Földtani körforgás az anyagok vízszintes irányban a legnagyobb sebességgel rendelkeznek a szárazföld és a tenger között. A nagy keringés azt jelenti, hogy a kőzetek pusztulásnak, mállásnak és mállási termékeknek vannak kitéve, beleértve a vízben oldódókat is. tápanyagok, vízáramlások hordják be a Világóceánba tengeri rétegek képződésével, és csak részben térnek vissza a szárazföldre, például üledékekkel vagy az ember által a vízből eltávolított szervezetekkel. Ezután hosszú időn keresztül lassú geotektonikai változások következnek be - kontinensek mozgása, a tengerfenék emelkedése és süllyedése, vulkánkitörések stb., amelyek hatására a kialakult rétegek visszatérnek a szárazföldre, és a folyamat újra kezdődik. .

Nagy geológiai körforgás anyagokat. A denudációs folyamatok hatására kőzetpusztulás és ülepedés következik be. Üledékes kőzetek keletkeznek. A stabilan süllyedt területeken (általában az óceán fenekén) a földrajzi héj anyaga a Föld mély rétegeibe kerül. Továbbá a hőmérséklet és a nyomás hatására metamorf folyamatok mennek végbe, amelyek eredményeként kőzetek képződnek, az anyag közelebb kerül a Föld középpontjához. A Föld mélyén, nagyon magas hőmérsékleti körülmények között magmatizmus lép fel: a kőzetek megolvadnak, magma formájában emelkednek ki a vetések mentén a földfelszínre, és kiömlik a felszínre a kitörések során. Így létrejön az anyag körforgása. A geológiai körforgás bonyolultabbá válik, ha figyelembe vesszük az anyagcserét világűr. A nagy geológiai körforgás nem zárt abban az értelemben, hogy a Föld belébe eső anyagrészecske nem feltétlenül kerül a felszínre, és fordítva, egy kitörés során felemelkedő részecske talán soha korábban nem volt a Föld felszínén.

A Föld természetes folyamatainak fő energiaforrásai

A Nap sugárzása a fő energiaforrás a Földön. Erősségét a napállandó jellemzi – a napsugárzásra merőleges egységnyi területen áthaladó energia mennyisége. Egy távolságra csillagászati ​​egység(azaz a Föld pályáján) ez az állandó körülbelül 1370 W/m².

Az élő szervezetek a Napból származó energiát (fotoszintézis) és energiát használnak fel kémiai kötések(kemoszintézis). Ez az energia felhasználható különféle természetes és mesterséges folyamatok. Az összes energia egyharmadát a légkör tükrözi, 0,02%-át a növények fotoszintézisre használják fel, a többit pedig számos természetes folyamat fenntartására használják fel - a föld, az óceán, a légkör felmelegítésére, a légmozgásra. wt. A napsugárzás általi közvetlen fűtés vagy a fotocellák segítségével történő energiaátalakítás felhasználható elektromos áram előállítására ( naperőművek) vagy mást hajt végre hasznos munka. A távoli múltban az olajban és más típusú fosszilis tüzelőanyagokban tárolt energiát is fotoszintézissel nyerték.

Ez a hatalmas energia globális felmelegedéshez vezet, mert miután áthaladt természetes folyamatok visszasugárzik, és a légkör nem engedi, hogy visszamenjen.

2. A Föld belső energiája; megnyilvánulása – vulkánok, meleg források

18. Biotikus és abiotikus eredetű energiaátalakítások

Egy működőképes természetes ökoszisztémában hulladék nem létezik. Minden élő vagy halott élőlény tápláléka lehet más szervezeteknek: a hernyó megeszi a lombozatot, a rigó megeszi a hernyókat, a sólyom a feketerigót. Amikor a növények, hernyók, rigók és sólymok elpusztulnak, lebontók dolgozzák fel őket.

Minden élőlény, amely azonos típusú táplálékot használ, ugyanahhoz tartozik táplálkozási szint.

Szervezetek természetes ökoszisztémák számos, egymással összefüggő élelmiszerláncból álló összetett hálózatban vesz részt. Az ilyen hálózatot ún élelmiszer-háló.

Piramisok energia áramlik: A táplálékláncon vagy hálózaton belüli minden egyes trófikus szintről a másikra való átmenet során munka történik, és hőenergia szabadul fel a környezetbe, és az energia mennyisége Jó minőség, amelyet a következő trofikus szint élőlényei használnak, csökken.

10%-os szabály: Amikor egyik trofikus szintről a másikra lépünk, az energia 90%-a elvész, és 10%-a átkerül a következő szintre.

Minél hosszabb a tápláléklánc, annál több veszett el hasznos energia. Ezért a tápláléklánc hossza általában nem haladja meg a 4-5 láncszemet.

A Föld tájszférájának energiája:

1) napenergia: termikus, sugárzó

2) a hőenergia áramlása a Föld belsejéből

3) árapály-áramok energiája

4) tektonikus energia

5) energia asszimiláció a fotoszintézis során

Víz körforgása a természetben

A természetben a víz körforgása a víz ciklikus mozgásának folyamata a Föld bioszférájában. Párolgásból, kondenzációból és csapadékból áll (a légköri csapadék részben elpárolog, részben átmeneti és állandó lefolyókat és tározókat képez, részben beszivárog a talajba és képződik A talajvíz), valamint a köpeny gáztalanítási folyamatai: a köpenyből folyamatosan folyik a víz. még nagy mélységben is találtak vizet.

A tengerek veszítenek a párolgás miatt több víz mint amennyit csapadékkal kapnak, szárazföldön fordított a helyzet. A víz folyamatosan kering a földgömbön, miközben annak teljes változatlan marad.

A Föld felszínének 75%-át víz borítja. A Föld vízhéja a hidroszféra. A legtöbb az sós víz tengerek és óceánok, és a kisebbik - friss víz tavak, folyók, gleccserek, talajvíz és vízgőz.

A Földön a víz három részből áll aggregáció állapotai: folyékony, szilárd és gázhalmazállapotú. Víz nélkül élő szervezetek nem létezhetnek. Minden szervezetben a víz az a közeg, amelyben kémiai reakciók mennek végbe, amely nélkül az élő szervezetek nem tudnak élni. A víz a legértékesebb és legértékesebb szükséges anyag az élő szervezetek életéért.

A természetben többféle vízciklus létezik:

A Nagy, vagy Globális Ciklus - az óceánok felszíne felett képződő vízgőzt a szelek a kontinensekre szállítják, ott csapadék formájában lehullanak, majd lefolyás formájában visszatérnek az óceánba. Ebben a folyamatban a víz minősége megváltozik: párologtatással sós tengervíz frissé válik, és a szennyezett víz megtisztul.

Kis, vagy óceáni körforgás – az óceán felszíne felett képződő vízgőz lecsapódik és csapadékként visszahullik az óceánba.

Az intrakontinentális körforgás – a szárazföld felett elpárolgott víz csapadék formájában ismét a szárazföldre esik.

Végül a mozgási folyamatban lévő üledékek ismét elérik a Világóceánt.

Átviteli sebesség különféle típusok a víz nagyon változó, és a fogyasztás és a vízfelújítás időszakai is eltérőek. Ezek több órától több tízezer évig terjednek. A légköri nedvesség, amely az óceánok, tengerek és szárazföldi vizek elpárolgása során képződik, és felhők formájában létezik, átlagosan nyolcnaponta megújul.

Az élő szervezeteket alkotó vizek néhány órán belül helyreállnak. Ez a legtöbb aktív forma vízcsere. A hegyi gleccserek vízkészleteinek megújulási ideje körülbelül 1600 év, a sarki országok gleccsereiben sokkal hosszabb - körülbelül 9700 év.

A Világóceán vizeinek teljes megújulása körülbelül 2700 év alatt következik be.

A napsugárzás, a mozgó és forgó föld közötti kölcsönhatás hatásai.

BAN BEN ez a probléma a szezonális változékonyságot kell figyelembe venni: tél/nyár. Írja le, hogy a Föld forgása és mozgása miatt, napsugárzás egyenetlenül érkezik, ami azt jelenti éghajlati viszonyok szélességi fok szerint változtat.

A Föld 23,5 fokkal hajlik az ekliptika síkjához.

A sugarak áthaladnak alatta különböző szögekből. Sugárzási egyensúly. Nemcsak az a fontos, hogy mennyit kap, hanem az is, hogy mennyit veszít, és mennyi marad, figyelembe véve az albedót.

A légkör hatásközpontjai

Nagy területeken tartósan magas ill alacsony nyomás, Kapcsolódó általános keringés légkör - légköri hatásközpontok. Meghatározzák a szelek domináns irányát, és központként szolgálnak a légtömegek földrajzi típusainak kialakulásához. Szinoptikus térképeken vannak kifejezve zárt sorok– izobárok.

Okoz: 1) a Föld heterogenitása;

2) fizikai különbség a föld és a víz tulajdonságai (hőkapacitás)

3) felszíni albedó különbség (R/Q): víz – 6%, ekv. erdők – 10-12%, széles erdők – 18%, rét – 22-23%, hó – 92%;

4) Coriolis F

Ez okozza az OCA-t.

A légkör hatásközpontjai:

● állandó– magas vagy alacsony nyomásúak egész évben:

1. egyenlítői mélysáv nyomás, melynek tengelye a Napot követő Egyenlítőtől valamelyest a nyári félteke felé vándorol - Egyenlítői depresszió (okok: nagy mennyiségű Q és az óceánok);

2. egy szubtrópusi magassági sáv mentén. nyomás északon és Yuzh. félgömbök; néhányan nyáron magasabb szubtrópusi területekre vándorolnak. szélességi fokok, télen - alacsonyabbak; óceáni sorozatra bomlik fel anticiklonok: északon. féltekék - Azori-szigeteki anticiklon (főleg nyáron) és Hawaii; a dél-indiai, a csendes-óceáni és az Atlanti-óceán déli részén;

3. hanyatlási területek. nyomás az óceánok felett a mérsékelt égövi övezetek magas szélességein: északon. féltekék - izlandi (főleg télen) és aleut minimumok, délen - folyamatos gyűrű alacsony vérnyomás, az Antarktist körülvevő (50 0 D);

4. területek megnövekedett nyomás az Északi-sarkvidéken (különösen télen) és az Antarktisz felett - anticiklonok;

● szezonális– nyomon követhető az egyik szezonban magas vagy alacsony nyomású területként, egy másik évszakban a légköri hatások középpontjába kerül ellentétes jel. Létezésük a földfelszín hőmérsékletének az óceánok felszínének hőmérsékletéhez viszonyított év közbeni éles változásához kapcsolódik; a földek nyári túlmelegedése kedvező feltételeket teremt itt alacsonyan fekvő területek kialakulásához. nyomás, téli hipotermia - magasabb területekre nyomás. Mindent bele. féltekékről magasabb téli területekre. a nyomás közé tartozik a Mongóliában központosított ázsiai (szibériai) és a kanadai csúcs, valamint a dél-ausztrál, dél-amerikai és dél-afrikai csúcs. Nyári alacsony területek nyomás: északon. féltekék - dél-ázsiai (vagy nyugat-ázsiai) és észak-amerikai minimumok, délen. - Ausztrál, dél-amerikai és dél-afrikai mélypontok).

A légkör hatásközpontjait egy bizonyos típusú időjárás jellemzi. Ezért a levegő itt viszonylag gyorsan elnyeri az alatta lévő felület tulajdonságait - meleg és párás az egyenlítői depresszióban, hideg és száraz a mongol anticiklonban, hűvös és nedves az izlandi mélyponton stb.

A bolygók hőcseréje és okai

A bolygóhőcsere főbb jellemzői. A földgömb felszínén elnyelt napenergiát ezután párolgásra és hőátadásra fordítják turbulens áramlások. Átlagosan a teljes bolygó körülbelül 80% -a párolog, a teljes hő fennmaradó 20% -a pedig turbulens hőcserére megy el.

Hőátadási folyamatok és változások vele földrajzi szélességösszetevői az óceánban és a szárazföldön nagyon egyediek. A tavasszal és nyáron a szárazföld által felvett összes hő ősszel és télen teljesen elvész; kiegyensúlyozott éves hőköltségvetés mellett ezért mindenhol nullával egyenlő.

A Világóceánban a víz nagy hőkapacitása és befelé való mobilitása miatt alacsony szélességi fokok a hő felhalmozódik, ahonnan áramok továbbítják magas szélességi fokok, ahol a kiadása meghaladja a bevételét. Ily módon a víz levegővel történő hőcseréjében keletkező hiányt fedezik.

BAN BEN egyenlítői zóna Világóceán at nagy méret elnyelt napsugárzás és csökkentett energiafogyasztás, az éves hőköltségvetés maximális pozitív értékeket. Az Egyenlítőtől való távolság növekedésével a pozitív éves hőköltségvetés csökken a hőcsere fogyasztási összetevőinek, elsősorban a párolgásnak a növekedése miatt. A trópusokról a mérsékelt szélességi körökre való átmenettel a hőköltségvetés negatívvá válik.

A földön belül a tavaszi-nyári időszakban beérkező összes hőt az őszi-téli időszakban költik el. A túlvilági óceán vizein hosszú történelem A Föld felhalmozódott nagy mennyiség hő egyenlő 7,6 * 10^21 kcal. A felhalmozás olyan nagy tömeg A víz nagy hőkapacitása és intenzív keveredése magyarázza, amely során az óceánoszféra vastagságában meglehetősen összetett hő-újraeloszlás megy végbe. A teljes légkör hőkapacitása 4-szer kisebb, mint a Világóceán tízméteres vízrétegének.

Habár fajsúly napenergia, amely a Föld felszíne és a levegő között turbulens hőcserébe megy át, viszonylag kicsi, ez a légkör felszínközeli részének fő fűtési forrása. A hőcsere intenzitása a levegő és az alatta lévő felszín (víz vagy föld) közötti hőmérséklet-különbségtől függ. A bolygó alacsony szélességein (az Egyenlítőtől körülbelül mindkét félteke negyvenedik szélességéig) a levegőt főként a szárazföld melegíti fel, amely nem képes felhalmozni a napenergiát, és minden kapott hőt átad a légkörnek. A turbulens hőcsere miatt légburokévi 20-40 kcal/cm^2-t kap, alacsony nedvességtartalmú területeken (Szahara, Arábia stb.) pedig akár 60 kcal/cm^2-nél is többet. Ezeken a szélességi körökben a vizek hőt halmoznak fel, és évente legfeljebb 5-10 kcal/cm2-t bocsátanak ki a levegőbe a turbulens hőcsere során. Csak bizonyos területeken ( korlátozott terület) a víz évente átlagosan hidegebbnek bizonyul, ezért hőt kap a levegőből (az egyenlítői zónában, északnyugaton Indiai-óceán, valamint Afrika és Dél-Amerika nyugati partjainál).

Az anyagok nagy geológiai körforgása. Anyagok kis biológiai (földrajzi) körforgása

Az anyagok nagy geológiai körforgását a napenergia és a Föld mélyenergiáinak kölcsönhatása okozza, és az anyagok újraelosztását végzi a bioszféra és a Föld mélyebb horizontjai között. Az üledékes kőzetek a földkéreg mobil zónáiban magas hőmérsékletű és nyomású zónába merülnek. Ott megolvadnak és magmát képeznek - új magmás kőzetek forrását. Miután felemelte ezeket a sziklákat, hogy a Föld felszíneés a mállási folyamatok hatására ismét új üledékes kőzetekké alakulnak át.

A Nagy Ciklus magában foglalja a víznek a szárazföld és az óceán közötti légkörön keresztüli keringését is. A világtengerek felszínéről elpárolgó nedvesség a szárazföldre kerül, ahol csapadék formájában hullik, ami felszíni és földalatti lefolyás formájában visszakerül az óceánba. A víz körforgása is egy egyszerűbb séma szerint történik: a nedvesség elpárolgása az óceán felszínéről - a vízgőz lecsapódása - csapadék az óceán felszínén. Naponta több mint 500 ezer köbméter vesz részt a víz körforgásában. km. víz. A Föld teljes vízkészlete felbomlik és 2 millió év alatt helyreáll.

Az anyagok kis körforgása (biogeokémiai) csak a bioszférán belül megy végbe. Lényege abban rejlik, hogy élő anyag nemből keletkezik szerves vegyületek a fotoszintézis folyamatában és a szerves anyag átalakulásában a bomlás során ismét azzá szervetlen vegyületek. A bioszféra életében ez a ciklus a fő, és magának az életnek a folytatása. Változás, születés és haldoklás, élő anyag biztosításával támogatja az életet bolygónkon biogeokémiai ciklus anyagokat. A ciklus fő energiaforrása a napfény, amely biztosítja a fotoszintézist.

A biogeokémiai körforgás lényege az kémiai elemek, felszívódik a szervezetben, ezt követően hagyja el és menjen bele abiotikus környezet, egy idő után ismét élő szervezetbe kerülnek. A biogeokémiai ciklusokban szokás különbséget tenni a tartalékalap vagy az organizmusokhoz nem kapcsolódó anyagok között; cserealap az élőlények és közvetlen környezetük közötti közvetlen tápanyagcsere miatt. Ha a bioszférát mint egészet tekintjük, meg tudjuk különböztetni a körforgást gáznemű anyagok tartalékalappal a légkörben és a hidroszférában és az üledékes ciklusban tartalékalappal földkéreg a geológiai körforgásban.

Összességében a körgyűrűk biztosítják a következők teljesítését alapvető funkciókatélő anyag a bioszférában:

• o Gáz: az elhalt szerves anyagok bomlásának terméke.
• o Koncentráció: az élőlények sok kémiai elemet halmoznak fel.
• o Redox: a víztestekben élő szervezetek szabályozzák a savas rezsimet.
• o Biokémiai: élő anyag szaporodása, növekedése és mozgása a térben
• o Humán biogeokémiai tevékenység: érintettség természetes anyagok egy személy gazdasági és háztartási szükségleteihez.

Az egyetlen olyan folyamat a Földön, amely nem fogyaszt, hanem felhalmoz napenergiát, a fotoszintézis eredményeként létrejövő szerves anyagok keletkezése. A napenergia megkötése és tárolása az élő anyag fő bolygófunkciója a Földön. A legfontosabb tápanyagok a szén, a nitrogén, az oxigén, a foszfor és a kén.

Bolygónkon minden anyag keringési folyamatban van. A napenergia két anyagciklust idéz elő a Földön, egy nagy vagy bioszférát (a teljes bioszférát felölelő), és kicsi vagy biológiai (az ökoszisztémákon belül).

Az anyagok bioszférában történő cirkulációját egy geológiai előzte meg, amely a kőzetek képződésével és pusztulásával, valamint a pusztulási termékek - törmelékanyagok és kémiai elemek - mozgásával kapcsolatos. Ezekben a folyamatokban jelentős szerepet játszottak és töltenek be. termikus tulajdonságai szárazföldi és vízfelületek: abszorpció a tükröződésbe napsugarak, hővezető képesség hőkapacitásba. A víz több napenergiát nyel el, és az azonos szélességi körökben a földfelszín jobban felmelegszik. A Föld felszínének instabil hidrotermikus rezsimje a bolygó légköri keringési rendszerével együtt meghatározta az anyagok geológiai körforgását, amely a Föld fejlődésének kezdeti szakaszában az endogén folyamatokkal együtt a kontinensek, óceánok és a modernkori folyamatok kialakulásához kapcsolódott. geoszférák. Földtani megnyilvánulását az áthelyezése is jelzi légtömegek időjárásálló termékek és víz - benne oldott ásványi vegyületek. A bioszféra kialakulásával az élőlények salakanyagai bekerültek a nagy körforgásba. A geológiai körforgás, anélkül, hogy megszűnt volna létezni, új vonásokat kapott: ez az anyag bioszféra mozgásának kezdeti szakasza. Ő az, aki ellátja az élő szervezeteket tápanyagokkal, és nagymértékben meghatározza létezésük feltételeit.

A bioszférában lévő anyagok nagy körforgását kettő jellemzi fontos pontokat:

Végig végrehajtva geológiai fejlődés Föld;

Ez egy modern planetáris folyamat, amely vezető szerepet játszik a bioszféra további fejlődésében (Radkevich, 1983).

Az emberi fejlődés jelenlegi szakaszában a nagy körforgás eredményeként tovább hosszútáv szennyező anyagok, például kén- és nitrogén-oxidok, por és radioaktív szennyeződések is átkerülnek. Az északi félteke mérsékelt övi szélességeinek területe volt kitéve a legnagyobb szennyeződésnek.

Az anyagok kis vagy biológiai köre egy nagy, geológiai kör hátterében bontakozik ki, és lefedi a bioszféra egészét. Ökoszisztémákon belül fordul elő, de nem zárt, ami az ökoszisztémába kívülről anyag és energia bejutásával, illetve ezek egy részének a bioszféra körforgásába történő kibocsátásával jár. Emiatt az emberek néha nem a biológiai körforgásról beszélnek, hanem az ökoszisztémákban és az egyes szervezetekben zajló energiacseréről.

A növények, állatok és a talajtakaró a szárazföldön komplexet alkot világrendszer, amely biomasszát képez, megköti és újraelosztja a napenergiát, a légköri szenet, a nedvességet, az oxigént, a hidrogént, a nitrogént, a foszfort, a ként, a kalciumot és más, az élőlények életében részt vevő elemeket. A vízi környezet növényei, állatai és mikroorganizmusai egy másik bolygórendszert alkotnak, amely ugyanazt a funkciót látja el a napenergia és az anyagok biológiai körforgásának összekapcsolásában.

A biológiai körforgás lényege két ellentétes, de áramlás egymással összefüggő folyamatok- szerves anyag keletkezése és megsemmisítése. A szerves anyagok képződésének kezdeti szakasza a zöld növények fotoszintézisének köszönhető, i.e. ennek az anyagnak a képződése szén-dioxidból, vízből és ásványi vegyületekből a Nap sugárzó energiájának felhasználásával. A növények oldott formában vonják ki a talajból a ként, foszfort, kalciumot, káliumot, magnéziumot, mangánt, szilíciumot, alumíniumot, rezet, cinket és egyéb elemeket. A növényevő állatok már növényi eredetű táplálék formájában felszívják ezen elemek vegyületeit. A ragadozók növényevőkkel táplálkoznak, többet fogyasztanak táplálékot összetett összetétel, beleértve a fehérjéket, zsírokat, aminosavakat stb. Az elhalt növények és állati maradványok szerves anyagainak mikroorganizmusok általi elpusztítása során a talajba és vízi környezet egyszerűek érkeznek ásványi vegyületek, a növények által asszimilálható, és megkezdődik a biológiai ciklus következő köre.

Ellentétben a nagy körgyűrűvel, a kis gyre eltérő időtartamú: szezonális, éves, évelő és világi kis köröket különböztetünk meg. Az anyagok biológiai körforgásának tanulmányozása során a fő figyelmet az éves ritmusra fordítják, amelyet a növényzet fejlődésének éves dinamikája határoz meg.

Bolygónkon minden anyag keringési folyamatban van. A napenergia két anyagciklust idéz elő a Földön:

1) Nagy (geológiai vagy abiotikus);

2) Kicsi (biotikus, biogén vagy biológiai).

Az anyagciklusok és a kozmikus energiaáramlások megteremtik a bioszféra stabilitását. Forgás szilárdés az abiotikus tényezők (élettelen természet) hatására keletkező vizet ún nagy geológiai körforgás. Egy nagy (több millió évig tartó) geológiai ciklus során a kőzetek elpusztulnak, mállnak, anyagok feloldódnak és bejutnak a Világóceánba; geotektonikai változások, kontinentális süllyedés és a tengerfenék felemelkedése következik be. A víz ciklusideje a gleccserekben 8000 év, a folyókban - 11 nap. Ez a nagy körforgás, amely az élő szervezeteket tápanyagokkal látja el, és nagymértékben meghatározza létezésük feltételeit.

Nagy geológiai körforgás a bioszférában két fontos pont jellemzi:

a) a Föld teljes geológiai fejlődése során végrehajtják;

b) egy modern planetáris folyamat, amely vezető szerepet tölt be további fejlődés bioszféra.

Az emberi fejlődés jelenlegi szakaszában a nagy körforgás eredményeként a szennyező anyagok, mint a kén- és nitrogén-oxidok, a por és a radioaktív szennyeződések is nagy távolságokra szállítódnak. Az északi félteke mérsékelt övi szélességi körei voltak a legszennyezettebbek.

Az anyagok kis, biogén vagy biológiai körforgása szilárd, folyékony és gázfázisban megy végbe, élő szervezetek részvételével. A biológiai körfolyamat, szemben a geológiai ciklussal, kevesebb energiát igényel. A kis ciklus egy nagy ciklus része, és a biogeocenózisok szintjén (belül ökoszisztémák) és abban rejlik, hogy a talaj tápanyagai, víz és szén felhalmozódnak a növényi anyagokban, és a test felépítésére fordítódnak. A szerves anyagok bomlástermékei ásványi komponensekre bomlanak. A kis körgyűrű nincs lezárva, amely az ökoszisztémába kívülről anyagok és energia beáramlásával és egy részük bioszféra körforgásba való kibocsátásával jár.

A kis és nagy körfolyamatokban számos kémiai elem és vegyületük vesz részt, de ezek közül a legfontosabbak azok, amelyek meghatározzák modern színpad az emberi gazdasági tevékenységgel összefüggő bioszféra fejlődése. Ide tartoznak a gyresek szén, kén és nitrogén(oxidjaik - főbb légszennyező anyagok), és foszfor (a foszfátok a kontinentális vizek fő szennyezőanyagai). Szinte minden szennyező anyag károsnak minősül, és besorolása szerint xenobiotikumok.

Jelenleg nagyon fontos xenobiotikumok ciklusai vannak – mérgező elemek – higany (élelmiszer-szennyező) termékek) és ólom (a benzin egyik összetevője). Ezenkívül sok anyag áramlik a nagy körforgásból a kicsibe. antropogén eredetű(DDT, peszticidek, radionuklidok stb.), amelyek károsítják a biótát és az emberi egészséget.

A biológiai körforgás lényege két ellentétes, de egymással összefüggő folyamat bekövetkezésében rejlik - Teremtés szerves anyag és annak megsemmisítésélő anyag.

A nagy körgyűrűvel ellentétben a kis körgyűrű eltérő időtartamú: szezonális, éves, évelő és világi kis körgyűrűket különböztetünk meg..

Forgás vegyi anyagok a szervetlen környezetből a növényzeten és az állatokon keresztül vissza a szervetlen környezet napenergia felhasználásával kémiai reakciók hívott biogeokémiai ciklus .

Bolygónk jelene és jövője attól függ, hogy az élő szervezetek részt vesznek-e a bioszféra működésében. Az anyagok körforgásában az élő anyag vagy a biomassza biogeokémiai funkciókat lát el: gáz, koncentráció, redox és biokémiai funkciókat.

A biológiai körfolyamat az élő szervezetek részvételével megy végbe, és a szerves anyagok szervetlen anyagokból történő szaporodásából, valamint ennek a szerves anyagnak a táplálékon keresztül történő szervetlenné bomlásából áll. trofikus lánc. A biológiai körforgásban a termelési és megsemmisítési folyamatok intenzitása a hő és a nedvesség mennyiségétől függ. Például a szerves anyagok alacsony bomlási sebessége a sarki régiókban a hőhiánytól függ.

A biológiai ciklus intenzitásának fontos mutatója a kémiai elemek keringésének sebessége. Az intenzitás jellemzett index , egyenlő az aránnyal erdei alom tömegei alomra. Minél magasabb az index, annál alacsonyabb a keringés intenzitása.

Index be tűlevelű erdők- 10 - 17; széles levelű 3 - 4; szavanna legfeljebb 0,2; trópusi esőerdőkben legfeljebb 0,1, i.e. Itt a biológiai ciklus a legintenzívebb.

Az elemek (nitrogén, foszfor, kén) mikroorganizmusokon keresztüli áramlása egy nagyságrenddel nagyobb, mint a növényeken és állatokon keresztül. A biológiai ciklus nem teljesen visszafordítható, szorosan összefügg a biogeokémiai ciklussal. A kémiai elemek a bioszférában keringenek a biológiai ciklus különböző útvonalain:

elnyeli őket az élő anyag és feltöltődik energiával;

elhagyja az élő anyagot, energiát engedve a külső környezetbe.

Ezeknek a ciklusoknak két típusa van: a gáznemű anyagok körforgása; üledékes ciklus (tartalék a földkéregben).

Maguk a körgyűrűk két részből állnak:

- tartalékalap(ez az anyag azon része, amely nem kapcsolódik élő szervezetekhez);

- mobil (tőzsdei) alap(kisebb rész az élőlények és közvetlen környezetük közötti közvetlen cserével kapcsolatos anyagok).

A gyrek a következőkre oszlanak:

Gyres gáztípus tartalékalappal a földkéregben (szén-, oxigén-, nitrogénciklusok) - gyors önszabályozásra képes;

Gyres üledékes típus tartalékalappal a földkéregben (foszfor, kalcium, vas stb. ciklusai) - inertebbek, az anyag nagy része az élő szervezetek számára „hozzáférhetetlen” formában van.

A gyresek a következőkre is oszthatók:

- zárva(a gáznemű anyagok, például az oxigén, a szén és a nitrogén cirkulációja tartalék az óceán légkörében és hidroszférájában, így a hiány gyorsan kompenzálható);

- nyisd ki(tartalékalap létrehozása a földkéregben, például foszfor - ezért a veszteségeket rosszul kompenzálják, azaz hiány keletkezik).

A biológiai ciklusok létezésének energetikai alapja a Földön és azok a kezdeti link a fotoszintézis folyamata. Minden új ciklus ciklus nem az előző pontos megismétlése. Például a bioszféra evolúciója során a folyamatok egy része irreverzibilis volt, ami biogén üledékek képződését és felhalmozódását, a légkör oxigén mennyiségének növekedését és változásokat eredményezett. mennyiségi összefüggések számos elem izotópja stb.

Az anyagok keringését általában ún biogeokémiai ciklusok . Az anyagok alapvető biogeokémiai (bioszféra) ciklusai: víz körforgása, oxigén körforgása, nitrogén körforgása(nitrogénmegkötő baktériumok részvétele), szén körforgása(aerob baktériumok részvétele; évente körülbelül 130 tonna szén kerül a geológiai körforgásba), foszfor ciklus(talajbaktériumok részvétele; 14 millió tonna foszfor), kénciklus, fémkation ciklus.

Az önfenntartó élet alapja a Földön az biogeokémiai ciklusok. Az élőlények életfolyamataiban használt összes kémiai elem állandó mozgáson megy keresztül, az élő testből az élettelen természet vegyületeibe és vissza. Ugyanazon atomok újrafelhasználásának lehetősége szinte örökkévalóvá teszi az életet a Földön, feltéve, hogy állandóan rendelkezésre áll a szükséges mennyiségű energia.

Az anyagciklusok típusai. A Föld bioszféráját jellemzik egy bizonyos módon kialakult anyagkeringés és energiaáramlás. Az anyagok körforgása – anyagok ismételt részvétele a légkörben, a hidroszférában és a litoszférában zajló folyamatokban, beleértve azokat a rétegeket is, amelyek a Föld bioszférájának részét képezik. Az anyagok körforgása a Napból érkező külső energia folyamatos ellátásával (áramlásával) és belső energia Föld.

Attól függően, hogy a hajtóerő, bizonyos fokú konvencióval az anyagok körforgásán belül geológiai, biológiai és antropogén ciklusok különböztethetők meg. Az ember földi megjelenése előtt csak az első kettő valósult meg.

Geológiai körforgás (az anyagok nagy körforgása a természetben) – anyagok körforgása, hajtóerő amelyek exogén és endogén geológiai folyamatok.

Endogén folyamatok(belső dinamika folyamatai) a Föld belső energiájának hatására jönnek létre. Ez az eredményeként felszabaduló energia radioaktív bomlás, ásványképződés kémiai reakciói, kőzetek kristályosodása stb. Az endogén folyamatok közé tartoznak: tektonikus mozgások, földrengések, magmatizmus, metamorfizmus. Exogén folyamatok(külső dinamikai folyamatok) a Nap külső energiájának hatására jönnek létre. Az exogén folyamatok közé tartozik a kőzetek és ásványok mállása, a pusztulási termékek eltávolítása a földkéreg egyes területeiről és új területekre való átszállítása, a pusztulási termékek lerakódása és felhalmozódása üledékes kőzetek képződésével. Az exogén folyamatok közé tartozik geológiai tevékenység légkör, hidroszféra (folyók, átmeneti patakok, talajvíz, tengerek és óceánok, tavak és mocsarak, jég), valamint élő szervezetek és ember.

A legnagyobb felszínformák (kontinensek és óceáni medencék) és nagy formák (hegységek és síkságok) endogén folyamatok következtében alakultak ki, és a nagyobb formákra rárakódó közepes és kis felszínformák (folyóvölgyek, dombok, szakadékok, dűnék stb.) esedékesek. exogén folyamatokhoz. Így az endogén és exogén folyamatok hatásukban ellentétes. Az első az oktatáshoz vezet nagy formák megkönnyebbülés, a második - a simításukra.

A magmás kőzetek a mállás következtében üledékes kőzetekké alakulnak át. A földkéreg mozgékony zónáiban mélyen a Földbe merülnek. Ott a magas hőmérséklet és nyomás hatására megolvadnak és magmát képeznek, amely a felszínre emelkedve és megszilárdulva magmás kőzeteket képez.

Így az anyagok geológiai körforgása élő szervezetek részvétele nélkül megy végbe, és újraelosztja az anyagokat a bioszféra és a Föld mélyebb rétegei között.

Biológiai (biogeokémiai) ciklus (az anyagok kis körforgása a bioszférában) – az anyagok körforgása, melynek mozgatórugója az élő szervezetek tevékenysége. A nagy geológiai körforgással ellentétben az anyagok kis biogeokémiai körforgása a bioszférán belül megy végbe. A ciklus fő energiaforrása a napsugárzás, amely fotoszintézist generál. Az ökoszisztémában szerves anyag autotrófok szintetizálják szervetlen anyagokból. Ezután a heterotrófok fogyasztják őket. A létfontosságú tevékenység során felszabaduló vagy az élőlények (autotrófok és heterotrófok) halála után a szerves anyagok mineralizálódnak, azaz átalakulnak szervetlen anyagok. Ezeket a szervetlen anyagokat az autotrófok újra felhasználhatják szerves anyagok szintézisére.

A biogeokémiai ciklusokban két részt kell megkülönböztetni:

1) tartalékalap – ez egy olyan anyag része, amely nem kapcsolódik élő szervezetekhez;

2) cserealap – lényegesen kisebb anyagrész, amely az élőlények és közvetlen környezetük közötti közvetlen cserével társul. A tartalék alap helyétől függően a biogeokémiai ciklusok két típusra oszthatók:

1) Gáz típusú körgyűrűk a légkörben és a hidroszférában lévő anyagok tartalékalapjával (szén-, oxigén-, nitrogénciklusok).

2) Üledékes körgyűrűk tartalékalappal a földkéregben (foszfor, kalcium, vas stb. ciklusai).

A gáz típusú cirkulációk tökéletesebbek, mivel nagy cserealappal rendelkeznek, így gyors önszabályozásra képesek. Az üledékes ciklusok kevésbé tökéletesek, inertebbek, mivel az anyag nagy része a földkéreg tartalékalapjában található olyan formában, amely az élő szervezetek számára „hozzáférhetetlen”. Az ilyen ciklusokat különféle hatások könnyen megzavarják, és a kicserélt anyag egy része elhagyja a körforgást. A körforgásba csak geológiai folyamatok eredményeként, vagy élőanyaggal történő kivonás révén térhet vissza. Az élő szervezetek számára szükséges anyagok kinyerése azonban a földkéregből sokkal nehezebb, mint a légkörből.

A biológiai ciklus intenzitását elsősorban a hőmérséklet határozza meg környezetés a víz mennyisége. Például a biológiai ciklus intenzívebb a trópusi esőerdőkben, mint a tundrában.

Az ember megjelenésével az anyagok antropogén körforgása vagy cseréje keletkezett. Antropogén ciklus (csere) – anyagok körforgása (anyagcseréje), melynek mozgatórugója az emberi tevékenység. Két összetevő van benne: biológiai, az ember, mint élő szervezet működésével kapcsolatos, és műszaki, az emberi gazdasági tevékenységekkel kapcsolatos (technogén ciklus).

Geológiai és biológiai ciklusok nagyrészt zártak, ami nem mondható el az antropogén ciklusról. Ezért gyakran nem az antropogén ciklusról, hanem az antropogén anyagcseréről beszélnek. Az anyagok antropogén körforgásának nyitottsága ahhoz vezet kimerültség természetes erőforrásokés a környezetszennyezés – mindennek a fő okai környezeti problémák emberiség.

Az alapvető tápanyagok és elemek körforgása. Tekintsük az élő szervezetek számára legjelentősebb anyagok és elemek ciklusait. A víz körforgása a nagy geológiai körforgásra, a biogén elemek (szén, oxigén, nitrogén, foszfor, kén és egyéb biogén elemek) körforgása pedig a kis biogeokémiai körforgásra utal.

A víz körforgása a szárazföld és az óceán között a légkörön keresztül a nagy geológiai körforgásra utal. A víz az óceánok felszínéről elpárolog, és vagy a szárazföldre kerül, ahol csapadékként hullik, amely felszíni és földalatti lefolyás formájában visszakerül az óceánba, vagy csapadékként hullik az óceán felszínére. Évente több mint 500 ezer km 3 víz vesz részt a Föld vízkörforgásában. A víz körforgása általában nagy szerepet játszik a képződésben természeti viszonyok bolygónkon. Figyelembe véve a víz növények általi transzpirációját és felszívódását a biogeokémiai körforgásban, a Föld teljes vízkészlete szétesik és 2 millió év alatt helyreáll.

Szénciklus. A termelők elkapják szén-dioxid a légkörből és szerves anyagokká adják át, a fogyasztók szerves anyagok formájában szívják fel a szenet az alacsonyabb rendű termelők és fogyasztók szervezetével, a lebontók mineralizálják a szerves anyagokat és szén-dioxid formájában visszajuttatják a szenet a légkörbe. A Világóceánban a szénciklust bonyolítja, hogy az elhalt szervezetekben található szén egy része lesüllyed a fenékre, és üledékes kőzetekben halmozódik fel. A szénnek ez a része ki van zárva a biológiai körforgásból, és belép az anyagok geológiai körforgásába.

A biológiailag megkötött szén fő tározója az erdők, amelyek akár 500 milliárd tonnát tartalmaznak ebből az elemből, ami a légkörben lévő készletének 2/3-a. Az emberi beavatkozás a szénkörforgásba (szén, olaj, gáz elégetése, páramentesítés) a légkör CO 2 -tartalmának növekedéséhez és az üvegházhatás kialakulásához vezet.

A CO 2 keringési sebessége, vagyis az az idő, ameddig a légkörben lévő összes szén-dioxid áthalad az élő anyagokon, körülbelül 300 év.

Oxigén ciklus. Az oxigén körforgása elsősorban a légkör és az élő szervezetek között zajlik. Alapvetően a szabad oxigén (0^) a zöld növények fotoszintézisének eredményeként kerül a légkörbe, és az állatok, növények és mikroorganizmusok légzése során, valamint a szerves maradványok mineralizációja során fogyasztja el. A vízből és az ózonból ultraibolya sugárzás hatására kis mennyiségű oxigén képződik. Nagy mennyiségű oxigént fogyasztanak el a földkéregben zajló oxidációs folyamatok, vulkánkitörések stb. Az oxigén fő részét a szárazföldi növények termelik - csaknem 3/4-ét, a többit - a Világóceán fotoszintetikus organizmusai. A ciklus sebessége körülbelül 2 ezer év.

Megállapítást nyert, hogy a fotoszintézis során keletkező oxigén 23%-át évente ipari és háztartási szükségletekre használják fel, és ez a szám folyamatosan növekszik.

Nitrogén ciklus. A légkör nitrogén (N 2) készlete óriási (térfogatának 78%-a). A szabad nitrogént azonban a növények nem tudják felvenni, csak kötött formában, főleg NH 4 + vagy NO 3 – formájában. A légkörből származó szabad nitrogént a nitrogénmegkötő baktériumok rögzítik, és a növények számára elérhető formákká alakítják. A növényekben a nitrogén a szerves anyagokban (fehérjékben, nukleinsavak ah stb.), és áramkörök mentén továbbítják. Az élő szervezetek halála után a lebontók a szerves anyagokat mineralizálják és ammóniumvegyületekké, nitrátokká, nitritté, valamint szabad nitrogénné alakítják, amely visszakerül a légkörbe.

A nitrátok és a nitritek jól oldódnak vízben, bevándorolhatnak a talajvízbe és a növényekbe, és átterjedhetnek a táplálékláncokon keresztül. Ha mennyiségük túlzottan nagy, ami gyakran megfigyelhető a nitrogénműtrágyák helytelen használatánál, akkor a víz és az élelmiszer szennyeződik, és emberi betegségeket okoz.

Foszfor ciklus. A foszfor nagy részét a múltban keletkezett kőzetek tartalmazzák. geológiai korszakok. A foszfor a kőzetmállási folyamatok eredményeként kerül be a biogeokémiai körforgásba. A szárazföldi ökoszisztémákban a növények a foszfort a talajból vonják ki (főleg PO 4 3– formájában), és szerves vegyületekbe (fehérjékbe, nukleinsavakba, foszfolipidekbe stb.) építik be, vagy szervetlen formában hagyják el. Ezután a foszfor a táplálékláncokon keresztül jut el. Az élő szervezetek elpusztulását követően és ürülékeikkel a foszfor visszatér a talajba.

A foszforműtrágyák nem megfelelő használatával, a talajok víz- és széleróziójával nagy mennyiségű foszfor távozik a talajból. Ez egyrészt a foszforműtrágyák túlzott fogyasztásához és a foszfortartalmú ércek (foszforitok, apatitok stb.) tartalékainak kimerüléséhez vezet. Másrészt a talajból a víztestekbe jutás Nagy mennyiségű az olyan biogén elemek, mint a foszfor, nitrogén, kén stb., a cianobaktériumok és más vízi növények gyors fejlődését (a víz „virágzását”) okozzák, és eutrofizáció tározók. De a legtöbb a foszfort a tengerbe szállítják.

A vízi ökoszisztémákban a foszfort a fitoplankton elnyeli, és a tápláléklánc mentén továbbítja a tengeri madaraknak. Az ürülékük vagy azonnal visszahullik a tengerbe, vagy először a parton halmozódik fel, majd úgyis bemosódik a tengerbe. A haldokló tengeri állatokból, különösen a halakból a foszfor ismét bekerül a tengerbe és a körforgásba, de a halcsontvázak egy része nagy mélységek, és a bennük lévő foszfor ismét üledékes kőzetekbe kerül, azaz kikapcsolódik a biogeokémiai körforgásból.

Kén ciklus. A kén fő tartalékalapja az üledékekben és a talajban van, de a foszforral ellentétben a légkörben van tartalékalap. A kénnek a biogeokémiai ciklusban való részvételében a mikroorganizmusok fő szerepe. Ezek egy része redukálószer, mások oxidálószer.

Kőzetekben a kén szulfidok formájában (FeS 2 stb.), oldatokban - ion formájában (SO 4 2–), gázfázisú hidrogén-szulfid (H 2 S) vagy kén-dioxid(SO 2). Egyes szervezetekben a kén felhalmozódik tiszta formaés amikor elpusztulnak, a tengerek fenekén natív kénlerakódások képződnek.

A szárazföldi ökoszisztémákban a kén a talajból főleg szulfátok formájában jut be a növényekbe. Az élő szervezetekben a ként a fehérjékben, ionok formájában stb. Az élő szervezetek elpusztulása után a talajban lévő kén egy részét a mikroorganizmusok H 2 S-vé redukálják, a másik része szulfátokká oxidálódik, és ismét bekerül a körforgásba. A keletkező kénhidrogén elpárolog a légkörbe, ahol oxidálódik és csapadékkal visszakerül a talajba.

A fosszilis tüzelőanyagok (különösen a szén) emberi elégetése, valamint a kibocsátás vegyipar, kén-dioxid (SO 2) felhalmozódásához vezetnek a légkörben, amely vízgőzzel reagálva savas eső formájában a talajra hullik.

Biogeokémiai ciklusok nem olyan nagyszabásúak, mint a geológiaiak, és nagyrészt emberi befolyásnak vannak kitéve. Gazdasági aktivitás megtöri elszigeteltségüket, aciklikussá válnak.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete