생물권의 물질 순환, 지질 및 생화학 종, 살아있는 유기체의 중요성. 생물권의 물과 특정 물질 순환의 특징 순환에 관여하는 물질
뛰어난 러시아 과학자 학자 V.I. Vernadsky.
생물권- 살아있는 유기체 전체와 이러한 유기체와 지속적으로 교환하는 과정에 있는 행성 물질의 일부를 포함하는 지구의 복잡한 외피. 이것은 인간을 둘러싼 자연 환경의 주요 구성 요소인 지구의 가장 중요한 지질권 중 하나입니다.
지구는 동심원으로 이루어져 있다 껍질(지권) 내부 및 외부 모두. 내부는 코어와 맨틀이고 외부는 다음과 같습니다. 암석권 - 6km(해저)에서 80km(산계)의 두께를 가진 지각(그림 1)을 포함한 지구의 돌 껍질; 수권 -지구의 물 껍질; 대기- 다양한 가스, 수증기 및 먼지의 혼합물로 구성된 지구의 가스 봉투.
고도 10~50km에는 오존층이 존재하며, 고도 20~25km에 최대 농도를 나타내는 오존층이 있어 인체에 치명적인 과도한 자외선으로부터 지구를 보호합니다. 생물권도 여기에 속합니다(외부 지구권).
생물권 -(오존층까지) 25-30km 높이까지 대기의 일부, 거의 전체 수권 및 약 3km 깊이까지 암석권의 상부를 포함하는 지구의 외피
쌀. 1. 지각 구조도
(그림 2). 이 부분의 특징은 행성의 살아있는 물질을 구성하는 살아있는 유기체가 살고 있다는 것입니다. 상호 작용 생물권의 비생물적 부분- 공기, 물, 암석 및 유기물 - 생물상토양과 퇴적암이 형성되었다.
쌀. 2. 생물권의 구조와 주요 구조 단위가 차지하는 표면의 비율
생물권과 생태계의 물질 순환
생물권에서 살아있는 유기체가 사용할 수 있는 모든 화합물은 제한되어 있습니다. 동화에 적합한 화학 물질의 소진성은 종종 육지나 바다의 특정 지역에서 특정 유기체 그룹의 발달을 방해합니다. Academician V.R. 무한의 유한한 속성을 부여하는 유일한 방법은 폐곡선을 따라 회전하도록 하는 것입니다. 결과적으로 물질의 순환과 에너지 흐름으로 인해 생물권의 안정성이 유지됩니다. 사용 가능 물질의 두 가지 주요 순환: 대형 - 지질 및 소형 - 생지화학.
거대한 지질학적 순환(그림 3). 결정질 암석(화성암)은 물리적, 화학적, 생물학적 요인의 영향을 받아 퇴적암으로 변합니다. 모래와 점토는 깊은 암석이 변형된 전형적인 퇴적물입니다. 그러나 퇴적물의 형성은 기존 암석의 파괴뿐만 아니라 천연 자원- 바다, 바다 및 호수의 물. 느슨한 물 퇴적물은 퇴적 물질의 새로운 부분에 의해 저수지 바닥에서 분리되어 깊이 잠기고 새로운 열역학적 조건 (더 높은 온도 및 압력)으로 떨어지고 물을 잃고 굳어 퇴적암으로 변합니다.
앞으로이 암석은 새로운 온도 및 압력 조건으로의 깊은 변형 과정, 즉 변성 과정이 일어나는 더 깊은 지평으로 가라 앉습니다.
내인성 에너지 흐름의 영향으로 깊은 암석이 재용해되어 새로운 화성암의 원천인 마그마를 형성합니다. 이 암석이 지구 표면으로 올라간 후 풍화 및 운송 과정의 영향으로 다시 새로운 퇴적암으로 변형됩니다.
따라서 큰 순환은 태양(외인성) 에너지와 지구의 깊은(내인성) 에너지의 상호 작용으로 인한 것입니다. 그것은 생물권과 지구의 더 깊은 지평 사이에 물질을 재분배합니다.
쌀. 3. 물질의 대규모(지질학적) 순환(가는 화살표)과 지각(실선 넓은 화살표 - 성장, 깨진 화살표 - 다양성 감소)
큰 원태양 에너지에 의해 구동되는 수권, 대기 및 암석권 사이의 물 순환이라고도합니다. 물은 수역과 육지의 표면에서 증발한 다음 강수 형태로 지구로 돌아갑니다. 바다에서는 증발량이 강수량을 초과하고 육지에서는 그 반대입니다. 이러한 차이는 강의 흐름에 의해 보상됩니다. 육지 식생은 지구 물 순환에서 중요한 역할을 합니다. 지구 표면의 특정 지역에서 식물의 증산은 여기에 떨어지는 강수량의 최대 80-90%이며 모든 기후대에 대해 평균적으로 약 30%입니다. 큰 순환과 달리 물질의 작은 순환은 생물권 내에서만 발생합니다. 크고 작은 물 순환 사이의 관계는 그림에 나와 있습니다. 4.
행성 규모의 순환은 개별 생태계에서 유기체의 중요한 활동에 의해 구동되는 원자의 수많은 국지적 순환 이동과 지형 및 지질학적 요인(지표 및 지하 유출, 바람 침식, 해저 이동, 화산 활동, 산 형성 등)의 작용으로 인해 발생하는 이동에서 생성됩니다.
쌀. 4. 물의 대지질순환(GBC)과 소생지화학적 순환(MBC)의 관계
몸에서 한 번 사용하고 열로 바뀌어 손실되는 에너지와 달리 생물권의 물질은 순환하면서 생지화학적 순환을 이룬다. 자연에서 발견되는 90개 이상의 원소 중에서 살아있는 유기체는 약 40개를 필요로 합니다. 그들에게 가장 중요한 것은 탄소, 수소, 산소, 질소와 같은 대량으로 필요합니다. 요소와 물질의 순환은 모든 구성 요소가 참여하는 자기 조절 프로세스를 통해 수행됩니다. 이러한 프로세스는 낭비가 아닙니다. 존재한다 생물권에서 생지화학적 순환의 전지구적 폐쇄 법칙개발의 모든 단계에서 작동합니다. 생물권의 진화 과정에서 생지화학의 폐쇄에서 생물학적 구성요소의 역할
누구 주기. 인간은 생지구화학적 순환에 훨씬 더 큰 영향을 미칩니다. 그러나 그 역할은 반대 방향으로 나타납니다(순환이 열림). 물질의 생지구화학적 순환의 기초는 태양 에너지와 녹색 식물의 엽록소입니다. 물, 탄소, 질소, 인 및 황과 같은 다른 가장 중요한 순환은 생지화학과 연관되어 있으며 이에 기여합니다.
생물권의 물 순환
식물은 광합성 중에 물 수소를 사용하여 유기 화합물을 만들고 분자 산소를 방출합니다. 모든 생명체의 호흡 과정에서 유기 화합물이 산화되는 동안 물이 다시 형성됩니다. 생명의 역사에서 수권의 모든 자유수는 행성의 생명체에서 반복적으로 분해와 신생의 순환을 거쳤습니다. 매년 약 500,000km3의 물이 지구의 물 순환에 관여합니다. 물의 순환과 매장량은 그림에 나와 있습니다. 5(상대적 용어로).
생물권의 산소 순환
지구는 광합성 과정 덕분에 자유 산소 함량이 높은 독특한 분위기를 갖게 되었습니다. 대기의 높은 층에서 오존의 형성은 산소 순환과 밀접한 관련이 있습니다. 산소는 물 분자에서 방출되며 본질적으로 부산물식물의 광합성 활동. 비생물학적으로 산소는 수증기의 광분해로 인해 상층 대기에서 발생하지만 이 공급원은 광합성에 의해 공급되는 산소의 1000분의 1퍼센트에 불과합니다. 대기의 산소 함량과 수권 사이에는 이동 평형이 있습니다. 물에서는 약 21배 적습니다.
쌀. 그림 6. 산소 순환 체계: 굵은 화살표 - 산소 공급 및 소비의 주요 흐름
방출된 산소는 모든 호기성 유기체의 호흡 과정과 다양한 미네랄 화합물의 산화에 집중적으로 사용됩니다. 이러한 과정은 대기, 토양, 물, 미사 및 바위. 퇴적암에 결합된 산소의 상당 부분이 광합성 기원이라는 것이 밝혀졌습니다. 대기 중 O의 교환 자금은 광합성 총 생산량의 5%를 넘지 않습니다. 많은 혐기성 박테리아는 또한 이를 위해 황산염이나 질산염을 사용하여 혐기성 호흡 중에 유기물을 산화시킵니다.
식물에 의해 생성된 유기물의 완전한 분해에는 광합성 동안 방출된 것과 정확히 동일한 양의 산소가 필요합니다. 퇴적암, 석탄, 이탄에 매장된 유기물은 대기 중에 산소 교환 기금을 유지하는 기초 역할을 했습니다. 포함된 모든 산소는 약 2000년 동안 살아있는 유기체를 통해 전체 주기를 거칩니다.
현재 대기 산소의 상당 부분은 운송, 산업 및 기타 형태의 인위적 활동의 결과로 묶여 있습니다. 인류는 광합성 과정에서 공급되는 4300~4700억 톤의 총량 중 이미 100억 톤 이상의 자유산소를 소비하고 있는 것으로 알려져 있다. 교환 기금이받는 것을 고려하면 대부분의광합성 산소, 이와 관련하여 사람들의 활동은 놀라운 비율을 얻기 시작합니다.
산소 순환은 탄소 순환과 밀접한 관련이 있습니다.
생물권의 탄소 순환
화학 원소로서의 탄소는 생명의 기초입니다. 그는 할 수있다 다른 방법들다른 많은 요소와 결합하여 살아있는 세포를 구성하는 단순하고 복잡한 유기 분자를 형성합니다. 지구상의 분포 측면에서 탄소는 11위(지각 중량의 0.35%)를 차지하지만 생물체에서는 평균적으로 건조 바이오매스의 약 18 또는 45%를 차지합니다.
대기에서 탄소는 이산화탄소 CO 2 의 구성에 포함되며 메탄 CH 4 의 구성에는 덜 포함됩니다. 수권에서 CO 2는 물에 용해되며 총 함량은 대기보다 훨씬 높습니다. 해양은 대기 중 CO 2 조절을 위한 강력한 완충 역할을 합니다. 공기 중 CO 2 농도가 증가하면 물에 의한 이산화탄소 흡수가 증가합니다. 일부 CO 2 분자는 물과 반응하여 탄산을 형성한 다음 HCO 3 - 및 CO 2- 3 이온으로 해리됩니다. 이 이온은 칼슘 또는 마그네슘 양이온과 반응하여 탄산염을 침전시킵니다. 유사한 반응이 물의 일정한 pH를 유지하는 해양 완충 시스템의 기초가 됩니다.
대기와 수권의 이산화탄소는 탄소 순환의 교환 기금이며, 여기서 육상 식물과 조류에 의해 끌어옵니다. 광합성은 지구상의 모든 생물학적 주기의 기초가 됩니다. 고정 탄소의 방출은 광합성 유기체 자체와 박테리아, 균류, 먹이 사슬에 포함된 모든 종속 영양 생물의 호흡 활동 중에 발생하며 살아 있거나 죽은 유기물을 희생시킵니다.
쌀. 7. 탄소 순환
특히 활발한 것은 수많은 유기체 그룹의 활동이 집중되어 죽은 식물과 동물의 잔해를 분해하고 식물 뿌리 시스템의 호흡이 수행되는 토양에서 대기로 CO 2를 반환하는 것입니다. 이 통합 프로세스를 "토양 호흡"이라고 하며 대기 중 CO 2 교환 기금의 보충에 크게 기여합니다. 유기물의 광물화 과정과 병행하여 탄소가 풍부한 복잡하고 안정적인 분자 복합체인 부식질이 토양에 형성됩니다. 토양 부식질은 육지에서 중요한 탄소 저장고 중 하나입니다.
파괴자의 활동이 환경 요인에 의해 억제되는 조건(예: 혐기성 체제가 토양과 수역 바닥에서 발생하는 경우)에서 식생에 의해 축적된 유기물은 분해되지 않고 시간이 지남에 따라 석탄 또는 갈탄, 이탄, 부석, 오일 셰일 및 기타 축적된 태양 에너지가 풍부한 암석으로 변합니다. 그들은 오랫동안 생물학적 순환에서 꺼진 탄소 예비 기금을 보충합니다. 탄소는 또한 살아있는 바이오매스, 죽은 쓰레기, 해양의 용해된 유기물 등에 일시적으로 축적됩니다. 하지만 쓰기에 탄소의 주요 준비금살아있는 유기체도 아니고 가연성 화석도 아니지만 퇴적암은 석회암과 백운암이다.그들의 형성은 또한 생명체의 활동과 관련이 있습니다. 이 탄산염의 탄소는 지구의 창자에 오랫동안 묻혀 있으며 지각 순환에서 암석이 노출되는 침식 동안에만 순환에 들어갑니다.
지구상의 탄소 총량 중 극히 일부만이 생지화학적 순환에 참여합니다. 대기 및 수권 탄소는 살아있는 유기체를 반복적으로 통과합니다. 육상 식물은 4-5년 안에 공기 중에서 매장량을 소진할 수 있고 토양 부식질 매장량은 300-400년 안에 소진될 수 있습니다. 교환 기금으로의 탄소의 주요 반환은 살아있는 유기체의 활동으로 인해 발생하며 화산 가스의 일부로 지구 내부에서 방출되어 그 중 일부(1/1000)만이 보상됩니다.
현재 거대한 화석 연료 매장량의 추출 및 연소는 매장량에서 생물권의 교환 기금으로 탄소를 이전하는 데 강력한 요인이 되고 있습니다.
생물권의 질소 순환
대기와 생명체는 지구상의 모든 질소의 2% 미만을 함유하고 있지만 지구상의 생명체를 지원하는 것은 바로 그 사람입니다. 질소는 DNA, 단백질, 지단백질, ATP, 엽록소 등 가장 중요한 유기 분자의 일부입니다. 식물 조직에서 탄소와의 비율은 평균 1:30이고 해조류 I: 6입니다. 따라서 질소의 생물학적 순환도 탄소와 밀접한 관련이 있습니다.
대기의 분자 질소는 식물이 사용할 수 없으며 암모늄 이온, 질산염 또는 토양이나 수용액의 형태로만 이 요소를 흡수할 수 있습니다. 따라서 질소 부족은 종종 무기 물질로부터 유기 물질을 생성하는 것과 관련된 유기체의 작업인 1차 생산을 제한하는 요인입니다. 그럼에도 불구하고 대기중 질소는 특수한 박테리아(질소고정제)의 활동으로 인해 생물학적 순환에 광범위하게 관여하고 있다.
암모니아화 미생물도 질소 순환에 중요한 역할을 합니다. 그들은 단백질 및 기타 질소 함유 유기 물질을 암모니아로 분해합니다. 암모늄 형태에서 질소는 부분적으로 식물의 뿌리에 의해 재흡수되고 부분적으로는 미생물 그룹인 탈질소제의 기능과 반대되는 질화 미생물에 의해 차단됩니다.
쌀. 8. 질소 순환
토양이나 물의 혐기성 조건에서 질산염의 산소를 사용하여 유기물을 산화시켜 생활 활동에 필요한 에너지를 얻습니다. 질소는 분자 질소로 환원됩니다. 자연의 질소고정과 탈질소화는 거의 균형을 이룬다. 따라서 질소 순환은 주로 박테리아 활동에 의존하는 반면, 식물은 이 순환의 중간 생성물을 사용하고 바이오매스 생산을 통해 생물권에서 질소 순환을 크게 증가시킴으로써 질소 순환에 들어갑니다.
질소 순환에서 박테리아의 역할은 너무 커서 박테리아 종 중 20개만 파괴되면 지구상의 생명체가 사라질 것입니다.
질소의 비생물학적 고정과 그 산화물 및 암모니아가 토양으로 유입되는 것도 대기 이온화 및 번개 방전 동안 강우와 함께 발생합니다. 현대 비료 산업은 작물 생산량을 늘리기 위해 자연적인 질소 고정을 초과하여 대기 중 질소를 고정합니다.
현재 인간 활동은 질소 순환에 점점 더 많은 영향을 미치고 있으며, 주로 분자 상태로 돌아가는 과정에서 결합 형태로의 전환을 초과하는 방향으로 진행되고 있습니다.
생물권의 인 순환
ATP, DNA, RNA를 포함한 많은 유기 물질의 합성에 필요한이 요소는 오르토 인산 이온 (PO 3 4 +)의 형태로만 식물에 흡수됩니다. 그것은 토양과 물에서 인의 교환 자금이 적기 때문에 육지와 특히 해양에서 1차 생산을 제한하는 요소에 속합니다. 생물권 규모에서 이 요소의 순환은 닫히지 않습니다.
육지에서 식물은 부패하는 유기 잔류물에서 분해자에 의해 방출되는 인산염을 토양에서 끌어옵니다. 그러나 알칼리성 또는 산성 토양에서는 인 화합물의 용해도가 급격히 떨어집니다. 인산염의 주요 예비 기금은 지질학적 과거에 해저에서 생성된 암석에 포함되어 있습니다. 암석 침출 과정에서 이러한 매장량의 일부는 토양으로 들어가 현탁액 및 용액 형태로 수역으로 씻겨 나갑니다. 수권에서 인산염은 식물성 플랑크톤에 의해 사용되며 먹이 사슬을 통해 다른 수생 생물에게 전달됩니다. 그러나 해양에서는 대부분의 인화합물이 바닥에 동식물의 잔해와 함께 묻혀 있다가 퇴적암과 함께 거대한 지질학적 순환으로 전이된다. 깊은 곳에서 용해된 인산염은 칼슘과 결합하여 인산염과 인회석을 형성합니다. 실제로 생물권에서는 육지의 암석에서 바다 깊이까지 단방향 인의 흐름이 있으므로 수권에서의 교환 기금은 매우 제한적입니다.
쌀. 9. 인 순환
인산염과 인회석의 지상 침전물은 비료 생산에 사용됩니다. 민물에 인이 침투하는 것은 "개화"의 주된 이유 중 하나입니다.
생물권의 유황 순환
많은 아미노산의 구성에 필요한 황의 순환은 단백질의 3차원 구조를 담당하고 생물권에서 광범위한 박테리아에 의해 지원됩니다. 유기 잔류물의 황을 황산염으로 산화시키는 호기성 미생물과 황산염을 황화수소로 환원시키는 혐기성 황산염 환원제는 이 순환의 개별 연결에 참여합니다. 나열된 황 박테리아 그룹 외에도 황화수소를 원소 황으로, 나아가 황산염으로 산화시킵니다. 식물은 토양과 물에서 SO2-4 이온만 흡수합니다.
중앙의 링은 사용 가능한 황산 풀과 토양 및 퇴적물 깊숙이 있는 황화철 풀 사이에서 황을 교환하는 산화(O) 및 환원(R) 과정을 보여줍니다.
쌀. 10. 유황 순환. 중앙의 링은 사용 가능한 황산 풀과 토양 및 퇴적물 깊은 곳의 황화철 풀 사이에서 황을 교환하는 산화(0) 및 환원(R) 과정을 보여줍니다.
유황의 주요 축적은 바다에서 발생하며, 강 유거수와 함께 육지에서 황산염 이온이 지속적으로 공급됩니다. 황화수소가 물에서 방출되면 유황은 부분적으로 대기로 되돌아가서 이산화물로 산화되어 빗물에서 황산으로 변합니다. 다량의 황산염과 원소 황의 산업적 사용과 화석 연료의 연소는 다량의 이산화황을 대기 중으로 방출합니다. 이것은 초목, 동물, 사람에게 해를 끼치고 산성비의 원인이 되어 유황 순환에 대한 인간 개입의 부정적인 영향을 악화시킵니다.
물질의 순환 속도
물질의 모든 주기는 서로 다른 속도로 발생합니다(그림 11).
따라서 지구상의 모든 생물 발생 요소의 순환은 복잡한 상호 작용에 의해 지원됩니다. 다른 부분들. 그들은 서로 다른 기능을 가진 유기체 그룹의 활동, 해양과 육지를 연결하는 유출 및 증발 시스템, 물과 기단의 순환 과정, 중력의 작용, 암석권 판 구조론 및 기타 대규모 지질 및 지구 물리학 과정에 의해 형성됩니다.
생물권은 물질의 다양한 순환이 일어나는 하나의 복합 시스템으로 작용합니다. 이들의 메인 엔진 주기는 행성, 모든 살아있는 유기체,유기물의 합성, 변형 및 분해 과정을 제공합니다.
쌀. 11. 물질 순환율(P. Cloud, A. Jibor, 1972)
세계에 대한 생태학적 관점의 기초는 모든 생명체가 자신의 서식지인 비오토프를 형성하는 다양한 요인에 의해 둘러싸여 있다는 생각입니다. 따라서, 비오톱 - 특정 유형의 식물이나 동물의 생활 조건 측면에서 동질적인 영토 조각(계곡의 경사면, 도시 삼림 공원, 작은 호수 또는 큰 호수의 일부이지만 균일한 조건 - 해안 부분, 심해 부분).
특정 비오토프의 특성을 나타내는 유기체는 다음과 같습니다. 생명 공동체 또는 생물권(호수, 초원, 연안 지역의 동물, 식물 및 미생물).
생명 공동체 (biocenosis)는 비오토프와 함께 단일 전체를 형성합니다. 생태계 (생태계).개미집, 호수, 연못, 초원, 숲, 도시, 농장은 자연 생태계의 예가 될 수 있습니다. 인공 생태계의 전형적인 예는 다음과 같습니다. 우주선. 보시다시피 여기에는 엄격한 공간 구조가 없습니다. 생태계의 개념에 가까운 개념은 생물 지질 증.
생태계의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.
- 무생물(무생물) 환경.이들은 물, 광물, 가스, 유기 물질 및 부식질입니다.
- 생물 성분.여기에는 생산자 또는 생산자(녹색 식물), 소비자 또는 소비자(생산자를 먹고 사는 생물), 분해자 또는 분해자(미생물)가 포함됩니다.
자연은 매우 경제적입니다. 따라서 유기체에 의해 생성된 바이오매스(유기체의 물질)와 그 안에 포함된 에너지는 생태계의 다른 구성원에게 전달됩니다. 동물은 식물을 먹고 이 동물은 다른 동물이 먹습니다. 이 프로세스는 음식 또는 영양 사슬.자연에서 먹이 사슬은 종종 교차합니다. 먹이사슬 형성.
먹이 사슬의 예: 식물 - 초식 동물 - 포식자; 시리얼 - 들쥐 - 여우 등 및 먹이 웹이 그림에 나와 있습니다. 12.
따라서 생물권의 평형 상태는 생태계의 모든 구성 요소 간의 물질과 에너지의 지속적인 교환으로 인해 유지되는 생물 및 비생물 환경 요인의 상호 작용을 기반으로 합니다.
자연 생태계의 폐쇄된 순환에서 다른 것들과 함께 분해자의 존재와 태양 에너지의 지속적인 공급이라는 두 가지 요소의 참여가 필수적입니다. 도시 및 인공 생태계에는 분해자가 거의 또는 전혀 없기 때문에 액체, 고체 및 기체 폐기물이 축적되어 환경을 오염시킵니다.
쌀. 12. 먹이그물과 물질 흐름의 방향
생물권은 우리 행성의 외피이며 가장 중요한 과정은 주요 지구권 중 하나인 생물권에서 발생합니다. 생물권에서 물질의 순환은 오늘날까지 수세기 동안 과학자들의 면밀한 관심 대상이었습니다. 물질의 순환 덕분에 지구상의 모든 생명체에 대한 글로벌 화학 교환이 형성되어 각 종의 중요한 활동을 개별적으로 지원합니다.
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두 개의 환류
두 가지 주요 주기가 있습니다.
- 지질, 그것은 또한 큰,
- 생물학적, 그는 작습니다.
지질은 지구의 수자원과 지구상의 땅 사이에 물질을 순환시키기 때문에 세계적으로 중요합니다. 그것은 강수량, 증발, 강수량, 즉 특정 패턴과 같이 모든 학생에게 알려진 전 세계적으로 물의 순환을 제공합니다.
여기서 시스템을 형성하는 요소는 모든 집합 상태의 물입니다. 이 작업의 전체 주기를 통해 유기체의 기원, 발달, 번식 및 진화를 수행할 수 있습니다. 수분으로 육지를 포화시키는 것 외에도 물질 회전율의 큰 순환 알고리즘은 다른 형성을 제공합니다. 자연 현상: 퇴적암, 광물, 화성암 및 광물의 형성.
생물학적 순환은 살아있는 유기체와 천연 구성 요소 사이의 물질의 지속적인 교환입니다. 이런 식으로 발생합니다. 살아있는 유기체는 에너지 흐름을 받고 유기물의 분해 과정을 거쳐 에너지가 다시 환경 요소로 들어갑니다.
유기 물질의 순환은 동식물, 미생물, 토양 암석 등의 대표자 간의 물질 교환에 직접적인 책임이 있습니다. 생물학적 순환은 생태계의 다양한 수준에서 제공되며 일종의 회전율을 형성합니다. 화학 반응그리고 생물권에서 에너지의 다양한 변환. 이러한 계획은 수천 년 전에 형성되었으며 지금까지 동일한 모드로 운영되었습니다.
필수 요소
자연계에는 많은 화학원소가 존재하지만 살아있는 자연에 필요한 화학원소는 그리 많지 않습니다. 네 가지 주요 요소가 있습니다.
- 산소,
- 수소,
- 탄소,
- 질소.
이러한 물질의 양은 자연계 물질의 전체 생물학적 순환의 절반 이상을 차지합니다. 중요한 요소도 있지만 훨씬 작은 볼륨으로 사용됩니다. 이들은 인, 황, 철 및 기타입니다.
생지화학적 순환은 태양에 의한 태양 에너지 생산과 녹색 식물에 의한 엽록소 생산과 같은 두 가지 중요한 작용으로 나뉩니다. 반면에 화학 원소는 생지화학과 불가피한 접촉점을 가지며, 그 과정에서 이 절차를 보완합니다.
탄소
이 화학 원소는 모든 살아있는 세포, 유기체 또는 미생물의 가장 중요한 구성 요소입니다. 유기 탄소 화합물은 생명의 흐름과 발달 가능성의 주성분이라고 안전하게 부를 수 있습니다.
자연에서 이 가스는 대기층과 부분적으로는 수권에서 발견됩니다. 모든 식물, 조류 및 일부 미생물에 탄소가 공급되는 것은 그들로부터입니다.
가스 방출은 살아있는 유기체의 호흡과 중요한 활동을 통해 발생합니다. 또한 생물권의 탄소 양은 식물의 뿌리 시스템, 썩어가는 잔류 물 및 기타 유기체 그룹에 의해 수행되는 가스 교환으로 인해 토양층에서 보충됩니다.
생물권과 생물학적 순환의 개념은 탄소 교환 없이는 상상할 수 없습니다. 지구에는 이 화학 원소가 풍부하게 공급되며 일부 퇴적암, 무생물 및 화석에서 발견됩니다.
탄소 투입은 지하 석회암 암석에서 가능하며 채광 또는 우발적인 토양 침식 중에 노출될 수 있습니다.
생물권에서 탄소의 회전율은 다중 통과 방법에 의해 발생합니다. 호흡기생태계의 비생물적 요인에 살아있는 유기체와 축적.
인
생물권의 구성 요소인 인은 순수한 형태로는 많은 유기 화합물만큼 가치가 없습니다. 그들 중 일부는 중요합니다. 우선 이들은 DNA, PKN 및 ATP 세포입니다. 인 순환 체계는 가장 잘 흡수되는 오르토인 화합물에 기반을 두고 있습니다.
대략적으로 말하면 생물권에서 인의 회전은 두 부분으로 구성됩니다.
- 행성의 물 부분 - 원시 플랑크톤 처리에서 해양 어류 골격 형태의 퇴적까지,
- 육상 환경 - 여기에서는 토양 요소의 형태로 가장 집중되어 있습니다.
인은 인회석과 같은 잘 알려진 광물의 기초입니다. 인 함유 광물을 사용한 광산 개발은 매우 인기가 있지만 이러한 상황은 생물권의 인 순환을 전혀 지원하지 않지만 반대로 매장량을 고갈시킵니다.
질소
화학 원소인 질소는 지구상에 아주 적은 양으로 존재합니다. 살아있는 요소의 대략적인 내용은 약 2%에 불과합니다. 그러나 그것 없이는 지구상의 생명체가 불가능합니다.
생물권의 질소 순환에서 결정적인 역할은 특정 유형의 박테리아에 속합니다. 여기에서 많은 참여가 질소 고정제 및 암모니아화 미생물에 할당됩니다. 이 알고리즘에 대한 그들의 참여는 매우 중요하여 이러한 종의 일부 대표자가 사라지면 지구상의 삶의 가능성이 의문시 될 것입니다.
여기서 요점은 대기층에서 보이는 것과 같은 분자 형태의 이 요소는 식물에 의해 동화될 수 없다는 것입니다. 결과적으로 생물권에서 질소의 순환을 확보하기 위해서는 이를 암모니아나 암모늄으로 처리할 필요가 있다. 따라서 질소 재활용 계획은 박테리아의 활동에 전적으로 의존합니다.
또한 생태계의 질소 순환에서 중요한 부분은 생물권의 탄소 순환입니다. 이 두 순환은 서로 밀접하게 연결되어 있습니다.
현대식 비료 생산 공정 및 기타 산업적 요인은 대기 질소 함량에 큰 영향을 미칩니다. 일부 지역에서는 그 양이 여러 번 초과됩니다.
산소
생물권에서는 물질의 순환과 한 유형에서 다른 유형으로의 에너지 변환이 지속적으로 발생합니다. 이와 관련하여 가장 중요한 순환은 광합성의 기능입니다. 대기의 특정 층을 오존화할 수 있는 자유 산소를 대기 공간에 제공하는 것은 광합성입니다.
산소는 또한 생물권의 물 순환 동안 물 분자에서 방출됩니다. 그러나 이 요소의 존재에 대한 비생물적 요인은 식물이 생산하는 양에 비해 무시할 수 있습니다.
생물권의 산소 순환은 길지만 매우 강렬한 과정입니다. 이 화학 원소의 전체 부피를 대기 중에 취하면 유기물 분해에서 광합성 중 식물에 의한 방출까지의 전체주기는 약 2 천년 동안 지속됩니다! 이 주기에는 중단이 없으며 수천 년 동안 매일, 매년 발생합니다.
오늘날 신진대사 과정에서 산업 배출물, 운송 배기 가스 및 기타 대기 오염 물질로 인해 상당한 양의 자유 산소가 결합됩니다.
물
생물권의 개념과 물질의 생물학적 순환은 물과 같은 중요한 화합물 없이는 상상하기 어렵습니다. 아마도 이유를 설명할 필요가 없을 것입니다. 물 순환의 패턴은 어디에나 있습니다. 모든 살아있는 유기체는 4분의 3이 물입니다. 식물은 산소를 방출하는 광합성에 필요합니다. 호흡은 또한 물을 생성합니다. 우리 행성의 생명과 발전의 전체 역사를 간략하게 평가하면 분해에서 새로운 형성에 이르기까지 생물권의 완전한 물 순환이 수천 번 통과되었습니다.
생물권에는 물질의 지속적인 순환과 서로 에너지의 변환이 있기 때문에 자연의 거의 모든 다른 순환 및 전환과 불가분의 관계가 있는 것은 물의 변환입니다.
황
화학 원소인 유황은 단백질 분자의 올바른 구조를 만드는 데 중요한 역할을 합니다. 유황 순환은 많은 유형의 원생동물 또는 오히려 박테리아로 인해 발생합니다. 호기성 박테리아는 유기물에 포함된 황을 황산염으로 산화시키고 다른 유형의 박테리아는 원소 황으로 산화 과정을 완료합니다. 생물권의 황 순환을 설명할 수 있는 단순화된 체계는 산화와 환원의 연속적인 과정처럼 보입니다.
생물권에서 물질이 순환하는 과정에서 해양에 황 잔류물이 축적됩니다. 이 화학 원소의 출처는 배수구입니다. 강물, 토양과 산 경사면에서 흐르는 물과 함께 유황을 운반합니다. 황화수소의 형태로 강과 지하수에서 눈에 띄는 유황은 부분적으로 대기로 들어가고 거기에서 물질 순환에 포함되어 빗물의 일부로 돌아갑니다.
황산염, 일부 유형의 가연성 폐기물 및 유사한 배출물은 필연적으로 대기 중 이산화황 함량을 증가시킵니다. 이것의 결과는 산성비, 호흡기 질환, 초목 파괴 등 비참합니다. 원래 생태계의 정상적인 기능을 목적으로 한 유황의 전환은 오늘날 살아있는 유기체를 파괴하는 무기로 변모하고 있습니다.
철
순수한 철은 자연계에서 매우 희귀합니다. 예를 들어 기본적으로 운석의 잔해에서 찾을 수 있습니다. 그 자체로이 금속은 부드럽고 가단하지만 야외에서는 즉시 산소와 반응하여 산화물과 산화물을 형성합니다. 따라서 철 함유 물질의 주요 유형은 철광석입니다.
생물권에서 물질의 순환은 철을 비롯한 다양한 화합물의 형태로 이루어지는 것으로 알려져 있으며, 자연계에서도 활발한 순환주기를 가지고 있다. Ferrum은 암석이나 화산재와 함께 토양층이나 세계 해양으로 들어갑니다.
야생 동물에서 철은 중요한 역할을 하며 철이 없으면 광합성 과정이 일어나지 않으며 엽록소가 형성되지 않습니다. 살아있는 유기체에서 철은 헤모글로빈을 형성하는 데 사용됩니다. 주기를 마친 후 유기 잔류물의 형태로 토양에 들어갑니다.
생물권에는 철의 해양 순환도 있습니다. 기본 원리는 접지와 유사합니다. 일부 유형의 유기체는 철을 산화합니다. 여기에서 에너지를 사용하고 완료 후 라이프 사이클금속은 광석의 형태로 수심에 침전됩니다.
박테리아, 생태계의 자연 순환에 관여하는 유기체
생물권에서 물질과 에너지의 순환은 끊임없는 작동으로 지구상의 생명체를 보장하는 지속적인 과정입니다. 이 주기의 기본은 초등학생에게도 친숙합니다. 식물, 이산화탄소 섭취, 산소 방출, 동물 및 사람이 산소 흡입, 이산화탄소호흡 과정의 산물로서. 박테리아와 균류가 하는 일은 살아 있는 유기체의 잔해를 처리하여 유기물을 미네랄로 바꾸고 결국 식물에 흡수되는 것입니다.
물질의 생물학적 순환 기능은 무엇입니까? 대답은 간단합니다. 지구상의 화학 원소와 광물의 공급은 광범위하지만 여전히 제한되어 있기 때문입니다. 필요한 것은 생물권의 모든 중요한 구성 요소의 변화와 교체의 순환 과정입니다. 생물권과 생물학적 신진대사의 개념은 지구상의 생명 과정의 영원한 지속 기간을 정의합니다.
이 문제에서 미생물이 매우 중요한 역할을 한다는 점에 유의해야 합니다. 예를 들어, 인 순환은 질화 박테리아 없이는 불가능하며 철의 산화 과정은 철 박테리아 없이는 작동하지 않습니다. 결절 박테리아는 자연적인 질소 전환에 중요한 역할을 합니다. 이러한 박테리아가 없으면 그러한 순환은 단순히 멈출 것입니다. 생물권의 물질 순환에서 곰팡이균은 유기 잔류물을 광물 성분으로 분해하는 일종의 질서정연한 존재입니다.
행성에 서식하는 각 종류의 유기체는 특정 화학 원소의 처리에서 중요한 역할을 수행하고 생물권 및 생물학적 순환의 개념에 기여합니다. 동물 세계의 계층 구조의 가장 원시적인 예는 먹이 사슬이지만 살아있는 유기체에는 더 많은 기능이 있으며 그 결과는 더 포괄적입니다.
실제로 각 유기체는 생물 시스템의 구성 요소입니다. 생물권에서 물질의 전환이 주기적으로 올바르게 작동하려면 생물권에 유입되는 물질의 양과 미생물이 처리할 수 있는 양 사이의 균형을 유지하는 것이 중요합니다. 불행하게도 자연의 각 후속 주기에서 이 프로세스는 인간의 개입으로 인해 점점 더 중단됩니다. 환경 문제는 생태계의 글로벌 문제가 되고 있으며 이를 해결하는 방법은 재정적으로 비용이 많이 들고 자연 과정의 통과 측면에서 평가할 때 훨씬 더 비용이 많이 듭니다.
질문 1. 생물권의 주요 기능은 무엇입니까?
생물권의 주요 기능은 대기, 토양, 수권 및 살아있는 유기체 사이의 물질 순환으로 표현되는 화학 원소의 순환을 보장하는 것입니다.
질문 2. 자연의 물 순환에 대해 말씀해 주십시오.
물은 증발하고 장거리에 걸쳐 기류에 의해 운반됩니다. 강수 형태로 지표면에 떨어지면 암석 파괴에 기여하고 식물과 미생물이 접근할 수 있게 하며 상부 토양층을 침식하고 화학 화합물 및 부유 유기 입자와 함께 바다와 바다에 용해됩니다. 바다와 육지 사이의 물 순환은 지구상의 생명을 유지하는 데 필수적인 연결 고리입니다.
질문 3. 살아있는 유기체는 물 순환에 참여합니까? 그렇다면 그림 113에 표시된 다이어그램을 완성하여 주기에 살아있는 유기체의 참여를 표시하십시오.
식물은 두 가지 방식으로 물 순환에 참여합니다. 식물은 토양에서 물을 추출하여 대기 중으로 증발시킵니다. 광합성 과정에서 식물 세포의 물 일부가 분해됩니다. 이때 수소는 유기화합물의 형태로 고정되어 산소가 대기로 유입된다.
동물은 신체의 삼투압과 염분 균형을 유지하기 위해 물을 소비하고 대사 산물과 함께 외부 환경으로 방출합니다.
질문 4. 대기에서 이산화탄소를 흡수하는 유기체는 무엇입니까?
광합성 과정에서 녹색 식물은 물에서 이산화탄소와 수소를 이용해 유기화합물을 합성하고 방출된 산소는 대기로 들어간다.
질문 5. 고정 탄소는 어떻게 대기로 되돌아가나요?
다양한 동물과 식물은 산소를 호흡하고 호흡의 최종 생성물인 CO2를 대기 중으로 방출합니다.
질문 6. 자연의 질소 순환 다이어그램을 그립니다.
질문 7. 미생물이 유황 순환에서 어떻게 중요한 역할을 하는지 생각해 보고 예를 들어 보십시오.
토양 깊숙이 위치한 금속과 해양 퇴적암 인 황화물을 함유 한 황 화합물은 미생물에 의해 접근 가능한 형태 인 황산염으로 전환되어 식물에 흡수됩니다. 박테리아의 도움으로 별도의 산화 환원 반응이 수행됩니다. 깊숙한 곳에 있는 황산염은 H2S로 환원되고, 이는 상승하여 호기성 박테리아에 의해 황산염으로 산화됩니다. 동물이나 식물의 시체를 분해하면 유황이 순환으로 돌아갑니다.
질문 8. 각 사람의 식단에는 생선 요리가 포함되어야 합니다. 이것이 왜 중요한지 설명하십시오.
약 60,000톤의 원소 인이 잡은 물고기와 함께 육지로 되돌려집니다. 우리 몸에 포함된 모든 인의 70%는 뼈와 치아에 집중되어 있습니다. 칼슘과 함께 뼈의 올바른 구조를 형성하고 기계적 강도를 보장합니다. 인과 칼슘의 이상적인 비율은 1 대 2 또는 3 대 4로 간주됩니다. 그리고 그들이 같으면 점차적으로 칼슘을 잃는 뼈가 단단해 지지만 유리처럼 부서지기 쉽습니다.
인은 주요 에너지 운반체이며 혈액에 흡수되어 필요한 모든 세포에 에너지를 전달하는 아데노신 삼인산(줄여서 ATP)의 일부입니다.
질문 9. 지구상에서 모든 살아있는 유기체가 사라진다면 자연의 물질 순환이 어떻게 변할지 수업 시간에 토론하십시오.
모든 살아있는 유기체는 물질 순환에 참여하여 외부 환경에서 일부 물질을 흡수하고 다른 물질을 방출합니다. 따라서 식물은 외부 환경에서 이산화탄소, 물 및 미네랄 염을 소비하고 산소를 방출합니다. 동물은 식물이 내뿜는 산소를 흡입하고 이를 먹으면 물과 이산화탄소에서 합성된 유기물을 흡수해 음식물의 소화되지 않은 부분에서 이산화탄소와 물, 물질을 배출한다. 죽은 식물과 동물이 박테리아와 균류에 의해 분해될 때 추가적인 양의 이산화탄소가 형성되고, 유기 물질은 토양으로 들어가 다시 식물에 흡수되는 미네랄로 전환됩니다. 따라서 주요 화학 원소의 원자는 한 유기체에서 다른 유기체로, 토양, 대기 및 수권에서 살아있는 유기체로, 그리고 이들로부터 환경으로 끊임없이 이동하여 생물권의 무생물 물질을 보충합니다. 이러한 프로세스는 무한히 반복됩니다. 예를 들어, 모든 대기 산소는 200-300년 안에 모든 이산화탄소가 2000년 안에 생명체를 통과합니다.
다소 닫힌 경로를 따라 생물권에서 화학 원소의 지속적인 순환을 생지 화학 순환이라고합니다. 그러한 순환의 필요성은 지구상에서 매장량의 제한된 가용성으로 설명됩니다. 삶의 무한성을 보장하기 위해, 화학 원소원을 그리며 움직여야 합니다. 살아있는 유기체가 사라지면 물질과 에너지의 순환에 장애가 생기고 결과적으로 생물권이 죽을 것입니다.
많은 효소 반응이 살아있는 세포에서 일어난다. 우리는 이러한 반응의 총체성을 결합합니다. 일반적인 개념그러나 세포가 효소가 무작위적이고 무질서한 방식으로 작용하는 막 주머니에 지나지 않는다고 생각하는 것은 잘못된 것입니다. 대사는 상호 연결된 많은 다중 효소 시스템의 참여로 제공되는 고도로 조정되고 목적이 있는 세포 활동입니다. 그것은 네 가지 특정 기능을 수행합니다. 1) 환경에서 체내로 들어오는 에너지가 풍부한 영양소를 분해하거나 햇빛에서 포획된 에너지를 변환하여 얻은 화학 에너지 공급; 2) 식품 분자를 빌딩 블록으로 변환하여 나중에 세포에서 거대 분자를 만드는 데 사용합니다. 3) 이러한 빌딩 블록으로부터 단백질, 핵산, 지질, 다당류 및 기타 세포 성분의 조립; 4) 주어진 세포의 특정 기능을 수행하는 데 필요한 생체 분자의 합성 및 파괴.
신진대사는 수백 가지의 서로 다른 효소 반응으로 구성되어 있지만, 우리가 일반적으로 가장 관심을 갖는 중심 대사 경로는 거의 없으며 원칙적으로 모든 생명체에서 동일합니다. 이 개요 장에서 우리는 신진대사를 위한 물질과 에너지의 근원, 주요 세포 성분의 합성과 분해에 사용되는 중심 대사 경로, 화학 에너지 전달과 관련된 메커니즘, 그리고 마지막으로 대사 경로를 연구하는 데 사용되는 실험적 접근법을 고려할 것입니다.
13.1. 살아있는 유기체는 탄소와 산소 순환에 참여합니다.
우리는 생물권의 살아있는 유기체 사이의 일반적인 대사 상호 작용과 함께 대사의 거시적 측면으로 고려를 시작할 것입니다. 모든 살아있는 유기체는 환경에서 나오는 탄소를 흡수할 수 있는 화학적 형태에 따라 크게 두 그룹으로 나눌 수 있습니다. 독립 영양 세포("자가 영양 공급")는 대기 중 탄소를 유일한 탄소 공급원으로 사용할 수 있으며, 여기에서 모든 탄소 함유 생체 분자를 만듭니다.
이 그룹에는 광합성 박테리아와 녹색 식물의 잎 세포가 포함됩니다. 시아노박테리아와 같은 일부 독립영양생물은 모든 질소 함유 성분의 합성을 위해 대기 질소를 사용할 수도 있습니다. 종속영양 세포("다른 사람을 희생하여 먹이")은 대기를 흡수하는 능력이 없습니다. 그들은 예를 들어 포도당과 같은 충분히 복잡한 유기 화합물의 형태로 탄소를 받아야 합니다. Heterotrophs에는 고등 동물의 세포와 대부분의 미생물이 포함됩니다. 생명에 필요한 모든 것을 스스로 제공하는 독립영양생물은 일정한 독립성을 가지고 있는 반면, 복잡한 탄소원을 필요로 하는 종속영양생물은 다른 세포의 노폐물을 먹습니다.
이 두 그룹 사이에는 또 다른 중요한 차이점이 있습니다. 많은 독립 영양 생물은 광합성을 수행합니다. 즉, 햇빛 에너지를 사용할 수 있는 반면, 종속 영양 세포는 독립 영양 생물이 생성한 유기 화합물을 분해하여 필요한 에너지를 얻습니다. 생물권에서 독립 영양 생물과 종속 영양 생물은 독립 영양 유기체가 대기에서 유기 생체 분자를 만들고 일부는 대기 중으로 산소를 방출하는 단일 거대한 주기의 참여자로 공존합니다. 종속영양생물은 독립영양생물이 생산한 유기물을 음식으로 사용하여 대기 중으로 되돌립니다. 이런 식으로 동물과 식물 세계 사이에 탄소와 산소의 지속적인 순환이 이루어집니다. 이 거대한 과정의 에너지원은 햇빛입니다(그림 13-1).
독립영양생물과 종속영양생물은 차례로 하위 부류로 나눌 수 있습니다. 예를 들어 종속영양생물에는 호기성균과 혐기성균이라는 두 개의 큰 하위 부류가 있습니다. 에어로베는 산소가 포함된 환경에서 살며 분자 산소로 유기 영양소를 산화시킵니다.
쌀. 13-1. 지구 생물권의 광합성과 종속 영양의 두 영역 사이의 이산화탄소 순환과 산소 순환. 이 주기의 규모는 엄청납니다. 생물권에서 1년 동안 그것은 탄소보다 더 많이 순환합니다. 교육과 소비의 균형은 지구의 기후를 결정하는 중요한 요소 중 하나입니다. 석탄과 석유의 연소 증가로 인해 지난 100년 동안 대기 중 함량이 약 25% 증가했습니다. 일부 과학자들은 대기의 양이 더 증가하면 대기의 평균 온도("온실")가 증가할 것이라고 주장합니다. 그러나 모든 사람이 이에 동의하는 것은 아닙니다. 생물권에서 형성되고 반복되는 주기와 관련된 양과 바다에 흡수되는 양을 정확히 결정하기 어렵기 때문입니다. 모든 대기가 식물을 통과하는 데는 약 300년이 걸립니다.
혐기성 미생물은 영양분을 산화시키기 위해 산소를 필요로 하지 않습니다. 그들은 산소가 없는 환경에서 산다. 효모와 같은 많은 세포는 호기성 및 혐기성 조건 모두에서 존재할 수 있습니다. 이러한 유기체를 통성혐기성균이라고 합니다. 그러나 산소를 사용할 수 없는 절대혐기성세균의 경우 후자는 독이 된다. 예를 들어, 토양 깊숙한 곳에 사는 유기체입니다. 해저. 대부분의 종속 영양 세포, 특히 고등 세포는 통성 혐기성 미생물이지만 산소가 있는 경우 호기성 대사 경로를 사용하여 영양소를 산화시킵니다.
동일한 유기체에서 서로 다른 세포 그룹이 서로 다른 부류에 속할 수 있습니다.
예를 들어, 고등 식물에서 녹색 엽록소를 포함하는 잎 세포는 광합성 독립 영양 생물이고 엽록소가 없는 뿌리 세포는 종속 영양 생물입니다. 더욱이 잎의 녹색 세포는 낮에만 독립영양 상태를 유지한다. 밤에는 종속영양생물로 기능하고 빛 속에서 합성한 탄수화물을 산화시켜 필요한 에너지를 얻습니다.
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생물권의 물질 순환
지구상에서 자급자족할 수 있는 생명의 기초는 생지화학적 순환. 유기체의 생명 과정에 사용되는 모든 화학 원소는 생체에서 무생물의 화합물로 또는 그 반대로 이동하면서 끊임없이 움직입니다. 동일한 원자의 반복 사용 가능성은 적절한 양의 에너지가 지속적으로 공급된다면 지구상의 생명체를 실질적으로 영원하게 만듭니다.
물질 순환의 유형.지구의 생물권은 물질의 기존 순환과 에너지 흐름에 의해 특정한 방식으로 특징지어집니다. 물질의 순환 – 지구 생물권의 일부인 층을 포함하여 대기, 수권 및 암석권에서 발생하는 과정에서 물질의 다중 참여. 물질의 순환은 태양의 외부 에너지와 지구의 내부 에너지의 지속적인 흐름(흐름)으로 수행됩니다.
원동력에 따라 물질 순환 내에서 어느 정도의 관례에 따라 지질학적, 생물학적, 인위적 순환을 구별할 수 있습니다. 지구상에 사람이 나타나기 전에 처음 두 개만 수행되었습니다.
지질 순환(자연 물질의 대순환) – 물질의 순환, 그 원동력은 외인성 및 내인성 지질학적 과정입니다.
내인성 프로세스(내부 역학 과정)은 지구의 내부 에너지의 영향으로 발생합니다. 이것은 방사성 붕괴, 광물 형성의 화학 반응, 암석 결정화 등의 결과로 방출되는 에너지입니다. 내인성 과정에는 지각 운동, 지진, 마그마 작용, 변성 작용이 포함됩니다. 외생 프로세스(외부 역학 과정)은 태양의 외부 에너지의 영향으로 진행됩니다. 외인성 과정에는 암석 및 광물의 풍화, 지각의 일부 영역에서 파괴 생성물 제거 및 새로운 영역으로의 이동, 퇴적암 형성과 함께 파괴 생성물의 퇴적 및 축적이 포함됩니다. 외인성 과정에는 대기, 수권(강, 임시 하천, 지하수, 바다와 바다, 호수와 늪, 얼음), 살아있는 유기체와 인간의 지질 활동이 포함됩니다.
내생적 과정에 의해 가장 큰 지형(대륙 및 해양 저지대)과 큰 지형(산지 및 평원)이 형성되고, 외생적 과정에 의해 더 큰 형태에 중첩된 중간 및 작은 지형(강 계곡, 구릉, 계곡, 모래 언덕 등)이 형성되었습니다. 따라서 내생적 과정과 외생적 과정은 그 작용이 반대입니다. 전자는 큰 지형의 형성으로 이어지고 후자는 평활화로 이어집니다.
화성암은 풍화작용을 받아 퇴적암으로 변한다. 지각의 이동 영역에서 그들은 지구 깊숙이 뛰어 들었습니다. 그곳에서 고온과 고압의 영향으로 재용해되어 마그마를 형성하고, 마그마가 표면으로 올라와 굳어져 화성암을 형성합니다.
따라서 물질의 지질 순환은 살아있는 유기체의 참여없이 진행되며 생물권과 지구의 더 깊은 층 사이에 물질을 재분배합니다.
생물학적(생지화학적) 순환(생물권 내 물질의 작은 순환) – 물질의 순환, 그 원동력은 살아있는 유기체의 활동입니다. 큰 지질학적 순환과 달리 물질의 작은 생지화학적 순환은 생물권 내에서 일어난다. 주기의 주요 에너지원은 광합성을 생성하는 태양 복사입니다. 생태계에서 유기물은 독립영양생물에 의해 무기물로부터 합성됩니다. 그런 다음 종속 영양 생물에 의해 소비됩니다. 생명 활동 중 또는 유기체(독립영양생물 및 종속영양생물 모두)의 사망 후 배설의 결과로 유기 물질은 광물화, 즉 무기 물질로 변환됩니다. 이러한 무기 물질은 독립 영양 생물에 의한 유기 물질 합성에 재사용될 수 있습니다.
생지화학적 순환에서 두 부분은 구별되어야 한다:
1) 적립금 -살아있는 유기체와 연관되지 않은 물질의 일부입니다.
2) 교환기금 -유기체와 주변 환경 사이에서 직접 교환되는 물질의 훨씬 작은 부분. 예비 기금의 위치에 따라 생지화학적 주기는 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
1) 가스 유형의 주기대기와 수권(탄소, 산소, 질소의 순환)에 있는 물질의 예비 기금으로.
2) 퇴적암지각에 예비 기금이 있습니다 (인, 칼슘, 철 등의 순환).
가스 유형의 사이클은 교환 자금이 많기 때문에 더 완벽합니다. 즉, 빠른 자체 규제가 가능합니다. 퇴적 순환은 덜 완벽하고 더 비활성입니다. 물질의 대부분이 살아있는 유기체가 "접근할 수 없는" 형태로 지각의 예비 기금에 포함되어 있기 때문입니다. 이러한 주기는 다양한 종류의 영향에 의해 쉽게 교란되고 교환된 재료의 일부가 주기를 벗어납니다. 그것은 지질학적 과정의 결과 또는 생명체에 의한 추출에 의해서만 다시 순환계로 돌아올 수 있습니다. 그러나 생물체에 필요한 물질을 대기보다 지각에서 추출하는 것이 훨씬 더 어렵다.
생물학적 주기의 강도는 주로 주변 온도와 물의 양에 의해 결정됩니다. 예를 들어 툰드라보다 습한 열대림에서 생물학적 순환이 더 집중적으로 진행됩니다.
인간의 출현과 함께 물질의 인위적인 순환 또는 신진대사가 일어났습니다. 인위적 순환(교환) – 물질의 순환(교환), 그 원동력은 인간 활동입니다. 두 가지 구성 요소가 있습니다. 생물학적,살아있는 유기체로서의 인간의 기능과 관련이 있으며, 인위적인,사람들의 경제 활동과 관련된 (기술 사이클).
지질 및 생물학적 순환은 대체로 닫혀 있으며, 이는 인위적 순환에 대해 말할 수 없습니다. 따라서 그들은 종종 인위적인 순환이 아니라 인위적인 대사에 대해 이야기합니다. 물질의 인위적 순환의 개방성은 천연 자원의 고갈과 환경 오염 –인류의 모든 환경 문제의 주요 원인.
주요 생물 발생 물질 및 요소의 순환.살아있는 유기체의 가장 중요한 물질과 요소의 순환을 고려하십시오. 물의 순환은 큰 지질에 속하고 생물 원소(탄소, 산소, 질소, 인, 황 및 기타 생물 원소)의 순환은 작은 생물지화학에 속합니다.
물의 순환 대기를 통한 육지와 바다 사이의 큰 지질학적 순환을 말합니다. 물은 해양 표면에서 증발하여 육지로 이동하여 강수 형태로 떨어지고 다시 지표면 및 지하 유거수의 형태로 바다로 돌아가거나 강수 형태로 해양 표면으로 떨어집니다. 매년 500,000km3 이상의 물이 지구의 물 순환에 참여합니다. 전체적으로 물 순환은 형성에 중요한 역할을 합니다. 자연 조건우리 행성에서. 식물에 의한 물의 증산과 생지화학적 순환에서의 물 흡수를 고려하면, 지구상의 전체 물 공급은 200만 년 후에 쇠퇴하고 회복됩니다.
탄소 순환. 생산자는 대기에서 이산화탄소를 포집하여 유기물로 전환하고, 소비자는 생산자와 하급 소비자의 몸으로 탄소를 유기물 형태로 흡수하고, 분해자는 유기물을 광물화하여 탄소를 이산화탄소 형태로 대기로 되돌려 보낸다. 해양에서는 죽은 유기체에 포함된 탄소의 일부가 바닥으로 가라앉아 퇴적암에 축적된다는 사실로 인해 탄소 순환이 복잡해집니다. 탄소의 이 부분은 생물학적 순환에서 제외되고 물질의 지질학적 순환으로 들어갑니다.
숲은 생물학적으로 결합된 탄소의 주요 저장고이며 대기에 매장된 탄소의 2/3에 해당하는 최대 5000억 톤의 탄소를 함유하고 있습니다. 탄소 순환에 대한 인간의 개입(석탄, 석유, 가스 연소, 제습)은 대기 중 CO2 함량을 증가시키고 온실 효과를 발생시킵니다.
CO2 순환율, 즉 대기 중의 모든 이산화탄소가 생물을 통과하는 데 걸리는 시간은 약 300년입니다.
산소주기. 산소 순환은 주로 대기와 생물 사이에서 이루어집니다. 기본적으로 유리 산소(0^)는 녹색 식물의 광합성 결과 대기 중으로 유입되어 동물, 식물, 미생물의 호흡 과정과 유기 잔류물의 광물화 과정에서 소모된다. 자외선의 영향으로 물과 오존에서 소량의 산소가 생성됩니다. 지각의 산화 과정, 화산 폭발 등에서 많은 양의 산소가 사용됩니다. 산소의 주요 부분은 육지 식물(거의 3/4, 나머지는 바다의 광합성 유기체)에 의해 생성됩니다. 주기 속도는 약 2천년입니다.
광합성 과정에서 생성되는 산소의 23%가 매년 산업 및 가정용으로 소비되는 것으로 확인되었으며 이 수치는 지속적으로 증가하고 있습니다.
질소 순환. 대기 중의 질소(N2) 저장량은 엄청납니다(부피의 78%). 그러나 식물은 자유질소를 흡수할 수 없고 주로 NH4+ 또는 NO3–의 형태로 결합된 형태로만 흡수할 수 있습니다. 대기 중의 자유 질소는 질소 고정 박테리아에 의해 결합되어 식물이 이용할 수 있는 형태로 전환됩니다. 식물에서 질소는 유기물(단백질, 핵산 등)에 고정되어 먹이 사슬을 따라 전달됩니다. 살아있는 유기체가 죽은 후 분해자는 유기 물질을 광물화하여 암모늄 화합물, 질산염, 아질산염 및 대기로 반환되는 자유 질소로 변환합니다.
질산염과 아질산염은 물에 잘 녹으며 지하수와 식물로 이동하고 먹이 사슬을 통해 이동할 수 있습니다. 질소 비료의 부적절한 사용으로 종종 관찰되는 양이 과도하게 많으면 물과 음식이 오염되어 인간 질병을 일으 킵니다.
인 주기. 대부분의 인은 과거 지질 시대에 형성된 암석에 함유되어 있습니다. 인은 암석의 풍화작용의 결과로 생지구화학적 순환에 포함된다. 육상 생태계에서 식물은 토양에서 인(주로 PO43– 형태)을 추출하여 유기 화합물(단백질, 핵산, 인지질 등)에 포함시키거나 무기 형태로 남겨둡니다. 또한 인은 먹이 사슬을 통해 전달됩니다. 살아있는 유기체의 죽음과 분비물과 함께 인은 토양으로 돌아갑니다.
인 비료의 부적절한 사용, 토양의 물 및 바람 침식으로 많은 양의 인이 토양에서 제거됩니다. 한편으로 이것은 인 비료의 과잉 소비와 인 함유 광석(인산염, 인회석 등) 매장량의 고갈로 이어집니다. 한편, 토양에서 수역으로 인, 질소, 황 등과 같은 많은 양의 생물 발생 요소가 유입되면 시아노박테리아 및 기타 수생 식물의 급속한 발달(물의 "개화")와 부영양화저수지. 그러나 대부분의 인은 바다로 버려집니다.
수생 생태계에서 인은 식물성 플랑크톤에 의해 흡수되어 먹이 사슬을 통해 바닷새에게 전달됩니다. 그들의 배설물은 즉시 바다로 다시 떨어지거나 먼저 해안에 쌓인 다음 어쨌든 바다로 씻겨집니다. 죽어가는 해양 동물, 특히 물고기에서 인은 다시 바다와 순환으로 들어가지만 물고기의 골격 중 일부는 깊은 깊이에 도달하고 그 안에 포함 된 인은 다시 퇴적암으로 들어갑니다. 즉, 생지 화학 순환에서 꺼집니다.
유황주기. 유황의 주요 예비금은 퇴적물과 토양에서 발견되지만 인과 달리 대기 중에 예비금이 있습니다. 생지구화학적 순환에서 유황이 관여하는 주요 역할은 미생물에 속합니다. 그들 중 일부는 환원제이고 다른 일부는 산화제입니다.
암석에서 황은 황화물(FeS2 등)의 형태로, 용액에서 이온(SO42-) 형태로, 황화수소(H2S) 또는 이산화황(SO2) 형태의 기상에서 발생합니다. 일부 유기체에서는 유황이 순수한 형태로 축적되며 죽을 때 천연 유황 퇴적물이 바다 바닥에 형성됩니다.
육상 생태계에서 유황은 주로 황산염 형태로 토양에서 식물에 유입됩니다. 살아있는 유기체에서 유황은 이온 등의 형태로 단백질에서 발견됩니다. 살아있는 유기체가 죽은 후 황의 일부는 미생물에 의해 토양에서 H2S로 복원되고 다른 일부는 황산염으로 산화되어 다시 순환에 포함됩니다. 생성된 황화수소는 대기 중으로 빠져나와 그곳에서 산화되어 강수와 함께 토양으로 되돌아갑니다.
인간의 화석 연료(특히 석탄) 연소 및 배출 화학 산업, 대기 중에 이산화황(SO2)이 축적되어 수증기와 반응하여 산성비의 형태로 땅에 떨어집니다.
생지화학적 순환은 지질학적 순환만큼 크지 않고 인간의 영향을 많이 받는다. 경제 활동은 고립을 위반하고 비주기적입니다.