Startuj z nami!

www.szkolnictwo.pl

praca, nauka, rozrywka....

mapa polskich szkół
Nauka Nauka
Uczelnie Uczelnie
Mój profil / Znajomi Mój profil/Znajomi
Poczta Poczta/Dokumenty
Przewodnik Przewodnik
Nauka Konkurs
uczelnie

zamów reklamę
zobacz szczegóły
uczelnie
PrezentacjaForumPrezentacja nieoficjalnaZmiana prezentacji
Procesy Cykliczne w przyrodzie

Od 01.01.2015 odwiedzono tę wizytówkę 9853 razy.
Chcesz zwiększyć zainteresowanie Twoją jednostką?
Zaprezentuj w naszym informatorze swoją jednostkę ->>>
* szkolnictwo.pl - najpopularniejszy informator edukacyjny - 1,5 mln użytkowników miesięcznie



Platforma Edukacyjna - gotowe opracowania lekcji oraz testów.



 

Opracowała: Aleksandra Kowal


TEMAT: PROCESY CYKLICZNE

Wstęp


Celem niniejszej pracy jest spojrzenie na naszą planetę jako na spójny system przyrody, której elementy (atmosfera, litosfera, hydrosfera, biosfera) powiązane są ze sobą procesami i zjawiskami.
Do powiązań tych należą cykle przepływu i obiegu energii, wody, a także obiegi poszczególnych pierwiastków (np. węgla).
W każdym obiegu występują etapy (nazywane rezerwuarami), na których energia, woda, lub pierwiastki są przez pewien czas magazynowane w różnej postaci (np. energia chemiczna, lód morski, dwutlenek węgla).
Inne procesy wiążą się ze zmianą postaci energii, wody lub substancji chemicznych (np. fotosynteza, skraplanie, ogień) lub też ich przemieszczaniem się (wszelkie przepływy, np. opady, transpiracja roślin, prądy oceaniczne, wiatr, prąd rzeki).
Środowisko naturalne jest złożone z wielu współgrających ze sobą zjawisk i procesów zachodzących w skali lokalnej, regionalnej i globalnej, w wymiarze czasu od krótkich sekund do całych stuleci.
Nasze zmysły codziennie rejestrują tysiące zachodzących zmian w naszym otoczeniu. Możemy je zobaczyć, usłyszeć, zbadać przez węch czy dotyk. Zjawiska takie jak kiełkowanie roślin, wyładowania atmosferyczne, rdzewienie płotu, spalanie drewna czy wrzenie wody to efekty przemian zachodzących w przyrodzie.
Życie, takie, jakie istnieje na Ziemi, opiera się na związkach chemicznych, w których skład wchodzi wiele pierwiastków.

Chcąc prześledzić krążenie jakiegoś pierwiastka w obrębie określonego ekosystemu, najlepiej jest podzielić go na oddzielne sektory tak, aby można było ustalić, jak przebiega między nimi wymiana badanego pierwiastka. Sektory można określić w sposób ogólny bądź szczegółowy w zależności od interesującego nas obiegu.
Prędkością przepływu nazywamy ilość danego pierwiastka przechodzącą z jednego sektora ekosystemu do drugiego w jednostce czasu. Znając ilość pierwiastka zawartego w danym sektorze i prędkość jego przepływu między poszczególnymi sektorami, możemy ustalić obieg tego pierwiastka w konkretnym ekosystemie.
Należy pamiętać, że ekosystemy nie są zamknięte, a więc różne pierwiastki mogą stale do nich przenikać i mogą je również opuszczać dzięki różnym czynnikom meteorologicznym, geologicznym czy biologicznym.
Do badań przepływu pierwiastków między sektorami ekosystemu używa się często izotopów promieniotwórczych. Za ich pomocą śledzić można zmiany zwartości różnych pierwiastków w poszczególnych sektorach.


Obieg substancji w przyrodzie możemy podzielić na:

  • sedymentacyjny: gdy pierwiastek nie przechodzi w postać gazową a jest jedynie osadzany w glebie czy na dnie oceanów na skutek ciążenia (np. fosfor) W takim przypadku jest to cykl lokalny.
  • gazowy: gdy substancja przechodzi w postać gazową i może przemieszczać się na większe odległości. W takim przypadku jest to cykl globalny
Żyjemy w świecie materii i zjawisk. Obieg materii w przyrodzie dokonuje się dzięki cyklom środowiska. Najważniejsze z nich to:
  • cykl energetyczny,
  • cykl hydrologiczny,
  • cykle biogeochemiczne.
Cykl energetyczny


Z perspektywy kosmosu nasza planeta stanowi system prawie zamknięty. System
zamknięty to taki, którego nie zasila z zewnątrz ani nie opuszcza żadna materia (system
izolowany to taki, gdzie nie dochodzi do wymiany ani materii, ani energii).
Pomijając transport niektórych gazów lub cząsteczek dostających się do ziemskiej atmosfery, składniki ziemskiego systemu przyrody funkcjonują bez uzupełnień. Jeśli bada się Ziemię jako całość, to z wyjątkiem światła słonecznego zwykle nie bierze się pod uwagę „przychodów” i „rozchodów” systemu.
Energia słoneczna napędza wielkie cykle geofizyczne i geochemiczne podtrzymując życie, w tym cykle obiegu: wody, tlenu, węgla i cykle klimatyczne. Słońce poprzez fotosyntezę zapewnia nam pożywienie i większość paliwa. Paliwa kopalne, to po prostu zmagazynowana energia słońca – produkty przebiegającej miliony lat temu fotosyntezy.
Energia słoneczna przepływa przez środowisko naturalne ocieplając atmosferę, wodę
w oceanach oraz powierzchnię Ziemi. Jest ona też podstawowym „paliwem” dla dużej części
biosfery. Różnice w ilości energii otrzymanej i pochłoniętej w różnych rejonach wywołują ruch atmosfery i oceanów. Efektem tego ruchu jest redystrybucja energii w całym środowisku. Energia, która dotarła do Ziemi w postaci promieniowania słonecznego, opuszcza w końcu naszą planetę jako światło odbite przez atmosferę i powierzchnię Ziemi z powrotem w przestrzeń kosmiczną, lub też w postaci promieniowania podczerwonego (ciepła), emitowanego przez wszystkie części składowe Ziemi i docierającego aż po górne warstwy atmosfery.
Przepływ energii od Słońca poprzez środowisko przyrodnicze Ziemi z powrotem w przestrzeń kosmiczną jest podstawową zależnością w ziemskim systemie przyrody, wyznacza on bowiem klimat naszej planety.
Energia występuje w środowisku naturalnym w kilku postaciach:
promieniowania (słonecznego, czyli krótkofalowego, oraz podczerwonego, czyli długofalowego),
ciepła odczuwalnego (energia termiczna), ciepła utajonego (wydzielanego kiedy woda przechodzi z płynnego do gazowego lub stałego stanu skupienia),
energii kinetycznej (energii związanej z ruchem np. wiatrem, pływami lub prądami morskimi),
energii potencjalnej (zmagazynowanej),
oraz energii chemicznej (pochłoniętej lub wydzielonej w wyniku reakcji chemicznych).
Przepływ energii jest silnie sprzężony z obiegiem wody. Przepływ energii i obieg wody w przyrodzie łącznie oddziałują na obiegi biogeochemiczne.
Najważniejsze prawa rządzące energią:
Pierwsze prawo zwane zasadą zachowania energii głosi, że energia nie powstaje ani
nie ginie, lecz przechodzi jedna w drugą. Ilość ciepła, która się wydziela lub jest pochłaniana w jakiejś reakcji chemicznej, jest zawsze taka sama, bez względu na to czy reakcja ta przebiega jednoetapowo, czy też ma kilka etapów. Np.
Jednoetapowe utlenianie glukozy
C6H12O6 + 6O2 → 6H2O + 6CO2 + 689 Kcal

Dwuetapowe: fermentacja + utlenianie
C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2 + 37 Kcal
2CH3CH2OH + 6O2 → 6H2O + 4CO2 + 649 Kcal

Drugie z ważnych praw rządzących energią
mówi, że każdy układ pozostawiony samemu sobie dąży do stanu coraz mniejszego uporządkowania. Przechodząc natomiast z bezładu do porządku musimy zawsze wydatkować energię. Np.
Fotosynteza
6 CO2 + 6 H2O + energia świetlna = C6H12O6 + 6 O2
Cykl hydrologiczny
Woda jest jedną z bardziej rozpowszechnionych substancji w przyrodzie.
Oceany, morza, jeziora i rzeki to prawie 3/4 powierzchni Ziemi. Astrofizycy odkryli obłoki wodne w przestrzeniach kosmicznych. Masy wód oceanów i mórz stanowią rodzaj regulatora klimatu, powodując stopniowe, łagodne zmiany temperatury, a znajdująca się w atmosferze para wodna w dzień osłania Ziemię przed promieniami Słońca, a w nocy przed utratą ciepła. Woda to także 40÷80% każdego organizmu żywego. Nie mogą bez niej żyć ani ludzie, ani zwierzęta, ani roś1iny.
Ogólne zasoby wody na Ziemi są olbrzymie i wynoszą około 2 miliardy km3. Najwięcej jest wody słonej zgromadzonej w morzach i oceanach (97,4%). Wody słodkiej jest jednak bardzo mało, bo tylko 2,6%. Zasoby wodne Polski są niewielkie w porównaniu do zasobów wodnych innych państw.
Kryzys wodny zagraża współczesnemu społeczeństwu nie, dlatego, że na Ziemi brakuje wody (człowiek zużywa tylko około 1% wody), ale dlatego, że przy obecnie istniejącej organizacji i technologii przemysłowej tracimy ogromne ilości czystej wody.
Obieg wody w przyrodzie (krążenie wody) to zamknięty cykl odbywający się pod wpływem działania energii słonecznej i siły grawitacji. Krążenie wody w przyrodzie polega na ciągłej zmianie stanów skupienia wody i jej wędrówki przez różne środowiska. Głównymi elementami składowymi cyklu są opady atmosferyczne, spływy wód i parowanie. Woda w przyrodzie krąży nieustannie. Pewna jej i1ość wyparowuje do atmosfery i następnie wraca na ziemię w postaci deszczu lub śniegu. Na skutek parowania powstają chmury, uwalniające ze swojej struktury, w zależności od warunków atmosferycznych, krople wody lub kryształki lodu. Te w postaci opadów osiągają powierzchnię lądów (20% całości opadów) lub oceanów (80%), skąd część tych wód znów paruje bezpośrednio do atmosfery. Pozostała część opadów na lądzie spływa do mórz i oceanów (odpływ powierzchniowy) lub dostaje się do gleby. Ta część, która infiltruje w grunt, zostaje pobrana przez układy korzeniowe roślin lub dostaje się do wód gruntowych i odpływa wraz z nimi (odpływ podziemny) do podziemnych lub powierzchniowych zbiorników wodnych, rzek, bagien itp. Woda nieustannie paruje z powierzchni otwartych akwenów, jak również z gleby (ewaporacja) i roślin (transpiracja).
Znajdująca się w atmosferze para wodna, osiągając stan nasycenia w określonych warunkach pogodowych, kondensuje i tworzy mgły lub chmury. W ten sposób cykl obiegu wody zostaje zamknięty.
Warto wspomnieć, że 1/5 zasobów słodkiej wody zmagazynowana jest w jeziorze Bajkał na Syberii. Bez wody nie byłoby możliwe życie na Ziemi. Cała biosfera (czyli organizmy żywe) składa się w przeważającej części z wody. Organizmy roślin i zwierząt zawierają przeciętnie od 50 do 98% wody.
Sporo wody zawiera także litosfera, czyli skorupa ziemska. Wiele minerałów (np. gips CaSO4 × H2O) zawiera związane cząsteczki wody. Woda w stanie stałym występuje w postaci wiecznej zmarzliny północnej Azji i Ameryki oraz wiecznego śniegu najwyższych łańcuchów górskich.
Woda występująca w przyrodzie nie jest czystym związkiem chemicznym składającym się z tlenu i wodoru. Dzieje się tak, dlatego, że wiele substancji ciekłych, stałych i gazowych doskonale rozpuszcza się w wodzie. To właśnie dzięki tej niezwykłej zdolności wody do rozpuszczania różnych substancji organizmy wodne mogą oddychać tlenem zawartym w wodzie a rośliny mogą pobierać z gleby składniki mineralne. Niestety zdolność ta niesie również poważne zagrożenia dla życia na Ziemi. W rejonach przemysłowych
w powietrzu znajdują się tlenki siarki, azotu i węgla - spadająca na ziemię woda (deszcz, śnieg, grad, mgła) reaguje z nimi tworząc tzw. kwaśne opady. Zakwaszenie środowiska wpływa negatywnie na rozwój szaty roślinnej, powoduje degradację zbiorników wodnych, wymieranie zwierząt które je zamieszkują, przyczynia się do wzrostu korozji metali i niszczenia budowli.
Cykle biogeochemiczne
W organizmach żywych występuje co najmniej 60 pierwiastków i niektóre z nich mają znaczenie szczególne. Nazwano je pierwiastkami biogennymi, ponieważ występują organizmach w białkach i kwasach nukleinowych - cząsteczkach odpowiedzialnych za zdecydowaną większość funkcji życiowych. Ich niedobory mogą powodować znaczne zaburzenia pracy organizmu i stany chorobowe.
Do pierwiastków biogennych zalicza się:
węgiel, wodór, tlen, azot, fosfor i siarkę
Cykl biogeochemiczny jest to ciągle zachodząca przemiana materii organicznej w nieorganiczną i odwrotnie pod wpływem organizmów żywych. Proces ten zachodzi, gdy do organizmów żywych dostarczona jest energia (głównie energia słoneczna).
Cykle biogeochemiczne wynikają z potrzeb biologicznych żywych organizmów.

Za najważniejsze cykle biogeochemiczne, uważa się obiegi:


  • wody,
  • węgla,
  • azotu,
  • fosforu,
  • siarki,
  • fotosyntezę
Cykle biogeochemiczne określają drogi mniej lub bardziej zamkniętego obiegu poszczególnych makro składników i pierwiastków śladowych, które zwykle nie tworzą samodzielnych cykli, lecz uczestniczą w obiegu ze składnikami głównymi.


Obieg węgla
Węgiel jest pierwiastkiem biogenetycznym podlegającym najprostszemu, ale doskonałemu obiegowi, gdyż powraca do ośrodka niemal w tym samym tempie, w jaki jest zeń pobierany. Bierze w nim udział węgiel w postaci atomowej lub w różnych związkach.
Obieg węgla polega na wymianie głównie dwutlenku węgla z atmosferą ziemską. Dwutlenek węgla biorący udział w wymianie pochodzi przede wszystkim z oceanów, gdzie jest go około 16 razy więcej niż w atmosferze. Powstaje również w procesach termicznego rozkładu surowców energetycznych (spalanie, wydobywanie się w czasie erupcji wulkanów i gorących źródeł oraz w procesach oddychania organizmów żywych. Najbardziej zaskakujące jest to, że prawie 90% przemian, związanych z oddychaniem, jest udziałem glonów żyjących w oceanach.
Ogółem rośliny, wiążąc około 160 mld ton węgla, wytwarzają 400 mld ton tlenu w ciągu roku na obszarze całego globu.
Zasoby geologiczne węgla to zmineralizowane szczątki roślinne, jak węgiel brunatny
i kamienny czy ropa naftowa, bądź też zwierzęce, jak muszle mięczaków i skorupki otwornic, utworzone z węglanu wapnia. Rozpad i rozpuszczanie się w wodzie skał węglanowych czy działanie magmy wulkanicznej na te skały sprawia, że związany kiedyś przez rośliny węgiel wraca stopniowo do atmosfery. Przechodzenie atmosferycznego dwutlenku węgla do oceanów – lub procesy odwrotny – przebiega według następującego schematu:
CO2 (atm.) ↔ CO2 (rop.) + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ 2H+ + CO3
Największy przepływ globalny cyklu węgla odbywa się pomiędzy atmosferą a roślinnością lądową oraz między atmosferą a oceanami. Te dwa strumienie węgla są niemal równe, a średni czas przebywania atomu węgla w atmosferze wynosi około 3 lat. Wahania zawartości CO2 atmosferycznego są związane z sezonowością jego poboru przez rośliny oraz sezonowością użytkowania paliw i wymiany CO2 z oceanami. W atmosferze znajduje się 2350 mld ton CO2 , czyli ok. 641 mld czystego węgla.
Węgiel wielokrotnie przemieszcza się w cyklu zamkniętym między atmosferą ziemską, skorupą ziemską, hydrosferą i organizmami. Mechanizm łańcuchów pokarmowych powoduje przejmowanie zasobów węgla zgromadzonych w roślinach przez organizmy zwierzęce. Procesy metaboliczne, towarzyszące procesom życiowym roślin i zwierząt, powodują usuwanie pewnych ilości związków węgla. Natomiast szczątki jednych i drugich, podlegają procesom mineralizacji, są źródłem powstawania dwutlenku węgla. W tego typu procesach powstaje kompost, próchnica użyźniająca glebę, a także złoża torfu. Podobne przemiany, lecz w innych okresach i warunkach geologicznych, towarzyszyły powstawaniu złóż węgla kamiennego oraz brunatnego, jak również ropy naftowej.
W atmosferze węgiel istnieje prawie wyłącznie w postaci dwutlenku węgla. Atmosferyczny dwutlenek węgla jest nieprzerwanie pobierany przez rośliny w procesie fotosyntezy oraz stale jest oddawany do atmosfery w procesie oddychania roślin i zwierząt.. Zawartość dwutlenku węgla w atmosferze zwiększa się podczas pożarów lasów i przy spalaniu paliw kopalnianych i przemysłowych. Są to dodatkowe źródła węgla wchodzące w do obiegu, a ponieważ dopływ ten nie jest w pełni równoważony przez pobieranie dwutlenku węgla z atmosfery przez rośliny, następuje stały wzrost jego stężenia w atmosferze.
Zasoby dostępnego dwutlenku węgla zostałyby szybko wyczerpane, gdyby nie uwalnianie tego gazu w procesach oddychania. Rośliny wydalają do środowiska dwutlenek węgla w ilości 1% swojej masy na dobę, ssaki - 3%, ptaki - 25%, a mikroorganizmy aż 500%.
Obieg dwutlenku węgla jest regulowany głównie przez procesy:
a) jego uwalniania (oddychanie, uwalnianie z gleby i procesów geologicznych zachodzących w skorupie ziemskiej, spalanie paliw).
Spalanie węgla
C + O2 → CO2 + uwolnione ciepło
Spalanie gazu ziemnego
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + uwolnione ciepło
Spalanie produktów przerobu ropy naftowej - benzyna
benzyna + O2 → CO2 + H2O + uwolnione ciepło
b) i wiązania (fotosynteza, chemosynteza, rozpuszczanie się w wodzie)
6 CO2 + 6 H2O + energia świetlna = C6H12O6 + 6 O2

Obieg azotu
Azot w organizmach żywych wchodzi w skład cząsteczek o dużym znaczeniu: aminokwasów (a więc i białek) oraz zasad azotowych (a co za tym idzie, nukleotydów i kwasów nukleinowych). Organizmy żywe często narażone są na niedobór azotu.
W takich wypadkach dochodzi do zahamowania procesów wzrostowych i egeneracyjnych. Jest to szczególnie widoczne u roślin wyższych.
Atmosfera ziemska składa się w 78% z azotu (N2), w biosferze pierwiastek ten stanowi już tylko 3% masy organicznej, natomiast w litosferze jak i w hydrosferze zawartość związków azotowych nie przekracza 0,01%. Mimo iż atmosfera bogata jest w azot, to tylko nieliczne organizmy mają zdolność jego bezpośredniego wykorzystania w postaci gazowej.
Gazowy azot może być zamieniony na przyswajalne azotany i sole amonowe podczas wyładowań atmosferycznych. Tą drogą do gleby w ciągu roku dostaje się 4-10 kg/ha. Niestety, rośliny muszą go czerpać z gleby w postaci azotanów rozpuszczonych w glebie.

Zachowaniu równowagi azotowej między biosferą a atmosferą sprzyjają cykliczne przemiany związków azotu w biosferze.
Cykliczne przemiany związków azotu w biosferze polegają na:
1. wiązaniu przez bakterie azotu cząsteczkowego znajdującego się w atmosferze
Istnieją w glebie organizmy – bakterie i grzyby – zdolne do pobierania azotu atmosferycznego i syntetyzowania z jego udziałem różnych związków nieorganicznych. Niektóre z tych organizmów żyją w symbiozie z korzeniami roślin wyższych, inne prowadzą samodzielny tryb życia, będąc zarówno tlenowcami (np. Azotobacter) i beztlenowcami(np. Clostridium). Można je znaleźć wśród pierwszych kolonizatorów terenów o skrajnych warunkach środowiskowych (np. obszarach polarnych i sąsiedztwie wulkanów).

2. przyswajaniu przez rośliny związków azotu, takich jak azotany i amoniak (w powiązaniu z syntezą białek)
Tylko niektóre bakterie morskie potrafią wykorzystywać azot w postaci amoniaku. Związek ten na ogół nie jest przyswajalny. Musi najpierw zostać przekształcony w związek azotu z tlenem. Proces ten nosi nazwę nitryfikacji.
Nitryfikacja przebiega z udziałem dwu rodzajów bakterii.
Obecność nitrozobakterii stwarza warunki sprzyjające życiu nitrobakterii, gdyż zmniejszają one glebie stężenie amoniaku, który jest dla nitrobakterii toksyczny. Obecne w glebie azotany są łatwo rozpuszczalne i krążąc wraz z wodami podziemnymi mogą przenikać z jednego ekosystemu do drugiego.

3. uruchomieniu mechanizmów łańcuchów pokarmowych rośliny-zwierzęta.
Dzięki procesowi fotosyntezy azot w postaci białek roślinnych wykorzystywany jest przez konsumentów, czyli przez zwierzęta roślinożerne. Zwierzęta drapieżne pobierają go z białkami innych zwierząt. Po obumarciu roślin i zwierząt zawarte w nich białka są rozkładane do jonów amonowych (amonifikacja) lub utleniane w procesie nitryfikacji przez bakterie nitryfikujące do przyswajalnych przez rośliny azotanów. Taki sam proces ma miejsce w przypadku mocznika lub kwasu moczowego, wydalanych przez zwierzęta w wyniku przemiany białek. Powstałe jony amonowe są ponownie wykorzystywane przez rośliny oraz bakterie nitryfikacyjne i wracają do obiegu azotu.
Mineralizacja organicznego azotu nosi nazwę amonifikacji. W procesie tym uczestniczą liczne bakterie należące do rodzaju Bacillus i grzyby.

4. wyzwalaniu do atmosfery wolnego azotu z wydalin i obumarłych organizmów
Procesy te, będące wynikiem działania mikroorganizmów, następują zarówno w glebie, jak i w wodach. Jest to przemiana odwrotna do nitryfikacji i nosi nazwę denitryfikacji. Ten redukcyjny proces przebiega bez dostępu tlenu, z udziałem bakterii należących do rodzaju Pseudomonas oraz grzybów.
NO3 → NO2 → NO → NO2 → N2
NO3 → N2 + H2O

Obieg fosforu
Fosfor stanowi ważny element struktury związków organicznych Obieg fosforu w przyrodzie jest związany z dwoma biogeochemicznymi cyklami przebiegającymi głównie w zbiornikach wód morskich i oceanicznych oraz na lądzie w glebie.
Fosfor znajdujący się w glebie jest przyswajany przez bakterie fosforowe, przetwarzające związki organiczne fosforu i w ten sposób udostępniany roślinom i zwierzętom. Z kolei głównym źródłem tych związków są rozkładające się tkanki roślinne i zwierzęce oraz dostające się do gleby produkty wydalania.
Analogiczną rolę do tej, którą w obiegu glebowym spełniają bakterie, w obiegu wodnym spełnia plankton, znajdujący się w łańcuchu pokarmowym ryb i innych organizmów wodnych. Około 1% fosforu z obiegu wodnego dostaje się do obiegu glebowego wraz z rybami odławianymi przez człowieka i ptactwo wodne. Tu niebagatelną rolę spełnia guano ptactwa wodnego.
Produkty rozpadu organizmów morskich opadają na dno zbiornika, wypadając w ten sposób w znacznej masie z obiegu. Produkty procesu osadzania, mającego już miejsce od kilkuset milionów lat (osady fosforytów występują w warstwach paleozoiku oraz w bardziej nam współczesnych skałach osadowych z okresu kredy i trzeciorzędu), były również wykorzystywane przez człowieka jako naturalne nawozy fosforowe. Obecnie służą głównie do uzyskiwania kwasu fosforowego jako surowca do produkcji fosforowych nawozów sztucznych. Te z kolei uzupełniają straty fosforu w glebie powodowane uprawami - co można uznać za świadomą ingerencję człowieka w celu uzupełnienia łańcucha pokarmowego w cyklu glebowym.
Brak umiaru w nawożeniu może jednak powodować wymywanie nadmiaru nawozów sztucznych z gleb do wód. Kierowanie przez przemysł i gospodarstwa domowe do ścieków związków fosforu (również fosforanów z proszku do prania) dodatkowo daje znaczny nadmiar fosforu w wodach. Cykle obiegu tego pierwiastka muszą więc być świadomie sterowane i wspomagane dodatkową działalnością człowieka.

Obieg siarki
Siarka stanowi 0,05% do 0,1% skorupy ziemskiej. Jest istotnym składnikiem białek w organizmach żywych. Występuje również w węglu kamiennym i innych minerałach, ropie naftowej, glebie oraz powietrzu. W tym ostatnim ilość jej niepokojąco wzrosła na skutek działalności przemysłowej, a przede wszystkim spalania paliw (85% wszystkich związków siarki w środowisku). W wodach siarka występuje głównie w postaci siarczanów pochodzących ze ścieków, opadów atmosferycznych i wód kopalnianych.
Pierwotnym źródłem siarki znajdującej się w glebie są wietrzejące skały macierzyste zawierające piryty (FeS2) lub chalkopiryty (CuFeS2), a wtórnym- rozkładająca się roślinna materia organiczna, gdyż materia zwierzęca zawiera bardzo mało siarki.
Siarkę z gleby pobierają korzenie roślin, które włączają ją w skład niektórych aminokwasów (cystyny, cysteiny, metioniny). Siarka wraca do gleby po obumarciu roślin. Powrót jest wynikiem działania licznych mikroorganizmów, z których jedne redukują siarkę organiczną do H2S lub do siarki mineralnej, a inne utleniają te produkty rozkładu do siarczanów. Siarczany te są ponownie pobierane przez korzenie roślin, co zapewnia ciągłość obiegu siarki.
Oprócz siarki pochodzenia organicznego rośliny mogą wprowadzić do obiegu znaczne ilości siarki dostającej się do atmosfery i wody deszczowej w obszarach uprzemysłowionych.
Siarka występuje w przyrodzie w postaci rodzimej, w gazach wulkanicznych oraz w wielu minerałach m.in.: galenie PbS (galena), blendzie ZnS (blenda cynkowa), pirycie FeS2 (piryt), gipsie CaSO4•2H2O (gips), anhydrycie CaSO4 (anhydryt).
Siarka jest składnikiem aminokwasów (cysteiny, cystyny i metioniny), peptydów, białek, niektórych witamin i wielu innych substancji organicznych. W organizmie człowieka stanowi makroelement. Na skalę techniczną siarkę otrzymuje się ze złóż rodzimych metodą wytapiania gorącą parą wodną (metoda Frascha), metodami flotacyjno-filtracyjnymi z rud (metoda odkrywkowa) lub przez odzysk z siarkowodoru (metoda Clausa).

Fotosynteza
Fotosynteza to najważniejszy cykl biochemiczny - proces zachodzący w środowiskach lądowym i wodnym pod wpływem światła.
Decyduje o życiu na Ziemi, dostarczając tlenu i znaczących ilości związków organicznych (około 100 mld ton rocznie) rozkładanych w procesie oddychania komórkowego..
Proces fotosyntezy ma bardzo złożony przebieg. Uczestniczy w nim kilkaset różnych związków chemicznych od chlorofilu po enzymy syntetyzujące glukozę
Sumarycznie, w przypadku roślin zielonych, cały proces można w skrajnym uproszczeniu przedstawić w następujący sposób:

6CO2 + 6 H2O + energia świetlna = C6H12O6 + 6 O2
Praktycznie cała energia swobodna, z której korzystają układy żywe pochodzi ze słońca. Aby rośliny mogły pochłaniać kwanty światła i ich energię zamieniać na energię użyteczną biologicznie, potrzebne są cząsteczki zdolne do pochłaniania, czyli absorpcji światła. Są nimi fotoreceptory, czyli barwniki fotosyntetyczne, a wśród nich chlorofile.
Proces ten mogą realizować również niektóre bakterie zawierające bakteriochlorofil.
Fotosynteza stanowi podstawę życia na Ziemi dostarczając tlenu i ogromnych ilości związków organicznych. Odbywa się na lądach i w wodach, a jej intensywność zależy od natężenia światła, zawartości dwutlenku węgla i zaopatrzenia w wodę, a także temperatury otoczenia.
Fotosynteza rozpoczyna się od rozkładu cząsteczek wody na wodór i tlen pod wpływem energii słonecznej (fotolizy). Wodór jest wykorzystywany do budowy związków organicznych powstających z udziałem dwutlenku węgla, tlen uwalnia się do atmosfery. Skomplikowane przemiany biochemiczne prowadzą do uzyskiwania monosacharydów, aminokwasów i kwasów tłuszczowych, które z kolei ulegają dalszym przemianom na polisacharydy, białka i tłuszcze.
W przebiegu fotosyntezy wyróżnia się dwie fazy:

fazę jasną przebiegającą w tylakoidach chloroplastów w obecności światła. Uczestniczą w niej systemy barwników asymilacyjnych, które absorbują kwanty energii świetlnej (fotony); energia fotonów uruchamia przepływ elektronów z wody do NADP (fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego) powodując fotolizę wody z wytworzeniem tlenu (który się wydziela) i zredukowanej formy NADPH (tak zwana siła redukcyjna); przepływ ten jest także sprzężony z syntezą ATP (adenozynotrójfpsforan – związek wysoko energetyczny; energia skumulowana w wiązaniach) zależną bezpośrednio od światła, podczas której dochodzi do wytworzenia tzw. Siłyasymilacyjnej umożliwiającej zachodzenie dalszych etapów.
Przemiany zachodzące w tej fazie zapisuje się uproszczonym równaniem:

12H2O + ENERGIA ŚWIETLNA + 18 ADP + 18 Pi 12(H2) + 18 ATP + 6O2
fazę ciemną zachodzącą w stromie chloroplastów i niezależną bezpośrednio od światła, co
oznacza, że odcięcie dopływu światła nie zatrzymuje od razu tej "części" fotosyntezy, dopiero wyczerpanie siły asymilacyjnej wywołuje taki skutek.W fazie ciemnej dochodzi do asymilacji CO2 i powstania związków organicznych, czyli produktów fotosyntezy, które mogą służyć jako substancje wyjściowe do dalszych przemian. Proces ten zachodzi z wykorzystaniem
energii zgromadzonej w ATP.

Reakcję ogólną tego procesu można przedstawić równaniem:

6CO2 + 12(H2) + 18 ATP → C6H12O6 + 6H2O + 18 ADP + 18 Pi
12(H2) = 12 cząsteczek zredukowanego NADPH + H+

W procesie fotosyntezy rośliny zielone absorbują zaledwie 40 do 50% docierającej do nich energii, przetwarzając z tego najwyżej 1 – 5% na energię związaną w związkach chemicznych. Na własne potrzeby wykorzystują 10 – 50% tych związków (rozkładając je w procesie oddychania). W ten sposób średnio tylko 2% początkowo zaabsorbowanej energii słonecznej pozostaje do dyspozycji takich organizmów (konsumentów i reducentów), które bezpośrednio nie są zdolne do wykorzystywania jej w swoich procesach życiowych

Obieg tlenu i ozonu.
Tlen należy do najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków w przyrodzie. Zawartość tlenu w atmosferze, wodach i skorupie ziemskiej (do 16 km głębokości) stanowi prawie 50% ich składu chemicznego. Główne ilości tlenu występują w przyrodzie w postaci związanej. Na przykład woda zawiera ok. 89% tlenu, piasek - 53%, a organizm ludzki ok. 65%.

Tlen występuje w dwóch odmianach alotropowych - O2 tlen i O3 ozon
Proces tworzenia się i rozpadu ozonu ma charakter cykliczny i nie zakłócony pozostaje w stanie równowagi. Śladowe ilości ozonu powstają w stratosferze, poprzez absorpcje nadfioletowego promieniowania słonecznego.

O2 + ultrafiolet → 2O
O + O2 → O
3

Ozon tworzy w stratosferze warstwę ozonową, która działa jako osłona przeciwko promieniowaniu ultrafioletowemu.

O3 + ultrafiolet → O + O2
O + O3 → 2 O2
Cząsteczki organiczne i organizmy biologiczne są bardzo wrażliwe na promieniowanie ultrafioletowe; tak więc znaczne osłabienie osłony ozonowej może spowodować dostrzegalną degradację naturalnego środowiska człowieka.
Przypuszcza się, że produkty spalania paliw przez ponaddzwiękowe samoloty latające w warstwie stratosferycznej, jak i również freon uwalniany z lodówek i pojemników po kosmetykch, mogą znacznie zmniejszać stężenie ozonu
Wnioski
Lądy, wody śródlądowe, morza, oceany, dolna warstwa atmosfery oraz żywe organizmy roślinne i zwierzęce tworzą naturalne środowisko człowieka.

Każdy z pierwiastków chemicznych wchodzi w reakcje chemiczne, lecz całkowita jego ilość na Ziemi pozostaje stała, z wyjątkiem przeobrażeń będących wynikiem reakcji nuklearnych i zjawiska promieniotwórczości, jak też ucieczki niewielkich ilości wodoru z górnych warstw atmosfery w przestrzeń międzyplanetarną

Układ ten pozostaje w równowadze dzięki zachodzącym w przyrodzie przemianom i cyklicznym obiegom materii.

Obiegi wzajemnie się przenikają, a człowiek jest bezpośrednio i pośrednio w te obiegi włączony.


Naturalny obieg pierwiastków głównych, podrzędnych i śladowych w przyrodzie podlega różnego rodzaju zniekształceniom pod wpływem chemicznego zanieczyszczenia środowiska, w wyniku gospodarczej i technicznej działalności człowieka.


Każda zmiana chemicznej równowagi w środowisku przyrodniczym powoduje nie tylko zaburzenia wzrostu i rozwoju świata roślinnego i zwierzęcego, lecz także może wpływać pośrednio lub bezpośrednio na zdrowie człowieka.


Zakłócenie równowagi biogeodynamicznej środowiska może spowodować łańcuch przemian prowadzących do niekorzystnych zmian w środowisku naturalnym, a nawet całkowicie je zniszczyć.


Znajomość zachodzących cyklicznie przemian jest konieczna dla racjonalnej przebudowy i projektowania nowych ekosystemów, dla przewidywania skutków wprowadzania do powtórnego obiegu odpadów (surowców wtórnych) oraz wspomagania naturalnych obiegów składników (np. glebowych - przez stosowanie nawożenia).

Bibliografia
Charles J. Krebs - EKOLOGIA

Trojan P. - EKOLOGIA OGÓLNA

Prończuk J. - PODSTAWY EKOLOGII ROLNICZEJ

Tomasz Umiński - EKOLOGIA, ŚRODOWISKO, PRZYRODA

Harborne J.B – Ekologia biochemiczna
Miguel Aniel Garcia Lucas - ATLAS EKOLOGII

Umieść poniższy link na swojej stronie aby wzmocnić promocję tej jednostki oraz jej pozycjonowanie w wyszukiwarkach internetowych:

X


Zarejestruj się lub zaloguj,
aby mieć pełny dostęp
do serwisu edukacyjnego.




www.szkolnictwo.pl

e-mail: zmiany@szkolnictwo.pl
- największy w Polsce katalog szkół
- ponad 1 mln użytkowników miesięcznie




Nauczycielu! Bezpłatne, interaktywne lekcje i testy oraz prezentacje w PowerPoint`cie --> www.szkolnictwo.pl (w zakładce "Nauka").

Zaloguj się aby mieć dostęp do platformy edukacyjnej




Zachodniopomorskie Pomorskie Warmińsko-Mazurskie Podlaskie Mazowieckie Lubelskie Kujawsko-Pomorskie Wielkopolskie Lubuskie Łódzkie Świętokrzyskie Podkarpackie Małopolskie Śląskie Opolskie Dolnośląskie