Циклы питания — источник жизни на планете

Май 06, 2013 / Сергей Титов, Наблюдатель за природой

Циклы питания – это движение и обмен органических и неорганических веществ, возвращающихся обратно в производство живой материи. Они являются частью большого биогеохимического цикла с участием большинства питательных веществ (таких как углерод, азот, кислород, фосфор, сера и т.д.) и их меньшинства (железа, меди, натрия и т.д.) – важных химических веществ, используемых в качестве питательных в экосистемах живыми организмами.

Циклы питания — источник жизни на планете

Химические вещества иногда находятся в течение длительных периодов времени в одном месте, называемом резервуаром (например, угольные месторождения с углеродом), либо используются только на короткий период времени в обменных объединениях (например, растения и животные). Мы расскажем вам о ключевых питательных веществах, которые играют главную роль в экосистемах.

Кислородный цикл

Этот цикл описывает движение кислорода в трех основных сферах: биосфере (самая маленькая их трех, так как среднее время нахождения кислорода в ней 50 лет), атмосфере (в сто раз превышает массу кислорода в биосфере, среднее время нахождения кислорода 4500 лет) и литосфере (в 200 раз превышает массу кислорода в атмосфере, среднее время нахождения кислорода 500 миллионов лет). Таким образом, 99,5% кислорода хранится в литосфере, 0,5% в атмосфере и лишь 0,005% в биосфере.

Прирост кислорода в атмосфере происходит в основном за счет солнца, влияющего на процесс фотосинтеза (55% вырабатывается наземными растениями, а 45% океанским фитопланктоном). Процентное использование кислорода атмосферы таково: 77% расходуется за счет аэробного дыхания животных и бактерий, 17% за счет микробного окисления, 4% за счет сжигаемого топлива, и 2% за счет химического окисления.

Углеродный цикл

Углеродный цикл описывает движение углерода в основных сферах: атмосфере, гидросфере, литосфере и биосфере. Литосфера имеет самый большой запас углерода. Она собирает углерод из атмосферы, накопленный благодаря неживым формам и выпускающим свой углерод, или же благодаря медленным геологическим движениям, или же быстрому сгоранию топлива, воспроизводимого человеком.

Океаны являются вторым по величине вместилищем углерода (в основном благодаря неорганическим формам) и играет жизненно важную роль в углеродном цикле Земли.

Биосфера на земле имеет гораздо меньший углеродный запас, а атмосфера всего лишь около трети количества углерода биосферы. В биосфере углерод в основном поглощается растениями в виде углекислого газа. Он также высвобождается из биосферы и попадает в атмосферу в процессе биологических процессов.

Аэробное дыхание организмов превращает органический углерод в углекислый газ, а анаэробное дыхание преобразовывает его в метан. В то время как органический углерод у животных обычно быстро распадается, в мертвых растениях, например, он может оставаться в течение десятка лет или более.

Разные виды растений имеют разную скорость распада (например, древесина сохраняет свой углерод дольше, чем мягкие, лиственные ткани). Активный углерод, находящийся в почве, может храниться там до тысячи лет, инертный – больше тысячелетия.

Углерод в земной атмосфере существует в двух основных формах – углекислого газа и метана. Оба эти газы частично ответственны за парниковый эффект. Находится в большем количестве на единицу объема по сравнению с двуокисью углерод, но его соединение более кратковременно, а концентрация гораздо более низкая.

Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет около 392 объемных частей на миллион (по данным 2012 года), при этом она выросла на 2,0 объемных частей на миллион по сравнению с 1960-м годом. В настоящее время концентрация этого газа более, чем на 280 объемных частей на миллион выше, чем в доиндустриальный период развития человечества. В течение последних двух веков деятельность человека серьезно изменила глобальный углеродный цикл, наиболее всего в атмосфере.

Азотный цикл

Азотный (нитрогенный) цикл является процессом, при котором азот видоизменяется, создавая свои различные химические формы. Азот необходим для биосинтеза основных строительных блоков растений, животных и других форм жизни (например, нуклеотиды для ДНК и РНК, аминокислоты для белков). Важными процессами в азотном цикле являются фиксация, аммонификация, нитрификация и денитрификация.

При гибели растения или животного в нем находится органическая форма азота. Бактерии (в некотором случае грибы) преобразовывают этот азот в аммоний (NH4). Этот процесс называется аммонификацией или минерализацией.

Нитрификация происходит в два этапа: с биологическим окислением аммиака (с участием кислорода) в нитрит, и последующим окислением этих нитритов в нитраты. Нитрификация очень важна в сельскохозяйственных системах, где часто применяются удобрения, содержащие аммиак.

Денитрификация является процессом разложения нитратов обратно до инертного газа азота (N), завещающая азотный цикл.

Нитрификация (вместе с денитрификацией) также чрезвычайно важна при удалении азота из бытовых сточных вод.

Влияние человека на круговорот азота без преувеличения огромно. Поступления азота от промышленности и предприятий сельского хозяйства в настоящее время превышает природное содержание азота, а сам азотный цикл был глобально изменен в течение прошлого столетия деятельностью человека (такой как сжигание топлива, использование искусственных азотных удобрений, а также выпуск азота в сточные воды).

Фосфорный цикл

Этот цикл описывает движение фосфора через литосферу, гидросферу и биосферу. В отличие от многих других биогеохимических циклов, в движении фосфора атмосфера не играет значительной роли, так как он существует в основном в виде твердых солей на суше (в скальных породах и почвенных минералах, которые в дальнейшем могут использоваться в качестве украшения в кольцах love или вновь растворяться в воде и участвовать в новом цикле питания).

Благодаря выветриванию горных пород фосфаты постоянно содержатся в земной среде обитания. Растения поглощают их из почвы, затем эти растения потребляют травоядные животные, которых, в свою очередь, потребляют хищники. После смерти растения или животного фосфаты путем распада возвращаются в почву. Поверхностные стоки могут нести фосфаты обратно в океан, где они примут участие в образовании новых скальных пород.

Процессы перемещения фосфора происходят в течение длительного времени, делая фосфорный цикл одним из самых медленных биогеохимических циклов.

Вмешательство человека в этот цикл происходит за счет чрезмерного или небрежного использования фосфорных удобрений, в результате чего фосфор становится одним из загрязняющих веществ водных объектов.

Серный цикл

Серный цикл похож на круговорот азота в том, что благодаря своеобразному контролю, осуществляемого микробами, сера постоянно присутствует в природной среде.

Наиболее окисленной формой серы являются сульфаты, которые легко усваиваются растениями, превращаясь в органический сульфур. Сера является ключевым компонентом белков, аминокислот и витамина В для растений и животных. Как только последние умирают, бактерии превращают органическую серу в пониженный сульфид (H, S), а затем в сульфат, который и завершает цикл.

Это интересно ...

Последние новости и статьи:



Оставить комментарий