Aineiden kierto ja energian virtaus luonnossa. Aineiden kiertokulku ja energian virtaus luonnossa -esitys biologian tunnille (luokka 10)

ESSEE
tieteenalalla "ekologia"
aiheesta:
"Energian virtaus ja aineiden kierto luonnossa"

Valmistunut:
opiskelija gr. ZEVM-107
Bocharov A.V.

Hyväksytty:
Mishchenko T.V.

VLADIMIR 2011

Johdanto ………………………………………………………….…. ………… .. 3
1. Energian virtaus biosfäärissä …………………………………… .. ……………. 5
2. Biogeokemialliset syklit ……………………………….…. ……… ... 7
2.1 Veden kierto …………………………………………….…. …… 9
2.2 Happikierto ………………………………………. …… ... 11
2.3 Hiilen kierto ………………………………………………… 12
2.4 Typen kierto ……………………………………………………… 14
2.5 Fosforin kierto ………………………………………. ……… .. 17
2.6 Rikkikierto …………………………………………. …………. kahdeksantoista
3. Luonnon aineiden kiertokulkuun vaikuttavat tekijät ..................... 19
4. Ihmisen vaikutus aineiden kiertoon luonnossa …………………… 23
Johtopäätös ……………………………………………………………………… .. 26
Luettelo käytetyistä kirjallisuuslähteistä ……………………………… 27

Johdanto
Biosfäärin päätehtävä on varmistaa kemiallisten alkuaineiden kierto, joka ilmenee aineiden kierrossa ilmakehän, maaperän, hydrosfäärin ja elävien organismien välillä.
Ekosysteemit ovat eliöyhteisöjä, jotka liittyvät epäorgaaniseen ympäristöön läheisimpien materiaali- ja energiasiteiden kautta. Kasvit voivat olla olemassa vain jatkuvan hiilidioksidin, veden, hapen ja mineraalisuolojen ansiosta. Missä tahansa tietyssä elinympäristössä siellä asuvien organismien elintärkeän toiminnan ylläpitämiseen tarvittavat epäorgaanisten yhdisteiden varat eivät kestäisi kauan, ellei näitä varantoja uusittaisi. Ravinteiden palautuminen ympäristöön tapahtuu sekä organismien elinkaaren aikana (hengityksen, erittymisen, ulostamisen seurauksena) että niiden kuoleman jälkeen ruumiiden ja kasvijätteiden hajoamisen seurauksena. Siten yhteisö saa epäorgaanisen ympäristön kanssa tietyn järjestelmän, jossa organismien elintärkeän toiminnan aiheuttama atomivirtaus pyrkii sulkeutumaan kiertokulkuun.
Mitä tahansa organismien ja epäorgaanisten komponenttien joukkoa, jossa aineiden kierto voi tapahtua, kutsutaan ekosysteemiksi. Tätä termiä ehdotti vuonna 1935 englantilainen ekologi A. Tensley, joka korosti, että tällä lähestymistavalla epäorgaaniset ja orgaaniset tekijät toimivat tasavertaisina komponentteina, emmekä voi erottaa organismeja tietystä ympäristöstä. A. Tensley piti ekosysteemejä luonnon perusyksiköinä maan pinnalla, vaikka niillä ei ole tiettyä tilavuutta ja ne voivat peittää minkä tahansa pituisen tilan.
Suurin osa maankuoren aineista kulkee elävien organismien läpi ja osallistuu aineiden biologiseen kiertokulkuun, joka loi biosfäärin ja määrää sen stabiilisuuden. Energeettisesti elämää biosfäärissä tukee jatkuva Auringosta tuleva energiavirta ja sen käyttö fotosynteesiprosesseissa. Elävien organismien toimintaan liittyy suurten mineraaliaineiden uuttaminen niitä ympäröivästä elottomasta luonnosta. Eliöiden kuoleman jälkeen niiden kemialliset alkuaineet palaavat ympäristöön. Näin syntyy aineiden biogeeninen kierto luonnossa, eli aineiden kierto ilmakehän, hydrosfäärin, litosfäärin ja elävien organismien välillä.
Tämän esseen tarkoituksena on tutkia energian ja aineiden virtauksen kiertokulkua luonnossa ja valitun aiheen paljastamista.
Kirjoitukseni aihe on hyvin pitkä. Siitä voi puhua pitkään. Mutta käsittelen vain niitä asioita, joita pidän tärkeimpänä ja lähellä valittua aihetta.

1. Energian VIRTAUS biosfäärissä
Aurinkoenergian virtaus, jonka elävien solujen molekyylit havaitsevat, muunnetaan kemiallisten sidosten energiaksi. Fotosynteesin prosessissa kasvit käyttävät auringonvalon säteilyenergiaa muuntaakseen vähän energiaa sisältäviä aineita (CO 2 ja H 2 O) monimutkaisemmiksi orgaanisiksi yhdisteiksi, joissa osa auringon energiasta varastoituu kemiallisten sidosten muodossa.
Fotosynteesiprosessissa muodostuneet orgaaniset aineet voivat toimia energianlähteenä itse kasville tai ne siirtyvät syömisen ja myöhemmän assimilaatioprosessin aikana organismista toiseen: kasvista kasvinsyöjiin, niistä lihansyöjiin jne. Orgaanisten yhdisteiden sisältämän energian vapautuminen tapahtuu hengitys- tai käymisprosessin aikana. Useat saprofyyttiorganismit (heterotrofiset bakteerit, sienet, jotkin eläimet ja kasvit) tuhoavat käytetyt tai kuolleet biomassajäämät. Ne hajottavat biomassan jäännökset epäorgaanisiksi aineosiksi (mineralisaatio), mikä myötävaikuttaa yhdisteiden ja kemiallisten alkuaineiden osallistumiseen biologiseen kiertokulkuun, mikä varmistaa seuraavat syklit ja orgaanisen aineen tuotannon. Ruoan sisältämä energia ei kuitenkaan tee kiertokulkua, vaan muuttuu vähitellen lämpöenergiaksi. Viime kädessä kaikki organismien kemiallisten sidosten muodossa absorboima aurinkoenergia palaa avaruuteen lämpösäteilyn muodossa, joten biosfääri tarvitsee energian virtauksen ulkopuolelta.
Toisin kuin aineet, jotka kiertävät jatkuvasti ekosysteemin eri lohkojen läpi ja voivat aina palata kiertokulkuun, energiaa voidaan käyttää vain kerran.
Yksisuuntainen energian virtaus yleismaailmallisena luonnonilmiönä tapahtuu fysiikan perusteisiin liittyvien termodynamiikan lakien vaikutuksesta. Ensimmäinen laki sanoo, että energia voi siirtyä muodosta (esimerkiksi valoenergia) toiseen (esimerkiksi ruoan potentiaalienergia), mutta sitä ei koskaan synny uudelleen tai se katoaa.
Termodynamiikan toinen pääsääntö sanoo, että energian muuntamiseen ei voi liittyä prosessia menettämättä osaa siitä. Tällaisissa muunnoksissa tietty määrä energiaa hajoaa saavuttamattomaksi lämpöenergiaksi, ja siksi se menetetään. Tästä syystä esimerkiksi ravintoaineiden muunnoksia ei voi tapahtua aineeksi, joka muodostaa kehon kehon 100 prosentin tehokkuudella.
Kaikkien ekosysteemien olemassaolo riippuu jatkuvasta energiavirrasta, jota kaikki organismit tarvitsevat elämänsä ja itsensä lisääntymisen ylläpitämiseksi.
Aurinko on käytännössä ainoa kaiken energian lähde maan päällä. Kuitenkaan organismit eivät pysty absorboimaan ja käyttämään kaikkea auringon säteilyn energiaa. Vain noin puolet tavanomaisesta viherkasveille (eli tuottajille) tulevasta aurinkovirrasta absorboituu fotosynteettisiin elementteihin, ja vain pieni osa absorboidusta energiasta (1/100 - 1/20 osasta) varastoidaan biokemiallisen energian muoto (ruokaenergia).
Näin ollen suurin osa aurinkoenergiasta häviää lämpönä haihtumista varten. Yleensä elämän ylläpitäminen vaatii jatkuvaa energian saantia. Ja missä tahansa on eläviä kasveja ja eläimiä, löydämme aina täältä niiden energialähteen.

2. Biogeokemialliset syklit
Kemialliset alkuaineet, jotka muodostavat eläviä olentoja, kiertävät yleensä biosfäärissä tunnusomaisia ​​polkuja: ulkoisesta ympäristöstä eliöihin ja jälleen ulkoiseen ympäristöön. Biogeeniselle migraatiolle on tunnusomaista kemiallisten alkuaineiden kerääntyminen eliöihin (kertyminen) ja niiden vapautuminen kuolleen biomassan (detritus) mineralisoitumisen seurauksena. Tällaisia ​​kemikaalien kiertoteitä (enemmä tai vähemmän suljettuja), jotka virtaavat aurinkoenergian avulla kasvi- ja eläinorganismien läpi, kutsutaan biogeokemiallisiksi sykleiksi ( bio viittaa eläviin organismeihin ja geo- maaperään, ilmaan, veteen maan pinnalla).
On kaasutyyppisiä renkaita, joissa on epäorgaanisten yhdisteiden säiliöitä ilmakehässä tai valtamerissä (N 2, O 2, CO 2, H 2 O) ja sedimenttityyppisiä renkaita, joissa on vähemmän laajoja varastoja maankuoressa (P, Ca, Fe) .
Elämälle välttämättömiä alkuaineita ja liuenneita suoloja kutsutaan perinteisesti biogeenisiksi alkuaineiksi (elävyyden antamiseksi) tai ravintoaineiksi. Biogeenisten alkuaineiden joukossa erotetaan kaksi ryhmää: makrotrofiset aineet ja mikrotrofiset aineet.
Ensimmäinen kattaa elementit, jotka muodostavat elävien organismien kudosten kemiallisen perustan. Näitä ovat: hiili, vety, happi, typpi, fosfori, kalium, kalsium, magnesium, rikki.
Jälkimmäiset sisältävät alkuaineita ja niiden yhdisteitä, jotka ovat myös välttämättömiä elävien järjestelmien olemassaololle, mutta erittäin pieninä määrinä. Tällaisia ​​aineita kutsutaan usein hivenaineiksi. Näitä ovat rauta, mangaani, kupari, sinkki, boori, natrium, molybdeeni, kloori, vanadiini ja koboltti. Vaikka mikrotrofiset alkuaineet ovat välttämättömiä organismeille hyvin pieninä määrinä, niiden puute voi rajoittaa merkittävästi tuottavuutta, kuten myös ravinteiden puute.
Biogeenisten alkuaineiden kiertoon liittyy yleensä niiden kemiallisia muutoksia. Esimerkiksi nitraattityppi voidaan muuttaa proteiiniksi, sitten ureaksi, ammoniakiksi ja syntetisoida uudelleen nitraattimuotoon mikro-organismien vaikutuksesta. Erilaiset mekanismit, sekä biologiset että kemialliset, osallistuvat denitrifikaatio- ja typensidontaprosesseihin.
Ilmakehän hiilidioksidin muodossa oleva hiili on yksi fotosynteesin alkukomponenteista, ja sitten kuluttajat kuluttavat sitä yhdessä orgaanisen aineen kanssa. Kasvien ja eläinten hengityksen aikana sekä pelkistimien vaikutuksesta hiilidioksidin muodossa oleva hiili palautuu ilmakehään.
Toisin kuin typpi ja hiili, fosforivarasto löytyy kivistä, jotka ovat kuluneet ja vapauttavat fosfaatteja ekosysteemeihin. Suurin osa niistä päätyy mereen ja osa voidaan palauttaa maihin merellisten ravintoketjujen kautta, jotka päättyvät kalaa syöviin lintuihin (guanon muodostuminen). Kasvien fosforin assimilaatio riippuu maaperän liuoksen happamuudesta: happamuuden kasvaessa veteen käytännössä liukenemattomat fosfaatit muuttuvat helposti liukenevaksi fosforihapoksi.
Toisin kuin energia, biogeenisiä elementtejä voidaan käyttää toistuvasti: kierto on niille ominaista piirre. Toinen ero energiaan on se, että ravintoaineiden saanti ei ole jatkuvaa. Joidenkin niistä sitoutuminen elävän biomassan muodossa vähentää ekosysteemiympäristöön jäävää määrää.
Tarkastellaanpa tarkemmin joidenkin aineiden biogeokemiallisia syklejä.

Veden kiertokulku

Happikierto

Hiilen kiertokulku

Jos haluat käyttää esitysten esikatselua, luo itsellesi Google-tili (tili) ja kirjaudu sisään: https://accounts.google.com

Dian kuvatekstit:

Aineiden ja energian kiertokulku luonnossa

Aineiden kierto on luonnossa toistuvia muunnos- ja liikkumisprosesseja, jotka ovat enemmän tai vähemmän syklisiä. Kaikki planeetallamme olevat aineet ovat kiertoprosessissa. Luonnossa on kaksi pääkiertoa Suuri (geologinen) Pieni (biogeokemiallinen)

Suuri aineiden kiertokulku Suuri kiertokulku kestää miljoonia vuosia, johtuen aurinkoenergian vuorovaikutuksesta maan syväenergian kanssa. Se liittyy geologisiin prosesseihin, kivien muodostumiseen ja tuhoutumiseen sekä myöhempään tuhoutumistuotteiden liikkumiseen.

Pieni aineiden kierto Pieni kierto (biogeokemiallinen) tapahtuu biosfäärissä, biokenoosin tasolla. Sen ydin on elävän aineen muodostuminen epäorgaanisista yhdisteistä fotosynteesin prosessissa ja orgaanisen aineen muuttuminen hajoamisen aikana jälleen epäorgaanisiksi yhdisteiksi. Biogeokemialliset syklit - Vernadsky V.I.

Veden kierto Tr valuma inf Veden haihtuminen Höyryn kondensaatio Sadevirtaus Haihtuminen tunkeutuminen

Transpiraatio on prosessi, jossa vesi liikkuu kasvin läpi ja se haihtuu kasvin ulkoisten elinten, kuten lehtien, varsien ja kukkien, läpi. Vesi on välttämätön kasvin elämälle, mutta juurien kautta tulevasta vedestä vain pieni osa käytetään suoraan kasvun ja aineenvaihdunnan tarpeisiin.

Veden kiertokulku

Veden kiertokulku Suurin osa vedestä on keskittynyt valtameriin. Vesi haihtuu niiden pinnalta toimittamaan luonnollisia ja keinotekoisia maan ekosysteemejä. Mitä lähempänä valtamerta alue on, sitä enemmän siellä sataa. Maa palauttaa jatkuvasti vettä valtamereen: osa kosteudesta haihtuu, aktiivisimmin metsistä, osa kerätään jokien mukana: ne vastaanottavat sadetta ja sulamisvettä. Kosteuden vaihto valtameren ja maan välillä vaatii erittäin korkeita energiakustannuksia: se kuluttaa noin 30 % Maahan tulevasta aurinkoenergiasta.

Ihmisen vaikutus veden kiertoon Biosfäärin vedenkierto oli ennen sivilisaation kehittymistä tasapainoinen, ts. valtameri sai joista yhtä paljon vettä kuin se kulutti haihtuessaan. Sivilisaation kehittyessä tämä kierto alkoi katketa. Etenkin metsät haihduttavat vettä yhä vähemmän. niiden pinta-ala kutistuu, ja maaperän pinta päinvastoin on yhä enemmän, koska Kasteluala kasvaa. maa. Eteläisten alueiden joet ovat matalia. Vesi haihtuu valtameren pinnalta huonommin, koska merkittävä osa siitä on peitetty öljykalvolla. Kaikki tämä heikentää biosfäärin vesihuoltoa.

Kuivuus lisääntyy ja ekologisten katastrofien pesäkkeet ilmaantuvat. Esimerkiksi katastrofaalinen kuivuus on kestänyt yli 35 vuotta Afrikassa, Sahelin vyöhykkeellä - puoliaavikkoalueella, joka erottaa Saharan mantereen pohjoisista maista. Maasta valtamereen ja muihin vesistöihin palaava makea vesi on usein saastunutta. Venäjän monien jokien vesi on muuttunut käytännössä juomakelvottomaksi. Makean veden osuus elävien organismien käytettävissä on melko pieni, joten sitä tulee käyttää säästeliäästi eikä saastuta! Joka neljännellä planeetan asukkaalla ei ole puhdasta juomavettä. Monissa osissa maailmaa ei ole tarpeeksi vettä teolliseen tuotantoon ja kasteluun.

Hydrosfäärin eri komponentit osallistuvat veden kiertokulkuun eri tavoin ja eri nopeuksilla. Veden täydellinen uusiutuminen jäätikköissä kestää 8000 vuotta, pohjaveden - 5000 vuotta, valtamerten - 3000 vuotta, maaperän - 1 vuoden. Ilmakehän höyryt ja jokivedet uusiutuvat täysin 10-12 päivässä. Veden kiertokulku luonnossa kestää noin miljoona vuotta.

Happikierto Happi on yksi runsaimmista alkuaineista biosfäärissä. Ilmakehän happipitoisuus on lähes 21 %. Happi on osa vesimolekyylejä, osa eläviä organismeja (proteiinit, rasvat, hiilihydraatit, nukleiinihapot). Tuottajat (vihreät kasvit) tuottavat happea. Otsonilla on tärkeä rooli happikierrossa. Otsonikerros sijaitsee 20-30 km merenpinnan yläpuolella. Ilmakehän happipitoisuuteen vaikuttavat kaksi pääprosessia: 1) fotosynteesi 2) orgaanisen aineen hajoaminen, jossa sitä kulutetaan.

Happikierto on hidas prosessi. Kestää noin 2000 vuotta ennen kuin kaikki ilmakehän happi uusiutuu kokonaan. Vertailun vuoksi: hiilidioksidin täydellinen uusiutuminen ilmakehässä kestää noin 3 vuotta. Happea kulutetaan useimpien elävien organismien hengittämiseen. Happea käytetään polttoaineen polttamiseen polttomoottorissa, lämpövoimaloiden uuneissa, lentokoneiden ja ohjusmoottoreissa jne. Ihmisen aiheuttama lisäkulutus voi häiritä happikierron tasapainoa. Toistaiseksi biosfääri kompensoi ihmisen väliintuloa: tappiot korvataan vihreillä kasveilla. Kun metsäpinta-ala pienenee edelleen ja polttoainetta poltetaan yhä enemmän, ilmakehän happipitoisuus alkaa laskea.

ON TÄRKEÄÄ!!! Kun happipitoisuus ilmassa laskee 16 prosenttiin, ihmisen terveys huononee (erityisesti sydän kärsii), jopa 7% - henkilö menettää tajuntansa, jopa 3% - kuolema tapahtuu.

Hiilen kiertokulku

Hiilikierto Hiili on orgaanisten yhdisteiden perusta, se on osa kaikkia eläviä organismeja proteiinien, rasvojen, hiilihydraattien muodossa. Hiili pääsee ilmakehään hiilidioksidin muodossa. Ilmakehässä, jossa suurin osa hiilidioksidista on keskittynyt, tapahtuu jatkuvaa vaihtoa: kasvit imevät hiilidioksidia fotosynteesin aikana, ja kaikki organismit vapauttavat sitä hengityksen aikana. Jopa 50 % hiilidioksidin muodossa olevasta hiilestä palautetaan ilmakehään hajottajilla - maaperän mikro-organismeilla. Hiili poistuu kierrosta kalsiumkarbonaatin muodossa.

Ihmisen vaikutus hiilen kiertoon Ihmisen aiheuttama ihmisen toiminta häiritsee hiilikierron luonnollista tasapainoa: 1) fossiilisten polttoaineiden polttaminen vapauttaa vuosittain noin 6 miljardia tonnia hiilidioksidia ilmakehään: a) Sähköntuotanto CHP-laitoksilla b) Pakokaasut autoista 2) metsien tuhoaminen. Viimeisen 100 vuoden aikana ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on kasvanut tasaisesti ja nopeasti. Hiilidioksidi + metaani + vesihöyry + otsoni + typen oksidit = kasvihuonekaasu. Seurauksena - kasvihuoneilmiö - ilmaston lämpeneminen, joka voi johtaa laajoihin luonnonkatastrofeihin.

Typen kierto Vapaassa muodossa typpi on osa ilmaa - 78 %. Typpi on yksi organismien elämän tärkeimmistä alkuaineista. Typpi on osa kaikkia proteiineja. Typpimolekyyli on erittäin vahva, ja tästä syystä useimmat organismit eivät pysty ottamaan vastaan ​​ilmakehän typpeä. Elävät organismit omaksuvat typpeä vain yhdisteiden muodossa vedyn ja hapen kanssa. Typen sitoutuminen kemiallisiksi yhdisteiksi tapahtuu tulivuoren ja ukkosmyrskyjen toiminnan seurauksena, mutta enimmäkseen mikro-organismien - typen kiinnittäjien (typpeä sitovien bakteerien ja sinilevien) toiminnan seurauksena.

Typpi pääsee kasvien juuriin nitraattien muodossa, joita käytetään orgaanisten aineiden (proteiinien) synteesiin. Eläimet kuluttavat typpeä kasvi- tai eläinruoasta. Typen paluu ilmakehään tapahtuu kuolleiden orgaanisten aineiden tuhoutumisen seurauksena. Maaperän bakteerit hajottavat proteiineja epäorgaanisiksi aineiksi - kaasuiksi - ammoniakiksi, typen oksideiksi, jotka pääsevät ilmakehään. Vesistöihin päässyt typpi kulkee myös ravintoketjujen ”kasvi-eläin-mikro-organismit” läpi ja palaa ilmakehään.

Ihmisen vaikutus typen kiertoon Ihmisen aiheuttama toiminta häiritsee typen kiertokulkua. Maata kynnettäessä mikro-organismien - typen kiinnittäjien aktiivisuus vähenee lähes 5 kertaa, minkä vuoksi maaperän typpipitoisuus laskee, mikä johtaa maaperän hedelmällisyyden laskuun. Siksi ihminen lisää maaperään ylimääräisiä nitraatteja, jotka sisältyvät mineraalilannoitteisiin. Suuri määrä typen oksideja pääsee ilmakehään kaasun, öljyn, hiilen palamisen ja käsittelyn aikana ja putoaa happosateen muodossa. Luonnollisen typen kierron palauttaminen on mahdollista vähentämällä typpilannoitteiden tuotantoa, vähentämällä teollisia typen oksidien päästöjä ilmakehään jne.

Fosforin kierto

Toisin kuin veden, hiilen, typen ja hapen kierrot, jotka ovat suljettuja, fosforin kierto on avoin. fosfori ei muodosta haihtuvia yhdisteitä, jotka pääsevät ilmakehään. Fosforia on kivissä, josta se pääsee ekosysteemeihin kivien luonnollisen tuhoutumisen yhteydessä tai kun pelloille levitetään fosforilannoitteita. Kasvit imevät itseensä epäorgaanisia fosforiyhdisteitä, ja näistä kasveista ruokkivat eläimet keräävät fosforia kudoksiinsa. Eläinten ja kasvien kuolleiden ruumiiden hajoamisen jälkeen kaikki fosfori ei ole mukana verenkierrossa. Osa siitä huuhtoutuu maaperästä vesistöihin (jokiin, järviin, meriin) ja laskeutuu pohjaan. Fosfori palaa maihin pieninä määrinä ihmisten pyytämien kalojen mukana.

Ihmisen vaikutus fosforin kiertoon Fosforin siirtyminen maalta valtameriin on lisääntynyt huomattavasti ihmisen vaikutuksesta. Metsien tuhoutumisen, maaperän kyntämisen myötä pintaveden virtausmäärä kasvaa, ja lisäksi jokiin ja järviin toimitetaan pellolta fosforilannoitteita. Koska fosforivarat maalla ovat rajalliset ja sen palauttaminen merestä vaikeaa, maataloudessa saattaa tulevaisuudessa olla puutetta fosforista, mikä aiheuttaa satojen (ensisijaisesti viljakasvien) laskua.

Mikä tahansa elämä vaatii jatkuvaa energian ja aineen virtausta. Energiaa käytetään elämän perusreaktioiden toteuttamiseen, ainetta käytetään eliöiden runkojen rakentamiseen. Luonnollisten ekosysteemien olemassaoloon liittyy monimutkaisia ​​materiaali- ja energiavaihtoprosesseja elävän ja elottoman luonnon välillä. Prosessit eivät riipu pelkästään bioottisten aineiden koostumuksesta, vaan myös fyysisestä ympäristöstä.

Energian ja aineen virtoja pidetään ekologiassa energian ja aineen siirtymisenä ulkopuolelta autotrofeihin ja edelleen ravintoketjuja pitkin trofitason organismeilta toiselle.

Energian virtaus yhteisössä on energian siirtymistä yhden tason organismeista toiselle orgaanisten yhdisteiden kemiallisten sidosten muodossa.

Aineen virtaus on aineen liikkumista kemiallisten alkuaineiden ja niiden yhdisteiden muodossa tuottajilta pelkistimille ja sitten ilman elävien organismien osallistumista tapahtuvien kemiallisten reaktioiden kautta takaisin tuottajille.

Aineen virtaus tapahtuu suljetussa kierrossa, minkä vuoksi sitä kutsutaan sykli.

Aineen virtausta ja energian virtausta- eivät ole identtisiä käsitteitä, vaikka aineen virtauksen mittaamiseen käytetään usein erilaisia ​​energiaekvivalenttia (kalorit, kilokalorit, jouleet).

Perimmäinen ero aine- ja energiavirtojen välillä ekosysteemissä on se, että orgaanista ainetta muodostavat biogeeniset alkuaineet (typpi, hiili, fosfori jne.) voivat toistuvasti osallistua aineen kiertokulkuun, kun taas energiavirta on yksisuuntaista ja peruuttamatonta. .

Kaikkien ekosysteemien olemassaolo riippuu jatkuvasta energiavirrasta, jota kaikki organismit tarvitsevat elämänsä ja itsensä lisääntymisen ylläpitämiseksi.

Pääasiallinen energiansiirron kanava yhteisössä on ravintoketju. Kun siirryt pois alkutuottajasta, energian virtaus heikkenee jyrkästi - energian määrä vähenee.

Harjoittele

Laske 10 %:n säännön avulla 4. troofiselle tasolle tulevan energian osuus olettaen, että sen kokonaismäärä ensimmäisellä tasolla on 100 yksikköä.

Aineiden kierto ja energian muuntaminen- välttämätön edellytys minkä tahansa ekosysteemin olemassaololle. Aineiden ja energian kuljetus ravintoketjuissa ekosysteemissä.

Ekosysteemi voi varmistaa aineen kierron vain, jos se sisältää tarvittavat neljä komponenttia: ravintovarastot, tuottajat, kuluttajat ja supistimet

Riisi. 1. Keskeiset ekosysteemikomponentit

Tämä rakenne koostuu useista organismiryhmistä, joista jokainen suorittaa tietyn työn ainekierrossa. Yhteen tällaiseen linkkimuotoon kuuluvat organismit trofinen taso, ja trofisten tasojen välille muodostuu peräkkäisiä yhteyksiä virtapiirit, tai troofiset ketjut. Ekosysteemiin kuuluu erottuvia organismeja ruokinnan kautta - autotrofit ja heterotrofit.

Autotrofit(itseravitsevat) - organismit, jotka muodostavat kehonsa orgaanisen aineen epäorgaanisista aineista - pääasiassa hiilidioksidista ja vedestä - fotosynteesin ja kemosynteesin kautta. Fotosynteesiä suorittavat fotoautotrofit - kaikki klorofylliä sisältävät (vihreät) kasvit ja mikro-organismit. Kemosynteesiä havaitaan joissakin maa- ja vesibakteereissa, jotka eivät käytä auringonvaloa energialähteenä, vaan useiden aineiden - vedyn, rikin, rikkivedyn, ammoniakin ja raudan - entsymaattista hapetusta.

Heterotrofit(muiden ruokkiminen) - organismit, jotka kuluttavat muiden organismien valmiita orgaanisia aineita ja niiden jätetuotteita. Nämä ovat kaikki eläimiä, sieniä ja suurinta osaa bakteereista.

Toisin kuin tuottajaautotrofit, heterotrofit toimivat orgaanisten aineiden kuluttajina ja tuhoajina (tuhoajina). Riippuen ravinnon lähteistä ja tuhoamiseen osallistumisesta, ne jaetaan kuluttajiin ja vähentäjiin.

Kulutukset - eliöiden orgaanisen aineksen kuluttajat. Nämä sisältävät:

Ensimmäisen luokan kuluttajat - kasvinsyöjäeläimet (fytofagit), syömällä eläviä kasveja (kirvoja, heinäsirkkaa, hanhia, lampaita, peuroja, norsuja);

Toisen asteen kuluttajat - lihansyöjät (eläintarha), muiden eläinten syöminen - erilaiset saalistajat (petolliset hyönteiset, hyönteisiä syövät ja saalistajat linnut, saalistajat matelijat ja eläimet), jotka hyökkäävät kasvifaagien lisäksi myös muihin petoeläimiin. On monia eläimiä, joilla on sekaruokavalio ja jotka syövät sekä kasvi- että eläinravintoa – lihansyöjiä, kasvinsyöjiä ja kaikkiruokaisia. Luokan I ja II kulutustavarat miehittävät ekosysteemin toisen, kolmannen ja joskus seuraavan troofisen tason.

Vähentimet - bakteerit ja alemmat sienet - täydentävät kuluttajien ja saprofagien tuhoavaa työtä viemällä orgaanisen aineen hajoamisen täydelliseen mineralisaatioon ja palauttamalla molekyylin typen, mineraalielementit ja viimeiset hiilidioksidin osat ekosysteemiympäristöön.

Ekosysteemin kestävyys. Ekosysteemien kestävyyden riippuvuus niissä asuvien lajien lukumäärästä ja ravintoketjujen pituudesta: mitä enemmän lajeja, ravintoketjuja, sitä vakaampi ekosysteemi ainekierrosta.

Keinotekoinen ekosysteemi- luotu ihmisen toiminnan seurauksena. Esimerkkejä keinotekoisista ekosysteemeistä: puisto, pelto, puutarha, kasvimaa.

Erot keinotekoisen ja luonnollisen ekosysteemin välillä:

Pieni määrä lajeja (esim. vehnä ja jotkut rikkakasvit vehnäpellolla ja siihen liittyvät eläimet);

Yhden tai useamman lajin organismien vallitsevuus (vehnä pellolla);

Lyhyet ravintoketjut pienestä lajimäärästä johtuen;

Aineiden sulkematon kierto johtuen orgaanisten aineiden merkittävästä poistosta ja niiden poistamisesta kierrosta sadon muodossa;

Alhainen vakaus ja kyvyttömyys elää itsenäisesti ilman ihmisen tukea.

Riisi. 14.5... Sulmmarin energiavirta (tummat nuolet) ja aineen kiertokulku (vaaleat nuolet) ekosysteemissä.

Siten ekosysteemin perusta on autotrofiset organismit - tuottajat(tuottajat, luojat), jotka fotosynteesin prosessissa luovat energiarikasta ruokaa - primaarista orgaanista ainetta. Maan ekosysteemeissä tärkein rooli on korkeammilla kasveilla, jotka muodostaen orgaanista ainetta synnyttävät kaikki ekosysteemin troofiset yhteydet, toimivat substraattina monille eläimille, sienille ja mikro-organismeille ja vaikuttavat aktiivisesti biotoopin mikroilmastoon. Vesiekosysteemeissä levät ovat pääasiallinen orgaanisen aineksen tuottaja.

Valmiita orgaanisia aineita käytetään heterotrofien energian saamiseksi ja keräämiseksi kuluttajat(kuluttajat). Heterotrofeihin kuuluvat kasvinsyöjäeläimet (ensimmäisen asteen kuluttajat), kasvinsyöjämuodoista elävät lihansyöjät (2. asteen kuluttajat), muita lihansyöjiä syövät (3. luokan kuluttajat) jne.

Erityinen kuluttajaryhmä ovat supistimet(tuhoajat tai] tuhoajat), hajottavat tuottajien ja kuluttajien orgaaniset jäämät yksinkertaisiksi epäorgaanisiksi yhdisteiksi, joita tuottajat sitten käyttävät. Pelkistäviä aineita ovat pääasiassa mikro-organismit - bakteerit ja sienet. Maan ekosysteemeissä maaperän hajottajat ovat erityisen tärkeitä, ja ne tuovat kuolleiden kasvien orgaanista ainesta yleiseen kiertoon (ne kuluttavat jopa 90 % metsän alkutuotannosta). Siten jokaisella elävällä organismilla ekosysteemissä on tietty ekologinen markkinarako (paikka) monimutkaisessa ekologisten suhteiden järjestelmässä muiden organismien ja abioottisten ympäristöolosuhteiden kanssa.

Ravintoketjut (verkot) ja trofiset tasot. Minkä tahansa ekosysteemin perusta, sen perusta on ruoka (trofia) ja siihen liittyvät energiayhteydet. Ne siirtävät jatkuvasti aineita ja energiaa, jotka sisältyvät pääasiassa kasvien tuottamaan ruokaan.

Kasvien tuottaman ruoan potentiaalisen energian siirtymistä useiden organismien kautta syömällä toisia lajeja kutsutaan nimellä virtapiiri tai ravintoketju, ja jokainen sen linkki - trofinen taso(kuva 14.6).

Riisi. 14.6... Afrikan savannin ravintoketju.

Riisi. 14.7. Sähköverkot ekologisessa järjestelmässä.

Ravintoketjuja on kahta päätyyppiä - laiduntaminen (laiduntamis- tai kulutusketjut) ja detritaaliketju (hajoamisketjut). Laitumien ketjut alkavat tuottajat: apila -> kani -> susi; kasviplanktoni (levät) -> eläinplankton (alkueläimet) -> särki -> hauki - > kalasääski.

Rikaketjut aloittaa kasvi- ja eläintähteistä, eläinten ulosteista - detritus; mene mikro-organismeihin, jotka ruokkivat niitä, ja sitten pieniin eläimiin (detritofagit) ja niiden kuluttajiin - petoeläimiin. Raakaketjut ovat yleisimpiä metsissä, joissa suurin osa (yli 90 %) kasvibiomassan vuotuisesta lisäyksestä ei kulu suoraan kasvinsyöjäeläimet, vaan ne kuolevat hajoamisen (saprotrofiset organismit) ja mineralisoitumisen kautta. Tyypillinen esimerkki haitallisesta ravintosuhteesta metsissämme on seuraava: lehtikuivike - > kastemato -> mustarastas > Sparrowhawk. Kastematojen lisäksi tuhonsyöjiä ovat metsätäit, kellot, jousihännät, sukkulamadot jne.

Ekologiset pyramidit. Jokaisen biogeocenoosin ravintoverkkoilla on hyvin määritelty rakenne. Sille on ominaista organismien lukumäärä, koko ja kokonaismassa – biomassa – jokaisella ravintoketjun tasolla. Laitumien ravintoketjuille on ominaista väestötiheyden, lisääntymisnopeuden ja biomassan tuottavuuden kasvu. Biomassan väheneminen siirtymisen aikana elintarviketasolta toiselle johtuu siitä, että kuluttajat eivät omaksu kaikkea ruokaa. Joten esimerkiksi lehtiä syövässä toukalla vain puolet kasvimateriaalista imeytyy suolistossa, loput erittyvät ulosteiden muodossa. Lisäksi suurin osa suolistosta imeytyvistä ravintoaineista kuluu hengitykseen, ja vain 10-15 % käytetään lopulta uusien toukkasolujen ja kudosten rakentamiseen. Tästä syystä organismien tuotanto kullakin myöhemmällä trofiatasolla on aina pienempi (keskimäärin 10 kertaa) kuin edellisen tuotanto, eli ravintoketjun jokaisen seuraavan lenkin massa pienenee asteittain. Tämä malli on nimetty ekologinen pyramidisääntö(kuva 14.8).

Riisi, 14.8. Yksinkertaistettu ekologinen pyramidi.

On kolme tapaa piirtää ekologisia pyramideja:

1. Numeroiden pyramidi kuvastaa ekosysteemin eri troofisten tasojen yksilöiden numeerista suhdetta. Jos samalla tai eri trofiatasoilla olevien organismien koko vaihtelee suuresti, numeropyramidi antaa vääristyneitä käsityksiä troofisten tasojen todellisista suhteista. Esimerkiksi planktonyhteisössä tuottajien määrä on kymmeniä ja satoja kertoja suurempi kuin kuluttajien lukumäärä, ja metsässä sadat tuhannet kuluttajat voivat ruokkia yhden puun eli tuottajan elimiä.

2. Biomassapyramidi osoittaa elävän aineen tai biomassan määrän kullakin troofisella tasolla. Useimmissa maaekosysteemeissä tuottajien biomassa eli kasvien kokonaismassa on suurin, ja kunkin seuraavan troofisen tason organismien biomassa on edellistä pienempi. Joissakin yhteisöissä ensiluokkaisten kuluttajien biomassa on kuitenkin suurempi kuin tuottajien biomassa. Esimerkiksi valtamerissä, joissa päätuottajat ovat korkean lisääntymisnopeuden omaavat yksisoluiset levät, niiden vuotuinen tuotanto voi ylittää biomassavarannon kymmeniä tai jopa satoja kertoja. Samalla kaikki levien muodostamat tuotteet ovat niin nopeasti mukana ravintoketjussa, että leväbiomassan kertyminen on vähäistä, mutta suurten lisääntymisnopeuksien vuoksi niiden pieni määrä riittää ylläpitämään orgaanisen aineksen nopeutta. virkistys. Tässä suhteessa valtameren biomassapyramidilla on käänteinen suhde, eli "käänteinen". Korkeammilla trofiatasoilla vallitsee taipumus biomassan kertymiseen, koska petoeläinten elinikä on pitkä, sukupolvien vaihtuvuus päinvastoin alhainen ja merkittävä osa ravintoketjuihin päätyneestä aineesta säilyvät kehossaan.

3. Energiapyramidi heijastaa ravintoketjun energiavirran määrää. Yksilöiden koko ei vaikuta tämän pyramidin muotoon, ja se on aina kolmion muotoinen, jonka pohjassa on leveä pohja, kuten termodynamiikan toinen pääsääntö määrää. Siksi energiapyramidi antaa täydellisimmän ja tarkimman käsityksen yhteisön toiminnallisesta organisaatiosta, kaikista ekosysteemin aineenvaihduntaprosesseista. Jos luku- ja biomassojen pyramidit heijastavat ekosysteemin statiikkaa (eliöiden lukumäärää ja biomassaa tietyllä hetkellä), niin energiapyramidi on ruokamassan kulkemisen dynamiikka ravintoketjun läpi. Siten luku- ja biomassojen pyramidien kanta voi olla suurempi tai pienempi kuin myöhemmät troofiset tasot (riippuen tuottajien ja kuluttajien suhteesta eri ekosysteemeissä). Energiapyramidi kapenee aina ylöspäin. Tämä johtuu siitä, että hengitykseen käytetty energia ei siirry seuraavalle troofiselle tasolle ja poistuu ekosysteemistä. Siksi jokainen seuraava taso on aina pienempi kuin edellinen. Maan ekosysteemeissä käytettävissä olevan energian määrän vähenemiseen liittyy yleensä yksilöiden lukumäärän ja biomassan väheneminen kullakin trofiatasolla. Uusien kudosten rakentamiseen ja organismien hengitykseen liittyvien suurten energiahäviöiden vuoksi ravintoketjut eivät voi olla pitkiä; ne koostuvat yleensä 3-5 linkistä (trofiset tasot).

Ekosysteemien tuottavuuden lakien tuntemus, kyky kvantifioida energian virtaus ovat käytännönläheisiä, sillä luonnollisten ja keinotekoisten yhteisöjen tuotteet (agroienoses) ovat ihmiskunnan pääasiallinen ravinnonlähde. Tarkat laskelmat energiavirrasta ja ekosysteemien tuottavuuden mittakaavasta mahdollistavat aineiden kierron säätelyn niissä siten, että saavutetaan suurin ihmiselle välttämätön tuotesaanto.

Elävän ja elottoman luonnon välisen suhteen jäljittämiseksi on välttämätöntä ymmärtää, kuinka aineiden kierto biosfäärissä tapahtuu.

Merkitys

Aineiden kierto on samojen aineiden toistuvaa osallistumista litosfäärissä, hydrosfäärissä ja ilmakehässä tapahtuviin prosesseihin.

Aineiden kiertoa on kahdenlaisia:

• geologinen(suuri levikki);
• biologinen(pieni levikki).

Aineiden geologisen kierron liikkeellepaneva voima ovat ulkoiset (auringon säteily, painovoima) ja sisäiset (Maan sisäosan energia, lämpötila, paine) geologiset prosessit, biologiset - elävien olentojen toiminta.

Suuri kierto tapahtuu ilman elävien organismien osallistumista. Ulkoisten ja sisäisten tekijöiden vaikutuksesta helpotus muodostuu ja tasoittuu. Maanjäristysten, sään, tulivuorenpurkausten, maankuoren liikkeen seurauksena muodostuu laaksoja, vuoria, jokia, kukkuloita ja muodostuu geologisia kerroksia.

Riisi. 1. Geologinen kiertokulku.

Aineiden biologinen kierto biosfäärissä tapahtuu elävien organismien osallistuessa, jotka muuttavat ja siirtävät energiaa ravintoketjua pitkin. Elävien (bioottisten) ja elottomien (abioottisten) aineiden välistä vakaata vuorovaikutusjärjestelmää kutsutaan biogeocenoosiksi.

TOP-3 artikkeliajotka lukevat tämän mukana

Jotta aineiden kierto tapahtuisi, useita ehtoja on täytettävä:

• noin 40 kemiallisen alkuaineen läsnäolo;
• aurinkoenergian läsnäolo;
• elävien organismien vuorovaikutus.

Riisi. 2. Biologinen verenkierto.

Aineiden kierrolla ei ole varmaa lähtökohtaa. Prosessi on jatkuva ja yksi vaihe siirtyy poikkeuksetta toiseen. Voit alkaa katsoa sykliä mistä tahansa kohdasta, olemus pysyy samana.

Aineiden yleinen kierto sisältää seuraavat prosessit:

• fotosynteesi;
• aineenvaihdunta;
• hajoaminen.

Kasvit, jotka ovat ravintoketjun tuottajia, muuttavat aurinkoenergian orgaaniseksi aineeksi, joka pääsee ruoan mukana hajoavien eläinten elimistöön. Kuoleman jälkeen kasvit ja eläimet hajoavat kuluttajien - bakteerien, sienten, matojen - avulla.

Riisi. 3. Ravintoketju.

Aineiden kiertokulku

Riippuen aineiden sijainnista luonnossa, ne vapautuvat kaksi kiertotyyppiä:

• kaasua- esiintyy hydrosfäärissä ja ilmakehässä (happi, typpi, hiili);
• kerrostunut- esiintyy maankuoressa (kalsium, rauta, fosfori).

Aineiden ja energian kiertokulku biosfäärissä on kuvattu taulukossa useiden alkuaineiden esimerkillä.

Aineiden kierron pysähtyminen luonnossa tarkoittaa elämänkulun häiriintymistä. Jotta elämä jatkuisi, on välttämätöntä, että energia kulkee läpi syklin syklin jälkeen.

Mitä olemme oppineet?

Oppitunnilla he oppivat biosfäärin suuren ja pienen aineiden kierron olemuksesta, elottoman luonnon vuorovaikutuksesta elävien organismien kanssa ja huomioivat myös veden, hiilen, typen, hapen, rikin ja fosforin kiertokulkua.

Testi aiheittain

Raportin arviointi

Keskimääräinen arvio: 4.5. Saatujen arvioiden kokonaismäärä: 129.