Cykle biogeochemiczne Krążenie pierwiastków w biosferze Organizmy żywe powstały z materii nieorganicznej, z tych pierwiastków, które były najpospolitsze i najbardziej dostępne. Pierwiastkami najbardziej rozpowszechnionymi we Wszechświecie są kolejno: H, Hę, O, C, N, Ne, Mg, Si, Fe, S, Ar, Al, Co, Na, Ni, Cu, P, Cl, K (ryć. 7.1). Pismem pogrubionym wyróżniono podstawowe składniki żywej materii (ryć. 7.2). Życie przebiega w cienkiej warstewce biosfery (na powierzchni litosfery, w hydrosferze, w dolnych warstwach atmosfery). Pierwiastki niezbędne dla żywych organizmów w postaci dla nich dostępnej, tak zwane pierwiastki biogenne, biofilne lub odżywcze (ładne polskie słowo: życiodajne — nie przyjęło się w tym kontekście), znajdują się tutaj w skończonej ilości. Życie, polegające na powielaniu coraz to nowych kopii osobników, wymaga stałego dostarczania materiału i energii. Energia dopływa nieprzerwanym strumieniem i po wykonaniu pracy w żywych układach rozprasza się w postaci ciepła. Większość natomiast zapasu pierwiastków biogennych z powierzchni Ziemi została w znacznej części lub w całości związana w ciałach organizmów — żywych lub ich szczątkach — zapewne już w początkowych okresach historii życia. Dopływ pierwiastków potrzebnych do wytworzenia nowych osobników z materiału skorupy ziemskiej trwa nieprzerwanie. Jednak cykle geochemiczne przebiegają na ogół dość powoli, a przy tym niektóre z nich wykazują ujemny bilans: pewne pierwiastki, początkowo dostępne na powierzchni Ziemi w prostych, mobilnych związkach, mogą stopniowo kumulować się w ustabilizowanych i trudno dostępnych pokładach. W tej sytuacji powstaje niedobór materii nieorganicznej, a przynajmniej niektórych jej składników. Osobniki ostro konkurują ze sobą o te zasoby. Nowe organizmy muszą pobierać potrzebne pierwiastki z ciał innych osobników — żywych lub martwych. Trwanie życia na Ziemi jest zatem możliwe tylko dzięki temu, że część organizmów rozkłada (dekomponuje) materię organiczną wyprodukowaną z prostych związków przez inne osobniki. W ten sposób powstają cykle krążenia materii w biosferze. Abiotyczne cykle geochemiczne i obieg materii wymuszony przez istnienie żywych organizmów przenikają się nawzajem. Pod względem ilościowym natężenie przepływu pierwiastków biogennych bywa tak duże, a samo zjawisko trwa od tak dawna (co najmniej 3,5 mid lat), że oddzielanie tych dwóch procesów traci właściwie sens. Mówimy więc o
(…)
…
Ziemi.
Gazy cieplarniane
Atmosfera Ziemi wybiórczo przepuszcza pewne zakresy widma promieniowania słonecznego, pochłaniając inne (ryć. 7.8). Na
przykład ozon, obecny w stratosferze. pochłania promieniowanie w zakresie UV; to znaczy, natrafiając na cząsteczki ozonu, energia
promieniowania rozprasza się w postaci ciepła. Właśnie dlatego temperatura w stratosferze wyraźnie rośnie w miarę oddalania…
… azotany i azotyny do N^ i/lub gazowych tlenków azotu (NO, N^O).
Ten proces przebiega w warunkach beztlenowych, ale przeprowadzające go bakterie są zasadniczo aerobowe^ azotany służą im jako
zastępczy akceptor elektronów, kiedy brak dostępu do tlenu cząsteczkowego. Ma ona wielkie znaczenie, ponieważ — po pierwsze —
usuwa z podłoża azot do atmosfery, a po drugie — tlenki azotu są gazami cieplarnianymi…
…. Na dłuższą metę nie można jednak liczyć na zbawienny
wpływ dwutlenku siarki dla stabilizacji klimatu. Problem polega na tym, że tworzenie kwasu siarkowego z SO^ przebiega z udziałem
rodnika OH, tego samego, który unieszkodliwia gazy cieplarniane^ substraty te (związki siarki i związki węgla) konkurują więc ze
sobą.
Cykl fosforu
Fosfor znajduje się stosunkowo daleko na liście pierwiastków najczęściej…
… związków
węgla pochodzenia organicznego. Dane te zgadzają się dobrze z zapisem bezpośrednich pomiarów zawartości CO^ w atmosferze,
które prowadzi się od lat kilkudziesięciu (ryć. 7.9). Obok stałego wzrostu stężenia widać sezonowe oscylacje. Jeszcze wyraźniejszy
wzorzec (ryć. 7.11) powstaje po uwzględnieniu zmienności geograficznej i sezonowej.
Metan, CH4,jest gazem cieplarnianym silnie pochłaniającym…
… pozostałych gazów cieplarnianych: tlenków azotu (N^O) i
freonów. Gazy te zyskały sobie złą sławę przede wszystkim jako sprawcy zanikania stratosferycznej warstwy ozonowej. Jednakże ich
udział w efekcie cieplarnianym jest również wyraźny.
Spodziewane skutki wzrostu zawartości CO2 w atmosferze
Prognozy mówią o podwyższeniu się temperatury Ziemi o 3°C w nadchodzącym stuleciu. Teoretycznie, z ludzkiego punktu…
…
rosnące w atmosferze wzbogaconej w C02 są wprawdzie bujniejsze, ale zawierają mniej pierwiastków biofilnych. Szkodzi to
owadom roślinożernym, których — jak wykazano doświadczalnie — liczebność wówczas spada. W rezultacie nieuchronne jest
zaburzenie łańcucha pokarmowego. Pod wpływem zmian zawartości CO^ w sposób niemożliwy do przewidzenia zmieniają się
subtelne cechy biologii gatunków, na przykład czas kwitnienia. Może to spowodować brak synchronizacji z pojawami owadów
zapylających. Zanim dobór naturalny w drodze koewolucji znowu dopasuje rytmy biologiczne kwiatów i owadów, jak to czyni od
milionów lat, mogą nastąpić zmiany w biocenozach fatalne w skutkach dla niektórych gatunków.
Wydłuży się okres wegetacyjny na północnych rubieżach obszarów upraw: w Kanadzie, w Rosji i północnej Europie. Globalne…
… w fabrykach chemicznych. Przypatrzymy się nieco bliżej
głównym ogniwom zamkniętego łańcucha przemian związków azotu w biosferze.
Amonifikacja to uwalnianie amoniaku lub jonów amonowych podczas rozkładu białka; składa się na nią szereg rozmaitych reakcji
deaminacji enzymatycznej aminokwasów; końcowy produkt przemian białkowych wielu żywych organizmów, mocznik, rozkładany
jest przez enzym ureazę do amoniaku i dwutlenku węgla. Amoniak rzadko występuje w stanie wolnym, jako gaz ulatniający się do
atmosfery. Najczęściej jako jon amonowy dostaje się do roztworu glebowego lub wody morskiej. Dodatnio naładowana grupa
amonowa ma duże powinowactwo do minerałów ilastych, adsorbuje na ich powierzchni i dlatego nie ulega szybkiemu wymyciu z
gleby. Ocenia się, że w postaci związków amonowych około 15% azotu opuszcza pulę…
… dysymilacyjnej redukcji
azotanów, inaczej — denitryfikacji. Azotan jest tu ostatecznym akceptorem elektronów; denitryfikacja jest procesem analogicznym
do oddychania tlenem. W reakcji tej uwalniają się gazowe tlenki azotu i wolny azot. O ile amoniak i tlenki azotu mają w fazie
gazowej stosunkowo krótki żywot i szybko wracają do podłoża, o tyle N^ dłużej pozostaje w atmosferze. Są jednak mechanizmy
wiązania…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)