ลักษณะการไหลเวียนของน้ำและสารบางชนิดในชีวมณฑล วัฏจักรของสารทำหน้าที่อะไรในชีวมณฑล เคมีรอบวัฏจักรของน้ำในชีวมณฑล

วัฏจักรของสารในชีวมณฑลคือ "การเดินทาง" ขององค์ประกอบทางเคมีบางชนิดตามห่วงโซ่อาหารของสิ่งมีชีวิต ต้องขอบคุณพลังงานของดวงอาทิตย์ ในระหว่าง "การเดินทาง" องค์ประกอบบางอย่างหล่นลงมาและคงอยู่บนพื้นตามกฎด้วยเหตุผลหลายประการ สถานที่ของพวกเขาถูกยึดครองโดยสถานที่เดียวกันกับที่มักจะมาจากชั้นบรรยากาศ นี่เป็นคำอธิบายที่ง่ายที่สุดเกี่ยวกับสิ่งที่รับประกันชีวิตบนโลก หากการเดินทางดังกล่าวถูกขัดจังหวะด้วยเหตุผลบางประการ การดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดก็จะยุติลง

เพื่ออธิบายวัฏจักรของสารในชีวมณฑลโดยย่อ จำเป็นต้องระบุจุดเริ่มต้นหลายประการ ประการแรก องค์ประกอบทางเคมีมากกว่าเก้าสิบชนิดที่รู้จักและพบในธรรมชาติ ประมาณสี่สิบองค์ประกอบเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิต ประการที่สอง ปริมาณของสารเหล่านี้มีจำกัด ประการที่สาม เรากำลังพูดถึงเฉพาะเกี่ยวกับชีวมณฑลเท่านั้น นั่นคือเกี่ยวกับเปลือกโลกที่มีชีวิต และดังนั้น เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิต ประการที่สี่ พลังงานที่ก่อให้เกิดวัฏจักรคือพลังงานที่มาจากดวงอาทิตย์ พลังงานที่สร้างขึ้นในบาดาลของโลกอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาต่างๆ ไม่ได้มีส่วนร่วมในกระบวนการที่กำลังพิจารณา และสิ่งสุดท้ายอย่างหนึ่ง จำเป็นต้องก้าวไปข้างหน้าถึงจุดเริ่มต้นของ "การเดินทาง" นี้ มันเป็นเงื่อนไขเนื่องจากไม่สามารถมีจุดสิ้นสุดและจุดเริ่มต้นของวงกลมได้ แต่จำเป็นเพื่อที่จะเริ่มต้นที่ไหนสักแห่งเพื่ออธิบายกระบวนการ เริ่มจากลิงค์ต่ำสุดของห่วงโซ่อาหาร - ด้วยตัวย่อยสลายหรือผู้ขุดหลุมฝังศพ

สัตว์น้ำที่มีเปลือกแข็ง หนอน ตัวอ่อน จุลินทรีย์ แบคทีเรีย และสัตว์กินเนื้ออื่น ๆ ที่ใช้ออกซิเจนและใช้พลังงาน แปรรูปองค์ประกอบทางเคมีอนินทรีย์ให้เป็นสารอินทรีย์ที่เหมาะสมสำหรับการให้อาหารสิ่งมีชีวิตและการเคลื่อนที่ต่อไปตามห่วงโซ่อาหาร นอกจากนี้ สารอินทรีย์เหล่านี้ยังถูกบริโภคโดยผู้บริโภคหรือผู้บริโภค ซึ่งรวมถึงสัตว์ นก ปลา และอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน แต่ยังรวมถึงพืชด้วย หลังเป็นผู้ผลิตหรือผู้ผลิต พวกเขาใช้สารอาหารและพลังงานเหล่านี้เพื่อผลิตออกซิเจนซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักที่เหมาะสำหรับการหายใจของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลก ผู้บริโภค ผู้ผลิต และแม้แต่ผู้ย่อยสลายก็เสียชีวิต ซากศพของพวกเขาพร้อมกับสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในนั้น "ตกลงมา" เมื่อกำจัดผู้ขุดหลุมศพ

และทุกอย่างก็เกิดขึ้นซ้ำอีกครั้ง ตัวอย่างเช่น ออกซิเจนทั้งหมดที่มีอยู่ในชีวมณฑลจะเสร็จสิ้นการหมุนเวียนในปี 2000 และคาร์บอนไดออกไซด์ในปี 300 วัฏจักรดังกล่าวมักเรียกว่าวัฏจักรชีวธรณีเคมี

สารอินทรีย์บางชนิดในระหว่าง “การเดินทาง” จะเกิดปฏิกิริยาและปฏิกิริยากับสารอื่นๆ เป็นผลให้เกิดสารผสมขึ้นซึ่งในรูปแบบที่มีอยู่นั้นไม่สามารถผ่านกระบวนการโดยตัวย่อยสลายได้ สารผสมดังกล่าวยังคง "เก็บ" ไว้ในพื้นดิน สารอินทรีย์บางชนิดที่ตกบน "โต๊ะ" ของนักขุดดินไม่สามารถแปรรูปได้ ไม่ใช่ทุกสิ่งที่สามารถเน่าเปื่อยได้ด้วยความช่วยเหลือของแบคทีเรีย ซากที่ไม่เน่าเปื่อยดังกล่าวจะถูกนำไปจัดเก็บ ทุกสิ่งที่ยังคงอยู่ในการจัดเก็บหรือสำรองจะถูกลบออกจากกระบวนการ และไม่รวมอยู่ในวงจรของสารในชีวมณฑล

ดังนั้นในชีวมณฑล วัฏจักรของสารซึ่งเป็นแรงผลักดันซึ่งเป็นกิจกรรมของสิ่งมีชีวิตสามารถแบ่งออกเป็นสององค์ประกอบ หนึ่ง - กองทุนสำรอง - เป็นส่วนหนึ่งของสารที่ไม่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมของสิ่งมีชีวิตและไม่มีส่วนร่วมในการไหลเวียนในขณะนี้ และประการที่สองคือกองทุนหมุนเวียน เป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของสารที่สิ่งมีชีวิตใช้อย่างแข็งขัน

อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีพื้นฐานใดที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกมาก ได้แก่: ออกซิเจน คาร์บอน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และอื่นๆ สารประกอบหลักในการไหลเวียนคือน้ำ

ออกซิเจน

วัฏจักรของออกซิเจนในชีวมณฑลควรเริ่มต้นด้วยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งเป็นผลมาจากการที่มันปรากฏขึ้นเมื่อหลายพันล้านปีก่อน มันถูกปล่อยออกมาโดยพืชจากโมเลกุลของน้ำภายใต้อิทธิพลของพลังงานแสงอาทิตย์ ออกซิเจนยังเกิดขึ้นในชั้นบนของบรรยากาศในระหว่างปฏิกิริยาเคมีในไอน้ำ ซึ่งสารประกอบทางเคมีจะสลายตัวภายใต้อิทธิพลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า แต่นี่เป็นแหล่งออกซิเจนเพียงเล็กน้อย สิ่งสำคัญคือการสังเคราะห์ด้วยแสง ออกซิเจนก็พบได้ในน้ำเช่นกัน แม้ว่าจะมีน้อยกว่าในชั้นบรรยากาศถึง 21 เท่าก็ตาม

สิ่งมีชีวิตจะใช้ออกซิเจนในการหายใจ นอกจากนี้ยังเป็นสารออกซิไดซ์สำหรับเกลือแร่ต่างๆ

และคนเราก็เป็นผู้ใช้ออกซิเจน แต่ด้วยจุดเริ่มต้นของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี การบริโภคนี้ได้เพิ่มขึ้นหลายเท่า เนื่องจากออกซิเจนถูกเผาหรือผูกไว้ระหว่างการดำเนินการของการผลิตทางอุตสาหกรรม การขนส่ง เพื่อตอบสนองความต้องการในครัวเรือนและอื่น ๆ ในชีวิตมนุษย์ กองทุนแลกเปลี่ยนออกซิเจนที่มีอยู่ก่อนหน้านี้ในชั้นบรรยากาศมีจำนวน 5% ของปริมาตรทั้งหมดนั่นคือออกซิเจนมากที่ผลิตขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงตามที่มีการบริโภคไป ตอนนี้ปริมาณนี้มีขนาดเล็กลงอย่างหายนะ พูดอีกอย่างก็คือ ออกซิเจนถูกใช้ไปจากเงินสำรองฉุกเฉิน จากตรงนั้นไม่มีใครมาเสริมเลย

ปัญหานี้บรรเทาลงได้เล็กน้อยจากข้อเท็จจริงที่ว่าขยะอินทรีย์บางส่วนไม่ได้ผ่านกระบวนการแปรรูปและไม่ตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของแบคทีเรียที่เน่าเปื่อยได้ แต่ยังคงอยู่ในหินตะกอนซึ่งก่อตัวเป็นพีท ถ่านหิน และแร่ธาตุที่คล้ายกัน

หากผลลัพธ์ของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือออกซิเจน วัตถุดิบก็คือคาร์บอน

ไนโตรเจน

วัฏจักรไนโตรเจนในชีวมณฑลเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญ เช่น โปรตีน กรดนิวคลีอิก ไลโปโปรตีน ATP คลอโรฟิลล์ และอื่นๆ ไนโตรเจนในรูปโมเลกุลพบได้ในชั้นบรรยากาศ เมื่อรวมกับสิ่งมีชีวิตแล้ว นี่เป็นเพียงประมาณ 2% ของไนโตรเจนทั้งหมดบนโลก ในรูปแบบนี้แบคทีเรียและสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินเท่านั้นที่สามารถบริโภคได้ สำหรับส่วนที่เหลือของโลกพืช ไนโตรเจนในรูปแบบโมเลกุลไม่สามารถทำหน้าที่เป็นอาหารได้ แต่สามารถแปรรูปได้เฉพาะในรูปของสารประกอบอนินทรีย์เท่านั้น สารประกอบดังกล่าวบางชนิดเกิดขึ้นเมื่อเกิดพายุฝนฟ้าคะนองและตกลงไปในน้ำและดินเมื่อมีฝนตก

“ผู้รีไซเคิล” ของไนโตรเจนหรือตัวตรึงไนโตรเจนที่ใช้งานมากที่สุดคือแบคทีเรียที่เป็นปม พวกมันจับตัวอยู่ในเซลล์ของรากพืชตระกูลถั่วและเปลี่ยนโมเลกุลไนโตรเจนให้เป็นสารประกอบที่เหมาะสมสำหรับพืช หลังจากที่พวกมันตาย ดินก็จะอุดมไปด้วยไนโตรเจนเช่นกัน

แบคทีเรียที่เน่าเปื่อยสลายสารประกอบอินทรีย์ที่มีไนโตรเจนเป็นแอมโมเนีย บางส่วนเข้าไปในชั้นบรรยากาศ และส่วนที่เหลือถูกออกซิไดซ์โดยแบคทีเรียประเภทอื่นเป็นไนไตรต์และไนเตรต ในทางกลับกัน สิ่งเหล่านี้จะถูกป้อนเป็นอาหารให้กับพืชและถูกรีดิวซ์เป็นออกไซด์และโมเลกุลไนโตรเจนโดยแบคทีเรียไนตริไฟดิ้ง ซึ่งกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศอีกครั้ง

ดังนั้นจึงชัดเจนว่าแบคทีเรียประเภทต่างๆ มีบทบาทสำคัญในวัฏจักรไนโตรเจน และถ้าคุณทำลายสิ่งมีชีวิตเหล่านี้อย่างน้อย 20 ชนิด ชีวิตบนโลกนี้ก็จะหยุดลง

และอีกครั้งหนึ่งวงจรที่ถูกสร้างขึ้นก็ถูกทำลายโดยมนุษย์ เพื่อเพิ่มผลผลิต เขาเริ่มใช้ปุ๋ยที่มีไนโตรเจนอย่างจริงจัง

คาร์บอน

วัฏจักรคาร์บอนในชีวมณฑลเชื่อมโยงกับการไหลเวียนของออกซิเจนและไนโตรเจนอย่างแยกไม่ออก

ในชีวมณฑล แผนวัฏจักรคาร์บอนขึ้นอยู่กับกิจกรรมชีวิตของพืชสีเขียวและความสามารถในการแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นออกซิเจน ซึ่งก็คือ การสังเคราะห์ด้วยแสง

คาร์บอนมีปฏิกิริยากับองค์ประกอบอื่นๆ ในรูปแบบต่างๆ และเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบอินทรีย์เกือบทุกประเภท เช่น เป็นส่วนหนึ่งของคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทน มันถูกละลายในน้ำซึ่งมีเนื้อหาสูงกว่าในบรรยากาศมาก

แม้ว่าคาร์บอนจะไม่ได้อยู่ในสิบอันดับแรกในแง่ของความชุก แต่ในสิ่งมีชีวิตนั้นคาร์บอนคิดเป็น 18 ถึง 45% ของมวลแห้ง

มหาสมุทรทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมระดับคาร์บอนไดออกไซด์ ทันทีที่สัดส่วนในอากาศเพิ่มขึ้น น้ำจะลดระดับลงโดยการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ ผู้บริโภคคาร์บอนในมหาสมุทรอีกรายหนึ่งคือสิ่งมีชีวิตในทะเลซึ่งใช้คาร์บอนในการสร้างเปลือกหอย

วัฏจักรคาร์บอนในชีวมณฑลขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศและไฮโดรสเฟียร์ซึ่งเป็นกองทุนแลกเปลี่ยนชนิดหนึ่ง มันถูกเติมเต็มด้วยการหายใจของสิ่งมีชีวิต แบคทีเรีย เชื้อรา และจุลินทรีย์อื่นๆ ที่มีส่วนร่วมในกระบวนการสลายตัวของสารอินทรีย์ตกค้างในดินยังมีส่วนร่วมในการเติมเต็มคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศอีกด้วย ในถ่านหินและถ่านหินสีน้ำตาล พีท หินน้ำมัน และตะกอนที่คล้ายกัน แต่กองทุนสำรองคาร์บอนหลักคือหินปูนและโดโลไมต์ คาร์บอนที่บรรจุอยู่นั้น “ถูกซ่อนไว้อย่างปลอดภัย” ในส่วนลึกของโลก และจะถูกปล่อยออกมาเฉพาะในช่วงการเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลกและการปล่อยก๊าซภูเขาไฟในระหว่างการปะทุเท่านั้น

เนื่องจากกระบวนการหายใจด้วยการปล่อยคาร์บอนและกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงที่มีการดูดซับผ่านสิ่งมีชีวิตอย่างรวดเร็วจึงมีคาร์บอนเพียงส่วนน้อยของคาร์บอนทั้งหมดของโลกเท่านั้นที่มีส่วนร่วมในวงจรนี้ หากกระบวนการนี้ไม่ตอบแทนกัน โรงงานซูชิเพียงอย่างเดียวก็จะใช้คาร์บอนทั้งหมดหมดในเวลาเพียง 4-5 ปี

ในปัจจุบัน ต้องขอบคุณกิจกรรมของมนุษย์ที่ทำให้โลกของพืชไม่ขาดแคลนคาร์บอนไดออกไซด์ จะถูกเติมเต็มทันทีและพร้อมกันจากสองแหล่ง โดยการเผาไหม้ออกซิเจนในระหว่างการดำเนินงานของอุตสาหกรรม การผลิต และการขนส่ง ตลอดจนเกี่ยวข้องกับการใช้ "สินค้ากระป๋อง" เช่น ถ่านหิน พีท หินดินดาน และอื่นๆ สำหรับกิจกรรมของมนุษย์ประเภทนี้ เหตุใดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศจึงเพิ่มขึ้น 25%

ฟอสฟอรัส

วัฏจักรฟอสฟอรัสในชีวมณฑลมีความเชื่อมโยงอย่างแยกไม่ออกกับการสังเคราะห์สารอินทรีย์ เช่น ATP, DNA, RNA และอื่นๆ

ปริมาณฟอสฟอรัสในดินและน้ำต่ำมาก เขตสงวนหลักอยู่ในหินที่ก่อตัวขึ้นในอดีตอันไกลโพ้น เมื่อหินเหล่านี้ผุกร่อน วัฏจักรฟอสฟอรัสก็เริ่มต้นขึ้น

ฟอสฟอรัสถูกพืชดูดซึมได้เฉพาะในรูปของไอออนของกรดออร์โธฟอสฟอริกเท่านั้น นี่เป็นผลผลิตส่วนใหญ่จากการแปรรูปซากอินทรีย์โดยนักขุดหลุมศพ แต่ถ้าดินมีปัจจัยที่เป็นด่างหรือเป็นกรดสูงฟอสเฟตก็จะไม่ละลายในนั้น

ฟอสฟอรัสเป็นสารอาหารที่ดีเยี่ยมสำหรับแบคทีเรียประเภทต่างๆ โดยเฉพาะสาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียวซึ่งมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วเมื่อมีปริมาณฟอสฟอรัสเพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตามฟอสฟอรัสส่วนใหญ่จะถูกพาไปกับแม่น้ำและน้ำอื่นๆ ลงสู่มหาสมุทร ที่นั่นแพลงก์ตอนพืชจะถูกกินอย่างแข็งขัน และนกทะเลและสัตว์สายพันธุ์อื่น ๆ ก็กินด้วยเช่นกัน ต่อมาฟอสฟอรัสตกลงสู่พื้นมหาสมุทรและก่อตัวเป็นหินตะกอน นั่นคือมันกลับคืนสู่พื้นดินภายใต้ชั้นน้ำทะเลเท่านั้น

อย่างที่คุณเห็น วัฏจักรฟอสฟอรัสมีความเฉพาะเจาะจง เป็นการยากที่จะเรียกมันว่าวงจรเนื่องจากไม่ได้ปิด

กำมะถัน

ในชีวมณฑล วัฏจักรซัลเฟอร์จำเป็นต่อการก่อตัวของกรดอะมิโน ทำให้เกิดโครงสร้างสามมิติของโปรตีน มันเกี่ยวข้องกับแบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตที่ใช้ออกซิเจนเพื่อสังเคราะห์พลังงาน พวกมันออกซิไดซ์ซัลเฟอร์เป็นซัลเฟต และสิ่งมีชีวิตก่อนนิวเคลียร์เซลล์เดียวจะลดซัลเฟตเป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์ นอกจากนี้แบคทีเรียกำมะถันทั้งกลุ่มยังออกซิไดซ์ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นกำมะถันและจากนั้นเป็นซัลเฟต พืชสามารถใช้ซัลเฟอร์ไอออนจากดินได้เท่านั้น - SO 2-4 ดังนั้นจุลินทรีย์บางชนิดจึงเป็นตัวออกซิไดซ์ในขณะที่บางชนิดเป็นตัวรีดิวซ์

สถานที่ที่กำมะถันและอนุพันธ์สะสมอยู่ในชีวมณฑลคือมหาสมุทรและบรรยากาศ ซัลเฟอร์เข้าสู่ชั้นบรรยากาศโดยปล่อยไฮโดรเจนซัลไฟด์ออกจากน้ำ นอกจากนี้ ซัลเฟอร์จะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศในรูปของไดออกไซด์เมื่อมีการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลในการผลิตและเพื่อใช้ในครัวเรือน ส่วนใหญ่เป็นถ่านหิน ที่นั่นมันจะออกซิไดซ์และกลายเป็นกรดซัลฟิวริกในน้ำฝนและตกลงสู่พื้นด้วย ฝนกรดเองก่อให้เกิดอันตรายอย่างมากต่อพืชและสัตว์ทั้งโลกและยิ่งไปกว่านั้นเมื่อมีพายุและน้ำละลายก็เข้าสู่แม่น้ำ แม่น้ำนำพาไอออนซัลเฟอร์ซัลเฟตลงสู่มหาสมุทร

ซัลเฟอร์ยังมีอยู่ในหินในรูปของซัลไฟด์และในรูปของก๊าซ - ไฮโดรเจนซัลไฟด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ที่ก้นทะเลมีแหล่งสะสมของกำมะถันพื้นเมือง แต่ทั้งหมดนี้เป็น "สำรอง"

น้ำ

ไม่มีสารที่แพร่หลายอีกต่อไปในชีวมณฑล ปริมาณสำรองส่วนใหญ่อยู่ในรูปแบบน้ำทะเลและมหาสมุทรที่มีรสเค็มขม - ประมาณ 97% ส่วนที่เหลือเป็นน้ำจืด ธารน้ำแข็ง และน้ำใต้ดินและน้ำใต้ดิน

วัฏจักรของน้ำในชีวมณฑลตามอัตภาพเริ่มต้นจากการระเหยออกจากพื้นผิวของอ่างเก็บน้ำและใบพืช และมีจำนวนประมาณ 500,000 ลูกบาศก์เมตร กม. มันกลับมาในรูปของการตกตะกอน ซึ่งตกลงสู่แหล่งน้ำโดยตรง หรือโดยผ่านดินและน้ำใต้ดิน

บทบาทของน้ำในชีวมณฑลและประวัติความเป็นมาของวิวัฒนาการนั้นทำให้ทุกชีวิตนับตั้งแต่วินาทีที่มันปรากฏตัวขึ้นนั้นต้องอาศัยน้ำโดยสิ้นเชิง ในชีวมณฑล น้ำได้ผ่านวงจรการสลายตัวและกำเนิดหลายครั้งผ่านสิ่งมีชีวิต

วัฏจักรของน้ำส่วนใหญ่เป็นกระบวนการทางกายภาพ อย่างไรก็ตาม สัตว์และโดยเฉพาะพืชโลกมีส่วนสำคัญในเรื่องนี้ การระเหยของน้ำจากพื้นที่ผิวใบของต้นไม้ทำให้ป่าไม้สามารถระเหยน้ำได้มากถึง 50 ตันต่อวัน

หากการระเหยของน้ำจากพื้นผิวอ่างเก็บน้ำเป็นไปตามธรรมชาติสำหรับการไหลเวียนดังนั้นสำหรับทวีปที่มีเขตป่าไม้กระบวนการดังกล่าวเป็นวิธีเดียวและหลักในการรักษาไว้ ที่นี่การไหลเวียนเกิดขึ้นราวกับอยู่ในวงจรปิด การตกตะกอนเกิดจากการระเหยของดินและพื้นผิวพืช

ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชใช้ไฮโดรเจนที่มีอยู่ในโมเลกุลของน้ำเพื่อสร้างสารประกอบอินทรีย์ใหม่และปล่อยออกซิเจน และในทางกลับกัน ในกระบวนการหายใจ สิ่งมีชีวิตจะเกิดกระบวนการออกซิเดชันและน้ำก็ก่อตัวขึ้นอีกครั้ง

เมื่ออธิบายการหมุนเวียนของสารเคมีประเภทต่างๆ เรากำลังเผชิญกับอิทธิพลของมนุษย์ที่กระตือรือร้นมากขึ้นต่อกระบวนการเหล่านี้ ในปัจจุบัน ธรรมชาติซึ่งมีประวัติศาสตร์การอยู่รอดมาหลายพันล้านปี กำลังเผชิญกับกฎระเบียบและการฟื้นฟูสมดุลที่ถูกรบกวน แต่อาการแรกของ “โรค” ก็มีอยู่แล้ว และนี่คือ “ภาวะเรือนกระจก” เมื่อพลังงานสองอย่าง: แสงอาทิตย์และสะท้อนจากโลกไม่ได้ปกป้องสิ่งมีชีวิต แต่ในทางกลับกันกลับเสริมสร้างซึ่งกันและกัน ส่งผลให้อุณหภูมิโดยรอบสูงขึ้น การเพิ่มขึ้นดังกล่าวจะมีผลกระทบอะไรบ้าง นอกเหนือจากการละลายอย่างรวดเร็วของธารน้ำแข็งและการระเหยของน้ำจากพื้นผิวมหาสมุทร พื้นดิน และพืชพรรณ

วิดีโอ - วัฏจักรของสารในชีวมณฑล

วัฏจักรชีวธรณีเคมี วี.ไอ. Vernadsky เขียนว่า: “สิ่งมีชีวิตรวบรวมและจัดเรียงกระบวนการทางเคมีทั้งหมดของชีวมณฑลใหม่ พลังงานที่มีประสิทธิภาพของมันมีมหาศาล สิ่งมีชีวิตเป็นพลังทางธรณีวิทยาที่ทรงพลังที่สุด ซึ่งเติบโตไปพร้อมกับการบรรจบกันของเวลา” ข้อความนี้เป็นข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับบทบาทที่สำคัญที่สุดของสิ่งมีชีวิตในการก่อตัวและการบำรุงรักษาคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีขั้นพื้นฐานของเปลือกโลก แนวคิดของชีวมณฑลเผยให้เห็นถึงความสมบูรณ์ของระบบการทำงานในพื้นที่ที่สิ่งมีชีวิตครอบครอง ซึ่งความสามัคคีของพลังทางธรณีวิทยาและชีวภาพเกิดขึ้นบนโลกของเรา คุณสมบัติพื้นฐานของชีวิตเกิดขึ้นได้เนื่องจากกิจกรรมทางเคมีที่สูงของสิ่งมีชีวิต ความคล่องตัวและความสามารถในการผลิตและวิวัฒนาการของตนเอง ในการดำรงชีวิตไว้เป็นปรากฏการณ์ของดาวเคราะห์ ความหลากหลายทางชีวภาพมีความสำคัญสูงสุด ซึ่งเป็นรูปแบบชีวิตที่หลากหลายที่แตกต่างกันไปตามชุดของสารที่พวกมันบริโภคและของเสียที่ปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม ความหลากหลายทางชีวภาพเป็นพื้นฐานสำหรับการทำงานที่ยั่งยืน (พึ่งพาตนเอง) ของชีวมณฑล ซึ่งสร้างวงจรชีวชีวเคมีของสสาร การแปลงพลังงาน และการใช้ข้อมูล

วงจรสารอาหาร จากองค์ประกอบทางเคมีเกือบ 100 ชนิดที่พบในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ เกือบ 40 องค์ประกอบมีความจำเป็นต่อการทำงานของสิ่งมีชีวิต ในบรรดาองค์ประกอบทางเคมีเหล่านี้ N (ไนโตรเจน), C (คาร์บอน), H (ไฮโดรเจน), O (ออกซิเจน), P (ฟอสฟอรัส), B (กำมะถัน) (รวมถึงในรูปแบบประจุบวก) เป็นหนึ่งในสารอาหารหลักที่จำเป็นในอย่างมีนัยสำคัญ เล่ม องค์ประกอบทางเคมีไหลเวียนในชีวมณฑลตามเส้นทางต่างๆ ของวัฏจักรทางชีวภาพ: พวกมันถูกดูดซับโดยสิ่งมีชีวิต "อัดประจุ" ด้วยพลังงาน จากนั้นปล่อยให้สิ่งมีชีวิตปล่อยพลังงานที่สะสมออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก (ตารางที่ 19)

วัฏจักรชีวธรณีเคมีที่มีหลักการทำงานแบบวงกลมในธรณีสเฟียร์ของโลกแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: 1) การไหลเวียนของสารก๊าซที่มีกองทุนสำรองในชั้นบรรยากาศหรืออุทกสเฟียร์ (มหาสมุทร) และ 2) วัฏจักรตะกอนที่มีกองทุนสำรองในโลก เปลือกโลก

กระบวนการวัฏจักรเกิดขึ้นในระบบนิเวศที่เฉพาะเจาะจง แต่วัฏจักรชีวธรณีเคมีจะเกิดขึ้นอย่างเต็มรูปแบบในระดับชีวมณฑลโดยรวมเท่านั้น

วัฏจักรคาร์บอน คาร์บอนอาจเป็นหนึ่งในองค์ประกอบทางเคมีที่ถูกกล่าวถึงบ่อยที่สุดเมื่อพิจารณาถึงปัญหาทางธรณีวิทยา ชีววิทยา และในไม่กี่ปีที่ผ่านมาปัญหาทางเทคนิค คาร์บอน (C) พบได้บนโลกของเราอย่างมาก

สารประกอบต่างๆ ตั้งแต่อยู่ในรูปคาร์บอนบริสุทธิ์ (กราไฟท์ ถ่านหิน ฯลฯ) ไปจนถึงสารประกอบอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง สารอนินทรีย์ที่เป็นรากฐานของวัฏจักรทางชีวภาพขององค์ประกอบนี้คือคาร์บอนไดออกไซด์ (คาร์บอนไดออกไซด์ C0 2) คาร์บอนไดออกไซด์เป็นองค์ประกอบหลักของบรรยากาศอย่างหนึ่ง และยังพบได้ในไฮโดรสเฟียร์ในสถานะละลายอีกด้วย เมื่ออธิบายการสังเคราะห์ด้วยแสง จะพิจารณากระบวนการเปลี่ยนคาร์บอนจากคาร์บอนไดออกไซด์ไปเป็นน้ำตาล (กลูโคส ฯลฯ) หลังจากนั้น ปฏิกิริยาการสังเคราะห์อื่นๆ ในระบบชีวภาพจะเปลี่ยนคาร์โบไฮเดรตที่เกิดขึ้นให้เป็นสารประกอบอินทรีย์โมเลกุลสูงที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น ลิพิด แป้ง ไกลโคเจน ฯลฯ การสร้างและการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อจะค่อยๆ เกิดขึ้นเนื่องจากสารประกอบที่เกิดขึ้นใหม่ ในขณะเดียวกัน สารเหล่านี้ก็เป็นแหล่งของสารประกอบอินทรีย์สำหรับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ในกระบวนการชีวิตต่อมา เนื่องจากออกซิเจนที่ให้มาในระหว่างการหายใจ ปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารประกอบอินทรีย์จึงเกิดขึ้น ซึ่งในกรณีนี้แสดงถึงปฏิกิริยาต่อเนื่องหลายชุด ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งถูกกำจัดออกไปนอกร่างกายและเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ หรือละลายในน้ำ (รูปที่ 97)

หลังจากเสร็จสิ้นวงจรชีวิต - ความตาย (ความตาย) ของสิ่งมีชีวิตเนื้อเยื่อของมันจะได้รับการสลายตัวทางชีวภาพภายใต้อิทธิพลของผู้ย่อยสลายซึ่งนำไปสู่การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่ชั้นบรรยากาศด้วย กระบวนการนี้จำกัดอยู่เพียงขอบฟ้าของดินและกำหนดแก่นแท้ของการหายใจในดิน

อีกกระบวนการหนึ่งที่ขับเคลื่อนคาร์บอนคือการก่อตัวของฮิวมัสด้วยความช่วยเหลือของ saprophage และการทำให้เป็นแร่ของสารในเวลาต่อมาภายใต้การกระทำของเชื้อราและแบคทีเรีย นี่เป็นกระบวนการที่ช้ามาก ความเร็วจะขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจน องค์ประกอบทางเคมีของดิน และอุณหภูมิ เมื่อขาดออกซิเจนและมีความเป็นกรดสูง คาร์บอนจึงสะสมอยู่ในพีท กระบวนการที่คล้ายกันในยุคธรณีวิทยาอันห่างไกลก่อให้เกิดถ่านหินและน้ำมัน ซึ่งหยุดกระบวนการวัฏจักรคาร์บอน

หากกระบวนการชีวิตทั้งหมดเกิดขึ้นในไฮโดรสเฟียร์ สิ่งแขวนลอยที่คล้ายกันจะเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการจับตัวของคาร์บอนในแคลไซต์ (CaCO) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของปะการัง ฟูซูลิน เปลือกหินปูน ชอล์ก ฯลฯ นี่คือการอนุรักษ์ที่ลึกที่สุด คาร์บอน การปล่อยก๊าซสามารถทำได้เฉพาะกับการถดถอยของทะเลและการชะล้างของหินคาร์บอเนตเพิ่มเติมเนื่องจากการตกตะกอนหรือสภาพดินฟ้าอากาศทางชีวภาพภายใต้อิทธิพลของไลเคน รากพืช และจุลินทรีย์

องค์ประกอบทางเคมีที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตและการมีอยู่ของพวกมันในสิ่งแวดล้อม (B. Nebel, 1993)

		โมเลกุลหรือไอออนที่มีความสำคัญทางชีวภาพซึ่งมีองค์ประกอบที่กำหนด		การปรากฏตัวในสิ่งแวดล้อม
		ชื่อ				หินและดิน
		คาร์บอนไดออกไซด์ (คาร์บอนไดออกไซด์)
ออกซิเจน (สำหรับการหายใจ)		ก๊าซ ออกซิเจน
ออกซิเจน (ปล่อยออกมาระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง)
		ก๊าซไนโตรเจน
		แอมโมเนียมไอออน
		ไนเตรตไอออน
		ซัลเฟตไอออน
		ฟอสเฟตไอออน
		โพแทสเซียมไอออน
		แคลเซียมไอออน
		แมกนีเซียมไอออน
องค์ประกอบขนาดเล็ก:
		ไอออนของเหล็ก
แมงกานีส		แมงกานีสไอออน
		สังกะสีไอออน
โมลิบดีนัม		โมลิบดีนัมไอออน
		คลอรีนไอออน

บันทึก. องค์ประกอบที่ระบุไว้รวมอยู่ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด - พืช สัตว์ จุลินทรีย์ บางชนิดยังต้องการธาตุอื่นด้วย (เช่น มนุษย์ต้องการโซเดียมและไอโอดีน)

อยู่ระหว่างดำเนินการเติมทรัพยากร CO2ล^ กิจกรรมของมนุษย์

บรรยากาศสมดุล-น้ำ

หินปูน

ข้าว. 97. วัฏจักรคาร์บอนในชีวมณฑล

หินปูน- P_07 และ (ปะการัง) R ‘ แนวปะการัง x ม

วงจรฟอสฟอรัส ฟอสฟอรัสเป็นหนึ่งในองค์ประกอบทางเคมีที่ค่อนข้างแพร่หลายซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุต่างๆ รวมถึงแร่ธาตุที่ก่อตัวเป็นหิน ซึ่งก่อตัวเป็นหินจำนวนหนึ่ง ในระหว่างที่หินเหล่านี้ผุกร่อน ฟอสฟอรัสจะเข้าสู่ไบโอจีโอซีโนสในปริมาณที่มีนัยสำคัญ เช่นเดียวกับผ่านการชะล้างโดยการตกตะกอนในบรรยากาศและสะสมในไฮโดรสเฟียร์ในที่สุด ในทุกกรณี ฟอสฟอรัสจะไปอยู่ในระบบอาหาร แต่การเตรียมฟอสฟอรัสไม่ใช่เรื่องง่าย ฟอสฟอรัสจำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตในการสร้างยีนและโมเลกุลของสารประกอบที่ถ่ายโอนพลังงานภายในเซลล์ (รูปที่ 98)

แร่ธาตุประกอบด้วยฟอสฟอรัสในรูปของไอออนฟอสเฟตอนินทรีย์ (PO4 3) ฟอสเฟตละลายได้ แต่ไม่ก่อตัวเป็นก๊าซ กล่าวคือ ไม่ระเหย พืชสามารถดูดซับฟอสเฟตจากสารละลายในน้ำเพื่อรวมไว้ในสารประกอบอินทรีย์ต่างๆ ในพืชฟอสฟอรัสจะปรากฏในรูปของสิ่งที่เรียกว่าฟอสเฟตอินทรีย์ ในรูปแบบนี้มันสามารถเคลื่อนที่ไปตามห่วงโซ่อาหารและถ่ายทอดไปยังสิ่งมีชีวิตได้แล้ว

รูปที่ 98.

สิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ ในการเปลี่ยนจากระดับโภชนาการแต่ละครั้งไปยังอีกระดับหนึ่ง สารประกอบที่มีฟอสฟอรัสในปริมาณที่เพียงพอเพื่อให้ร่างกายได้รับพลังงานอาจเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันระหว่างการหายใจของเซลล์ ในกรณีนี้ ฟอสฟอรัสสามารถปรากฏในปัสสาวะหรือสิ่งที่คล้ายคลึงกันเท่านั้น และถูกกำจัดออกนอกร่างกายออกสู่สิ่งแวดล้อม ซึ่งฟอสฟอรัสสามารถเริ่มวงจรต่อไปโดยการดูดซึมโดยพืช

จำเป็นต้องดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับความแตกต่างของวัฏจักรฟอสฟอรัสและคาร์บอน คาร์บอนในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์จะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศในรูปของก๊าซ ซึ่งจะถูกกระจายอย่างอิสระทุกที่ด้วยกระแสลม จนกระทั่งพืชดูดซับกลับเข้าไปอีกครั้ง ฟอสฟอรัสไม่ได้ก่อตัวเป็นก๊าซที่คล้ายกัน และไม่มีการคืนสู่ระบบนิเวศโดยอิสระ สารประกอบฟอสฟอรัสเหลวเข้าสู่แหล่งน้ำซึ่งพวกมันทำให้ระบบนิเวศทางน้ำอิ่มตัว (แม้จะถึงจุดที่อิ่มตัวมากเกินไป) จากแหล่งน้ำฟอสฟอรัสไม่สามารถกลับขึ้นบกได้ยกเว้นจำนวนเล็กน้อยในรูปของมูลนกกินปลาซึ่งสะสมอยู่บนชายฝั่งบน

ตัวอย่างการสะสมของขี้ค้างคาวบนชายฝั่งเปรู ฟอสเฟตสะสมอยู่ที่ด้านล่างของอ่างเก็บน้ำ หินที่มีฟอสฟอรัสจะกลับคืนสู่พื้นดินพร้อมกับกระบวนการถดถอยของทะเลและในระหว่างการกำเนิด

จากข้อมูลของ B. Nebel ฟอสเฟตและแร่ธาตุที่คล้ายกันที่พบในดินจะไหลเวียนในระบบนิเวศเฉพาะในกรณีที่ "ของเสีย" ที่บรรจุอยู่นั้นถูกสะสมในสถานที่ที่ธาตุนี้ถูกดูดซับ นี่เป็นเรื่องปกติของระบบนิเวศทางธรรมชาติทั้งหมด (B. Nebel, 1993)

วงจรออกซิเจน วัฏจักรทางชีวเคมีเป็นกระบวนการของดาวเคราะห์ที่เป็นองค์ประกอบที่รวมกันเป็นหนึ่งเดียวสำหรับชั้นบรรยากาศ ไฮโดรสเฟียร์ และเปลือกโลก ในชั้นบรรยากาศ ออกซิเจนรูปแบบเด่นคือโมเลกุล Og แต่ดังที่ได้กล่าวไว้แล้ว ยังมีออกซิเจน O2-โอโซนและ O-อะตอมมิกด้วย ออกซิเจนในรูปแบบอิสระเป็นทั้งของเสียและเป็นองค์ประกอบในการดำรงชีวิต วี.ไอ. Vernadsky เขียนว่า “ชีวิตซึ่งสร้างออกซิเจนอิสระในเปลือกโลก จึงสร้างโอโซนและปกป้องชีวมณฑลจากการแผ่รังสีในระยะสั้นที่ทำลายล้างของเทห์ฟากฟ้า” ในรูป รูปที่ 99 แสดงวัฏจักรของออกซิเจนในชีวมณฑล ซึ่งชัดเจนว่าเป็นผลรวมของกระบวนการที่ซับซ้อนมาก เนื่องจากออกซิเจนเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ที่แตกต่างกันมากมาย อย่างไรก็ตามสิ่งสำคัญคือการแลกเปลี่ยนระหว่างชั้นบรรยากาศกับสิ่งมีชีวิต กระบวนการโฟโตซิน

โอโซน

หน้าจอ

ข้าว. 99. วัฏจักรของออกซิเจนในชีวมณฑล (P. Cloud, A. Jibor, 1972)

แพลงก์ตอนพืชตกลง “ในบริเวณที่มีแสงสว่างช ช

HgO+SRgNgCOgHCH^^H -2HC0 3 -H 2 0+C0^

วิทยานิพนธ์ผลิตออกซิเจน และกระบวนการสลายตัวจะจับมัน ออกซิเจนจำนวนเล็กน้อยเกิดขึ้นระหว่างการแยกตัวของโมเลกุลน้ำและโอโซนในบรรยากาศชั้นบนภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลต ออกซิเจนส่วนสำคัญถูกใช้ไปกับกระบวนการออกซิเดชั่นในเปลือกโลก ระหว่างการปะทุของภูเขาไฟ เป็นต้น

วัฏจักรไนโตรเจน การเคลื่อนที่ของไนโตรเจนเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งแตกต่างจากวัฏจักรของสารอาหารอื่นๆ เนื่องจากมีเฟสก๊าซและแร่ธาตุด้วย บรรยากาศประกอบด้วยไนโตรเจน 78% (N 2) แม้ว่าไนโตรเจนจะมีความสำคัญอย่างมากต่อชีวิตของสิ่งมีชีวิต แต่ก็ไม่สามารถบริโภคก๊าซนี้จากชั้นบรรยากาศได้โดยตรง พืชดูดซับไอออนแอมโมเนียม (NH^) หรือไนเตรต (N0^) เพื่อให้ไนโตรเจนถูกแปลงเป็นรูปแบบเหล่านี้ จำเป็นต้องมีการมีส่วนร่วมของแบคทีเรียบางชนิดหรือสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน (ไซยาโนแบคทีเรีย) กระบวนการแปลงก๊าซไนโตรเจน (Ng) ให้อยู่ในรูปแอมโมเนียมเรียกว่าการตรึงไนโตรเจน บทบาทที่สำคัญที่สุดของจุลินทรีย์ที่ตรึงไนโตรเจนนั้นเล่นโดยแบคทีเรียจากสกุล ยูโกยิทซึ่งสร้างความสัมพันธ์ทางชีวภาพกับพืชตระกูลถั่ว จำพวกหลัง โคลเวอร์และอัลฟัลฟามีความสำคัญมากที่สุด แบคทีเรียตรึงไนโตรเจนซึ่งสร้างรูปแบบของไนโตรเจนที่พืชดูดซับโดยอาศัยปฏิกิริยาทางชีวภาพ ช่วยให้ไนโตรเจนสะสมในส่วนด้านบนและใต้ดินของพืช ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนจาก 150 ถึง 400 กิโลกรัมสะสมอยู่บนโคลเวอร์หรืออัลฟัลฟาหนึ่งเฮกตาร์ต่อปี จุลินทรีย์ที่ตรึงไนโตรเจนนั้นเองซึ่งมีหลายชนิดที่สังเคราะห์ขึ้น

. ไนโตรเจนในบรรยากาศ

โปรตีน

ปะทุ

สายพันธุ์

นักชีววิทยา- พืชฟื้นฟู Denitri-

การตรึงไนเตรตของหนังศีรษะและหน้าท้อง

การตรึง"เป็น ของเสีย,

)สิ่งมีชีวิตที่ตายแล้ว

เลียนแบบ

อิตริ^i

ลงสู่น้ำบาดาล

ไนตริกออกไซด์ (!)

ไนเตรต

ข้าว. 100. วัฏจักรไนโตรเจนในชีวมณฑล

โปรตีนเชิงซ้อนที่กำลังจะตายทำให้ดินอุดมด้วยไนโตรเจนอินทรีย์ ในเวลาเดียวกันไนโตรเจนประมาณ 25 กิโลกรัมต่อ 1 เฮกตาร์จะเข้าสู่ดินต่อปี (I.A. Shilov, 2000) (รูปที่ 100)

ในธรรมชาติยังมีจุลินทรีย์ที่มีความสัมพันธ์ทางชีวภาพไม่เพียงแต่กับพืชตระกูลถั่วเท่านั้น แต่ยังรวมถึงพืชชนิดอื่นด้วย ในสภาพแวดล้อมทางน้ำและบนดินที่มีน้ำขัง การตรึงไนโตรเจนจะดำเนินการโดยสาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว (สามารถสังเคราะห์แสงได้ในเวลาเดียวกัน) ในกรณีที่อธิบายไว้ ไนโตรเจนจะถูกใช้ทั้งในรูปของไนเตรตหรือในรูปแอมโมเนียม

หลังจากที่พืชบริโภคไนโตรเจนเข้าไป จะมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีนซึ่งมีความเข้มข้นในใบพืช จากนั้นจึงให้สารอาหารไนโตรเจนแก่ไฟโตฟาจ สิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วและของเสีย (อุจจาระ) เป็นที่อยู่อาศัยและทำหน้าที่เป็นอาหารสำหรับซากสัตว์ ซึ่งดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น จะค่อยๆ สลายสารประกอบที่มีไนโตรเจนอินทรีย์ไปเป็นสารอนินทรีย์ ตามที่ Y.A. Shilov (2000) การเชื่อมโยงสุดท้ายในสายโซ่นี้คือการแอมโมเนียสิ่งมีชีวิตที่ผลิตแอมโมเนีย (N14) ซึ่งสามารถมีส่วนร่วมในวงจรไนตริฟิเคชันได้ ชโกโซโทปาออกซิไดซ์แอมโมเนียเป็นไนไตรต์และ ไม่(โกอัค(เอ่อ.ออกซิไดซ์ไนไตรต์ให้เป็นไนเตรตและทำให้วัฏจักรไนโตรเจนสามารถดำเนินต่อไปได้ ควบคู่ไปกับกระบวนการที่อธิบายไว้ มีการคืนไนโตรเจนสู่ชั้นบรรยากาศอย่างต่อเนื่องเนื่องจากกิจกรรมของแบคทีเรียดีไนตริไฟอิงที่สามารถสลายไนเตรตให้เป็นไนโตรเจน (N2) แบคทีเรียเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะแพร่กระจายในดินที่อุดมสมบูรณ์ซึ่งมีไนโตรเจนและคาร์บอนอยู่มาก แบคทีเรียเหล่านี้จะปล่อยไนโตรเจนออกสู่ชั้นบรรยากาศได้มากถึง 50-60 กิโลกรัมต่อปีต่อเฮกตาร์ของผิวดิน (รูปที่ 101)

นอกเหนือจากกระบวนการตรึงไนโตรเจนข้างต้นแล้ว การก่อตัวของไนโตรเจนออกไซด์ในระหว่างการปล่อยฟ้าผ่าด้วยไฟฟ้ายังเป็นไปได้ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ ออกไซด์เหล่านี้จะกลายเป็นไนเตรตหรือกรดไนตริกเมื่อผสมกับฝนจะเข้าสู่ดิน (ในระหว่างการปล่อยฟ้าผ่าจะมีการบันทึกไนโตรเจนจาก 4 ถึง 10 กิโลกรัมต่อ 1 เฮกตาร์) การตรึงไนโตรเจนแบบโฟโตเคมีคอลก็เกิดขึ้นเช่นกัน

ข้าว. 101. * Nodules" บนรากของพืชตระกูลถั่ว (B. Nebel, 1992)

บรรยากาศ

ทรงกลม

ดินและ*การตกตะกอน

เหล็กซัลไฟด์

ข้าว. 102. วัฏจักรซัลเฟอร์ในชีวมณฑล

มีความเป็นไปได้ที่จะแยกไนโตรเจนออกจากกระบวนการปั่นจักรยานโดยการสะสมสารประกอบของมันในตะกอนมหาสมุทรลึก ซึ่งได้รับการชดเชยด้วยการปล่อยไนโตรเจน (N2) บางส่วนระหว่างการปะทุของภูเขาไฟ

วัฏจักรซัลเฟอร์ นี่เป็นหนึ่งในสารอาหารหลักที่เข้าสู่ขอบเขตดินอันเป็นผลมาจากการย่อยสลายตามธรรมชาติของหินแต่ละก้อนที่มีแร่ธาตุเช่น ไพไรต์ - ซัลเฟอร์ไพไรต์ (Pe8 2) คอปเปอร์ไพไรต์ (CuPe8 3) และระหว่างการสลายตัวของสารอินทรีย์ส่วนใหญ่ ต้นกำเนิดของพืช จากดินผ่านระบบรากกำมะถันจะเข้าสู่พืชซึ่งมีการสังเคราะห์กรดอะมิโนที่มีกำมะถัน - ซีสตีน, ซีสเตอีน, เมไทโอนีน สำหรับกระบวนการสำคัญ สัตว์ต้องการกำมะถันในปริมาณมากซึ่งมาพร้อมกับอาหาร (รูปที่ 102)

จากสารประกอบอินทรีย์ ซัลเฟอร์จะเข้าสู่ดินระหว่างการสลายตัวของซากพืชส่วนใหญ่โดยจุลินทรีย์ ซัลเฟอร์จากแหล่งกำเนิดอินทรีย์จะลดลงเป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H 2 3) แร่ซัลเฟอร์หรือออกซิไดซ์เป็นซัลเฟตซึ่งสามารถดูดซึมได้โดยรากพืชอีกครั้งนั่นคือกลับเข้าสู่วงจรทางชีวภาพอีกครั้ง

วัฏจักรของน้ำ ในกรณีนี้ เราไม่ได้พูดถึงไบโอเจนที่แยกจากกัน แต่เกี่ยวกับการรวมกันของไบโอเจนที่สำคัญที่สุดสองชนิด ได้แก่ ไฮโดรเจน (H) และออกซิเจน (O) นั่นคือ น้ำ ซึ่งมีความสำคัญต่อชีวิตบนโลกอย่างแน่นอน วัฏจักรของน้ำเป็นกระบวนการของการเคลื่อนตัวของน้ำอย่างต่อเนื่องและเชื่อมโยงถึงกันในระดับโลก วัฏจักรของน้ำดำเนินการภายใต้อิทธิพลของพลังงานแสงอาทิตย์

แรงโน้มถ่วง กิจกรรมสำคัญของสิ่งมีชีวิต โดยทั่วไปสำหรับโลกนี้ แหล่งน้ำหลักคือการตกตะกอนและอัตราการไหลคือการระเหยซึ่งในปริมาณที่สมดุลคือ 525,000 กม.! หรือ 1,030 มม. ต่อปี

ในรูป 103 แสดงวัฏจักรของน้ำซึ่งสามารถแยกแยะสิ่งที่เรียกว่าเล็กและใหญ่ได้ ด้วยวัฏจักรเล็กๆ น้ำที่ระเหยออกจากพื้นผิวมหาสมุทรจะกลับคืนสู่สภาพเดิมอีกครั้งในรูปของการตกตะกอน ในระหว่างวงจรขนาดใหญ่ ความชื้นส่วนหนึ่งที่ระเหยจากผิวน้ำจะตกลงไม่เพียงแต่ลงสู่มหาสมุทรเท่านั้น แต่ยังลงสู่พื้นดินด้วย ซึ่งเป็นที่ที่มันหล่อเลี้ยงแม่น้ำและแหล่งน้ำอื่น ๆ แต่ท้ายที่สุดกลับคืนสู่มหาสมุทรโดยมีน้ำไหลบ่าใต้ดินหรือบนผิวน้ำ

แง่มุมของความสมดุลของน้ำในไฮโดรสเฟียร์ถูกกล่าวถึงข้างต้น ควรสังเกตว่าน้ำในแม่น้ำมีกิจกรรมการแลกเปลี่ยนน้ำมากที่สุด (ต่ออายุทุกๆ 11 วัน) เทียบกับน้ำในธารน้ำแข็งขั้วโลก (การแลกเปลี่ยนเกิดขึ้นมากกว่า 8,000 ปี) น้ำในแม่น้ำภายใต้สภาพธรรมชาติมักจะสดอยู่เสมอและสิ่งมีชีวิตหลายชนิดนำไปใช้บริโภคได้ ตามที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนกล่าวไว้ วัฏจักรของน้ำถือเป็นโรงงานแยกเกลือขนาดยักษ์ระดับโลก

มีบทบาทสำคัญในกระบวนการของวัฏจักรของน้ำโดยการคายระเหย ซึ่งเป็นปริมาณความชื้นที่ผ่านสู่ชั้นบรรยากาศอันเป็นผลมาจากการคายน้ำของพืชสีเขียวและการระเหยออกจากผิวดิน กล่าวคือ การระเหยทั้งหมด (โดยปกติจะวัดเป็น mg/ (dm 5 ชม.). การคายน้ำคือการระเหยของน้ำจากส่วนสีเขียวของพืช และระเหยออกจากพื้นผิวภายนอกและภายในทั้งหมดของพืชที่สัมผัสกับ

อากาศ. การคายน้ำทั้งหมดขึ้นอยู่กับปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมหลายประการ (แสงสว่าง อากาศแห้ง ลม ความโล่งใจ ฯลฯ) การคายน้ำที่ยิ่งใหญ่ที่สุดมีลักษณะเฉพาะคือหนองน้ำและพืชลอยน้ำ (ธูปฤาษี chastuha หนองน้ำ - มากถึง 4000 มก./(dm 2 -h)) ในบรรดาพืชบนบก ไม้ล้มลุกในแหล่งที่อยู่อาศัยที่มีแสงแดดส่องถึงเกิดขึ้นอย่างแรงที่สุด - สูงถึง 2,500 มก./(dm 2 - h); พุ่มไม้ในทุ่งทุนดราให้เพียง 150 มก./(dm 2 -h) และต้นไม้เขตร้อนในป่าบริเวณหมอกให้เพียง 120 มก./(dm 2 -h) ในต้นสนที่เขียวชอุ่มตลอดปีเข็มรูปเข็มที่ส่วนหน้าของอุปกรณ์ปากใบจะมีปลั๊กสูงซึ่งทำหน้าที่เป็นอุปสรรคเพิ่มเติมต่อการคายน้ำ ในพืชทะเลทราย การคายน้ำเป็นวิธีเดียวที่จะปกป้องร่างกายจากผลกระทบร้ายแรงจากอุณหภูมิสูง

การประเมินเชิงปริมาณของบทบาทของการคายระเหยในวัฏจักรของน้ำที่ดำเนินการโดยผู้เชี่ยวชาญชาวเยอรมันแสดงให้เห็นสิ่งต่อไปนี้: โดยมีปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยต่อปีที่ 771 มม. น้อยกว่าครึ่งหนึ่ง - 367 มม. - ลงสู่ทะเลโดยมีน้ำไหลบ่าใต้ดินและพื้นผิวและส่วนที่เหลือ 404 มม. มีการคายระเหย นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดนพบว่าป่าสนขนาด 1 เฮกตาร์มีน้ำสูงถึง 2,100 ตารางเมตรในหนึ่งปีบนดินแห้ง ปริมาณการคายระเหยสำหรับการก่อตัวของพืชในยุโรปกลางสูงถึง 7,000 ตันต่อ 1 เฮกตาร์ต่อปี ต้นไม้บางชนิดสามารถนำไปใช้ระบายน้ำในหนองน้ำได้สำเร็จ ตัวอย่างคลาสสิกคือการระบายน้ำในหนองน้ำ Colchis ในรัฐจอร์เจียโดยการปลูกต้นยูคาลิปตัส [25, 42]

วงจรของไอออนบวกทางชีวภาพ กระบวนการเผาผลาญของสิ่งมีชีวิตต้องอาศัยการมีส่วนร่วมของแคตไอออนต่างๆ บางส่วนมีอยู่ในปริมาณที่ค่อนข้างสำคัญดังนั้นจึงจัดเป็นองค์ประกอบขนาดเล็ก - โซเดียม (Na), โพแทสเซียม (K), แคลเซียม (Ca), แมกนีเซียม (Q) บางชนิดบรรจุอยู่ในปริมาณเล็กน้อย (ppm ของวัตถุแห้ง) แต่ก็จำเป็นต่อการทำงานที่ยั่งยืนของสิ่งมีชีวิตเช่นกัน เหล่านี้เป็นองค์ประกอบขนาดเล็กในรูปของไอออนบวกของเหล็ก (Fe) สังกะสี (Ъп),ทองแดง (Cu) แมงกานีส (Mn) และอื่นๆ

แหล่งที่มาหลักของไอออนบวกทางชีวภาพบนพื้นดินคือดิน ซึ่งพวกมันเข้าไปในระหว่างการผุกร่อนของหิน จากดินด้วยความช่วยเหลือของระบบรากของพืช แคตไอออนจะเข้าสู่เนื้อเยื่อพืชก่อนจากนั้นจึงถูกดูดซึมโดยสัตว์กินพืช ฯลฯ สัตว์จำนวนหนึ่งสามารถรับไอออนบวกทางชีวภาพได้บางส่วนจากดินโดยตรง - กระบวนการโซโลเนตเซชัน การทำให้เป็นแร่ของสิ่งปฏิกูลและซากสิ่งมีชีวิตช่วยให้องค์ประกอบมหภาคและจุลธาตุกลับคืนสู่ดิน ซึ่งทำให้พวกมันพร้อมสำหรับการรวมไว้ในวงจรทางชีวภาพที่เกิดขึ้นซ้ำอีกครั้ง

วงจรที่ค่อนข้างเรียบง่ายนี้ถูกรบกวนโดยการกำจัดสารอาหารลงสู่แม่น้ำและจากที่นั่นลงสู่ทะเลและมหาสมุทร การชะล้างด้วยน้ำฝนจะทำให้การดูดซับคอลลอยด์ที่ซับซ้อนลดลง และทำให้ระบบรากพืชอ่อนแอลง กระบวนการนี้จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษในสภาพอากาศชื้น ในเขตอบอุ่นสิ่งนี้นำไปสู่การพอซโซไลเซชันของดิน

กระบวนการทางชีวธรณีเคมีในสิ่งมีชีวิตต่างๆ สารประกอบทางชีวภาพและองค์ประกอบอนินทรีย์ต่างๆ ที่รวมอยู่ในวัฏจักรชีวชีวเคมีเกี่ยวข้องกับกระบวนการหลายขั้นตอนที่หลากหลายมาก: การสังเคราะห์สารอินทรีย์ การเปลี่ยนแปลงซ้ำของสารอินทรีย์ในระหว่างการเผาผลาญ และการสลายตัวของสารเหล่านั้นไปเป็นส่วนประกอบของแร่ธาตุในระหว่างการลดลง องค์ประกอบแต่ละส่วนของกระบวนการหมุนเวียนของสารอาหารหลักตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ถือเป็นวัฏจักรทางชีวภาพของสาร ระดับสารอาหารหลักที่เป็นพื้นฐานของวัฏจักรนี้แสดงโดยผู้ผลิต ผู้บริโภค ผู้ย่อยสลายบางประเภท และโดยธรรมชาติแล้ว พวกมันแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญจากประเภทของเมตาบอลิซึม และนี่หมายถึงการทำงานเฉพาะที่ดำเนินการในสารอาหารที่กำหนด ระดับ.

ออโตโทรฟและเฮเทอโรโทรฟเป็นตัวแทนส่วนหลักของสิ่งมีชีวิตตามลักษณะทางโภชนาการ ออโตโทรฟถูกจัดประเภทเป็นผู้ผลิต และเฮเทอโรโทรฟถูกจัดประเภทเป็นผู้บริโภคและผู้ย่อยสลายตามลำดับ

ออโตโทรฟโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ (การสังเคราะห์แสง) หรือพลังงานของพันธะเคมี (เคมีสังเคราะห์) จากคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และแร่ธาตุที่จำเป็น สังเคราะห์สารอินทรีย์ประเภทหลัก ๆ ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต ไขมัน (ไขมัน) โปรตีน กรดนิวคลีอิก ฯลฯ ในแต่ละ สารเหล่านี้มีความสำคัญต่อชีวิตของสิ่งมีชีวิต

คาร์โบไฮเดรตสูตรพื้นฐานของสารประกอบคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจนคือ C t (H.0)″ ระดับคาร์โบไฮเดรตประกอบด้วยน้ำตาล: โมโนแซ็กคาไรด์ - C 6 H)