การหมุนเวียนของสารชีวเคมีชีวภาพของสารในชีวมณฑลเป็นกระบวนการทางธรรมชาติที่สำคัญที่สุดของการแลกเปลี่ยนองค์ประกอบต่างๆ อย่างต่อเนื่องระหว่างสิ่งแวดล้อมที่ไม่มีชีวิตและสิ่งมีชีวิต (สัตว์ พืช ฯลฯ) ทุกอย่างขึ้นอยู่กับลักษณะพื้นฐานของพวกมัน ที่สำคัญที่สุด ได้แก่ ความสามารถในการเผาผลาญ การสืบพันธุ์ การถ่ายทอดคุณสมบัติทางพันธุกรรม
วัฏจักรไนโตรเจนทางชีวเคมี
แต่ละองค์ประกอบมีความหมายของตัวเอง ไนโตรเจนมีบทบาทสำคัญในองค์ประกอบของสารประกอบอินทรีย์ต่างๆ แม้จะมีเปอร์เซ็นต์ไนโตรเจนในบรรยากาศสูง แต่ก็ไม่สามารถใช้ได้กับพืชและสัตว์ มีเหตุผลสำหรับเรื่องนี้ ในทางพลังงาน พืชจะใช้ไนโตรเจนแร่และสำหรับสัตว์จะเป็นประโยชน์มากกว่าสำหรับสัตว์ - เป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบอินทรีย์
โมเลกุลไนโตรเจนจากบรรยากาศจับกับจุลินทรีย์ตรึงไนโตรเจนและมีส่วนทำให้เกิดการสะสมในดินในรูปของแอมโมเนีย คนอื่นใช้ไนโตรเจนจากสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้ว พวกเขายังมีส่วนช่วยในการสะสมของแอมโมเนีย มันกลายเป็นไนเตรตซึ่งพืชใช้อย่างแข็งขัน โดยทั่วไปแล้ว สิ่งเหล่านี้คือคุณสมบัติของชีวธรณีเคมีวัฏจักรไนโตรเจน พิจารณากระบวนการเผาผลาญของสารธรรมชาติอื่นๆด้วย
คุณลักษณะของวัฏจักรชีวเคมีของคาร์บอน กำมะถัน และฟอสฟอรัส
องค์ประกอบทางเคมีเหล่านี้จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด อย่างไรก็ตาม ความต้องการที่สำคัญของพวกเขาไม่ได้จบเพียงแค่นั้น ดังนั้นธาตุอาหารหลักจึงเกี่ยวข้องกับวัฏจักรทางชีววิทยาขนาดเล็ก (ความต้องการของสิ่งมีชีวิตสำหรับพวกมันค่อนข้างมาก): โพแทสเซียม แมกนีเซียม โซเดียม; เช่นเดียวกับธาตุอื่นๆ: โบรอน แมงกานีส คลอรีน ฯลฯ
พวกมันเข้าสู่พืชจากดิน แม้ว่าจะมีฝนบ่อยครั้ง ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของไฟโตแมส คาร์บอน กำมะถัน และฟอสฟอรัสถูกบริโภคโดยผู้บริโภคที่กินพืชเป็นอาหาร และเข้าสู่ห่วงโซ่โภชนาการ อย่างไรก็ตาม สัตว์บางชนิดตอบสนองความต้องการธาตุเหล่านี้โดยเลี่ยงพืช สัตว์กีบเท้ามาเยี่ยมเลียเกลือ แทะดิน หรือกินอุจจาระ กระดูกแก่ สัตว์ทะเลดูดซับเกลือโดยตรงจากน้ำ ในกระบวนการทำให้เป็นแร่ของเศษซากที่ตายแล้ว จุลินทรีย์จะส่งองค์ประกอบทางเคมีกลับคืนสู่ดินและน้ำ ดังนั้นกิจกรรมของพวกเขาจึงมีส่วนช่วยในการเสริมสร้างสภาพแวดล้อมด้วยสารอาหาร
สมดุลระบบนิเวศ
ในวงจรชีวธรณีเคมีขนาดเล็กในชีวมณฑล สถานการณ์ที่สำคัญคือความสมบูรณ์ของมัน ในระบบนิเวศ อินพุตและเอาต์พุตขององค์ประกอบมีความสมดุล ในขณะที่ความยุ่งยากมักเกิดขึ้นกับองค์ประกอบที่สงวนไว้ในดินเป็นหลัก
ความสมดุลของการไหลของสสารและพลังงานเป็นตัวกำหนดความเสถียรของระบบนิเวศ - สภาวะสมดุลของมัน ชีวมณฑลใช้แหล่งพลังงานภายนอกซึ่งทำให้มั่นใจได้ถึงความเป็นระเบียบเรียบร้อยและโครงสร้างที่ค่อนข้างซับซ้อน พลังงานแสงที่กระจัดกระจายจะถูกแปลงโดยพืชให้เป็นพลังงานพันธะเคมีที่มีความเข้มข้น
ในขณะเดียวกัน ทั้งการกำจัดพลังงานจากสิ่งแวดล้อมและการเปลี่ยนแปลงไม่ได้นำไปสู่การก่อตัวของของเสีย
อิทธิพลของกิจกรรมของมนุษย์ต่อกระบวนการทางชีวทรงกลม
การแทรกแซงของมนุษย์ในวัฏจักรชีวธรณีเคมีดำเนินการได้หลายวิธี ประการแรก นี่คือการทำลายองค์ประกอบทางชีวภาพของระบบนิเวศ (การทำลายพืชหรือการเปลี่ยนแปลงของอาณาเขตในระหว่างการสกัดสารพาหะพลังงาน) เมื่ออินทรียวัตถุถูกเผาไหม้ พลังงานจากสภาวะที่มีความเข้มข้นจะถูกส่งไปยังพลังงานที่กระจัดกระจาย ซึ่งนำไปสู่มลภาวะทางความร้อนจากละอองลอยและผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ที่เป็นก๊าซ ในระบบนิเวศทางธรรมชาติ มีการใช้อะตอมที่เกี่ยวข้องกับวัฏจักรชีวธรณีเคมีซ้ำแล้วซ้ำอีก สิ่งนี้อำนวยความสะดวกโดยการมีส่วนร่วมในวัฏจักรขององค์ประกอบทางชีวภาพแบบเบาที่ประกอบขึ้นเป็นสารสำคัญ
การแทรกแซงของมนุษย์ทำให้เกิดการแนะนำสู่สิ่งแวดล้อม ไม่เพียงแต่เพิ่มปริมาณองค์ประกอบโดยธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสารประกอบทางเคมีใหม่ๆ ซึ่งรวมถึงที่มนุษย์สังเคราะห์ขึ้นด้วย พืชเหล่านี้จำนวนมากถูกนำขึ้นโดยพืชและป้อนเข้าสู่ห่วงโซ่อาหาร
ตัวอย่างคือ ตะกั่ว สารประกอบปรอท สารหนู ฯลฯ การบริโภคสารดังกล่าวเข้าไปขัดขวางวงจรธรรมชาติ ปรับสมดุลของธาตุ หรือนำไปสู่การสะสมของสารเหล่านี้ในสิ่งมีชีวิต ลดการผลิตหรือทำให้เสียชีวิต โดยเฉพาะยาฆ่าแมลงและโลหะหนักมีผลทำลายล้างสูง ดังนั้นความเสถียรของระบบนิเวศ สภาวะสมดุลของมันสามารถถูกละเมิดโดยตรงหรือโดยอ้อมจากกิจกรรมของมนุษย์
ปิรามิดเชิงนิเวศ
มาดูรูปแบบที่สำคัญที่สุดของการทำงานของระบบนิเวศและวัฏจักรชีวธรณีเคมีกัน ลองใช้หลักการของปิรามิดเชิงนิเวศสำหรับสิ่งนี้ มันถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของมวลชีวภาพของสมการโภชนาการ พื้นที่ของส่วนใดส่วนหนึ่งของปิรามิดนั้นมีค่าเท่ากับมวลของสารโดยประมาณ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตสร้างระดับโดยใช้ระดับก่อนหน้า พื้นที่นี้จึงควรค่อยๆ ลดลง การลดแต่ละระดับดังกล่าวสามารถเพิ่มขึ้นเป็นสิบเท่า
ตัวอย่างเช่น พีระมิดเชิงนิเวศ ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของระบบนิเวศบนบก ซึ่งผู้ผลิตเป็นไม้ยืนต้น มีชีวมวลขนาดใหญ่ แม้ว่ากระบวนการผลิตจะไม่เข้มข้นที่สุดก็ตาม มีความสมดุลโดยการเพิ่มจำนวนสัตว์กินพืชเป็นอาหารทุกปี รูปแบบของการก่อตัวของมวลอินทรีย์เรียกว่ากฎปิรามิด มีแบบอื่นๆด้วย
ปิรามิดกลับหัว
ยึดระบบนิเวศของแหล่งน้ำ ปิรามิดที่สร้างขึ้นสำหรับพวกมันอาจดูแตกต่างออกไปเล็กน้อย ดูเหมือนว่าจะกลับหัวกลับหาง ความจริงก็คือสาหร่ายอายุสั้นจะทวีคูณอย่างรวดเร็ว แต่ก็ถูกผู้บริโภคบริโภคอย่างเข้มข้นเช่นกัน ดังนั้น ชีวมวลที่บันทึกไว้พร้อมกันในกรณีนี้จึงไม่สะท้อนถึงความเข้มข้นของกระบวนการผลิตในช่วงเวลาที่ดีของปี หากเราคำนึงว่าผู้บริโภครายใหญ่ (ปลากุ้ง) สะสมและกินช้าลงมวลรวมของผู้บริโภคสูงขึ้น
กระบวนการผลิตในระบบนิเวศช่วยให้ทำงานได้สำเร็จ เป็นตัวกำหนดธรรมชาติของการไหลของพลังงานในชีวมณฑล ดังที่คุณทราบ สิ่งมีชีวิตคือผู้บริโภค พลังงานแสงจากดวงอาทิตย์ถูกใช้โดยพืชสีเขียวและนำไปสู่การก่อตัวของโมเลกุลอินทรีย์ซึ่งจะถูกเก็บไว้ในรูปของพันธะเคมี ส่วนหนึ่งของมันถูกปล่อยออกมาระหว่างการหายใจของพืชและใช้สำหรับการเจริญเติบโตการดูดซึมและการเคลื่อนไหวของสาร นี่คือวิธีดำเนินการวงจรชีวธรณีเคมี
แลกเปลี่ยนพลังงาน
อย่างที่คุณทราบ มีกฎของเทอร์โมไดนามิกส์ พลังงานบางส่วนหายไป ทำให้เกิดความร้อนขึ้น นี่คือการดำเนินการของกฎหมายฉบับหนึ่ง เขายืนยันการสูญเสียพลังงานที่จำเป็นในกระบวนการเปลี่ยนแปลงจากประเภทหนึ่งไปอีกประเภทหนึ่ง เมื่อสะสมในพืชจะใช้สัตว์
การแตกตัวของโมเลกุลจะมาพร้อมกับการปลดปล่อยพลังงาน ส่วนสำคัญของมันถูกใช้ในกระบวนการชีวิตของสัตว์ผ่านจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่ง เหล่านี้เป็นกระบวนการของการสังเคราะห์ทางชีวภาพและการสะสมพลังงานของพันธะใหม่ เหล่านี้คือพลังงานกล ไฟฟ้า ความร้อน และพลังงานประเภทอื่นๆ ในระหว่างการเปลี่ยนแปลง ส่วนหนึ่งจะหายไปอีกครั้ง ทำให้เกิดความร้อนขึ้น พลังงานค่อยๆเคลื่อนไปสู่อีกระดับหนึ่ง ในเวลาเดียวกัน ความสูญเสียก็เกิดขึ้นเมื่อทิ้งส่วนหนึ่งของอาหารที่ไม่ได้ย่อย (อุจจาระ) และของเสียจากกระบวนการเผาผลาญอาหารอินทรีย์ (อุจจาระ)
กระบวนการการใช้พลังงาน
ความโกลาหลเกิดขึ้นได้ยากในธรรมชาติ ปกติทุกอย่างจะเป็นระเบียบ มาสนใจรูปแบบเชิงปริมาณของกระบวนการใช้และแปลงพลังงานกัน ในระยะแรก พืชใช้โดยเฉลี่ยประมาณ 1% ของรายได้ บางครั้งตัวเลขนี้ถึง 2% ในเงื่อนไขที่เอื้ออำนวยน้อยที่สุด จะลดลงเหลือ 0.1% เมื่อพลังงานถูกถ่ายโอนจากผู้ผลิตไปยังผู้บริโภคในการสั่งซื้อครั้งแรก ประสิทธิภาพจะถึง 10%
สัตว์กินเนื้อดูเหมือนจะย่อยอาหารได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เนื่องจากลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบทางเคมีของอาหารและความสะดวกในการย่อยอาหารของสัตว์ อย่างไรก็ตาม ในระดับผู้บริโภคในลำดับที่สามแล้ว ปริมาณพลังงานที่เข้ามามีขนาดเล็กมากและมีลักษณะเป็นพันในค่าเริ่มต้น