Biološki cikel: opis in pomen procesa

Kaj je biotski cikel? Kot zaprt sistem uspešno deluje že več milijard let.

Poskusimo si predstavljati, kaj je biotski cikel.

Značilnosti

Mrtve rastline in ostanke organizmov reciklirajo žuželke, glive, bakterije, praživali. Živali in rastline se postopoma pretvorijo v elementarne organske in mineralne spojine. Biotski cikel vključuje vnos teh snovi v tla, nato pa jih rastline prevzamejo. Za proces so značilni zaprtje, kontinuiteta, razgradnja in raztapljanje končnih spojin. To je neprekinjen krog, ki ureja življenje na planetu.

Pomembnost

Biotski krogotok ogljika v kopenskih ekosistemih na primeru fosforja. Zadostna količina tega elementa je v humusnih horizontih neporušenih tal in v gozdni stelji. Cikel lahko v biosferi shrani približno 106-107 ton fosforja. Naravne travniške stepe imajo v fitomasi približno 30 kg/ha tega elementa, kar zadostuje za sesalce.

Izmenjava energije

Biotski cikel vključuje izmenjavo energije. Bistvo je v tem, da v verigi prehranskih (trofičnih) pretvorb energija ne izgine, temveč se prenaša z ene vrste na drugo.

Sončna energija se na vseh ravneh preoblikuje v podoben proces. Neposredna uporaba sončne energije je značilna le za zelene rastline kot del fotosinteze.

Iz ogljikovega dioksida in vode tvorijo organske spojine (glukozo) ter shranjujejo energijo. Na listih rastlin se podoben kemični proces sproži le ob prisotnosti sončne svetlobe in klorofila.

Značilnosti postopka

Biotski cikel je bil v nekaterih obdobjih človekovega obstoja moten. Le presežek, ki se je odložil kot plin, premog, nafta, apnenec in drugi minerali organske vrste.

Ko v peči (motorju) zgoreva nafta ali premog, se sprosti in uporabi energija, ki je bila v biosferi shranjena več milijonov let. V preteklosti takšne presežne snovi niso onesnaževale biosfere biogeokemikalije in njihov negativni vpliv na biosfero biotski cikel. Danes ni tako.

Specifičnost

Raznolikost živali je pomembna za uspeh cikla. Za razgradnjo rastlinskih organskih snovi v končne produkte v biogeocenozi bi bilo potrebnih več vrst. Razgradi le del in nekatere organske spojine, ki so v njem. Podobno se oblikujejo tudi prehranjevalne mreže in prehranjevalne verige.

V biocenozi je pomembno ozračje. Pomaga ohranjati biološki krog energije in snovi ter vodno ravnovesje.

Onesnaževalo se lahko razgradi v oblike, ki jih živi organizmi lahko reciklirajo in asimilirajo.

Cikel temelji na razgradnji in absorpciji onesnaževal s strani mikroorganizmov ter je odvisen od aktivnosti in količine kemičnih elementov, ki so neposredno vključeni v cikel.

Ekosistem je vsota anorganskih in organskih snovi, v kateri poteka biotski cikel.

Shematski prikaz postopka

Rastline, ki od sonca prejemajo stalen dotok energije, tvorijo primarne produkte anorganskih snovi. V preostalem delu cikla pride do spremembe in izgube energije. Proizvajalci, potrošniki in razkrojevalci v ekosistemu porabijo živo snov prvotnega proizvoda. Živali za podoben proces porabijo mnogokrat več nižje žive snovi, kar prav tako zmanjšuje njihovo skupno zalogo energije. Cikel se ohranja z medsebojnim delovanjem treh skupin.

Prva skupina so proizvajalci. Sem spadajo zelene rastline, ki aktivno sodelujejo pri fotosintezi. Tudi bakterije so sposobne kemosinteze. Sestavljajo primarno organsko snov.

Druga skupina so potrošniki prvega reda. So porabniki organskih snovi. Med njimi so plenilci in tudi praživali. Med mesojedci je približno 250 različnih vrst živali.

Tretja skupina so razkrojevalci (dekompozitorji), ki odmrle organske snovi razgradijo v minerale. V to skupino spadajo glive, bakterije in praživali. Sončna energija se s fotosintezo shranjuje v naraščajoči veji cikla. Rastline na tej stopnji sintetizirajo organske snovi iz dušika, vode, ogljikovega dioksida.

Poraba energije

Kaj je še treba preučiti v biologiji?? Pomembno vlogo ima dihanje rastlin, saj skoraj polovica organskih snovi oksidira v ogljikov dioksid, ki se vrača v ozračje.

Druga največja porabnica organskih snovi in shranjene energije so rastline prvega reda. Energija, ki jo fitofagi shranijo v hrani, se porabi za ohranjanje življenja, dihanje in razmnoževanje. Izloča se z blatom.

Živali, ki se prehranjujejo z rastlinami, so hrana mesojedcem (potrošnikom na višjih trofičnih ravneh). Energijo, shranjeno v hrani, porabijo podobno kot rastlinojede živali.

Medsebojna povezanost elementov

Posamezen člen v ekosistemu v okolje dobavlja organske ostanke. So vir energije in hrane za saprofagne živali (glive, bakterije). Zadnja faza pretvorbe ogljikovih hidratov je proces humifikacije, poznejša oksidacija humusa v ogljikov dioksid, mineralizacija pepelnih delcev. Te spojine se nato vrnejo v ozračje in tla kot hrana za rastline.

Biološki cikel je neprekinjen proces nastajanja in uničevanja organskih spojin. Izvajajo ga vse tri skupine organizmov. Ni mogoče življenje brez Proizvajalci, ki so osnova življenja. Le ti so sposobni ustvariti primarno organsko snov, brez katere ne bi mogli potekati nadaljnji cikli.

Zaradi potrošnje različnih vrst primarnih in sekundarnih proizvodov s strani potrošnikov je na Zemlji mogoča raznolikost oblik. Pri razgradnji organskih snovi jih razkrojevalci vrnejo v prvo fazo cikla.

Veliki cikli kemičnih migracij povezujejo zunanje lupine planeta; pojasnjujejo kontinuiteto evolucije.

Biotski cikel poganja sončna energija. Pomemben proces, Glavni proces, ki je odgovoren za proizvodnjo organskih snovi, je fotosinteza. To je mogoče le, če zelene rastline uporabljajo sončno energijo.

Listi rastlin (avtotrofi), ki sintetizirajo glukozo, "shranjujejo" sončno energijo v organsko spojino. Energija, ki v biosfero prihaja iz vesolja, se shranjuje v rastlinah, kamninah in tleh. Sonce skrbi za kroženje kemičnih elementov in omogoča izmenično nastajanje anorganskih in organskih snovi.

Pomembne informacije

Poleg ogljika, kisika in vodika biotski krog vključuje tudi naslednje biološko pomembne elemente: kalcij, dušik, fosfor, silicij, kalij, natrij, žveplo. Ta proces je nemogoč tudi brez elementov v sledovih: joda, cinka, broma, molibdena, srebra, niklja, svinca, magnezija. Tudi strupi, kot so arzen, selen, živo srebro in radioaktivne sestavine (radij, uran), so na seznamu elementov, ki jih absorbira živa snov.

Hitrost kolesarjenja

Izmenjava energije je ciklična. Obnova žive snovi v biosferi traja približno 8 let. V oceanu je proces veliko hitrejši (33 dni). V ozračju je za zamenjavo kisika potrebnih dva tisoč let, za zamenjavo ogljikovega monoksida pa šest let. Popolna zamenjava vode v hidrosferi traja 2800 let.

Kemične spojine, ki so na voljo sestavinam biosfere, so omejene. Zaradi njihove izčrpnosti je razvoj nekaterih skupin organizmov v oceanih in na kopnem oviran.

Spremembe kroženja

Biosfera je stabilna le zaradi kroženja energije in snovi?. Obstajata dve različici: geološka (velika) in biogeokemična (majhna).

Obravnavajmo prvo različico cikla. Magmatske kamnine se pod vplivom bioloških, kemičnih in fizikalnih dejavnikov spremenijo v sedimentne kamnine, zlasti glino in pesek. Lahko nastanejo tudi s sintezo biogenih mineralov (odmrli mikroorganizmi) iz voda morij in oceanov. Vodnata in mehka usedlina se postopoma nabira na dnu rezervoarja in se strdi v goste kamnine.

Nato se preoblikujejo in metamorfizirajo ter potekajo procesi metamorfizma. Ko so plasti izpostavljene delom endogene energije, se talijo in tvorijo magmo. Ko se zaradi vremenskih vplivov in transporta dvignejo na zemeljsko površje, se ponovno spremenijo v sedimentne kamnine.

Za veliki krog je značilna interakcija eksogene (sončne) energije z endogeno (globinsko zemeljsko) energijo. Ta proces prerazporeja snovi med globokimi horizonti in biosfero planeta.

Sem spada tudi gibanje vode med litosfero, ozračjem in hidrosfero, ki se shranjuje s pomočjo sončne energije. Najprej voda izhlapi iz oceanov (morja, jezera, reke), nato pa se v obliki padavin vrne na kopno. Te procese nadomestijo rečni tokovi. Rastlinstvo ima pomembno vlogo v kroženju vode.

Majhni cikli so značilni le za biosfero. Ti cikli na svetovni ravni nastajajo zaradi cikličnih večkratnih gibanj atomov in gibanj, ki jih povzročajo vulkanizem, gibanje morskega dna, vetrna energija in podpovršinski tokovi.

Če povzamemo

V biosferi snovi krožijo in tvorijo biogeokemične cikle. Potrebujejo velike količine kisika, dušika, ogljika, vodika in drugih elementov. Njihovo kroženje omogočajo samoregulativni procesi, v katerih aktivno sodelujejo tudi druge sestavine ekosistemov.

Na vseh stopnjah razvoja biosfere velja zakon o globalnem zaprtju cikla. Osnova tega procesa je sončna energija in klorofil zelenih rastlin.

Za popolno razgradnjo organskih snovi, ki jih proizvajajo zelene rastline, je potrebno toliko kisika, kot se ga sprosti med fotosintezo. Zaradi zakopavanja organskih snovi v šoti, premogu in sedimentih se v ozračju ohranja izmenjava kisika.

Povečanje transporta povzroči motnje v kisikovem ciklu, industrijski obrati naravni cikel kisika je moten. To negativno vpliva na sposobnost preživetja biosistema, povzroča mutacije in popolno izumrtje nekaterih vrst živih rastlin in živali.