Նյութերի շրջանառությունը և էներգիայի հոսքը բնության մեջ: Էներգիայի և նյութի հոսքերը էկոհամակարգերում

Ամենապարզ հանքային և օրգանական բաղադրիչների ձևավորումը գազային հեղուկ կամ պինդ վիճակում, որոնք հետագայում դառնում են նյութերի շրջանառության նոր ցիկլերի բաղադրիչներ։ Մնացած 66-ից դրա մեծ մասն ուղղվում է մթնոլորտի տաքացմանը և հողը, գոլորշիացումը և էկոսֆերայում ջրի ցիկլը վերածվում է քամու էներգիայի: Ջրի ցիկլի հիդրոլոգիական ցիկլը Ջրի շրջապտույտի արդյունքում տեղի է ունենում դրա կուտակում, մաքրում և մոլորակային ջրամատակարարման վերաբաշխում:

Եթե ​​այս աշխատանքը ձեզ չի համապատասխանում, ապա էջի ներքևում կա նմանատիպ աշխատանքների ցանկ։ Կարող եք նաև օգտագործել որոնման կոճակը

Դասախոսություն 5

Նյութի և էներգիայի ցիկլը

Բնության մեջ նյութի և էներգիայի ցիկլը բաղկացած է մի քանի փոխկապակցված գործընթացներից.

1. Էներգիայի կանոնավոր կրկնվող կամ շարունակական հոսք, ինչպես նաև նոր միացությունների ձևավորում և սինթեզ։
2. Էներգիայի մշտական ​​կամ պարբերական փոխանցում և վերաբաշխում, սինթեզված միացությունների հեռացում և ուղղորդված շարժում ֆիզիկական, քիմիական և կենսաբանական նյութերի ազդեցության տակ:
3. Նախկինում սինթեզված միացությունների քայքայումը և ոչնչացումը (ոչնչացումը) կենսագեն կամ աբիոգեն շրջակա միջավայրի գործոնների ազդեցության տակ:
4. Ամենապարզ հանքային և օրգանական բաղադրիչների ձևավորումը գազային, հեղուկ կամ պինդ վիճակում, որոնք հետագայում դառնում են նյութերի շրջանառության նոր ցիկլերի բաղադրիչներ։

Արևի էներգիա

Էներգիայի բոլոր հայտնի տեսակների, ներառյալ միջուկային էներգիայի նախահայրը Արեգակն է: Երեք օրվա ընթացքում Երկիրը Արեգակից ստանում է էներգիայի այն քանակությունը, որը կարող է արձակվել՝ այրելով ածուխի, գազի, նավթի և փայտի բոլոր բնական պաշարները։

Արեգակի էներգիան տարածվում է տիեզերք որպես ուլտրամանուշակագույն, տեսանելի (լույս) և ինֆրակարմիր ճառագայթման և ճառագայթային և էլեկտրամագնիսական էներգիայի այլ ձևերի սպեկտր:

Բրինձ. Էներգիայի հոսքը դեպի երկրագնդի մակերևույթ և հետ

Արեգակի էներգիայի մոտ 34%-ը անմիջապես հետ է արտացոլվում տիեզերք ամպերի, փոշու և մթնոլորտի այլ նյութերի, ինչպես նաև հենց Երկրի մակերեսի միջոցով: Մնացած 66%-ից դրա մեծ մասն ուղղվում է մթնոլորտի և հողի տաքացմանը, գոլորշիացմանը և էկոսֆերայում ջրի շրջապտույտին և վերածվում քամու էներգիայի: Եվ այս էներգիայի միայն մի փոքր մասն է (0,023%) գրավում կանաչ բույսերը և օգտագործվում ֆոտոսինթեզի գործընթացում՝ օրգանական միացություններ առաջացնելու համար։

Ջրի ցիկլ (հիդրոլոգիական ցիկլ)

Ջրի շրջապտույտի արդյունքում այն ​​կուտակում, մաքրում և վերաբաշխում է մոլորակային ջրամատակարարումը։

Բրինձ. Պարզեցված ջրի ցիկլի դիագրամ

Արեգակնային էներգիան և գրավիտացիան ջուրն անընդհատ տեղափոխում են օվկիանոսների, մթնոլորտի, գոյության և կենդանի օրգանիզմների միջև: Այս ցիկլի ամենակարևոր գործընթացներն ենգոլորշիացում (ջրի վերածումը ջրի գոլորշու),խտացում (ջրի գոլորշիների վերածումը հեղուկ կաթիլների),տեղումներ (անձրև, անձրև, կարկուտ, ձյուն) և ջրի հոսքը դեպի ծով՝ ցիկլը վերսկսելու համար:

Ներգնա արևային էներգիայի ազդեցության տակ ջուրը գոլորշիանում է օվկիանոսների, գետերի, լճերի, հողերի և բույսերի մակերևույթից և ներթափանցում մթնոլորտ։ Քամիները և օդային զանգվածները ջրային գոլորշի են տեղափոխում Երկրի տարբեր տարածքներ: Մթնոլորտի որոշակի հատվածներում ջերմաստիճանի նվազումը հանգեցնում է ջրի մանր կաթիլների զանգվածի առաջացմանը՝ ամպերի կամ մառախուղի տեսքով։ Ի վերջո, ջրի կաթիլները միաձուլվում են և այնքան ծանրանում, որ տեղումների տեսքով ընկնում են ցամաքի կամ ջրային մարմնի վրա։

Միջին հաշվով, ջրի մոլեկուլը մնում է օդում մոտ 10 օր, նախքան տեղումների միջոցով գետնին ընկնում։ Մոլորակի վրա տեղումների մոտավորապես կեսը ընկնում է արևադարձային անտառներում:

Գետնին ընկած քաղցրահամ ջրի մի մասը սառցակալում է սառցադաշտերում: Այնուամենայնիվ, ջրի մեծ մասը հոսում է մոտակա լճերի, առուների և առուների մեջ, որոնք այն հետ են տանում դեպի օվկիանոս՝ դրանով իսկ ավարտելով պտույտը:

Ջրի մեծ մասը ներթափանցում է գետնի խորքը: Այնտեղ ստորերկրյա ջրերը կուտակվում են ջրատար հորիզոններում։ Այնուամենայնիվ, ստորերկրյա ջրերի շրջանառությունը տեղի է ունենում անհամեմատ ավելի դանդաղ, քան մակերևութային և մթնոլորտային ջրերի շրջանառությունը։ Ստորգետնյա աղբյուրներն ու առուները ի վերջո վերադառնում են ցամաքի մակերես և գետեր ու լճեր, որտեղ նորից գոլորշիանում են կամ հոսում օվկիանոս։

Մարդիկ ջրի ցիկլը խանգարում են երկու եղանակով.

• գետերից, լճերից և ջրատար հորիզոններից մեծ քանակությամբ քաղցրահամ ջրի ընդունում: Խիտ բնակեցված կամ առատ ոռոգվող տարածքներում ջրի դուրսբերումը հանգեցրել է ստորերկրյա ջրերի սպառմանը կամ օվկիանոսի աղի ջրի ներթափանցմանը ստորգետնյա ջրատար հորիզոններ:
• հողի ծածկույթի կրճատում՝ ի շահ գյուղատնտեսության զարգացման, հանքարդյունաբերության, ճանապարհների և բնակարանաշինության։ Սա հանգեցնում է ստորգետնյա մակերևութային ջրերի ներթափանցման նվազմանը, ինչը նվազեցնում է ստորերկրյա ջրերի լիցքավորումը, մեծացնում է ջրհեղեղի վտանգը և մեծացնում արտահոսքի արագությունը՝ դրանով իսկ մեծացնելով հողի էրոզիան:

Կենսաերկրաքիմիական ցիկլեր

Ցանկացած տարր կամ դրանց միացություններ անհրաժեշտ են օրգանիզմների կյանքի համար, կոչվում են դրանց աճն ու բազմացումըսննդանյութեր. Դրանք ներառում են ինչպես օրգանական նյութեր (շաքար և սպիտակուցներ), այնպես էլ անօրգանական նյութեր (ջուր, ածխածնի երկօքսիդ, թթվածին, նիտրատներ, ֆոսֆատներ, երկաթ, կավիճ):

Մոտ 40 տարր և դրանց միացություններն ամենակարևորն են կենդանի օրգանիզմների համար։ Այս տարրերը, որոնք անհրաժեշտ են մեծ քանակությամբ, կոչվում են սննդանյութերմակրոէլեմենտներ. Դրանք ներառում են ածխածին, թթվածին, ջրածին, ազոտ, ֆոսֆոր, ծծումբ, կալցիում, մագնեզիում, կալիում: Նրանք կազմում են 97՝ մարդու մարմնի զանգվածը։

Մոտ 30 այլ տարրեր, որոնք անհրաժեշտ են կյանքի համար փոքր կամ աննշան քանակությամբ, կոչվում են սննդանյութերմիկրոտարրեր. Դրանք են՝ երկաթը, պղինձը, ցինկը, քլորը, յոդը։

Երկրի վրա տարրերի մեծ մասն այնպիսի վիճակում է, որ կենդանի օրգանիզմների կողմից դրանք ուղղակիորեն չեն կարող օգտագործվել։ Բարեբախտաբար, որպես սննդանյութեր անհրաժեշտ տարրերը և դրանց միացությունները մշտական ​​շրջանառության մեջ են և կարող են վերածվել կլանման համար անհրաժեշտ ձևերի:

Նյութերի շրջանառությունը կենսոլորտում որոշվում է կենսաբանական, երկրաքիմիական և երկրաֆիզիկական գործոնների համակցված գործողությամբ։

Կենսաբանական ցիկլերը որոշվում են օրգանիզմների կենսագործունեությամբ՝ սնուցում, սննդային ցանցեր, վերարտադրություն, աճ, շարժում, մահ, տարրալուծում, հանքայնացում։

Աբիոգեն ցիկլերը զարգացել են շատ ավելի վաղ, քան կենսաբանականները. դրանք ներառում են երկրաբանական, երկրաքիմիական, հիդրոլոգիական և մթնոլորտային գործընթացների ողջ համալիրը։

Նյութերի ցիկլի խորհրդանիշը պարույրն է, ոչ թե շրջանը: Սա նշանակում է, որ նոր ցիկլը ճիշտ չի կրկնում հինը, այլ ներմուծում է մի նոր բան, որը ժամանակի ընթացքում հանգեցնում է շատ էական փոփոխությունների։

Հիմնական ցիկլերը ներառում են ածխածնի, թթվածնի, ազոտի, ֆոսֆորի, ծծմբի և բիոգեն կատիոնների ցիկլերը։

Ածխածնի ցիկլը

Բրինձ. Ածխածնի ցիկլը կենսոլորտում

Ածխածինը օրգանական միացությունների մոլեկուլների հիմնական «շինանյութն» է։ Ցամաքային բույսերի մեծ մասն անհրաժեշտ ածխածին է ստանում մթնոլորտից ածխաթթու գազ կլանելով, որի կոնցենտրացիան այնտեղ 0,04% է։ Ֆիտոպլանկտոնը (ջրային էկոհամակարգերում լողացող մանրադիտակային բույսեր) ածխածին են ստանում ջրում լուծված ածխաթթու գազից։

Ֆոտոսինթեզի գործընթացում բույսերը և արտադրողները ածխածինը ածխածնի երկօքսիդից վերածում են ածխածնի բարդ օրգանական միացություններից, ինչպիսիք են գլյուկոզան.

ածխածնի երկօքսիդ + ջուր + արեգակնային էներգիա = գլյուկոզա + թթվածին

Այնուհետև, բջջային շնչառության գործընթացի միջոցով, գլյուկոզան և այլ բարդ օրգանական միացությունները քայքայվում են և ածխածինը նորից վերածվում ածխաթթու գազի՝ արտադրողների կողմից վերաօգտագործման համար.

գլյուկոզա + թթվածին = ածխածնի երկօքսիդ + ջուր + էներգիա

Ածխածնի ցիկլում, ավելի ճիշտ՝ նրա ամենաշարժական ձևում՝ ածխածնի երկօքսիդը, հստակ տեսանելի է տրոֆիկ շղթան՝ արտադրողներ, սպառողներ, քայքայողներ։

Ածխածինը արագորեն շրջանառվում է մթնոլորտի, հիդրոսֆերայի և կենդանի օրգանիզմների միջև։ Մոլորակային ածխածնի մի մասը երկար ժամանակ «ամրագրվում է» հանածո վառելիքի տեսքով՝ ածուխ և շագանակագույն ածուխ, նավթ, բնական գազ, տորֆ, թերթաքար, որի ձևավորման գործընթացը լիթոսֆերայում տևել է միլիոնավոր տարիներ: Այս ձևով ածխածինը մնում է «ֆիքսված», մինչև այն նորից ներթափանցվի մթնոլորտ ածխածնի երկօքսիդի տեսքով, որը տեղի է ունենում հանքային վառելիքի արդյունահանման և այրման ժամանակ:

Մարդկային միջամտությունը ածխածնի ցիկլին կտրուկ աճել է, հատկապես 1950-ականներից սկսած՝ բնակչության արագ աճի և ռեսուրսների օգտագործման արդյունքում, և առաջանում է հիմնականում երկու եղանակով.

• Անտառների և այլ բուսականության մաքրում առանց բավարար անտառապատման, դրանով իսկ նվազեցնելով ածխածնի երկօքսիդը կլանելու ընդունակ բուսականության ընդհանուր քանակը:
• Ածխածին պարունակող հանածո վառելիքի և փայտի այրում: Ստացված ածխաթթու գազը մտնում է մթնոլորտ, որի պարունակության աստիճանական աճն առաջացնում է այսպես կոչված «ջերմոցային էֆեկտ»։

Ազոտի ցիկլը

Բրինձ. Ազոտի ցիկլը կենսոլորտում

Ազոտի ցիկլը ներառում է կենսոլորտի բոլոր տարածքները: Բույսերի կողմից դրա կլանումը սահմանափակ է, քանի որ նրանք ազոտը կլանում են միայն ջրածնի և թթվածնի հետ համատեղելու ձևով ( N 0 3- և NH 4 ) Եվ դա չնայած այն բանին, որ մթնոլորտում ազոտի պաշարներն անսպառ են (դրա ծավալի 78%-ը)։ Կրճատողները (դեստրուկտորները), ավելի ճիշտ՝ հողի բակտերիաները, աստիճանաբար քայքայում են մահացած օրգանիզմների սպիտակուցային նյութերը և դրանք վերածում ամոնիումային միացությունների, նիտրատների և նիտրիտների։ Նիտրատների մի մասը ցիկլի ընթացքում մտնում է ստորերկրյա ջրեր և աղտոտում դրանք:

Ազոտը կրկին մթնոլորտ է վերադառնում քայքայման ժամանակ արտազատվող գազերով։ Ճիշտ է, դրա մի մասը կայծակնային արտանետումների ժամանակ օքսիդանում է օդում և անձրևաջրով մտնում հողը, բայց այս կերպ այն 10 անգամ ավելի քիչ է ամրացվում, քան բակտերիաների օգնությամբ։

Մարդու միջամտությունը ազոտի ցիկլում հետևյալն է.

• Երբ հանածո վառելիքն այրվում է, մեծ քանակությամբ ազոտի օքսիդ արտազատվում է մթնոլորտ (ՈՉ ) Այնուհետև ազոտի օքսիդը միանում է մթնոլորտի թթվածին և ձևավորում ազոտի երկօքսիդ ( NO 2 ), որը ջրային գոլորշու հետ փոխազդելիս կարող է առաջացնել ազոտաթթու ( HNO3 ) Այս թթուն դառնում է թթվային տեղումների բաղադրիչ։
• պարարտանյութերի օգտագործումը հանգեցնում է «ջերմոցային գազի» ազոտի օքսիդի արտանետմանը մթնոլորտ ( N2O)
• ջրային էկոհամակարգերում նիտրատների և ամոնիումի իոնների քանակի ավելացում, երբ պարարտանյութերը լվանում են դաշտերից: Սննդանյութերի ավելցուկը հանգեցնում է ջրիմուռների արագ աճին, որոնց քայքայումը սպառում է լուծված թթվածինը, ինչը հանգեցնում է ձկների զանգվածային սպանությունների:

Ֆոսֆորի ցիկլը

Բրինձ. Ֆոսֆորի ցիկլը կենսոլորտում

Ֆոսֆոր, հիմնականում ֆոսֆատ իոնների տեսքով (PO 3- և NRO 4 2- ), էական սննդանյութ է ինչպես բույսերի, այնպես էլ կենդանիների համար։ Դա ԴՆԹ-ի մոլեկուլների մի մասն է, որը կրում է գենետիկական տեղեկատվություն. ATP և ADP մոլեկուլներ, որոնք պահպանում են օրգանիզմների համար անհրաժեշտ քիմիական էներգիան և օգտագործվում են բջջային շնչառության մեջ. ճարպային մոլեկուլներ, որոնք ձևավորում են բջիջների մեմբրաններ բույսերի և կենդանիների բջիջներում. ինչպես նաև նյութեր, որոնք կազմում են ոսկորները և ատամները: Ֆոսֆորի ընդհանուր ցիկլը կարելի է բաժանել երկու մասի՝ ջրային և ցամաքային

Ֆոսֆորը դանդաղ շարժվում է ցամաքում գտնվող ֆոսֆատի հանքավայրերից և օվկիանոսի մակերեսային նստվածքներից դեպի կենդանի օրգանիզմներ, այնուհետև նորից վերադառնում: Ֆոսֆորը, որն արտազատվում է ֆոսֆատի հանքաքարերի դանդաղ քայքայման (կամ եղանակային պայմանների) հետևանքով, լուծվում է հողի խոնավությամբ և ներծծվում բույսերի արմատներով։

Կենդանիները ստանում են իրենց անհրաժեշտ ֆոսֆորը՝ ուտելով բույսեր կամ այլ բուսակերներ: Այս ֆոսֆորի մեծ մասը, կենդանիների արտաթորանքների և մահացած կենդանիների և բույսերի քայքայման արտադրանքի տեսքով, վերադառնում է հող, գետեր և, ի վերջո, օվկիանոսի հատակ՝ որպես չլուծվող ֆոսֆատ նստվածք:

Ֆոսֆորի մի մասը վերադառնում է ցամաքի մակերևույթ գուանոյի տեսքով՝ ձկնակեր թռչունների (հավալուսններ, գանետներ, կորմորաններ և այլն) արտաթորանքների ֆոսֆորով հարստացված օրգանական զանգվածը։ Այնուամենայնիվ, բնական գործընթացների և մարդածին գործունեության արդյունքում տարեկան ցամաքի մակերեսից օվկիանոս է լվանում անհամեմատ ավելի մեծ քանակությամբ ֆոսֆատներ: Մարդու միջամտությունը ֆոսֆորի ցիկլում հիմնականում հանգում է երկու տարբերակի.

• հանքային պարարտանյութերի և լվացող միջոցների արտադրության համար մեծ քանակությամբ ֆոսֆատի հանքաքարերի արդյունահանում.
• ջրային էկոհամակարգերում ֆոսֆատի իոնների ավելցուկի ավելացում, երբ անասնաբուծական տնտեսություններից աղտոտված արտահոսքը, դաշտերից մաքրված ֆոսֆատ պարարտանյութերը, ինչպես նաև մաքրված և չմշակված քաղաքային կեղտաջրերը մտնում են դրանց մեջ: Այս տարրերի ավելցուկը նպաստում է կապույտ-կանաչ ջրիմուռների և այլ ջրային բույսերի «պայթուցիկ» աճին, ինչը խախտում է ջրային էկոհամակարգերի կենսական հավասարակշռությունը:

Սահմանում 1

Էներգիան բոլոր տեսակի նյութերի շարժման և փոխազդեցության համալիր միջոց է:

Ի տարբերություն նյութերի, որոնք կարող են շրջանառվել կենսոլորտի տարբեր բլոկներում, նորից օգտագործվել և ձևավորել ցիկլեր, էներգիան անընդհատ միակողմանի հոսք է: Նման հոսքերում էներգիան կարող է փոխարկվել մի ձևից մյուսը, մինչև այն ցրվի տարածություն որպես ջերմություն:

Ամբողջ կենսոլորտը կարելի է դիտարկել որպես միասնական տարածական կազմավորում, որը կարող է էներգիա կլանել արտաքին տարածությունից և ուղղորդել այն ներքին աշխատանքին:

Կենդանի օրգանիզմները կենսոլորտում էներգիայի հիմնական սպառողներն ու փոխակերպողներն են։ Օրինակ, արտադրողները վերածում են ազատ ճառագայթային էներգիան քիմիապես կապված էներգիայի, որը հետագայում անցնում է մի կենսոլորտային կառուցվածքից մյուսը: Էներգիայի յուրաքանչյուր անցում ուղեկցվում է դրա փոխակերպմամբ ջերմության և շրջակա միջավայրում ցրումով: Արտադրողներից առաջին կարգի սպառողներին էներգիա փոխանցելիս փոխանցման արդյունավետությունը կազմում է ընդամենը 10%:

Առավել արդյունավետ է էներգիայի փոխանցումը առաջինի սպառողներից երկրորդ կարգի սպառողներին՝ 20%: Էներգիայի հոսքն ավարտվում է քայքայվողների մոտ, ինչի պատճառով էներգիան կամ վերջնականապես ցրվում է ջերմության տեսքով, կամ կուտակվում է մեռած օրգանական նյութերում։

Նյութերի ցիկլերը կենսոլորտում

• մեծ կենսաբանական (նյութերի մեծ ցիկլի բնորոշ հատկանիշը նրա գերակշռող հորիզոնական ուղղությունն է։ Այն տեղի է ունենում բացառապես ցամաքի և ծովի միջև, օրինակ՝ ջրի ցիկլը);
• փոքր կենսաբանական (բույսերի և հողի միջև կենսաբանական ցիկլը ունի միգրացիայի գերակշռող ուղղահայաց ուղղություն);
• քիմիական (քիմիական ցիկլում նյութերի միգրացիան որոշվում է միմյանց հակադիր երկու սերտ կապված և փոխկապակցված պրոցեսներով: Դա կենդանի նյութի կանաչ բույսերի կողմից արևային էներգիայի և դետրիտների հանքայնացման շնորհիվ անշունչ բնության տարրերից սինթեզ է, ինչպես. որի արդյունքում էներգիա է ազատվում):

Ծանոթագրություն 1

Կենդանի նյութի ձևավորումը և դրա տարրալուծումը մեկ գործընթացի երկու կողմերն են, որը կոչվում է քիմիական տարրերի կենսաբանական ցիկլ: Կենդանի նյութի հիմնական բաղադրությունը կախված է այն քիմիական տարրերից, որոնք գոյություն ունեն կենսոլորտում գազային վիճակում, ինչի արդյունքում կենդանի օրգանիզմների օրգանական աշխարհը կապված է Երկրի գազային շրջապտույտի հետ։

Կենսոլորտային երկրաքիմիական գործընթացներ

Ինչպես հայտնի է, Երկրի ընդերքը պարունակում է ավելի քան $100$ քիմիական տարրեր, սակայն դրանցից միայն $6$ փոխազդում է մթնոլորտում` ջրածին $(H)$, թթվածին $(O)$, ազոտ $(N)$, ածխածին $։ (C)$, ֆոսֆոր $(P)$ և ծծումբ $(S)$։ Այսպիսով, ամենաակտիվ տարրերը մասնակցում են կենսոլորտի երկրաքիմիական գործընթացներին։ Դրանցից առաջին 4-ը կազմում են ցամաքային բույսերի գրեթե ողջ զանգվածը, ներառյալ Երկրի ողջ կենդանի նյութի մոտ $99\%$:

Կենսոլորտի կենսաքիմիական գործընթացները

Կենսաքիմիական ցիկլերը տարեկան շարժման մեջ են դնում մոտ 500 միլիարդ տոննա նյութեր, որոնց բացառապես շարժիչ ուժը ֆոտոսինթեզի գործընթացներն են: Բացի $C$, $H$, $O$ և $N$-ից, օրգանիզմներն օգտագործում են մոխրի տարրեր՝ $Ca$, $K$ և այլն, ինչպես նաև մակրոտարրեր՝ $Zn$, $Mo$ և այլն։ , որի շրջանառությունը մոլորակի վրա տեղի է ունենում նյութերի ցիկլային փոխակերպման և էներգիայի հոսքերի փոփոխության շնորհիվ՝ կենդանի նյութի բիոտիկ և աբիոտիկ փոխակերպման համակցված գործողության պատճառով։

Եզրակացություն

Այսպիսով, նյութերի շրջանառությունը կենսոլորտում իրականացվում է ոչ թե որոշակի նյութերի, այլ միայն որոշակի տարրերի կողմից, որոնք մասնակցում են մթնոլորտի տարբեր շերտերում, հիդրո- և լիթոսֆերայում իրականացվող գործընթացներին:

Կենդանի և անկենդան բնության փոխհարաբերությունները պարզելու համար անհրաժեշտ է հասկանալ, թե ինչպես է տեղի ունենում նյութերի ցիկլը կենսոլորտում:

Իմաստը

Նյութերի ցիկլը նույն նյութերի կրկնվող մասնակցությունն է լիտոսֆերայում, հիդրոսֆերայում և մթնոլորտում տեղի ունեցող գործընթացներին:

Կան երկու տեսակի նյութական ցիկլեր.

• երկրաբանական(մեծ ցիկլ);
• կենսաբանական(փոքր պտույտ):

Նյութերի երկրաբանական շրջանառության շարժիչ ուժը արտաքին (արևային ճառագայթում, ձգողականություն) և ներքին (Երկրի ներքին էներգիա, ջերմաստիճան, ճնշում) երկրաբանական պրոցեսներն են, կենսաբանական պրոցեսները՝ կենդանի էակների գործունեությունը։

Մեծ ցիկլը տեղի է ունենում առանց կենդանի օրգանիզմների մասնակցության։ Արտաքին և ներքին գործոնների ազդեցությամբ ռելիեֆը ձևավորվում և հարթվում է։ Երկրաշարժերի, եղանակային պայմանների, հրաբխային ժայթքումների և երկրակեղևի շարժման հետևանքով առաջանում են հովիտներ, լեռներ, գետեր, բլուրներ, ձևավորվում են երկրաբանական շերտեր։

Բրինձ. 1. Երկրաբանական ցիկլ.

Նյութերի կենսաբանական շրջանառությունը կենսոլորտում տեղի է ունենում կենդանի օրգանիզմների մասնակցությամբ, որոնք փոխակերպում և փոխանցում են էներգիա սննդի շղթայի երկայնքով: Կենդանի (բիոտիկ) և ոչ կենդանի (աբիոտիկ) նյութերի փոխազդեցության կայուն համակարգը կոչվում է բիոգեոցենոզ։

ԹՈՓ 3 հոդվածներովքեր կարդում են սրա հետ մեկտեղ

Որպեսզի նյութերի շրջանառությունը տեղի ունենա, Պետք է պահպանվեն մի քանի պայմաններ.

• մոտ 40 քիմիական տարրերի առկայությունը.
• արևային էներգիայի առկայություն;
• կենդանի օրգանիզմների փոխազդեցությունը.

Բրինձ. 2. Կենսաբանական ցիկլ.

Նյութերի ցիկլը չունի կոնկրետ մեկնարկային կետ։ Գործընթացը շարունակական է, և մի փուլն անընդհատ հոսում է մյուսը: Դուք կարող եք սկսել ցիկլը դիտել ցանկացած կետից, էությունը կմնա նույնը:

Նյութերի ընդհանուր ցիկլը ներառում է հետևյալ գործընթացները.

• ֆոտոսինթեզ;
• նյութափոխանակություն;
• տարրալուծում.

Բույսերը, որոնք սննդային շղթայում արտադրող են, արեգակնային էներգիան վերածում են օրգանական նյութերի, որոնք սննդի հետ մտնում են քայքայվող կենդանիների օրգանիզմ։ Մահից հետո բույսերի և կենդանիների քայքայումը տեղի է ունենում սպառողների՝ բակտերիաների, սնկերի, որդերի օգնությամբ։

Բրինձ. 3. Սննդի շղթա.

Նյութերի ցիկլը

Կախված բնության մեջ նյութերի տեղակայությունից՝ դրանք առանձնանում են երկու տեսակի շրջանառություն.

• գազ- առաջանում է հիդրոսֆերայում և մթնոլորտում (թթվածին, ազոտ, ածխածին);
• նստվածքային- հանդիպում է երկրակեղևում (կալցիում, երկաթ, ֆոսֆոր):

Կենսոլորտում նյութի և էներգիայի ցիկլը նկարագրված է աղյուսակում՝ օգտագործելով մի քանի տարրերի օրինակ:

Բնության մեջ նյութերի ցիկլը դադարեցնելը նշանակում է խաթարել կյանքի ընթացքը։ Որպեսզի կյանքը շարունակվի, էներգիան պետք է անցնի ցիկլի միջով:

Ի՞նչ ենք մենք սովորել:

Դասից մենք իմացանք կենսոլորտում նյութերի մեծ և փոքր ցիկլի էության, կենդանի օրգանիզմների հետ անշունչ բնության փոխազդեցության մասին, ինչպես նաև ուսումնասիրեցինք ջրի, ածխածնի, ազոտի, թթվածնի, ծծմբի և ֆոսֆորի ցիկլը:

Թեստ թեմայի շուրջ

Հաշվետվության գնահատում

Միջին գնահատականը: 4.5. Ստացված ընդհանուր գնահատականները՝ 129։

Ցանկացած կյանք պահանջում է էներգիայի և նյութի մշտական ​​հոսք: Էներգիան ծախսվում է կյանքի հիմնական ռեակցիաների իրականացման վրա, նյութը օգտագործվում է օրգանիզմների մարմինների կառուցման համար։ Բնական էկոհամակարգերի գոյությունն ուղեկցվում է կենդանի և անշունչ բնության միջև նյութական և էներգիայի փոխանակման բարդ գործընթացներով։ Գործընթացները կախված են ոչ միայն կենսաբանական նյութերի բաղադրությունից, այլև ֆիզիկական միջավայրից։

Էներգիայի և նյութի հոսքերը էկոլոգիայում դիտվում են որպես էներգիայի և նյութի փոխանցում արտաքինից դեպի ավտոտրոֆներ և հետագայում սննդային շղթաներով մի տրոֆիկ մակարդակի օրգանիզմներից մյուսը:

Համայնքում էներգիայի հոսքը էներգիայի փոխանցումն է մի մակարդակի օրգանիզմներից մյուսը՝ օրգանական միացությունների քիմիական կապերի տեսքով։

Նյութի հոսքը նյութի շարժումն է քիմիական տարրերի և դրանց միացությունների տեսքով արտադրողներից դեպի քայքայողներ, այնուհետև քիմիական ռեակցիաների միջոցով, որոնք տեղի են ունենում առանց կենդանի օրգանիզմների մասնակցության, վերադառնալ դեպի արտադրողներ:

Նյութի հոսքը տեղի է ունենում փակ ցիկլով, ինչի պատճառով էլ կոչվում է ցիկլը.

Նյութի հոսք և էներգիայի հոսք- ոչ նույնական հասկացություններ, չնայած էներգիայի տարբեր համարժեքներ (կալորիականություն, կիլոկալորիա, ջոուլ) հաճախ օգտագործվում են նյութի հոսքը չափելու համար:

Էկոհամակարգում նյութի և էներգիայի հոսքերի միջև հիմնարար տարբերությունն այն է, որ օրգանական նյութերը կազմող կենսագեն տարրերը (ազոտ, ածխածին, ֆոսֆոր և այլն), կարող են բազմիցս մասնակցել նյութերի ցիկլին, մինչդեռ էներգիայի հոսքը միակողմանի է և անշրջելի.

Բոլոր էկոհամակարգերի գոյությունը կախված է էներգիայի մշտական ​​հոսքից, որն անհրաժեշտ է բոլոր օրգանիզմներին իրենց կենսական գործառույթները պահպանելու և ինքնավերարտադրման համար։

Համայնքում էներգիայի փոխանցման հիմնական ալիքը սննդի շղթան է: Երբ հեռանում եք առաջնային արտադրողից, էներգիայի հոսքը կտրուկ թուլանում է. էներգիայի քանակը նվազում է:

Զորավարժություններ

Օգտագործելով 10% կանոնը, հաշվարկեք էներգիայի մասնաբաժինը, որը մտնում է 4-րդ տրոֆիկ մակարդակ, պայմանով, որ դրա ընդհանուր քանակը առաջին մակարդակում 100 միավոր է:

Նյութերի ցիկլը և էներգիայի փոխակերպումը- ցանկացած էկոհամակարգի գոյության անհրաժեշտ պայման. Նյութերի և էներգիայի փոխանցում սննդային շղթաներում էկոհամակարգում:

Էկոհամակարգը կարող է ապահովել նյութի շրջանառությունը միայն այն դեպքում, եթե այն ներառում է դրա համար անհրաժեշտ չորս բաղադրիչները՝ սննդանյութերի պաշարներ, արտադրողներ, սպառողներԵվ քայքայողներ

Բրինձ. 1.Էկոհամակարգի հիմնական բաղադրիչները

Այս կառուցվածքը կազմված է օրգանիզմների մի քանի խմբերից, որոնցից յուրաքանչյուրը որոշակի աշխատանք է կատարում նյութերի ցիկլում։ Օրգանիզմներ, որոնք պատկանում են նման կապի ձևին տրոֆիկ մակարդակև ձևավորվում են տրոֆիկ մակարդակների միջև հաջորդական կապեր հոսանքի սխեմաներ,կամ տրոֆիկ շղթաներ.Էկոհամակարգը ներառում է օրգանիզմներ, որոնք կարելի է տարբերել ըստ սնուցման մեթոդի՝ ավտոտրոֆներ և հետերոտրոֆներ։

Ավտոտրոֆներ(ինքնասնուցող) - օրգանիզմներ, որոնք իրենց մարմնի օրգանական նյութերը կազմում են անօրգանական նյութերից՝ հիմնականում ածխաթթու գազից և ջրից, ֆոտոսինթեզի և քիմոսինթեզի գործընթացների միջոցով: Ֆոտոսինթեզն իրականացնում են ֆոտոավտոտրոֆները՝ բոլոր քլորոֆիլ (կանաչ) բույսերը և միկրոօրգանիզմները։ Քիմոսինթեզ է նկատվում հողի և ջրային որոշ բակտերիաների մոտ, որոնք որպես էներգիայի աղբյուր օգտագործում են ոչ թե արևի լույսը, այլ մի շարք նյութերի ֆերմենտային օքսիդացում՝ ջրածնի, ծծմբի, ծծմբաջրածնի, ամոնիակի, երկաթի։

Հետերոտրոֆներ(սնվելով ուրիշներով) - օրգանիզմներ, որոնք սպառում են պատրաստի օրգանական նյութեր այլ օրգանիզմներից և նրանց նյութափոխանակության արտադրանքներից: Սրանք բոլորը կենդանիներ են, սնկեր և բակտերիաների մեծ մասը:

Ի տարբերություն արտադրող ավտոտրոֆների, հետերոտրոֆները հանդես են գալիս որպես օրգանական նյութերի սպառող և ոչնչացնող (քանդող): Կախված սննդի աղբյուրներից և ոչնչացմանը մասնակցությունից՝ դրանք բաժանվում են սպառողների և քայքայողների։

Սպառողներ - օրգանիզմների օրգանական նյութերի սպառողներ. Դրանք ներառում են.

Առաջին կարգի սպառողներ՝ բուսակերներ (ֆիտոֆագ),սնվել կենդանի բույսերով (աֆիդներ, մորեխ, սագ, ոչխար, եղնիկ, փիղ);

Երկրորդ կարգի սպառողներ՝ մսակերներ (զոոֆագ),ուտել այլ կենդանիներ՝ տարբեր գիշատիչներ (գիշատիչ միջատներ, միջատակեր և գիշատիչ թռչուններ, գիշատիչ սողուններ և կենդանիներ), հարձակվելով ոչ միայն ֆիտոֆագների, այլև այլ գիշատիչների վրա: Բազմաթիվ կենդանիներ կան խառը սննդակարգով, որոնք օգտագործում են ինչպես բուսական, այնպես էլ կենդանական սնունդ՝ մսակեր, խոտակեր և ամենակեր: Առաջին և երկրորդ կարգի սպառողները զբաղեցնում են համապատասխանաբար երկրորդ, երրորդ և երբեմն հաջորդ տրոֆիկ մակարդակները էկոհամակարգում:

Քայքայողներ - բակտերիաները և ստորին սնկերը - ավարտում են սպառողների և սապրոֆագների կործանարար աշխատանքը, օրգանական նյութերի տարրալուծումը հասցնելով ամբողջական հանքայնացման և վերադարձնելով մոլեկուլային ազոտը, հանքային տարրերը և ածխածնի երկօքսիդի վերջին մասերը էկոհամակարգի միջավայր:

Էկոհամակարգի կայունություն.Էկոհամակարգերի կայունության կախվածությունը դրանցում ապրող տեսակների քանակից և սննդային շղթաների երկարությունից. որքան շատ տեսակներ և սննդային շղթաներ, այնքան ավելի կայուն է էկոհամակարգը նյութերի ցիկլից:

Արհեստական ​​էկոհամակարգ- ստեղծված մարդու գործունեության արդյունքում. Արհեստական ​​էկոհամակարգերի օրինակներ՝ այգի, դաշտ, այգի, բանջարանոց։

Արհեստական ​​էկոհամակարգի և բնականի միջև տարբերությունը.

Փոքր թվով տեսակներ (օրինակ՝ ցորեն և ցորենի դաշտում մոլախոտերի որոշ տեսակներ և հարակից կենդանիներ);

Մեկ կամ մի քանի տեսակների օրգանիզմների գերակշռում (ցորեն դաշտում);

Կարճ սննդային շղթաներ տեսակների փոքր քանակի պատճառով;

Նյութերի բաց ցիկլ՝ օրգանական նյութերի զգալի հեռացման և մշակաբույսերի տեսքով ցիկլից դրանց հեռացման պատճառով.

Ցածր կայունություն և անկախ գոյության անկարողություն՝ առանց մարդու աջակցության:

Անկախ չափից և բարդության աստիճանից՝ էկոհամակարգերը բաց համակարգեր են և մեծ կամ փոքր չափով պահանջում են էներգիայի և տարբեր նյութերի մշտական ​​հոսք։ Օրգանիզմների կյանքի ընթացքում տեղի է ունենում էներգիայի մշտական ​​հոսք և նյութերի շրջանառություն, և յուրաքանչյուր տեսակ օգտագործում է օրգանական նյութերում պարունակվող էներգիայի միայն մի մասը։ Այս գործընթացը տեղի է ունենում սննդային շղթաների միջոցով (տրոֆիկ մակարդակներ), որոնք տեսակների հաջորդականություն են, որոնք օրգանական նյութեր և էներգիա են հանում սկզբնական սննդային նյութից. այս դեպքում յուրաքանչյուր նախորդ հղումը դառնում է կերակուր հաջորդի համար (նկ. 24):

Նյութերի ցիկլը - Սա քիմիական տարրերի և դրանց միացությունների տեսքով նյութի տեղաշարժն է արտադրողներից դեպի քայքայողներ, սպառողների միջոցով կամ առանց նրանց, և կրկին դեպի արտադրողներ:Բույսերը ավտոտրոֆ օրգանիզմներ են, որոնք ունակ են ֆոտոսինթեզի ընթացքում անօրգանական նյութերից օրգանական նյութեր սինթեզել, այդ պատճառով էլ կոչվում են. արտադրողները, կամարտադրողներ.

Բրինձ. 24. Էներգիայի հոսքը և նյութերի շրջանառությունը էկոհամակարգում

Բույսերն օգտագործվում են որպես սնունդ այն կենդանիների կողմից, որոնք իրենք ի վիճակի չեն օրգանական նյութեր սինթեզել անօրգանական նյութերից: Այդպիսի հետերոտրոֆ օրգանիզմները կոչվում են սպառողներ,կամ սպառողներ։Հիմնականը կատարում են բակտերիաները և սնկերը

դերը մեռած օրգանական նյութերի տարրալուծման մեջ սկզբնական անօրգանական նյութերի մեջ, դրանք վերադարձնելով շրջակա միջավայր: Դրա համար էլ կոչվում են դեստրուկտորներ կամ կրճատիչներ,այսինքն. կործանիչներկամ վերականգնողներ.

Այսպիսով, բույսերի կողմից առաջացած օրգանական նյութերը անցնում են կենդանիների օրգանիզմ, այնուհետև բակտերիաների մասնակցությամբ կրկին վերածվում են բույսերի կողմից յուրացված անօրգանական նյութերի։ Այսպիսով, նյութերի ցիկլը տեղի է ունենում էկոհամակարգում:

Էներգիայի հոսք - էներգիայի անցումը օրգանական միացությունների (սննդի) քիմիական կապերի տեսքով սննդային շղթաներով մի տրոֆիկ մակարդակից մյուսը (ավելի բարձր) (նկ. 25):Արևը Երկրի վրա էներգիայի միակ աղբյուրն է։ Այն ապահովում է էներգիայի մշտական, շարունակական, բաց հոսք դեպի Երկիր: Ի տարբերություն այն նյութերի, որոնք շրջանառվում են էկոհամակարգի օղակներով և մտնում ցիկլ՝ բազմիցս օգտագործվող էներգիան կարող է օգտագործվել միայն մեկ անգամ։

Էկոհամակարգերում էներգիայի հոսքի գործընթացները հասկանալու համար կարևոր է իմանալ թերմոդինամիկայի օրենքները: Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը ասում է, որ էներգիան չի կարող ստեղծվել նորովի և չի անհետանում, այլ միայն անցնում է մի ձևից մյուսը: Հետևաբար, էներգիան էկոհամակարգում չի կարող ինքնին հայտնվել, այլ դրա մեջ է մտնում դրսից՝ Արևից:

Բրինձ. 25. Էներգիայի հոսքը էկոհամակարգում

Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը ասում է, որ էներգիայի փոխակերպումների հետ կապված գործընթացները կարող են տեղի ունենալ ինքնաբերաբար միայն այն պայմանով, որ էներգիան կենտրոնացված ձևից անցնի ցրվածի: Համաձայն սույն օրենքի՝ բույսերն օգտագործում են էկոհամակարգ մուտք գործող արևային էներգիայի միայն մի մասը։ Մնացած էներգիան ցրվում և վերածվում է ջերմության, որը ծախսվում է էկոհամակարգի միջավայրը տաքացնելու վրա։ Կայանի կողմից կլանված արևային էներգիայի մի փոքր մասը ծախսվում է արտադրական գործընթացի վրա, այսինքն՝ կենսազանգվածի ձևավորման վրա: Հետագայում, անցնելով հաջորդ տրոֆիկ մակարդակներին, սննդի հետ միասին քիմիական կապերի տեսքով, էներգիան նույնպես ցրվում է և քանակով նվազում, մինչև այն ամբողջությամբ ցրվի:

Սննդի շղթան էկոհամակարգում էներգիայի փոխանցման հիմնական ալիքն է: Բույսերը սննդի շղթայի մյուս բոլոր օրգանիզմների էներգիայի հիմնական մատակարարներն են: Գոյություն ունեն էներգիայի փոխանցման որոշակի օրինաչափություններ մի տրոֆիկ մակարդակից մյուսը սպառված սննդի հետ մեկտեղ: Նախ,Սննդի հետ սպառողի կողմից կլանված էներգիայի հիմնական մասը ծախսվում է նրա կենսապահովման վրա (շարժում, ջերմաստիճանի պահպանում և այլն)։ Էներգիայի այս մասը համարվում է շնչառության վրա ծախսված։ Երկրորդ,էներգիայի մի մասը գնում է սպառողի մարմնի մարմին «որպես պահուստ»: Երրորդ,Սննդի որոշ բաժին չի ներծծվում օրգանիզմի կողմից, հետևաբար դրանից էներգիա չի արտազատվում։ Հետագայում այն ​​արտազատվում է արտաթորանքից, բայց այլ օրգանիզմների (դեստրուկտորների) կողմից, որոնք դրանք օգտագործում են որպես սնունդ։ Գիշատիչների արտաթորանքում էներգիայի արտազատումը փոքր է, իսկ խոտակերներինը՝ ավելի նշանակալի։ Օրինակ՝ որոշ միջատների թրթուրները, որոնք սնվում են բույսերով, արտազատում են իրենց էներգիայի մինչև 70%-ը։

Սննդային շղթայի յուրաքանչյուր օղակում էներգիայի մեծ մասը սպառվում է ջերմության տեսքով և կորչում, ինչը սահմանափակում է օղակների քանակը։ Միջին հաշվով, շնչառության վրա ծախսվող առավելագույն ծախսերը չմարսված սննդի հետ միասին կազմում են սպառվածի մոտ 90%-ը։ Հետևաբար, էներգիայի փոխանցումը մի տրոֆիկ մակարդակից մյուսը կազմում է սննդի մեջ սպառվող էներգիայի ընդամենը մոտ 10%-ը։ Հեշտ է հաշվարկել, որ 5-րդ մակարդակին հասնող էներգիան արտադրողների կողմից կլանված էներգիայի միայն 0,01%-ն է։ Այս օրինաչափությունը կոչվում է «տասը տոկոսի կանոն»։ Այն ցույց է տալիս, որ սննդի շղթան ունի սահմանափակ թվով օղակներ, սովորաբար ոչ ավելի, քան 4-5: Նրանց միջով անցնելով՝ գրեթե ողջ էներգիան կա

կոչվում է բացակա մտածող: Հետեւաբար, էկոհամակարգի գոյության համար անհրաժեշտ է էներգիայի մշտական ​​մատակարարում: