چرخه مواد در بیوسفر، گونه های زمین شناسی و بیوشیمیایی، اهمیت موجودات زنده. ویژگی های گردش آب و برخی از مواد در بیوسفر چه موادی در چرخه دخیل هستند

یک دانشمند برجسته روسی، آکادمیک V.I. ورنادسکی.

بیوسفر- پوسته بیرونی پیچیده زمین که شامل کل موجودات زنده و آن قسمت از ماده سیاره است که در حال تبادل مداوم با این موجودات است. این یکی از مهمترین ژئوسفرهای زمین است که جزء اصلی محیط طبیعی اطراف انسان است.

زمین از متحدالمرکز تشکیل شده است پوسته ها(ژئوسفرها) داخلی و خارجی. درونی ها هسته و گوشته هستند و بیرونی ها عبارتند از: لیتوسفر -پوسته سنگی زمین، شامل پوسته زمین (شکل 1) با ضخامت 6 کیلومتر (زیر اقیانوس) تا 80 کیلومتر (سیستم های کوهستانی). هیدروسفر -پوسته آب زمین؛ جو- پوشش گازی زمین که از مخلوطی از گازهای مختلف، بخار آب و غبار تشکیل شده است.

در ارتفاع 10 تا 50 کیلومتری لایه اوزون وجود دارد که حداکثر غلظت آن در ارتفاع 20-25 کیلومتری است و از زمین در برابر اشعه ماوراء بنفش بیش از حد محافظت می کند که برای بدن کشنده است. زیست کره نیز به اینجا (به ژئوسفرهای خارجی) تعلق دارد.

زیست کره -پوسته بیرونی زمین که شامل بخشی از جو تا ارتفاع 25-30 کیلومتری (تا لایه اوزون)، تقریباً کل هیدروسفر و قسمت بالایی لیتوسفر تا عمق حدود 3 کیلومتری است.

برنج. 1. طرح ساختار پوسته زمین

(شکل 2). ویژگی این قسمت ها این است که موجودات زنده ای در آنها زندگی می کنند که ماده زنده سیاره را تشکیل می دهند. اثر متقابل بخش غیر زنده زیست کره- هوا، آب، سنگ و مواد آلی - موجودات زندهمنجر به تشکیل خاک ها و سنگ های رسوبی شد.

برنج. 2. ساختار بیوسفر و نسبت سطوح اشغال شده توسط واحدهای ساختاری اصلی

چرخه مواد در بیوسفر و اکوسیستم ها

تمام ترکیبات شیمیایی موجود در بیوسفر برای موجودات زنده محدود است. پایان پذیری مواد شیمیایی مناسب برای جذب اغلب مانع از توسعه گروه های خاصی از موجودات در مناطق محلی خشکی یا اقیانوس می شود. به گفته آکادمیک V.R. ویلیامز، تنها راه برای دادن خصوصیات متناهی بینهایت این است که آن را در امتداد یک منحنی بسته بچرخانیم. در نتیجه، پایداری بیوسفر به دلیل گردش مواد و جریان انرژی حفظ می شود. در دسترس دو چرخه اصلی مواد: بزرگ - زمین شناسی و کوچک - بیوژئوشیمیایی.

چرخه زمین شناسی بزرگ(شکل 3). سنگ های کریستالی (آذرین) تحت تأثیر عوامل فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی به سنگ های رسوبی تبدیل می شوند. ماسه و خاک رس رسوبات معمولی هستند که محصول تبدیل سنگ های عمیق هستند. با این حال، تشکیل رسوبات نه تنها به دلیل تخریب سنگ های موجود، بلکه از طریق سنتز مواد معدنی بیوژنیک - اسکلت میکروارگانیسم ها - از منابع طبیعی- آب های اقیانوس، دریاها و دریاچه ها. رسوبات آبکی سست، چون در کف مخازن توسط بخشهای جدیدی از مواد رسوبی جدا می شوند، در عمق غوطه ور می شوند، در شرایط ترمودینامیکی جدید (دما و فشارهای بالاتر) قرار می گیرند، آب از دست می دهند، سخت می شوند و به سنگ های رسوبی تبدیل می شوند.

در آینده، این سنگ ها در افق های حتی عمیق تر فرو می روند، جایی که فرآیندهای تبدیل عمیق آنها به شرایط دما و فشار جدید اتفاق می افتد - فرآیندهای دگرگونی اتفاق می افتد.

تحت تأثیر جریان های انرژی درون زا، سنگ های عمیق دوباره ذوب می شوند و ماگما را تشکیل می دهند - منبع سنگ های آذرین جدید. پس از بالا آمدن این سنگ ها به سطح زمین، تحت تأثیر فرآیندهای هوازدگی و انتقال، دوباره به سنگ های رسوبی جدید تبدیل می شوند.

بنابراین، یک گردش بزرگ به دلیل تعامل انرژی خورشیدی (برون زا) با انرژی عمیق (درون زا) زمین است. این مواد را بین بیوسفر و افق های عمیق تر سیاره ما دوباره توزیع می کند.

برنج. 3. گردش (زمین شناسی) بزرگ مواد (تیرهای نازک) و تغییر در تنوع در پوسته زمین(فلش های عریض جامد - رشد، فلش های شکسته - کاهش تنوع)

دایره بزرگچرخه آب بین هیدروسفر، جو و لیتوسفر نیز نامیده می شود که توسط انرژی خورشید هدایت می شود. آب از سطح آب و خشکی تبخیر می شود و سپس به صورت نزولات جوی به زمین باز می گردد. تبخیر بیش از بارندگی در اقیانوس و بالعکس بر روی خشکی است. این تفاوت ها با جریان رودخانه جبران می شود. پوشش گیاهی زمین نقش مهمی در چرخه آب جهانی دارد. تعرق گیاهان در مناطق خاصی از سطح زمین می تواند تا 80-90٪ از بارش در اینجا باشد و به طور متوسط ​​برای همه مناطق آب و هوایی - حدود 30٪. برخلاف چرخه بزرگ، چرخه کوچک مواد فقط در بیوسفر اتفاق می افتد. رابطه بین چرخه آب بزرگ و کوچک در شکل نشان داده شده است. چهار

چرخه‌ها در مقیاس سیاره‌ای از حرکات چرخه‌ای محلی بی‌شمار اتم‌ها که توسط فعالیت حیاتی موجودات زنده در اکوسیستم‌های منفرد هدایت می‌شوند، و آن دسته از حرکاتی که در اثر عملکرد عوامل چشم‌انداز و زمین‌شناسی (رواناب سطحی و زیرزمینی، فرسایش بادی، حرکت بستر دریا، آتشفشان، ساختمان کوه و غیره).

برنج. 4. رابطه بین چرخه بزرگ زمین شناسی (GBC) آب و چرخه کوچک بیوژئوشیمیایی (MBC) آب

برخلاف انرژی که یک بار توسط بدن استفاده می شود، تبدیل به گرما می شود و از بین می رود، مواد موجود در بیوسفر در گردش هستند و چرخه های بیوژئوشیمیایی ایجاد می کنند. از بیش از نود عنصر موجود در طبیعت، موجودات زنده به حدود چهل عنصر نیاز دارند. مهمترین آنها برای آنها در مقادیر زیاد مورد نیاز است - کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن. چرخه عناصر و مواد از طریق فرآیندهای خود تنظیمی انجام می شود که همه اجزا در آن شرکت دارند. این فرآیندها غیر ضایعاتی هستند. وجود دارد قانون بسته شدن جهانی گردش بیوژئوشیمیایی در بیوسفردر تمام مراحل توسعه آن فعالیت می کند. در فرآیند تکامل بیوسفر، نقش جزء بیولوژیکی در بسته شدن بیوژئوشیمیایی
که چرخه انسان حتی تأثیر بیشتری بر چرخه بیوژئوشیمیایی دارد. اما نقش آن در جهت مخالف ظاهر می شود (گردش ها باز می شوند). اساس گردش بیوژئوشیمیایی مواد، انرژی خورشید و کلروفیل گیاهان سبز است. سایر چرخه های مهم - آب، کربن، نیتروژن، فسفر و گوگرد - با بیوژئوشیمیایی مرتبط هستند و به آن کمک می کنند.

چرخه آب در بیوسفر

گیاهان از هیدروژن آب در طول فتوسنتز برای ساختن ترکیبات آلی استفاده می کنند و اکسیژن مولکولی آزاد می کنند. در فرآیندهای تنفس همه موجودات زنده، در طی اکسیداسیون ترکیبات آلی، آب دوباره تشکیل می شود. در تاریخ حیات، تمام آب آزاد هیدروسفر بارها و بارها چرخه های تجزیه و نوسازی را در ماده زنده سیاره طی کرده است. سالانه حدود 500000 کیلومتر مکعب آب در چرخه آب روی زمین درگیر می شود. چرخه آب و ذخایر آن در شکل نشان داده شده است. 5 (به صورت نسبی).

چرخه اکسیژن در بیوسفر

زمین جو منحصر به فرد خود با محتوای بالای اکسیژن آزاد را مدیون فرآیند فتوسنتز است. تشکیل ازن در لایه های مرتفع جو ارتباط نزدیکی با چرخه اکسیژن دارد. اکسیژن از مولکول های آب آزاد می شود و در اصل وجود دارد محصول جانبیفعالیت فتوسنتزی گیاهان به طور غیرزیستی، اکسیژن در اتمسفر بالایی به دلیل تفکیک نوری بخار آب ایجاد می شود، اما این منبع تنها هزارم درصد منابعی است که از طریق فتوسنتز تامین می شود. بین محتوای اکسیژن در جو و هیدروسفر یک تعادل متحرک وجود دارد. در آب حدود 21 برابر کمتر است.

برنج. شکل 6. طرح چرخه اکسیژن: فلش های پررنگ - جریان اصلی تامین و مصرف اکسیژن

اکسیژن آزاد شده به شدت در فرآیندهای تنفس همه موجودات هوازی و اکسیداسیون ترکیبات معدنی مختلف صرف می شود. این فرآیندها در جو، خاک، آب، سیلت و سنگ ها. نشان داده شده است که بخش قابل توجهی از اکسیژن محدود شده در سنگ های رسوبی منشأ فتوسنتزی دارد. صندوق تبادل O در جو بیش از 5 درصد کل تولید فتوسنتز نیست. بسیاری از باکتری های بی هوازی نیز مواد آلی را در طی تنفس بی هوازی با استفاده از سولفات ها یا نیترات ها اکسید می کنند.

تجزیه کامل مواد آلی ایجاد شده توسط گیاهان دقیقاً به همان مقدار اکسیژنی نیاز دارد که در طول فتوسنتز آزاد شد. دفن مواد آلی در سنگ های رسوبی، زغال سنگ و ذغال سنگ نارس به عنوان پایه ای برای حفظ وجوه تبادل اکسیژن در جو عمل کرد. تمام اکسیژن موجود در آن در حدود 2000 سال یک چرخه کامل را از طریق موجودات زنده طی می کند.

در حال حاضر، بخش قابل توجهی از اکسیژن اتمسفر در نتیجه حمل و نقل، صنعت و سایر اشکال فعالیت های انسانی محدود می شود. مشخص است که بشر در حال حاضر بیش از 10 میلیارد تن اکسیژن آزاد از مجموع 430 تا 470 میلیارد تن خود را که توسط فرآیندهای فتوسنتز تامین می شود، مصرف می کند. اگر در نظر بگیریم که صندوق مبادله فقط دریافت نمی کند بیشتراکسیژن فتوسنتزی، فعالیت افراد در این زمینه شروع به به دست آوردن نسبت های نگران کننده می کند.

چرخه اکسیژن ارتباط نزدیکی با چرخه کربن دارد.

چرخه کربن در بیوسفر

کربن به عنوان یک عنصر شیمیایی اساس زندگی است. او می تواند روش های مختلفبا بسیاری از عناصر دیگر ترکیب می شود و مولکول های آلی ساده و پیچیده ای را تشکیل می دهد که سلول های زنده را می سازند. از نظر پراکندگی در سیاره، کربن جایگاه یازدهم (0.35 درصد وزن پوسته زمین) را به خود اختصاص داده است، اما در ماده زنده به طور متوسط ​​حدود 18 یا 45 درصد از زیست توده خشک را تشکیل می دهد.

در جو، کربن در ترکیب دی اکسید کربن CO 2، به میزان کمتری - در ترکیب متان CH 4 گنجانده شده است. در هیدروسفر، CO 2 در آب حل می شود و محتوای کل آن بسیار بیشتر از اتمسفر است. اقیانوس به عنوان یک بافر قدرتمند برای تنظیم CO 2 در جو عمل می کند: با افزایش غلظت آن در هوا، جذب دی اکسید کربن توسط آب افزایش می یابد. برخی از مولکول های CO 2 با آب واکنش می دهند و اسید کربنیک را تشکیل می دهند که سپس به یون های HCO 3 - و CO 2 - 3 تجزیه می شود. این یون ها با کاتیون های کلسیم یا منیزیم واکنش داده و کربنات ها را رسوب می دهند. ثابت نگه داشتن PH آب

دی اکسید کربن اتمسفر و هیدروسفر یک صندوق تبادلی در چرخه کربن است که از آنجا توسط گیاهان و جلبک های زمینی استخراج می شود. فتوسنتز زیربنای تمام چرخه های زیستی روی زمین است. انتشار کربن ثابت در طول فعالیت تنفسی خود ارگانیسم های فتوسنتزی و همه هتروتروف ها - باکتری ها، قارچ ها، حیوانات موجود در زنجیره غذایی به قیمت مواد آلی زنده یا مرده اتفاق می افتد.

برنج. 7. چرخه کربن

به خصوص فعال بازگشت CO 2 به اتمسفر از خاک است، جایی که فعالیت گروه های متعددی از موجودات متمرکز شده است، بقایای گیاهان و حیوانات مرده را تجزیه می کند و تنفس سیستم ریشه گیاهان انجام می شود. این فرآیند یکپارچه به عنوان "تنفس خاک" نامیده می شود و سهم قابل توجهی در پر کردن صندوق تبادل CO 2 در هوا دارد. به موازات فرآیندهای کانی سازی مواد آلی، هوموس در خاک تشکیل می شود - یک مجتمع مولکولی پیچیده و پایدار غنی از کربن. هوموس خاک یکی از مخازن مهم کربن در خشکی است.

در شرایطی که فعالیت تخریب‌کننده‌ها توسط عوامل محیطی مهار می‌شود (به عنوان مثال، زمانی که یک رژیم بی‌هوازی در خاک و در کف آب‌ها اتفاق می‌افتد)، مواد آلی انباشته شده توسط پوشش گیاهی تجزیه نمی‌شوند و به مرور زمان به سنگ‌هایی مانند زغال سنگ تبدیل می‌شوند. ذغال سنگ نارس، ساپروپل ها، شیل نفتی و سایر منابع غنی از انرژی خورشیدی انباشته شده. آنها صندوق ذخیره کربن را دوباره پر می کنند و برای مدت طولانی از چرخه بیولوژیکی خارج می شوند. کربن همچنین به طور موقت در زیست توده زنده، در بستر مرده، در مواد آلی محلول اقیانوس و غیره رسوب می کند. با این حال صندوق ذخیره اصلی کربن در حال نوشتن استموجودات زنده و فسیل های قابل احتراق نیستند، اما سنگ های رسوبی سنگ آهک و دولومیت هستند.تشکیل آنها نیز با فعالیت ماده زنده همراه است. کربن این کربنات‌ها برای مدت طولانی در روده‌های زمین مدفون می‌شود و تنها در هنگام فرسایش زمانی که سنگ‌ها در چرخه‌های تکتونیکی قرار می‌گیرند، وارد گردش می‌شوند.

تنها کسری از درصد کربن از کل مقدار آن روی زمین در چرخه بیوژئوشیمیایی شرکت می کند. کربن اتمسفر و هیدروسفر به طور مکرر از موجودات زنده عبور می کند. گیاهان زمینی می توانند ذخایر خود را در هوا در 4-5 سال تخلیه کنند، ذخایر هوموس خاک - در 300-400 سال. بازگشت اصلی کربن به صندوق مبادله به دلیل فعالیت موجودات زنده اتفاق می‌افتد و تنها بخش کوچکی از آن (هزارم درصد) با خروج از داخل زمین به عنوان بخشی از گازهای آتشفشانی جبران می‌شود.

در حال حاضر استخراج و سوزاندن ذخایر عظیم سوخت های فسیلی به عاملی قدرتمند در انتقال کربن از ذخیره به صندوق مبادله زیست کره تبدیل شده است.

چرخه نیتروژن در بیوسفر

اتمسفر و ماده زنده حاوی کمتر از 2٪ از کل نیتروژن روی زمین هستند، اما این اوست که از حیات در این سیاره حمایت می کند. نیتروژن بخشی از مهم ترین مولکول های آلی است - DNA، پروتئین ها، لیپوپروتئین ها، ATP، کلروفیل و غیره. در بافت های گیاهی نسبت آن با کربن به طور متوسط ​​1:30 و در جلبک دریایی I: 6 است. چرخه بیولوژیکی نیتروژن بنابراین ارتباط نزدیکی با کربن دارد.

نیتروژن مولکولی اتمسفر در دسترس گیاهان نیست و گیاهان می توانند این عنصر را فقط به صورت یون های آمونیوم، نیترات ها یا محلول های خاک یا آب جذب کنند. بنابراین، کمبود نیتروژن اغلب یک عامل محدود کننده تولید اولیه است - کار موجودات مرتبط با ایجاد مواد آلی از مواد معدنی. با این وجود، نیتروژن اتمسفر به طور گسترده ای در چرخه بیولوژیکی به دلیل فعالیت باکتری های خاص (تثبیت کننده های نیتروژن) درگیر است.

میکروارگانیسم های آمونیزه کننده نیز نقش مهمی در چرخه نیتروژن دارند. آنها پروتئین ها و سایر مواد آلی حاوی نیتروژن را به آمونیاک تجزیه می کنند. در شکل آمونیوم، نیتروژن تا حدی توسط ریشه گیاهان بازجذب می شود و تا حدودی توسط میکروارگانیسم های نیتریفیک کننده رهگیری می شود، که برخلاف عملکرد گروهی از میکروارگانیسم ها - نیترات زدا است.

برنج. 8. چرخه نیتروژن

در شرایط بی‌هوازی در خاک یا آب، از اکسیژن نیترات‌ها برای اکسید کردن مواد آلی استفاده می‌کنند و برای فعالیت زندگی خود انرژی دریافت می‌کنند. نیتروژن به نیتروژن مولکولی کاهش می یابد. تثبیت نیتروژن و نیتروژن زدایی در طبیعت تقریباً متعادل است. بنابراین چرخه نیتروژن عمدتاً به فعالیت باکتری بستگی دارد، در حالی که گیاهان با استفاده از محصولات میانی این چرخه وارد آن می شوند و گردش نیتروژن در بیوسفر را از طریق تولید زیست توده افزایش می دهند.

نقش باکتری ها در چرخه نیتروژن آنقدر زیاد است که اگر تنها 20 گونه از آنها از بین برود، حیات در سیاره ما متوقف می شود.

تثبیت غیر بیولوژیکی نیتروژن و ورود اکسیدها و آمونیاک آن به خاک نیز با بارندگی در هنگام یونیزاسیون اتمسفر و تخلیه رعد و برق رخ می دهد. صنعت کود مدرن، نیتروژن اتمسفر را بیش از تثبیت نیتروژن طبیعی به منظور افزایش تولید محصول تثبیت می کند.

در حال حاضر، فعالیت انسان به طور فزاینده ای بر چرخه نیتروژن تأثیر می گذارد، عمدتاً در جهت فراتر از تبدیل آن به اشکال محدود در فرآیندهای بازگشت به حالت مولکولی.

چرخه فسفر در بیوسفر

این عنصر، که برای سنتز بسیاری از مواد آلی، از جمله ATP، DNA، RNA ضروری است، توسط گیاهان فقط به شکل یون های اسید اورتوفسفریک (PO 3 4 +) جذب می شود. این به عناصر محدود کننده تولید اولیه هم در خشکی و هم در اقیانوس تعلق دارد، زیرا صندوق مبادله فسفر در خاک و آب کم است. گردش این عنصر در مقیاس زیست کره بسته نیست.

در خشکی، گیاهان فسفات هایی را از خاک می گیرند که توسط تجزیه کننده ها از بقایای آلی در حال پوسیدگی آزاد می شوند. با این حال، در خاک قلیایی یا اسیدی، حلالیت ترکیبات فسفر به شدت کاهش می یابد. صندوق ذخیره اصلی فسفات ها در سنگ هایی است که در گذشته زمین شناسی در کف اقیانوس ایجاد شده اند. در جریان شستشوی سنگ، بخشی از این ذخایر به خاک می‌رود و به صورت سوسپانسیون و محلول در آب‌ها شسته می‌شود. در هیدروسفر، فسفات ها توسط فیتوپلانکتون ها استفاده می شوند و از زنجیره های غذایی به سایر هیدروبیونت ها می گذرند. با این حال، در اقیانوس، بیشتر ترکیبات فسفر همراه با بقایای جانوران و گیاهان در پایین مدفون می شوند و به دنبال آن سنگ های رسوبی به یک چرخه زمین شناسی بزرگ تبدیل می شوند. در عمق، فسفات های محلول با کلسیم متصل می شوند و فسفریت ها و آپاتیت ها را تشکیل می دهند. در بیوسفر در واقع جریان یک طرفه فسفر از سنگ های خشکی به اعماق اقیانوس وجود دارد، بنابراین صندوق تبادل آن در هیدروسفر بسیار محدود است.

برنج. 9. چرخه فسفر

از رسوبات زمینی فسفریت ها و آپاتیت ها در تولید کود استفاده می شود. ورود فسفر به آب شیرین یکی از دلایل اصلی "شکوفایی" آنها است.

چرخه گوگرد در بیوسفر

چرخه گوگرد، لازم برای ساخت تعدادی اسید آمینه، مسئول ساختار سه بعدی پروتئین ها است و در بیوسفر توسط طیف وسیعی از باکتری ها پشتیبانی می شود. میکروارگانیسم های هوازی که گوگرد باقی مانده های آلی را به سولفات ها اکسید می کنند و همچنین کاهنده های بی هوازی سولفات که سولفات ها را به سولفید هیدروژن تبدیل می کنند در پیوندهای جداگانه ای از این چرخه شرکت می کنند. علاوه بر گروه های ذکر شده از باکتری های گوگرد، آنها سولفید هیدروژن را به گوگرد عنصری و بیشتر به سولفات ها اکسید می کنند. گیاهان فقط یون SO 2-4 را از خاک و آب جذب می کنند.

حلقه در مرکز، فرآیندهای اکسیداسیون (O) و کاهش (R) را نشان می دهد که گوگرد را بین استخر سولفات موجود و حوضچه سولفید آهن در عمق خاک و رسوب مبادله می کند.

برنج. 10. چرخه گوگرد. حلقه در مرکز فرآیندهای اکسیداسیون (0) و کاهش (R) را نشان می دهد که گوگرد را بین استخر سولفات موجود و حوضچه سولفید آهن در عمق خاک و رسوب مبادله می کند.

تجمع اصلی گوگرد در اقیانوس اتفاق می افتد، جایی که یون های سولفات به طور مداوم از خشکی با رواناب رودخانه ها تامین می شود. هنگامی که سولفید هیدروژن از آب آزاد می شود، گوگرد تا حدی به اتمسفر باز می گردد و در آنجا به دی اکسید اکسید می شود و در آب باران به اسید سولفوریک تبدیل می شود. استفاده صنعتی از مقادیر زیاد سولفات ها و گوگرد عنصری و احتراق سوخت های فسیلی مقادیر زیادی دی اکسید گوگرد را وارد جو می کند. این به پوشش گیاهی، حیوانات، مردم آسیب می رساند و به عنوان منبع باران اسیدی عمل می کند که اثرات منفی مداخله انسان در چرخه گوگرد را تشدید می کند.

سرعت گردش مواد

تمام چرخه های مواد با سرعت های مختلف اتفاق می افتد (شکل 11)

بنابراین، چرخه تمام عناصر بیوژنیک روی سیاره توسط یک تعامل پیچیده پشتیبانی می شود بخش های مختلف. آنها توسط فعالیت گروه هایی از موجودات با عملکردهای مختلف، توسط سیستم رواناب و تبخیر که اقیانوس و خشکی را به هم متصل می کند، توسط فرآیندهای گردش توده های آب و هوا، توسط عمل نیروهای گرانشی، توسط تکتونیک صفحات لیتوسفر تشکیل می شوند. و توسط سایر فرآیندهای زمین شناسی و ژئوفیزیکی در مقیاس بزرگ.

بیوسفر به عنوان یک سیستم پیچیده واحد عمل می کند که در آن چرخه های مختلفی از مواد اتفاق می افتد. موتور اصلی اینها چرخه ماده زنده سیاره است، همه موجودات زنده،ارائه فرآیندهای سنتز، تبدیل و تجزیه مواد آلی.

برنج. 11. سرعت گردش مواد (P. Cloud, A. Jibor, 1972)

اساس دیدگاه اکولوژیکی جهان این ایده است که هر موجود زنده ای توسط عوامل مختلف تأثیرگذار بر آن احاطه شده است که با هم زیستگاه آن را تشکیل می دهند - یک بیوتوپ. در نتیجه، بیوتوپ - قطعه ای از قلمرو که از نظر شرایط زندگی برای انواع خاصی از گیاهان یا حیوانات همگن است.(شیب یک دره، یک پارک جنگلی شهری، یک دریاچه کوچک یا بخشی از یک دریاچه بزرگ، اما با شرایط همگن - بخش ساحلی، بخش عمیق آب).

ارگانیسم های مشخصه یک بیوتوپ خاص هستند جامعه زندگی یا بیوسنوز(حیوانات، گیاهان و میکروارگانیسم های دریاچه، علفزار، نوار ساحلی).

جامعه حیات (بیوسنوز) با بیوتوپ خود یک کل واحد را تشکیل می دهد که به آن می گویند سیستم اکولوژیکی (اکوسیستم).یک تپه مورچه، یک دریاچه، یک برکه، یک چمنزار، یک جنگل، یک شهر، یک مزرعه می تواند به عنوان نمونه ای از اکوسیستم های طبیعی باشد. یک نمونه کلاسیک از یک اکوسیستم مصنوعی است سفینه فضایی. همانطور که می بینید، هیچ ساختار فضایی دقیقی در اینجا وجود ندارد. این مفهوم نزدیک به مفهوم اکوسیستم است بیوژئوسنوز

اجزای اصلی اکوسیستم عبارتند از:

• محیط بی جان (غیر زنده)اینها آب، مواد معدنی، گازها، و همچنین مواد آلی و هوموس هستند.
• اجزای زیستیاینها عبارتند از: تولیدکنندگان یا تولیدکنندگان (گیاهان سبز)، مصرف‌کنندگان یا مصرف‌کنندگان (موجودات زنده‌ای که از تولیدکنندگان تغذیه می‌کنند)، و تجزیه‌کننده‌ها یا تجزیه‌کننده‌ها (میکروارگانیسم‌ها).

طبیعت بسیار مقرون به صرفه است. بنابراین، زیست توده ایجاد شده توسط موجودات (ماده بدن موجودات) و انرژی موجود در آنها به سایر اعضای اکوسیستم منتقل می شود: حیوانات گیاهان را می خورند، این حیوانات توسط حیوانات دیگر خورده می شوند. این فرآیند نامیده می شود غذا یا زنجیره تغذیه ایدر طبیعت، زنجیره های غذایی اغلب متقاطع می شوند، تشکیل یک شبکه غذایی

نمونه هایی از زنجیره های غذایی: گیاه - گیاهخوار - شکارچی. غلات - موش صحرایی - روباه و غیره و شبکه غذایی در شکل نشان داده شده است. 12.

بنابراین، وضعیت تعادل در بیوسفر مبتنی بر تعامل عوامل محیطی زیستی و غیرزیست است که به دلیل تبادل مداوم ماده و انرژی بین تمام اجزای اکوسیستم حفظ می شود.

در چرخه های بسته اکوسیستم های طبیعی، همراه با سایر عوامل، مشارکت دو عامل الزامی است: وجود تجزیه کننده ها و تامین مداوم انرژی خورشیدی. در اکوسیستم‌های شهری و مصنوعی مواد تجزیه‌کننده کمی وجود دارد یا اصلاً وجود ندارد، بنابراین زباله‌های مایع، جامد و گاز انباشته می‌شوند و محیط را آلوده می‌کنند.

برنج. 12. شبکه غذایی و جهت جریان ماده

بیوسفر پوسته بیرونی سیاره ما است، مهمترین فرآیندها در آن اتفاق می افتد، یکی از ژئوسفرهای اصلی آن. چرخه مواد در بیوسفر قرن ها مورد توجه دقیق دانشمندان بوده و تا به امروز باقی مانده است. به لطف گردش مواد، یک تبادل شیمیایی جهانی برای تمام حیات روی زمین شکل می گیرد که از فعالیت حیاتی هر گونه، به طور جداگانه حمایت می کند.

ناوبری سریع مقاله

دو چرخ

دو چرخه اصلی وجود دارد:

1. زمین شناسی، به آن بزرگ نیز می گویند،
2. بیولوژیکی، او کوچک است.

زمین شناسی اهمیت جهانی دارد، زیرا مواد را بین منابع آبی زمین و زمین روی این سیاره به گردش در می آورد. این یک گردش جهانی آب را فراهم می کند، که برای هر دانش آموز شناخته شده است: بارش، تبخیر، بارش، یعنی یک الگوی خاص.

عامل تشکیل دهنده سیستم در اینجا آب در تمام حالات تجمع آن است. چرخه کامل این عمل امکان انجام منشا موجودات، رشد، تولید مثل و تکامل آنها را فراهم می کند. الگوریتم چرخه بزرگ چرخش ماده، علاوه بر اشباع کردن مناطق زمین با رطوبت، تشکیل سایر مواد را فراهم می کند. پدیده های طبیعی: تشکیلات سنگ های رسوبی، کانی ها، گدازه های آذرین و کانی ها.

چرخه بیولوژیکی تبادل مداوم مواد بین موجودات زنده و اجزای اجزای طبیعی است. به این صورت اتفاق می‌افتد: موجودات زنده جریان‌های انرژی دریافت می‌کنند و سپس با طی کردن فرآیند تجزیه مواد آلی، انرژی دوباره وارد عناصر محیط می‌شود.

چرخه مواد آلی به طور مستقیم مسئول تبادل مواد بین نمایندگان گیاهان، جانوران، میکروارگانیسم ها، سنگ های خاک و غیره است. چرخه بیولوژیکی در سطوح مختلف اکوسیستم ارائه می شود و نوعی چرخش را تشکیل می دهد واکنش های شیمیاییو تبدیل های مختلف انرژی در بیوسفر. چنین طرحی هزاران سال پیش شکل گرفت و در تمام این مدت در همان حالت عمل کرده است.

عناصر اصلی

عناصر شیمیایی زیادی در طبیعت وجود دارد، با این حال، تعداد زیادی از آنها برای طبیعت زنده ضروری نیستند. چهار عنصر اصلی وجود دارد:

1. اکسیژن،
2. هیدروژن،
3. کربن،
4. نیتروژن.

مقدار این مواد بیش از نیمی از کل چرخه بیولوژیکی مواد در طبیعت را اشغال می کند. عناصر مهمی نیز وجود دارد، اما در حجم های بسیار کمتر استفاده می شود. اینها فسفر، گوگرد، آهن و برخی دیگر هستند.

چرخه های بیوژئوشیمیایی به دو عمل مهم مانند تولید انرژی خورشیدی توسط خورشید و کلروفیل توسط گیاهان سبز تقسیم می شوند. از سوی دیگر، عناصر شیمیایی نقاط تماس اجتناب ناپذیری با بیوژئوشیمیایی دارند و در طول مسیر، مکمل این روش هستند.

کربن

این عنصر شیمیایی مهمترین جزء هر سلول زنده، ارگانیسم یا میکروارگانیسم است. ترکیبات کربن آلی را می توان با خیال راحت جزء اصلی امکان جریان و توسعه حیات نامید.

در طبیعت، این گاز در لایه های اتمسفر و تا حدی در هیدروسفر یافت می شود. از آنها است که کربن به همه گیاهان، جلبک ها و برخی میکروارگانیسم ها عرضه می شود.

انتشار گاز از طریق تنفس و فعالیت حیاتی موجودات زنده اتفاق می افتد. علاوه بر این، مقدار کربن موجود در بیوسفر نیز از لایه های خاک، به دلیل تبادل گازی که توسط سیستم ریشه گیاهان، بقایای پوسیده و سایر گروه های موجودات انجام می شود، دوباره پر می شود.

مفهوم بیوسفر و چرخه بیولوژیکی بدون تبادل کربن قابل تصور نیست. در زمین، منبع جامد این عنصر شیمیایی وجود دارد و در برخی از سنگ‌های رسوبی، موجودات بی‌جان و فسیل‌ها یافت می‌شود.

ورودی‌های کربن از سنگ‌های آهکی زیرزمینی امکان‌پذیر است، آنها می‌توانند در حین استخراج یا فرسایش تصادفی خاک در معرض قرار گیرند.

گردش کربن در بیوسفر با روش عبور چندگانه رخ می دهد سیستم های تنفسیموجودات زنده و تجمع در عوامل غیر زنده اکوسیستم.

فسفر

فسفر، به عنوان جزئی از بیوسفر، در شکل خالص آن به اندازه بسیاری از ترکیبات آلی ارزشمند نیست. برخی از آنها حیاتی هستند: اول از همه، اینها سلول های DNA، PKN و ATP هستند. طرح چرخه فسفر دقیقاً بر اساس ترکیب ارتوفسفر است ، زیرا این نوع ماده است که به بهترین وجه جذب می شود.

چرخش فسفر در بیوسفر، به طور کلی، از دو بخش تشکیل شده است:

1. بخش آبی سیاره - از پردازش توسط پلانکتون های اولیه تا رسوب به شکل اسکلت ماهی های دریایی،
2. محیط زمینی - در اینجا بیشتر به شکل عناصر خاک متمرکز است.

فسفر اساس ماده معدنی معروفی مانند آپاتیت است. توسعه معادن با مواد معدنی حاوی فسفر بسیار محبوب است، اما این شرایط به هیچ وجه از چرخه فسفر در بیوسفر پشتیبانی نمی کند، بلکه برعکس، ذخایر آن را تخلیه می کند.

نیتروژن

عنصر شیمیایی نیتروژن در این سیاره به مقدار کمی وجود دارد. محتوای تقریبی آن، در هر عنصر زنده، تنها حدود دو درصد است. اما بدون آن، زندگی در این سیاره امکان پذیر نیست.

در چرخه نیتروژن در بیوسفر، نقش تعیین کننده ای متعلق به انواع خاصی از باکتری ها است. درجه زیادی از مشارکت در اینجا به تثبیت کننده های نیتروژن و میکروارگانیسم های آمونیفی کننده اختصاص دارد. مشارکت آنها در این الگوریتم به قدری قابل توجه است که اگر برخی از نمایندگان این گونه ها از بین بروند، احتمال حیات روی زمین زیر سوال می رود.

نکته اینجاست که این عنصر به شکل مولکولی، مانند آنچه در لایه های جوی به نظر می رسد، توسط گیاهان قابل جذب نیست. در نتیجه، برای اطمینان از گردش نیتروژن در بیوسفر، لازم است آن را به آمونیاک یا آمونیوم پردازش کنیم. بنابراین طرح بازیافت نیتروژن کاملاً به فعالیت باکتری ها وابسته است.

همچنین، بخش مهمی در چرخه نیتروژن در اکوسیستم توسط چرخه کربن در بیوسفر گرفته می شود - هر دوی این چرخه ها از نزدیک به هم مرتبط هستند.

فرآیندهای مدرن تولید کود و سایر عوامل صنعتی تأثیر زیادی بر محتوای نیتروژن اتمسفر دارند - برای برخی مناطق، مقدار آن چندین برابر بیشتر است.

اکسیژن

در بیوسفر، گردش مواد و تبدیل انرژی از نوعی به نوع دیگر دائما در حال انجام است. مهمترین چرخه در این زمینه عملکرد فتوسنتز است. این فتوسنتز است که فضای هوا را با اکسیژن آزاد فراهم می کند، که می تواند لایه های خاصی از جو را ازنیزه کند.

در طول چرخه آب در بیوسفر، اکسیژن نیز از مولکول های آب آزاد می شود. اما این عامل غیرزیست حضور این عنصر در مقایسه با میزان تولید گیاهان ناچیز است.

چرخه اکسیژن در بیوسفر یک فرآیند طولانی، اما بسیار شدید است. اگر کل حجم این عنصر شیمیایی در اتمسفر را در نظر بگیریم، چرخه کامل آن از تجزیه مواد آلی تا رها شدن توسط گیاه در طول فتوسنتز حدود دو هزار سال طول می کشد! این چرخه هیچ وقفه ای ندارد، هر روز، هر سال، برای هزاران سال اتفاق می افتد.

امروزه در فرآیند متابولیسم، مقدار قابل توجهی از اکسیژن آزاد به دلیل انتشارات صنعتی، گازهای خروجی از اگزوز و سایر آلاینده های هوا محدود می شود.

اب

تصور بیوسفر و چرخه بیولوژیکی مواد بدون چنین ترکیب شیمیایی مهمی مانند آب دشوار است. شاید نیازی به توضیح نباشد که چرا. الگوی گردش آب در همه جا وجود دارد: همه موجودات زنده سه چهارم آب هستند. گیاهان برای فتوسنتز به آن نیاز دارند که باعث آزاد شدن اکسیژن می شود. تنفس نیز آب تولید می کند. اگر به طور خلاصه کل تاریخ حیات و توسعه سیاره خود را ارزیابی کنیم، چرخه کامل آب در بیوسفر، از تجزیه تا شکل گیری جدید، هزاران بار پشت سر گذاشته شده است.

از آنجایی که در بیوسفر یک گردش مداوم مواد و تبدیل انرژی از یکی به دیگری وجود دارد، این تبدیل آب است که تقریباً با تمام چرخه ها و چرخش های دیگر در طبیعت پیوند ناگسستنی دارد.

گوگرد

گوگرد، به عنوان یک عنصر شیمیایی، نقش مهمی در ساخت ساختار صحیح مولکول پروتئین دارد. چرخه گوگرد به دلیل بسیاری از انواع تک یاخته ها یا بهتر است بگوییم باکتری ها است. باکتری های هوازی گوگرد موجود در مواد آلی را به سولفات اکسید می کنند و سپس انواع دیگر باکتری ها فرآیند اکسیداسیون را به گوگرد عنصری کامل می کنند. طرح ساده‌شده‌ای که با آن می‌توان چرخه گوگرد در بیوسفر را توصیف کرد، شبیه یک فرآیند مداوم اکسیداسیون و کاهش است.

در فرآیند گردش مواد در بیوسفر، تجمع بقایای گوگرد در اقیانوس ها رخ می دهد. منابع این عنصر شیمیایی زهکشی است آب های رودخانه، که گوگرد را با جریان آب از خاک ها و دامنه کوه ها حمل می کنند. گوگرد با جدا شدن از رودخانه ها و آب های زیرزمینی به صورت سولفید هیدروژن، تا حدی وارد جو می شود و از آنجا با قرار گرفتن در چرخه مواد به عنوان بخشی از آب باران باز می گردد.

سولفات های گوگرد، برخی از انواع ضایعات قابل احتراق و انتشار مشابه به ناچار منجر به افزایش محتوای دی اکسید گوگرد در جو می شود. پیامدهای این امر تاسف بار است: باران اسیدی، بیماری های تنفسی، تخریب پوشش گیاهی و غیره. تبدیل گوگرد که در ابتدا برای عملکرد طبیعی اکوسیستم در نظر گرفته شده بود، امروزه به سلاحی برای نابودی موجودات زنده تبدیل شده است.

اهن

آهن خالص در طبیعت بسیار نادر است. به عنوان مثال، اساساً می توان آن را در بقایای شهاب سنگ ها یافت. این فلز به خودی خود نرم و چکش خوار است، اما در هوای آزاد فوراً با اکسیژن واکنش می دهد و اکسید و اکسید می سازد. بنابراین نوع اصلی ماده حاوی آهن سنگ آهن است.

مشخص است که گردش مواد در بیوسفر به شکل ترکیبات مختلفی انجام می شود، از جمله آهن نیز در طبیعت دارای چرخه گردش فعال است. فروم از سنگ ها یا همراه با خاکستر آتشفشانی وارد لایه های خاک یا اقیانوس جهانی می شود.

در حیات وحش، آهن نقش مهمی ایفا می کند؛ بدون آن، فرآیند فتوسنتز رخ نمی دهد و کلروفیل تشکیل نمی شود. در موجودات زنده از آهن برای تشکیل هموگلوبین استفاده می شود. پس از اتمام چرخه خود به صورت بقایای آلی وارد خاک می شود.

همچنین یک چرخه دریایی آهن در زیست کره وجود دارد. اصل اساسی آن شبیه به زمین است. برخی از انواع ارگانیسم ها آهن را اکسید می کنند. انرژی در اینجا و پس از اتمام استفاده می شود چرخه زندگیفلز به صورت سنگ معدن در اعماق آب ته نشین می شود.

باکتری ها، موجودات درگیر در چرخه های طبیعی اکوسیستم

گردش مواد و انرژی در بیوسفر فرآیندی پیوسته است که با عملکرد بی وقفه خود، حیات روی زمین را تضمین می کند. اصول اولیه این چرخه حتی برای دانش آموزان مدرسه آشنا است: گیاهان، تغذیه از دی اکسید کربن، آزاد کردن اکسیژن، حیوانات و مردم اکسیژن را استنشاق می کنند و ترک می کنند. دی اکسید کربنبه عنوان محصول فرآیند تنفسی. کار باکتری ها و قارچ ها پردازش بقایای موجودات زنده و تبدیل آنها از مواد آلی به مواد معدنی است که در نهایت توسط گیاهان جذب می شوند.

عملکرد چرخه بیولوژیکی ماده چیست؟ پاسخ ساده است: از آنجایی که عرضه عناصر شیمیایی و مواد معدنی در این سیاره، اگرچه گسترده است، اما هنوز محدود است. آنچه مورد نیاز است، یک فرآیند چرخه ای دگرگونی ها و گردش همه اجزای مهم زیست کره است. مفهوم بیوسفر و متابولیسم بیولوژیکی مدت زمان ابدی فرآیندهای زندگی بر روی زمین را تعریف می کند.

لازم به ذکر است که میکروارگانیسم ها در این امر نقش بسیار مهمی دارند. به عنوان مثال، چرخه فسفر بدون باکتری های نیتریف کننده غیرممکن است؛ فرآیندهای اکسیداتیو آهن بدون باکتری های آهن کار نمی کند. باکتری های ندول نقش مهمی در گردش طبیعی نیتروژن دارند - بدون آنها، چنین چرخه ای به سادگی متوقف می شود. در گردش مواد در بیوسفر، قارچ های کپک گونه ای منظم هستند که بقایای آلی را به اجزای معدنی تجزیه می کنند.

هر طبقه از موجودات ساکن در سیاره نقش مهم خود را در پردازش عناصر شیمیایی خاص انجام می دهد، به مفهوم بیوسفر و چرخه بیولوژیکی کمک می کند. ابتدایی ترین نمونه سلسله مراتب دنیای حیوانات، زنجیره غذایی است، با این حال، عملکردهای بسیار بیشتری در موجودات زنده وجود دارد و نتیجه جهانی تر است.

هر موجودی در واقع جزئی از یک بیوسیستم است. برای اینکه گردش مواد در بیوسفر به صورت چرخه ای و درست کار کند، حفظ تعادل بین مقدار ماده وارد شده به بیوسفر و مقداری که میکروارگانیسم ها می توانند پردازش کنند، مهم است. متأسفانه، با هر چرخه بعدی در طبیعت، این روند به دلیل دخالت انسان به طور فزاینده ای مختل می شود. مسائل زیست‌محیطی در حال تبدیل شدن به مشکلات جهانی اکوسیستم هستند و راه‌های حل آن‌ها از نظر مالی گران‌تر است، حتی اگر از سمت گذر فرآیندهای طبیعی ارزیابی شود، گران‌تر است.

سوال 1. وظیفه اصلی زیست کره چیست؟

وظیفه اصلی بیوسفر اطمینان از گردش عناصر شیمیایی است که در گردش مواد بین جو، خاک، هیدروسفر و موجودات زنده بیان می شود.

سوال 2. از چرخه آب در طبیعت برایمان بگویید.

آب تبخیر می شود و توسط جریان هوا در فواصل طولانی منتقل می شود. ریزش در سطح زمین به صورت نزولات جوی باعث تخریب سنگ ها، دسترسی به گیاهان و میکروارگانیسم ها، فرسایش لایه بالایی خاک و همراه با ترکیبات شیمیایی و ذرات آلی معلق محلول در آن به دریاها و اقیانوس ها می شود. . گردش آب بین اقیانوس و خشکی یک پیوند ضروری در حفظ حیات روی زمین است.

سوال 3. آیا موجودات زنده در چرخه آب شرکت می کنند؟ اگر بله، نمودار نشان داده شده در شکل 113 را کامل کنید و بر روی آن مشارکت موجودات زنده در چرخه را نشان دهید.

گیاهان به دو صورت در چرخه آب شرکت می کنند: آن را از خاک استخراج می کنند و در جو تبخیر می کنند. بخشی از آب سلول های گیاهی در طی فتوسنتز تجزیه می شود. در این حالت هیدروژن به شکل ترکیبات آلی ثابت می شود و اکسیژن وارد جو می شود.

حیوانات برای حفظ تعادل اسمزی و نمک در بدن آب مصرف می کنند و همراه با محصولات متابولیک به محیط خارجی رها می کنند.

سوال 4. چه موجوداتی دی اکسید کربن را از جو جذب می کنند؟

در فرآیند فتوسنتز، گیاهان سبز از دی اکسید کربن و هیدروژن آب برای سنتز ترکیبات آلی استفاده می کنند و اکسیژن آزاد شده وارد جو می شود.

سوال 5. کربن ثابت چگونه به جو باز می گردد؟

حیوانات و گیاهان مختلف اکسیژن تنفس می کنند و محصول نهایی تنفس یعنی CO2 در جو آزاد می شود.

سوال 6. نمودار چرخه نیتروژن در طبیعت را رسم کنید.

سوال 7. فکر کنید و مثال هایی در مورد چگونگی نقش مهم میکروارگانیسم ها در چرخه گوگرد بیاورید.

ترکیبات گوگرد با فلزات واقع در عمق خاک و در سنگ های رسوبی دریایی - سولفیدها - توسط میکروارگانیسم ها به شکل قابل دسترس - سولفات ها تبدیل می شوند که توسط گیاهان جذب می شوند. با کمک باکتری ها، واکنش های اکسیداسیون-کاهش جداگانه انجام می شود. سولفات‌های عمیق به H2S کاهش می‌یابند که افزایش می‌یابد و توسط باکتری‌های هوازی به سولفات اکسید می‌شود. تجزیه اجساد حیوانات یا گیاهان بازگشت گوگرد به چرخه را تضمین می کند.

سوال 8. رژیم غذایی هر فرد باید شامل غذاهای ماهی باشد. توضیح دهید که چرا این مهم است.

تقریباً 60000 تن فسفر عنصری همراه با ماهی های صید شده به خشکی بازگردانده می شود. 70 درصد کل فسفر موجود در بدن ما در استخوان ها و دندان ها متمرکز است. همراه با کلسیم، ساختار صحیح استخوان ها را تشکیل می دهد و استحکام مکانیکی آنها را تضمین می کند. نسبت ایده آل فسفر و کلسیم 1 به 2 یا 3 به 4 در نظر گرفته می شود. و اگر مثلاً با هم برابر باشند، استخوانی که به تدریج کلسیم خود را از دست می دهد، در نگاه اول سخت، اما شکننده می شود، مانند شیشه. بسیار سخت است، اگرچه در عین حال شکستن آن آسان است.

فسفر حامل اصلی انرژی است، بخشی از آدنوزین تری فسفات (به اختصار ATP) است که در خون جذب می شود و انرژی را به تمام سلول هایی که به آن نیاز دارند می رساند.

سوال 9. در کلاس بحث کنید که اگر همه موجودات زنده روی سیاره ناپدید شوند، چرخه مواد در طبیعت چگونه تغییر می کند.

همه موجودات زنده در گردش مواد شرکت می کنند و برخی از مواد را از محیط خارجی جذب می کنند و برخی دیگر را در آن رها می کنند. بنابراین گیاهان دی اکسید کربن، آب و نمک های معدنی را از محیط بیرونی مصرف می کنند و اکسیژن را در آن آزاد می کنند. حیوانات اکسیژن آزاد شده توسط گیاهان را استنشاق می کنند و وقتی آنها را می خورند، مواد آلی سنتز شده از آب و دی اکسید کربن را جذب می کنند و دی اکسید کربن، آب و مواد را از قسمت هضم نشده غذا آزاد می کنند. هنگامی که گیاهان و حیوانات مرده توسط باکتری ها و قارچ ها تجزیه می شوند، مقدار اضافی دی اکسید کربن تشکیل می شود و مواد آلی به مواد معدنی تبدیل می شوند که وارد خاک می شوند و دوباره توسط گیاهان جذب می شوند. بنابراین، اتم‌های عناصر شیمیایی اصلی دائماً از موجودی به موجود دیگر، از خاک، اتمسفر و هیدروسفر به موجودات زنده و از آن‌ها به محیط مهاجرت می‌کنند و بدین ترتیب ماده بی‌جان بیوسفر را دوباره پر می‌کنند. این فرآیندها بی نهایت بار تکرار می شوند. بنابراین، به عنوان مثال، تمام اکسیژن اتمسفر از ماده زنده در 2000 سال عبور می کند، تمام دی اکسید کربن - در 200-300 سال.

گردش مداوم عناصر شیمیایی در بیوسفر در طول مسیرهای کم و بیش بسته را چرخه بیوژئوشیمیایی می نامند. نیاز به چنین گردشی با در دسترس بودن محدود ذخایر آنها در این سیاره توضیح داده می شود. برای اطمینان از بی نهایت زندگی، عناصر شیمیاییباید در یک دایره حرکت کند با ناپدید شدن موجودات زنده، اختلال در گردش مواد و انرژی و در نتیجه مرگ بیوسفر رخ می دهد.

بسیاری از واکنش های آنزیمی در سلول های زنده رخ می دهد. کلیت این واکنش ها را با هم ترکیب می کنیم مفهوم کلیمتابولیسم، اما اشتباه است که فکر کنیم سلول چیزی بیش از یک کیسه غشایی نیست که در آن آنزیم ها به صورت تصادفی و نامنظم عمل می کنند. متابولیسم یک فعالیت سلولی بسیار هماهنگ و هدفمند است که با مشارکت بسیاری از سیستم های چند آنزیمی به هم پیوسته ارائه می شود. این چهار عملکرد خاص را انجام می دهد: 1) تامین انرژی شیمیایی، که با تقسیم مواد مغذی غنی از انرژی که از محیط وارد بدن می شود، یا با تبدیل انرژی جذب شده از نور خورشید به دست می آید. 2) تبدیل مولکول های غذا به بلوک های ساختمانی که بعداً توسط سلول برای ساختن ماکرومولکول ها استفاده می شود. 3) مونتاژ پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، لیپیدها، پلی ساکاریدها و سایر اجزای سلولی از این بلوک های ساختمانی. 4) سنتز و تخریب آن دسته از مولکول های زیستی که برای انجام هر گونه عملکرد خاص یک سلول ضروری هستند.

اگرچه متابولیسم از صدها واکنش آنزیمی مختلف تشکیل شده است، مسیرهای متابولیک مرکزی که ما معمولاً بیشتر به آنها علاقه مندیم اندک و در اصل در همه اشکال زنده یکسان هستند. در این فصل کلی، ما منابع مواد و انرژی برای متابولیسم، مسیرهای متابولیک مرکزی مورد استفاده برای سنتز و تجزیه اجزای اصلی سلولی، مکانیسم‌های دخیل در انتقال انرژی شیمیایی، و در نهایت، رویکردهای تجربی را در نظر خواهیم گرفت. برای مطالعه مسیرهای متابولیک استفاده می شود.

13.1. موجودات زنده در چرخه کربن و اکسیژن شرکت می کنند

ما بررسی خود را با جنبه های ماکروسکوپی متابولیسم، با تعامل متابولیک کلی بین موجودات زنده بیوسفر آغاز خواهیم کرد. همه موجودات زنده را می توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد، بسته به شکل شیمیایی که در آن قادر به جذب کربن حاصل از محیط هستند. سلول‌های اتوتروف ("خود تغذیه") می‌توانند از کربن اتمسفر به عنوان تنها منبع کربن استفاده کنند که از آن همه زیست مولکول‌های حاوی کربن خود را می‌سازند.

این گروه شامل باکتری های فتوسنتزی و سلول های برگ گیاهان سبز است. برخی از اتوتروف ها مانند سیانوباکتری ها نیز می توانند از نیتروژن اتمسفر برای سنتز تمام اجزای حاوی نیتروژن خود استفاده کنند. سلول های هتروتروف ("تغذیه به هزینه دیگران") توانایی جذب اتمسفر را ندارند. آنها باید کربن را به شکل ترکیبات آلی به اندازه کافی پیچیده، مانند گلوکز دریافت کنند. هتروتروف ها شامل سلول های حیوانات بالاتر و اکثر میکروارگانیسم ها می شوند. اتوتروف ها که همه چیز لازم برای زندگی را برای خود فراهم می کنند، استقلال خاصی دارند، در حالی که هتروتروف ها که به منابع پیچیده کربن نیاز دارند، از مواد زائد سلول های دیگر تغذیه می کنند.

تفاوت مهم دیگری نیز بین این دو گروه وجود دارد. بسیاری از موجودات اتوتروف فتوسنتز را انجام می دهند، یعنی توانایی استفاده از انرژی نور خورشید را دارند، در حالی که سلول های هتروتروف انرژی مورد نیاز خود را با تجزیه ترکیبات آلی تولید شده توسط اتوتروف ها به دست می آورند. در بیوسفر، اتوتروف‌ها و هتروتروف‌ها به‌عنوان شرکت‌کننده در یک چرخه غول‌پیکر با هم زندگی می‌کنند که در آن ارگانیسم‌های اتوتروف، زیست‌مولکول‌های آلی را از جو می‌سازند و برخی از آنها اکسیژن را به جو آزاد می‌کنند. هتروتروف ها از محصولات ارگانیک تولید شده توسط اتوتروف ها به عنوان غذا استفاده می کنند و آنها را به جو باز می گرداند. به این ترتیب گردش مداوم کربن و اکسیژن بین دنیای حیوانات و گیاهان انجام می شود. منبع انرژی برای این فرآیند عظیم نور خورشید است (شکل 13-1).

ارگانیسم های اتوتروف و هتروتروف به نوبه خود به زیر کلاس ها تقسیم می شوند. به عنوان مثال، دو زیر گروه بزرگ از هتروتروف ها وجود دارد: هوازی و بی هوازی. هوازی ها در محیطی حاوی اکسیژن زندگی می کنند و مواد مغذی آلی را با اکسیژن مولکولی اکسید می کنند.

برنج. 13-1. چرخه دی اکسید کربن و چرخه اکسیژن بین دو ناحیه بیوسفر زمین، فتوسنتزی و هتروتروف. مقیاس این چرخه بسیار زیاد است. برای یک سال در بیوسفر بیشتر از کربن چرخش می کند. تعادل بین آموزش و مصرف یکی از عوامل مهمی است که آب و هوای کره زمین را تعیین می کند. محتوای موجود در جو طی 100 سال گذشته به دلیل افزایش سوزاندن زغال سنگ و نفت حدود 25 درصد افزایش یافته است. برخی از دانشمندان استدلال می کنند که افزایش بیشتر در مقدار اتمسفر منجر به افزایش دمای متوسط ​​جو ("گلخانه") خواهد شد. با این حال، همه با این موافق نیستند، زیرا تعیین دقیق مقادیر تشکیل شده و درگیر در چرخه های مکرر در بیوسفر و همچنین جذب اقیانوس ها دشوار است. حدود 300 سال طول می کشد تا تمام اتمسفر از میان گیاهان عبور کند.

بی هوازی ها برای اکسید کردن مواد مغذی به اکسیژن نیاز ندارند. آنها در محیطی بدون اکسیژن زندگی می کنند. بسیاری از سلول ها، مانند مخمر، می توانند هم در شرایط هوازی و هم در شرایط بی هوازی وجود داشته باشند. چنین موجوداتی را بی هوازی اختیاری می نامند. با این حال، برای بی هوازی های اجباری که قادر به استفاده از اکسیژن نیستند، دومی یک سم است. به عنوان مثال، موجوداتی هستند که در اعماق خاک یا روی آن زندگی می کنند بستر دریا. اکثر سلول های هتروتروف، به ویژه سلول های بالاتر، بی هوازی اختیاری هستند، اما در حضور اکسیژن از مسیرهای متابولیک هوازی برای اکسید کردن مواد مغذی استفاده می کنند.

در یک ارگانیسم، گروه های مختلف سلولی می توانند به طبقات مختلف تعلق داشته باشند.

به عنوان مثال، در گیاهان عالی، سلول های برگ سبز حاوی کلروفیل، اتوتروف های فتوسنتزی هستند و سلول های ریشه بدون کلروفیل، هتروتروف هستند. علاوه بر این، سلول‌های سبز برگ‌ها فقط در طول روز دارای یک وجود اتوتروف هستند. در شب، آنها به عنوان هتروتروف عمل می کنند و انرژی مورد نیاز خود را با اکسید کردن کربوهیدرات های سنتز شده توسط آنها در نور به دست می آورند.

• درس مقدماتی رایگان است;
• تعداد زیادی معلم با تجربه (بومی و روسی زبان)؛
• دوره های نه دورهی معین(ماه، شش ماه، سال)، اما برای تعداد مشخصی از کلاس ها (5، 10، 20، 50)؛
• بیش از 10000 مشتری راضی
• هزینه یک درس با معلم روسی زبان - از 600 روبلبا یک زبان مادری - از 1500 روبل

چرخه مواد در بیوسفر

اساس زندگی خودپایدار روی زمین هستند چرخه های بیوژئوشیمیایی. تمام عناصر شیمیایی مورد استفاده در فرآیندهای زندگی موجودات، حرکات ثابتی انجام می دهند و از اجسام زنده به ترکیبات طبیعت بی جان و بالعکس حرکت می کنند. امکان استفاده مکرر از اتم های یکسان، زندگی روی زمین را عملا ابدی می کند، مشروط بر اینکه مقدار مناسب انرژی دائما تامین شود.

انواع چرخه مواد.بیوسفر زمین به طریق خاصی با گردش موجود مواد و جریان انرژی مشخص می شود. گردش مواد – مشارکت چندگانه مواد در فرآیندهای رخ داده در جو، هیدروسفر و لیتوسفر، از جمله لایه هایی که بخشی از بیوسفر زمین هستند. گردش مواد با یک جریان مداوم (جریان) انرژی خارجی خورشید و انرژی داخلی زمین انجام می شود.

بسته به نیروی محرکه، با درجه خاصی از قرارداد، در گردش مواد، می توان چرخه های زمین شناسی، بیولوژیکی و انسان زایی را تشخیص داد. قبل از ظهور انسان بر روی زمین، تنها دو مورد اول انجام شد.

چرخه زمین شناسی (گردش زیاد مواد در طبیعت) – گردش موادی که نیروی محرکه آن فرآیندهای زمین‌شناسی برون‌زا و درون‌زا هستند.

فرآیندهای درون زا(فرآیندهای دینامیک داخلی) تحت تأثیر انرژی داخلی زمین رخ می دهد. این انرژی آزاد شده در نتیجه فروپاشی رادیواکتیو، واکنش های شیمیایی تشکیل کانی ها، تبلور سنگ ها و غیره است. فرآیندهای درون زا عبارتند از: حرکات زمین ساختی، زلزله، ماگماتیسم، دگرگونی. فرآیندهای اگزوژن(فرآیندهای دینامیک خارجی) تحت تأثیر انرژی خارجی خورشید پیش می رود. فرآیندهای برون زا شامل هوازدگی سنگ ها و کانی ها، حذف محصولات تخریب از برخی مناطق پوسته زمین و انتقال آنها به مناطق جدید، رسوب و تجمع محصولات تخریب با تشکیل سنگ های رسوبی است. فرآیندهای برون زا شامل فعالیت های زمین شناسی جو، هیدروسفر (رودخانه ها، نهرهای موقت، آب های زیرزمینی، دریاها و اقیانوس ها، دریاچه ها و مرداب ها، یخ) و همچنین موجودات زنده و انسان است.

بزرگ‌ترین لندفرم‌ها (قاره‌ها و فرورفتگی‌های اقیانوسی) و لندفرم‌های بزرگ (کوه‌ها و دشت‌ها) به دلیل فرآیندهای درون‌زا تشکیل شدند، در حالی که لندفرم‌های متوسط ​​و کوچک (دره‌های رودخانه، تپه‌ها، دره‌ها، تپه‌ها و غیره) که بر روی شکل‌های زمین بزرگ‌تر قرار گرفته‌اند، از طریق فرآیندهای اگزوژن بنابراین، فرآیندهای درون زا و برون زا در عمل خود متضاد هستند. اولی منجر به تشکیل لندفرم های بزرگ و دومی به هموارسازی آنها می شود.

سنگ های آذرین در اثر هوازدگی به سنگ های رسوبی تبدیل می شوند. در مناطق متحرک پوسته زمین، آنها در اعماق زمین فرو می روند. در آنجا تحت تأثیر دما و فشار زیاد دوباره ذوب می شوند و ماگما را تشکیل می دهند که با بالا آمدن به سطح و جامد شدن، سنگ های آذرین را تشکیل می دهند.

بنابراین، گردش زمین شناسی مواد بدون مشارکت موجودات زنده پیش می رود و ماده را بین بیوسفر و لایه های عمیق تر زمین توزیع می کند.

چرخه بیولوژیکی (بیوژئوشیمیایی) (چرخه کوچک مواد در بیوسفر) – چرخه موادی که نیروی محرکه آن فعالیت موجودات زنده است. بر خلاف چرخه بزرگ زمین شناسی، چرخه کوچک بیوژئوشیمیایی مواد در بیوسفر اتفاق می افتد. منبع اصلی انرژی چرخه تابش خورشیدی است که فتوسنتز را ایجاد می کند. در یک اکوسیستم، مواد آلی توسط اتوتروف ها از مواد معدنی سنتز می شوند. سپس آنها توسط هتروتروف ها مصرف می شوند. در نتیجه دفع در حین فعالیت زندگی یا پس از مرگ موجودات (اعم از اتوتروف و هتروتروف)، مواد آلی دچار کانی سازی می شوند، یعنی تبدیل به مواد معدنی می شوند. این مواد معدنی می توانند برای سنتز مواد آلی توسط اتوتروف ها مجددا استفاده شوند.

در چرخه های بیوژئوشیمیایی باید دو بخش را از هم متمایز کرد:

1) صندوق ذخیره -بخشی از ماده ای است که با موجودات زنده مرتبط نیست.

2) صندوق مبادله -بخش بسیار کوچکتری از ماده که مستقیماً بین موجودات و محیط نزدیک آنها مبادله می شود. بسته به محل صندوق ذخیره، چرخه های بیوژئوشیمیایی را می توان به دو نوع تقسیم کرد:

1) چرخه های نوع گازبا صندوق ذخیره ای از مواد موجود در جو و هیدروسفر (چرخه های کربن، اکسیژن، نیتروژن).

2) چرخ دنده های رسوبیبا صندوق ذخیره در پوسته زمین (گردش فسفر، کلسیم، آهن و غیره).

چرخه‌های نوع گاز کامل‌تر هستند، زیرا دارای صندوق مبادله بزرگ هستند، به این معنی که قادر به خود تنظیمی سریع هستند. چرخه های رسوبی کمتر کامل هستند، آنها بی اثرتر هستند، زیرا بخش عمده ای از ماده در صندوق ذخیره پوسته زمین به شکلی "غیرقابل دسترس" برای موجودات زنده است. چنین چرخه هایی به راحتی توسط انواع مختلف تأثیرات مختل می شوند و بخشی از مواد مبادله شده از چرخه خارج می شود. تنها در نتیجه فرآیندهای زمین شناسی یا استخراج توسط ماده زنده می تواند دوباره به گردش خون بازگردد. با این حال، استخراج مواد لازم برای موجودات زنده از پوسته زمین بسیار دشوارتر از جو است.

شدت چرخه بیولوژیکی در درجه اول توسط دمای محیط و مقدار آب تعیین می شود. بنابراین، برای مثال، چرخه بیولوژیکی در جنگل های مرطوب استوایی نسبت به تندرا شدیدتر است.

با ظهور انسان، یک گردش انسانی یا متابولیسم مواد بوجود آمد. چرخه انسان زایی (مبادله) – گردش (مبادله) موادی که نیروی محرکه آن فعالیت انسان است. دارای دو جزء است: بیولوژیکی،مرتبط با عملکرد انسان به عنوان یک موجود زنده، و فنی،مرتبط با فعالیت های اقتصادی مردم است (چرخه تکنولوژیک).

چرخه های زمین شناسی و بیولوژیکی تا حد زیادی بسته هستند که در مورد چرخه انسان زایی نمی توان گفت. بنابراین، آنها اغلب نه در مورد چرخه انسان زایی، بلکه در مورد متابولیسم انسان زایی صحبت می کنند. باز بودن گردش انسان زایی مواد منجر به کاهش منابع طبیعی و آلودگی محیط زیست -عوامل اصلی تمام مشکلات زیست محیطی بشریت است.

چرخه مواد و عناصر اصلی بیوژنیک.چرخه مهم ترین مواد و عناصر برای موجودات زنده را در نظر بگیرید. چرخه آب متعلق به زمین شناسی بزرگ است و چرخه عناصر بیوژنیک (کربن، اکسیژن، نیتروژن، فسفر، گوگرد و سایر عناصر بیوژنیک) - به بیوژئوشیمیایی کوچک.

چرخه آب بین خشکی و اقیانوس از طریق جو به چرخه زمین شناسی بزرگ اشاره دارد. آب از سطح اقیانوس ها تبخیر می شود و یا به خشکی منتقل می شود و در آنجا به صورت نزولات جوی می ریزد و دوباره به صورت رواناب سطحی و زیرزمینی به اقیانوس باز می گردد یا به صورت نزولات جوی به سطح آب می ریزد. اقیانوس. سالانه بیش از 500 هزار کیلومتر مکعب آب در چرخه آب روی زمین شرکت می کند. چرخه آب به عنوان یک کل نقش عمده ای در شکل گیری دارد شرایط طبیعیدر سیاره ما با در نظر گرفتن تعرق آب توسط گیاهان و جذب آن در چرخه بیوژئوشیمیایی، کل ذخایر آب روی زمین از بین می رود و در عرض 2 میلیون سال دوباره احیا می شود.

چرخه کربن تولیدکنندگان دی اکسید کربن را از اتمسفر گرفته و به مواد آلی تبدیل می کنند، مصرف کنندگان کربن را به شکل مواد آلی با بدن تولیدکنندگان و مصرف کنندگان رده های پایین تر جذب می کنند، تجزیه کننده ها مواد آلی را کانی می کنند و کربن را به شکل دی اکسید کربن به اتمسفر باز می گرداند. . در اقیانوس ها، چرخه کربن به دلیل این واقعیت پیچیده است که بخشی از کربن موجود در موجودات مرده به پایین فرو می رود و در سنگ های رسوبی تجمع می یابد. این قسمت از کربن از چرخه زیستی خارج شده و وارد چرخه زمین شناسی ماده می شود.

جنگل ها مخزن اصلی کربن محدود شده از نظر بیولوژیکی هستند، آنها حاوی 500 میلیارد تن از این عنصر هستند که 2/3 ذخیره آن در جو است. دخالت انسان در چرخه کربن (سوزاندن زغال سنگ، نفت، گاز، رطوبت زدایی) منجر به افزایش محتوای CO2 در جو و توسعه اثر گلخانه ای می شود.

سرعت چرخه CO2، یعنی مدت زمانی که طول می کشد تا تمام دی اکسید کربن موجود در جو از مواد زنده عبور کند، حدود 300 سال است.

چرخه اکسیژن چرخه اکسیژن عمدتاً بین جو و موجودات زنده است. اصولاً اکسیژن آزاد (0^) در نتیجه فتوسنتز گیاهان سبز وارد جو می شود و در فرآیند تنفس حیوانات، گیاهان و میکروارگانیسم ها و در حین کانی سازی بقایای آلی مصرف می شود. مقدار کمی اکسیژن از آب و ازن تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش تشکیل می شود. مقدار زیادی از اکسیژن برای فرآیندهای اکسیداتیو در پوسته زمین، در هنگام فوران های آتشفشانی و غیره صرف می شود. سهم اصلی اکسیژن توسط گیاهان خشکی - تقریباً 3/4 و بقیه - توسط موجودات فتوسنتزی اقیانوسها تولید می شود. سرعت چرخه حدود 2 هزار سال است.

مشخص شده است که سالانه 23 درصد از اکسیژنی که در فرآیند فتوسنتز تشکیل می شود برای نیازهای صنعتی و خانگی مصرف می شود و این رقم به طور مداوم در حال افزایش است.

چرخه نیتروژن ذخیره نیتروژن (N2) در جو بسیار زیاد است (78٪ از حجم آن). با این حال، گیاهان نمی توانند نیتروژن آزاد را جذب کنند، اما فقط به صورت محدود، عمدتاً به شکل NH4+ یا NO3–. نیتروژن آزاد از اتمسفر توسط باکتری های تثبیت کننده نیتروژن محدود شده و به اشکال در دسترس گیاهان تبدیل می شود. در گیاهان، نیتروژن در مواد آلی (در پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک و غیره) تثبیت شده و در طول زنجیره غذایی منتقل می شود. پس از مرگ موجودات زنده، تجزیه کننده ها مواد آلی را کانی کرده و به ترکیبات آمونیوم، نیترات، نیتریت و همچنین به نیتروژن آزاد تبدیل می کنند که به اتمسفر بازگردانده می شود.

نیترات ها و نیتریت ها در آب بسیار محلول هستند و می توانند به آب های زیرزمینی و گیاهان مهاجرت کرده و از طریق زنجیره های غذایی منتقل شوند. اگر مقدار آنها بیش از حد زیاد باشد که اغلب با استفاده نادرست از کودهای نیتروژنی مشاهده می شود، آب و غذا آلوده شده و باعث بیماری های انسانی می شود.

چرخه فسفر بخش عمده ای از فسفر در سنگ های تشکیل شده در دوره های زمین شناسی گذشته وجود دارد. فسفر در نتیجه هوازدگی سنگ ها وارد چرخه بیوژئوشیمیایی می شود. در اکوسیستم‌های زمینی، گیاهان فسفر را از خاک استخراج می‌کنند (عمدتاً به شکل PO43–) و آن را در ترکیبات آلی (پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک، فسفولیپیدها و غیره) قرار می‌دهند یا آن را به شکل غیرآلی می‌گذارند. علاوه بر این، فسفر از طریق زنجیره های غذایی منتقل می شود. پس از مرگ موجودات زنده و با ترشحات آنها، فسفر به خاک باز می گردد.

با استفاده نادرست از کودهای فسفر، فرسایش آبی و بادی خاک، مقدار زیادی فسفر از خاک حذف می شود. از یک طرف، این منجر به مصرف بیش از حد کودهای فسفر و تخلیه ذخایر سنگ معدنی حاوی فسفر (فسفوریت ها، آپاتیت ها و غیره) می شود. از سوی دیگر، ورود مقادیر زیادی از عناصر بیوژنیک مانند فسفر، نیتروژن، گوگرد و غیره از خاک به آب، باعث رشد سریع سیانوباکترها و سایر گیاهان آبزی (شکوفایی آب) می شود. اوتروفیکاسیونمخازن اما بیشتر فسفر به دریا منتقل می شود.

در اکوسیستم های آبی، فسفر توسط فیتوپلانکتون ها جذب شده و از طریق زنجیره غذایی به پرندگان دریایی منتقل می شود. فضولات آنها یا بلافاصله دوباره به دریا می افتند یا ابتدا در ساحل جمع می شوند و سپس به هر حال در دریا شسته می شوند. از جانوران دریایی در حال مرگ، به ویژه ماهی ها، فسفر دوباره وارد دریا شده و وارد چرخه می شود، اما برخی از اسکلت ماهی ها به اعماق زیادی می رسد و فسفر موجود در آنها دوباره وارد سنگ های رسوبی می شود، یعنی از بیوژئوشیمیایی خارج می شود. چرخه

چرخه گوگرد صندوق ذخیره اصلی گوگرد در رسوبات و خاک یافت می شود، اما برخلاف فسفر، یک صندوق ذخیره در جو وجود دارد. نقش اصلی در دخالت گوگرد در چرخه بیوژئوشیمیایی متعلق به میکروارگانیسم ها است. برخی از آنها عوامل کاهنده و برخی دیگر عوامل اکسید کننده هستند.

در سنگ ها، گوگرد به شکل سولفیدها (FeS2 و غیره)، در محلول ها - به شکل یون (SO42–)، در فاز گازی به شکل سولفید هیدروژن (H2S) یا دی اکسید گوگرد (SO2) وجود دارد. . در برخی از موجودات، گوگرد به صورت خالص تجمع می یابد و با مرگ آنها، رسوبات گوگرد بومی در کف دریاها تشکیل می شود.

در اکوسیستم های زمینی، گوگرد عمدتاً به شکل سولفات از خاک وارد گیاهان می شود. در موجودات زنده، گوگرد در پروتئین ها، به شکل یون و غیره یافت می شود. پس از مرگ موجودات زنده، بخشی از گوگرد در خاک توسط میکروارگانیسم ها به H2S بازگردانده می شود، بخشی دیگر به سولفات اکسید می شود و دوباره وارد چرخه می شود. سولفید هیدروژن حاصل به اتمسفر فرار می کند، در آنجا اکسید می شود و با بارش به خاک باز می گردد.

احتراق انسان از سوخت های فسیلی (به ویژه زغال سنگ) و انتشار صنایع شیمیایی، منجر به تجمع دی اکسید گوگرد (SO2) در جو می شود که در واکنش با بخار آب به صورت باران اسیدی به زمین می ریزد.

چرخه‌های بیوژئوشیمیایی به اندازه چرخه‌های زمین‌شناسی نیستند و تا حد زیادی تحت تأثیر انسان هستند. فعالیت اقتصادی انزوای آنها را نقض می کند، آنها غیر چرخه ای می شوند.