Въведение в биогеохимичните цикли

Научи за кръговрата на веществата и химичните елементи в екосистемите чрез биогеохимичните цикли.

Основни идеи

Енергията тече през една екосистема и се разсейва като топлина, но химичните елементи се рециклират.
Начинът, по който един елемент — или съединение като водата – се движи между различните си биологични и небиологични форми и местоположения в биосферата, се нарича биогеохимичен цикъл.
Биогеохимични цикли, важни за живите организми, включват кръговратите на водата, на въглерода, на азота, на фосфора и на сярата.

Въведение

От какво е съставено твоето тяло? Казано най-общо: от атоми. Много и много атоми. Около 7 000 000 000 000 000 000 000 000 000, за да сме точни.

^{1}

, От къде идват всички тези атоми?

Ако наистина се върнем назад, повечето от елементите, които изграждат нашите тела — и тези на всяко друго живо същество! — са били родени в умиращи звезди преди милиарди години. Това е много готино, но не обхваща пълната картина. Какво са правили атомите на твоето тяло в последно време, през тяхното време на Земята?

Енергията тече, но материята се рециклира.

Енергията тече насочено в екосистемите на Земята, обикновено влиза под формата на слънчева светлина и излиза под формата на топлина. Обаче химическите компоненти, които съставят живите организми, са различни: те се рециклират.

Какво означава това? Първо, атомите в тялото ти не са чисто нови. Вместо това те са се движили в цикли из биосферата дълго, дълго време, и са били част от много организми и неорганични съединения през това време. Може да вярваш, или да не вярваш, в прераждането в духовен смисъл, но няма съмнение, че атомите в тялото ти са били част от огромен брой живи и неживи неща в течение на времето!

В това изображение потокът от енергия е показан с жълти и червени стрелки. Жълтото показва използваема енергия и червеното показва енергия изгубена в неизползваема форма на топлина. Зелените стрелки показват непрекъснатото рециклиране на химически хранителни вещества. Източник на изображението: biogeochimical cycles: Figure 1 от Ева Хорн и Робърт А. Беър; източник на статията е CC от 4,0

Диаграмата по-горе сравнява движението на енергията и материята през екосистемите. Енергията — жълти стрелки – обикновено влиза под формата на слънчева светлина, след това се преобразува във вид на химически връзки от продуценти като растенията и накрая преминава към консументи като животните, които ядат растения или други животни. В крайна сметка растенията и животните умират и енергията на химичните връзки в техните тела и отпадъчни продукти се освобождава от организмите, предизвикващи гниене. При всеки трансфер част от енергията се преобразува в неизползваема форма – топлина (червените стрелки) и накрая цялата енергия се разсейва.

Атомите (зелени стрелки), които изграждат телата на организмите, за разлика от енергията не се изгубват. Въпреки че енергията, съдържаща се във връзките между атомите, може да бъде освободена като топлина, самите атоми остават. Те просто се рециклират, преминават през различни органични вещества и в крайна сметка се връщат отново басейна от неорганични елементи и съединения, включени в тъканите на продуцентите.

Шестте най-често срещани елемента в органичните молекули - въглерод, азот, водород, кислород, фосфор и сяра — приемат различни химични форми. Те могат да се съхраняват за дълги или къси периоди в атмосферата, на сушата, във вода, или под земната повърхност, както и в телата на живи организми. Геоложки процеси като ерозия на скали и почви, дренаж на вода и потъване на континенталните плочи, всички те са имали роля в това рециклиране на материали, както и взаимодействията между организмите.

Начините, по които даден елемент, или в някои случаи съединение като водата, се движи между своите различни живи и неживи форми и местоположения, се нарича биогеохимичен цикъл. Това име отразява значението на химията и геологията, както и биологията, помагайки ни да разберем тези цикли.

Кои биогеохимични цикли са ключови за живота?

Водата, която съдържа водород и кислород, е от съществено значение за живите организми. Това поставя кръговрата на водата доста високо в списъка на циклите, които ни интересуват!

Хидросферата – групата места, където може да се намери вода, докато тя преминава през своя кръговрат на Земята – е голяма и разнообразна. Водата е налична като течност на земната повърхност и под земята, като лед в полярните ледени шапки и ледници и като водна пара в атмосферата. За повече информация за кръговрата на водата между тези форми, виж статията за кръговрата на водата.

Водата съставлява повече от половината от телата ни, но хората не може да живеят само с вода. Освен нея има и други ключови елементи, които поддържат телата ни да работят, и са част от биогеохимичните цикли:

Въглеродът се среща при всички органични макромолекули, а освен това е ключова съставка на изкопаемите горива. Виж статията за кръговрата на въглерода за повече информация.
Азотът е необходим за нашите $ДНК$ ‍, $РНК$ ‍ и протеини и е жизненоважен за селското стопанство. Виж статията за кръговрата на азота за повече информация.
Фосфорът е ключов компонент на $ДНК$ ‍ и $РНК$ ‍ и е една от главните съставки – заедно с азот – в изкуствените торове, използвани в селското стопанство. Виж статията за кръговрата на фосфора за повече информация.
Сярата е ключова за структурата на протеините и се освобождава в атмосферата при изгарянето на изкопаеми горива.

Тези цикли не се случват изолирано и водният цикъл е особено важен двигател на други биогеохимични цикли. Например движението на водата е от решаващо значение за изтичането на азот и фосфор в реки, езера и океани. Океанът също така е основен резервоар - цистерна за съхранение — за въглерод.

Въпреки че всеки елемент или съединение поема свой собствен маршрут, всички тези ключови химически хранителни вещества, циркулират из биосферата, движейки се между биотични — живи — и абиотични — неживи — светове и от един жив организъм в друг.

Източници

Тази статия е производна модификация на следните статии:

"Biogeochemical cycles" от Robert Bear, David Rintoul, Bruce Snyder, Martha Smith-Caldas, Christopher Herren и Eva Horne, CC BY 4.0. Изтегли оригиналната статия безплатно на http://cnx.org/contents/db89c8f8-a27c-4685-ad2a-19d11a2a7e2e@24.18
"Biogeochemical cycles" от OpenStax College, Concepts of Biology, CC BY 4.0. Изтегли оригиналната статия безплатно на http://cnx.org/contents/b3c1e1d2-839c-42b0-a314-e119a8aafbdd@9.10

Изменената статия е лицензирана под разрешително CC BY-NC-SA 4.0.

Цитирани трудове

Brian Kross, "How Many Atoms Are in the Human Body?" Jefferson Lab, accessed June 9, 2016, http://education.jlab.org/qa/mathatom_04.html.

Препратки

"Biogeochemical cycle." Wikipedia. Last modified April 10, 2016. https://en.wikipedia.org/wiki/Biogeochemical_cycle.

Kross, Brian. "How Many Atoms Are in the Human Body?" Jefferson Lab. Accessed June 9, 2016. http://education.jlab.org/qa/mathatom_04.html.

Raven, Peter H., George B. Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, and Susan R. Singer. "Biogeochemical Cycles." In Biology, 1209-1214. 10th ed., AP ed. New York: McGraw-Hill, 2014.

Reece, Jane B., Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, and Robert B. Jackson. "Ecosystems." In Campbell Biology. 10th ed. San Francisco: Pearson, 2011.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.