Grande ciclo da água na biosfera. §47

16.12.2023

A formação da matéria viva e seu cronograma são duas faces de um único processo, denominado ciclo biológico dos elementos químicos. A vida é o ciclo de elementos entre o organismo e o meio ambiente. A razão do ciclo biológico são os recursos limitados dos elementos a partir dos quais os corpos dos organismos são construídos.

Os processos de circulação de substâncias na biosfera são geralmente divididos em ciclos grandes (geológicos) e pequenos (biológicos).

A força motriz por trás do grande ciclo (geológico) são os processos tectônicos e a energia solar. Sua capacidade é de 2 a 1.016 toneladas por ano e sua vida útil é de mais de 4 bilhões de anos. O pequeno ciclo (biológico) das substâncias está associado à atividade da matéria viva. Sua capacidade total ultrapassa 5 a 10 toneladas por ano. Ambos os ciclos ocorrem simultaneamente e estão interligados. Eles formam um único ciclo biogeoquímico - uma transformação cíclica constante de substâncias e mudanças nos fluxos de energia com transferência espacial de massa devido à ação combinada de transformações bióticas e abióticas da matéria. No quadro de um único ciclo biogeoquímico da biosfera, os ciclos de 6 elementos são de maior importância: hidrogénio, oxigénio, carbono, azoto, fósforo e enxofre (Fig. 1.1).

Ciclo do carbono. A massa de carbono na biosfera excede 12 bilhões de toneladas. O ciclo do carbono realmente ocorre entre seres vivos

Arroz. 1.1. Ciclos biogeoquímicos na biosfera (A - D)

substância e dióxido de carbono (CO2). Durante a fotossíntese, realizada pelas plantas, o dióxido de carbono (dióxido de carbono) e a água são convertidos em compostos orgânicos complexos utilizando a energia da luz solar. As plantas verdes absorvem 200 bilhões de toneladas de carbono todos os anos. A maior parte retorna à atmosfera por meio de processos respiratórios. Organismos vegetais e animais mortos são decompostos por fungos e microrganismos, acompanhados pela liberação de CO2, que também retorna à atmosfera. O estoque total de carbono na atmosfera é de 711 bilhões de toneladas. O chamado “sistema carbonático” do Oceano Mundial contém ainda mais - 390 trilhões. etc. O sistema carbonático dos oceanos é composto por uma variedade de organismos vivos - protozoários, algas, corais, moluscos, etc., que acumulam carbonato de cálcio em seus corpos. O ciclo completo de troca de carbono da biosfera ocorre dentro de 300 a 1.000 anos.

O ciclo da água

A água cobre a superfície da Terra. Em um minuto, sob a influência do calor solar, 1 bilhão de toneladas de água evapora da superfície dos reservatórios terrestres. Como resultado da condensação do vapor d'água, formam-se nuvens e ocorre precipitação. A precipitação penetra no solo, as águas subterrâneas retornam à superfície da terra através de nascentes. A reserva total de água na hidrosfera é de 138 -1016 toneladas. A massa de vapor d'água na atmosfera é de 130 a 10 m toneladas. A taxa de circulação da água é muito alta: a água do oceano é renovada em 2 milhões de anos, as águas subterrâneas - em por ano, água do rio - em 12 dias, vapor d'água na atmosfera - em 10 dias. Todos os anos, para criar a produção primária da biosfera nos processos de fotossíntese, é utilizado cerca de 1% da água, que cai na forma de precipitação. As pessoas já utilizam cerca de 2,5% do total anual de precipitação para necessidades domésticas e industriais.

Ciclo do oxigênio

Os produtores naturais de oxigênio molecular livre na Terra são as plantas verdes, que o formam durante a fotossíntese. A atmosfera contém 1,2 - 2,0 ou 1.015 toneladas de oxigênio. Todos os anos, esta reserva é reabastecida em 70 a 100 mil milhões de toneladas devido à fotossíntese das plantas verdes, enquanto 55 mil milhões de toneladas de oxigénio são produzidas pelas florestas. Para a grande maioria dos organismos vivos, o oxigênio é vital. Garante a implementação de reações oxidativas, durante as quais é liberada a energia necessária à vida dos organismos. Na natureza, há uma circulação constante desse gás como resultado de processos equilibrados de utilização do oxigênio atmosférico para a respiração, processos oxidativos e sua liberação de forma livre durante a fotossíntese. Segundo cálculos, o ciclo completo do oxigênio na biosfera leva 2.000 anos.

Ciclo do nitrogênio

A atmosfera é o maior reservatório de gás nitrogênio (3,9 a 1.019 toneladas, ou 78% em volume). Para a maioria dos organismos é um gás neutro. O nitrogênio é um fator vital apenas para um grande grupo de microrganismos. Ao assimilar o nitrogênio molecular, tais microrganismos, após morrerem, fornecem às raízes das plantas superiores formas acessíveis desse elemento, que faz parte da composição de aminoácidos, proteínas e pigmentos. O ciclo do nitrogênio é realizado por meio de dois processos mutuamente equilibrados de nitrificação (oxidação sequencial do nitrogênio livre em nitratos, que são absorvidos pelas raízes das plantas) e desnitrificação (redução de compostos contendo nitrogênio na forma livre). Ambos os processos são realizados por bactérias. A fixação biológica de nitrogênio é de aproximadamente 126 milhões de toneladas por ano. Devido à fixação abiogênica (por exemplo, durante descargas atmosféricas ou erupções vulcânicas), 26 milhões de toneladas adicionais de nitrogênio na forma de nitrato entram na biosfera.

Ciclo do fósforo

Esse elemento importante e necessário aos organismos vivos circula, passando gradativamente de compostos orgânicos a fosfatos, que podem novamente ser aproveitados pelas plantas. Ao contrário do nitrogênio, o reservatório de fósforo não é a atmosfera, mas as rochas e outros sedimentos formados em eras geológicas passadas. Estas rochas sofrem erosão gradualmente, libertando fosfatos nos ecossistemas, mas grandes quantidades de fosfato acabam no mar, onde são parcialmente depositadas em sedimentos de águas pouco profundas e parcialmente perdidas em sedimentos de águas profundas. Os mecanismos para devolver o fósforo ao ciclo provavelmente não são suficientemente eficientes e não repõem as perdas. As atividades humanas levam ao aumento da perda de fósforo através da erosão do solo. Por outro lado, o uso ativo de fósforo em fertilizantes leva à eutrofização (“fertilização”) da água, que é acompanhada pela rápida proliferação de algas (“floração de água”), que absorvem o oxigênio dissolvido na água e liberam produtos metabólicos tóxicos. Ao mesmo tempo, os ecossistemas naturais estabelecidos são destruídos.

Ciclo do enxofre

Abrange o ar, a água e o solo, onde ocorrem processos de oxidação e redução, por meio dos quais o enxofre é trocado entre o fundo de sulfato disponível para as plantas (SO4) e o fundo de sulfetos de ferro localizado nas profundezas do solo e nos sedimentos. Essas reações químicas são realizadas por microrganismos especializados – as sircobactérias.

Os ciclos do nitrogênio e do enxofre são cada vez mais afetados pela poluição atmosférica industrial. Os óxidos de nitrogênio (N2O e NO2) e enxofre (SO2), diferentemente dos nitratos e sulfatos, são tóxicos. A principal fonte de SO2 é a combustão do carvão e o NO2 são os gases de exaustão e outras emissões industriais. O dióxido de enxofre reage com o vapor d'água do ar, formando gotículas de ácido sulfúrico que caem no solo com a chuva ácida. A chuva ácida tornou-se um problema sério, causando a secagem das árvores e a acidificação dos lagos em grandes áreas da Europa e da América do Norte.

As emissões industriais de dióxido de carbono para a atmosfera e o aumento paralelo do consumo de oxigénio, que também é acompanhado pela construção de florestas, ameaçam destruir o equilíbrio O2 - CO2 na atmosfera, o que pode causar desastres climáticos globais.

A intervenção humana descuidada no curso natural dos ciclos biogeoquímicos, que se formaram ao longo de dezenas e centenas de milhões de anos de evolução da biosfera, pode ter consequências catastróficas.

Transformação de energia na biosfera

Os organismos vivos consomem energia constantemente. A principal fonte de energia da biosfera é o Sol. O mundo vivo da Terra consiste em três tipos principais de organismos: autotróficos (produtores), heterótrofos-consumidores e heterótrofos-redutores. O fluxo de energia na biosfera tem uma direção - do Sol, passando pelas plantas (autotróficas) até os animais (heterótrofos), ou dos produtores para os consumidores e decompositores.

Autotrofia- são organismos que criam substâncias orgânicas a partir de substâncias inorgânicas através do processo de fotossíntese (usando energia solar) ou quimiossíntese (usando a energia de reações químicas). Os autotróficos também são chamados de produtores (do latim – aquele que produz). A maioria dos produtores forma matéria orgânica utilizando energia solar, água, dióxido de carbono e sais minerais. Estas são plantas verdes superiores, líquenes, algas e bactérias fotossintéticas. Existem cerca de 350.000 espécies de plantas verdes na Terra, e sua biomassa total representa 98-99% da massa total de matéria viva na biosfera. As ligações químicas de compostos orgânicos complexos formados pelos produtores concentram energia, que é liberada durante sua decomposição durante a digestão em animais e outros heterótrofos.

Os processos de circulação de substâncias e conversão de energia são a base do equilíbrio dinâmico e da estabilidade da biosfera. Um diagrama simplificado do fluxo desses processos é mostrado na Fig. 1.2.

Arroz. 1.2. c (A - autotróficos, H - heterótrofos, S - reservas de matéria orgânica nos ecossistemas, E - fluxo de energia solar, e - energia de compostos orgânicos, o ciclo das substâncias é mostrado por uma seta sólida grossa).

Todas as funções dos organismos vivos na biosfera (energética, biogeoquímica, organizacional, transformação da água, ambiental, etc.) não podem ser desempenhadas por organismos de qualquer espécie, mas apenas pelo seu complexo complexo. Segundo V. I. Vernadsky, a biosfera terrestre se formou desde o início como um sistema complexo, com um grande número de espécies de organismos, cada um dos quais desempenha seu papel no sistema geral. Portanto, na próxima seção passaremos a considerar os principais componentes deste sistema – organismos, populações e ecossistemas.

A circulação de substâncias na biosfera é a “viagem” de certos elementos químicos ao longo da cadeia alimentar dos organismos vivos, graças à energia do Sol. Durante a “viagem”, alguns elementos, por motivos diversos, caem e permanecem, via de regra, no solo. Seu lugar é ocupado pelos mesmos que costumam vir da atmosfera. Esta é a descrição mais simplificada do que garante a vida no planeta Terra. Se tal viagem for interrompida por algum motivo, a existência de todos os seres vivos cessará.

Para descrever brevemente o ciclo das substâncias na biosfera, é necessário estabelecer vários pontos de partida. Em primeiro lugar, dos mais de noventa elementos químicos conhecidos e encontrados na natureza, cerca de quarenta são necessários aos organismos vivos. Em segundo lugar, a quantidade destas substâncias é limitada. Em terceiro lugar, estamos falando apenas da biosfera, isto é, da concha da Terra que contém vida e, portanto, das interações entre os organismos vivos. Em quarto lugar, a energia que contribui para o ciclo é a energia proveniente do Sol. A energia gerada nas entranhas da Terra como resultado de diversas reações não participa do processo em questão. E uma última coisa. É preciso antecipar-se ao ponto de partida desta “jornada”. É condicional, pois não pode haver fim e começo para um círculo, mas isso é necessário para começar em algum lugar para descrever o processo. Vamos começar com o elo mais baixo da cadeia trófica - com decompositores ou coveiros.

Crustáceos, vermes, larvas, microorganismos, bactérias e outros coveiros, consumindo oxigênio e usando energia, processam elementos químicos inorgânicos em uma substância orgânica adequada para alimentar organismos vivos e seu posterior movimento ao longo da cadeia alimentar. Além disso, estas substâncias já orgânicas são consumidas por consumidores ou consumidores, que incluem não apenas animais, aves, peixes e semelhantes, mas também plantas. Estes últimos são produtores ou produtores. Eles, a partir desses nutrientes e energia, produzem oxigênio, principal elemento respiratório de todos os seres vivos do planeta. Consumidores, produtores e até decompositores morrem. Seus restos mortais, junto com as substâncias orgânicas neles contidas, “caem” à disposição dos coveiros.

E tudo se repete novamente. Por exemplo, todo o oxigênio que existe na biosfera completa sua renovação em 2.000 anos, e o dióxido de carbono em 300. Esse ciclo é geralmente chamado de ciclo biogeoquímico.

Algumas substâncias orgânicas durante sua “jornada” entram em reações e interações com outras substâncias. Como resultado, formam-se misturas que, na forma em que existem, não podem ser processadas pelos decompositores. Essas misturas permanecem “armazenadas” no solo. Nem todas as substâncias orgânicas que caem na “mesa” dos coveiros não podem ser processadas por eles. Nem tudo pode apodrecer com a ajuda de bactérias. Esses restos não apodrecidos vão para armazenamento. Tudo o que fica armazenado ou em reserva é retirado do processo e não entra no ciclo das substâncias da biosfera.

Assim, na biosfera, o ciclo das substâncias, cuja força motriz é a atividade dos organismos vivos, pode ser dividido em dois componentes. Um - o fundo de reserva - é uma parte da substância que não está associada às atividades dos organismos vivos e por enquanto não participa da circulação. E o segundo é o fundo rotativo. Representa apenas uma pequena parte da substância que é ativamente utilizada pelos organismos vivos.

Átomos de quais elementos químicos básicos são tão necessários para a vida na Terra? São eles: oxigênio, carbono, nitrogênio, fósforo e alguns outros. Dos compostos, o principal em circulação é a água.

Oxigênio

O ciclo do oxigênio na biosfera deveria começar com o processo de fotossíntese, que surgiu há bilhões de anos. É liberado pelas plantas a partir de moléculas de água sob a influência da energia solar. O oxigênio também é formado nas camadas superiores da atmosfera durante reações químicas no vapor d'água, onde os compostos químicos se decompõem sob a influência da radiação eletromagnética. Mas esta é uma fonte menor de oxigênio. O principal é a fotossíntese. O oxigênio também é encontrado na água. Embora haja 21 vezes menos do que na atmosfera.

O oxigênio resultante é usado pelos organismos vivos para a respiração. É também um agente oxidante de vários sais minerais.

E uma pessoa é consumidora de oxigênio. Mas com o início da revolução científica e tecnológica, este consumo aumentou muitas vezes, uma vez que o oxigénio é queimado ou ligado durante o funcionamento de numerosas produções industriais, transportes, para satisfazer necessidades domésticas e outras no decurso da vida humana. O chamado fundo de troca de oxigênio na atmosfera, anteriormente existente, correspondia a 5% do seu volume total, ou seja, tanto oxigênio foi produzido no processo de fotossíntese quanto foi consumido. Agora esse volume está se tornando catastroficamente pequeno. O oxigênio é consumido, por assim dizer, da reserva de emergência. De lá, onde não há ninguém para adicioná-lo.

Este problema é ligeiramente atenuado pelo facto de parte dos resíduos orgânicos não ser processada e não cair sob a influência de bactérias putrefativas, mas permanecer em rochas sedimentares, formando turfa, carvão e minerais semelhantes.

Se o resultado da fotossíntese for o oxigênio, então sua matéria-prima é o carbono.

Azoto

O ciclo do nitrogênio na biosfera está associado à formação de compostos orgânicos importantes como proteínas, ácidos nucléicos, lipoproteínas, ATP, clorofila e outros. O nitrogênio, na forma molecular, é encontrado na atmosfera. Juntamente com os organismos vivos, isto representa apenas cerca de 2% de todo o nitrogênio na Terra. Nesta forma, só pode ser consumido por bactérias e algas verde-azuladas. Para o resto do mundo vegetal, o nitrogênio na forma molecular não pode servir como alimento, mas só pode ser processado na forma de compostos inorgânicos. Alguns tipos de tais compostos são formados durante tempestades e caem na água e no solo com as chuvas.

Os “recicladores” mais ativos de nitrogênio ou fixadores de nitrogênio são as bactérias nodulares. Eles se instalam nas células das raízes das leguminosas e convertem o nitrogênio molecular em seus compostos adequados para as plantas. Depois que morrem, o solo também é enriquecido com nitrogênio.

Bactérias putrefativas decompõem compostos orgânicos contendo nitrogênio em amônia. Parte dele vai para a atmosfera e o restante é oxidado por outros tipos de bactérias em nitritos e nitratos. Estes, por sua vez, são fornecidos como alimento às plantas e são reduzidos a óxidos e nitrogênio molecular pelas bactérias nitrificantes. Que reentram na atmosfera.

Assim, fica claro que vários tipos de bactérias desempenham o papel principal no ciclo do nitrogênio. E se pelo menos 20 dessas espécies forem destruídas, a vida no planeta cessará.

E novamente o circuito estabelecido foi quebrado pelo homem. Para aumentar o rendimento das colheitas, ele começou a usar ativamente fertilizantes contendo nitrogênio.

Carbono

O ciclo do carbono na biosfera está inextricavelmente ligado à circulação de oxigênio e nitrogênio.

Na biosfera, o esquema do ciclo do carbono baseia-se na atividade vital das plantas verdes e na sua capacidade de converter dióxido de carbono em oxigênio, ou seja, na fotossíntese.

O carbono interage com outros elementos de diversas maneiras e faz parte de quase todas as classes de compostos orgânicos. Por exemplo, faz parte do dióxido de carbono e do metano. É dissolvido em água, onde seu conteúdo é muito maior do que na atmosfera.

Embora o carbono não esteja entre os dez primeiros em termos de prevalência, nos organismos vivos ele representa de 18 a 45% da massa seca.

Os oceanos servem como reguladores dos níveis de dióxido de carbono. Assim que a sua participação no ar aumenta, a água nivela as posições absorvendo dióxido de carbono. Outro consumidor de carbono no oceano são os organismos marinhos, que o utilizam para construir conchas.

O ciclo do carbono na biosfera é baseado na presença de dióxido de carbono na atmosfera e na hidrosfera, que é uma espécie de fundo de troca. É reabastecido pela respiração dos organismos vivos. Bactérias, fungos e outros microrganismos que participam do processo de decomposição dos resíduos orgânicos do solo também participam da reposição de dióxido de carbono na atmosfera.O carbono é “conservado” em resíduos orgânicos mineralizados e não podres. Em carvão e lenhite, turfa, xisto betuminoso e depósitos semelhantes. Mas o principal fundo de reserva de carbono é o calcário e a dolomita. O carbono que eles contêm está “escondido com segurança” nas profundezas do planeta e é liberado apenas durante mudanças tectônicas e emissões de gases vulcânicos durante as erupções.

Devido ao fato de o processo de respiração com liberação de carbono e o processo de fotossíntese com sua absorção passarem pelos organismos vivos muito rapidamente, apenas uma pequena fração do carbono total do planeta participa do ciclo. Se esse processo não fosse recíproco, só as plantas de sushi consumiriam todo o carbono em apenas 4-5 anos.

Atualmente, graças à atividade humana, o mundo vegetal não tem escassez de dióxido de carbono. É reabastecido imediata e simultaneamente por duas fontes. Ao queimar oxigénio durante o funcionamento da indústria, produção e transporte, bem como em conexão com a utilização desses “produtos enlatados” - carvão, turfa, xisto, e assim por diante - para o trabalho destes tipos de atividades humanas. Por que o teor de dióxido de carbono na atmosfera aumentou 25%.

Fósforo

O ciclo do fósforo na biosfera está intimamente ligado à síntese de substâncias orgânicas como ATP, DNA, RNA e outras.

O teor de fósforo no solo e na água é muito baixo. Suas principais reservas estão em rochas formadas em um passado distante. Com o intemperismo dessas rochas, inicia-se o ciclo do fósforo.

O fósforo é absorvido pelas plantas apenas na forma de íons de ácido ortofosfórico. Este é principalmente um produto do processamento de restos orgânicos pelos coveiros. Mas se os solos tiverem um alto fator alcalino ou ácido, os fosfatos praticamente não se dissolvem neles.

O fósforo é um excelente nutriente para vários tipos de bactérias. Especialmente algas verde-azuladas, que se desenvolvem rapidamente com o aumento do teor de fósforo.

No entanto, a maior parte do fósforo é transportada pelos rios e outras águas para o oceano. Lá é consumido ativamente pelo fitoplâncton e, com ele, por aves marinhas e outras espécies de animais. Posteriormente, o fósforo cai no fundo do oceano e forma rochas sedimentares. Ou seja, ele retorna ao solo, apenas sob uma camada de água do mar.

Como você pode ver, o ciclo do fósforo é específico. É difícil chamá-lo de circuito, pois não está fechado.

Enxofre

Na biosfera, o ciclo do enxofre é necessário para a formação de aminoácidos. Ele cria a estrutura tridimensional das proteínas. Envolve bactérias e organismos que consomem oxigênio para sintetizar energia. Eles oxidam o enxofre em sulfatos, e os organismos vivos pré-nucleares unicelulares reduzem os sulfatos em sulfeto de hidrogênio. Além deles, grupos inteiros de bactérias sulfurosas oxidam o sulfeto de hidrogênio em enxofre e depois em sulfatos. As plantas só podem consumir íon enxofre do solo - SO 2-4.Assim, alguns microrganismos são agentes oxidantes, enquanto outros são agentes redutores.

Os locais onde o enxofre e seus derivados se acumulam na biosfera são o oceano e a atmosfera. O enxofre entra na atmosfera com a liberação de sulfeto de hidrogênio da água. Além disso, o enxofre entra na atmosfera na forma de dióxido quando os combustíveis fósseis são queimados na produção e para fins domésticos. Principalmente carvão. Lá ele se oxida e, transformando-se em ácido sulfúrico na água da chuva, cai junto com ela no chão. A própria chuva ácida causa danos significativos a todo o mundo vegetal e animal e, além disso, com as águas pluviais e derretidas, entra nos rios. Os rios transportam íons de sulfato de enxofre para o oceano.

O enxofre também está contido nas rochas na forma de sulfetos e na forma gasosa - sulfeto de hidrogênio e dióxido de enxofre. No fundo dos mares existem depósitos de enxofre nativo. Mas tudo isso é “reserva”.

Água

Não existe substância mais difundida na biosfera. Suas reservas estão principalmente na forma salgada-amargo das águas dos mares e oceanos - cerca de 97%. O resto é água doce, geleiras e águas subterrâneas e subterrâneas.

O ciclo da água na biosfera começa convencionalmente com sua evaporação da superfície dos reservatórios e das folhas das plantas e atinge aproximadamente 500.000 metros cúbicos. km. Ele retorna na forma de precipitação, que cai diretamente nos corpos d'água ou passando pelo solo e pelas águas subterrâneas.

O papel da água na biosfera e a história da sua evolução é tal que toda a vida, desde o seu aparecimento, foi completamente dependente da água. Na biosfera, a água passou muitas vezes por ciclos de decomposição e nascimento através de organismos vivos.

O ciclo da água é em grande parte um processo físico. Porém, o mundo animal e, principalmente, o vegetal tem um papel importante nisso. A evaporação da água da superfície das folhas das árvores é tal que, por exemplo, um hectare de floresta evapora até 50 toneladas de água por dia.

Se a evaporação da água das superfícies dos reservatórios é natural para sua circulação, então para os continentes com suas zonas florestais, tal processo é a única e principal forma de preservá-la. Aqui a circulação ocorre como se estivesse em um ciclo fechado. A precipitação é formada a partir da evaporação do solo e das superfícies das plantas.

Durante a fotossíntese, as plantas usam o hidrogênio contido em uma molécula de água para criar um novo composto orgânico e liberar oxigênio. E, inversamente, no processo de respiração, os organismos vivos passam por um processo de oxidação e a água é formada novamente.

Ao descrever a circulação de vários tipos de produtos químicos, nos deparamos com uma influência humana mais ativa nesses processos. Atualmente, a natureza, devido à sua história de sobrevivência multibilionária, está lidando com a regulação e restauração de equilíbrios perturbados. Mas os primeiros sintomas da “doença” já estão aí. E este é o “efeito estufa”. Quando duas energias: a solar e a refletida pela Terra, não protegem os organismos vivos, mas, pelo contrário, fortalecem-se mutuamente. Como resultado, a temperatura ambiente aumenta. Que consequências poderia haver desse aumento, além do derretimento acelerado das geleiras e da evaporação da água das superfícies dos oceanos, da terra e das plantas?

Vídeo - Ciclo de substâncias na biosfera

A água é uma substância essencial em qualquer organismo vivo. A maior parte da água do planeta está concentrada na hidrosfera. A evaporação da superfície dos reservatórios representa uma fonte de umidade atmosférica; sua condensação provoca precipitação, com a qual a água eventualmente retorna ao oceano. Este processo constitui um grande ciclo da água. Na superfície do globo.

Dentro dos ecossistemas ocorrem processos que complicam o grande ciclo e fornecem sua parte biologicamente importante. No processo de interceptação, a vegetação contribui para a evaporação de parte da precipitação na atmosfera antes de atingir a superfície da terra.A água da precipitação que atinge o solo penetra nele e forma uma das formas de umidade do solo ou se junta à superfície escoamento; Parte da umidade do solo pode subir à superfície através de capilares e evaporar. Das camadas mais profundas do solo, a umidade é absorvida pelas raízes das plantas; parte dele chega às folhas e é expelido para a atmosfera.

Evapotranspiração é a liberação total de água de um ecossistema para a atmosfera. Inclui água fisicamente evaporada e umidade transpirada pelas plantas. O nível de transpiração varia para diferentes espécies e em diferentes paisagens e zonas climáticas.

Se a quantidade de água infiltrada no solo exceder sua capacidade de umidade, ela atingirá o nível do lençol freático e se tornará parte dele. O fluxo das águas subterrâneas conecta a umidade do solo com a hidrosfera.

Assim, os processos mais importantes para o ciclo da água dentro dos ecossistemas são a interceptação, a evapotranspiração, a infiltração e o escoamento.

Em geral, o ciclo da água é caracterizado pelo fato de que, ao contrário do carbono, do nitrogênio e de outros elementos, a água não se acumula nem se liga aos organismos vivos, mas passa pelos ecossistemas quase sem perdas; Apenas cerca de 1% da água que cai com a precipitação é utilizada para formar a biomassa do ecossistema.

E assim, o Pequeno Ciclo tem a seguinte estrutura: evaporação da umidade da superfície do oceano (reservatório) - condensação do vapor d'água - precipitação na mesma superfície da água do oceano (reservatório).

O Grande Giro é um ciclo hidrológico entre a terra e o oceano (corpo d'água). A umidade evaporada da superfície do Oceano Mundial (que consome quase metade da energia solar que chega à superfície terrestre) é transferida para a terra, onde cai na forma de precipitação, que retorna ao oceano na forma de escoamento superficial e subterrâneo . Estima-se que mais de 500 mil km3 de água participem anualmente do ciclo hidrológico da Terra.

O ciclo da água como um todo desempenha um papel importante na formação das condições naturais do nosso planeta. Levando em consideração a transpiração da água pelas plantas e sua absorção no ciclo bioquímico, todo o abastecimento de água da Terra se desintegra e é restaurado em 2 milhões de anos.

Ciclo do oxigênio

Ciclo do oxigênio. O oxigênio (O2) desempenha um papel importante na vida da maioria dos organismos vivos em nosso planeta. Em termos quantitativos, este é o principal componente da matéria viva. 349

Por exemplo, se levarmos em conta a água contida nos tecidos, o corpo humano contém 62,8% de oxigênio e 19,4% de carbono. Em geral, na biosfera esse elemento, comparado ao carbono e ao hidrogênio, é o principal entre as substâncias simples. Dentro da biosfera, há uma rápida troca de oxigênio com os organismos vivos ou com seus restos mortais após a morte. As plantas, via de regra, produzem oxigênio livre e os animais o consomem por meio da respiração. Sendo o elemento mais difundido e móvel na Terra, o oxigénio não limita a existência e as funções da ecosfera, embora a disponibilidade de oxigénio para os organismos aquáticos possa ser temporariamente limitada. O ciclo do oxigênio na biosfera é extremamente complexo, pois com ele reage um grande número de substâncias orgânicas e inorgânicas. Como resultado, ocorrem muitos epiciclos, ocorrendo entre a litosfera e a atmosfera ou entre a hidrosfera e estes dois ambientes. O ciclo do oxigênio é, em alguns aspectos, semelhante ao ciclo reverso do dióxido de carbono. O movimento de um ocorre na direção oposta ao movimento do outro

O consumo de oxigênio atmosférico e sua substituição pelos produtores primários ocorre de forma relativamente rápida. Assim, são necessários 2.000 anos para renovar completamente todo o oxigênio atmosférico. Hoje em dia, a fotossíntese e a respiração em condições naturais, sem levar em conta a atividade humana, equilibram-se com grande precisão. Nesse sentido, não ocorre acúmulo de oxigênio na atmosfera e seu conteúdo (20,946%) permanece constante.

A principal fonte de água, o principal reservatório do nosso planeta, é o Oceano Mundial. Pode ser comparado a uma gigantesca caldeira a vapor aquecida pelo sol. Esta é a principal fonte do ciclo global da água na natureza. A cada hora, a partir de um quilômetro quadrado da superfície da água desta caldeira, uma média de cerca de 1.000 toneladas de vapor entra na atmosfera terrestre e, nos trópicos, sob os raios escaldantes do sol do meio-dia, 2 a 3 vezes mais evapora. Aqui, sobre as vastas extensões do oceano, uma enorme quantidade de vapor d'água se acumula no ar e se formam nuvens poderosas. Furacões tropicais formidáveis nascem aqui e poderosas correntes de ar começam. Eles, como uma correia transportadora, transportam umidade por todo o globo.

Grande Giro

O Grande Ciclo se manifesta mais claramente na circulação das massas de ar e água. A base do grande ciclo (geológico) é o processo de transferência de substâncias, principalmente compostos minerais, de um lugar para outro em escala planetária.

Cerca de 30% da energia solar que cai na Terra é gasta na movimentação do ar, na evaporação da água, no desgaste das rochas, na dissolução de minerais, etc. O movimento da água e do vento, por sua vez, leva à erosão do solo e das rochas, transporte, redistribuição, deposição e acumulação de sedimentos mecânicos e químicos na terra e no oceano. Durante um longo período de tempo, os sedimentos marinhos resultantes podem retornar à superfície terrestre e os processos são retomados. Esses ciclos incluem atividade vulcânica, terremotos e movimento das placas oceânicas na crosta terrestre.

O ciclo da água, incluindo sua transição dos estados líquido para gasoso e sólido e vice-versa, é um dos principais componentes da circulação abiótica de substâncias. Durante o ciclo hidrológico, ocorre uma redistribuição significativa e uma purificação significativa das reservas de água planetárias. Note-se que os terrenos mais importantes para a existência de ambientes vivos – as águas doces – apresentam a maior taxa de renovação. Seu período de rotatividade é em média de 11 dias.

Pequena circulação.

Com base no grande ciclo geológico, surge um ciclo de substâncias orgânicas, ou um pequeno ciclo biológico (biótico).

O pequeno ciclo das substâncias baseia-se nos processos de síntese e destruição de compostos orgânicos. Esses dois processos garantem a vida e constituem uma de suas principais características.

Ao contrário do ciclo geológico, o ciclo biológico é caracterizado por uma quantidade insignificante de energia. Como já mencionado, apenas cerca de 1% da energia radiante incidente na Terra é gasta na criação de matéria orgânica. No entanto, esta energia, envolvida no ciclo biológico, faz um trabalho tremendo na criação de matéria viva. Para que a vida continue a existir, os elementos químicos devem circular constantemente do ambiente externo para os organismos vivos e vice-versa, passando do protoplasma de alguns organismos para uma forma assimilada por outros.

Todas as circulações planetárias abióticas e bióticas de substâncias estão intimamente interligadas e formam um ciclo global, sistemicamente existente, com redistribuição da energia do Sol, com ausência de contradições entre seus ramos individuais e com equilíbrio material praticamente nulo.