Геохимия на биосферата

Тема 3.4. Биологични ЕЛЕМЕНТИ цикъл

3.4.1. Общата концепция на биологичния цикъл на веществата

От началото на изследването на взаимодействието на живите организми с околната среда, стана ясно, че процесите на хранителен масопредаване са циклични (вж. Ris.2.3.2).

Масови трансфер цикли с различни дължини в пространството и неравноправни продължителност във времето представляват динамична система за биосферен. VI Вернадски смята, че историята на повечето химични елементи, които съставляват повече от 99% от биосферата маса, може да бъде разбрано само в светлината на кръговата миграция (цикли). Въпреки това, той подчерта, че "тези цикли са обратими само в основната част от атомите на едни и същи елементи неизбежно и постоянно излиза от обръщение. Този изход е логично, т.е. кръгов процес не е напълно обратимо. " Непълно обратимост и дисбаланс мигриращи цикли позволяват определена концентрация на плаващия елемент, към които организмите могат да се адаптират, но в същото време предоставят на излишно количество продукция на елемент от цикъла.

Т.е., целостта на биосферата като система поради непрекъснатото обмен на материал между неговите компоненти, където ключовата роля на процесите, свързани с синтеза и разграждането на органична материя. Те са реализирани както по време на обмена на веществата между живите организми и околната среда, както и в процесите на органична материя минерализацията след смъртта на организма като цяло или на нейните органи умират. Също така, допринася за цикъла на материята в биосферата разрушена и по същество не-биогенни процеси трансфер материя между различните компоненти географски черупки.

3.4.2. Елементи на биогеохимичните цикли на материята.
Параметрите на биологичния цикъл на елементи на суша и в океана

Биологичната цикъл на вещества представлява набор от химически процеси Входящите организми в организми, биохимичен синтез на нови комплексни съединения и елементи за връщане в почвата, атмосферата и хидросферата (фиг.)

Абиотични и биологични цикли са преплетени, за да образуват планетарна система геохимични циркулация и местни цикли въпрос. По този начин, повече от милиарди години на биологичната история на планетата, образувани великия биогеохимическото цикъл и диференциация на химичните елементи в природата, което е основа за нормалното функциониране на биосферата. Това означава, че в биосферата разработена по колоездене на материята е насочено от съвместното действие на биологични, геоложки и геохимични фактори. Съотношението между тях може да бъде различен, но ефектът - винаги заедно! Тя е в този смисъл, че термините, използвани биогеохимическото колоездене на материята и биогеохимични цикли.

Биологична цикъл не е напълно компенсира затворен контур.

Биологична, биохимични и геохимичното значение на процеси, извършвани в биологичния цикъл на материята, първо показа В. Dokuchaev. Освен това, беше разкрито в творбите на VI Вернадски, BB Polynov, DN Pryanishnikova VN Sukachev, LE Родина, N. Bazilevich, VA Kovda и други изследователи.

Преди да се пристъпи към изучаването на естествените биологични цикли на химични елементи, трябва да се запознаят с най-често използваните термини.

Биомасата - маса на живата материя, натрупани до този момент във времето.

Биомаса (или биомаса rasteniy0 - масата на живите и мъртвите, но е запазила своята анатомична структура съвременни организми растителни съобщества върху някоя конкретна област или света като цяло.

Структура phytomass - съотношението на подземни и надземни части на растенията, както и едногодишни и многогодишни, фотосинтезиращи и nonphotosynthetic части на растенията.

Парцали - мъртви части от растения, варени механична връзка с централата.

Litter - броят на растенията органична материя, мъртъв в надземни и подземни части на единица площ за единица време.

Litter - маса на дългосрочните депозити на растителните остатъци от различна степен на минерализация.

Gain - масата на един организъм или общност от организми, натрупани на единица площ за единица време.

Вярно растеж - съотношението на нарастване на стойността на отпадъци за единица време на единица площ.

Първично производство - масата на живата материя, произведен от autotrophs (зелени растения) на единица ploschakdi за единица време.

Рециклирани продукти - масата на органични вещества, произведени от хетеротрофни на единица площ за единица време.

Също така трябва да се прави разлика между капацитета и скоростта на биологичната цикъл.

Капацитетът на биологичен цикъл - количеството на химичните елементи в състава на масата на зрял екологична общност (фитоценози).

Интензитетът на биологичен цикъл - количеството на химичните елементи, съдържащи се в нарастване на биомасата на единица площ за единица време.

Скоростта на биологичния цикъл - интервал от време, през който членът отива от неговото усвояване от живата материя, за да излезете от състава на живата материя.

Според LE Вътрешна и NI Bazilevich (1965), един пълен цикъл на биологичния цикъл на елементите на земята се състои от следните компоненти:

1. Абсорбция растения от атмосферното въглерод, и от почвата - от азот, пепел и водни компоненти, осигуряващи тях в органите на растителните организми, въведени в почвата с мъртви растения или техни части, отпадъци разлагане и отделяне на елементите, съдържащи се в него.
2. Хранене растителни части хранене на животни, превръщането им в телата на животни до нови органични съединения и закрепващи части от тях в животни, последващата доставка на почвата с екскрементите на животните или месото им, разлагането на, така и за вдигане съдържащата се в нея елементи.
3. обмен на газ между растенията и атмосферата (включително почва въздух).
4. разпределение на общата продължителност на надземните органи на растения и техните коренови системи на някои елементи директно в почвата.

Структура биосферен в най-общ вид, е естествен комплекс двата най-големи от първа величина - континентална и океанска. В днешно време, земята е обикновено eluvial система океана - натрупване на системата. Историята на "геохимични отношения" между океана и земята се отразява в химичния състав на почвите и океанските води. Елементите, които са в основата на живот - Si, Al, Fe, Mn, В, Р, N, Ca, K - се натрупват в почвата, и Н, О, Na, CI, S, Mg - до химична основа океана.

Растения, животни и почвената покривка на света земя образуват сложна система. Свързването и преразпределение на слънчева енергия, въглерод, атмосфера, влага, кислород, водород, азот, фосфор, сяра, калций и други елементи biophil това sistama непрекъснато генерира нов биомаса и генерира свободен кислород.

В океана, има втора система (водни растения и животни) работят на свързващата функция същата планета на слънчева енергия, въглерод, азот, фосфор и други Biophilia чрез образуване fitobiomassy освобождаване на кислород в атмосферата.

Вече знаете, че има три форми на космически съхранение на енергия и преразпределение (особено слънчева енергия) в биосферата.

Същността на първата от тях е. Че живите организми и чрез хранителната верига и отнасящ zhivotnyhe и бактерии изградят тъкан, като се използват много от химичните елементи и техните съединения. Сред най-важните от тях makroelementy- Н, О, N, Р, S, Ca, K, Mg, Si, Al, Mn, и микроелементи I, Co, Cu, Zn, МО и др. По този начин има селективен разплод леки изотопи въглерод, водород, кислород, азот и сяра от тежки.

През целия си живот и дори след смъртта на живите организми на земята, водата и замърсяването на въздуха, са в състояние на постоянен обмен с околната среда. Така общата маса и обем на продуктите ин виво метаболизма на организми и околната среда (метаболити) е няколко пъти по-голяма от биомасата на жива материя.

Елементи на биогеохимичните цикъл са следните компоненти:

1. Непрекъснати или периодични процеси на потока на енергия, образование и синтез на нови съединения.
2. Устойчиви или периодични процеси за трансфер на енергия или преразпределение и процеси за премахване и направляване на синтезираните съединения под влиянието на физически, химически и биологични агенти.
3. Посока ритмични процеси сериен преобразуване: разлагане, унищожаване на предварително синтезирани съединения под влиянието на хранителни вещества и abiogenous влияния на околната среда.
4. Непрекъснато или периодично, които са неорганични или органо-минерални компоненти в газообразно, течно или твърдо, които действат като изходни компоненти за нова, на следващия цикъл на цикъла значение.

Биологични организми се дължат на жизнените функции (хранене, храна съобщението, възпроизвеждането, растеж, движение на продуктите на обмяната на веществата, смърт, разлагане и минерализация)

Задължителни параметри се вземат под внимание в изследването на биогеохимични цикли са следните ключови показатели:

1. Общият биомасата и неговото действително растежа (фитопланктон, зоопланктон, микробна маса отделно).
2. Органичният котило (количество, състав)
3. Органични вещества в почвата (хумус, разложена органични остатъци).
4. Елементен материал състав на почвата, вода, въздух, утаяване, отделни фракции биомаса.
5. Повърхностни и подземни запаси от биогенен енергия.
6. през целия живот метаболити
7. Броят на видовете от живите организми, техния брой, комп
8. Продължителността им на живот организми от всеки вид, динамиката на живота на населението на живите организми и почвата.
9. Екологично-метеорологични условия на околната среда: фонови и оценка на човешка намеса.
10. Характеристики на различни пейзажи и техните елементи.
11. Количеството на замърсители и тяхното химични, физични и биологични свойства.

Индивидуални значение на даден химичен елемент се оценява коефициент биологична абсорбция, която се определя от съотношението на съдържание на елемента в растителна пепел (тегловни) за съдържанието на елемента в почвата (или в кората).

През 1966 г., VA Kovda предлага да се използва за характеризиране на средната продължителност на общото съотношение на въглероден цикъл отчита fitobiomassy на годишната биомасата на фотосинтетичния растеж. Този коефициент показва общата средна продължителност на синтез цикъл биомаса-минерализация в района (на сушата или изцяло). Изчисленията показват, че делът на земя в целия цикъл на това се вписва в периода 300-400 до 1000 години. Съответно с това средната скорост на освобождаване на минерални съединения е свързано с образуването на биомаса и минерализация в почвата хумус.

За обща стойност оценка биогеохимическото минерални компоненти на живата материя биосферен VA Kovda предложи сравнение биомаса от минерални вещества, както и количеството на минерални вещества, които участват в годишния ръст на оборота и носилката, с годишен химически отток реки. Оказа се, че тези стойности са сравними. Това означава, че повечето от веществата, разтворени в река вода, преминал през биологичен цикъл на системата за растителна почва, преди да се присъедини към геохимичното миграцията на вода към океана или вътрешни вдлъбнатините.

Установено е, че индексите на биогеохимичните колоездене значително варират в различни климатични условия, при покриване на различни растителни общности, при различни условия на естествен дренаж, обаче NI Bazilevich и LE Роден предлагат допълнителен коефициент брой характеризиращи интензивността и продължителността на съхранение носилката на носилка експанзия в условията на biogeocoenose еднаква тежест по отношение на теглото на годишна легла носилка. Според тези изследователи индекси разлагане на биомаса от най-големите в тундрата и блатата на север, а най-нисък (около 1) - в степите и полупустини.

BB Polynov индекс предложен брой вода миграция е съотношението на броя на елементите в минерален остатък изпарява река или подпочвените води до съдържанието на химически компонент в скалите (или кора). Изчисляване на вода миграция индекси показа, че повечето мобилни работници в биосферата са хлор, сяра, бор, бром, йод, калций, натрий, магнезий, флуорид, стронций, цинк, уран, и молибден. Най-малко мобилен - силиций, алуминий, желязо, калий, фосфор, барий, манган, рубидий, мед, никел, кобалт, арсен, литий.

Необезпокоявани биогеохимичните цикли имат почти кръгли, т.е. почти порочния характер. Степента на репродукцията (повторяемост) цикъла в природата е много висока (по Kovda VA - 90-98%). По този начин се поддържа определен постоянството на състава, количеството и концентрацията на компонентите, включени в цикъла. Но непълното затваряне на биогеохимични цикли. както ще видим, това е от голямо значение геохимични и допринася за развитието на биосферата. Ето защо има биогенен натрупване на кислород в атмосферата, и биогенни chemogenic натрупване на въглеродни съединения в кората (нефт, въглища, варовик)

Нека разгледаме по-подробно основните параметри на биохимичен цикъл на сушата.

Като цяло биогеохимическото колоездене на елементи включва биогеохимични цикли на отделни химични елементи. Най-важното във функционирането на биосферата като цяло и Geosystems на по-ниско ниво на класификация, които играят няколко цикъла на химични елементи, най-необходимите за живите организми във връзка с тяхната роля в състава на живата материя, както и физиологични процеси. Сред тези най-важните химически елементи включват въглерод, кислород, азот, сяра, фосфор, и др ..