Medžiagų ciklai: maistinių medžiagų, anglies, azoto ir sieros ciklas

Medžiagų ciklai: maistinė medžiaga, anglis, azotas ir sieros ciklas!

Maistinių medžiagų ciklas:

Maistinių medžiagų, išskyrus anglies dioksidą, tiekimas į ekologinę sistemą iš esmės priklauso nuo dirvožemio, bet mažesniu mastu nuo oro, lietaus ir sniego bei dulkių.

Daugelio maistinių medžiagų pasiūla yra gana ribota, nes jos trūksta dirvožemyje ir kituose šaltiniuose. Maistinės medžiagos yra ciklinamos taip, kad jos būtų įdėtos į augalus ir gyvūnus, arba būtų prieinamos augalų įsisavinimui skilus negyviems augalams ir gyvūnams.

Keliai nuo šaltinių iki kriauklių ir atgal į šaltinius vadinami elementiniais ciklais, ir jie skiriasi įvairiais elementais. Trumpai svarstome tris svarbiausius ciklus - anglies, azoto ir sieros ciklus.

Anglies ciklas:

Anglis yra visų organinių molekulių pagrindas. Jis sudaro mūsų genetinę medžiagą (DNR ir RNR) ir baltymus, kurie yra gyvybiškai svarbūs. Anglis yra toks ypatingas, kad gali susieti beveik bet kurią kitą molekulę. Pagrindinis mūsų kūnų elementas yra anglis.

Anglies ciklas yra procesas, per kurį anglis yra cikluojama per orą, žemę, augalus, gyvūnus ir iškastinį kurą. Dideli anglies dioksido (CO ₂ ) atmosferoje yra anglies dioksido. Anglies dioksidą ciklo metu vykdo žali augalai, žinomi kaip fotosintezė, kad pagamintų organines molekules (gliukozę, kuri yra maistas).

Čia kilęs kiekvieno heterotrofinio organizmo maitinimas. Gyvūnai priešingai nei augalai - jie atpalaiduoja anglies dioksidą atgal į orą kaip kvėpavimo atliekų produktą. (Pastaba: Augalai taip pat kvėpuoja, kad pagamintų maistą, tačiau didžioji dalis anglies dioksido į orą gaunama iš heterotrofinio kvėpavimo). Suskaldantys organai, išardydami negyvą organinę medžiagą, taip pat išskiria anglies dioksidą į orą.

Decompozeriai yra labai svarbūs, nes be jų visi planetoje esantys anglies dioksai galiausiai užsifiksuotų negyvose skerdenose ir kitose šiukšlėse. Sumažėjimas leidžia anglies atlaisvinti atgal į maisto tinklą. Anglis taip pat saugoma iškastiniame kurui, pvz., Anglies, naftos ir gamtinių dujų.

Kai jie yra sudeginti, anglies dioksidas taip pat išleidžiamas atgal į orą. Vulkanai ir gaisrai taip pat išleidžia į atmosferą daug CO2. Anglies dioksidas gali ištirpti vandenyje, kur kai kurie iš jų vėl grįžta į atmosferą. Likusi dalis gali būti naudojama kalcio karbonatui formuoti, kuri sukaupia protozonų ir koralų kevalus, akmenis ir skeletus.

Anglies ciklas yra sudėtinga procesų serija, per kurią sukasi visi esami anglies atomai. Nuo to laiko, kai laikas prasidėjo, daugelis kitų molekulių buvo panaudoti tame pačiame kūno anglies atomųje. Prieš keletą dešimtmečių sudeginta mediena galėjo pagaminti anglies dioksidą, kuris fotosintezės būdu tapo augalo dalimi.

Valgydami tą augalą, tą pačią anglies kiekį iš medienos, kuri buvo sudeginta, galite tapti jūsų dalimi. Anglies ciklas yra puikus natūralus anglies atomų perdirbėjas. Deja, jos svarba yra pakankamai retai pabrėžta. Be tinkamo anglies ciklo veikimo, kiekvienas gyvenimo aspektas galėtų būti dramatiškai keičiamas.

Naudojant saulės energiją gamtos anglies ciklas eina aplink, nuo atmosferos iki miško ir atgal. Štai kaip tai veikia. Medžiai sugeria anglies dioksidą iš oro, kai jie auga. Iš tiesų, maždaug pusė jų sausos masės yra tai absorbuojama anglis. Kadangi seni medžiai miršta ir plyšsta, arba suvartojami miško gaisro metu, jų anglis vėl patenka į orą kaip anglies dioksidas. Tai gamtos anglies ciklas.

Kai malkos yra naudojamos kaip energijos šaltinis, dalis natūralaus anglies ciklo į mūsų namus patenka juos šildyti. Ugnis ant ugnies išleidžia medžio saugomą saulės energiją, nes ji augo. Jei atsižvelgiama į visą degalų ciklą, švarus degantis židinys efektyviau šildys jūsų namus ir mažesnį poveikį aplinkai nei bet kuri kita kuro rūšis.

Kiti degalų variantai - nafta, dujos ir anglis - yra iškastinis kuras, o kai jie sudeginami, į atmosferą patenka senas žemėje giliai užkasintas anglis. Didėjanti iškastinio kuro naudojimo anglies dioksido koncentracija yra susijusi su visuotiniu atšilimu, klimato kaita ir neįprastu oru, kurį matėme pastaraisiais metais.

Medienos ugnis neprisideda prie visuotinio atšilimo, nes daugiau nei anglies dioksido išsiskiria nei natūralus miškas, jei jis nebūtų paliktas. Medienos naudojimas šilumai reiškia mažiau deginamo iškastinio kuro, mažiau šiltnamio efektą sukeliančių dujų ir sveikesnės aplinkos.

Azoto ciklas:

Kitas svarbus maistinių medžiagų ciklas yra azoto. Azotas yra labai svarbus elementas visam gyvenimui. Baltymai, kurie yra visų gyvų ląstelių sudedamosios dalys, sudaro vidutiniškai 16% azoto masės. Kitos sudėtingos gyvybei svarbios azoto medžiagos yra nukleino rūgštys ir amino cukrus. Be nuolatinio azoto tiekimo, gyvenimas žemėje būtų nutrauktas.

Azoto ciklas yra šiek tiek panašus į anglies ciklą, tačiau turi daug kritinių skirtumų. Nors 79% žemės atmosferos sudaro elementinis azotas (N ₂ ), ši inertinė dujos yra visiškai neprieinamos daugumai augalų ir gyvūnų. Tai labai prieštarauja mažam anglies dioksido kiekiui (0, 03%) atmosferoje, kuri yra lengvai prieinama augalų įsisavinimui.

Santykinai nedaug mikrobų sugeba fiksuoti atmosferos azotą iš neorganinių į organinę formą. Toks mikrobiologinis fiksavimas yra 140–700 mg / m ² metų. Labai derlingose ​​žemės ūkio vietovėse ji gali viršyti 20000 mg / m ² metų.

Yra žinoma, kad daugelis bakterijų, grybų ir mėlynai žaliųjų dumblių gali sureguliuoti azotą. Azoto fiksavimas apima tiesioginį atmosferos azoto įtraukimą į organinių organizmų organus. Azoto fiksatoriai sudaro tik labai nedidelę šių grupių dalį.

Jie gali būti suskirstyti į:

1. simbiotiniai azoto fiksatoriai, kurie dažniausiai yra bakterijos ir kurie siejami su ankštinių augalų šaknimis (žirnių ir pupelių šeima) ir kai kuriais kitais žydinčiais augalais, ir

2. Nemokami gyvi azoto fiksatoriai. „Rhizobium“ gentis apima tas bakterijas, kurios gyvena į žirnių ir pupelių šeimos narių šaknis. Jie yra dirvožemyje ir užkrėsti smulkias šaknis, nes sodinukai auga. Šaknys sukuria specialų mazgelį, kuriame yra rizobija, kurioje bakterijos atmosferos azoto paverčia į savo ląstelių organines azoto sudedamąsias dalis.

Kadangi bakterinės ląstelės miršta labai greitai, šis azotas tampa prieinamas aukštesniems augalams. Dobilų ir pupelių augalai faktiškai prideda azoto į dirvožemius, kuriuose jie augo, ir pašalina brangių trąšų poreikį. Daugelyje šalių vyksta daug mokslinių pastangų, kad surastų bakterijas, kurios gali sudaryti panašų ryšį su javų grūdų augalais.

Atrodo, kad simbiotiniai azoto fiksatoriai apsiriboja antžeminėmis ekosistemomis ir nėra aptinkami vandens buveinėse, o vienintelė išimtis - jūrų kirminas, kuris atakuoja panardintą medieną. Tarp ne simbiotinių azoto fiksatorių yra ir aerobinių, ir anaerobinių laisvų bakterijų, ir cianobakterijų.

Tai atsiranda dirvožemyje ir jūros bei gėlo vandens telkiniuose ir gali žymiai padidinti šių aplinkos azoto kiekį. Papildomas, bet paprastai nedidelis atmosferos azoto šaltinis dirvožemiams ir vandenims yra žaibiškos audros, kuriose vyksta elektrocheminės azoto konversijos.

Azotas patenka į gamintojų ir vartotojų maisto grandinę, kai augalai perima jį iš dirvožemio tirpalo arba kaip nitratai, arba kaip amonio jonai. Nitratą taip pat galima konvertuoti į amoniaką denitrifikuojant dirvožemyje esančias bakterijas, ypač bakterijas ir grybelius, užregistruotus vandens telkiniuose dirvožemiuose. Toks konversija vyksta ir ežeruose esant mažai deguonies sąlygoms. Procesas vadinamas denitrifikacija. Nitrifikuojančios bakterijos savo ruožtu gali panaudoti amoniako azotą, kad sintezuotų savo protoplazmą.

Šis procesas vyksta tik lėtai, jei apskritai, esant rūgštinėms sąlygoms. Visų pirma, bakterijų Nitrosomonas genties amoniaką paverčia nitritu, o nitritas paverčiamas į nitratą kita Nitrobacter gentimi. Šis dviejų pakopų procesas vadinamas nitrifikacija. Abi bakterinės grupės gauna energiją iš šio oksidacijos proceso ir tada panaudoja dalį energijos, kad anglies dioksidas būtų konvertuojamas į ląstelių anglies dioksidą.

Galiausiai, aukštesniems augalams ir mikrobams įsisavinus ir pakeitus nitratus į baltymus ir nukleorūgštis, jis metabolizuojamas ir grįžta į didžiausią ciklo dalį kaip šio metabolizmo (negyvojo organinio azoto) atliekos.

Daugelis heterotrofinių bakterijų ir grybų tiek dirvožemyje, tiek vandenyje naudoja šią organinę azoto turtingą medžiagą, ją konvertuoja ir atleidžia kaip neorganinį amoniako procesą, vadinamą amonizacija. Kitos ciklo dalys apima dujinio azoto ir azoto oksidų išleidimą atgal į atmosferą, nors jos yra ribotos reikšmės

Sieros ciklas:

Sieros yra svarbi organizmų maistinė medžiaga, kuri yra pagrindinė tam tikrų amino rūgščių, baltymų ir kitų biocheminių medžiagų sudedamoji dalis. Augalai patenkina sieros mitybos poreikius, asimiliuodami paprastus mineralinius junginius iš aplinkos.

Tai dažniausiai atsiranda kaip dirvožemio vandenyje ištirpusio sulfato, kuris yra paimtas iš šaknų, arba kaip dujinis sieros dioksidas, absorbuojamas lapuose aplinkoje, kur atmosfera yra šiek tiek užteršta šiomis dujomis. Gyvūnai gauna reikiamą sierą valgydami augalus ar kitus gyvūnus ir virškindami bei įsisavindami jų organines sieros formas, kurios vėliau naudojamos reikiamam sieros turinčiam biocheminiam sintezavimui.

Tam tikrose situacijose, ypač intensyviai valdomame žemės ūkyje, biologiškai naudingų sieros formų prieinamumas gali būti augalų produktyvumo ribojimo veiksnys, o sulfato turinčių trąšų naudojimas gali būti naudingas. Sieros junginiai taip pat gali būti siejami su svarbia žala aplinkai, pavyzdžiui, kai sieros dioksidas pakenkia augalijai arba kai rūgštinės drenažo sistemos, susijusios su sulfido mineralais, mažina ekosistemas.

Sieros (S) gali atsirasti daugelyje cheminių formų aplinkoje. Tai organinės ir mineralinės formos, kurios gali būti chemiškai transformuojamos tiek biologiniais, tiek neorganiniais procesais. Sieros dioksidas yra dujos, kurios gali būti toksiškos augalams, kai koncentracija atmosferoje yra daug mažesnė nei viena milijoninė dalis, ir didesnėms koncentracijoms - gyvūnams.

Yra daug natūralių SO2 emisijų į atmosferą, pavyzdžiui, ugnikalnių išsiveržimai ir miškų gaisrai. Dideli SO2 kiekiai taip pat susiję su žmogaus veikla, ypač anglies deginimu ir tam tikrų metalų rūdų perdirbimu.

Atmosferoje SO2 oksiduojamas į sulfatą, anijoną, kuris atsiranda kaip maža dalelė, kurioje neigiami krūviai yra elektrochemiškai subalansuoti teigiamais katijonų, pvz. vandenilio jonas (H ⁺ ). Šios smulkios kietosios dalelės gali tarnauti kaip kondensacijos branduoliai ledo kristalams susidaryti, kurie gali nusėsti iš atmosferos

Svarbiausia pagrindinė gyvenimo medžiaga yra vanduo, vienas iš jive panchabltutas. Tiekimas yra ribotas. Antžeminių vietovių gyvos formos priklauso nuo vandens, kuriame nėra druskų. Dėl saulės šilumos vanduo iš vandenynų išgaruoja ir pakyla kaip vandens garai, o keliaujant į sausumos regionus, įgauna didelį aukštį, garai atvės, kad nusodintų kaip vanduo ar sniegas. Iš viso numatomo vandens žemėje ir jos atmosferoje.