Biogeochemický obeh látok v biosfére je najdôležitejším prirodzeným procesom neustálej výmeny rôznych prvkov medzi neživým prostredím a organizmami (živočíchy, rastliny a pod.) Všetko je založené na ich základných vlastnostiach. Medzi najdôležitejšie patrí schopnosť látkovej výmeny, rozmnožovania, prenosu dedičných vlastností.
Biogeochemický cyklus dusíka
Každý prvok má svoj vlastný význam. Dusík hrá dôležitú úlohu v zložení rôznych organických zlúčenín. Napriek vysokému percentu dusíka v atmosfére nie je dostupný pre rastliny a živočíchy. Sú na to dôvody. Energeticky je pre rastliny výhodnejšie využívať minerálny dusík a pre živočíchy - ako súčasť organických zlúčenín.
Molekulárny dusík z atmosféry je viazaný mikroorganizmami viažucimi dusík a prispieva k jeho akumulácii v pôde vo forme amoniaku. Iní používajú dusík z mŕtvych organizmov. Prispievajú tiež k hromadeniu amoniaku. Mení sa na dusičnany, ktoré rastliny aktívne využívajú. Toto sú vo všeobecnosti vlastnosti biogeochémiecyklus dusíka. Zvážte aj proces metabolizmu iných prírodných látok.
Funkcie biogeochemického cyklu uhlíka, síry a fosforu
Tieto chemické prvky sú nevyhnutné pre každý živý organizmus. Tým sa však ich životné potreby nekončia. Preto sú makroživiny zapojené do malého biologického cyklu (potreba organizmov na ne je pomerne veľká): draslík, horčík, sodík; ako aj stopové prvky: bór, mangán, chlór atď.
Do rastlín sa dostávajú z pôdy, aj keď často so zrážkami. Ako súčasť fytomasy sú uhlík, síra, fosfor spotrebovávané bylinožravými konzumentmi a dostávajú sa tak do trofických reťazcov. Niektoré zvieratá však uspokojujú potrebu týchto prvkov obchádzať rastliny. Kopytníky navštevujú soľné lizy, obhrýzajú pôdu alebo požierajú exkrementy, staré kosti. Morské živočíchy absorbujú soľ priamo z vody. V procese mineralizácie odumretých zvyškov mikroorganizmy vracajú chemické prvky do pôdy a vody. Svojou činnosťou tak prispievajú k obohacovaniu životného prostredia živinami.
Ekosystémová rovnováha
V malom biogeochemickom cykle v biosfére je dôležitou okolnosťou jeho úplnosť. V ekosystéme je vstup a výstup prvkov vyvážený, pričom ťažkosti vznikajú najmä pri prvkoch, ktoré sú vyhradené v pôde.
Rovnováha toku hmoty a energie určuje stabilitu ekosystému – jeho homeostázu. Biosféra využíva vonkajšie zdroje energie, ktorézabezpečuje jeho usporiadanosť a pomerne zložitú štruktúru. Energiu rozptýleného svetla rastliny premieňajú na koncentrovaný stav energie chemickej väzby.
Odber energie zo životného prostredia ani jej premena nevedú k tvorbe odpadu.
Vplyv ľudskej činnosti na biosférické procesy
Ľudský zásah do biogeochemických cyklov sa uskutočňuje rôznymi spôsobmi. V prvom rade ide o ničenie biozložky ekosystému (ničenie rastlín alebo zmena územia pri ťažbe energetických nosičov). Pri spaľovaní organickej hmoty prechádza energia z koncentrovaného stavu do rozptýleného, čo vedie k tepelnému znečisteniu aerosólmi a plynnými produktmi spaľovania. V prirodzenom ekosystéme sa atómy zapojené do biogeochemických cyklov opakovane využívajú. Toto je uľahčené účasťou v cykloch ľahkých biogénnych prvkov, ktoré tvoria životne dôležitú látku.
Ľudský zásah znamená vnesenie do životného prostredia nielen dodatočného množstva vlastných prvkov, ale aj nových chemických zlúčenín vrátane tých, ktoré si človek syntetizuje. Mnohé z nich prijímajú rastliny a potom sa privádzajú do potravinového reťazca.
Príkladom je olovo, zlúčeniny ortuti, arzén atď. Príjem takýchto látok narúša prirodzený kolobeh, mení rovnováhu prvkov, prípadne vedie k ich hromadeniu v živých organizmoch, znižuje ich produktivitu alebo spôsobuje smrť. Predovšetkýmpesticídy a ťažké kovy majú silný deštruktívny účinok. Stabilita ekosystému, jeho homeostáza môže byť teda priamo alebo nepriamo narušená ľudskou činnosťou.
Ekologická pyramída
Prejdime k najdôležitejším vzorcom fungovania ekosystému a biogeochemickým cyklom. Využime na to princíp ekologickej pyramídy. Je postavená na základe biologickej hmoty trofických rovníc. Plocha ktorejkoľvek časti takejto pyramídy sa približne rovná hmotnosti látky. Keďže organizmy budujú svoju úroveň pomocou predchádzajúcej, táto oblasť by sa mala postupne znižovať. Takéto zníženie každej úrovne môže byť desaťnásobné.
Napríklad ekologická pyramída charakteristická pre suchozemské ekosystémy, ktorých producentmi sú viacročné rastliny, má veľkú biomasu, hoci výrobný proces nie je najintenzívnejší. Vyvažuje to každoročný nárast hmotnosti bylinožravých zvierat. Vzorec tvorby organickej hmoty sa nazýva pyramídové pravidlo. Existujú aj iné druhy.
Obrátená pyramída
Vezmite si ekosystém vodných útvarov. Pyramída postavená pre nich môže vyzerať trochu inak. Vyzerá to, že je to hore nohami. Faktom je, že krátkodobé riasy sa veľmi rýchlo množia, no konzumenti ich konzumujú rovnako intenzívne. Preto súčasne zaznamenaná biomasa v tomto prípade neodráža intenzitu výrobného procesu v priaznivom období roka. Ak vezmeme do úvahy, že veľkí spotrebitelia (ryby,kôrovce) sa hromadia a jedia sa pomalšie, celková hmotnosť konzumentov je vyššia.
Produkčný proces v ekosystéme umožňuje ich úspešné fungovanie. Určuje charakter toku energie v biosfére. Ako viete, živé organizmy sú jeho konzumentmi. Svetelná energia zo slnka je využívaná zelenými rastlinami a vedie k tvorbe organických molekúl, kde sa ukladá vo forme chemických väzieb. Časť sa uvoľňuje pri dýchaní rastlín a využíva sa nimi na rast, vstrebávanie a pohyb látok. Takto prebieha biogeochemický cyklus.
Výmena energie
Ako viete, existujú zákony termodynamiky. Časť energie sa stráca a uvoľňuje teplo. Toto je pôsobenie jedného zo zákonov. Potvrdzuje povinnú stratu energie v procese jej premeny z jedného typu na druhý. Keď sa nahromadí v rastlinnej hmote, využívajú ho zvieratá.
Rozdelenie molekúl je sprevádzané uvoľňovaním energie. Značná časť sa používa v procese života zvierat, pričom prechádza z jednej formy do druhej. Ide o procesy biosyntézy a akumulácie energie nových väzieb. Ide o mechanické, elektrické, tepelné a iné druhy energie. Pri jeho premene sa časť opäť stráca a vydáva teplo. Energia sa postupne posúva na inú úroveň. Zároveň k jeho strate dochádza aj pri vyhodení časti nestrávenej potravy (exkrementy) a v organických odpadových produktoch metabolizmu (exkrementy).
Processpotreba energie
Chaos je v prírode zriedkavý, zvyčajne je všetko v poriadku. Venujme pozornosť niektorým kvantitatívnym zákonitostiam procesu využívania a premeny energie. V prvej fáze rastliny spotrebujú v priemere asi 1 % svojich príjmov. Niekedy toto číslo dosahuje 2 %. V najmenej priaznivých podmienkach klesá na 0,1 %. Keď sa energia prenáša od výrobcov k spotrebiteľom prvého rádu, účinnosť dosahuje 10 %.
Zdá sa, že mäsožravce trávia potravu efektívnejšie. Je to spôsobené zvláštnosťami chemického zloženia potravy a ľahkosťou trávenia zvieratami. Napriek tomu už na úrovni spotrebiteľov tretieho rádu je množstvo prichádzajúcej energie veľmi malé a vyznačuje sa tisícinami počiatočných hodnôt.
