ნივთიერებების მიმოქცევა და ენერგიის ნაკადი ბუნებაში. ენერგიისა და მატერიის ნაკადები ეკოსისტემებში

უმარტივესი მინერალური და ორგანომინერალური კომპონენტების ფორმირება აირისებრ თხევად ან მყარ მდგომარეობაში, რომლებიც შემდგომში ხდება ნივთიერებების მიმოქცევის ახალი ციკლების კომპონენტები. დარჩენილი 66-დან უმეტესობა მიდის ატმოსფეროსა და მიწის დათბობაზე, აორთქლება და წყლის ციკლი ეკოსფეროში გარდაიქმნება ქარის ენერგიად. წყლის ციკლის ჰიდროლოგიური ციკლი წყლის ციკლის შედეგად ხდება მისი დაგროვება, გაწმენდა და პლანეტარული წყალმომარაგების გადანაწილება.

თუ ეს ნამუშევარი არ მოგწონთ, გვერდის ბოლოში არის მსგავსი ნამუშევრების სია. თქვენ ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ ძებნის ღილაკი

ლექცია 5

მატერიისა და ენერგიის ციკლი

ბუნებაში მატერიისა და ენერგიის ციკლი შედგება რამდენიმე ურთიერთდაკავშირებული პროცესისგან:

1. ენერგიის რეგულარულად განმეორებითი ან უწყვეტი ნაკადი, ასევე ახალი ნაერთების წარმოქმნა და სინთეზი.
2. ენერგიის მუდმივი ან პერიოდული გადაცემა და გადანაწილება, სინთეზირებული ნაერთების მოცილება და მიმართული მოძრაობა ფიზიკური, ქიმიური და ბიოლოგიური აგენტების გავლენის ქვეშ.
3. ადრე სინთეზირებული ნაერთების დაშლა და განადგურება (განადგურება) ბიოგენური ან აბიოგენური გარემო ფაქტორების გავლენით.
4. უმარტივესი მინერალური და ორგანომინერალური კომპონენტების ფორმირება აირისებრ, თხევად ან მყარ მდგომარეობაში, რომლებიც შემდგომში ხდება ნივთიერებების მიმოქცევის ახალი ციკლების კომპონენტები.

მზის ენერგია

ყველა ცნობილი ტიპის ენერგიის, მათ შორის ბირთვული ენერგიის წინაპარი არის მზე. სამ დღეში დედამიწა მზისგან იღებს იმ ენერგიას, რომელიც შეიძლება გამოიყოფოს ქვანახშირის, გაზის, ნავთობისა და ხის ყველა არსებული ბუნებრივი მარაგის დაწვით.

მზის ენერგია გამოსხივდება კოსმოსში, როგორც ულტრაიისფერი, ხილული (სინათლე) და ინფრაწითელი გამოსხივების სპექტრი და გასხივოსნებული და ელექტრომაგნიტური ენერგიის სხვა ფორმები.

ბრინჯი. ენერგიის ნაკადი დედამიწის ზედაპირზე და მის გარეთ

მზის ენერგიის დაახლოებით 34% დაუყოვნებლივ აირეკლება უკან კოსმოსში ღრუბლების, მტვრის და ატმოსფეროში არსებული სხვა ნივთიერებების, ისევე როგორც თავად დედამიწის ზედაპირის მიერ. დარჩენილი 66%-დან უმეტესი ნაწილი მიდის ატმოსფეროსა და მიწის გაცხელებაზე, აორთქლებასა და წყლის ციკლზე ეკოსფეროში და გარდაიქმნება ქარის ენერგიად. და ამ ენერგიის მხოლოდ მცირე ნაწილს (0,023%) იღებენ მწვანე მცენარეები და იყენებენ ფოტოსინთეზის პროცესში ორგანული ნაერთების წარმოქმნით.

წყლის ციკლი (ჰიდროლოგიური ციკლი)

წყლის ციკლის შედეგად ის აგროვებს, ასუფთავებს და გადაანაწილებს პლანეტარული წყლის მარაგს.

ბრინჯი. გამარტივებული წყლის ციკლის დიაგრამა

მზის ენერგია და გრავიტაცია მუდმივად მოძრაობს წყალს ოკეანეებს, ატმოსფეროს, არსებობასა და ცოცხალ ორგანიზმებს შორის. ამ ციკლში ყველაზე მნიშვნელოვანი პროცესებიააორთქლება (წყლის გადაქცევა წყლის ორთქლად),კონდენსაცია (წყლის ორთქლის გადაქცევა თხევად წვეთებად),ნალექები (წვიმა, წვიმა, სეტყვა, თოვლი) და წყლის ნაკადი ისევ ზღვაში ციკლის აღდგენის მიზნით.

შემომავალი მზის ენერგიის გავლენით წყალი აორთქლდება ოკეანეების, მდინარეების, ტბების, ნიადაგებისა და მცენარეების ზედაპირიდან და შედის ატმოსფეროში. ქარები და ჰაერის მასები წყლის ორთქლს დედამიწის სხვადასხვა რაიონში გადააქვს. ტემპერატურის დაქვეითება ატმოსფეროს გარკვეულ ნაწილებში იწვევს წყლის პაწაწინა წვეთების მასის წარმოქმნას ღრუბლების ან ნისლის სახით. საბოლოოდ, წყლის წვეთები ერთმანეთს ერწყმის და იმდენად მძიმე ხდება, რომ ნალექის სახით ეცემა მიწის ზედაპირზე ან წყლის სხეულზე.

საშუალოდ, წყლის მოლეკულა ჰაერში რჩება დაახლოებით 10 დღის განმავლობაში, სანამ ნალექის შედეგად მიწაზე დაეცემა. პლანეტაზე ნალექების დაახლოებით ნახევარი მოდის ტროპიკულ ტყეებში.

მტკნარი წყლის ნაწილი, რომელიც მიწაზე ეცემა, მყინვარებში იყინება. თუმცა, წყლის უმეტესი ნაწილი მიედინება ახლომდებარე ტბებში, ნაკადულებში და ნაკადულებში, რომლებიც მას ოკეანეში აბრუნებენ, რითაც სრულდება ჟრიამული.

წყლის დიდი ნაწილი ღრმად ჩაედინება მიწაში. იქ მიწისქვეშა წყლები გროვდება წყალსატევებში. თუმცა, მიწისქვეშა წყლების მიმოქცევა შეუდარებლად ნელა ხდება, ვიდრე ზედაპირული და ატმოსფერული წყლების ცირკულაცია. მიწისქვეშა წყაროები და ნაკადულები საბოლოოდ ბრუნდებიან მიწის ზედაპირზე და მდინარეებსა და ტბებში, სადაც ისევ აორთქლდებიან ან ოკეანეში ჩაედინება.

ადამიანები წყლის ციკლს ორი გზით ერევიან:

• დიდი რაოდენობით მტკნარი წყლის აღება მდინარეებიდან, ტბებიდან და წყალშემკრები ფენებიდან. მჭიდროდ დასახლებულ ან ძლიერ მორწყულ რაიონებში წყლის ამოღებამ გამოიწვია მიწისქვეშა წყლების ამოწურვა ან ოკეანის მარილის წყლის შეღწევა მიწისქვეშა წყლებში.
• მიწის საფარის შემცირება სოფლის მეურნეობის განვითარების, სამთო მოპოვების, გზებისა და საბინაო მშენებლობის ინტერესებიდან გამომდინარე. ეს იწვევს მიწისქვეშა ზედაპირული წყლების ინფილტრაციის შემცირებას, რაც ამცირებს მიწისქვეშა წყლების შევსებას, ზრდის წყალდიდობის რისკს და ზრდის ჩამონადენის სიჩქარეს, რითაც ზრდის ნიადაგის ეროზიას.

ბიოგეოქიმიური ციკლები

ნებისმიერი ელემენტი ან მათი ნაერთები აუცილებელია ორგანიზმების სიცოცხლისთვის, მათ ზრდას და გამრავლებას უწოდებენნუტრიენტები. მათში შედის როგორც ორგანული ნივთიერებები (შაქარი და ცილები), ასევე არაორგანული ნივთიერებები (წყალი, ნახშირორჟანგი, ჟანგბადი, ნიტრატები, ფოსფატები, რკინა, ცარცი).

40-მდე ელემენტი და მათი ნაერთები ყველაზე მნიშვნელოვანია ცოცხალი ორგანიზმებისთვის. ამ ელემენტებს, რომლებიც საჭიროა დიდი რაოდენობით, ეწოდება ნუტრიენტებიმაკროელემენტები. მათ შორისაა ნახშირბადი, ჟანგბადი, წყალბადი, აზოტი, ფოსფორი, გოგირდი, კალციუმი, მაგნიუმი, კალიუმი. ისინი ქმნიან 97: ადამიანის სხეულის მასას.

30-მდე სხვა ელემენტს, რომლებიც აუცილებელია სიცოცხლისთვის მცირე ან უმნიშვნელო რაოდენობით, ეწოდება ნუტრიენტებიმიკროელემენტები. ეს არის რკინა, სპილენძი, თუთია, ქლორი, იოდი.

დედამიწაზე ელემენტების უმეტესობა ისეთ მდგომარეობაშია, რომ მათ პირდაპირ არ შეუძლიათ ცოცხალი ორგანიზმების გამოყენება. საბედნიეროდ, ელემენტები და მათი ნაერთები, რომლებიც საჭიროა საკვებ ნივთიერებებად, მუდმივ მიმოქცევაშია და შეუძლიათ გარდაიქმნას შთანთქმისთვის აუცილებელ ფორმებად.

ბიოსფეროში ნივთიერებების ცირკულაცია განისაზღვრება ბიოლოგიური, გეოქიმიური და გეოფიზიკური ფაქტორების ერთობლივი მოქმედებით.

ბიოლოგიური ციკლები განისაზღვრება ორგანიზმების სასიცოცხლო აქტივობით: კვება, საკვები ქსელები, გამრავლება, ზრდა, მოძრაობა, სიკვდილი, დაშლა, მინერალიზაცია.

აბიოგენური ციკლები ბიოლოგიურზე ბევრად ადრე განვითარდა; ისინი მოიცავს გეოლოგიური, გეოქიმიური, ჰიდროლოგიური და ატმოსფერული პროცესების მთელ კომპლექსს.

ნივთიერებების ციკლის სიმბოლოა სპირალი და არა წრე. ეს ნიშნავს, რომ ახალი ციკლი ზუსტად არ იმეორებს ძველს, მაგრამ შემოაქვს რაღაც ახალი, რაც დროთა განმავლობაში იწვევს ძალიან მნიშვნელოვან ცვლილებებს.

ძირითადი ციკლები მოიცავს ნახშირბადის, ჟანგბადის, აზოტის, ფოსფორის, გოგირდის და ბიოგენური კათიონების ციკლებს.

ნახშირბადის ციკლი

ბრინჯი. ნახშირბადის ციკლი ბიოსფეროში

ნახშირბადი არის ორგანული ნაერთების მოლეკულების მთავარი „სამშენებლო მასალა“. მიწის მცენარეების უმეტესობა საჭირო ნახშირბადს იღებს ატმოსფეროდან ნახშირორჟანგის შთანთქმით, რომლის კონცენტრაცია იქ არის 0,04%. ფიტოპლანქტონი (მიკროსკოპული მცენარეები, რომლებიც მცურავი წყლის ეკოსისტემებში) იღებენ ნახშირბადს წყალში გახსნილი ნახშირორჟანგიდან.

ფოტოსინთეზის პროცესში მცენარეები და მწარმოებლები ნახშირბადს ნახშირორჟანგიდან ნახშირბადად გარდაქმნიან რთული ორგანული ნაერთებიდან, როგორიცაა გლუკოზა:

ნახშირორჟანგი + წყალი + მზის ენერგია = გლუკოზა + ჟანგბადი

შემდეგ, უჯრედული სუნთქვის პროცესის მეშვეობით, გლუკოზა და სხვა რთული ორგანული ნაერთები იშლება და ნახშირბადი კვლავ ნახშირორჟანგად გარდაიქმნება მწარმოებლების მიერ ხელახლა გამოსაყენებლად:

გლუკოზა + ჟანგბადი = ნახშირორჟანგი + წყალი + ენერგია

ნახშირბადის ციკლში, უფრო სწორად, მის ყველაზე მოძრავ ფორმაში, ნახშირორჟანგი, აშკარად ჩანს ტროფიკული ჯაჭვი: მწარმოებლები, მომხმარებლები, დაშლა.

ნახშირბადი სწრაფად ცირკულირებს ატმოსფეროს, ჰიდროსფეროსა და ცოცხალ ორგანიზმებს შორის. პლანეტარული ნახშირბადის ნაწილი დიდი ხნის განმავლობაში "ფიქსირდება" წიაღისეული საწვავის სახით: ქვანახშირი და ყავისფერი ქვანახშირი, ნავთობი, ბუნებრივი აირი, ტორფი, ფიქალი, რომლის ფორმირების პროცესი ლითოსფეროში მილიონობით წელი გაგრძელდა. ამ ფორმით, ნახშირბადი რჩება "ფიქსირებული" მანამ, სანამ იგი ატმოსფეროში არ შემოვა ნახშირორჟანგის სახით, რაც ხდება მინერალური საწვავის მოპოვებისა და წვის დროს.

ადამიანის ჩარევა ნახშირბადის ციკლში მკვეთრად გაიზარდა, განსაკუთრებით 1950-იანი წლებიდან, მოსახლეობის სწრაფი ზრდისა და რესურსების გამოყენების შედეგად და ძირითადად ორი გზით ხდება:

• ტყეების და სხვა მცენარეულობის გაწმენდა საკმარისი აღდგენის გარეშე, რითაც მცირდება მცენარეული საფარის მთლიანი რაოდენობა, რომელსაც შეუძლია ნახშირორჟანგის შთანთქმა.
• ნახშირბადის შემცველი წიაღისეული საწვავის და ხის წვა. შედეგად მიღებული ნახშირორჟანგი ხვდება ატმოსფეროში, მისი შემცველობის თანდათანობითი ზრდა იწვევს ე.წ. „სათბურის ეფექტს“.

აზოტის ციკლი

ბრინჯი. აზოტის ციკლი ბიოსფეროში

აზოტის ციკლი მოიცავს ბიოსფეროს ყველა სფეროს. მცენარეების მიერ მისი შეწოვა შეზღუდულია, რადგან ისინი შთანთქავენ აზოტს მხოლოდ წყალბადთან და ჟანგბადთან შეერთების სახით ( N 0 3- და NH 4 ). და ეს იმისდა მიუხედავად, რომ ატმოსფეროში აზოტის მარაგი ამოუწურავია (მისი მოცულობის 78%). რედუქტორები (დესტრუქტორები), უფრო სწორად, ნიადაგის ბაქტერიები, თანდათან ანადგურებენ მკვდარი ორგანიზმების ცილოვან ნივთიერებებს და გარდაქმნიან მათ ამონიუმის ნაერთებად, ნიტრატებად და ნიტრიტებად. ნიტრატების ნაწილი ციკლის განმავლობაში შედის მიწისქვეშა წყლებში და აბინძურებს მათ.

აზოტი კვლავ ბრუნდება ატმოსფეროში დაშლის დროს გამოთავისუფლებული გაზებით. მართალია, მისი ნაწილი ელვისებური გამონადენის დროს ჰაერში იჟანგება და წვიმის წყლით ხვდება ნიადაგში, მაგრამ ამ გზით 10-ჯერ ნაკლები ფიქსირდება, ვიდრე ბაქტერიების დახმარებით.

ადამიანის ჩარევა აზოტის ციკლში შემდეგია:

• როდესაც წიაღისეული საწვავი იწვება, დიდი რაოდენობით აზოტის ოქსიდი გამოიყოფა ატმოსფეროში (არა ). შემდეგ აზოტის ოქსიდი აერთიანებს ატმოსფეროში ჟანგბადს და წარმოქმნის აზოტის დიოქსიდს ( NO 2 ), რომელიც წყლის ორთქლთან ურთიერთობისას შეიძლება წარმოქმნას აზოტის მჟავა ( HNO3 ). ეს მჟავა ხდება მჟავა ნალექის კომპონენტი.
• სასუქების გამოყენება იწვევს "სათბურის აირის" აზოტის ოქსიდის გამოყოფას ატმოსფეროში ( N2O)
• წყლის ეკოსისტემებში ნიტრატებისა და ამონიუმის იონების რაოდენობის ზრდა სასუქების მინდვრებიდან გარეცხვისას. ჭარბი საკვები ნივთიერებები იწვევს წყალმცენარეების სწრაფ ზრდას, რომელთა დაშლა მოიხმარს გახსნილ ჟანგბადს, რაც იწვევს თევზის მასიურ მკვლელობას.

ფოსფორის ციკლი

ბრინჯი. ფოსფორის ციკლი ბიოსფეროში

ფოსფორი, ძირითადად ფოსფატის იონების სახით (PO 3- და NRO 4 2- ), აუცილებელი საკვები ნივთიერებაა როგორც მცენარეებისთვის, ასევე ცხოველებისთვის. ის არის დნმ-ის მოლეკულების ნაწილი, რომლებიც ატარებენ გენეტიკურ ინფორმაციას; ATP და ADP მოლეკულები, რომლებიც ინახავს ორგანიზმებისთვის აუცილებელ ქიმიურ ენერგიას და გამოიყენება უჯრედულ სუნთქვაში; ცხიმის მოლეკულები, რომლებიც ქმნიან უჯრედულ მემბრანებს მცენარეულ და ცხოველურ უჯრედებში; ასევე ნივთიერებები, რომლებიც ქმნიან ძვლებსა და კბილებს. ფოსფორის მთლიანი ციკლი შეიძლება დაიყოს ორ ნაწილად: წყლის და ხმელეთის

ფოსფორი ნელა გადადის ხმელეთზე ფოსფატის საბადოებიდან და ზედაპირული ოკეანის ნალექებიდან ცოცხალ ორგანიზმებში და შემდეგ ისევ უკან. ფოსფორი, რომელიც გამოიყოფა ფოსფატის მადნების ნელი დაშლის (ან ამინდობის) შედეგად, იხსნება ნიადაგის ტენით და შეიწოვება მცენარის ფესვებით.

ცხოველები საჭირო ფოსფორს მცენარეების ან სხვა ბალახისმჭამელების ჭამით იღებენ. ამ ფოსფორის დიდი ნაწილი, ცხოველების ექსკრემენტებისა და მკვდარი ცხოველებისა და მცენარეების დაშლის პროდუქტების სახით, უბრუნდება ნიადაგს, მდინარეებს და საბოლოოდ ოკეანის ფსკერს, როგორც უხსნადი ფოსფატის ნალექი.

ფოსფორის ნაწილი მიწის ზედაპირზე ბრუნდება გუანოს სახით, თევზისმჭამელი ფრინველების (პელიკანები, ღორები, კორმორანები და სხვ.) ექსკრემენტის ფოსფორით გამდიდრებული ორგანული მასა. თუმცა, ბუნებრივი პროცესების და ანთროპოგენური აქტივობების შედეგად ყოველწლიურად მიწის ზედაპირიდან ოკეანეში ირეცხება შეუდარებლად დიდი რაოდენობით ფოსფატები. ადამიანის ჩარევა ფოსფორის ციკლში ძირითადად ორ ვარიანტზე მოდის:

• დიდი რაოდენობით ფოსფატის მადნების მოპოვება მინერალური სასუქებისა და სარეცხი საშუალებების წარმოებისთვის;
• წყლის ეკოსისტემებში ფოსფატის იონების ჭარბი მატება მეცხოველეობის ფერმებიდან დაბინძურებული ჩამონადენი, მინდვრებიდან ჩამორეცხილი ფოსფატური სასუქები, აგრეთვე დამუშავებული და გაუწმენდავი მუნიციპალური ჩამდინარე წყლები მათში შედის. ამ ელემენტების ჭარბი რაოდენობა ხელს უწყობს ლურჯი-მწვანე წყალმცენარეების და სხვა წყლის მცენარეების „ასაფეთქებელ“ ზრდას, რაც არღვევს წყლის ეკოსისტემებში სასიცოცხლო ბალანსს.

განმარტება 1

ენერგია არის ყველა სახის მატერიის მოძრაობისა და ურთიერთქმედების კომპლექსური საზომი.

ნივთიერებებისგან განსხვავებით, რომლებსაც შეუძლიათ ბიოსფეროს სხვადასხვა ბლოკში ცირკულირება, ხელახლა გამოყენება და ციკლების შექმნა, ენერგია მუდმივი ცალმხრივი ნაკადია. ასეთ ნაკადებში ენერგია შეიძლება გარდაიქმნას ერთი ფორმიდან მეორეში, სანამ არ გაიფანტება სივრცეში სითბოს სახით.

მთელი ბიოსფერო შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ერთიანი სივრცითი წარმონაქმნი, რომელსაც შეუძლია შთანთქოს ენერგია გარე სივრცედან და მიმართოს მას შიდა სამუშაოზე.

ცოცხალი ორგანიზმები ბიოსფეროში ენერგიის მთავარი მომხმარებლები და გადამყვანები არიან. მაგალითად, მწარმოებლები გარდაქმნიან თავისუფალ რადიაციულ ენერგიას ქიმიურად დაკავშირებულ ენერგიად, რომელიც შემდგომში გადადის ერთი ბიოსფერული სტრუქტურიდან მეორეზე. ენერგიის თითოეულ გადასვლას თან ახლავს მისი გადაქცევა სითბოდ და გაფრქვევა გარემოში. მწარმოებლებიდან პირველი რიგის მომხმარებლებზე ენერგიის გადაცემისას გადაცემის ეფექტურობა მხოლოდ 10%-ია.

უფრო ეფექტურია ენერგიის გადაცემა პირველის მომხმარებლებიდან მეორე რიგის მომხმარებლებზე - 20%. ენერგიის ნაკადი მთავრდება დაშლელებთან, რის გამოც ენერგია ან საბოლოოდ იშლება სითბოს სახით, ან გროვდება მკვდარ ორგანულ ნივთიერებებში.

ნივთიერებების ციკლები ბიოსფეროში

• დიდი ბიოლოგიური (ნივთიერებათა დიდი ციკლის დამახასიათებელი თვისებაა მისი უპირატესად ჰორიზონტალური მიმართულება. ის ხდება ექსკლუზიურად ხმელეთსა და ზღვას შორის, როგორიცაა წყლის ციკლი);
• მცირე ბიოლოგიური (მცენარეთა და ნიადაგს შორის ბიოლოგიურ ციკლს აქვს მიგრაციის უპირატესად ვერტიკალური მიმართულება);
• ქიმიური (ნივთიერებების მიგრაცია ქიმიურ ციკლში განისაზღვრება ორი მჭიდროდ დაკავშირებული და ურთიერთდამოკიდებული პროცესით, რომლებიც ერთმანეთს უპირისპირდება. ეს არის ცოცხალი მატერიის მწვანე მცენარეების სინთეზი უსულო ბუნების ელემენტებიდან მზის ენერგიისა და დეტრიტუსის მინერალიზაციის გამო. რის შედეგადაც ენერგია გამოიყოფა).

შენიშვნა 1

ცოცხალი მატერიის წარმოქმნა და მისი დაშლა არის ერთი პროცესის ორი მხარე, რომელსაც ქიმიური ელემენტების ბიოლოგიური ციკლი ეწოდება. ცოცხალი მატერიის ძირითადი შემადგენლობა დამოკიდებულია იმ ქიმიურ ელემენტებზე, რომლებიც არსებობს ბიოსფეროში აირისებრ მდგომარეობაში, რის შედეგადაც ცოცხალი ორგანიზმების ორგანული სამყარო დაკავშირებულია დედამიწაზე გაზის ციკლთან.

ბიოსფეროს გეოქიმიური პროცესები

როგორც ცნობილია, დედამიწის ქერქი შეიცავს $100$-ზე მეტ ქიმიურ ელემენტებს, მაგრამ მათგან მხოლოდ $6$ ურთიერთქმედებს ატმოსფეროში: წყალბადი $(H)$, ჟანგბადი $(O)$, აზოტი $(N)$, ნახშირბადი $. (C)$, ფოსფორი $(P)$ და გოგირდი $(S)$. ამრიგად, ყველაზე რეაქტიული ელემენტები მონაწილეობენ ბიოსფეროს გეოქიმიურ პროცესებში. პირველი 4 მათგანი ქმნის ხმელეთის მცენარეების თითქმის მთელ მასას, მათ შორის დედამიწაზე არსებული ცოცხალი მატერიის დაახლოებით $99\%$.

ბიოსფეროს ბიოქიმიური პროცესები

ბიოქიმიური ციკლები ყოველწლიურად ააქტიურებს დაახლოებით 500 მილიარდი ტონა ნივთიერებას, რომელთა ექსკლუზიურად მამოძრავებელი ძალაა ფოტოსინთეზის პროცესები. გარდა $C$, $H$, $O$ და $N$, ორგანიზმები იყენებენ ფერფლის ელემენტებს - $Ca$, $K$ და ა.შ., ასევე მაკროელემენტებს - $Zn$, $Mo$ და ა.შ. , რომლის მიმოქცევა პლანეტაზე ხდება ნივთიერებების ციკლური ტრანსფორმაციისა და ენერგეტიკული ნაკადების ცვლილების გამო ცოცხალი მატერიის ბიოტური და აბიოტური ტრანსფორმაციის კომბინირებული მოქმედების გამო.

დასკვნა

ამრიგად, ბიოსფეროში ნივთიერებების მიმოქცევა ხორციელდება არა გარკვეული ნივთიერებებით, არამედ მხოლოდ გარკვეული ელემენტებით, რომლებიც მონაწილეობენ ატმოსფეროს სხვადასხვა ფენებში, ჰიდრო- და ლითოსფეროში განხორციელებულ პროცესებში.

ცოცხალ და უსულო ბუნებას შორის ურთიერთობის დასადგენად, აუცილებელია გავიგოთ, როგორ ხდება ნივთიერებების ციკლი ბიოსფეროში.

მნიშვნელობა

ნივთიერებების ციკლი არის იგივე ნივთიერებების განმეორებითი მონაწილეობა ლითოსფეროში, ჰიდროსფეროში და ატმოსფეროში მიმდინარე პროცესებში.

არსებობს ორი სახის ნივთიერების ციკლი:

• გეოლოგიური(დიდი ციკლი);
• ბიოლოგიური(პატარა ბორბალი).

ნივთიერებების გეოლოგიური მიმოქცევის მამოძრავებელი ძალაა გარე (მზის გამოსხივება, გრავიტაცია) და შიდა (დედამიწის ინტერიერის ენერგია, ტემპერატურა, წნევა) გეოლოგიური პროცესები, ბიოლოგიური პროცესები - ცოცხალი არსებების აქტივობა.

დიდი ციკლი ხდება ცოცხალი ორგანიზმების მონაწილეობის გარეშე. გარე და შინაგანი ფაქტორების გავლენით რელიეფი ყალიბდება და გლუვდება. მიწისძვრების, ამინდის, ვულკანური ამოფრქვევების და დედამიწის ქერქის მოძრაობის შედეგად წარმოიქმნება ხეობები, მთები, მდინარეები, ბორცვები, წარმოიქმნება გეოლოგიური ფენები.

ბრინჯი. 1. გეოლოგიური ციკლი.

ბიოსფეროში ნივთიერებების ბიოლოგიური მიმოქცევა ხდება ცოცხალი ორგანიზმების მონაწილეობით, რომლებიც გარდაქმნიან და გადასცემენ ენერგიას კვების ჯაჭვის გასწვრივ. ცოცხალ (ბიოტურ) და არაცოცხალ (აბიოტურ) ნივთიერებებს შორის ურთიერთქმედების სტაბილურ სისტემას ბიოგეოცენოზი ეწოდება.

TOP 3 სტატიავინც ამას კითხულობს

იმისათვის, რომ მოხდეს ნივთიერებების მიმოქცევა, რამდენიმე პირობა უნდა დაკმაყოფილდეს:

• დაახლოებით 40 ქიმიური ელემენტის არსებობა;
• მზის ენერგიის არსებობა;
• ცოცხალი ორგანიზმების ურთიერთქმედება.

ბრინჯი. 2. ბიოლოგიური ციკლი.

ნივთიერებების ციკლს არ აქვს კონკრეტული საწყისი წერტილი. პროცესი უწყვეტია და ერთი ეტაპი უცვლელად მიედინება მეორეში. თქვენ შეგიძლიათ დაიწყოთ ციკლის ყურება ნებისმიერი წერტილიდან, არსი იგივე დარჩება.

ნივთიერებების ზოგადი ციკლი მოიცავს შემდეგ პროცესებს:

• ფოტოსინთეზი;
• მეტაბოლიზმი;
• დაშლა.

მცენარეები, რომლებიც წარმოადგენენ კვებით ჯაჭვში, მზის ენერგიას გარდაქმნიან ორგანულ ნივთიერებებად, რომლებიც საკვებით ხვდებიან დაშლილი ცხოველების სხეულში. სიკვდილის შემდეგ, მცენარეებისა და ცხოველების დაშლა ხდება მომხმარებლების - ბაქტერიების, სოკოების, ჭიების დახმარებით.

ბრინჯი. 3. კვების ჯაჭვი.

ნივთიერებების ციკლი

ბუნებაში ნივთიერებების მდებარეობიდან გამომდინარე, განასხვავებენ მათ მიმოქცევის ორი ტიპი:

• გაზი- გვხვდება ჰიდროსფეროში და ატმოსფეროში (ჟანგბადი, აზოტი, ნახშირბადი);
• დანალექი- გვხვდება დედამიწის ქერქში (კალციუმი, რკინა, ფოსფორი).

მატერიისა და ენერგიის ციკლი ბიოსფეროში აღწერილია ცხრილში რამდენიმე ელემენტის მაგალითის გამოყენებით.

ბუნებაში ნივთიერებების ციკლის შეჩერება ნიშნავს ცხოვრების მსვლელობის მოშლას. სიცოცხლის გასაგრძელებლად, ენერგიამ უნდა გაიაროს ციკლი ციკლის შემდეგ.

რა ვისწავლეთ?

გაკვეთილიდან ვისწავლეთ ბიოსფეროში ნივთიერებების დიდი და მცირე ციკლის არსი, უსულო ბუნების ურთიერთქმედება ცოცხალ ორგანიზმებთან და ასევე შევისწავლეთ წყლის, ნახშირბადის, აზოტის, ჟანგბადის, გოგირდის და ფოსფორის ციკლი.

ტესტი თემაზე

ანგარიშის შეფასება

Საშუალო რეიტინგი: 4.5. სულ მიღებული შეფასებები: 129.

ნებისმიერი სიცოცხლე მოითხოვს ენერგიისა და მატერიის მუდმივ ნაკადს. ენერგია იხარჯება ძირითადი ცხოვრებისეული რეაქციების განხორციელებაზე, მატერია გამოიყენება ორგანიზმების სხეულების ასაშენებლად. ბუნებრივი ეკოსისტემების არსებობას თან ახლავს ცოცხალ და უსულო ბუნებას შორის მატერიალური და ენერგიის გაცვლის რთული პროცესები. პროცესები დამოკიდებულია არა მხოლოდ ბიოტური ნივთიერებების შემადგენლობაზე, არამედ ფიზიკურ გარემოზეც.

ენერგიისა და მატერიის ნაკადები ეკოლოგიაში განიხილება, როგორც ენერგიისა და მატერიის გადაცემა გარედან ავტოტროფებში და შემდგომში კვების ჯაჭვების გასწვრივ ერთი ტროფიკული დონის ორგანიზმებიდან მეორეზე.

ენერგიის ნაკადი საზოგადოებაში არის ენერგიის გადაცემა ერთი დონის ორგანიზმებიდან მეორეზე ორგანული ნაერთების ქიმიური ბმების სახით.

მატერიის ნაკადი არის მატერიის გადაადგილება ქიმიური ელემენტებისა და მათი ნაერთების სახით მწარმოებლებიდან დაშლისკენ და შემდეგ ქიმიური რეაქციების მეშვეობით, რომლებიც მიმდინარეობს ცოცხალი ორგანიზმების მონაწილეობის გარეშე, უკან მწარმოებლებში.

მატერიის დინება ხდება დახურულ ციკლში, რის გამოც მას ე.წ ციკლი.

მატერიის ნაკადი და ენერგიის ნაკადი- არა იდენტური ცნებები, თუმცა სხვადასხვა ენერგიის ეკვივალენტები (კალორიები, კილოკალორიები, ჯოული) ხშირად გამოიყენება მატერიის ნაკადის გასაზომად.

მატერიისა და ენერგიის ნაკადებს შორის ფუნდამენტური განსხვავება ეკოსისტემაში არის ის, რომ ბიოგენურ ელემენტებს (აზოტი, ნახშირბადი, ფოსფორი და ა. შეუქცევადი.

ყველა ეკოსისტემის არსებობა დამოკიდებულია ენერგიის მუდმივ ნაკადზე, რომელიც აუცილებელია ყველა ორგანიზმისთვის სასიცოცხლო ფუნქციების შესანარჩუნებლად და თვითრეპროდუქციისთვის.

საზოგადოებაში ენერგიის გადაცემის მთავარი არხი არის კვების ჯაჭვი. პირველადი მწარმოებლისგან დაშორებისას ენერგიის ნაკადი მკვეთრად სუსტდება - ენერგიის რაოდენობა მცირდება.

ვარჯიში

10%-იანი წესის გამოყენებით გამოთვალეთ მე-4 ტროფიკულ დონეზე შესული ენერგიის წილი, იმ პირობით, რომ მისი მთლიანი რაოდენობა პირველ დონეზე იყო 100 ერთეული.

ნივთიერებების ციკლი და ენერგიის გარდაქმნა- აუცილებელი პირობა ნებისმიერი ეკოსისტემის არსებობისთვის. ნივთიერებებისა და ენერგიის გადატანა კვებით ჯაჭვებში ეკოსისტემაში.

ეკოსისტემას შეუძლია უზრუნველყოს მატერიის მიმოქცევა მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ იგი მოიცავს ამისთვის აუცილებელ ოთხ კომპონენტს: საკვები ნივთიერებების მარაგს, მწარმოებლები, მომხმარებლებიდა დამშლელები

ბრინჯი. 1.ეკოსისტემის არსებითი კომპონენტები

ეს სტრუქტურა შედგება ორგანიზმების რამდენიმე ჯგუფისგან, რომელთაგან თითოეული ასრულებს კონკრეტულ სამუშაოს ნივთიერებების ციკლში. ორგანიზმები, რომლებიც მიეკუთვნებიან ერთ-ერთ ასეთ ბმული ფორმას ტროფიკული დონედა ტროფიკულ დონეებს შორის თანმიმდევრული კავშირები იქმნება დენის სქემები,ან ტროფიკული ჯაჭვები.ეკოსისტემა მოიცავს ორგანიზმებს, რომლებიც შეიძლება განვასხვავოთ კვების მეთოდის მიხედვით – ავტოტროფები და ჰეტეროტროფები.

ავტოტროფები(თვითიკვებავი) - ორგანიზმები, რომლებიც ქმნიან თავიანთი სხეულის ორგანულ ნივთიერებებს არაორგანული ნივთიერებებისგან - ძირითადად ნახშირორჟანგი და წყალი - ფოტოსინთეზისა და ქიმიოსინთეზის პროცესების მეშვეობით. ფოტოსინთეზს ახორციელებენ ფოტოავტოტროფები - ყველა ქლოროფილის შემცველი (მწვანე) მცენარეები და მიკროორგანიზმები. ქიმიოსინთეზი შეინიშნება ზოგიერთ ნიადაგსა და წყლის ბაქტერიებში, რომლებიც იყენებენ არა მზის შუქს, როგორც ენერგიის წყაროს, არამედ მთელი რიგი ნივთიერებების ფერმენტულ დაჟანგვას - წყალბადს, გოგირდს, წყალბადის სულფიდს, ამიაკს, რკინას.

ჰეტეროტროფები(სხვებით იკვებება) - ორგანიზმები, რომლებიც მოიხმარენ მზა ორგანულ ნივთიერებებს სხვა ორგანიზმებისგან და მათი მეტაბოლური პროდუქტებისგან. ეს ყველაფერი ცხოველები, სოკოები და ბაქტერიების უმეტესობაა.

მწარმოებლის ავტოტროფებისგან განსხვავებით, ჰეტეროტროფები მოქმედებენ როგორც ორგანული ნივთიერებების მომხმარებლები და გამანადგურებლები (დამანგრევლები). მათი კვების წყაროებიდან და განადგურებაში მონაწილეობის მიხედვით, ისინი იყოფა მომხმარებლებად და გამანადგურებლებად.

მომხმარებლები - ორგანიზმების ორგანული ნივთიერებების მომხმარებლები. Ესენი მოიცავს:

პირველი რიგის მომხმარებლები - ბალახისმჭამელები (ფიტოფაგი),იკვებება ცოცხალი მცენარეებით (ბუგები, ბალახები, ბატი, ცხვარი, ირემი, სპილო);

მეორე რიგის მომხმარებლები - მტაცებლები (ზოოფაგური),სხვა ცხოველების ჭამა - სხვადასხვა მტაცებლები (მტაცებელი მწერები, მწერებიჭამია და მტაცებელი ფრინველები, მტაცებელი ქვეწარმავლები და ცხოველები), თავს ესხმიან არა მხოლოდ ფიტოფაგებს, არამედ სხვა მტაცებლებსაც. ბევრი ცხოველია შერეული საკვებით, რომლებიც მოიხმარენ როგორც მცენარეულ, ასევე ცხოველურ საკვებს - მტაცებლები, ბალახისმჭამელები და ყოვლისმჭამელები. პირველი და მეორე რიგის მომხმარებლები იკავებენ, შესაბამისად, მეორე, მესამე და ზოგჯერ მომდევნო ტროფიკულ დონეებს ეკოსისტემაში.

დამშლელები - ბაქტერიები და ქვედა სოკოები - ასრულებენ მომხმარებელთა და საპროფაგების დესტრუქციულ მუშაობას, ორგანული ნივთიერებების დაშლას სრულ მინერალიზაციამდე და მოლეკულურ აზოტს, მინერალურ ელემენტებს და ნახშირორჟანგის ბოლო ნაწილებს ეკოსისტემის გარემოში დაბრუნებას.

ეკოსისტემის მდგრადობა.ეკოსისტემების სტაბილურობის დამოკიდებულება მათში მცხოვრები სახეობების რაოდენობაზე და კვების ჯაჭვების სიგრძეზე: რაც მეტი სახეობა და კვებითი ჯაჭვია, მით უფრო სტაბილურია ეკოსისტემა ნივთიერებების ციკლიდან.

ხელოვნური ეკოსისტემა- შექმნილი ადამიანის საქმიანობის შედეგად. ხელოვნური ეკოსისტემების მაგალითები: პარკი, მინდორი, ბაღი, ბოსტანი.

განსხვავებები ხელოვნურსა და ბუნებრივ ეკოსისტემას შორის:

სახეობების მცირე რაოდენობა (მაგალითად, ხორბალი და სარეველების ზოგიერთი სახეობა ხორბლის მინდორში და მასთან დაკავშირებული ცხოველები);

ერთი ან რამდენიმე სახეობის (ხორბალი მინდორში) ორგანიზმების ჭარბობა;

მოკლე კვებითი ჯაჭვები სახეობების მცირე რაოდენობის გამო;

ნივთიერებების ღია ციკლი ორგანული ნივთიერებების მნიშვნელოვანი მოცილების გამო და ციკლიდან მათი ამოღება კულტურების სახით;

დაბალი სტაბილურობა და ადამიანის მხარდაჭერის გარეშე დამოუკიდებლად არსებობის შეუძლებლობა.

სირთულისა და სირთულის მიუხედავად, ეკოსისტემები ღია სისტემებია და მეტ-ნაკლებად საჭიროებენ ენერგიისა და სხვადასხვა ნივთიერებების მუდმივ ნაკადს. ორგანიზმების სიცოცხლის განმავლობაში ხდება ენერგიის მუდმივი ნაკადი და ნივთიერებების მიმოქცევა და თითოეული სახეობა იყენებს ორგანულ ნივთიერებებში შემავალი ენერგიის მხოლოდ ნაწილს. ეს პროცესი ხდება კვებითი ჯაჭვების მეშვეობით (ტროფიკული დონეები), რომლებიც წარმოადგენს სახეობების თანმიმდევრობას, რომლებიც ამოიღებენ ორგანულ ნივთიერებებს და ენერგიას ორიგინალური საკვები ნივთიერებიდან; ამ შემთხვევაში, ყოველი წინა რგოლი ხდება საკვები მომდევნოსთვის (სურ. 24).

ნივთიერებების ციკლი - ეს არის ნივთიერების გადაადგილება ქიმიური ელემენტებისა და მათი ნაერთების სახით მწარმოებლებიდან დაშლისკენ, მომხმარებლების მეშვეობით ან მათ გარეშე და ისევ მწარმოებლებში.მცენარეები არის ავტოტროფული ორგანიზმები, რომლებსაც შეუძლიათ ფოტოსინთეზის დროს ორგანული ნივთიერებების სინთეზირება არაორგანული ნივთიერებებისგან, რის გამოც მათ ე.წ. მწარმოებლები, ანმწარმოებლები.

ბრინჯი. 24. ენერგიის ნაკადი და ნივთიერებათა მიმოქცევა ეკოსისტემაში

მცენარეებს საკვებად იყენებენ ცხოველები, რომლებსაც თავად არ შეუძლიათ ორგანული ნივთიერებების სინთეზირება არაორგანული ნივთიერებებისგან. ასეთ ჰეტეროტროფულ ორგანიზმებს ე.წ მომხმარებლები,ან მომხმარებლები.ბაქტერიები და სოკოები ასრულებენ მთავარს

როლი მკვდარი ორგანული ნივთიერებების თავდაპირველ არაორგანულ ნივთიერებებად დაშლაში, მათ გარემოში დაბრუნებაში. ამიტომაც ეძახიან დესტრუქტორები ან რედუქტორები,ე.ი. გამანადგურებლებიან რესტავრატორები.

ასე რომ, მცენარეების მიერ წარმოქმნილი ორგანული ნივთიერებები გადადის ცხოველების სხეულში, შემდეგ კი, ბაქტერიების მონაწილეობით, კვლავ გარდაიქმნება მცენარეების მიერ შეთვისებულ არაორგანულ ნივთიერებებად. ამრიგად, ნივთიერებების ციკლი ხდება ეკოსისტემაში.

ენერგიის ნაკადი - ენერგიის გადასვლა ორგანული ნაერთების (საკვები) ქიმიური ბმების სახით კვებითი ჯაჭვების გასწვრივ ერთი ტროფიკული დონიდან მეორეზე (უფრო მაღალზე) (სურ. 25).მზე დედამიწაზე ენერგიის ერთადერთი წყაროა. ის უზრუნველყოფს ენერგიის მუდმივ, უწყვეტ, ღია ნაკადს დედამიწაზე. ნივთიერებებისგან განსხვავებით, რომლებიც ცირკულირებენ ეკოსისტემის რგოლებში და შედიან ციკლში, განმეორებით გამოყენების შემთხვევაში, ენერგიის გამოყენება შესაძლებელია მხოლოდ ერთხელ.

ეკოსისტემებში ენერგიის ნაკადის პროცესების გასაგებად, მნიშვნელოვანია იცოდეთ თერმოდინამიკის კანონები. თერმოდინამიკის პირველი კანონი ამბობს, რომ ენერგია ხელახლა არ იქმნება და არ ქრება, არამედ გადადის ერთი ფორმიდან მეორეზე. მაშასადამე, ეკოსისტემაში ენერგია თავისთავად ვერ ჩნდება, მაგრამ შემოდის მასში გარედან - მზიდან.

ბრინჯი. 25. ენერგიის ნაკადი ეკოსისტემაში

თერმოდინამიკის მეორე კანონი ამბობს, რომ ენერგიის გარდაქმნებთან დაკავშირებული პროცესები შეიძლება მოხდეს სპონტანურად მხოლოდ იმ პირობით, რომ ენერგია გადადის კონცენტრირებული ფორმიდან დისპერსიულ ფორმაში. ამ კანონის თანახმად, მცენარეები იყენებენ ეკოსისტემაში შემომავალი მზის ენერგიის მხოლოდ ნაწილს. დანარჩენი ენერგია იფანტება და გარდაიქმნება სითბოდ, რომელიც იხარჯება ეკოსისტემის გარემოს გათბობაზე. მცენარის მიერ შთანთქმული მზის ენერგიის მცირე ნაწილი იხარჯება წარმოების პროცესზე, ანუ ბიომასის ფორმირებაზე. გარდა ამისა, შემდეგ ტროფიკულ დონეებზე გადასვლისას, საკვებთან ერთად, ქიმიური ბმების სახით, ენერგია ასევე იშლება და მცირდება რაოდენობით, სანამ ის მთლიანად არ გაიფანტება.

კვების ჯაჭვი არის ეკოსისტემაში ენერგიის გადაცემის მთავარი არხი. მცენარეები ენერგიის ძირითადი მომწოდებლები არიან კვების ჯაჭვის ყველა სხვა ორგანიზმისთვის. არსებობს ენერგიის გადაცემის გარკვეული ნიმუშები ერთი ტროფიკული დონიდან მეორეზე მოხმარებულ საკვებთან ერთად. ჯერ ერთი,მომხმარებლის მიერ საკვებით შთანთქმული ენერგიის ძირითადი ნაწილი იხარჯება მის სასიცოცხლო საშუალებებზე (მოძრაობა, ტემპერატურის შენარჩუნება და ა.შ.). ენერგიის ეს ნაწილი ითვლება სუნთქვაზე დახარჯულად. Მეორეც,ენერგიის ნაწილი მიდის მომხმარებლის სხეულის სხეულში "როგორც რეზერვი". მესამე,საკვების გარკვეული ნაწილი არ შეიწოვება ორგანიზმის მიერ, შესაბამისად, მისგან ენერგია არ გამოიყოფა. შემდგომში ის გამოიყოფა ექსკრემენტებისგან, მაგრამ სხვა ორგანიზმების (დესტრუქტორების) მიერ, რომლებიც მათ საკვებად მოიხმარენ. მტაცებლების ექსკრემენტში ენერგიის გამოყოფა მცირეა, ხოლო ბალახისმჭამელების - უფრო მნიშვნელოვანი. მაგალითად, ზოგიერთი მწერის ქიაყელები, რომლებიც იკვებებიან მცენარეებით, გამოყოფენ ენერგიის 70%-მდე.

კვებითი ჯაჭვის თითოეულ რგოლში ენერგიის უმეტესი ნაწილი იხარჯება სითბოს სახით და იკარგება, რაც ზღუდავს რგოლების რაოდენობას. საშუალოდ, სუნთქვის მაქსიმალური ხარჯი დაუმუშავებელ საკვებთან ერთად შეადგენს მოხმარებულის დაახლოებით 90%-ს. ამრიგად, ენერგიის გადაცემა ერთი ტროფიკული დონიდან მეორეზე არის საკვების მოხმარებული ენერგიის მხოლოდ 10%. ადვილია გამოთვალოთ, რომ მე-5 დონემდე მიმავალი ენერგია არის მწარმოებლების მიერ შთანთქმული ენერგიის მხოლოდ 0,01%. ამ ნიმუშს უწოდებენ "ათი პროცენტის წესს". ეს აჩვენებს, რომ კვების ჯაჭვს აქვს რგოლების შეზღუდული რაოდენობა, ჩვეულებრივ არაუმეტეს 4-5. მათში გავლის შემდეგ, თითქმის მთელი ენერგია არის

უაზრო ჰქვია. ამიტომ ეკოსისტემის არსებობისთვის აუცილებელია ენერგიის მუდმივი მიწოდება.