Лекція 5 .Проблеми змін ланок коло обігу речовин та енергії. - Екологія - Навчання - Каталог статей

Для постійного існування біосфери, для запобігання загибелі життя на Землі в природі мають постійно відбуватися безперервні процеси перетворення її живої речовини. Біологічний коло обіг – це багаторазова участь хімічних елементів у процесах, які протікають у біосфері.

У біосфері відбувається постійний коло біг активних елементів, які переходять від організму до організму, у неживу природу і знову до організму. Елементи, які вивільняють мікроорганізмами при гнитті, находять у грунт і атмосферу, знову включаються до коло обігу речовин біосфери, поглинаючись живими організмами. Цей процес є біогенною міграцією атомів. Для біогенної міграції характерно накопичення хімічних елементів у живих організмах, а також їх вивільнення в результаті розкладу мертвих організмів. Біогенна міграція спричинюється трьома процесами:

- Обміном речовин в організмах;

- Ростом;

- Розмноженням.

Визначення біогенної міграції хімічних елементів , що спричинена силами життя, дав В.І. Вернадський (Закон біогенної міграції атомів). Біогенна міграція є частиною загальної міграції хімічних елементів біосфери. Головною геохімічною особливістю живої речовини є те, що вона, пропускаючи крізь себе атоми хімічних елементів земної кори, гідросфери та атмосфери, здійснює у процесі життєдіяльності їх закономірну диференціацію. Завершуючи свій життєвий цикл, організми повертають природі все, що взяли в неї упродовж життя.

Колообіг елементів здійснюється за рахунок саморегулюючих процесів, у яких беруть участь усі складові екосистем. Ці процеси є безвідходними. У природі немає нічого зайвого або шкідливого, навіть від вулканічних вивержень є користь, бо з вулканічними газами в повітря надходять потрібні елементи, наприклад, азот.

Для геосфер, не охоплених життям, характерна стійка динамічна рівновага. У біосфері динамічна рівновага нестійка. Це означає, що біосфера розвивається в процесі діяльності, самовдосконалюється, усе повніше, активніше і в більшому масштабі накопичує, трансформує енергію, ускладнює свою організацію, збагачується інформацією.

Розрізняють два типи біогенної міграції, перший із них здійснюється мікроорганізмами, а другий – багатоклітинними організмами. Величина міграції першого типу переважає над другим. Людство оволоділо міграцією третього типу, яка відбувається під впливом його діяльності.

Найважливішою умовою стійкості існування екосистем усіх рівнів є коло обіг речовини на планеті. Розрізняють два основних колообіги речовин та енергії : великий (геологічний) і малий (біотичний).

Великий коло обіг триває мільйони років і полягає в тому, що гірські породи підлягають руйнуванню, а продукти вивітрювання (в тому числі розчинні у воді поживні речовини) зносяться потоками води у Світовий океан, де вони утворюють морські напластування і лише частково повертаються у сушу із опадами. Геотектонічні зміни, процеси опускання материків і підняття морського дна, переміщення морів та океанів упродовж тривалого часу призводять до того, що ці напластування повертаються на сушу, і процес починається знов.

Малий коло обіг (частина великого) відбувається на рівні екосистеми і полягає в тому, що поживні речовини, вода і вуглець акумулюються в речовині рослин, витрачаються на побудову тіла і на життєві процеси як самих цих рослин, так і інших організмів (як правило тварин), що з’їдають ці рослини (консументи). Продукти розраду органічної речовини під дією деструкторів та мікроорганізмів (бактерій, грибів, червів) знов розкладаються до мінеральних компонентів, доступних рослинам, що втягуються ними в потоки речовин.

2. Поняття біогеохімічного циклу та його ролі у функціонуванні та розвитку геосистем.

Колообіг хімічних речовин із неорганічного середовища через рослинні та тваринні організми назад у неорганічне середовище з використанням сонячної енергії та енергії хімічних реакцій називається біогеохімічним циклом. У такі цикли втягнуті практично всі хімічні елементи і насамперед ті, що беруть участь у побудові живої клітини.

Біологічний коло обіг оборотний не повністю, частина речовин постійно виходять із коло обігу й осідає в товщі осадових порід як органогенні вапняки, гумус, торф і т.п. У результаті коло обігу біосфера (чи інша екосистема) не повертається у початковий стан: для біосфери характерний поступальний рух, тому символом біологічного циклу є не коло,а циклоїд (спіраль).

Крім коло обігу речовини та енергії, величезну роль у біосфері мають інформаційні зв’язки. Інформативні сигнали енергетично д можуть уже слабкі й самі не можуть викликати якоїсь відчутної реакції, але вони містять важливі відомості в закодованій формі. Ці сигнали сприймаються, розшифровуються (здебільшого автоматично) та враховуються живими організмами. Обробляти, накопичувати й використовувати інформацію окремо від енергії можуть лише живі організми.

3. Колообіги речовин, енергії, інформації та їх зміни антропогенною діяльністю.

Згідно з геологічними уявленнями людина існує надзвичайно короткий час (усього 0,0001% від тривалості існування біосфери). Проте за цей короткий проміжок часу коло обіг речовин у біосфері змінився радикально. На сьогодні людина є найважливішим геологічним фактором. Людина небувало прискорила коло обіг деяких речовин. Родовища заліза, міді, цинку, свинцю і багато інших елементів, які природа накопичувала упродовж мільонів років, швидко вичерпуються. Подекуди, навпаки, відбувається концентрація елементів у таких пропорціях, яких не біло в природі (наприклад на великому заводі, де сконцентровано залізо, мідь,алюміній, органічні сполуки).

Принцип циклічності в перетвореннях та переміщеннях речовин у біосфері є основоположним. Збереження циклічності – це умова існування біосфери. Введення в біосферу односпрямованих процесів, які здійснює людина при конструюванні техносфери та агросфери, виявляється для біосфери згубним та найбільш небезпечним. Наприклад: масштабна вирубка лісів спричинює зміну ланок коло обігу води на суходолі, зміну режимів опадів і стоку, пришвидшує спустелення значних територій.

Фактори, які негативно впливають на коло обіг речовин у біосфері:

- Переміщення величезних мас земної кори;

- Ерозія грунтового покриву і зростання твердого стоку в океан;

- Застосування мінеральних добрив та отрутохімікатів;

- Видобування з надр чималих кількостей руд, паливних та інших копалин;

- Забруднення території сільськогосподарськими, промисловими і комунальними відходами;

- Перерозподіл солей у грунтах, грунтових та річкових водах під впливом зрошувального землеробства;

- Потрапляння до природного середовища енергетичних забруднень.