Биосферадағы заттардың биогеохимиялық айналымы жансыз орта мен организмдер (жануарлар, өсімдіктер, т.б.) арасындағы әртүрлі элементтердің үздіксіз алмасуының ең маңызды табиғи процесі болып табылады. Барлығы олардың негізгі белгілеріне негізделген. Ең маңыздыларына зат алмасу, көбею, тұқым қуалайтын қасиеттерді беру қабілеті жатады.
Азоттың биогеохимиялық айналымы
Әр элементтің өз мағынасы бар. Азот әртүрлі органикалық қосылыстардың құрамында маңызды рөл атқарады. Атмосферадағы азоттың жоғары пайызына қарамастан, ол өсімдіктер мен жануарларға жетпейді. Мұның себептері бар. Өсімдіктер үшін минералды азотты, ал жануарлар үшін органикалық қосылыстардың бір бөлігі ретінде пайдалану тиімдірек.
Атмосферадағы молекулалық азот азотты бекітетін микроорганизмдермен байланысып, оның топырақта аммиак түрінде жиналуына ықпал етеді. Басқалары өлі организмдерден алынған азотты пайдаланады. Олар сондай-ақ аммиактың жиналуына ықпал етеді. Ол өсімдіктер белсенді түрде пайдаланатын нитраттарға айналады. Бұл, жалпы алғанда, биогеохимиялық ерекшеліктеразот айналымы. Басқа табиғи заттардың алмасу процесін де қарастырыңыз.
Көміртегі, күкірт және фосфордың биогеохимиялық циклінің ерекшеліктері
Бұл химиялық элементтер әрбір тірі ағзаға қажет. Алайда олардың өмірлік қажеттіліктері мұнымен бітпейді. Сондықтан макроэлементтер шағын биологиялық айналымға қатысады (ағзалардың оларға деген қажеттілігі айтарлықтай үлкен): калий, магний, натрий; сонымен қатар микроэлементтер: бор, марганец, хлор және т.б.
Олар өсімдіктерге топырақтан түседі, бірақ көбінесе жауын-шашынмен бірге. Фитомассаның бір бөлігі ретінде көміртегі, күкірт және фосфор шөп қоректі тұтынушылармен тұтынылады және осылайша трофикалық тізбектерге енеді. Дегенмен, кейбір жануарлар өсімдіктерді айналып өтіп, бұл элементтердің қажеттілігін қанағаттандырады. Тұяқтылар тұз жалап, топырақты кеміреді немесе нәжіс, кәрі жіліктерді жейді. Теңіз жануарлары тұзды судан тікелей сіңіреді. Өлі қалдықтардың минералдану процесінде микроорганизмдер топырақ пен суға химиялық элементтерді қайтарады. Осылайша, олардың қызметі қоршаған ортаны қоректік заттармен байытуға ықпал етеді.
Экожүйе балансы
Биосферадағы шағын биогеохимиялық циклде оның толықтығы маңызды жағдай болып табылады. Экожүйеде элементтердің кірісі мен шығысы теңдестірілген, ал қиындықтар негізінен топырақта сақталған элементтерде туындайды.
Зат пен энергия ағынының тепе-теңдігі экожүйенің тұрақтылығын – оның гомеостазын анықтайды. Биосфера энергияның сыртқы көздерін пайдаланады, олоның реттілігін және біршама күрделі құрылымын қамтамасыз етеді. Шашыраған жарық энергиясын өсімдіктер химиялық байланыс энергиясының шоғырланған күйіне айналдырады.
Сонымен бірге қоршаған ортадан энергияның жойылуы да, оның түрленуі де қалдықтардың пайда болуына әкелмейді.
Адам әрекетінің биосфералық процестерге әсері
Адамның биогеохимиялық циклдерге араласуы әртүрлі тәсілдермен жүзеге асырылады. Ең алдымен, бұл экожүйенің биокомпонентінің бұзылуы (энергия тасымалдаушыларын алу кезінде өсімдіктердің жойылуы немесе аумақтың өзгеруі). Органикалық заттар жанған кезде концентрленген күйдегі энергия дисперсті күйге өтеді, бұл аэрозольдермен және жану өнімдерімен термиялық ластануға әкеледі. Табиғи экожүйеде биогеохимиялық айналымға қатысатын атомдар бірнеше рет пайдаланылады. Бұған өмірлік маңызды затты құрайтын жеңіл биогендік элементтердің циклдарына қатысу ықпал етеді.
Адамның араласуы қоршаған ортаға оның өзіне тән элементтерінің қосымша көлемін ғана емес, сонымен қатар жаңа химиялық қосылыстарды, соның ішінде адам синтездейтіндерді де енгізуді талап етеді. Олардың көпшілігі өсімдіктермен қабылданады, содан кейін қоректік тізбекке беріледі.
Мысалы қорғасын, сынап қосылыстары, мышьяк және т.б. Мұндай заттарды қабылдау табиғи айналымды бұзады, элементтердің тепе-теңдігін өзгертеді немесе олардың тірі организмдерде жиналуына, өнімділігін төмендетеді немесе өлімге әкеледі. Әсіресепестицидтер мен ауыр металдар күшті деструктивті әсерге ие. Осылайша, экожүйенің тұрақтылығы, оның гомеостазы адам әрекетімен тікелей немесе жанама түрде бұзылуы мүмкін.
Экологиялық пирамида
Экожүйенің және биогеохимиялық циклдердің жұмыс істеуінің маңызды заңдылықтарына тоқталайық. Ол үшін экологиялық пирамида принципін қолданайық. Ол трофикалық теңдеулердің биологиялық массасы негізінде құрастырылған. Мұндай пирамиданың кез келген бөлігінің ауданы шамамен заттың массасына тең. Ағзалар өз деңгейін алдыңғысын пайдаланып құратындықтан, бұл аумақ бірте-бірте азаюы керек. Әрбір деңгейдің мұндай төмендеуі он есе болуы мүмкін.
Мысалы, продуценттері көпжылдық өсімдіктер болып табылатын жер үсті экожүйелеріне тән экологиялық пирамиданың биомассасы үлкен, бірақ өндіріс процесі ең қарқынды емес. Ол шөпқоректі жануарлар массасының жыл сайынғы өсуімен теңестіріледі. Органикалық массаның түзілу үлгісі пирамида ережесі деп аталады. Оның басқа да түрлері бар.
Төңкерілген пирамида
Су объектілерінің экожүйесін алыңыз. Олар үшін салынған пирамида сәл басқаша көрінуі мүмкін. Төңкерілген сияқты. Өйткені, қысқа өмір сүретін балдырлар өте тез көбейеді, бірақ тұтынушылар оларды қарқынды түрде тұтынады. Сондықтан бір мезгілде тіркелген биомасса бұл жағдайда жылдың қолайлы кезеңінде өндірістік процестің қарқындылығын көрсетпейді. Егер ірі тұтынушылардың (балық,шаян тәрізділер) жиналады және баяу жейді, тұтынушылардың жалпы массасы жоғары.
Экожүйедегі өндіріс процесі олардың сәтті жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Ол биосферадағы энергия ағынының сипатын анықтайды. Өздеріңіз білетіндей, тірі организмдер оның тұтынушылары болып табылады. Күннен түсетін жарық энергиясын жасыл өсімдіктер пайдаланады және органикалық молекулалардың пайда болуына әкеледі, онда ол химиялық байланыстар түрінде сақталады. Оның бір бөлігі өсімдіктердің тыныс алуы кезінде бөлініп, олардың өсуіне, сіңірілуіне және заттардың қозғалуына жұмсалады. Биогеохимиялық цикл осылай жүзеге асады.
Энергия алмасу
Өздеріңіз білетіндей, термодинамиканың заңдары бар. Энергияның бір бөлігі жоғалып, жылуды береді. Бұл заңдардың бірінің әрекеті. Ол энергияның бір түрден екінші түрге айналу процесінде міндетті түрде жоғалуын растайды. Өсімдік заттарында жинақталған кезде оны жануарлар пайдаланады.
Молекулалардың бөлінуі энергияның бөлінуімен бірге жүреді. Оның едәуір бөлігі жануарлардың бір түрден екіншісіне өтуі арқылы тіршілік ету процесінде қолданылады. Бұл жаңа байланыстардың биосинтезі және энергиясының жинақталуы процестері. Бұл энергияның механикалық, электрлік, жылулық және басқа түрлері. Оның түрленуі кезінде бөлігі қайтадан жоғалып, жылу береді. Энергия бірте-бірте басқа деңгейге ауысады. Сонымен бірге оның жоғалуы қорытылмаған тағамның бір бөлігін (нәжіс) және зат алмасудың органикалық қалдықтарында (нәжіс) тастағанда да болады.
Процессэнергияны пайдалану
Хаос табиғатта сирек кездеседі, әдетте бәрі тәртіппен болады. Энергияны пайдалану және түрлендіру процесінің кейбір сандық заңдылықтарына назар аударайық. Бірінші кезеңде өсімдіктер орта есеппен кірісінің шамамен 1% пайдаланады. Кейде бұл көрсеткіш 2%-ға жетеді. Ең аз қолайлы жағдайларда ол 0,1% -ға дейін төмендейді. Энергияны өндірушілерден бірінші ретті тұтынушыларға бергенде тиімділік 10%-ға жетеді.
Жыртқыштар тағамды тиімдірек сіңіретін сияқты. Бұл тағамның химиялық құрамының ерекшеліктеріне және жануарлардың оңай қорытылуына байланысты. Осыған қарамастан, үшінші ретті тұтынушылар деңгейінде кіріс энергия мөлшері өте аз және бастапқы мәндердің мыңнан бір бөлігімен сипатталады.
