วัฏจักรชีวภาพคืออะไร? เนื่องจากเป็นระบบปิด จึงทำงานสำเร็จมาหลายพันล้านปี
ลองคิดกันดูว่าวัฏจักรชีวภาพคืออะไร
คุณสมบัติ
พืชที่ตายแล้วและซากของสิ่งมีชีวิตถูกแมลง เชื้อรา แบคทีเรีย และโปรโตซัวแปรรูป สัตว์และพืชค่อยๆ แปรสภาพเป็นสารประกอบอินทรีย์และแร่ธาตุ วัฏจักรชีวภาพเกี่ยวข้องกับการเข้าสู่ดินของสารเหล่านี้และการบริโภคในภายหลังโดยพืช กระบวนการนี้มีลักษณะเฉพาะโดยการปิด, ความต่อเนื่อง, การสลายตัว, การสลายตัวของสารประกอบขั้นสุดท้าย เป็นวงกลมต่อเนื่องที่ควบคุมชีวิตบนโลกใบนี้
ความสำคัญ
วงจรชีวภาพของคาร์บอนในระบบนิเวศบนบกจะพิจารณาโดยใช้ตัวอย่างของฟอสฟอรัสพบธาตุนี้ในปริมาณที่เพียงพอในขอบฟ้าฮิวมัสของดินที่ไม่ถูกรบกวน เช่นเดียวกับในครอกป่า ด้วยวัฏจักรนี้ จึงสามารถสะสมฟอสฟอรัสได้ประมาณ 106-107 ตันในชีวมณฑล phytomass ของทุ่งหญ้าสเตปป์ธรรมชาติมีธาตุนี้ประมาณ 30 กก./เฮกเตอร์ ซึ่งเพียงพอสำหรับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
แลกเปลี่ยนพลังงาน
วงจรชีวภาพเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนพลังงาน สาระสำคัญของมันลดลงจากความจริงที่ว่าพลังงานไม่ได้หายไปในการเปลี่ยนแปลงของห่วงโซ่อาหาร (โภชนาการ) แต่สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงจากประเภทหนึ่งไปอีกประเภทหนึ่ง
พลังงานแสงอาทิตย์ถูกเปลี่ยนกระบวนการในลักษณะเดียวกันในทุกระดับ การใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยตรงเป็นเรื่องปกติสำหรับพืชสีเขียวที่อยู่ในกรอบของการสังเคราะห์ด้วยแสงเท่านั้น
พวกมันสร้างสารประกอบอินทรีย์ (กลูโคส) จากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ และสะสมพลังงาน ใบของพืชรวมอยู่ในกระบวนการทางเคมีนี้เฉพาะเมื่อมีแสงแดดและคลอโรฟิลล์
คุณสมบัติกระบวนการ
ในบางช่วงของการดำรงอยู่ของมนุษย์ วัฏจักรชีวภาพของสารถูกรบกวน เฉพาะส่วนเกินที่ถูกถอนออกไป ซึ่งสะสมเป็นก๊าซ ถ่านหิน น้ำมัน หินปูน และแร่ธาตุอินทรีย์อื่นๆ
ระหว่างการเผาไหม้น้ำมันหรือถ่านหินในเตาหลอม (มอเตอร์) พลังงานจะถูกปล่อยและนำไปใช้ ซึ่งสะสมโดยชีวมณฑลมาเป็นเวลาหลายล้านปี ในอดีตส่วนเกินดังกล่าวไม่ทิ้งขยะในชีวมณฑล ไม่พบผลกระทบด้านลบต่อวัฏจักรชีวภาพ วันนี้แตกต่าง
เฉพาะ
ความหลากหลายของสัตว์มีความสำคัญต่อความสำเร็จของวงจร สายพันธุ์หนึ่งจะไม่สามารถทำลายสารอินทรีย์ของพืชใน biogeocenosis ไปจนถึงผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย มันสลายเพียงบางส่วนเท่านั้น เช่นเดียวกับสารประกอบอินทรีย์บางชนิดที่อยู่ในนั้น เครือข่ายและห่วงโซ่อาหารเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกัน
ใน biocenosis บรรยากาศเป็นสิ่งสำคัญ ช่วยรักษาวัฏจักรของพลังงานและสารชีวภาพ รวมถึงรักษาสมดุลของน้ำ
มลพิษสามารถสลายตัวให้อยู่ในรูปที่เข้าไปเกี่ยวข้องกับวงจรในระยะต่อมาและถูกดูดกลืนโดยสิ่งมีชีวิต
วัฏจักรขึ้นอยู่กับการสลายตัวและการดูดซับมลพิษโดยจุลินทรีย์ มันขึ้นอยู่กับกิจกรรมและปริมาณขององค์ประกอบทางเคมีที่เกี่ยวข้องโดยตรงในวัฏจักร
ระบบนิเวศคือผลรวมของส่วนประกอบอนินทรีย์และอินทรีย์ภายในวัฏจักรชีวภาพของสาร
แผนภาพกระบวนการ
พืชที่ได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์อย่างต่อเนื่องจะสร้างผลิตภัณฑ์หลักจากสารอนินทรีย์ ในวงจรที่เหลือจะมีการเปลี่ยนแปลงและสูญเสียพลังงาน ผู้ผลิต ผู้บริโภค ผู้ย่อยสลายในระบบนิเวศใช้สิ่งมีชีวิตจากการผลิตดั้งเดิม สัตว์กินสิ่งมีชีวิตในระดับต่ำสุดหลายเท่าสำหรับกระบวนการดังกล่าวทำให้จำนวนรวมลดลงพลังงานสำรอง การไหลเวียนเกิดขึ้นจากการปฏิสัมพันธ์ของทั้งสามกลุ่ม
กลุ่มแรกประกอบด้วยโปรดิวเซอร์ ซึ่งรวมถึงพืชสีเขียวที่มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์แสง สารดังกล่าวยังเป็นแบคทีเรียที่มีความสามารถในการสังเคราะห์ทางเคมี พวกมันก่อตัวเป็นอินทรียวัตถุหลัก
กลุ่มที่สอง - ผู้บริโภคคำสั่งแรก พวกเขาเป็นผู้บริโภคอินทรียวัตถุ เหล่านี้รวมถึงผู้ล่าและโปรโตซัว สัตว์ที่จัดว่าเป็นสัตว์กินเนื้อประมาณ 250 สายพันธุ์
กลุ่มที่สาม - ตัวทำลาย (ตัวย่อยสลาย) ซึ่งย่อยสลายอินทรียวัตถุที่ตายแล้วให้เป็นแร่ธาตุ ได้แก่ เชื้อรา แบคทีเรีย และโปรโตซัว การสะสมของพลังงานแสงอาทิตย์เกิดขึ้นที่สาขาจากน้อยไปมากของวัฏจักรเนื่องจากการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชในขั้นตอนนี้สังเคราะห์สารอินทรีย์จากไนโตรเจน น้ำ คาร์บอนไดออกไซด์
การใช้พลังงาน
ชีววิทยาพิจารณาอะไรอีก? การหายใจของพืชมีความสำคัญในนั้น เนื่องจากกระบวนการนี้จะออกซิไดซ์สารอินทรีย์เกือบครึ่งหนึ่งเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ และคืนสู่บรรยากาศ
ตัวแปรที่ใหญ่เป็นอันดับสองของการใช้สารประกอบอินทรีย์และพลังงานสะสมคือการใช้ผู้บริโภคพืชอันดับหนึ่ง พลังงานที่ไฟโตฟาจเก็บไว้กับอาหารจะถูกใช้ไปในชีวิต การหายใจ และการสืบพันธุ์ เธอถูกขับออกมาเป็นอุจจาระ
สัตว์กินพืชเป็นอาหารสำหรับสัตว์กินเนื้อ (ผู้บริโภคที่มีระดับสารอาหารสูงสุด) ในทางกลับกัน พวกเขาสูญเสียพลังงานสะสมเป็นอาหารคล้ายสัตว์กินพืช
ความสัมพันธ์ขององค์ประกอบ
ลิงก์ที่แยกจากกันในระบบนิเวศจะปล่อยสารอินทรีย์ตกค้างสู่สิ่งแวดล้อม พวกเขาทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานและอาหารสำหรับสัตว์ที่มีขนดก (เชื้อรา แบคทีเรีย) ขั้นตอนสุดท้ายของการแปลงคาร์โบไฮเดรตคือกระบวนการทำให้มีความชื้น การเกิดออกซิเดชันของฮิวมัสเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ที่ตามมา และการทำให้เป็นแร่ของเศษเถ้า จากนั้นพวกมันกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศและดินเพื่อเป็นอาหารของพืช
วัฏจักรชีวภาพเป็นกระบวนการต่อเนื่องในการสร้างและทำลายสารประกอบอินทรีย์ รับรู้ได้จากสิ่งมีชีวิตทั้งสามกลุ่ม ชีวิตที่ปราศจากผู้ผลิตเป็นไปไม่ได้ เพราะพวกเขาเป็นพื้นฐานของชีวิต มีเพียงพวกเขาเท่านั้นที่มีความสามารถในการสร้างอินทรียวัตถุหลัก โดยที่วงจรที่ตามมาจะไม่ดำเนินต่อไป
เนื่องจากการบริโภคของผู้บริโภคที่สั่งผลิตขั้นต้นและขั้นรองที่แตกต่างกัน การถ่ายโอนจากสายพันธุ์หนึ่งไปยังอีกสายพันธุ์หนึ่ง ความหลากหลายของรูปแบบจึงเป็นไปได้บนโลก รีดิวเซอร์ที่ย่อยสลายสารอินทรีย์จะกลับสู่ขั้นตอนแรกของวัฏจักร
วัฏจักรขนาดใหญ่ของการอพยพขององค์ประกอบทางเคมีผูกเปลือกนอกของดาวเคราะห์ให้เป็นหนึ่งเดียว อธิบายความต่อเนื่องของวิวัฒนาการ
พลังงานของดวงอาทิตย์ทำหน้าที่เป็นแรงผลักดันของวัฏจักรชีวภาพ กระบวนการหลักที่เอื้อต่อการผลิตสารอินทรีย์คือการสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นไปได้ก็ต่อเมื่อพืชสีเขียวใช้พลังงานแสงอาทิตย์
ใบพืช (autotrophs),ซึ่งสังเคราะห์กลูโคส “อนุรักษ์” พลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นสารประกอบอินทรีย์ การเข้าสู่ชีวมณฑลจากอวกาศ พลังงานสะสมอยู่ในพืช หิน และดิน ดวงอาทิตย์ช่วยให้การไหลเวียนขององค์ประกอบทางเคมีทำให้เกิดสารอนินทรีย์หรืออินทรีย์ในทางกลับกัน
สิ่งสำคัญที่ต้องรู้
นอกจากคาร์บอน ออกซิเจน ไฮโดรเจน และองค์ประกอบที่มีความสำคัญทางชีวภาพอื่นๆ ยังมีส่วนร่วมในวัฏจักรชีวภาพอีกด้วย เช่น แคลเซียม ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส ซิลิคอน โพแทสเซียม โซเดียม กำมะถัน กระบวนการนี้ยังเป็นไปไม่ได้หากไม่มีธาตุ: ไอโอดีน, สังกะสี, โบรมีน, โมลิบดีนัม, เงิน, นิกเกิล, ตะกั่ว, แมกนีเซียม ในรายการธาตุที่สิ่งมีชีวิตดูดกลืน มีแม้กระทั่งสารพิษ เช่น สารหนู ซีลีเนียม ปรอท และส่วนประกอบกัมมันตภาพรังสี (เรเดียม ยูเรเนียม)
ความเร็วรอบ
การแลกเปลี่ยนพลังงานเป็นวัฏจักร การต่ออายุสิ่งมีชีวิตของชีวมณฑลจะดำเนินการหลังจากผ่านไปประมาณ 8 ปี กระบวนการนี้ดำเนินไปเร็วกว่ามากในมหาสมุทร (หลังจาก 33 วัน) ในชั้นบรรยากาศออกซิเจนจะถูกแทนที่ในสองพันปีและคาร์บอนมอนอกไซด์ใน 6 ปี การเปลี่ยนน้ำในไฮโดรสเฟียร์อย่างสมบูรณ์ใช้เวลา 2800 ปี
สารเคมีที่มีอยู่ในส่วนประกอบของไบโอสเฟียร์มีจำนวนจำกัด เนื่องจากความอ่อนล้าของพวกมัน การพัฒนาของสิ่งมีชีวิตบางกลุ่มในมหาสมุทรและบนบกจึงถูกยับยั้ง
ตัวเลือกการหมุนเวียน
ต้องขอบคุณการไหลเวียนของพลังงานและสารต่างๆ เท่านั้น ทำให้คงสภาพของชีวมณฑลที่มีเสถียรภาพ มีสองตัวเลือก - ธรณีวิทยา (ใหญ่) และ biogeochemical (เล็ก)
คิดก่อนตัวเลือกวงจร หินอัคนีภายใต้อิทธิพลของปัจจัยทางชีวภาพ เคมี และกายภาพกลายเป็นหินตะกอน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เป็นดินเหนียวและทราย นอกจากนี้ยังสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการสังเคราะห์แร่ธาตุชีวภาพ (จุลินทรีย์ที่ตายแล้ว) จากน่านน้ำของทะเลและมหาสมุทร ตะกอนที่เป็นน้ำจะค่อยๆ สะสมที่ด้านล่างของอ่างเก็บน้ำ แข็งตัว เป็นหินหนาแน่น
จากนั้นก็เกิดการเปลี่ยนแปลง สังเกตกระบวนการของการแปรสภาพ ภายใต้การกระทำของพลังงานภายในบางส่วน ชั้นต่างๆ จะถูกหลอมใหม่ ก่อตัวเป็นหินหนืด เมื่อพวกมันขึ้นสู่พื้นผิวโลกภายใต้อิทธิพลของสภาพอากาศ พวกมันจะถูกเปลี่ยนสภาพเป็นหินตะกอนอีกครั้ง
วัฏจักรอันยิ่งใหญ่นี้มีลักษณะเฉพาะโดยปฏิสัมพันธ์ของพลังงานจากภายนอก (พลังงานแสงอาทิตย์) กับพลังงานภายใน (ลึก) ของโลก ต้องขอบคุณกระบวนการนี้ สารถูกแจกจ่ายซ้ำระหว่างขอบฟ้าอันลึกล้ำและชีวมณฑลของโลก
รวมถึงการเคลื่อนตัวของน้ำระหว่างชั้นบรรยากาศธรณีภาคชั้นบรรยากาศไฮโดรสเฟียร์ที่สะสมโดยพลังงานแสงอาทิตย์ ประการแรก น้ำระเหยจากพื้นผิวมหาสมุทร (ทะเล ทะเลสาบ แม่น้ำ) จากนั้นกลับสู่พื้นดินในรูปของการตกตะกอน ชดเชยสำหรับกระบวนการดังกล่าวที่ไหลบ่าของแม่น้ำ พืชผักมีบทบาทสำคัญในวัฏจักรของน้ำ
การหมุนเวียนเล็กน้อยเป็นเรื่องปกติสำหรับชีวมณฑลเท่านั้น วัฏจักรถูกสร้างขึ้นในระดับดาวเคราะห์จากการเคลื่อนที่ของอะตอมแบบวัฏจักรหลายรอบ เช่นเดียวกับการเคลื่อนที่ที่เกิดจากภูเขาไฟ การเคลื่อนที่ของก้นทะเล พลังงานลม กระแสน้ำใต้ดิน
สรุป
ในสารชีวมณฑลหมุนเวียนสร้างวัฏจักรทางชีวธรณีเคมี พวกเขาต้องการองค์ประกอบต่อไปนี้ในปริมาณมาก: ออกซิเจน ไนโตรเจน คาร์บอน ไฮโดรเจน การไหลเวียนของพวกเขาเป็นไปได้เนื่องจากกระบวนการควบคุมตนเองซึ่งองค์ประกอบอื่น ๆ ของระบบนิเวศกลายเป็นผู้เข้าร่วมอย่างแข็งขัน
ในทุกขั้นตอนของการพัฒนาชีวมณฑล กฎของการปิดวงจรทั่วโลกจะทำงาน พื้นฐานของกระบวนการดังกล่าวคือพลังงานแสงอาทิตย์ เช่นเดียวกับคลอโรฟิลล์ของพืชสีเขียว
สำหรับการย่อยสลายอินทรียวัตถุอย่างสมบูรณ์ซึ่งเกิดจากพืชสีเขียว คุณต้องใช้ออกซิเจนมากที่สุดเท่าที่จะปล่อยออกมาในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง ต้องขอบคุณการฝังอินทรียวัตถุในพีท ถ่านหิน หินตะกอน แหล่งแลกเปลี่ยนออกซิเจนจึงคงอยู่ในบรรยากาศ
เป็นผลจากการเพิ่มขึ้นของจำนวนการขนส่ง ผู้ประกอบการอุตสาหกรรม วงจรออกซิเจนในธรรมชาติถูกรบกวน สิ่งนี้ส่งผลเสียต่อความมีชีวิตของระบบชีวภาพ นำไปสู่การกลายพันธุ์และการสูญพันธุ์อย่างสมบูรณ์ของพืชและสัตว์ที่มีชีวิตบางชนิด