიურად ჩართულია დაახლოებით 500 000 კმ 3 წყალი. წყლის ციკლი და მისი რეზერვები ნაჩვენებია ნახ. 5 (ფარდობითი თვალსაზრისით).
ჟანგბადის ციკლი ბიოსფეროში
დედამიწა თავის უნიკალურ ატმოსფეროს, თავისუფალი ჟანგბადის მაღალი შემცველობით, ფოტოსინთეზის პროცესს ევალება. ატმოსფეროს მაღალ ფენებში ოზონის წარმოქმნა მჭიდრო კავშირშია ჟანგბადის ციკლთან. ჟანგბადი გამოიყოფა წყლის მოლეკულებიდან და არსებითად მცენარეების ფოტოსინთეზური აქტივობის გვერდითი პროდუქტია. აბიოტური ჟანგბადი წარმოიქმნება ზედა ატმოსფეროში წყლის ორთქლის ფოტოდისოციაციის გამო, მაგრამ ეს წყარო არის მხოლოდ მეათასედი პროცენტისა, რომელიც მიეწოდება ფოტოსინთეზს. არსებობს მოძრავი წონასწორობა ატმოსფეროში ჟანგბადის შემცველობასა და ჰიდროსფეროში. წყალში ის დაახლოებით 21-ჯერ ნაკლებია.
ბრინჯი. 6. ჟანგბადის ციკლის დიაგრამა: თამამი ისრები - ჟანგბადის მიღებისა და მოხმარების ძირითადი ნაკადები
გამოთავისუფლებული ჟანგბადი ინტენსიურად იხარჯება ყველა აერობული ორგანიზმის სუნთქვის პროცესზე და სხვადასხვა მინერალური ნაერთების დაჟანგვაზე. ეს პროცესები მიმდინარეობს ატმოსფეროში, ნიადაგში, წყალში, სილასა და ქანებში. ნაჩვენებია, რომ დანალექ ქანებში შეკრული ჟანგბადის მნიშვნელოვანი ნაწილი ფოტოსინთეზური წარმოშობისაა. გაცვლითი ფონდი O, ატმოსფეროში არის ფოტოსინთეზის მთლიანი წარმოების არაუმეტეს 5%. ბევრი ანაერობული ბაქტერია ასევე ჟანგავს ორგანულ ნივთიერებებს ანაერობული სუნთქვის დროს სულფატების ან ნიტრატების გამოყენებით.
მცენარეების მიერ შექმნილი ორგანული ნივთიერებების სრული დაშლა მოითხოვს ზუსტად იმდენივე ჟანგბადს, რაც გამოიყოფა ფოტოსინთეზის დროს. ორგანული ნივთიერებების დამარხვა დანალექ ქანებში, ნახშირში, ტორფში ემსახურებოდა ატმოსფეროში ჟანგბადის გაცვლის ფონდის შენარჩუნების საფუძველს. მასში შემავალი მთელი ჟანგბადი გადის სრულ ციკლს ცოცხალ ორგანიზმებში დაახლოებით 2000 წლის განმავლობაში.
ამჟამად, ატმოსფერული ჟანგბადის მნიშვნელოვანი ნაწილი შეკრულია ტრანსპორტის, მრეწველობისა და ანთროპოგენური აქტივობის სხვა ფორმების შედეგად. ცნობილია, რომ კაცობრიობა უკვე ხარჯავს 10 მილიარდ ტონაზე მეტ თავისუფალ ჟანგბადს ფოტოსინთეზის პროცესებით მოწოდებული მთლიანი 430-470 მილიარდი ტონიდან. თუ გავითვალისწინებთ, რომ ფოტოსინთეზური ჟანგბადის მხოლოდ მცირე ნაწილი შედის გაცვლის ფონდში, ამ მხრივ ადამიანების აქტიურობა საგანგაშო პროპორციებს იწყებს.
ჟანგბადის ციკლი მჭიდრო კავშირშია ნახშირბადის ციკლთან.
ნახშირბადის ციკლი ბიოსფეროში
ნახშირბადი, როგორც ქიმიური ელემენტი, არის სიცოცხლის საფუძველი. მას შეუძლია მრავალი სხვა ელემენტის გაერთიანება სხვადასხვა გზით და შექმნას მარტივი და რთული ორგანული მოლეკულები, რომლებიც ქმნიან ცოცხალ უჯრედებს. პლანეტაზე განაწილების თვალსაზრისით, ნახშირბადი მეთერთმეტე ადგილზეა (დედამიწის ქერქის წონის 0,35%), მაგრამ ცოცხალ მატერიაში ის საშუალოდ შეადგენს მშრალი ბიომასის დაახლოებით 18 ან 45%-ს.
ატმოსფეროში ნახშირბადი შედის ნახშირორჟანგის CO2 შემადგენლობაში, ნაკლებად - მეთანის CH4 შემადგენლობაში. ჰიდროსფეროში CO2 იხსნება წყალში და მისი მთლიანი შემცველობა გაცილებით მაღალია ვიდრე ატმოსფერული. ოკეანე ემსახურება ძლიერ ბუფერს ატმოსფეროში CO2-ის რეგულირებისთვის: ჰაერში მისი კონცენტრაციის მატებასთან ერთად იზრდება წყლის მიერ ნახშირორჟანგის შეწოვა. CO2-ის ზოგიერთი მოლეკულა რეაგირებს წყალთან, წარმოქმნის ნახშირბადის მჟავას, რომელიც შემდეგ იშლება HCO 3 - და CO 2 - 3 იონებად. ეს იონები რეაგირებენ კალციუმის ან მაგნიუმის კატიონებთან და აგროვებენ კარბონატებს. ასეთი რეაქციები ემყარება ოკეანის ბუფერულ სისტემას და ინარჩუნებს წყლის მუდმივი pH.
ატმოსფეროსა და ჰიდროსფეროს ნახშირორჟანგი არის გაცვლითი ფონდი ნახშირბადის ციკლში, საიდანაც მას იღებენ ხმელეთის მცენარეები და წყალმცენარეები. ფოტოსინთეზი ეფუძნება დედამიწის ყველა ბიოლოგიურ ციკლს. ფიქსირებული ნახშირბადის გამოყოფა ხდება თავად ფოტოსინთეზური ორგანიზმების და ყველა ჰეტეროტროფის - ბაქტერიების, სოკოების, ცხოველების რესპირატორული აქტივობის დროს, რომლებიც ცოცხალი ან მკვდარი ორგანული ნივთიერებების გამო შედის კვების ჯაჭვში.
ბრინჯი. 7. ნახშირბადის ციკლი
განსაკუთრებით აქტიურია CO2-ის დაბრუნება ნიადაგიდან ატმოსფეროში, სადაც კონცენტრირებულია ორგანიზმების მრავალი ჯგუფის აქტივობა, მკვდარი მცენარეებისა და ცხოველების ნაშთების დაშლა და მცენარეთა ფესვთა სისტემების სუნთქვა. ეს ინტეგრალური პროცესი განიხილება, როგორც "ნიადაგის სუნთქვა" და მნიშვნელოვანი წვლილი შეაქვს ჰაერში CO2-ის გაცვლის ფონდის შევსებაში. ორგანული ნივთიერებების მინერალიზაციის პროცესების პარალელურად ნიადაგებში წარმოიქმნება ჰუმუსი - ნახშირბადით მდიდარი რთული და სტაბილური მოლეკულური კომპლექსი. ნიადაგის ჰუმუსი ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი ნახშირბადის რეზერვუარია ხმელეთზე.
იმ პირობებში, როდესაც დესტრუქტორების აქტივობა შეფერხებულია გარემო ფაქტორებით (მაგალითად, როდესაც ანაერობული რეჟიმი ხდება ნიადაგებში და წყლის ობიექტების ფსკერზე), მცენარეულობის მიერ დაგროვილი ორგანული ნივთიერებები არ იშლება და დროთა განმავლობაში გადაიქცევა ქანებად, როგორიცაა ქვანახშირი. ან ყავისფერი ქვანახშირი, ტორფი, საპროპელები, ნავთობის ფიქლები და სხვა, რომლებიც მდიდარია შენახული მზის ენერგიით. ისინი ავსებენ ნახშირბადის სარეზერვო ფონდს, ითიშებიან ბიოლოგიური ციკლიდან დიდი ხნის განმავლობაში. ნახშირბადი ასევე დროებით დეპონირდება ცოცხალ ბიომასაში, მკვდარ ნარჩენებში, ოკეანეში გახსნილ ორგანულ ნივთიერებებში და ა.შ. მაგრამ ნახშირბადის ძირითადი რეზერვი ჩაწერილიაარ არის ცოცხალი ორგანიზმები და არა წიაღისეული საწვავი, მაგრამ დანალექი ქანები - კირქვები და დოლომიტები.მათი ფორმირება ასევე დაკავშირებულია ცოცხალი მატერიის აქტივობასთან. ამ კარბონატების ნახშირბადი დიდი ხნის განმავლობაში არის ჩამარხული დედამიწის ნაწლავებში და ციკლში შედის მხოლოდ ეროზიის დროს, როდესაც ქანები ტექტონიკურ ციკლებში ვლინდება.
ბიოგეოქიმიურ ციკლში ჩართულია ნახშირბადის მხოლოდ პროცენტული ნაწილი დედამიწაზე მისი მთლიანი რაოდენობით. ატმოსფეროსა და ჰიდროსფეროს ნახშირბადი მრავალჯერ გადის ცოცხალ ორგანიზმებში. მიწის მცენარეებს შეუძლიათ ჰაერში მისი რეზერვების ამოწურვა 4-5 წელიწადში, ნიადაგის ჰუმუსის რეზერვები 300-400 წელიწადში. ნახშირბადის ძირითადი დაბრუნება გაცვლის ფონდში ხდება ცოცხალი ორგანიზმების აქტივობის გამო და მისი მხოლოდ მცირე ნაწილი (ათას პროცენტი) ანაზღაურდება დედამიწის შიგნიდან ვულკანური აირების გამოყოფით.
ამჟამად, წიაღისეული საწვავის უზარმაზარი მარაგების მოპოვება და წვა ხდება მძლავრი ფაქტორი ნახშირბადის რეზერვიდან ბიოსფეროს გაცვლის ფონდში გადატანის საქმეში.
აზოტის ციკლი ბიოსფეროში
ატმოსფერო და ცოცხალი მატერია შეიცავს დედამიწაზე არსებული აზოტის 2%-ზე ნაკლებს, მაგრამ ეს არის ის აზოტი, რომელიც მხარს უჭერს სიცოცხლეს პლანეტაზე. აზოტი არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ორგანული მოლეკულების ნაწილი - დნმ, ცილები, ლიპოპროტეინები, ATP, ქლოროფილი და ა.შ. მცენარეთა ქსოვილებში მისი თანაფარდობა ნახშირბადთან არის საშუალოდ 1:30, ხოლო ზღვის წყალმცენარეებში I: 6. ბიოლოგიური აზოტის ციკლი არის. ამიტომ ასევე მჭიდროდ არის დაკავშირებული ნახშირბადთან.
ატმოსფეროს მოლეკულური აზოტი მიუწვდომელია მცენარეებისთვის, რომლებსაც შეუძლიათ ამ ელემენტის ათვისება მხოლოდ ამონიუმის იონების, ნიტრატების ან ნიადაგის ან წყლის ხსნარებიდან. ამიტომ, აზოტის ნაკლებობა ხშირად არის პირველადი წარმოების შეზღუდვის ფაქტორი - ორგანიზმების მუშაობა, რომელიც დაკავშირებულია არაორგანულიდან ორგანული ნივთიერებების შექმნასთან. მიუხედავად ამისა, ატმოსფერული აზოტი ფართოდ არის ჩართული ბიოლოგიურ ციკლში სპეციალური ბაქტერიების (აზოტის ფიქსატორების) აქტივობის გამო.
ამონიფიკატორი მიკროორგანიზმები ასევე დიდ მონაწილეობას იღებენ აზოტის ციკლში. ისინი ანადგურებენ ცილებს და სხვა აზოტის შემცველ ორგანულ ნივთიერებებს ამიაკად. ამონიუმის სახით აზოტი ნაწილობრივ შეიწოვება მცენარის ფესვებით, ნაწილობრივ კი იჭრება ნიტრიფიცირებული მიკროორგანიზმებით, რაც საპირისპიროა მიკროორგანიზმების ჯგუფის - დენიტრიფიკატორების ფუნქციების.
ბრინჯი. 8. აზოტის ციკლი
ნიადაგში ან წყლებში ანაერობულ პირობებში, ისინი იყენებენ ნიტრატების ჟანგბადს ორგანული ნივთიერებების დასაჟანგად, იღებენ ენერგიას სიცოცხლისთვის. ამ შემთხვევაში აზოტი მცირდება მოლეკულურ აზოტად. ბუნებაში აზოტის ფიქსაცია და დენიტრიფიკაცია დაახლოებით დაბალანსებულია. ამრიგად, აზოტის ციკლი ძირითადად დამოკიდებულია ბაქტერიების აქტივობაზე, ხოლო მცენარეები მასში ინტეგრირდება, ამ ციკლის შუალედური პროდუქტების გამოყენებით და მნიშვნელოვნად ზრდის ბიოსფეროში აზოტის მიმოქცევის მასშტაბებს ბიომასის წარმოქმნის გამო.
ბაქტერიების როლი აზოტის ციკლში იმდენად დიდია, რომ თუ მათი მხოლოდ 20 სახეობა განადგურდება, ჩვენს პლანეტაზე სიცოცხლე შეწყდება.
აზოტის არაბიოლოგიური ფიქსაცია და მისი ოქსიდების და ამიაკის შეყვანა ნიადაგში ასევე ხდება ნალექის დროს ატმოსფეროს იონიზაციისა და ელვისებური გამონადენის დროს. სასუქების თანამედროვე ინდუსტრია აფიქსირებს ატმოსფერულ აზოტს ბუნებრივი აზოტის ფიქსაციაზე მეტი, რათა გაზარდოს მოსავლის წარმოება.
ამჟამად, ადამიანის აქტივობა სულ უფრო მეტად მოქმედებს აზოტის ციკლზე, ძირითადად მისი გადაქცევის შეზღუდულ ფორმებად გადაჭარბების მიმართულებით მოლეკულურ მდგომარეობაში დაბრუნების პროცესების დროს.
ფოსფორის ციკლი ბიოსფეროში
ეს ელემენტი, რომელიც აუცილებელია მრავალი ორგანული ნივთიერების სინთეზისთვის, მათ შორის ATP, დნმ, რნმ, მცენარეების მიერ შეითვისება მხოლოდ ფოსფორმჟავას იონების სახით (P0 3 4 +). ის მიეკუთვნება პირველადი წარმოების შემზღუდველ ელემენტებს როგორც ხმელეთზე, ისე განსაკუთრებით ოკეანეში, რადგან ნიადაგსა და წყლებში ფოსფორის გაცვლადი ფონდი მცირეა. ბიოსფეროს მასშტაბით ამ ელემენტის ციკლი არ არის დახურული.
ხმელეთზე მცენარეები ნიადაგიდან გამოყოფენ ფოსფატებს, რომლებიც გამოიყოფა დეკომპოზატორების მიერ ორგანული ნარჩენების დაშლისგან. თუმცა, ტუტე ან მჟავე ნიადაგებში, ფოსფორის ნაერთების ხსნადობა მკვეთრად ეცემა. ფოსფატების ძირითად სარეზერვო ფონდს შეიცავს გეოლოგიურ წარსულში ოკეანის ფსკერზე შექმნილ ქანებში. ქანების გამორეცხვისას ამ რეზერვების ნაწილი გადადის ნიადაგში და სუსპენზიებისა და ხსნარების სახით ირეცხება წყლის ობიექტებში. ჰიდროსფეროში ფოსფატებს იყენებენ ფიტოპლანქტონი, რომლებიც კვების ჯაჭვების გასწვრივ გადადიან სხვა წყლის ორგანიზმებში. თუმცა, ოკეანეში, ფოსფორის ნაერთების უმეტესობა დამარხულია ფსკერზე ცხოველებისა და მცენარეების ნარჩენებით, რასაც მოჰყვება დანალექი ქანების გადასვლა დიდ გეოლოგიურ მიმოქცევაში. სიღრმეში გახსნილი ფოსფატები კალციუმს უკავშირდება ფოსფორიტების და აპატიტების წარმოქმნით. ბიოსფეროში, ფაქტობრივად, არსებობს ფოსფორის ცალმხრივი ნაკადი ხმელეთის ქანებიდან ოკეანის სიღრმეებამდე, შესაბამისად, მისი გაცვლის ფონდი ჰიდროსფეროში ძალიან შეზღუდულია.
ბრინჯი. 9. ფოსფორის ციკლი
ფოსფორიტების და აპატიტების მიწის საბადოები გამოიყენება სასუქების წარმოებაში. მტკნარი წყლის ობიექტებში ფოსფორის შეღწევა მათი „აყვავების“ ერთ-ერთი მთავარი მიზეზია.
გოგირდის ციკლი ბიოსფეროში
გოგირდის ციკლი, რომელიც აუცილებელია მთელი რიგი ამინომჟავების ასაშენებლად, პასუხისმგებელია ცილების სამგანზომილებიან სტრუქტურაზე და ინარჩუნებს ბიოსფეროში ბაქტერიების ფართო სპექტრს. ამ ციკლის ცალკეულ რგოლებში მონაწილეობენ აერობული მიკროორგანიზმები, რომლებიც აჟანგავს ორგანული ნარჩენების გოგირდს სულფატებად, ისევე როგორც ანაერობული სულფატის რედუქტორები, რომლებიც ამცირებენ სულფატებს წყალბადის სულფიდამდე. გოგირდის ბაქტერიების ჩამოთვლილი ჯგუფების გარდა, წყალბადის სულფიდი იჟანგება ელემენტარულ გოგირდად და შემდგომ სულფატებად. მცენარეები ითვისებენ მხოლოდ SO 2-4 იონებს ნიადაგიდან და წყლიდან.
ცენტრში რგოლი ასახავს ჟანგვის (O) და შემცირების (R) პროცესებს, რომლებიც ცვლის გოგირდს არსებულ სულფატულ აუზსა და რკინის სულფიდის აუზს ნიადაგსა და ნალექში ღრმად.
ბრინჯი. 10. გოგირდის ციკლი. ცენტრში რგოლი ასახავს ჟანგვის (0) და შემცირების (R) პროცესს, რის გამოც გოგირდის გაცვლა ხდება ხელმისაწვდომი სულფატის აუზსა და ნიადაგში და ნალექებში ღრმად მდებარე რკინის სულფიდების აუზს შორის.
გოგირდის ძირითადი დაგროვება ხდება ოკეანეში, სადაც სულფატის იონები მუდმივად მიეწოდება ხმელეთიდან მდინარის ჩამონადენით. როდესაც წყალბადის სულფიდი გამოიყოფა წყლიდან, გოგირდი ნაწილობრივ ბრუნდება ატმოსფეროში, სადაც იჟანგება დიოქსიდად, წვიმის წყალში გადაიქცევა გოგირდის მჟავად. დიდი რაოდენობით სულფატებისა და ელემენტარული გოგირდის სამრეწველო გამოყენება და წიაღისეული საწვავის წვა ატმოსფეროში ათავისუფლებს დიდი რაოდენობით გოგირდის დიოქსიდს. ის ზიანს აყენებს მცენარეულობას, ცხოველებს, ადამიანებს და ემსახურება როგორც მჟავე წვიმის წყაროს, რაც ამძაფრებს გოგირდის ციკლში ადამიანის ჩარევის უარყოფით გავლენას.
ნივთიერებების მიმოქცევის სიჩქარე
ნივთიერებების ყველა ციკლი ხდება სხვადასხვა სიჩქარით (ნახ. 11)
ამრიგად, პლანეტაზე არსებული ყველა საკვები ნივთიერების ციკლს მხარს უჭერს სხვადასხვა ნაწილების რთული ურთიერთქმედება. ისინი წარმოიქმნება სხვადასხვა ფუნქციის ორგანიზმების ჯგუფების მოქმედებით, ოკეანესა და ხმელეთთან დამაკავშირებელი ჩამონადენისა და აორთქლების სისტემით, წყლისა და ჰაერის მასების მიმოქცევის პროცესებით, გრავიტაციული ძალების მოქმედებით, ლითოსფერული ფირფიტების ტექტონიკით და სხვა დიდი. მასშტაბური გეოლოგიური და გეოფიზიკური პროცესები.
ბიოსფერო მოქმედებს როგორც ერთიანი რთული სისტემა, რომელშიც ხდება ნივთიერებების სხვადასხვა ციკლი. ამათ მთავარი ძრავა ცირკულაცია არის პლანეტის ცოცხალი მატერია, ყველა ცოცხალი ორგანიზმი,უზრუნველყოფს ორგანული ნივთიერებების სინთეზის, ტრანსფორმაციისა და დაშლის პროცესებს.
ბრინჯი. 11. ნივთიერებების მიმოქცევის ტემპები (P. Cloud, A. Jibor, 1972)
სამყაროს ეკოლოგიური შეხედულება ემყარება იმ აზრს, რომ ყველა ცოცხალი არსება გარშემორტყმულია მასზე მოქმედი მრავალი განსხვავებული ფაქტორით, რომლებიც ქმნიან მის ჰაბიტატს კომპლექსში - ბიოტოპში. აქედან გამომდინარე, ბიოტოპი - ტერიტორიის ნაწილი, რომელიც ერთგვაროვანია მცენარეთა ან ცხოველთა გარკვეული სახეობების საცხოვრებელი პირობებით.(ხევის ფერდობი, ურბანული ტყე-პარკი, პატარა ტბა ან ნაწილი დიდი, მაგრამ ერთიანი პირობებით - სანაპირო ნაწილი, ღრმაწყლოვანი ნაწილი).
კონკრეტული ბიოტოპისთვის დამახასიათებელი ორგანიზმები ქმნიან ცხოვრების საზოგადოება, ანუ ბიოცენოზი(ტბის, მდელოს, სანაპირო ზოლის ცხოველები, მცენარეები და მიკროორგანიზმები).
სიცოცხლის საზოგადოება (ბიოცენოზი) ქმნის ერთ მთლიანობას თავისი ბიოტოპით, რომელსაც ე.წ ეკოლოგიური სისტემა (ეკოსისტემა).ბუნებრივი ეკოსისტემების მაგალითია ჭიანჭველა, ტბა, აუზი, მდელო, ტყე, ქალაქი, ფერმა. ხელოვნური ეკოსისტემის კლასიკური მაგალითია კოსმოსური ხომალდი. როგორც ხედავთ, აქ მკაცრი სივრცითი სტრუქტურა არ არის. ეკოსისტემის კონცეფციასთან ახლოს არის კონცეფცია ბიოგეოცენოზი.
ეკოსისტემების ძირითადი კომპონენტებია:
- უსულო (აბიოტური) გარემო.ეს არის წყალი, მინერალები, გაზები, ასევე ორგანული ნივთიერებები და ჰუმუსი;
- ბიოტიკური კომპონენტები.ესენია: მწარმოებლები ან მწარმოებლები (მწვანე მცენარეები), მომხმარებლები ან მომხმარებლები (ცოცხალი არსებები, რომლებიც მწარმოებლებით იკვებებიან) და დამშლელები ან დამშლელები (მიკროორგანიზმები).
ბუნება მუშაობს უკიდურესად ეკონომიურად. ამრიგად, ორგანიზმების მიერ შექმნილი ბიომასა (ორგანიზმების სხეულების ნივთიერება) და მათში შემავალი ენერგია გადაეცემა ეკოსისტემის სხვა წევრებს: ცხოველები ჭამენ მცენარეებს, ამ ცხოველებს სხვა ცხოველები ჭამენ. ამ პროცესს ე.წ საკვები, ან ტროფიკული, ჯაჭვი.ბუნებაში, კვების ჯაჭვები ხშირად ემთხვევა ერთმანეთს, კვების ქსელის ფორმირება.
საკვები ქსელების მაგალითები: მცენარე - ბალახისმჭამელი - მტაცებელი; მარცვლეული - მინდვრის თაგვი - მელა და სხვ. და საკვები ქსელი ნაჩვენებია ნახ. 12.
ამრიგად, ბიოსფეროში წონასწორობის მდგომარეობა ემყარება ბიოტიკური და აბიოტური გარემო ფაქტორების ურთიერთქმედებას, რაც შენარჩუნებულია ეკოსისტემის ყველა კომპონენტს შორის მატერიისა და ენერგიის უწყვეტი გაცვლის გამო.
ბუნებრივი ეკოსისტემების დახურულ ციკლებში, სხვებთან ერთად, ორი ფაქტორი უნდა მონაწილეობდეს: დამშლელების არსებობა და მზის ენერგიის მუდმივი მიწოდება. ურბანული და ხელოვნური ეკოსისტემებში არის ცოტა ან საერთოდ არ არის დამშლელი, ამიტომ თხევადი, მყარი და აირისებრი ნარჩენები გროვდება, რაც აბინძურებს გარემოს.
ბრინჯი. 12. საკვები ქსელი და მატერიის დინების მიმართულება
Ჩატვირთვა ...