Sivu 1

Geologinen kiertokulku (suuri aineiden kierto luonnossa) on aineiden kiertokulkua, jonka liikkeellepanevana voimana ovat eksogeeniset ja endogeeniset geologiset prosessit.

Geologinen kierto - aineiden kierto, jonka liikkeellepaneva voima ovat eksogeeniset ja endogeeniset geologiset prosessit.

Geologisen syklin rajat ovat paljon leveämpiä kuin biosfäärin rajat, sen amplitudi kaappaa maankuoren kerrokset kaukana biosfäärin ulkopuolella. Ja mikä tärkeintä, elävillä organismeilla on toissijainen rooli tämän syklin prosesseissa.

Tällä tavalla, geologinen kiertokulku aineet etenevät ilman elävien organismien osallistumista ja jakavat aineen uudelleen biosfäärin ja maan syvempien kerrosten välillä.

Geologisen kierron suuressa kierrossa tärkeintä on pienillä aineen kierroilla, sekä biosfäärillä että teknosfäärillä, jolloin aine on pitkäksi aikaa kytketty pois suuresta geokemiallisesta virtauksesta, muuttuen loputtomiin synteesisykleihin ja hajoaminen.

Suurin rooli geologisen kierron suuressa kierrossa on pienillä aineen kierroilla, sekä biosfäärillä että teknosfäärillä, jolloin aine kytkeytyy pitkäksi aikaa pois suuresta geokemiallisesta virtauksesta ja muuttuu loputtomiksi synteesisykleiksi ja hajoaminen.

Tämä hiili osallistuu hitaan geologiseen kiertokulkuun.

Tämä hiili osallistuu hitaan geologiseen kiertokulkuun. Maapallon elämää ja ilmakehän kaasutasapainoa tukevat pieneen (biogeeniseen) kiertokulkuun osallistuvien kasvien (5 10 t) ja eläinkudosten (5 109 t) sisältämät suhteellisen pienet hiilimäärät. Tällä hetkellä ihminen kuitenkin sulkee intensiivisesti aineiden, myös hiilen, kiertoa. Esimerkiksi kaikkien kotieläinten kokonaisbiomassan arvioidaan jo ylittävän kaikkien luonnonvaraisten maaeläinten biomassan. Viljelykasvien pinta-alat lähestyvät luonnollisten biogeosenoosien alueita, ja monet ihmisen jatkuvasti kasvattamat kulttuuriekosysteemit ovat tuottavuudessaan merkittävästi parempia kuin luonnolliset.

Ajallisesti ja avaruudessa laajin on ns. geologinen aineen kiertokulku.

Aineiden kiertokulkua luonnossa on 2 tyyppiä: suuri tai geologinen aineiden kierto maan ja valtameren välillä; pieni tai biologinen - maaperän ja kasvien välillä.

Kasvin maaperästä poistama vesi höyrytilassa pääsee ilmakehään, sitten jäähtyessään tiivistyy ja palaa jälleen maaperään tai valtamereen sateena. Geologinen veden kiertokulku tarjoaa mekaanisen uudelleenjakautumisen, sedimentaation, kiinteiden sedimenttien kerääntymisen maalle ja vesistöjen pohjalle sekä maaperän ja maaperän mekaanisen tuhoutumisen prosessissa. kiviä. kuitenkin kemiallinen toiminta vesi suoritetaan elävien organismien tai niiden aineenvaihduntatuotteiden osallistuessa. Luonnonvedet, kuten maaperät, ovat monimutkaisia ​​bioinerttiä ainetta.

Ihmisen geokemiallinen aktiivisuus on mittakaavaltaan verrattavissa biologisiin ja geologisiin prosesseihin. Geologisessa kierrossa denudaation linkki kasvaa jyrkästi.

Tekijä, joka jättää pääjäljen yleinen luonne ja biologisia. Samaan aikaan geologinen veden kierto pyrkii jatkuvasti huuhtomaan kaikki nämä alkuaineet pois kuivan maan kerroksista valtameren altaaseen. Siksi kasviperäisten ravintoaineiden säilyttäminen maassa edellyttää niiden muuntamista täysin veteen liukenemattomaan muotoon. Tämän vaatimuksen täyttää elävä luomu.

Kaikki planeetan aineet ovat kiertoprosessissa. Aurinkoenergia aiheuttaa kaksi aineen kiertoa maan päällä: suuri (geologinen, biosfäärinen) ja pieni (biologinen).

Biosfäärin suurelle aineiden kierrolle on ominaista kaksi tärkeää seikkaa: se tapahtuu koko ajan geologinen kehitys Maa ja on moderni planeettaprosessi, joka ottaa johtavan osan edelleen kehittäminen biosfääri.

Geologinen kierto liittyy kivien muodostumiseen ja tuhoutumiseen ja sitä myöhempään tuhotuotteiden - tuhomateriaalien ja kemiallisten alkuaineiden - liikkumiseen. Näissä prosesseissa merkittävä rooli oli ja on edelleen maan ja veden pinnan lämpöominaisuuksilla: absorptio ja heijastus. auringonsäteet, lämmönjohtavuus ja lämpökapasiteetti. Maan pinnan epävakaa hydroterminen järjestelmä yhdessä planeettajärjestelmä Ilmakehän kierto määritti aineiden geologisen kierron, joka Maan kehityksen alkuvaiheessa endogeenisten prosessien ohella liittyi maanosien, valtamerten ja nykyaikaisten geosfäärien muodostumiseen. Biosfäärin muodostumisen myötä organismien elintärkeän toiminnan tuotteet sisällytettiin suureen kiertokulkuun. Geologinen kiertokulku toimittaa eläville organismeille ravinteita ja määrää suurelta osin niiden olemassaolon edellytykset.

Main kemiallisia alkuaineita litosfäärit: happi, pii, alumiini, rauta, magnesium, natrium, kalium ja muut - osallistuvat suureen kiertoon, joka kulkee ylemmän vaipan syvistä osista litosfäärin pintaan. Kiteytymisen aikana muodostunut magmakivi

Magma, joka on päässyt litosfäärin pinnalle maan syvyydestä, hajoaa ja rapistuu biosfäärissä. Sään aiheuttavat tuotteet siirtyvät liikkuvaan tilaan, vedet ja tuulet kuljettavat niitä matalille paikoille, putoavat jokiin, valtamereen ja muodostavat paksuja sedimenttikivikerroksia, jotka ajan myötä vajoavat syvyyteen alueilla, joilla on kohonnut lämpötila ja paine, läpikäyvät muodonmuutoksen, ts. "sulavat uudelleen". Tämän uudelleensulatuksen aikana ilmaantuu uusi metamorfinen kivi, joka tulee maankuoren ylähorisontteihin ja palaa aineiden kiertoon. (Kuva 32).

Riisi. 32. Geologinen (suuri) aineiden kierto

Helposti liikkuvat aineet - kaasut ja luonnonvesiä jotka muodostavat planeetan ilmakehän ja hydrosfäärin. Litosfäärin materiaali kiertää paljon hitaammin. Yleensä minkä tahansa kemiallisen alkuaineen jokainen kierto on osa yleistä suurta aineiden kiertoa maan päällä, ja ne kaikki liittyvät läheisesti toisiinsa. Elävää ainetta Tämän syklin biosfääri tekee suuren työn jakaa uudelleen kemiallisia alkuaineita, jotka kiertävät jatkuvasti biosfäärissä, siirtyen ulkoisesta ympäristöstä organismeihin ja jälleen ulkoiseen ympäristöön.

Pieni eli biologinen aineiden kierto- Tämä on

aineiden kierto kasvien, eläinten, sienten, mikro-organismien ja maaperän välillä. Biologisen kierron ydin on kahden vastakkaisen, mutta toisiinsa liittyvän prosessin virtaus - orgaanisten aineiden luominen ja niiden tuhoaminen. Orgaanisten aineiden syntymisen alkuvaihe johtuu vihreiden kasvien fotosynteesistä eli elävän aineen muodostumisesta hiilidioksidista, vedestä ja yksinkertaisista mineraaliyhdisteistä aurinkoenergian avulla. Kasvit (tuottajat) ottavat maaperästä liuoksessa rikin, fosforin, kalsiumin, kaliumin, magnesiumin, mangaanin, piin, alumiinin, sinkin, kuparin ja muiden alkuaineiden molekyylejä. Kasvissyöjäeläimet (ensimmäisen asteen kuluttajat) imevät näiden alkuaineiden yhdisteitä jo ravinnon muodossa kasviperäinen. Petoeläimet (toisen luokan kuluttajat) ruokkivat kasvinsyöjäeläimiä ja kuluttavat enemmän kuin monimutkainen koostumus, mukaan lukien proteiinit, rasvat, aminohapot ja muut aineet. Mikro-organismien (hajottajien) aiheuttaman kuolleiden kasvien ja eläinjäännösten orgaanisten aineiden tuhoamisen yhteydessä maaperään ja vesiympäristöön joutuvat yksinkertaiset mineraaliyhdisteet, jotka ovat kasvien assimiloitavissa, ja biologisen kierron seuraava kierros alkaa. (Kuva 33).

Vastaanottaja endogeeninen prosesseja ovat: magmatismi, metamorfismi (korkeiden lämpötilojen ja paineen vaikutus), vulkanismi, maankuoren liike (maanjäristykset, vuoristorakentaminen).

Vastaanottaja eksogeeninen- sään, merten, valtamerten, eläinten, kasviorganismien ja erityisesti ihmisen ilmakehän ja pintavesien toiminta - teknogeneesi.

Vuorovaikutus sisäisten ja ulkoisia prosesseja lomakkeita aineen suuri geologinen kiertokulku.

Endogeenisten prosessien aikana muodostuu vuoristojärjestelmiä, ylänköjä, valtameren painaumia, eksogeenisten prosessien aikana vulkaaniset kivet tuhoutuvat, tuhotuotteet siirtyvät jokiin, meriin, valtameriin ja sedimenttikiviä muodostuu. Maankuoren liikkeen seurauksena sedimenttikivet vajoavat syviin kerroksiin, käyvät läpi metamorfismiprosesseja (korkeiden lämpötilojen ja paineen vaikutus) ja muodostuu metamorfisia kiviä. Syvissä kerroksissa ne muuttuvat sulaksi ...
tila (magmatisaatio). Sitten vulkaanisten prosessien seurauksena ne pääsevät litosfäärin ylempiin kerroksiin sen pinnalle vulkaanisten kivien muodossa. Näin muodostuu maaperää muodostavia kiviä ja useita muotoja helpotus.

Kivet, joista maaperä muodostuu, kutsutaan maaperän muodostaviksi tai vanhemmiksi. Muodostumisolosuhteiden mukaan ne jaetaan kolmeen ryhmään: magmaiset, metamorfiset ja sedimenttiset.

Tuliperäiset kivet koostuvat piin, AI:n, Fe:n, Mg:n, Ca:n, K:n, Na:n yhdisteistä. Näiden yhdisteiden suhteesta riippuen erotetaan happamat ja emäksiset kivet.

Hapoissa (graniitit, liipariitit, pegmatiitit) on korkea pitoisuus piidioksidia (yli 63 %), kalium- ja natriumoksideja (7-8 %), kalsium- ja Mg-oksideja (2-3 %). Ne ovat väriltään vaaleita ja ruskeita. Tällaisista kivistä muodostuneella maaperällä on löysä rakenne, korkea happamuus ja hedelmätön.

Tärkeimmille magmaisille kiville (basaltit, duniitit, periodiitit) on ominaista alhainen SiO 2 -pitoisuus (40-60 %), lisääntynyt CaO- ja MgO-pitoisuus (jopa 20 %), rautaoksidit (10-20 %), Na20 ja K20 alle 30 %.

Pääkivien säätuotteille muodostuneissa maaperässä on emäksinen ja neutraali reaktio, paljon humusta ja korkea hedelmällisyys.

Magmaiset kivet muodostavat 95 % kivien kokonaismassasta, mutta maaperän muodostavina kivinä ne vievät pieniä alueita (vuoristossa).

metamorfisia kiviä muodostuu magma- ja sedimenttikivien uudelleenkiteytymisen seurauksena. Näitä ovat marmori, gneissi, kvartsi. Miehittää pieni tietty painovoima maaperää muodostavina kivinä.

Sedimenttikivilajeja. Niiden muodostuminen johtuu magmaisten ja metamorfisten kivien rapautumisprosesseista, sään tuotteiden siirtymisestä veden, jääkauden ja ilmavirtojen kautta sekä laskeutumisesta maan pinnalle, valtamerten, merien, järvien pohjalle, jokien tulvatasanteille.

Sedimenttikivet jaetaan koostumuksensa mukaan klastisiin, kemogeenisiin ja biogeenisiin.

klassiset talletukset eroavat roskien ja hiukkasten koosta: nämä ovat lohkareita, kiviä, soraa, murskattua kiviä, hiekkaa, savea ja savea.

Kemogeeniset kerrostumat muodostuu suolojen saostumisen seurauksena vesiliuokset sisään merenlahdet järvissä kuumassa ilmastossa tai kemiallisten reaktioiden seurauksena.

Näitä ovat halogenidit (kivi- ja kaliumsuola), sulfaatit (kipsi, anhydridi), karbonaatit (kalkkikivi, mergeli, dolomiitit), silikaatit, fosfaatit. Monet niistä ovat raaka-aineita sementin ja kemiallisten lannoitteiden valmistukseen, ja niitä käytetään maatalouden malmeina.

Biogeeniset kerrostumat muodostuu kasvien ja eläinten jäänteiden kerääntymisestä. Näitä ovat: karbonaatti (biogeeniset kalkkikivet ja liitu), piipitoiset (dolomiitti) ja hiilipitoiset kivet (hiili, turve, sapropeli, öljy, kaasu).

Sedimenttikivien tärkeimmät geneettiset tyypit ovat:

1. Eluviaaliset talletukset- muodostumislevylle jääneiden kivien rapautumistuotteet. Eluvium sijaitsee vesistöjen huipulla, jossa huuhtoutuminen on heikosti ilmennyt.

2. deluviaaliset talletukset- tilapäisten sade- ja sulamisvesivirtojen kerääntymät eroosiotuotteet rinteiden alaosaan.

3. proluviaaliset talletukset- muodostuu väliaikaisten vuoristojokien ja rinteiden juurella sijaitsevien sään aiheuttamien tuotteiden siirtymisen ja laskeuman seurauksena.

4. Alluviaaliset esiintymät- muodostuvat sään aiheuttamien tuotteiden laskeuman seurauksena pintavirtauksen mukana jokivesien kautta.

5. Lacustrine kerrostumia– järvien pohjasedimentit. Lietettä, jossa on korkea orgaanisen aineksen pitoisuus (15-20 %), kutsutaan sapropelleiksi.

6. merelliset sedimentit- merten pohjasedimentit. Merien vetäytymisen (läpimenon) aikana ne pysyvät maaperää muodostavina kivinä.

7. Jäätikkö (jäätikkö) tai moreeniesiintymät- jäätikön siirtämien ja laskemien erilaisten kivien rapautumistuotteet. Tämä on lajittelematon karkearakeinen punaruskea tai harmaa materiaali, jossa on kiviä, lohkareita ja kiviä.

8. Fluvioglacial (vesi-jäätikkö) kerrostumia jäätikön sulamisen aikana muodostuneita tilapäisiä virtoja ja suljettuja altaita.

9. Peitä savet kuuluvat jääkauden ulkopuolisiin esiintymiin ja niitä pidetään matalan veden lähellä jäätikköä olevien sulamisveden tulvien esiintymänä. Ne peittävät madderin ylhäältä 3-5 m kerroksella. Ne ovat väriltään kellanruskeita, hyvin lajiteltuja, eivät sisällä kiviä ja lohkareita. Peitesavien maaperä on hedelmällisempää kuin madderilla.

10. Lössejä ja lössin kaltaisia ​​savimaita niille on ominaista vaaleankeltainen väri, korkea liete- ja silttifraktioiden pitoisuus, löysä rakenne, korkea huokoisuus, korkea kalsiumkarbonaattipitoisuus. Niille muodostui hedelmällistä harmaata metsää, kastanjamaata, chernozemeja ja harmaata maata.

11. Lipariesiintymät muodostuu tuulen vaikutuksesta. Tuulen tuhoava toiminta koostuu korroosiosta (kivien hiominen, hiominen) ja deflaatiosta (tuulen puhallus ja kuljetus pieniä hiukkasia maaperät). Molemmat prosessit yhdessä muodostavat tuulieroosiota.

Peruskaaviot, kaavat jne., jotka havainnollistavat sisältöä: esitys valokuvilla säätyypeistä.

Itsehillintäkysymyksiä:

1. Mitä sää on?

2. Mitä magmatisaatio on?

3. Mitä eroa on fysikaalisella ja kemiallisella säällä?

4. Mikä on aineen geologinen kiertokulku?

5. Kuvaile maan rakennetta?

6. Mikä on magma?

7. Mistä kerroksista Maan ydin koostuu?

8. Mitä rodut ovat?

9. Miten rodut luokitellaan?

10. Mitä lössi on?

11. Mikä on ryhmä?

12. Mitä ominaisuuksia kutsutaan organoleptisiksi?

Pääasiallinen:

1. Dobrovolsky V.V. Maaperän maantiede ja maaperätieteen perusteet: Oppikirja lukioille. - M .: Humanit. toim. Keskus VLADOS, 1999.-384 s.

2. Maaperätiede / Toim. ON. Kaurichev. M. Agropromiadat toim. 4. 1989.

3. Maaperätiede / Toim. V.A. Kovdy, B.G. Rozanov 2-osassa M. Higher School 1988.

4. Glazovskaya M.A., Gennadiev A.I. Maaperän maantiede ja maaperätieteen perusteet, Moskovan valtionyliopisto. 1995

5. Rode A.A., Smirnov V.N. Maaperätiede. M. Higher School, 1972

Lisätiedot:

1. Glazovskaya M.A. Yleinen maaperätiede ja maantiede. M. Lukio 1981

2. Kovda V.A. Maaperäopin perusteet. M. Science. 1973

3. Liverovsky A.S. Neuvostoliiton maaperät. M. Ajatus 1974

4. Rozanov B. G. maapeite maapallo. M. toim. W. 1977

5. Aleksandrova L.N., Naydenova O.A. Maaperätieteen laboratorio- ja käytännön tunnit. L. Agropromizdat. 1985

Biologinen (pieni) kiertokulku - aineiden kierto kasvien, villieläinten, mikro-organismien ja maaperän välillä. Sen perustana on fotosynteesi eli auringon säteilyenergian muuntaminen energiaksi vihreiden kasvien ja erityisten mikro-organismien toimesta. kemialliset sidokset orgaaniset aineet. Fotosynteesi aiheutti hapen ilmaantumisen maapallolle vihreiden organismien, otsonikerroksen ja olosuhteiden avulla. biologinen evoluutio.[ ...]

Aineiden pieni biologinen kiertokulku on erityisen tärkeä maaperän muodostuksessa, koska se on biologisten ja geologisten kiertokulkujen vuorovaikutus maanmuodostusprosessin taustalla.[ ...]

Typen kierto on tällä hetkellä alttiina voimakas vaikutus ihmisen puolelta. Toisaalta typpilannoitteiden massatuotanto ja niiden käyttö johtavat liialliseen nitraattien kertymiseen. Pelloille lannoitteina toimitettu typpi häviää sadon vieraantumisen, huuhtoutumisen ja denitrifikaation vuoksi. Toisaalta, kun ammoniakin muuttumisnopeus nitraateiksi laskee, ammoniumlannoitteita kertyy maaperään. Mikro-organismien aktiivisuutta on mahdollista tukahduttaa maaperän teollisuusjätteiden saastuttamisen seurauksena. Kaikki nämä prosessit ovat kuitenkin luonteeltaan melko paikallisia. Paljon tärkeämpää on typen oksidien vapautuminen ilmakehään, kun polttoainetta poltetaan lämpövoimalaitoksissa ja liikenteessä. Teollisuuden päästöissä "kiinteä" typpi on myrkyllistä, toisin kuin biologisesti sitoutunut typpi. luonnollisia prosesseja typen oksideja esiintyy ilmakehässä pieniä määriä mm välituotteet, mutta kaupungeissa ja teollisuusalueilla niiden pitoisuudet muuttuvat vaarallisiksi. Ne ärsyttävät hengityselimiä, ja ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta typen oksidien ja hiilivetyjen välillä tapahtuu reaktioita, joissa muodostuu erittäin myrkyllisiä ja syöpää aiheuttavia yhdisteitä.[ ...]

Kierteet aineen liikkumismuotona ovat myös luontaisia ​​bioströmille, mutta täällä ne saavat omat ominaisuutensa. Vaakakiertoa edustaa kolmikko: syntymä - lisääntyminen - kuolema (hajoaminen); pystysuora - fotosynteesiprosessi. Molemmat löytävät A. I. Perelmanin (1975) muotoilussa yhtenäisyyden pienessä biologisessa kierrossa: "... maiseman kemialliset elementit tekevät kiertokulkuja, joiden aikana ne toistuvasti tulevat eläviin organismeihin ("organisoituvat") ja poistuvat niistä ("mineralisoitu""2.[ ...]

Biologinen (bioottinen) kiertokulku on jatkuva, syklinen, säännöllinen, mutta ajallisesti ja avaruudessa epätasainen ilmiö, aineen, energian1 ja tiedon uudelleenjakautuminen ekologiset järjestelmät eri hierarkkiset organisaatiotasot - biogeocenoosista biosfääriin. Aineiden kiertoa koko biosfäärin mittakaavassa kutsutaan suureksi ympyräksi (kuva 6.2), ja tietyssä biogeocenoosissa pieneksi bioottisen vaihdon ympyräksi.[ ...]

Kaikille biologisille kierroksille on ominaista kemiallisten alkuaineiden atomien toistuva sisällyttäminen elävien organismien kehoon ja niiden vapautuminen ympäristöön, josta kasvit sieppaavat ne uudelleen ja osallistuvat kiertoon. Pienelle biologiselle kierrolle on ominaista kapasiteetti - kemiallisten alkuaineiden määrä, jotka ovat samanaikaisesti elävän aineen koostumuksessa tietyssä ekosysteemissä, ja nopeus - muodostuneen ja hajoavan elävän aineen määrä aikayksikköä kohti.[ ...]

Aineiden pieni biologinen kierto perustuu orgaanisten yhdisteiden synteesi- ja tuhoutumisprosesseihin elävän aineen osallistuessa. Toisin kuin suurelle, pienelle syklille on ominaista merkityksetön määrä energiaa.[ ...]

Päinvastoin, aineen biologinen kierto tapahtuu asutun biosfäärin rajojen sisällä ja ilmentää ainutlaatuisia ominaisuuksia planeetan elävä aine. Koska se on osa suurta, pientä sykliä, se tapahtuu biogeocenoosin tasolla, se piilee siinä, että ravinteita maaperä, vesi, hiili kertyy kasvien aineisiin, kuluu sekä itsensä että eliöiden - kuluttajien - kehon ja elämänprosessien rakentamiseen. Maaperän mikroflooran ja mesofaunan (bakteerit, sienet, nilviäiset, madot, hyönteiset, alkueläimet jne.) aiheuttamat orgaanisen aineen hajoamistuotteet hajoavat jälleen mineraalikomponenteiksi, jotka ovat jälleen kasvien saatavilla ja jotka ovat siten jälleen mukana aineen virtauksessa. [...]

Kuvattua aineiden kiertokulkua maapallolla aurinkoenergian tukemana - aineiden kiertokulkua kasvien, mikro-organismien, eläinten ja muiden elävien organismien välillä - kutsutaan aineiden biologiseksi kierroksi tai pieneksi kierroksi. Aineen täydellisen aineenvaihdunnan aika pienessä syklissä riippuu tämän aineen massasta ja sen syklin läpi kulkevien prosessien intensiteetistä, ja sen arvioidaan olevan useita satoja vuosia.[ ...]

Luonnossa on suuria ja pieniä - (biologisia) aineen kiertokulkuja, veden kiertokulkua.[ ...]

Huolimatta ilmakehän vesihöyrykerroksen suhteellisen pienestä paksuudesta (0,03 m), veden kierrossa ja sen biogeokemiallisessa kierrossa päärooli on ilmakehän kosteus. Yleisesti ottaen koko maapallolla on yksi veden sisäänvirtauslähde - sade - ja yksi virtauslähde - haihtuminen, mikä on 1030 mm vuodessa. Kasvien elämässä veden valtava rooli kuuluu fotosynteesiprosessien (tärkein linkki biologisessa kierrossa) ja transpiraation toteuttamiseen. Evapotranspiraatiolla eli puumaisen tai ruohomaisen kasvillisuuden, maan pinnan, haihduttamalla vesimassalla on tärkeä rooli mantereiden vedenkierrossa. Pohjavesi, joka tunkeutuu kasvien kudosten läpi haihtumisprosessissa, tuo mineraalisuolat välttämätön kasvien itsensä elämälle.[ ...]

Suuren geologisen kierron perusteella syntyi orgaanisten aineiden kierto - pieni, joka perustuu orgaanisten yhdisteiden synteesi- ja tuhoutumisprosesseihin. Nämä kaksi prosessia tarjoavat elämää maan päällä. Maapallo sieppaa vain 1 % biologisen kierron energiasta aurinkoenergia, mutta juuri hän tekee valtavan työn elävän aineen luomiseksi.[ ...]

Aurinkoenergia tarjoaa kaksi aineen kiertoa maan päällä: geologinen eli suuri ja pieni, biologinen (bioottinen).[ ...]

Nitrifikaatioprosessin destabiloituminen häiritsee nitraattien pääsyä biologiseen kiertoon, jonka määrä määrää ennalta reaktion elinympäristön muutokseen denitrifiointiainekompleksissa. Denitrifiointiaineiden entsymaattiset järjestelmät vähentävät täydellisen talteenoton nopeutta, vähentäen typpioksiduulia loppuvaiheessa, jonka toteuttaminen vaatii merkittäviä energiakustannuksia. Tämän seurauksena typpioksiduulipitoisuus erodoituneiden ekosysteemien maanpäällisessä ilmakehässä nousi 79 - 83 %:iin (Kosinova et al., 1993). Joidenkin orgaanisten aineiden vieraantuminen tsernozemeista eroosion vaikutuksesta heijastuu typpirahaston täydentymiseen foto- ja heterotrofisen typen kiinnittymisen aikana: aerobisena ja anaerobisena. Eroosion alkuvaiheet nopeasti juuri anaerobinen typen kiinnittyminen vaimenee orgaanisen aineen labiilin osan parametrien vuoksi (Khaziev ja Bagautdinov, 1987). Invertaasin ja katalaasientsyymien aktiivisuus voimakkaasti kuluneissa tshernozemeissa laski yli 50 % verrattuna erodoitumattomiin tšernozemeihin. Harmaalla metsämaalla niiden huuhtoutumisen lisääntyessä invertaasiaktiivisuus vähenee voimakkaimmin. Jos lievästi eroosoituneessa maaperässä aktiivisuus vaimenee asteittain syvyyden myötä, niin voimakkaasti erodoituneessa maaperässä invertaasiaktiivisuus on hyvin alhaista tai sitä ei havaita jo maanalaisessa kerroksessa. Jälkimmäinen liittyy illuviaalisten horisonttien syntymiseen, joilla on erittäin alhainen entsyymiaktiivisuus päivän pinnalla. Fosfataasin ja erityisesti katalaasin aktiivisuuden mukaan selvää riippuvuutta maaperän eroosion asteesta ei havaittu (Lichko, 1998).[ ...]

Maisemageokemia paljastaa aineen ja energian pienen maantieteellisen kierron piilotetun, syvimmän puolen. Pienen maantieteellisen levikin käsitettä ei ole vielä kehitetty riittävästi fyysinen maantiede. AT yleisnäkymä se voidaan kuvata monisäikeisenä ei täysin sulkeutuneena ympyrävirtauksena, joka koostuu tulevasta ja säteiletystä lämmöstä, kemiallisten alkuaineiden biologisesta kierrosta, pienestä veden kierrosta (sade - haihtuminen, maa- ja maanalainen valuma ja sisäänvirtaus), eolinen vaellus - tuominen sisään ja poistaminen - mineraaliaine. [...]

Maaperän muodostumisen turveprosessin heikkeneminen johtuu biologisen kierron alhaisesta intensiteetistä ja kasvillisuuden alhaisesta tuottavuudesta. Vuotuinen kuivike, jonka kokonaisbiomassa on noin Yut/ha, ei ylitä 0,4-0,5 t/ha. Suurin osa pentueesta on juurijäännöksiä. Biologisessa kierrossa on mukana noin 70 kg/ha typpeä ja 300 kg/ha tuhkaelementtejä.[ ...]

Trooppiset sademetsät ovat melko ikivanhoja huipentumaekosysteemejä, joissa ravinteiden kierto on saatettu täydellisyyteen – ne ovat vähän hukassa ja siirtyvät välittömästi biologiseen kiertokulkuun, jota molemminpuoliset organismit ja matalat, suurimmaksi osaksi ilmava, voimakas mykorritsa, puiden juuret. Tämän ansiosta metsät kasvavat niin rehevästi niukalla maaperällä.[ ...]

Maaperän kemiallisen koostumuksen muodostuminen tapahtuu luonnon suuren geologisen ja pienen biologisen aineiden kierron vaikutuksesta. Helposti maaperästä poistuvat alkuaineet, kuten kloori, bromi, jodi, rikki, kalsium, magnesium, natrium.[ ...]

Biogeokemiallisten prosessien suurimman aktiivisuuden ja aineiden kiertokulun valtavan volyymin ja mittakaavan vuoksi biologisesti merkittävät kemialliset alkuaineet ovat jatkuvassa syklisessä liikkeessä. Joidenkin arvioiden mukaan jos oletetaan, että biosfääri on ollut olemassa vähintään 3,5-4 miljardia vuotta, niin kaikki Maailman valtameren vesi on läpäissyt biogeokemiallisen kierron vähintään 300 kertaa ja ilmakehän vapaa happi - klo. vähintään 1 miljoona kertaa. Hiilen kierto tapahtuu 8 vuodessa, typen 110 vuodessa, hapen 2500 vuodessa. Valtameren pohjan karbonaattiesiintymiin (1,3 x 1016 t), muihin kiteisiin kiviin (1 x 1016 t), kivihiileen ja öljyyn (0,34 x 1016 t) keskittyneen hiilen päämassa osallistuu laajaan kiertokulkuun. Kasvien (5 x 10 mt) ja eläinkudosten (5 x 109 mt) sisältämä hiili osallistuu pieneen kiertokulkuun (biogeokemiallinen kierto).[ ...]

Maalla kuitenkin tapahtuu merestä tuotujen sateiden lisäksi haihtumista ja sadetta veden kiertokulkua pitkin, joka on suljettu maalla. Jos maanosien eliöstöä ei olisi olemassa, nämä lisäsateet maalla olisivat paljon pienemmät kuin valtameristä tuotu sade. Vain kasvillisuuden ja maaperän muodostuminen johtaa suureen määrään haihtumista maan pinnalta. Kasvillisuuden muodostuessa vettä kerääntyy maaperään, kasveihin ja ilmakehän mannerosaan, mikä johtaa suljetun kierron lisääntymiseen maalla. Tällä hetkellä maalla sataa keskimäärin kolme kertaa enemmän kuin jokien valuma. Näin ollen vain kolmasosa sateesta tuodaan valtamerestä ja yli kaksi kolmasosaa saadaan maalla suljetusta vedenkierrosta. Siten maalla oleva vesi kertyy biologisesti, pääosa vesijärjestelmä maa on eliöstön muodostama ja sitä voidaan säädellä biologisesti.[ ...]

On kätevää tunnistaa joitain ensimmäisen ja toisen voiman ilmentymisen pääpiirteitä, jotka perustuvat ajatukseen ainekiertojen vaikutuksesta maapallolla: suuri - geologinen (geoympyrä) ja pieni - biologinen (bioympyrä). [...]

Eteläisen taigan kasviyhteisöt kestävät paremmin kemiallista saastumista kuin pohjoisen taigan kasviyhteisöt. Pohjoisen taiga-kenoosien alhainen stabiilisuus johtuu niiden vähäisestä lajien monimuotoisuudesta ja yksinkertaisemmasta rakenteesta, kemialliselle saasteille herkkien lajien (sammaleet ja jäkälät) esiintymisestä, alhaisesta biologisen kierron tuottavuudesta ja kapasiteetista sekä heikosta toipumiskyvystä.[ . ..]

Kuitenkin mikä tahansa ekosysteemi koosta riippumatta sisältää elävän osan (biokenoosi) ja sen fyysisen eli elottoman ympäristön. Samaan aikaan pienet ekosysteemit ovat osa yhä suurempia, aina maapallon globaaliin ekosysteemiin asti. Samoin planeetan yleinen biologinen aineen kierto koostuu myös monien pienempien, yksityisten syklien vuorovaikutuksesta.[ ...]

Maaperä on olennainen osa maanpäällisiä biogeosenoosia. Se suorittaa suurten geologisten ja pienten biologisten aineiden kiertokulkujen konjugoinnin (vuorovaikutuksen). Maaperä on ainutlaatuinen gGo materiaalikoostumuksen monimutkaisuudesta luonnollinen muodostuminen. Maaperää edustaa neljä fyysiset vaiheet: kiinteä (mineraali- ja orgaaniset hiukkaset), nestemäinen (maaliuos), kaasumainen (maailma) ja elävä (eliöt). Maaperälle on ominaista monimutkainen tilajärjestely ja ominaisuuksien, ominaisuuksien ja prosessien erilaistuminen.[ ...]

Ensimmäisen seurauksen mukaan voimme luottaa vain vähäjäteiseen tuotantoon. Siksi teknologioiden kehittämisen ensimmäisen vaiheen tulisi olla niiden alhainen resurssiintensiteetti (sekä panoksessa että lähdössä - taloudellisuus ja merkityksettömät päästöt), toinen vaihe on syklisen tuotannon luominen (joidenkin hukka voi olla raaka-aineet muille) ja kolmas - väistämättömien jäännösten kohtuullisen hävittämisen järjestäminen ja poistamattoman energiajätteen neutralointi. Ajatus siitä, että biosfääri toimii ei-jätteen periaatteella, on virheellinen, koska se kerää aina biologisesta kierrosta poistuvia aineita, jotka muodostavat sedimenttikiviä.[ ...]

V. R. Williamsin mukaan maaperän muodostumisen olemus määritellään orgaanisen aineen synteesi- ja hajoamisprosessien dialektiseksi vuorovaikutukseksi, joka tapahtuu aineiden pienen biologisen kierron järjestelmässä.[ ...]

Käytössä eri vaiheita Biosfäärin kehityksen myötä sen prosessit eivät olleet samoja, vaikka ne seurasivat samanlaisia ​​kaavoja. Selkeän aineiden kierron esiintyminen biogeokemiallisen syklin globaalin sulkemisen lain mukaan on biosfäärin pakollinen ominaisuus missä tahansa sen kehitysvaiheessa. Todennäköisesti tämä on sen olemassaolon muuttumaton laki. Erityistä huomiota tulee kiinnittää biologisen, ei geokemiallisen, osuuden kasvuun aineiden biogeokemiallisen kierron sulkemisessa. Jos evoluution alkuvaiheissa vallitsi yleinen biosfäärin kiertokulku - suuri biosfäärin vaihtoympyrä (alkuun vain sisällä vesiympäristö, ja jaettu sitten kahteen osasykliin - maa ja meri), sitten tulevaisuudessa se alkoi murskata. Suhteellisen homogeenisen eliöstön sijasta ilmaantui ekosysteemejä, jotka erilaistuivat yhä syvemmälle. eri tasoilla hierarkia ja maantieteellinen sijoittuminen. Pienet, biogeosenoottiset vaihtopiirit ovat tulleet merkityksellisiksi. Syntyi niin kutsuttu "vaihtojen vaihto" - harmoninen biogeokemiallisten syklien järjestelmä, jossa on suurin bioottisen komponentin arvo.[ ...]

Keskileveysasteilla Auringon energiatulo on 48-61 tuhatta GJ/ha vuodessa. Yli 15 GJ/ha vuodessa tapahtuvan lisäenergian käyttöönoton myötä tapahtuu ympäristön kannalta epäsuotuisia prosesseja - maaperän eroosio ja deflaatio, pienten jokien liettyminen ja saastuminen, vesistöjen rehevöityminen ja ekosysteemien biologisen kierron rikkomukset. ...]

Itä-Siperian alueelle on ominaista ankarat talvet, joissa on vähän lunta ja pääasiassa kesäsateita, jotka pesevät maakerrosta. Tämän seurauksena Itä-Siperian tšernozemeissä tapahtuu säännöllinen huuhtelujärjestelmä. Alhaiset lämpötilat tukahduttavat biologisen kierron. Tämän seurauksena humuspitoisuus Trans-Baikalin tšernozemeissa on alhainen (4-9%) ja humushorisontin paksuus on pieni. Karbonaattipitoisuus on hyvin alhainen tai ei ollenkaan. Siksi Itä-Siperian ryhmän tshernozemeja kutsutaan vähäkarbonaattisiksi ja karbonaattittomaksi (esimerkiksi liuotetut vähäkarbonaattiset tai ei-karbonaattiset tshernozemit, tavalliset vähäkarbonaattiset tshernozemit).[ ...]

Useimmat pienet alkuaineet monissa luonnollisissa ekosysteemeissä yleisinä pitoisuuksina vaikuttavat vain vähän organismeihin, ehkä siksi, että organismit ovat sopeutuneet niihin. Näin ollen näiden alkuaineiden vaeltaminen ei kiinnostanut meitä juurikaan, jos ympäristö ei päässyt ympäristöön liian usein. sivutuotteita kaivosteollisuus, eri teollisuudenalat, kemianteollisuus ja moderni Maatalous, korkeita pitoisuuksia sisältävät tuotteet raskasmetallit, myrkylliset orgaaniset yhdisteet ja muut mahdollisesti vaarallisia aineita. Jopa hyvin harvinainen alkuaine, jos se joutuu ympäristöön erittäin myrkyllisen metalliyhdisteen tai radioaktiivisen isotoopin muodossa, voi saada tärkeän biologinen merkitys, koska jopa pienellä (geokemiallisesta näkökulmasta katsottuna) määrällä tällaista ainetta voi olla selvä biologinen vaikutus.[ ...]

Vitamiinien ja muiden kasvua stimuloivien orgaanisten yhdisteiden kemiallinen luonne sekä niiden tarve ihmisillä ja kotieläimillä on tiedetty pitkään; näiden aineiden tutkimus ekosysteemitasolla on kuitenkin vasta alkanut. Orgaanisten ravinteiden pitoisuus vedessä tai maaperässä on niin alhainen, että niitä pitäisi kutsua "mikroravinteiksi" vastakohtana "makroravinteiksi", kuten typpelle, ja "mikroravinteille", kuten "hivenaineille" (katso luku 5). Usein ainoa tapa mitata niiden pitoisuus on biologinen näyte: käytetään erityisiä mikro-organismikantoja, joiden kasvunopeus on verrannollinen orgaanisten ravinteiden pitoisuuteen. Kuten edellisessä osiossa korostettiin, tietyn aineen roolia ja sen virtausnopeutta ei aina voida arvioida sen pitoisuuden perusteella. Nyt on käymässä selväksi, että orgaanisilla ravintoaineilla on tärkeä rooli yhteisön aineenvaihdunnassa ja että ne voivat olla rajoittava tekijä. Tämä mielenkiintoinen alue lähitulevaisuudessa tehtävä tutkimus herättää epäilemättä tutkijoiden huomion. Seuraava kuvaus B12-vitamiinin (kobalamiinin) kierrosta, joka on otettu Provasolista (1963), osoittaa, kuinka vähän tiedämme orgaanisesta ravinnekierrosta.[ ...]

V.R. Williams (1863-1939) kehitti oppia maatalouden tekijöistä. Maatalouden ensimmäisen lain mukaan mitään kasvien elämän tekijöitä ei voida korvata toisella. Ja lisäksi kaikki kasvien elämän tekijät ovat tietysti samanarvoisia (toinen laki). Otetaan esiin hänen tärkeä ajatus siitä, että maaperä on seurausta pienen - biologisen ja suuren - geologisen ainekierron vuorovaikutuksesta.[ ...]

V. R. Williams yhdisti tiiviisti asemansa geneettisen maaperätieteen ja maaperän hedelmällisyyden tutkimuksen alalla käytännön asioita maataloudesta ja asettamaan ne maatalouden nurmikenttäjärjestelmän perustalle. V. R. Williams esitti tärkeimmät ja omaperäisimmät näkemykset elävien organismien roolista maaperän muodostumisessa, maanmuodostusprosessin olemuksesta ja yksittäisten spesifisten prosessien luonteesta, aineiden pienestä biologisesta kierrosta, maaperän hedelmällisyydestä, maaperän humus ja maaperän rakenne.[ ...]

Nämä lähestymistavat liittyvät olennaisesti toisiinsa strategiana ja taktiikkana, pitkän aikavälin käyttäytymisen valintana ja ensisijaisten päätösten mittana. Niitä ei voi erottaa: saastuminen ihmisen ympäristö ympäristö vahingoittaa muita organismeja ja villieläimiä yleensä sekä hajoamista luonnollisia järjestelmiä heikentää niiden kykyä luonnollisesti puhdistaa ympäristöä. Mutta on aina ymmärrettävä, että on mahdotonta säilyttää ihmisen ympäristön laatua ilman luonnollisten ekologisten mekanismien osallistumista. Vaikka hallitsemme vähän saastuttavia teknologioita, emme saavuta mitään, ellemme samalla lakkaa estämästä luontoa säätelemästä ympäristön koostumusta, puhdistamasta sitä ja tekemästä sitä asuttavaksi. Puhtaimmat teknologiat ja edistyksellisimmät ympäristönsuojelulaitteet eivät pelasta meitä, jos metsien hävittäminen jatkuu, monimuotoisuus vähenee lajit häiritsee aineiden kiertokulkua luonnossa. On korostettava, että ekologisesta näkökulmasta käsite "suojelu" on alusta alkaen virheellinen, koska toiminta tulee rakentaa siten, että vältetään kaikki vaikutukset ja seuraukset, joilta "suojella". myöhemmin.[...]

Noin 99 % kaikesta biosfäärin aineesta muuttuu elävien organismien toimesta, ja maapallon elävän aineen kokonaisbiomassaksi arvioidaan vain 2,4 1012 tonnia kuiva-ainetta, mikä on 10-9 osaa Maan massasta. Biomassan vuotuinen lisääntyminen on noin 170 miljardia tonnia kuiva-ainetta. Kasvieliöiden kokonaisbiomassa on 2500 kertaa suurempi kuin eläinten, mutta eläinfäärin lajien monimuotoisuus on kuusi kertaa rikkaampi kuin kasvisfäärin. Jos asetamme kaikki elävät organismit yhteen kerrokseen, niin maan pinnalle muodostuisi vain 5 mm:n paksuinen biologinen kansi. Mutta eliöstön pienestä koosta huolimatta se määrittää paikalliset olosuhteet maankuoren pinnalla. Sen olemassaolo on vastuussa vapaan hapen esiintymisestä ilmakehässä, maaperän muodostumisesta ja alkuaineiden kierrosta luonnossa.[ ...]

Olemme jo kuvanneet sieniä yllä, ja kutsumme sen hedelmärunkoa sieneksi, mutta tämä on vain osa valtava organismi. Tämä on laaja mikroskooppisten kuitujen (riuttojen) verkosto, jota kutsutaan rihmastoksi (rihmasto) ja joka tunkeutuu roskaan, pääasiassa puuhun, lehtien kuivikkeeseen jne. Rihmasto vapauttaa kasvaessaan huomattavan määrän entsyymejä, jotka hajottavat puun valmiiseen tilaan. käyttöön, ja vähitellen myseeli hajottaa kuollutta puuta kokonaan. On mielenkiintoista, kuten B. Nebel (1993) kirjoittaa, että sieniä löytyy epäorgaanisesta maaperästä, koska niiden sienirihmasto pystyy erottamaan paksuudestaan ​​hyvin pieniäkin pitoisuuksia orgaanisia aineita. Bakteerit toimivat samalla tavalla, mutta mikroskooppisella tasolla. Erittäin tärkeä biologisen kierron vakauden ylläpitämiseksi on sienten ja joidenkin bakteerien kyky muodostaa valtavia määriä itiöitä (sukusoluja). Ilmavirrat kuljettavat näitä mikroskooppisia hiukkasia ilmakehässä erittäin pitkiä matkoja, minkä ansiosta ne voivat levitä kaikkialle ja antaa elinkelpoisia jälkeläisiä missä tahansa tilassa. optimaaliset olosuhteet elintärkeää toimintaa.

Maan biosfäärille on ominaista tietyllä tavalla olemassa oleva aineiden kierto ja energiavirta. Aineiden kierto on aineiden toistuvaa osallistumista prosesseihin, jotka tapahtuvat ilmakehässä, hydrosfäärissä ja litosfäärissä, mukaan lukien ne kerrokset, jotka ovat osa maapallon biosfääriä. Aineen kierto tapahtuu jatkuvalla ulkopuolisen energian syöttämisellä Auringosta ja sisäinen energia Maapallo.

Käyttövoimasta riippuen aineiden kierrossa voidaan erottaa geologiset (suuri kierto), biologiset (biogeokemialliset, pieni kierto) ja antropogeeniset syklit.

Geologinen kiertokulku (suuri aineiden kierto biosfäärissä)

Tämä kierto jakaa aineen uudelleen biosfäärin ja maan syvempien horisonttien välillä. liikkeellepaneva voima Tämä prosessi on eksogeeninen ja endogeeninen geologinen prosessi. Endogeeniset prosessit tapahtuvat maan sisäisen energian vaikutuksesta. Tämä on tuloksena vapautuvaa energiaa radioaktiivinen hajoaminen, mineraalien muodostumisen kemialliset reaktiot jne. Endogeenisiä prosesseja ovat esimerkiksi tektoniset liikkeet, maanjäristykset. Nämä prosessit johtavat muodostumiseen suuria muotoja helpotus (mantereet, valtameren painumat, vuoret ja tasangot). Eksogeeniset prosessit virtaa auringon ulkoisen energian vaikutuksesta. Näitä ovat ilmakehän, hydrosfäärin, elävien organismien ja ihmisten geologinen aktiivisuus. Nämä prosessit johtavat suurten maamuotojen tasoittamiseen (jokilaaksot, kukkulat, rotkot jne.).

Geologinen kiertokulku jatkuu miljoonia vuosia ja koostuu siitä, että kivet tuhoutuvat ja sään aiheuttamat tuotteet (mukaan lukien vesiliukoiset ravinteet) kulkeutuvat vesivirtojen mukana Maailman valtamereen, jossa ne muodostavat merellisiä kerrostumia ja palaavat vain osittain maalle. sademäärä. Geotektoniset muutokset, maanosien vajoamisprosessit ja merenpohjan nousu, merien ja valtamerten liikkuminen pitkään johtavat siihen, että nämä kerrokset palaavat maahan ja prosessi alkaa alusta. Tämän aineiden kierron symboli on spiraali, ei ympyrä, koska. uusi kiertokulku ei varsinaisesti toista vanhaa, vaan tuo jotain uutta.

Vastaanottaja iso sykli viittaa veden kiertokulkuun (hydrologiseen kiertokulkuun) maan ja valtameren välillä ilmakehän läpi (kuva 3.2).

Veden kiertokulku kokonaisuudessaan on tärkeä rooli muotoilussa luonnolliset olosuhteet planeetallamme. Kun otetaan huomioon kasvien veden haihtuminen ja sen imeytyminen biogeokemiallisessa kierrossa, koko maapallon vesivarasto hajoaa ja palautuu 2 miljoonaksi vuodeksi.

Riisi. 3. 2. Veden kierto biosfäärissä.

Hydrologisessa kierrossa kaikki hydrosfäärin osat ovat yhteydessä toisiinsa. Siihen osallistuu vuosittain yli 500 tuhatta km3 vettä. Tämän prosessin liikkeellepaneva voima on aurinkoenergia. Aurinkoenergian vaikutuksesta vesimolekyylit kuumenevat ja nousevat kaasun muodossa ilmakehään (875 km3 makeaa vettä haihtuu päivittäin). Nousessaan ne vähitellen jäähtyvät, tiivistyvät ja muodostavat pilviä. Riittävän jäähtymisen jälkeen pilvet vapauttavat vettä erilaisten sateiden muodossa, jotka putoavat takaisin valtamereen. Maahan pudonnut vesi voi seurata kahta eri tavoilla: joko imeytyvät maaperään (tunkeutuminen) tai valuvat pois (pintavuoto). Pinnalla vesi virtaa puroihin ja jokiin, jotka johtavat valtamereen tai muihin paikkoihin, joissa tapahtuu haihtumista. Maaperään imeytynyt vesi voi jäädä ylemmissä kerroksissa (horisontissa) ja palautua ilmakehään haihduttamalla. Tällaista vettä kutsutaan kapillaariksi. Vettä, jota painovoima kuljettaa pois ja joka vuotaa alas huokosten ja halkeamien kautta, kutsutaan painovoimavedeksi. Painovoimavesi tihkuu alas läpäisemättömään kivi- tai tiheään savikerrokseen ja täyttää kaikki tyhjiöt. Tällaisia ​​varantoja kutsutaan pohjavedeksi ja niitä yläraja- taso pohjavettä. Maanalaisia ​​kivikerroksia, joiden läpi pohjavesi virtaa hitaasti, kutsutaan pohjavesikerroksiksi. Painovoiman vaikutuksesta pohjavesi liikkuu pohjavettä pitkin, kunnes se löytää "ulostien" (esimerkiksi muodostaen luonnollisia lähteitä, jotka ruokkivat järviä, jokia, lampia, eli tulevat osaksi pintavettä). Siten veden kiertokulkuun kuuluu kolme pää "silmukkaa": pintavuoto, haihtuminen-transpiraatio, pohjavesi. Maapallon veden kiertokulkuun osallistuu vuosittain yli 500 tuhatta km3 vettä, ja sillä on suuri rooli luonnonolosuhteiden muokkaamisessa.

Biologinen (biogeokemiallinen) kierto

(pieni aineiden kierto biosfäärissä)

Aineiden biologisen kierron liikkeellepaneva voima on elävien organismien toiminta. Se on osa suurempaa ja tapahtuu biosfäärissä ekosysteemitasolla. Pieni kierto koostuu siitä, että ravinteet, vesi ja hiili kertyvät kasveihin (autotrofeihin), kuluvat kehon ja elämänprosessien rakentamiseen, sekä kasveihin että muihin eliöihin (yleensä eläimet - heterotrofeihin), jotka syövät näitä kasveja. Orgaanisen aineen hajoamistuotteet hajoajien ja mikro-organismien (bakteerit, sienet, madot) vaikutuksesta hajoavat jälleen mineraalikomponenteiksi. Nämä epäorgaaniset aineet voidaan käyttää uudelleen orgaanisten aineiden synteesiin autotrofien avulla.

Biogeokemiallisissa sykleissä erotetaan reservirahasto (aineet, jotka eivät liity eläviin organismeihin) ja vaihtorahasto (aineet, joita yhdistää suora vaihto organismien ja niiden välittömän ympäristön välillä).

Vararahaston sijainnista riippuen biogeokemialliset syklit jaetaan kahteen tyyppiin:

Kaasutyyppiset syklit, joissa on aineiden vararahasto ilmakehässä ja hydrosfäärissä (hiilen, hapen, typen syklit).

Sedimenttityyppiset syklit, joissa on vararahasto maankuoressa (fosforin, kalsiumin, raudan kiertokulku jne.).

Kaasutyyppiset syklit, joilla on suuri vaihtorahasto, ovat täydellisempiä. Ja lisäksi he pystyvät nopeaan itsesäätelyyn. Sedimenttityyppiset syklit ovat vähemmän täydellisiä, ne ovat inerttejä, koska suurin osa aineesta sisältyy maankuoren vararahastoon muodossa, johon eläville organismeille ei pääse. Tällaiset syklit häiriintyvät helposti erilaisilla vaikutuksilla, ja osa vaihdetusta materiaalista poistuu kierrosta. Se voi palata takaisin kiertoon vain geologisten prosessien seurauksena tai uuttamalla elävällä aineella.

Biologisen kierron intensiteetti määräytyy lämpötilan mukaan ympäristöön ja veden määrä. Esimerkiksi biologinen kiertokulku etenee intensiivisemmin märällä trooppiset metsät kuin tundralla.

Tärkeimpien biogeenisten aineiden ja alkuaineiden syklit

Hiilen kiertokulku

Kaikki elämä maan päällä perustuu hiileen. Jokainen elävän organismin molekyyli on rakennettu hiilirungon pohjalle. Hiiliatomit liikkuvat jatkuvasti biosfäärin osasta toiseen (kuva 3. 3.).

Riisi. 3. 3. Hiilen kierto.

Maapallon tärkeimmät hiilivarat ovat ilmakehän sisältämän hiilidioksidin (CO2) muodossa, joka on liuennut valtameriin. Kasvit absorboivat hiilidioksidimolekyylejä fotosynteesin aikana. Tämän seurauksena hiiliatomi muuttuu erilaisiksi orgaanisiksi yhdisteiksi ja sisällytetään siten kasvien rakenteeseen. Seuraavassa on useita vaihtoehtoja:

· hiilen jäämät kasveissa ® kasvimolekyylejä syövät hajottajat (eliöt, jotka syövät kuollutta orgaanista ainetta ja samalla hajottavat sen yksinkertaisiksi epäorgaanisiksi yhdisteiksi) ® hiili palautuu ilmakehään CO2:na;

· kasveja syövät kasvinsyöjät ® hiiltä palautuu ilmakehään eläinten hengityksen aikana ja kun ne hajoavat kuoleman jälkeen; tai lihansyöjät syövät kasvinsyöjät ja sitten hiili palaa jälleen ilmakehään samalla tavalla;

Kasvit kuolevat ja muuttuvat fossiiliseksi polttoaineeksi (esim. kivihiileksi) ® hiili palautuu ilmakehään polttoaineen käytön jälkeen, tulivuorenpurkaukset ja muut geotermiset prosessit.

Alkuperäisen CO2-molekyylin liukeneessa meriveteen on myös useita vaihtoehtoja: hiilidioksidi voi yksinkertaisesti palata ilmakehään (tällaista keskinäistä kaasunvaihtoa Maailmanmeren ja ilmakehän välillä tapahtuu jatkuvasti); hiili voi päästä meren kasvien tai eläinten kudoksiin, sitten se kerääntyy vähitellen sedimenttien muodossa valtamerten pohjalle ja muuttuu lopulta kalkkikiveksi tai siirtyy jälleen sedimenteistä meriveteen.

Hiilidioksidin kiertonopeus on noin 300 vuotta.

Ihmisen puuttuminen hiilen kiertokulkuun (hiilen, öljyn, kaasun polttaminen, kosteudenpoisto) johtaa ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden lisääntymiseen ja kasvihuoneilmiön kehittymiseen. Tällä hetkellä hiilen kierron tutkimuksesta on tullut tärkeä tehtävä ilmakehän tutkimukseen osallistuville tutkijoille.

Happikierto

Happi on maan yleisin alkuaine (merivesi sisältää 85,82 % happea, ilmakehän ilma 23,15 % ja 47,2 % maankuoressa). Happiyhdisteet ovat välttämättömiä elämän ylläpitämiseksi (leikki tärkeä rooli aineenvaihdunta- ja hengitysprosesseissa on osa proteiineja, rasvoja, hiilihydraatteja, joista organismit ovat "rakennettu"). Pääasiallinen hapen massa on sisällä sidottu tila(molekulaarisen hapen määrä ilmakehässä on vain 0,01 % yleistä sisältöä happea maankuoressa).

Koska happea löytyy monista kemialliset yhdisteet, sen kierto biosfäärissä on hyvin monimutkaista ja tapahtuu pääasiassa ilmakehän ja elävien organismien välillä. Ilmakehän happipitoisuutta ylläpidetään fotosynteesin avulla, jonka seurauksena vihreät kasvit muuttavat hiilidioksidia ja vettä hiilihydraateiksi ja hapeksi auringonvalon vaikutuksesta. Suurimman osan hapesta tuottavat maakasvit - lähes ¾, loput - valtamerten fotosynteettiset organismit. Voimakas hapen lähde on vesihöyryn fotokemiallinen hajoaminen yläilmakehässä auringon ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. Lisäksi happi suorittaa tärkeimmän kierron, koska se on osa vettä. Otsonista muodostuu pieni määrä happea ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta.

Hapen kiertonopeus on noin 2 tuhatta vuotta.

Metsien häviäminen, maaperän eroosio, erilaiset kaivostyöt pinnalla vähentävät kokonaismassa fotosynteesiä ja vähentää happikiertoa suurilla alueilla. Lisäksi 25 % assimilaation tuloksena syntyvästä hapesta kuluu vuosittain teollisuuden ja kotitalouksien tarpeisiin.

typen kierto

Biogeokemiallinen typen kiertokulku kattaa edellisten syklien tapaan kaikki biosfäärin alueet (kuva 3.4).

Riisi. 3. 4. Typen kierto.

Typpi sisältyy maan ilmakehään sitomaton muodossa kaksiatomisia molekyylejä(noin 78 % ilmakehän kokonaistilavuudesta on typpeä). Lisäksi typpeä löytyy kasveista ja eläimistä proteiinien muodossa. Kasvit syntetisoivat proteiineja imemällä nitraatteja maaperästä. Nitraatteja muodostuu siellä ilmakehän typestä ja maaperässä olevista ammoniumyhdisteistä. Prosessia, jossa ilmakehän typpi muunnetaan kasvien ja eläinten käyttökelpoiseen muotoon, kutsutaan typen sitomiseksi. Orgaanisen aineen hajoamisessa merkittävä osa niiden sisältämästä typestä muuttuu ammoniakiksi, joka maaperässä elävien nitrifioivien bakteerien vaikutuksesta hapettuu sitten ammoniakiksi. typpihappo. Tämä happo, joka reagoi maaperän karbonaattien (esimerkiksi kalsiumkarbonaatti CaCO3) kanssa, muodostaa nitraatteja. Osa typestä vapautuu aina hajoamisen aikana vapaassa muodossa ilmakehään. Lisäksi vapaata typpeä vapautuu orgaanisten aineiden palaessa, polttopuun, hiilen ja turpeen palaessa. Lisäksi on bakteereja, jotka riittämättömällä ilman pääsyllä voivat ottaa happea nitraateista ja tuhota ne vapauttamalla vapaata typpeä. Denitrifioivien bakteerien aktiivisuus johtaa siihen, että osa vihreiden kasvien käytettävissä olevasta muodosta (nitraatit) olevasta typestä ei pääse käsiksi (vapaa typpi). Siten läheskään kaikki kuolleisiin kasveihin kuulunut typpi ei palaa takaisin maaperään (osa siitä vapautuu vähitellen vapaassa muodossa).

Typpihäviötä kompensoivia prosesseja ovat ennen kaikkea ilmakehässä tapahtuvat sähköpurkaukset, joissa muodostuu aina tietty määrä typen oksideja (jälkimmäinen veden kanssa antaa typpihappoa, joka muuttuu maaperässä nitraateiksi) . Toinen maaperän typpiyhdisteiden täydennyslähde on ns. atsotobakteerien elintärkeä toiminta, jotka pystyvät imemään ilmakehän typpeä. Jotkut näistä bakteereista asettuvat palkokasviperheen kasvien juurille aiheuttaen tyypillisten turvotusten - kyhmyjen - muodostumista. Kyhmybakteerit, jotka assimiloivat ilmakehän typpeä, prosessoivat sen typpiyhdisteiksi, ja kasvit puolestaan ​​muuttavat jälkimmäisistä proteiineja ja muita yhdisteitä. monimutkaiset aineet. Luonnossa siis jatkuva kierto typpeä.

Koska joka vuosi sadonkorjuun yhteydessä pellolta poistetaan proteiinirikkaimmat kasvien osat (esimerkiksi vilja), maaperä "vaatii" levittää lannoitteita, jotka kompensoivat sen menetyksen. tarvittavat elementit kasvien ravitsemus. Tärkeimmät käyttötarkoitukset ovat kalsiumnitraatti (Ca(NO)2), ammoniumnitraatti (NH4NO3), natriumnitraatti (NANO3) ja kaliumnitraatti (KNO3). Myös kemiallisten lannoitteiden sijasta käytetään itse palkokasvien kasveja. Jos maaperään levitettävien keinotyppilannoitteiden määrä on liian suuri, nitraatteja pääsee myös ihmiskehoon, jossa ne voivat muuttua nitriiteiksi, jotka ovat erittäin myrkyllisiä ja voivat aiheuttaa syöpää.

Fosforin kierto

Suurin osa fosforista on menneiden geologisten aikakausien aikana muodostuneissa kivissä. Maankuoren fosforipitoisuus on 8-10-20 % (painosta) ja sitä löytyy täältä mineraalien muodossa (fluorapatiitti, klorapatiitti jne.), jotka ovat osa luonnonfosfaatteja - apatiiteja ja fosforiitteja. Fosfori voi päästä biogeokemialliseen kiertokulkuun kiven sään seurauksena. Eroosioprosessit kuljettavat fosforia mereen mineraali-apatiitin muodossa. Fosforin muuttamisessa iso rooli elävien organismien esittämiä. Organismit uuttavat fosforia maaperästä ja vesiliuoksista. Lisäksi fosfori siirtyy ravintoketjujen kautta. Eliöiden kuollessa fosfori palaa maaperään ja merten lietteihin ja keskittyy meren fosfaattikerrostumien muodossa, mikä puolestaan ​​luo olosuhteet fosforipitoisten kivien syntymiselle (kuva 3. 5). ).

Riisi. 3.5. Fosforin kierto biosfäärissä (P. Duvignon, M. Tangin, 1973 mukaan; muutoksilla).

klo virheellinen sovellus fosfaattilannoitteet, veden ja tuulen eroosion seurauksena (tuhoutuminen veden tai tuulen vaikutuksesta), suuri määrä fosforia poistetaan maaperästä. Toisaalta tämä johtaa fosforilannoitteiden liialliseen kulutukseen ja fosforipitoisten malmien ehtymiseen.

Toisaalta lisääntynyt fosforipitoisuus vesistöt sen siirtyminen aiheuttaa vesikasvien biomassan nopean kasvun, "varastojen kukinnan" ja niiden rehevöitymisen (ravinteiden rikastumisen).

Koska kasvit kuljettavat maaperästä huomattavan määrän fosforia ja maaperän fosforiyhdisteiden luonnollinen täydentyminen on erittäin vähäistä, on fosforilannoitteiden levitys maaperään yksi tärkeimmistä tuottavuuden lisäämistoimista. Maailmassa louhitaan vuosittain noin 125 miljoonaa tonnia. fosfaattimalmi. Suurin osa siitä käytetään fosfaattilannoitteiden tuotantoon.

Rikkikierto

Rikin päävarasto löytyy sedimenteistä, maaperästä ja ilmakehästä. päärooli rikin osallistuminen biogeokemialliseen kiertokulkuun kuuluu mikro-organismeille. Osa niistä on pelkistäviä aineita, osa hapettavia aineita (Kuva 3. 6.).

Riisi. 3. 6. Rikkikierto (Yu. Odum, 1975 mukaan).

Luonnossa tunnetaan suuria määriä erilaisia ​​raudan, lyijyn, sinkin sulfideja jne. Sulfidirikki hapettuu biosfäärissä sulfaattirikiksi. Sulfaatit imevät kasvit. Elävissä organismeissa rikki on osa aminohappoja ja proteiineja, ja kasveissa se on lisäksi osa eteerisiä öljyjä jne. Maaperässä ja merien lieteissä olevien organismien jäänteiden tuhoutumisprosesseihin liittyy monimutkaisia ​​rikin muunnoksia (mikro-organismit luovat lukuisia välimuotoisia rikkiyhdisteitä). Elävien organismien kuoleman jälkeen osa rikistä pelkistyy maaperässä mikro-organismien toimesta H2S:ksi, toinen osa hapettuu sulfaatiksi ja sisällytetään jälleen kiertoon. Ilmakehässä muodostunut rikkivety hapettuu ja palautuu sateen mukana maaperään. Lisäksi rikkivety voi muodostaa uudelleen "toissijaisia" sulfideja, ja sulfaattirikki muodostaa kipsiä. Sulfidit ja kipsi puolestaan ​​tuhoutuvat jälleen, ja rikki jatkaa siirtymistään.

Lisäksi tulivuoret päästävät ilmakehään rikkiä SO2-, SO3-, H2S- ja alkuainerikin muodossa.

Ihmisen väliintulo voi häiritä rikkikiertoa. Syynä tähän on hiilen polttaminen ja kemianteollisuuden päästöt, mikä johtaa rikkidioksidin muodostumiseen, mikä häiritsee fotosynteesiprosesseja ja johtaa kasvillisuuden kuolemaan.

Siten biogeokemialliset syklit tarjoavat biosfäärin homeostaasin. Ne ovat kuitenkin suurelta osin ihmisen vaikutuksen alaisia. Ja yksi ihmisen voimakkaimmista ympäristön vastaisista toimista liittyy luonnollisten syklien rikkomiseen ja jopa tuhoamiseen (ne muuttuvat asyklisiksi).

Antropogeeninen kierto

Ihmistoiminnan kiertovoimana on ihmisen toiminta. Tämä sykli sisältää kaksi komponenttia: biologisen, joka liittyy ihmisen toimintaan elävänä organismina, ja teknisen, joka liittyy ihmisten taloudelliseen toimintaan. Ihmisten kiertokulku ei ole suljettu, toisin kuin geologiset ja biologiset syklit. Tämä avoimuus aiheuttaa luonnonvarojen ehtymistä ja luonnonympäristön saastumista.