La circulación biogeoquímica de las sustancias en la biosfera es el proceso natural más importante del intercambio continuo de diversos elementos entre el medio inanimado y los organismos (animales, plantas, etc.) Todo se basa en sus características fundamentales. Los más importantes incluyen la capacidad de metabolizar, de reproducirse, de transferir propiedades hereditarias.
Ciclo biogeoquímico del nitrógeno
Cada elemento tiene su propio significado. El nitrógeno juega un papel importante en la composición de varios compuestos orgánicos. A pesar del alto porcentaje de nitrógeno en la atmósfera, no está disponible para plantas y animales. Hay razones para esto. Energéticamente, es más beneficioso para las plantas usar nitrógeno mineral y para los animales, como parte de los compuestos orgánicos.
El nitrógeno molecular de la atmósfera se une a los microorganismos fijadores de nitrógeno y contribuye a su acumulación en el suelo en forma de amoníaco. Otros usan nitrógeno de organismos muertos. También contribuyen a la acumulación de amoníaco. Se convierte en nitratos, que son utilizados activamente por las plantas. Estas son, en términos generales, las características de la biogeoquímicaciclo del nitrógeno. Considere también el proceso de metabolismo de otras sustancias naturales.
Características del ciclo biogeoquímico del carbono, azufre y fósforo
Estos elementos químicos son necesarios para todo organismo vivo. Sin embargo, sus necesidades vitales no acaban ahí. Por lo tanto, los macronutrientes están involucrados en un pequeño ciclo biológico (la necesidad de los organismos es bastante grande): potasio, magnesio, sodio; así como oligoelementos: boro, manganeso, cloro, etc.
Entran a las plantas desde el suelo, aunque a menudo con precipitaciones. Como parte de la fitomasa, el carbono, el azufre y el fósforo son consumidos por los consumidores herbívoros y así ingresan a las cadenas tróficas. Sin embargo, algunos animales satisfacen la necesidad de estos elementos sin pasar por las plantas. Los ungulados visitan los lamederos de sal, roen el suelo o comen excrementos, huesos viejos. Los animales marinos absorben la sal directamente del agua. En el proceso de mineralización de los residuos muertos, los microorganismos devuelven elementos químicos al suelo y al agua. Así, sus actividades contribuyen al enriquecimiento del medio ambiente con nutrientes.
Equilibrio del ecosistema
En un ciclo biogeoquímico pequeño en la biosfera, una circunstancia importante es su completitud. En el ecosistema, la entrada y salida de elementos está equilibrada, mientras que las dificultades surgen principalmente con elementos que están reservados en el suelo.
El equilibrio del flujo de materia y energía determina la estabilidad del ecosistema - su homeostasis. La biosfera utiliza fuentes externas de energía, queasegura su orden y estructura bastante compleja. Las plantas convierten la energía de la luz dispersa en un estado concentrado de energía de enlace químico.
Al mismo tiempo, tanto la extracción de energía del medio ambiente como su transformación no dan lugar a la formación de residuos.
Influencia de las actividades humanas en los procesos biosféricos
La intervención humana en los ciclos biogeoquímicos se realiza de diversas formas. En primer lugar, esta es la destrucción del biocomponente del ecosistema (destrucción de plantas o cambio del territorio durante la extracción de portadores de energía). Cuando se quema materia orgánica, la energía de un estado concentrado pasa a uno disperso, lo que conduce a la contaminación térmica por aerosoles y productos gaseosos de la combustión. En un ecosistema natural, los átomos involucrados en los ciclos biogeoquímicos se utilizan repetidamente. Esto se ve facilitado por la participación en los ciclos de elementos biogénicos ligeros que componen la sustancia vital.
La intervención humana implica introducir en el medio ambiente no solo una cantidad adicional de sus elementos inherentes, sino también nuevos compuestos químicos, incluidos los sintetizados por el hombre. Muchos de estos son absorbidos por las plantas y luego pasan a la cadena alimenticia.
Un ejemplo es el plomo, los compuestos de mercurio, el arsénico, etc. La ingesta de tales sustancias interrumpe el ciclo natural, cambiando el equilibrio de los elementos, o conduce a su acumulación en los organismos vivos, reduciendo su productividad o causando la muerte. Especialmentelos pesticidas y los metales pesados tienen un fuerte efecto destructivo. Así, la estabilidad del ecosistema, su homeostasis puede ser violada directa o indirectamente por las actividades humanas.
Pirámide ecológica
Pasemos a los patrones de funcionamiento más importantes del ecosistema y los ciclos biogeoquímicos. Usemos el principio de la pirámide ecológica para esto. Se construye sobre la base de la masa biológica de las ecuaciones tróficas. El área de cualquier parte de dicha pirámide es aproximadamente igual a la masa de la sustancia. Dado que los organismos construyen su nivel utilizando el anterior, esta área debería disminuir gradualmente. Tal reducción de cada nivel puede multiplicarse por diez.
Por ejemplo, la pirámide ecológica, característica de los ecosistemas terrestres, en los que los productores son plantas perennes, tienen una gran biomasa, aunque el proceso de producción no es de la máxima intensidad. Se equilibra con el aumento anual de la masa de animales herbívoros. El patrón de formación de la masa orgánica se llama la regla de la pirámide. Hay otras variedades.
Pirámide invertida
Tomemos el ecosistema de los cuerpos de agua. La pirámide construida para ellos puede verse un poco diferente. Parece que está al revés. El hecho es que las algas de vida corta se multiplican muy rápidamente, pero los consumidores las consumen con la misma intensidad. Por lo tanto, la biomasa registrada simultáneamente en este caso no refleja la intensidad del proceso de producción en el período favorable del año. Si tenemos en cuenta que los grandes consumidores (pescado,crustáceos) se acumulan y se comen más lentamente, la masa total de consumidores es mayor.
El proceso de producción en el ecosistema permite su funcionamiento exitoso. Determina la naturaleza del flujo de energía en la biosfera. Como saben, los organismos vivos son sus consumidores. La energía luminosa del sol es utilizada por las plantas verdes y conduce a la formación de moléculas orgánicas, donde se almacena en forma de enlaces químicos. Parte de ella se libera durante la respiración de las plantas y las utilizan para el crecimiento, la absorción y el movimiento de sustancias. Así se lleva a cabo el ciclo biogeoquímico.
Intercambio de energía
Como sabes, hay leyes de la termodinámica. Parte de la energía se pierde, desprendiendo calor. Esta es la operación de una de las leyes. Afirma la pérdida obligatoria de energía en el proceso de su transformación de un tipo a otro. Cuando se acumula en la materia vegetal, es utilizada por los animales.
La división de moléculas va acompañada de la liberación de energía. Una parte importante se utiliza en el proceso de vida de los animales, pasando de una forma a otra. Estos son los procesos de biosíntesis y acumulación de energía de nuevos enlaces. Estas son mecánicas, eléctricas, térmicas y otros tipos de energía. Durante su transformación, se vuelve a perder una parte, desprendiendo calor. La energía se mueve gradualmente a otro nivel. Al mismo tiempo, su pérdida también se produce al desechar una parte de los alimentos no digeridos (excrementos) y en los desechos orgánicos del metabolismo (excrementos).
Procesoconsumo de energía
El caos es raro en la naturaleza, por lo general todo está en orden. Prestemos atención a algunos patrones cuantitativos del proceso de uso y conversión de energía. En la primera etapa, las plantas utilizan en promedio alrededor del 1% de sus ingresos. A veces esta cifra alcanza el 2%. En las condiciones menos favorables, desciende al 0,1%. Cuando la energía se transfiere de productores a consumidores de primer orden, la eficiencia alcanza el 10%.
Los carnívoros parecen digerir los alimentos de manera más eficiente. Esto se debe a las peculiaridades de la composición química de los alimentos y la facilidad de digestión por parte de los animales. Sin embargo, ya a nivel de consumidores de tercer orden, la cantidad de energía entrante es muy pequeña y se caracteriza por milésimas de los valores iniciales.
