ladybe.ru
Biologick? ob?h l?tek na sou?i. Kolob?h l?tek v p??rod?
Cirkulace a biogeochemick? cykly l?tek
Vysv?tlete v?znam geologick?ho cyklu na p??kladu kolob?hu vody.
Jak prob?h? biologick? cyklus?
Jak? je z?kon biogenn? migrace atom? V.I. Vernadsk?ho?
Jak? jsou rezervn? a devizov? fondy p?irozen?ho cyklu? Jak? je mezi nimi rozd?l?
Zem? jako ?iv? superorganismus
*Aby biosf?ra mohla existovat a rozv?jet se, mus? na Zemi neust?le doch?zet k cirkulaci biologicky d?le?it?ch l?tek, tedy po pou?it? se mus? op?t p?em?nit do formy asimilovan? pro jin? organismy. Tento p?echod biologicky d?le?it?ch l?tek lze uskute?nit jen s ur?it?m v?dejem energie, jej?m? zdrojem je Slunce.
V?dec V. R. Williams v???, ?e slune?n? energie poskytuje dva cykly hmoty na Zemi – geologick? , nebo velk?, ob?h a biologick? , mal?, cyklus.
Geologick? do Kolob?h se nejz?eteln?ji projevuje v kolob?hu vody. Zem? ro?n? p?ijme 5,24x1024 J vyza?ovan? energie ze Slunce. Zhruba polovina z toho jde na odpa?ov?n? vody. Z?rove? se z oce?nu odpa?? v?ce vody, ne? se vr?t? se sr??kami. Na sou?i naopak spadne v?ce sr??ek, ne? se voda vypa??. Jeho p?ebytek te?e do ?ek a jezer a odtud - op?t do oce?nu (p?i p?enosu ur?it?ho mno?stv? miner?ln?ch slou?enin). Pr?v? to zp?sobuje velkou cirkulaci v biosf??e na z?klad? toho, ?e celkov? v?par vody ze Zem? je kompenzov?n sr??kami.
** S p??chodem ?iv? hmoty na z?klad? geologick?ho cyklu vznikl kolob?h organick? hmoty. klid, biologick? (mal?) ob?h.
Kolob?h vody jako p??klad geologick?ho cyklu
(podle H. Penmana)
Jak se ?iv? hmota vyv?j?, st?le v?ce prvk? je neust?le extrahov?no z geologick?ho cyklu a vstupuje do nov?ho, biologick?ho cyklu. Na rozd?l od prost?ho p?enosu miner?ln?ch l?tek ve velk?m kolob?hu, jak ve form? roztok?, tak ve form? mechanick?ho sr??en?, v mal?m cyklu jsou nejd?le?it?j??mi momenty synt?za a destrukce organick?ch slou?enin. Na rozd?l od geologick?ho cyklu m? biologick? cyklus zanedbatelnou energii. Jak je zn?mo, pouze 0,1-0,2 % ve?ker? slune?n? energie p?ich?zej?c? na Zemi je vynalo?eno na tvorbu organick? hmoty (a? 50 % na geologick? cyklus). Navzdory tomu energie zapojen? do biologick?ho cyklu odv?d? skv?lou pr?ci p?i vytv??en? prim?rn?ch produkt?.
Biologick? cyklus
S p??chodem ?iv? hmoty na Zemi chemick? prvky nep?etr?it? cirkuluj? v biosf??e a p?ech?zej? z vn?j??ho prost?ed?
do organism? a zp?t do prost?ed?. Tento ob?h l?tek po v?ce ?i m?n? uzav?en?ch drah?ch se naz?v? biogeochemick? cyklus.
Hlavn?mi biogeochemick?mi cykly jsou cykly kysl?ku, uhl?ku, vody, dus?ku, fosforu, s?ry a dal??ch biogenn?ch prvk?.
*** Biogenn? migrace hmoty - jedna z forem obecn? migrace prvk? v p??rod?. Biogenn? geochemick? migrace by m?la b?t ch?p?na jako migrace organick? a inertn? hmoty pod?lej?c? se na r?stu a v?voji ?iv?ch organism? a produkovan? t?mito organismy v d?sledku slo?it?ch biochemick?ch a biogeochemick?ch proces?. V A. Vernadsky formuloval z?kon biogenn? migrace atom? v n?sleduj?c? podob?:
Migrace chemick?ch prvk? v biosf??e se uskute??uje bu? za p??m? ??asti ?iv? hmoty (biogenn? migrace), nebo prob?h? v prost?ed?, jeho? geochemick? vlastnosti (O2, CO2, H2 atd.) jsou ur?ov?ny ?ivou hmotou (ten kter? v sou?asnosti ob?v? biosf?ru a ta, kter? na Zemi p?sobila po celou geologickou historii).
?lov?k p?sob? p?edev??m na biosf?ru a jej? ?ivou populaci, m?n? t?m podm?nky pro biogenn? migraci atom? a vytv??? p?edpoklady pro hlubok? chemick? zm?ny. Proces se tak m??e st?t seberozv?jej?c?m se, nez?visl?m na lidsk? touze a prakticky nekontrolovateln?m v glob?ln?m m???tku.
Z hlediska planet?rn?ho ob?hu hmoty jsou nejd?le?it?j?? kolob?h p?da-krajina, hydrosf?ra a hlubinn? (vnitrozemsk?). V prvn?m z nich se prov?d? extrakce chemick?ch prvk? z hornin, vody, vzduchu, rozklad organick? hmoty, absorpce a synt?za r?zn?ch organick?ch a organo-miner?ln?ch slou?enin. V hydrosf?rick?m cyklu hraje hlavn? roli slo?en? vody a biologick? aktivita ?iv?ch organism?. Bioprodukce l?tky zde prob?h? s dominantn? ??ast? fyto a zooplanktonu. V hlubok?m cyklu biogenn? migrace m? nejv?znamn?j?? roli aktivita anaerobn?ch mikroorganism?.
**** Procesy prob?haj?c? v r?zn?ch slupk?ch Zem? jsou ve stavu dynamick? rovnov?hy a zm?na pr?b?hu kter?hokoli z nich s sebou nese nekone?n? ?et?zce n?kdy nevratn?ch jev?. V ka?d?m p??rodn?m cyklu je vhodn? rozli?ovat mezi dv?ma ??stmi neboli dv?ma „fondy“:
rezervn?ho fondu- velk? masa pomalu se pohybuj?c?ch l?tek, v?t?inou anorganick? povahy;
mobiln?, pohybliv? nebo sm?na, fond- men??, ale aktivn?j??, kter? se vyzna?uje rychlou v?m?nou mezi organismy a prost?ed?m.
V?m?nn? fond se tvo?? na ?kor l?tek, kter? se vracej? do ob?hu bu? v d?sledku prim?rn? exkrece (z lat. excretum - vylu?ov?no) zv??aty, nebo p?i rozkladu detritu mikroorganismy.
Pokud vezmeme v ?vahu biosf?ru jako celek, pak lze biogeochemick? cykly rozd?lit do dvou hlavn?ch typ?:
cirkulace plynn?ch l?tek s rezervn?m fondem v atmosf??e nebo hydrosf??e;
sedimenta?n? cyklus s rezervn?m fondem v zemsk? k??e.
Je vynikaj?c? rusk? v?dec akademik V.I. Vernadsk?ho.
Biosf?ra- slo?it? vn?j?? obal Zem?, kter? obsahuje v?echny ?iv? organismy a tu ??st hmoty planety, kter? je v procesu nep?etr?it? v?m?ny s t?mito organismy. Jedn? se o jednu z nejd?le?it?j??ch geosf?r Zem?, kter? je hlavn? slo?kou p??rodn?ho prost?ed? obklopuj?c?ho ?lov?ka.
Zem? je tvo?ena soust?edn?mi sko??pky(geosf?ry) vnit?n? i vn?j??. Vnit?n? jsou j?dro a pl??? a vn?j?? jsou: litosf?ra - kamenn? obal Zem? v?etn? zemsk? k?ry (obr. 1) o tlou??ce 6 km (pod oce?nem) a? 80 km (horsk? syst?my); hydrosf?ra - vodn? sko??pka Zem?; atmosf?ra- plynn? obal Zem?, tvo?en? sm?s? r?zn?ch plyn?, vodn? p?ry a prachu.
Ve v??ce 10 a? 50 km se nach?z? ozonov? vrstva, jej?? maxim?ln? koncentrace je ve v??ce 20-25 km, chr?n? Zemi p?ed nadm?rn?m ultrafialov?m z??en?m, kter? je pro t?lo fat?ln?. Pat?? sem i biosf?ra (do vn?j??ch geosf?r).
Biosf?ra - vn?j?? obal Zem?, kter? zahrnuje ??st atmosf?ry do v??ky 25-30 km (do ozonov? vrstvy), t?m?? celou hydrosf?ru a horn? ??st litosf?ry do hloubky asi 3 km
R??e. 1. Sch?ma stavby zemsk? k?ry
(obr. 2). Zvl??tnost? t?chto ??st? je, ?e jsou ob?v?ny ?iv?mi organismy, kter? tvo?? ?ivou l?tku planety. Interakce abiotick? ??st biosf?ry- vzduch, voda, horniny a organick? hmota - biota vedly ke vzniku p?d a sediment?rn?ch hornin.
R??e. 2. Struktura biosf?ry a pom?r povrch?, kter? zauj?maj? hlavn? strukturn? jednotky
Kolob?h l?tek v biosf??e a ekosyst?mech
V?echny chemick? slou?eniny dostupn? pro ?iv? organismy v biosf??e jsou omezen?. Vy?erpatelnost chemick?ch l?tek vhodn?ch k asimilaci ?asto br?n? rozvoji ur?it?ch skupin organism? v m?stn?ch oblastech pevniny nebo oce?nu. Podle akademika V.R. Williams, jedin? zp?sob, jak d?t kone?n? vlastnosti nekone?nu, je p?im?t je, aby rotovalo pod?l uzav?en? k?ivky. V d?sledku toho je udr?ov?na stabilita biosf?ry d?ky cirkulaci l?tek a energetick?ch tok?. Dostupn? dva hlavn? kolob?hy l?tek: velk? – geologick? a mal? – biogeochemick?.
Velk? geologick? cyklus(obr. 3). Krystalick? horniny (vyv?el?) se vlivem fyzik?ln?ch, chemick?ch a biologick?ch faktor? p?em??uj? na sediment?rn? horniny. P?sek a j?l jsou typick? sedimenty, produkty p?em?ny hlubinn?ch hornin. K tvorb? sediment? v?ak nedoch?z? pouze v d?sledku ni?en? existuj?c?ch hornin, ale tak? prost?ednictv?m synt?zy biogenn?ch miner?l? - koster mikroorganism? - z p??rodn?ch zdroj? - oce?nsk?ch vod, mo?? a jezer. Uvoln?n? vodnat? sedimenty, jak jsou na dn? n?dr?? izolov?ny nov?mi ??stmi sediment?rn?ho materi?lu, pono?en? do hloubky, upadaj?c? do nov?ch termodynamick?ch podm?nek (vy??? teploty a tlaky), ztr?cej? vodu, tvrdnou a p?em??uj? se v sediment?rn? horniny.
Tyto horniny se v budoucnu no?? do je?t? hlub??ch horizont?, kde prob?haj? procesy jejich hlubok? p?em?ny na nov? teplotn? a tlakov? pom?ry - prob?haj? procesy metamorf?zy.
Vlivem endogenn?ch energetick?ch tok? doch?z? k p?etavov?n? hlubinn?ch hornin a vznik? magma – zdroj nov?ch vyv?elin. Po v?stupu t?chto hornin na povrch Zem? se vlivem proces? zv?tr?v?n? a transportu op?t p?em??uj? na nov? sediment?rn? horniny.
Velk? cirkulace je tedy zp?sobena interakc? slune?n? (exogenn?) energie s hlubokou (endogenn?) energi? Zem?. P?erozd?luje l?tky mezi biosf?rou a hlub??mi horizonty na?? planety.
R??e. 3. Velk? (geologick?) ob?h l?tek (tenk? ?ipky) a zm?na diverzity v zemsk? k??e (pln? ?irok? ?ipky - r?st, ??rkovan? - pokles diverzity)
Velk? kruh tak? naz?v?n kolob?h vody mezi hydrosf?rou, atmosf?rou a litosf?rou, kter? je poh?n?n energi? slunce. Voda se odpa?uje z povrchu vodn?ch ploch a pevniny a pot? se vrac? na Zemi ve form? sr??ek. Odpa?ov?n? p?evy?uje sr??ky nad oce?nem a naopak nad pevninou. Tyto rozd?ly jsou kompenzov?ny pr?toky ?ek. Pozemn? vegetace hraje d?le?itou roli v glob?ln?m kolob?hu vody. Transpirace rostlin v ur?it?ch oblastech zemsk?ho povrchu m??e b?t a? 80-90% sr??ek, kter? zde spadaj?, a v pr?m?ru pro v?echny klimatick? z?ny - asi 30%. Na rozd?l od velk?ho cyklu se mal? cyklus l?tek vyskytuje pouze v biosf??e. Vztah mezi velk?m a mal?m vodn?m cyklem je zn?zorn?n na Obr. ?ty?i.
Cykly v planet?rn?m m???tku vznikaj? z nespo?tu lok?ln?ch cyklick?ch pohyb? atom? poh?n?n?ch ?ivotn? d?le?itou ?innost? organism? v jednotliv?ch ekosyst?mech a t?ch pohyb?, kter? jsou zp?sobeny p?soben?m krajinn?ch a geologick?ch faktor? (povrchov? a podzemn? odtok, v?trn? eroze, pohyb mo?sk? dno, vulkanismus, horsk? stavba atd.).
R??e. 4. Vztah mezi velk?m geologick?m cyklem (GBC) vody a mal?m biogeochemick?m cyklem (MBC) vody
Na rozd?l od energie, kterou t?lo jednou spot?ebov?v?, m?n? se v teplo a ztr?c? se, l?tky v biosf??e cirkuluj? a vytv??ej? biogeochemick? cykly. Z v?ce ne? devades?ti prvk?, kter? se v p??rod? vyskytuj?, pot?ebuj? ?iv? organismy asi ?ty?icet. Nejd?le?it?j?? pro n? jsou vy?adov?ny ve velk?m mno?stv? - uhl?k, vod?k, kysl?k, dus?k. Kolob?hy prvk? a l?tek prob?haj? samoregula?n?mi procesy, kter?ch se ??astn? v?echny slo?ky. Tyto procesy nejsou odpady. Existuje z?kon glob?ln?ho uzav?en? biogeochemick? cirkulace v biosf??e funguj?c? ve v?ech f?z?ch sv?ho v?voje. V procesu evoluce biosf?ry, role biologick? slo?ky v uzav?en? biogeochemick?
koho cyklus. ?lov?k m? je?t? v?t?? vliv na biogeochemick? cyklus. Jeho role se v?ak projevuje opa?n?m sm?rem (ob?hy se otev?raj?). Z?kladem biogeochemick?ho ob?hu l?tek je energie Slunce a chlorofyl zelen?ch rostlin. Dal?? nejd?le?it?j?? cykly – voda, uhl?k, dus?k, fosfor a s?ra – jsou spojeny s biogeochemi? a p?isp?vaj? k n?.
Kolob?h vody v biosf??e
Rostliny vyu??vaj? vodn? vod?k b?hem fotosynt?zy k tvorb? organick?ch slou?enin, p?i?em? uvol?uj? molekul?rn? kysl?k. V procesech d?ch?n? v?ech ?iv?ch bytost? p?i oxidaci organick?ch slou?enin op?t vznik? voda. V historii ?ivota pro?la ve?ker? voln? voda hydrosf?ry opakovan? cykly rozkladu a novotvaru v ?iv? hmot? planety. Do kolob?hu vody na Zemi se ro?n? zapoj? asi 500 000 km 3 vody. Kolob?h vody a jej? z?soby jsou zn?zorn?ny na Obr. 5 (v relativn?m vyj?d?en?).
Cyklus kysl?ku v biosf??e
Za svou jedine?nou atmosf?ru s vysok?m obsahem voln?ho kysl?ku vd??? Zem? procesu fotosynt?zy. Vznik ozonu ve vysok?ch vrstv?ch atmosf?ry ?zce souvis? s cyklem kysl?ku. Kysl?k se uvol?uje z molekul vody a je v podstat? vedlej??m produktem fotosyntetick? aktivity rostlin. Abioticky kysl?k vznik? v horn?ch vrstv?ch atmosf?ry fotodisociac? vodn? p?ry, ale tento zdroj tvo?? pouze tis?ciny procent zdroj? dod?van?ch fotosynt?zou. Mezi obsahem kysl?ku v atmosf??e a hydrosf??e existuje pohybliv? rovnov?ha. Ve vod? je to asi 21kr?t m?n?.
R??e. Obr. 6. Sch?ma kysl?kov?ho cyklu: tu?n? ?ipky - hlavn? toky dod?vky a spot?eby kysl?ku
Uvoln?n? kysl?k je intenzivn? vynakl?d?n na procesy d?ch?n? v?ech aerobn?ch organism? a na oxidaci r?zn?ch miner?ln?ch slou?enin. Tyto procesy se vyskytuj? v atmosf??e, p?d?, vod?, bahnech a hornin?ch. Uk?zalo se, ?e v?znamn? ??st kysl?ku v?zan?ho v sediment?rn?ch hornin?ch je fotosyntetick?ho p?vodu. V?m?nn? fond O v atmosf??e nen? v?ce ne? 5 % z celkov? produkce fotosynt?zy. Mnoho anaerobn?ch bakteri? tak? oxiduje organickou hmotu b?hem anaerobn?ho d?ch?n? pomoc? s?ran? nebo dusi?nan?.
K ?pln?mu rozkladu organick? hmoty vytvo?en? rostlinami je pot?eba p?esn? stejn? mno?stv? kysl?ku, jak? se uvolnilo p?i fotosynt?ze. Poh?b?v?n? organick?ch l?tek v sediment?rn?ch hornin?ch, uhl? a ra?elin? slou?ilo jako z?klad pro udr?en? fondu v?m?ny kysl?ku v atmosf??e. Ve?ker? kysl?k, kter? obsahuje, proch?z? cel?m cyklem ?iv?ch organism? za p?ibli?n? 2000 let.
V sou?asn? dob? je v?znamn? ??st vzdu?n?ho kysl?ku v?z?na v d?sledku dopravy, pr?myslu a dal??ch forem antropogenn? ?innosti. Je zn?mo, ?e lidstvo ji? vynakl?d? v?ce ne? 10 miliard tun voln?ho kysl?ku z jeho celkov?ho mno?stv? 430-470 miliard tun dod?van?ho procesy fotosynt?zy. Vezmeme-li v ?vahu, ?e do v?m?nn?ho fondu se dost?v? jen mal? ??st fotosyntetick?ho kysl?ku, za??n? aktivita lid? v tomto ohledu nab?vat alarmuj?c?ch rozm?r?.
Cyklus kysl?ku ?zce souvis? s cyklem uhl?ku.
Cyklus uhl?ku v biosf??e
Uhl?k jako chemick? prvek je z?kladem ?ivota. M??e se r?zn?mi zp?soby kombinovat s mnoha dal??mi prvky a vytv??et jednoduch? i slo?it? organick? molekuly, kter? jsou sou??st? ?iv?ch bun?k. Pokud jde o distribuci na planet?, uhl?k zauj?m? jeden?ct? m?sto (0,35 % hmotnosti zemsk? k?ry), ale v ?iv? hmot? tvo?? v pr?m?ru asi 18 nebo 45 % such? biomasy.
V atmosf??e je uhl?k obsa?en ve slo?en? oxidu uhli?it?ho CO 2 , v men?? m??e - ve slo?en? metanu CH 4 . V hydrosf??e je CO 2 rozpu?t?n ve vod? a jeho celkov? obsah je mnohem vy??? ne? v atmosf??e. Oce?n slou?? jako siln? n?razn?k pro regulaci CO 2 v atmosf??e: se zv??en?m jeho koncentrace ve vzduchu se zvy?uje absorpce oxidu uhli?it?ho vodou. N?kter? z molekul CO 2 reaguj? s vodou za vzniku kyseliny uhli?it?, kter? se pot? disociuje na ionty HCO 3 - a CO 2- 3. Tyto ionty reaguj? s kationty v?pn?ku nebo ho???ku za vzniku uhli?itan?. Podobn? reakce jsou z?kladem n?razn?kov?ho syst?mu oce?nu, udr?ov?n? konstantn?ho pH vody.
Oxid uhli?it? atmosf?ry a hydrosf?ry je v?m?nn?m fondem v kolob?hu uhl?ku, odkud jej ?erpaj? suchozemsk? rostliny a ?asy. Fotosynt?za je z?kladem v?ech biologick?ch cykl? na Zemi. K uvol?ov?n? fixovan?ho uhl?ku doch?z? p?i respira?n? aktivit? samotn?ch fotosyntetick?ch organism? a v?ech heterotrof? - bakteri?, hub, ?ivo?ich? za?azen?ch do potravn?ho ?et?zce na ?kor ?iv? nebo mrtv? organick? hmoty.
R??e. 7. Uhl?kov? cyklus
Zvl??t? aktivn? je n?vrat CO 2 do atmosf?ry z p?dy, kde se soust?e?uje ?innost ?etn?ch skupin organism?, rozkl?daj?c?ch se zbytky odum?el?ch rostlin a ?ivo?ich? a prov?d? se d?ch?n? ko?enov?ch syst?m? rostlin. Tento integr?ln? proces se ozna?uje jako „respirace p?dy“ a v?znamn? p?isp?v? k dopl?ov?n? fondu v?m?ny CO 2 v ovzdu??. Paraleln? s procesy mineralizace organick? hmoty se v p?d?ch tvo?? humus – komplexn? a stabiln? molekul?rn? komplex bohat? na uhl?k. P?dn? humus je jedn?m z d?le?it?ch z?sobn?k? uhl?ku na sou?i.
V podm?nk?ch, kdy je ?innost destruktor? inhibov?na faktory prost?ed? (nap??klad kdy? v p?d?ch a na dn? vodn?ch ?tvar? doch?z? k anaerobn?mu re?imu), organick? hmota nahromad?n? vegetac? se nerozkl?d? a ?asem se m?n? na horniny, jako je uhl?, lignit, ra?elina, sapropely, roponosn? b?idlice a dal?? bohat? na akumulovanou slune?n? energii. Dopl?uj? rezervn? fond uhl?ku a jsou na dlouhou dobu vy?azeny z biologick?ho cyklu. Uhl?k se tak? do?asn? ukl?d? v ?iv? biomase, v mrtv?m odpadu, v rozpu?t?n? organick? hmot? oce?nu atd. nicm?n? hlavn? rezervn? fond uhl?ku na z?pis nejsou ?iv? organismy ani ho?lav? fosilie, ale sediment?rn? horniny jsou v?pence a dolomity. Jejich vznik souvis? i s ?innost? ?iv? hmoty. Uhl?k t?chto uhli?itan? je na dlouhou dobu poh?ben v ?trob?ch Zem? a do ob?hu se dost?v? pouze p?i erozi, kdy jsou horniny obna?eny v tektonick?ch cyklech.
Biogeochemick?ho cyklu se ??astn? pouze zlomky procent uhl?ku z jeho celkov?ho mno?stv? na Zemi. Atmosf?rick? a hydrosf?rick? uhl?k opakovan? proch?z? ?iv?mi organismy. Pozemn? rostliny jsou schopny vy?erpat sv? z?soby ve vzduchu za 4-5 let, z?soby v p?dn?m humusu - za 300-400 let. K hlavn?mu n?vratu uhl?ku do v?m?nn?ho fondu doch?z? d?ky ?innosti ?iv?ch organism? a jen jeho mal? ??st (tis?ciny procent) je kompenzov?na uvol?ov?n?m z nitra Zem? jako sou??st sope?n?ch plyn?.
V sou?asnosti se t??ba a spalov?n? obrovsk?ch z?sob fosiln?ch paliv st?v? siln?m faktorem p?esunu uhl?ku ze z?soby do v?m?nn?ho fondu biosf?ry.
Cyklus dus?ku v biosf??e
Atmosf?ra a ?iv? hmota obsahuj? m?n? ne? 2 % ve?ker?ho dus?ku na Zemi, ale je to on, kdo podporuje ?ivot na planet?. Dus?k je sou??st? nejd?le?it?j??ch organick?ch molekul - DNA, b?lkovin, lipoprotein?, ATP, chlorofylu atd. V rostlinn?ch pletivech je jeho pom?r s uhl?kem pr?m?rn? 1 : 30 a v mo?sk?ch ?as?ch I : 6. Biologick? cyklus dus?ku je proto tak? ?zce souvis? s uhl?kem.
Molekul?rn? dus?k atmosf?ry nen? dostupn? pro rostliny, kter? mohou tento prvek absorbovat pouze ve form? amonn?ch iont?, dusi?nan? nebo z p?dn?ch ?i vodn?ch roztok?. Nedostatek dus?ku je proto ?asto faktorem limituj?c?m prim?rn? produkci - pr?ci organism? spojenou s tvorbou organick?ch l?tek z anorganick?ch. P?esto se atmosf?rick? dus?k hojn? pod?l? na biologick?m cyklu d?ky ?innosti speci?ln?ch bakteri? (fix?tor? dus?ku).
Amonifika?n? mikroorganismy tak? hraj? d?le?itou roli v kolob?hu dus?ku. Rozkl?daj? b?lkoviny a dal?? organick? l?tky obsahuj?c? dus?k na amoniak. V amonn? form? je dus?k ??ste?n? reabsorbov?n ko?eny rostlin a ??ste?n? zachycov?n nitrifika?n?mi mikroorganismy, co? je protiklad k funkc?m skupiny mikroorganism? - denitrifik?tor?.
R??e. 8. Cyklus dus?ku
V anaerobn?ch podm?nk?ch v p?d?ch nebo vod?ch vyu??vaj? kysl?k dusi?nan? k oxidaci organick? hmoty, ??m? z?sk?vaj? energii pro svou ?ivotn? ?innost. Dus?k se redukuje na molekul?rn? dus?k. Fixace dus?ku a denitrifikace v p??rod? jsou p?ibli?n? vyrovnan?. Cyklus dus?ku tak z?vis? p?ev??n? na bakteri?ln? aktivit?, zat?mco rostliny do n?j vstupuj? vyu?it?m meziprodukt? tohoto cyklu a v?razn? zvy?uj? cirkulaci dus?ku v biosf??e produkc? biomasy.
?loha bakteri? v kolob?hu dus?ku je tak velk?, ?e pokud bude zni?eno pouze 20 jejich druh?, ?ivot na na?? planet? ustane.
K nebiologick? fixaci dus?ku a vstupu jeho oxid? a ?pavku do p?d doch?z? tak? p?i de??ov?ch sr??k?ch p?i atmosf?rick? ionizaci a v?boj?ch blesku. Modern? pr?mysl hnojiv fixuje atmosf?rick? dus?k nad p?irozenou fixaci dus?ku za ??elem zv??en? produkce plodin.
V sou?asnosti lidsk? ?innost st?le v?ce ovliv?uje kolob?h dus?ku, a to p?edev??m ve sm?ru p?ekra?ov?n? jeho p?em?ny na v?zan? formy nad procesy n?vratu do molekul?rn?ho stavu.
Kolob?h fosforu v biosf??e
Tento prvek, nezbytn? pro synt?zu mnoha organick?ch l?tek, v?etn? ATP, DNA, RNA, je rostlinami absorbov?n pouze ve form? iont? kyseliny ortofosfore?n? (PO 3 4 +). Pat?? k prvk?m omezuj?c?m prim?rn? produkci jak na sou?i, tak zejm?na v oce?nu, proto?e v?m?nn? fond fosforu v p?d?ch a vod?ch je mal?. Ob?h tohoto prvku v m???tku biosf?ry nen? uzav?en.
Na sou?i rostliny ?erpaj? fosf?ty z p?dy, kter? uvol?uj? rozklada?i z rozkl?daj?c?ch se organick?ch zbytk?. V alkalick? nebo kysel? p?d? v?ak rozpustnost slou?enin fosforu prudce kles?. Hlavn? rezervn? fond fosf?t? je obsa?en v hornin?ch vytvo?en?ch na dn? oce?n? v geologick? minulosti. P?i vyluhov?n? hornin p?ech?z? ??st t?chto z?sob do p?dy a je vyplavov?na do vodn?ch ?tvar? ve form? suspenz? a roztok?. V hydrosf??e jsou fosf?ty vyu??v?ny fytoplanktonem a proch?zej? potravn?mi ?et?zci k dal??m hydrobiont?m. V oce?nu je v?ak v?t?ina slou?enin fosforu poh?bena se zbytky ?ivo?ich? a rostlin na dn? a n?sleduje p?echod se sediment?rn?mi horninami do velk?ho geologick?ho cyklu. V hloubce se rozpu?t?n? fosf?ty v??ou s v?pn?kem a tvo?? fosfority a apatity. V biosf??e ve skute?nosti existuje jednosm?rn? tok fosforu z hornin pevniny do hlubin oce?nu, proto je jeho v?m?nn? fond v hydrosf??e velmi omezen?.
R??e. 9. Kolob?h fosforu
Zemn? lo?iska fosforit? a apatit? se vyu??vaj? p?i v?rob? hnojiv. Pronik?n? fosforu do sladk? vody je jedn?m z hlavn?ch d?vod? jejich „rozkv?tu“.
Cyklus s?ry v biosf??e
Cyklus s?ry, nezbytn? pro stavbu ?ady aminokyselin, je zodpov?dn? za trojrozm?rnou strukturu b?lkovin a v biosf??e je podporov?n ?irok?m spektrem bakteri?. Samostatn?ch vazeb tohoto cyklu se ??astn? aerobn? mikroorganismy, kter? oxiduj? s?ru organick?ch zbytk? na s?rany, a tak? anaerobn? sulf?tov? reduktory, kter? redukuj? s?rany na sirovod?k. Krom? uveden?ch skupin sirn?ch bakteri? oxiduj? sirovod?k na element?rn? s?ru a d?le na s?rany. Rostliny absorbuj? pouze ionty SO 2-4 z p?dy a vody.
Prstenec uprost?ed zn?zor?uje oxida?n? (O) a reduk?n? (R) procesy, kter? vym??uj? s?ru mezi dostupn?m s?ranem a sulfidem ?eleza hluboko v p?d? a sedimentu.
R??e. 10. Cyklus s?ry. Krou?ek uprost?ed zn?zor?uje oxida?n? (0) a reduk?n? (R) procesy, kter? vym??uj? s?ru mezi dostupn?m s?ranem a sulfidem ?eleza hluboko v p?d? a sedimentu.
K hlavn? akumulaci s?ry doch?z? v oce?nu, kde jsou s?ranov? ionty nep?etr?it? z?sobov?ny z pevniny s ???n?m odtokem. Kdy? se sirovod?k uvol?uje z vod, s?ra se ??ste?n? vrac? do atmosf?ry, kde se oxiduje na oxid, kter? se v de??ov? vod? m?n? na kyselinu s?rovou. Pr?myslov? vyu?it? velk?ho mno?stv? s?ran? a element?rn? s?ry a spalov?n? fosiln?ch paliv uvol?uje do atmosf?ry velk? mno?stv? oxidu si?i?it?ho. To po?kozuje vegetaci, zv??ata, lidi a slou?? jako zdroj kysel?ch de???, kter? prohlubuj? negativn? dopady lidsk?ho z?sahu do kolob?hu s?ry.
Rychlost ob?hu l?tek
V?echny cykly l?tek prob?haj? r?znou rychlost? (obr. 11)
Cykly v?ech biogenn?ch prvk? na planet? jsou tedy podporov?ny slo?itou interakc? r?zn?ch ??st?. Vznikaj? ?innost? skupin organism? s r?zn?mi funkcemi, syst?mem odtoku a v?paru spojuj?c?m oce?n a pevninu, procesy cirkulace vodn?ch a vzdu?n?ch hmot, p?soben?m gravita?n?ch sil, tektonikou litosf?rick?ch desek a dal??mi velk?mi -?k?lov? geologick? a geofyzik?ln? procesy.
Biosf?ra p?sob? jako jeden komplexn? syst?m, ve kter?m prob?haj? r?zn? cykly l?tek. Hlavn?m motorem t?chto cykly jsou ?ivou l?tkou planety, v?ech ?iv?ch organism?, zaji??uj?c? procesy synt?zy, p?em?ny a rozkladu organick? hmoty.
R??e. 11. Rychlost ob?hu l?tek (P. Cloud, A. Jibor, 1972)
Z?kladem ekologick?ho pohledu na sv?t je p?edstava, ?e ka?d? ?iv? bytost je obklopena mnoha r?zn?mi faktory, kter? na ni p?sob?, tvo??c? v komplexu jej? biotop – biotop. Tud??, biotop - kus ?zem?, kter? je homogenn? z hlediska ?ivotn?ch podm?nek pro ur?it? druhy rostlin nebo ?ivo?ich?(svah rokle, m?stsk? lesopark, mal? jezero nebo ??st velk?ho, ale s homogenn?mi podm?nkami - pob?e?n? ??st, hlubinn? ??st).
Organismy charakteristick? pro ur?it? biotop jsou ?ivotn? spole?enstv? neboli biocen?za(?ivo?ichov?, rostliny a mikroorganismy jezera, louky, pob?e?n?ho p?su).
?ivotn? spole?enstvo (biocen?za) tvo?? jeden celek se sv?m biotopem, kter? je tzv ekologick? syst?m (ekosyst?m). Jako p??klad p??rodn?ch ekosyst?m? m??e poslou?it mraveni?t?, jezero, rybn?k, louka, les, m?sto, farma. Klasick?m p??kladem um?l?ho ekosyst?mu je vesm?rn? lo?. Jak vid?te, neexistuje zde ??dn? striktn? prostorov? struktura. Bl?zk? konceptu ekosyst?mu je koncept biogeocen?za.
Hlavn? slo?ky ekosyst?m? jsou:
- ne?iv? (abiotick?) prost?ed?. Jsou to voda, miner?ly, plyny, ale i organick? l?tky a humus;
- biotick? slo?ky. Pat?? sem: producenti nebo producenti (zelen? rostliny), konzumenti nebo konzumenti (?iv? tvorov?, kte?? se ?iv? producenty) a rozklada?i neboli rozklada?i (mikroorganismy).
P??roda je extr?mn? hospod?rn?. Biomasa vytvo?en? organismy (l?tka t?l organism?) a energie v nich obsa?en? jsou tedy p?en??eny na ostatn? ?leny ekosyst?mu: zv??ata jed? rostliny, tato zv??ata jed? jin? zv??ata. Tento proces se naz?v? potravinov? nebo trofick? ?et?zec. V p??rod? se potravn? ?et?zce ?asto prot?naj?, tvo?? potravn? s??.
P??klady potravn?ch ?et?zc?: rostlina – b?lo?ravec – pred?tor; obilnina - my? poln? - li?ka atd. a potravn? s?? jsou zn?zorn?ny na obr. 12.
Rovnov??n? stav v biosf??e je tedy zalo?en na interakci biotick?ch a abiotick?ch faktor? prost?ed?, kter? je udr?ov?na d?ky nep?etr?it? v?m?n? hmoty a energie mezi v?emi slo?kami ekosyst?m?.
V uzav?en?ch cyklech p??rodn?ch ekosyst?m? je spolu s dal??mi povinn? ??ast dvou faktor?: p??tomnost rozklada?? a neust?l? p??sun slune?n? energie. V m?stsk?ch a um?l?ch ekosyst?mech je m?lo nebo v?bec ??dn? rozklada?e, tak?e se hromad? kapaln?, pevn? a plynn? odpady, kter? zne?i??uj? ?ivotn? prost?ed?.
R??e. 12. Potravn? s?? a sm?r toku hmoty
Kolob?h l?tek v biosf??e je cyklick?, opakovan? opakovan? proces spole?n?, propojen? p?em?ny a pohybu l?tek. P??tomnost ob?hu l?tek je nezbytnou podm?nkou existence biosf?ry. Po pou?it? n?kter?mi organismy mus? l?tky p?ej?t do formy p??stupn? jin?m organism?m. Takov? p?echod l?tek z jednoho spojen? do druh?ho vy?aduje energetick? n?klady, proto je mo?n? pouze za ??asti energie Slunce. S vyu?it?m slune?n? energie prob?haj? na planet? dva vz?jemn? propojen? cykly l?tek: velk? – geologick? a mal? – biologick? (biotick?).
Geologick? kolob?h l?tek- proces migrace l?tek, prov?d?n? pod vlivem abiotick?ch faktor?: zv?tr?v?n?, eroze, pohyb vody atd. ?iv? organismy se ho ne??astn?.
S v?skytem ?iv? hmoty na planet?, biologick? (biotick?) ob?h. Pod?lej? se na n?m v?echny ?iv? organismy, kter? n?kter? l?tky z prost?ed? vst?eb?vaj? a jin? uvol?uj?. Nap??klad rostliny v procesu ?ivota spot?ebov?vaj? oxid uhli?it?, vodu, miner?ly z prost?ed? a uvol?uj? kysl?k. Zv??ata vyu??vaj? kysl?k vyd?van? rostlinami k d?ch?n?. ?iv? se rostlinami a v d?sledku tr?ven? vst?eb?vaj? organick? l?tky vznikl? p?i fotosynt?ze. Uvol?uj? oxid uhli?it? a nestr?ven? potraviny. Po odum?en? tvo?? rostliny a ?ivo?ichov? mno?stv? mrtv? organick? hmoty (detritus). Detritus je k dispozici pro rozklad (mineralizaci) mikroskopick?mi houbami a bakteriemi. V d?sledku jejich ?ivotn? d?le?it? ?innosti se do biosf?ry dost?v? dal?? mno?stv? oxidu uhli?it?ho. A organick? l?tky se p?em??uj? na p?vodn? anorganick? slo?ky – biogeny. V?sledn? miner?ln? slou?eniny, padaj?c? do vodn?ch ?tvar? a p?dy, jsou op?t dostupn? rostlin?m pro fixaci prost?ednictv?m fotosynt?zy. Takov? proces se neomezen? opakuje a m? uzav?enou povahu (cirkulaci). Nap??klad ve?ker? vzdu?n? kysl?k putuje touto cestou asi za 2 tis?ce let, zat?mco oxidu uhli?it?mu to trv? asi 300 let.
Energie obsa?en? v organick? hmot? kles?, kdy? se pohybuje potravn?mi ?et?zci. V?t?ina z nich se rozpt?l? v prost?ed? ve form? tepla nebo se spot?ebuje na udr?en? ?ivotn? d?le?it?ch proces? organism?. Nap??klad o d?ch?n? ?ivo?ich? a rostlin, transportu l?tek v rostlin?ch a tak? o procesech biosynt?zy ?iv?ch organism?. Nav?c biogeny vznikl? v d?sledku ?innosti rozklada?? neobsahuj? energii dostupnou organism?m. V tomto p??pad? lze hovo?it pouze o toku energie v biosf??e, nikoli v?ak o cirkulaci. Podm?nkou udr?iteln? existence biosf?ry je proto neust?l? ob?h l?tek a tok energie v biogeocen?z?ch.
Geologick? a biologick? cykly spole?n? tvo?? obecn? biogeochemick? cyklus l?tek, kter? je zalo?en na cyklech dus?ku, vody, uhl?ku a kysl?ku.
cyklus dus?ku
Dus?k je jedn?m z nejroz???en?j??ch prvk? v biosf??e. Hlavn? ??st biosf?rick?ho dus?ku je v atmosf??e v plynn? form?. Jak je zn?mo z pr?b?hu chemie, chemick? vazby mezi atomy v molekul?rn?m dus?ku (N 2) jsou velmi pevn?. V?t?ina ?iv?ch organism? jej proto nen? schopna p??mo vyu??t. D?le?it?m krokem v cyklu dus?ku je tedy jeho fixace a p?em?na do formy p??stupn? organism?m. Existuj? t?i zp?soby fixace dus?ku.
atmosf?rick? fixace. Pod vlivem atmosf?rick?ch elektrick?ch v?boj? (blesk?) m??e dus?k interagovat s kysl?kem za vzniku oxidu (NO) a oxidu (NO 2) dus?ku. Oxid dusnat? (NO) je velmi rychle oxidov?n kysl?kem a p?em?n?n na oxid dusi?it?. Oxid dusi?it? se rozpou?t? ve vodn? p??e a ve form? kyseliny dusit? (HNO 2) a kyseliny dusi?n? (HNO 3) se do p?dy dost?v? se sr??kami. V p?d? se v d?sledku disociace t?chto kyselin tvo?? dusitanov? (NO 2 -) a dusi?nanov? ionty (NO 3 -). Dusitanov? a dusi?nanov? ionty ji? mohou b?t rostlinami absorbov?ny a zahrnuty do biologick?ho cyklu. Atmosf?rick? fixace dus?ku p?edstavuje asi 10 milion? tun dus?ku ro?n?, co? jsou asi 3 % ro?n? fixace dus?ku v biosf??e.
biologick? fixace. Prov?d?j? ho bakterie fixuj?c? dus?k, kter? p?em??uj? dus?k na formy dostupn? rostlin?m. Mikroorganismy v??? asi polovinu ve?ker?ho dus?ku. Nejzn?m?j?? jsou bakterie, kter? fixuj? dus?k v uzlin?ch nahosemenn?ch rostlin. Z?sobuj? rostliny dus?kem ve form? amoniaku (NH3). Amoniak je vysoce rozpustn? ve vod? za vzniku amonn?ho iontu (NH 4 +), kter? je absorbov?n rostlinami. Proto jsou luskoviny nejlep??mi p?edch?dci kulturn?ch rostlin v st??d?n? plodin. Po smrti zv??at a rostlin a rozkladu jejich zbytk? se p?da obohacuje o organick? a miner?ln? slou?eniny dus?ku. D?le hnilobn? (amoniza?n?) bakterie rozkl?daj? l?tky obsahuj?c? dus?k (b?lkoviny, mo?ovinu, nukleov? kyseliny) rostlin a ?ivo?ich? na amoniak. Tento proces se naz?v? amonifikace. V?t?ina amoniaku je n?sledn? oxidov?na nitrifika?n?mi bakteriemi na dusitany a dusi?nany, kter? jsou znovu vyu??v?ny rostlinami. K n?vratu dus?ku do atmosf?ry doch?z? denitrifikac?, kterou prov?d? skupina denitrifika?n?ch bakteri?. V d?sledku toho se dus?kat? slou?eniny redukuj? na molekul?rn? dus?k. ??st dus?ku v dusi?nanov? a amonn? form? s povrchov?m odtokem vstupuje do vodn?ch ekosyst?m?. Zde je dus?k asimilov?n vodn?mi organismy nebo se dost?v? do spodn?ch organick?ch sediment?.
Pr?myslov? fixace. Velk? mno?stv? dus?ku je ro?n? pr?myslov? v?z?no p?i v?rob? miner?ln?ch dus?kat?ch hnojiv. Dus?k z takov?ch hnojiv je absorbov?n rostlinami v amonn? a dusi?nanov? form?. Objem dus?kat?ch hnojiv vyroben?ch v B?lorusku je v sou?asnosti asi 900 tis?c tun ro?n?. Nejv?t??m v?robcem je OJSC GrodnoAzot. Tento podnik vyr?b? mo?ovinu, dusi?nan amonn?, s?ran amonn? a dal?? dus?kat? hnojiva.
P?ibli?n? 1/10 um?le zaveden?ho dus?ku spot?ebuj? rostliny. Zbytek s povrchov?m odtokem a podzemn? vodou p?ech?z? do vodn?ch ekosyst?m?. To vede k akumulaci velk?ho mno?stv? slou?enin dus?ku dostupn?ch ve vod? pro asimilaci fytoplanktonem. V d?sledku toho je mo?n? rychl? reprodukce ?as (eutrofizace) a v d?sledku toho ?hyn ve vodn?ch ekosyst?mech.
Vodn? cyklus
Voda je hlavn? slo?kou biosf?ry. Je to prost?edek pro rozpu?t?n? t?m?? v?ech prvk? p?i realizaci cyklu. V?t?inu biosf?rick? vody tvo?? voda kapaln? a voda v??n?ho ledu (v?ce ne? 99 % v?ech z?sob vody v biosf??e). Mal? ??st vody je v plynn?m skupenstv? – jedn? se o atmosf?rick? vodn? p?ry. Biosf?rick? kolob?h vody je zalo?en na tom, ?e jej? v?par z povrchu Zem? je kompenzov?n sr??kami. Voda, kter? se dost?v? na povrch zem? ve form? sr??ek, p?isp?v? k ni?en? hornin. T?m jsou jejich miner?ln? l?tky dostupn? ?iv?m organism?m. Pr?v? vypa?ov?n? vody z povrchu planety ur?uje jej? geologick? cyklus. Spot?ebuje asi polovinu dopadaj?c? slune?n? energie. Odpa?ov?n? vody z povrchu mo?? a oce?n? prob?h? rychleji ne? jej? n?vrat se sr??kami. Tento rozd?l je kompenzov?n povrchov?m a hlubok?m odtokem vzhledem k tomu, ?e na kontinentech p?eva?uj? sr??ky nad v?parem.
N?r?st intenzity odpa?ov?n? vody na sou?i je z velk? ??sti zp?soben ?ivotn? d?le?itou ?innost? rostlin. Rostliny z?sk?vaj? vodu z p?dy a aktivn? ji transpiruj? do atmosf?ry. ??st vody v rostlinn?ch bu?k?ch se odbour?v? p?i fotosynt?ze. V tomto p??pad? je vod?k fixov?n ve form? organick?ch slou?enin a kysl?k se uvol?uje do atmosf?ry.
Zv??ata vyu??vaj? vodu k udr?en? osmotick? a soln? rovnov?hy v t?le a uvol?uj? ji do vn?j??ho prost?ed? spolu s metabolick?mi produkty.
Uhl?kov? cyklus
Uhl?k je chemick? prvek p??tomn? v atmosf??e jako oxid uhli?it?. To ur?uje povinnou ??ast ?iv?ch organism? na ob?hu tohoto prvku na planet? Zemi. Hlavn?m zp?sobem, kter?m uhl?k z anorganick?ch slou?enin p?ech?z? do slo?en? organick?ch l?tek, kde je oblig?tn?m chemick?m prvkem, je proces fotosynt?zy. ??st uhl?ku se uvol?uje do atmosf?ry jako oxid uhli?it? p?i d?ch?n? ?iv?ch organism? a p?i rozkladu odum?el? organick? hmoty bakteriemi. Uhl?k p?ij?man? rostlinami je spot?ebov?v?n zv??aty. Krom? toho kor?lov? polypy a m?kk??i pou??vaj? slou?eniny uhl?ku ke stavb? kostern?ch ?tvar? a schr?nek. Po jejich odum?en? a usazen? se na dn? tvo?? v?pencov? usazeniny. Uhl?k tak m??e b?t z cyklu vylou?en. Odstran?n? uhl?ku z kolob?hu na dlouhou dobu je dosa?eno tvorbou miner?l?: uhl?, ropa, ra?elina.
Po celou dobu existence na?? planety byl uhl?k odstran?n? z cyklu kompenzov?n oxidem uhli?it?m vstupuj?c?m do atmosf?ry b?hem sope?n?ch erupc? a dal??ch p??rodn?ch proces?. V sou?asnosti se k p?irozen?m proces?m dopl?ov?n? uhl?ku v atmosf??e p?idal v?znamn? antropogenn? vliv. Nap??klad p?i spalov?n? uhlovod?kov?ch paliv. To naru?uje stalet? star? regulovan? uhl?kov? cyklus na Zemi.
N?r?st koncentrace oxidu uhli?it?ho b?hem stolet? pouze o 0,01 % vedlo ke znateln?mu projevu sklen?kov?ho efektu. Pr?m?rn? ro?n? teplota na planet? stoupla o 0,5 °C, hladina sv?tov?ho oce?nu stoupla t?m?? o 15 cm.Pokud se pr?m?rn? ro?n? teplota zv??? o dal?? 3–4 °C, podle v?dc? se v??n? led za??t t?t. Sou?asn? stoupne hladina sv?tov?ho oce?nu o 50-60 cm, co? povede k zaplaven? zna?n? ??sti zem?. To je pova?ov?no za glob?ln? ekologickou katastrofu, proto?e na t?chto ?zem?ch ?ije asi 40 % sv?tov? populace.
Cyklus kysl?ku
Ve fungov?n? biosf?ry hraje kysl?k mimo??dn? d?le?itou roli v metabolick?ch procesech a d?ch?n? ?iv?ch organism?. Pokles mno?stv? kysl?ku v atmosf??e v d?sledku proces? d?ch?n?, spalov?n? paliva a rozpadu je kompenzov?n kysl?kem uvol?ovan?m rostlinami b?hem fotosynt?zy.
P?i ochlazov?n? se v prim?rn? atmosf??e Zem? tvo?il kysl?k. D?ky sv? vysok? reaktivit? p?ech?zel z plynn?ho skupenstv? do slo?en? r?zn?ch anorganick?ch slou?enin (uhli?itany, s?rany, oxidy ?eleza atd.). Dne?n? atmosf?ra planety obsahuj?c? kysl?k vznikla v?hradn? d?ky fotosynt?ze prov?d?n? ?iv?mi organismy. Obsah kysl?ku v atmosf??e dlouhodob? stoup? na sou?asn? hodnoty. Udr?et jeho mno?stv? na konstantn? ?rovni je v sou?asnosti mo?n? pouze d?ky fotosyntetizuj?c?m organism?m.
Bohu?el v posledn?ch desetilet?ch lidsk? ?innost, vedouc? k odles?ov?n?, p?dn? erozi, sni?uje intenzitu fotosynt?zy. A to zase naru?uje p?irozen? pr?b?h kolob?hu kysl?ku na velk?ch ?zem?ch Zem?.
Mal? ??st atmosf?rick?ho kysl?ku se pod?l? na tvorb? a destrukci oz?nov? clony p?soben?m ultrafialov?ho z??en? ze slunce.
Z?kladem biogenn?ho kolob?hu l?tek je slune?n? energie. Hlavn? podm?nkou udr?iteln? existence biosf?ry je neust?l? ob?h l?tek a tok energie v biogeocen?z?ch. V cyklech dus?ku, uhl?ku a kysl?ku maj? hlavn? roli ?iv? organismy. Z?klad glob?ln?ho kolob?hu vody v biosf??e poskytuj? fyzik?ln? procesy.
^ BIOLOGICK? CYKLUS L?TEK V P??ROD?
Obecn? koncepce biologick?ho cyklu l?tek
Biologick? ob?h l?tek jako forma rozvoje planety Zem?
Prvky biogeochemick?ho cyklu l?tek v p??rod?
Parametry biogeochemick?ho cyklu na sou?i
Biologick? cyklus a tvorba p?dy
^ OBECN? KONCEPCE
Biologick? cyklus l?tek je soubor proces? vstupu chemick?ch prvk? z p?dy a atmosf?ry do ?iv?ch organism?, biochemick? synt?zy nov?ch komplexn?ch slou?enin a n?vratu prvk? do p?dy a atmosf?ry s ka?doro?n?m poklesem ??sti organick? hmota. Biologick? cyklus l?tek nen? pln? kompenzovan? uzav?en? cyklus, proto se v jeho pr?b?hu p?da obohacuje o humus a dus?k, miner?ln? prvky v??ivy (tzv. biogenn? prvky), co? vytv??? p??zniv? z?klad pro existenci rostlin. organismy.
Biologick?, biochemick? a geochemick? v?znam proces? prov?d?n?ch v biologick?m cyklu l?tek poprv? uk?zal V. V. Doku?ajev, kter? vytvo?il nauku o p??rodn?ch z?n?ch. D?le to bylo odhaleno v d?lech V. I. Vernadsk?ho, B. B. Polynova, D. N. Prjani?nikova, V. N. Suka?eva, N. P. Remezova, L. E. Rodina, N. I. Bazilevi?e, V. A. Kovdy a dal??ch badatel?.
Mezin?rodn? unie biologick?ch v?d provedla ?irok? program v?zkumu biologick? produktivity zemsk?ch a vodn?ch biogeocen?z. Jako vod?tko pro tyto studie byl zalo?en Mezin?rodn? biologick? program. Za ??elem sjednocen? term?n? a pojm? pou??van?ch v modern? literatu?e vykonal International Bioprogram ur?it? mno?stv? pr?ce. Ne? se pust?me do studia p??rodn?ch biologick?ch cykl? l?tek, je nutn? podat vysv?tlen? k nej?ast?ji pou??van?m pojm?m.
biomasa - hmotnost ?iv? hmoty nashrom??d?n? do dan?ho ?asov?ho bodu.
^ rostlinn? biomasa (synonymum - fytomasa) - hmota ?iv?ch a mrtv?ch, ale dodnes si zachov?vaj?c?ch svou anatomickou strukturu, organismy rostlinn?ch spole?enstev v jak?koli oblasti.
^ Struktura biomasy - pom?r podzemn?ch a nadzemn?ch ??st? rostlin, d?le jednolet?ch a v?celet?ch, fotosyntetick?ch a nefotosyntetick?ch ??st? rostlin.
Hadry - odum?el? ??sti rostlin, kter? si zachovaly mechanick? spojen? s rostlinou.
^ Podzim - mno?stv? organick? hmoty rostlin odum?el?ch v nadzemn?ch a podzemn?ch ??stech na jednotku plochy za jednotku ?asu.
Smet? - hmota vytrval?ch n?nos? rostlinn?ch zbytk? r?zn?ho stupn? mineralizace.
R?st - hmotnost organismu nebo spole?enstv? organism? akumulovan? na jednotku plochy za jednotku ?asu.
^ Skute?n? r?st - pom?r rychlosti r?stu k rychlosti vrhu za jednotku ?asu na jednotku plochy.
Prvov?roba - mno?stv? ?iv? hmoty vytvo?en? autotrofy (zelen?mi rostlinami) na jednotku plochy za jednotku ?asu.
^ druhotn? v?roba - hmotnost organick? hmoty vytvo?en? heterotrofy na jednotku plochy za jednotku ?asu.
Kapacita biologick?ho cyklu - po?et chemick?ch prvk?, kter? jsou sou??st? hmoty zral? biocen?zy (fytocen?zy).
Intenzita biologick?ho cyklu - po?et chemick?ch prvk? obsa?en?ch v porostu fytocen?zy na jednotku plochy za jednotku ?asu.
Rychlost biologick?ho ob?hu je ?asov? ?sek, b?hem kter?ho prvek p?ejde od pohlcen? ?ivou hmotou k opu?t?n? slo?en? ?iv? hmoty. Stanoveno pomoc? zna?en?ch atom?.
Podle L. E. Rodina, N. I. Bazilevicha (1965) je ?pln? cyklus biologick?ho cyklu prvk? slo?en z n?sleduj?c?ch slo?ek.
Absorpce asimila?n?m povrchem rostlin z atmosf?ry uhl?ku a ko?enov?mi syst?my z p?dy - dus?k, popelov? prvky a voda, jejich fixace v t?lech rostlinn?ch organism?, vstup do p?dy s odum?el?mi rostlinami nebo jejich ??stmi, rozklad stelivo a uvol?ov?n? prvk? v nich obsa?en?ch.
Odcizen? ??st? rostlin ?ivo?ichy, kte?? se jimi ?iv?, jejich p?em?na v t?lech ?ivo?ich? na nov? organick? slou?eniny a fixace n?kter?ch z nich v ?ivo?i?n?ch organismech, jejich n?sledn? vstup do p?dy s exkrementy zv??at nebo s jejich mrtvolami, rozklad obou a uvoln?n? prvk? v nich obsa?en?ch.
V?m?na plyn? mezi asimiluj?c?m rostlinn?m povrchem a atmosf?rou, mezi ko?enov?m syst?mem a p?dn?m vzduchem.
Intravit?ln? exkrece nadzemn?mi org?ny rostlin a zejm?na ko?enov?mi syst?my n?kter?ch prvk? p??mo do p?dy.
^ BIOLOGICK? CYKLUS L?TEK JAKO FORMA V?VOJE PLANETY ZEM?
Struktura biosf?ry se ve sv? nejobecn?j?? podob? skl?d? ze dvou hlavn?ch ??st? p??rodn? komplex prvn? ?ady - kontinent?ln? a oce?nsk?. Rostliny, zv??ata a p?dn? pokryv tvo?? na sou?i komplexn? glob?ln? ekologick? syst?m. Vazbou a redistribuc? slune?n? energie, atmosf?rick?ho uhl?ku, vlhkosti, kysl?ku, vod?ku, dus?ku, fosforu, s?ry, v?pn?ku a dal??ch biofiln?ch prvk? tvo?? tento syst?m biomasu a generuje voln? kysl?k.
Vodn? rostliny a oce?n tvo?? dal?? glob?ln? ekologick? syst?m, kter? pln? stejn? funkce v?z?n? slune?n? energie, uhl?ku, dus?ku, fosforu a dal??ch biofil? na planet? prost?ednictv?m tvorby fytobiomasy a uvol?ov?n? kysl?ku do atmosf?ry.
V biosf??e existuj? t?i formy akumulace a redistribuce kosmick? energie. ^ Esence prvn?ho jedn?m z nich je, ?e rostlinn? organismy a prost?ednictv?m potravn?ch ?et?zc? a p??buzn?ch ?ivo?ich? a bakteri? zahrnuj? do sv?ch tk?n? mnoho slou?enin. Tyto slou?eniny obsahuj? H 2, O 2, N, P, S, Ca, K, Mg, Si, Al, Mn a dal?? biofily, mnoho stopov?ch prvk? (I, Co, Cu, Zn atd.). V tomto p??pad? jsou lehk? izotopy (C, H, O, N, S) vybr?ny z t????ch. In vivo a posmrtn? organismy na zemi, ve vod? a ve vzduchu, kter? jsou ve stavu nep?etr?it? v?m?ny s prost?ed?m, vn?maj? a uvol?uj? ?irokou a rozmanitou ?k?lu miner?ln?ch a organick?ch slou?enin. Celkov? hmotnost a objem produkt? in vivo metabolismu organism? a prost?ed? (metabolit?) n?kolikan?sobn? p?evy?uje biomasu ?iv? hmoty.
^ Druh? forma Akumulace, zadr?ov?n? a redistribuce kosmick? energie Slunce na planet? v jej? biosf??e se projevuje oh?evem vodn?ch mas, tvorbou a kondenzac? par, sr??kami a pohybem povrchov?ch a podzemn?ch vod po svahu z oblast? v??ivy do oblast? odpa?ov?n?. Nerovnom?rn? oh?ev vzduchu a vody zp?sobuje planet?rn? pohyby vody a vzdu?n?ch hmot, vznik hustotn?ch a tlakov?ch gradient?, mo?sk? proudy a grandi?zn? procesy atmosf?rick? cirkulace.
Eroze, chemick? denudace, transport, redistribuce, sedimentace a akumulace mechanick?ch a chemick?ch sediment? na sou?i a v oce?nu jsou t?et? formou p?enosu a p?em?ny t?to energie.
V?echny tyto t?i planet?rn? procesy jsou ?zce propojeny; tvo??c? obecn? zemsk? cyklus a syst?m lok?ln?ch cykl? hmoty. B?hem miliard let biologick? historie planety se tak vyvinul velk? biogeochemick? cyklus a diferenciace chemick?ch prvk? v p??rod?. Vytvo?ily modern? biosf?ru a jsou z?kladem jej?ho norm?ln?ho fungov?n?.
^ PRVKY BIOGEOCHEMICK?HO CYKLU L?TEK V P??ROD?
Prvky biogeochemick?ho cyklu l?tek jsou n?sleduj?c? slo?ky.
Pravideln? se opakuj?c? nebo nep?etr?it? prob?haj?c? procesy p??livu energie, tvorby a synt?zy nov?ch slou?enin.
Trval? nebo periodick? procesy p?enosu nebo redistribuce energie a procesy odstra?ov?n? a ??zen?ho pohybu syntetizovan?ch slou?enin pod vlivem fyzik?ln?ch, chemick?ch a biologick?ch ?initel?.
??zen? rytmick? nebo periodick? procesy sekven?n? transformace: rozklad, destrukce d??ve syntetizovan?ch slou?enin pod vlivem biogenn?ch nebo abiogenn?ch vliv? prost?ed?.
V p??rod? prob?haj? jak biologick? cykly l?tek, tak abiogenn? cykly.
^ Biologick? cykly - podm?n?n? ve v?ech ?rovn?ch?ivotn? ?innost organism? (v??iva, potravn? vztahy, rozmno?ov?n?, r?st, pohyb metabolit?, smrt, rozklad, mineralizace).
^ Abiogenn? cykly - vznikly na planet? mnohem d??ve ne? biogenn?. Zahrnuj? cel? komplex geologick?ch, geochemick?ch, hydrologick?ch a atmosf?rick?ch proces?.
V prebiogenn?m obdob? planety v geologick?ch, hydrologick?ch, geochemick?ch a atmosf?rick?ch cyklech hr?la rozhoduj?c? roli migrace a akumulace vody a vzduchu. V podm?nk?ch rozvinut? biosf?ry je ob?h l?tek ??zen spole?n?m p?soben?m biologick?ch, geologick?ch a geochemick?ch faktor?. Pom?r mezi nimi m??e b?t r?zn?, ale akce mus? b?t spole?n?! V tomto smyslu se pou??vaj? pojmy - biogeochemick? ob?h l?tek, biogeochemick? cykly.
Neru?en? biogeochemick? cykly jsou t?m?? kruhov?, t?m?? uzav?en?. M?ra opakovan? reprodukce cykl? v p??rod? je velmi vysok? a podle V. A. Kovdy dosahuje pravd?podobn? 90-98 %. T?m je zachov?na ur?it? st?lost a vyv??enost slo?en?, mno?stv? a koncentrace slo?ek zapojen?ch do cyklu, stejn? jako genetick? a fyziologick? zdatnost a harmonie organism? a prost?ed?. Ne?pln? uzav?en? biogeochemick?ch cykl? v geologick?m ?ase v?ak vede k migraci a diferenciaci prvk? a jejich slou?enin v prostoru a v r?zn?ch prost?ed?ch, ke koncentraci ?i rozptylu prvk?. Proto pozorujeme biogenn? akumulaci dus?ku a kysl?ku v atmosf??e, biogenn? a chemogenn? akumulaci uhl?kat?ch slou?enin v zemsk? k??e (ropa, uhl?, v?pence).
^ PARAMETRY BIOGEOCHEMICK?HO CYKLU NA SOUT?
Povinn?mi parametry pro studium biogeochemick?ch cykl? v p??rod? jsou n?sleduj?c? ukazatele.
Biomasa a jej? aktu?ln? r?st (fyto-, zoo-, mikrobi?ln? hmota zvl???).
Organick? odpad (mno?stv?, slo?en?).
P?dn? organick? hmota (humus, nerozlo?en? organick? zbytky).
Element?rn? materi?lov? slo?en? p?d, vody, ovzdu??, sr??ky, pod?ly biomasy.
Pozemn? a podzemn? z?soby biogenn? energie.
?iv? metabolity.
Po?et druh?, po?etnost, slo?en?.
?ivotnost druh?, dynamika a rytmus ?ivota populac? a p?d.
Ekologick? a meteorologick? podm?nky prost?ed?: pozad? a hodnocen? lidsk?ch z?sah?.
Pokryt? pozorovac?mi body povod?, svahy, terasy, ?dol? ?ek, jezera.
Mno?stv? ?kodlivin, jejich chemick?, fyzik?ln?, biologick? vlastnosti (zejm?na CO, CO 2, SO 2, P, NO 3, NH 3 Hg, Pb, Cd, H 2 S, uhlovod?ky).
1. Obsah popelovit?ch l?tek, uhl?ku a dus?ku v biomase (nadzemn?, podzemn?, fyto-, zoo-, mikrobi?ln?). Obsah t?chto prvk? lze vyj?d?it v % nebo v g/m2, t/ha povrchu. Hlavn?mi hmotnostn?mi slo?kami ?iv? hmoty jsou O (65-70 %) a H (10 %). V?echen zbytek tvo?? 30-35 %: C, N, Ca (1-10 %); S, P, K, Si (0,1-1 %); Fe, Na, Cl, Al, Mg (0,01-0,1 %).
Chemick? slo?en? fytomasy se velmi li??. Odli?n? je zejm?na slo?en? fytomasy jehli?nat?ch a listnat?ch les?, bylinn? vegetace a halofyt? (tab. 13).
Tabulka 13 - Miner?ln? slo?en? r?zn?ch skupin suchozemsk?ch rostlin
| vegeta?n? typ | Obsah popela, % | Ro?n? obrat nerostu Komponenty, kg/ha | Dominantn? komponenty |
| jehli?nat? lesy | 3-7 | 100-300 | Si, Ca, P, Mg, K |
| Listnat? lesy | 5-10 | 460-850 | Ca, K, P, Al, Si |
| De?tn? pralesy | 3-4 | 1000-2000 | Ca, K, Mg, Al |
| Louky, stepi | 5-7 | 800-1200 | Si, Ca, K, S, P |
| spole?enstva halofyt? | 20-45 | 500-1000 | Cl, SO4, Na, Mg, K |
Individu?ln? v?znam konkr?tn?ho chemick?ho prvku se odhaduje pomoc? biologick?ho absorp?n?ho koeficientu (BFA). Vypo??t? se podle vzorce:
V. A. Kovda v roce 1966 navrhl pou??t pom?r zaznamenan? fytobiomasy k ro?n?mu fotosyntetick?mu p??r?stku fytomasy k charakterizaci pr?m?rn? doby trv?n? celkov?ho uhl?kov?ho cyklu. Tento koeficient charakterizuje pr?m?rn? trv?n? celkov?ho cyklu synt?zy - mineralizace biomasy v dan?m ?zem? (nebo na pozemku jako celku). V?po?ty uk?zaly, ?e pro zemi jako celek se tento cyklus vejde do obdob? 300-400 a ne v?ce ne? 1000 let. P?i t?to pr?m?rn? rychlosti tedy doch?z? k uvol?ov?n? miner?ln?ch slou?enin v?zan?ch v biomase, k tvorb? a mineralizaci humusu v p?d?.
Pro obecn? posouzen? biogeochemick?ho v?znamu miner?ln?ch slo?ek ?iv? hmoty biosf?ry navrhl V. A. Kovda porovnat z?soby miner?ln?ch l?tek biomasy, mno?stv? miner?ln?ch l?tek ro?n? zapojen?ch do ob?hu s porostem a opadem, ro?n? chemick? pr?tok ?ek. Uk?zalo se, ?e tyto hodnoty jsou bl?zko: 10 8-9 l?tek popela se pod?l? na r?stu a p?du a 10 9 - na ro?n?m chemick?m toku ?ek.
index BGHK \u003d S b / S X,
Kde S b - sou?et prvk? (nebo mno?stv? jednoho prvku) v ro?n?m p??r?stku biomasy; S x - sou?et stejn?ch prvk? (nebo jednoho prvku) nesen?ch vodami ?ek dan?ho povod? (nebo ??sti povod?).
Uk?zalo se, ?e indexy biogeochemick?ho cyklu se velmi li?? za r?zn?ch klimatick?ch podm?nek, pod pokr?vkou r?zn?ch rostlinn?ch spole?enstev, za r?zn?ch podm?nek p?irozen?ho odvodn?n?.
4. N. I. Bazilevich, L. E. Rodin (1964) navrhli vypo??tat koeficient charakterizuj?c? intenzitu rozkladu steliva a dobu uchov?n? opadu v podm?nk?ch dan? biogeocen?zy:
Podle N. I. Bazilevicha a L. E. Rodina jsou indexy intenzity rozkladu fytomasy nejvy??? v tund?e a ba?in?ch severu a nejni??? (p?ibli?n? rovn? 1) - ve step?ch a polopou?t?ch.
5. B. B. Polynov (1936) navrhl vypo??tat index migrace vody:
IVM \u003d X H2O / X zk,
kde IWM je index migrace vody; X H2O - mno?stv? prvku v miner?ln?m zbytku odpa?en? ???n? nebo podzemn? vody; X zk - obsah stejn?ho prvku v zemsk? k??e nebo hornin?.
V?po?et index? vodn? migrace uk?zal, ?e nejmobiln?j??mi migranty v biosf??e jsou Cl, S, B, Br, I, Ca, Na, Mg, F, Sr, Zn, U, Mo. Nejpasivn?j?? jsou v tomto ohledu Si, K, P, Ba, Mn, Rb, Cu, Ni, Co, As, Li, Al, Fe.
^ BIOLOGICK? CYKLUS A TVORBA P?DY
?daje geologie a paleobotaniky umo?nily V. A. Kovdovi p?edstavit v obecn? rovin? nejd?le?it?j?? etapy ve v?voji p?dotvorn?ho procesu v souvislosti s histori? v?voje rostlin a vegeta?n?ho krytu (1973). Po??tek p?dotvorn?ho procesu na Zemi je spojen s v?skytem autotrofn?ch bakteri? schopn?ch samostatn? existence za t?ch nejnep??zniv?j??ch hydroterm?ln?ch podm?nek. Tento po??te?n? proces dopadu ni???ch organism? na horniny zemsk? k?ry nazval V. R. Williams prim?rn? p?dotvorn? proces. Autotrofn? bakterie, kter? objevil S. N. Vinogradov na konci 19. stolet?, jsou nejjednodu??? jednobun??n? organismy, ??taj?c? asi sto druh?. Maj? schopnost se velmi rychle rozmno?ovat: 1 jedinec b?hem dne m??e d?t biliony organism?. Mezi modern? autotrofy pat?? sirn? bakterie, ?elezit? bakterie atd., kter? hraj? mimo??dn? d?le?itou roli ve vnitrozemn?ch procesech. Zd? se, ?e v?skyt autotrofn?ch bakteri? sah? a? do prekambria.
Prvn? synt?za organick? hmoty a biologick? cykly C, S, N, Fe, Mn, O 2, H 2 v zemsk? k??e byly tedy spojeny s ?innost? autotrofn?ch bakteri?, kter? vyu??vaj? kysl?k miner?ln?ch slou?enin. P?i vzniku p?dotvorn?ho procesu je mo?n?, ?e spolu s autotrofn?mi bakteriemi sehr?ly ur?itou roli i nebun??n? formy ?ivota, jako jsou viry a bakteriof?gy. Samoz?ejm? se nejednalo o p?dotvorn? proces v jeho modern? podob?, proto?e zde nebyly ??dn? ko?enov? rostliny, nebyly ??dn? akumulace humusov?ch slou?enin a ??dn? biogenn? mechanismus. A z?ejm? je spr?vn?j?? mluvit o prim?rn?m biogeochemick?m zv?tr?v?n? hornin pod vlivem ni???ch organism?.
V prekambriu se objevily jednobun??n? modrozelen? ?asy. Ze siluru a devonu se roz???ily mnohobun??n? ?asy – zelen?, hn?d?, karm?nov?. P?dotvorn? proces se zkomplikoval, zrychlil, za?ala ve znateln?m mno?stv? synt?za organick? hmoty a do?lo k roz???en? mal?ho biologick?ho cyklu O, H, N, S a dal??ch ?ivin. Z?ejm? podle V.A. Kovd, p?dotvorn? proces v t?chto f?z?ch byl doprov?zen akumulac? biogenn? jemn? zeminy. Etapa po??te?n? tvorby p?dy byla velmi dlouh? a byla doprov?zena pomalou, ale nep?etr?itou akumulac? biogenn? jemnozem? obohacen? o organickou hmotu a prvky zapojen? do biologick?ho cyklu: H, O, C, N, P, S, Ca, K, Fe, Si, Al. V t?to f?zi ji? mohla prob?hat biogenn? synt?za sekund?rn?ch miner?l?: hlinitok?emi?itan? a ferrisilik?t?, fosfore?nan?, s?ran?, uhli?itan?, dusi?nan?, k?emene a tvorba p?dy byla omezena na m?lk? vodn? plochy. Na sou?i m?l skalnat? a ba?inat? charakter.
V kambriu se objevily i psilofyty - podm?re?n? rostliny ke?ov?ho typu, kter? nem?ly ani ko?eny. Ur?it? roz???en? zaznamenaly v siluru a v?znamn? rozvoj v devonu. Z?rove? se objevuj? p?esli?ky a kapradiny - obyvatel? vlhk?ch n??in. Silurem a devonem tak za?ala pom?rn? rozvinut? forma p?dotvorn?ho procesu, tzn. asi p?ed 300-400 miliony let. Nebyl v?ak pozorov?n ??dn? pra?n? proces, proto?e zde nebyla ??dn? travnat? vegetace. Obsah popela u kapradin a kyjov?ch mech? nen? vysok? (4-6 %), u p?esli?ek je mnohem vy??? (20 %). Ve slo?en? popela dominoval K (30 %), Si (28 %) a C1 (10 %). Na zapojen? P a K do biologick?ho cyklu se pod?lela houbov? mikrofl?ra a li?ejn?ky - Ca, Fe, Si. Pravd?podobn? je vznik kysel?ch p?d (kaolinit allit, bauxit) a hydromorfn?ch p?d obohacen?ch slou?eninami ?eleza.
Rozvinut? p?dotvorn? proces se zjevn? zformoval a? na konci paleozoika (karbon, perm). Pr?v? t?to dob? v?dci p?ipisuj? vzhled souvisl?ho vegeta?n?ho krytu na sou?i. Krom? kapradin se objevily kyjovit? mechy, p?esli?ky, nahosemenn?. P?eva?ovala krajina les? a ba?in, formovalo se klimatick? z?nov?n? na pozad? dominance tepl?ho tropick?ho a subtropick?ho p?sma. N?sledn? v tomto obdob? p?evl?daly ba?inat? a lesn? tropick? p?dotvorn? procesy.
Tento re?im pokra?oval zhruba do poloviny obdob? permu, kdy se klima postupn? ochlazovalo a vysychalo. K dal??mu rozvoji z?nov?n? p?isp?lo sucho a ochlazen?. Pr?v? v tomto obdob? (druh? polovina permu, trias) byly ?iroce vyvinuty nahosemenn? jehli?nany. Ve vysok?ch zem?pisn?ch ???k?ch se v t? dob? vytv??ely kysel? podzolick? p?dy; N?zk? obsah popela (asi 4 %), zanedbateln? obsah Cl, Na, vysok? obsah Si (16 %), Ca (2 %), S (6 %), K (6,5 %) v popelu jehli?? vedly k roz???en? ??asti na biologick?m cyklu a na tvorb? p?dy role Ca, S, P a sn??en? role Si, K, Na, C1.
V ju?e se objevuj? rozsivky a v po n? n?sleduj?c? k??d? krytosemenn? rostliny. Od poloviny k??dy se roz???ila tvrd? d?eva - javor, dub, b??za, vrba, eukalyptus, o?ech, buk, habr. Pod jejich baldach?nem za??n? sl?bnout proces tvorby podzol?, proto?e podest?lka t?chto rostlin obsahuje velk? pod?l Ca, Mg a K.
Ve t?etihor?ch p?evl?dala na zem?kouli tropick? fl?ra: palmy, magn?lie, sekvoje, buk, ka?tan. Miner?ln? slo?en? l?tek zapojen?ch do ob?hu t?mito lesy se vyzna?ovalo v?znamn?m p??sp?vkem Ca, Mg, K, P, S, Si a Al. Byly tak vytvo?eny ekologick? p?edpoklady pro vznik a rozvoj bylinn? vegetace: sn??en? kyselosti p?d a hornin a akumulace ?ivin.
Velk? z?sadn? v?znam pro zm?nu charakteru p?dotvorn?ch proces? m?la zm?na dominance d?evinn? vegetace na bylinnou. Mohutn? ko?enov? syst?m strom? zapojuje do biologick?ho cyklu zna?n? mno?stv? miner?ln?ch l?tek, kter? je mobilizuje pro n?sledn? os?dlen? bylinn? vegetace. Kr?tk? ?ivot bylinn? vegetace a koncentrace ko?enov?ch hmot v nejsvrchn?j??ch vrstv?ch p?dy zaji??uj? pod pokryvem trav prostorovou koncentraci biologick?ho cyklu miner?ln?ch l?tek v m?n? mohutn? vrstv? horizont? s akumulac? v??ivy popela. prvky v nich. Po??naje druhou polovinou k??dy, ve t?etihor?ch a zejm?na ve ?tvrtohor?ch se tak pod vlivem dominance bylinn? vegetace roz???il dusn? proces tvorby p?dy.
Role ?iv? hmoty a biologick?ho cyklu v geologick? historii Zem? a ve v?voji p?dotvorn?ho procesu tedy neust?le rostla. Ale tvorba p?dy se postupn? stala jedn?m z hlavn?ch ?l?nk? biologick?ho kolob?hu l?tek.
P?da zaji??uje neust?lou interakci velk?ch geologick?ch a mal?ch biologick?ch cykl? l?tek na zemsk?m povrchu. P?da je spojnic? a regul?torem interakce t?chto dvou glob?ln?ch cykl? hmoty.
P?da - akumuluje v sob? organickou hmotu a chemickou energii s n? spojenou, chemick? prvky, ??m? reguluje rychlost biologick?ho cyklu l?tek.
P?da, kter? m? schopnost dynamicky reprodukovat svou ?rodnost, reguluje biosf?rick? procesy. Zejm?na hustota ?ivota na Zemi spolu s klimatick?mi faktory je do zna?n? m?ry ur?ena geografickou heterogenitou p?dy.
Strana 1
Biologick? cyklus je spojen s metabolismem (metabolismem) a tvorbou, ale i rozkladem vody v ?iv? hmot?, v procesu jej?ho ?ivota.
Jak?koli biologick? cyklus je charakterizov?n opakovan?m za?azov?n?m atom? chemick?ch prvk? do t?l ?iv?ch organism? a jejich uvol?ov?n?m do prost?ed?, odkud jsou op?t zachycov?ny rostlinami a zapojeny do kolob?hu. Mal? biologick? cyklus je charakterizov?n kapacitou – po?tem chemick?ch prvk?, kter? jsou sou?asn? ve slo?en? ?iv? hmoty v dan?m ekosyst?mu, a rychlost? – mno?stv?m ?iv? hmoty vytvo?en? a rozlo?en? za jednotku ?asu.
Biologick? cirkulace pevniny a hydrosf?ry sjednocuje cykly jednotliv?ch krajin prost?ednictv?m odtoku vody a atmosf?rick?ch pohyb?. Zvl??t? d?le?it? je role cirkulace vody a atmosf?ry p?i sjednocov?n? v?ech kontinent? a oce?n? do jedin?ho cyklu biosf?ry.
Biologick? kolob?h l?tek m? tv?r?? funkci, tvorbu organick? hmoty a obohacov?n? p?dy ?ivinami. Z?vis? na tom ?ivot v jak?chkoli rostlinn?ch spole?enstvech: zahrady, louky, pole, lesy. V posledn?ch letech vyvstala pot?eba vytvo?it vysoce intenzivn? typy cirkulace v uzav?en?ch syst?mech, kter? by mohly poskytovat podporu ?ivota p?i vzd?len?m meziplanet?rn?m cestov?n?.
Intenzitu biologick?ho cyklu ur?uje p?edev??m okoln? teplota a mno?stv? vody. Tak?e nap??klad biologick? cyklus prob?h? intenzivn?ji ve vlhk?ch tropick?ch les?ch ne? v tund?e.
Rychlost biologick?ch cykl? na sou?i je roky a desetilet?, ve vodn?ch ekosyst?mech - n?kolik dn? nebo t?dn?.
Biologick? cyklus v lese je charakterizov?n dlouhodob?m vylou?en?m prvk? dus?ku a popela z n?j, obsa?en?ch v celoro?n? biomase strom? a ke??, p?em?nou opadu na povrchu p?dy s tvorbou lesn?ho opadu a r?zn?ch vod- rozpustn? organick? a miner?ln? produkty jeho rozkladu.
Rychlost biologick?ch cykl? a celkov? mno?stv? hmoty zapojen? do t?chto cykl? jsou ur?eny rozsahem a podm?nkami prost?ed? v ekosyst?mech. Ekosyst?my jsou charakterizov?ny r?zn?mi podm?nkami prost?ed?, co? jsou faktory prost?ed?, kter? p??mo nebo nep??mo ovliv?uj? ?iv? organismy. Tyto faktory mohou b?t abiotick? a biotick?.
??st biologick?ho cyklu, skl?daj?c? se z cykl? uhl?ku, vody, dus?ku, fosforu, s?ry a dal??ch biogenn?ch l?tek, se naz?v? biogeochemick? cyklus.
Dus?k m? zvl??tn? m?sto v biologick?m kolob?hu l?tek. P?i rozkladu organick? hmoty se dus?k uvol?uje do atmosf?ry bu? ve form? plynn?ch slou?enin, nebo ve voln?m stavu. Vr?cen? dus?ku do p?dy, odkud jej ?erpaj? rostliny, se prov?d? slo?it?m zp?sobem, jako v?sledek procesu, do kter?ho se zapojuj? speci?ln? bakterie a n?kter? dal?? organismy, kter? v??ou atmosf?rick? plynn? dus?k na slou?eniny dostupn? ke spot?eb?. rostlinami.
Koncept biologick?ho cyklu V. A. Kovdy zahrnuje souhrn cyklick?ch proces? metabolismu a energie mezi prost?ed?m a totalitou rostlinn?ch a ?ivo?i?n?ch organism?. Sledujeme-li ?et?zec po sob? jdouc?ch p?em?n a migrace jednotliv?ch prvk? zapojen?ch do v?m?ny mezi biotopem, zejm?na p?dou, a biotou, pak m??eme nap??klad pomoc? izotopov? zna?ky zjistit, ?e cel? transforma?no-migra?n? cyklus prvek ve v?ech p?d?ch a ve v?ech f?z?ch sv?ho fungov?n? zahrnuje biologick? i abiotick? procesy p?em?ny a pohybu hmoty. Nap??klad v obdob? mezi n?vratem prvku na povrch p?dy lesn?m opadem a jeho n?slednou absorpc? ko?eny rostlin m??e migrovat pod?l p?dn?ho profilu. Intenzitu a sm?r tohoto procesu p?itom bude ur?ovat nejen biota, ale i klimatick? faktory, vodn?-fyzik?ln?, sorp?n? a dal?? vlastnosti p?d.
T?m, ?e jsou zahrnuty do biologick?ho cyklu, vstupuj? do lidsk?ho t?la prost?ednictv?m rostlinn? a ?ivo?i?n? potravy a hromad? se v n?m a zp?sobuj? radioaktivn? expozici.
Naopak biologick? cirkulace hmoty prob?h? v hranic?ch obydlen? biosf?ry a zt?les?uje jedine?n? vlastnosti ?iv? hmoty planety. B?t sou??st? velk?ho, mal?ho cyklu se prov?d? na ?rovni biogeocen?zy, spo??v? v tom, ?e se ?iviny p?dy, voda, uhl?k hromad? v rostlinn? l?tce, jsou vynalo?eny na stavbu t?la a ?ivotn?ch proces? obou. sebe a konzumn? organismy. Produkty rozkladu organick? hmoty p?dn? mikrofl?rou a mezofaunou (bakterie, houby, m?kk??i, ?ervi, hmyz, prvoci atd.) se op?t rozkl?daj? na miner?ln? slo?ky, op?t p??stupn? rostlin?m a tedy jimi op?t zapojeny do toku hmoty.
