Materialecykler: Næringsstof, kulstof, kvælstof og svovlcyklus

Materialecykler: Næringsstof, kulstof, kvælstof og svovlcyklus!

Næringsstofcyklus:

Tilførslen af ​​andre næringsstoffer end kuldioxid til et økosystem kommer hovedsagelig fra jorden, men også i mindre grad fra luften, i regn og sne og som støv.

Tilførslen af ​​mange næringsstoffer er ret begrænset, fordi de er mangelfulde i jorden og i andre kilder. Næringsstoffer cykler på en sådan måde, at de begge indgår i planter og dyr, eller ellers stilles til rådighed for planteoptagelse ved nedbrydning af døde plante- og dyrearter.

Stierne fra kilder til dræn og tilbage til kilder betegnes som elementære cyklusser, og de adskiller sig fra de forskellige elementer. Vi overvejer kort de tre vigtigste cyklusser, nemlig kulstof, nitrogen og svovl.

Carbon Cycle:

Carbon er grundlaget for alle organiske molekyler. Det udgør vores genetiske materiale (DNA og RNA) og proteiner, som er afgørende for livet. Carbon er så speciel på grund af dets evne til at binde til næsten ethvert andet molekyle. Det vigtigste element i vores kroppe er kulstof.

Carboncyklussen er den proces, gennem hvilken kulstof cykles gennem luften, jorden, planterne, dyrene og fossile brændstoffer. Store mængder kulstof findes i atmosfæren som kuldioxid (CO ₂ ). Kuldioxid cykles af grønne planter under processen kendt som fotosyntese for at lave organiske molekyler (glukose, som er mad).

Det er her næringen fra hver heterotrofe organisme kommer fra. Dyr gør det modsatte af planter - de frigiver kuldioxid tilbage i luften som affaldsprodukt fra åndedræt. (Bemærk: Planter gennemgår også åndedræt for at lave mad, men størstedelen af ​​kuldioxid i luften kommer fra heterotrofisk åndedræt). Nedbrydere, når de nedbryder døde organiske stoffer, frigør også kuldioxid i luften.

Nedbrydere er essentielle, fordi uden dem ville alt kulstof på planeten til sidst blive låst i døde kadaver og andet affald. Decay tillader, at kulstof frigives tilbage i fødebanen. Kulstof opbevares også i fossile brændstoffer, såsom kul, olie og naturgas.

Når disse brændes, frigives også carbondioxid tilbage i luften. Vulkaner og brande frigiver også store mængder CO2 i atmosfæren. Kuldioxid kan opløses i vand, hvor noget af det senere vender tilbage til atmosfæren. Resten kan tages til dannelse af calciumcarbonat, der opbygger skaller, klipper og skeletter af protozoer og koraller.

Carbon Cycle er en kompleks serie af processer, hvor alle de carbonatomer, der eksisterer, roterer. De samme carbonatomer i din krop i dag er blevet brugt i utallige andre molekyler siden tiden begyndte. Træet brændte for få årtier siden kunne have produceret kuldioxid, som gennem fotosyntese blev en del af en plante.

Når du spiser den plante, kan det samme kulstof fra træet, som blev brændt, blive en del af dig. Kulsyrecyklussen er den store naturlige genvindingsmiddel af carbonatomer. Desværre er omfanget af dets betydning sjældent stresset nok. Uden CO2-cyklusens funktion kan alle aspekter af livet ændres dramatisk.

Ved hjælp af energi fra solen går naturens kulstofcyklus, fra atmosfæren til skoven og tilbage. Sådan fungerer det. Træer absorberer kuldioxid fra luften, når de vokser. Faktisk er omkring halvdelen af ​​deres tørvægt dette absorberede kulstof. Som gamle træer dør og henfalder, eller forbruges i en skovbrand, bliver deres kulstof igen frigivet til luft som kuldioxid. Dette er naturens kulstofcyklus.

Når brænde bruges som energikilde, bringes en del af den naturlige kulsyrecyklus ind i vores hjem for at opvarme dem. En ild på ilden frigiver den solenergi, der opbevares af træet, som det voksede. Hvis hele brændstofcyklusen overvejes, vil en ren brændende pejs opvarme dit hjem mere effektivt og med mindre miljøbelastning end nogen anden brændstofmulighed.

De andre brændstofmuligheder - olie, gas og kul - er fossile brændstoffer, og når de brændes, frigives gammelt kulstof, der blev begravet dybt inde i jorden, til atmosfæren. Den stigende koncentration af kuldioxid fra brug af fossile brændstoffer er forbundet med global opvarmning, klimaændringer og det usædvanlige vejr, vi har set de seneste år.

En træbrand bidrager ikke til den globale opvarmning, fordi der ikke frigives mere kuldioxid end den naturlige skov ville frigive, hvis den blev uberørt. Ved hjælp af træ til varme betyder færre fossile brændstoffer brændt, mindre drivhusgasemissioner og et sundere miljø.

Kvælstofcyklus:

En anden vigtig næringsstofcyklus er kvælstof. Kvælstof er et kritisk vigtigt element for hele livet. Proteiner, der er bestanddele af alle levende celler, indeholder et gennemsnit på 16% nitrogen efter vægt. Andre komplekse nitrogenholdige stoffer, der er vigtige for livet, er nukleinsyrer og aminosugere. Uden en kontinuerlig tilførsel af kvælstof ville livet på jorden ophøre.

Nitrogencyklussen er lidt som kulsyrecyklussen, men med en række kritiske forskelle. Selv om 79% af jordens atmosfære består af elementært nitrogen (N ₂ ), er denne inerte gas helt utilgængelig til optagelse af de fleste planter og dyr. Dette står i skarp kontrast til den lille mængde kulsyre (0, 03%) i atmosfæren, som er let tilgængelig til planteoptagelse.

Et relativt få mikrober er i stand til at fastsætte atmosfærisk nitrogen fra den uorganiske til den organiske form. En sådan mikrobiologisk fixering er i gennemsnit 140 til 700 mg / m ² år. I meget frugtbare landbrugsområder kan den overstige 20000 mg / m ² år.

En række bakterier, svampe og blågrønne alger er kendt for at kunne klare nitrogen. Kvælstoffiksering involverer direkte inkorporering af atmosfærisk nitrogen i organiske organer af fikseringsorganismerne. Kvælstoffikserne udgør kun en meget lille del af disse grupper samlet.

De kan opdeles i:

1. Symbiotiske kvælstoffiksere, der stort set er bakterier, og som er forbundet med rødder af bælgfrugter (medlemmer af ærter og bønnefamilier) og nogle andre blomstrende planter, og

2. Gratis levende kvælstoffiksere. Slægten Rhizobium omfatter de bakterier, der befinder sig i knuderne, der udvikler sig på rødderne af medlemmer af ærter og bønnefamilier. De er til stede i jorden og inficerer de fine rødder som frøplanter vokser. Rødderne producerer en særlig knude, der huser rhizobien, hvor bakterier omdanner atmosfærisk nitrogen til de organiske nitrogenbestanddele i deres egne celler.

Da bakterieceller dør meget hurtigt, bliver dette nitrogen tilgængeligt for de højere planter. Afgrøder af kløver og bønner tilføjer faktisk nitrogen til jordbunden, hvor de vokser og eliminerer behovet for dyre gødning. En stor videnskabelig indsats er i gang i mange lande for at finde bakterier, der kan danne en lignende tilknytning til kornsædene.

De symbiotiske kvælstoffiksere synes at være begrænset til jordbaserede økosystemer og er ikke blevet fundet i vandlevende levesteder, den ene undtagelse er en marine orm, der angriber nedsænket træ. Blandt de ikke-symbiotiske nitrogenfiksere er både aerobic og anaerobe fri levende bakterier samt cyanobakterier.

Disse forekommer i jord og i både marine og ferskvand og kan i væsentlig grad tilføje nitrogenindholdet i disse miljøer. En yderligere, men generelt mindre kilde til atmosfærisk nitrogen til jord og vand er lynnedslag, hvor elektrokemiske nitrogenomdannelser finder sted.

Kvælstof går ind i producenten - forbrugernes fødekæde, når planter tager det op fra jordopløsningen enten som nitrater eller som ammoniumion. Nitrat kan også omdannes til ammoniak ved denitrificerende bakterier i jorden, især af bakterier og svampe i vandbundne jordbund. En sådan omdannelse forekommer også ved lavt iltforhold i søer. Processen hedder denitrificering. De nitrificerende bakterier kan i sin tur bruge ammoniak nitrogen som energikilde til at syntetisere deres egen protoplasma.

Denne proces forekommer kun langsomt, hvis overhovedet under sure betingelser. Først omdannes ammoniak til nitrit af bakteriegenet Nitrosomonas, og nitritet omdannes derefter til nitrat af et andet slægt, Nitrobacter. Denne to-trins proces kaldes nitrifikation. Begge bakteriegrupper får deres energi fra denne oxidationsproces og bruger derefter en del af energien til at omdanne kuldioxid til cellulært kulstof.

Endelig, efter at nitrat er blevet optaget og omdannet af højere planter og mikrober til protein og nukleinsyrer, metaboliseres det og returneres til hovedparten af ​​cyklussen som affaldsprodukter af det metabolisme (livløs organisk nitrogen).

Mange heterotrofiske bakterier og svampe i både jord og vand udnytter dette organiske nitrogenrige materiale, omdanner det og frigiver det som uorganisk ammoniak i en proces kaldet ammoniak. Andre dele af cyklussen indebærer frigivelse af gasformige kvælstof og nitrogenoxider, tilbage i atmosfæren, selv om disse er af begrænset betydning

Svovlcyklus:

Svovl er et vigtigt næringsstof for organismer, der er en nøglebestanddel af visse aminosyrer, proteiner og andre biokemiske. Planter opfylder deres ernæringsmæssige behov for svovl ved at assimilere simple mineralforbindelser fra miljøet.

Dette forekommer hovedsagelig som sulfat opløst i jordvand, der optages af rødder eller som gasformigt svovldioxid, der absorberes af løv i miljøer, hvor atmosfæren er noget forurenet med denne gas. Dyr får det svovl, de har brug for ved at spise planter eller andre dyr, og fordøje og assimilere deres organiske former for svovl, som derefter bruges til at syntetisere det nødvendige svovlholdige biokemiske.

I visse situationer, især i intensivt forvaltet landbrug, kan tilgængeligheden af ​​biologisk nyttige former for svovl være en begrænsende faktor for planteproduktiviteten, og anvendelsen af ​​en sulfatholdig gødning kan vise sig at være gavnlig. Svovlforbindelser kan også være forbundet med vigtige miljøskader, som når svovldioxid ødelægger vegetationen, eller når sure afløb forbundet med sulfidmineraler nedbryder økosystemerne.

Svovl (S) kan forekomme i mange kemiske former i miljøet. Disse omfatter organiske og mineralske former, der kan transformeres kemisk ved både biologiske og uorganiske processer. Svovldioxid er en gas, som kan være toksisk for planter i koncentrationer, der er meget mindre end en del pr. Million i atmosfæren og dyr i større koncentrationer.

Der er mange naturlige kilder til emission af SO2 til atmosfæren, såsom vulkanudbrud og skovbrande. Store emissioner af SO2 er også forbundet med menneskelige aktiviteter, især forbrænding af kul og forarbejdning af visse metalmalmer.

I atmosfæren oxideres SO2 til sulfat, en anion der forekommer som et lille partikelformigt stof, hvor de negative ladninger er elektrokemisk afbalanceret af de positive ladninger af kationer, såsom ammonium (NH ⁺ 4), calcium (Ca ²⁺ ) eller hydrogen ion (H ⁺ ). Disse fine partikler kan tjene som kondenseringskerner til dannelse af iskrystaller, som kan afregne fra atmosfæren

Det vigtigste grundlæggende materiale i livet er vand, en af ​​de jive panchabltutas. Dette er i begrænset udbud. Levende former på jordområder er afhængige af saltfri vand. På grund af solvarmevandet fordampes fra oceanerne og går op som vanddamp, og når det løber over til landområder, når der en betydelig højde, afkøles dampen ned til bundfald som vand eller sne. Af det samlede anslåede vand i jorden og dets atmosfære.