Ekosistemin tərifi və onun təşkilat səviyyələrinin strukturu. Ekosistemlər. Ekosistemlərin əsas anlayışları və strukturu. Miqyasdan asılı olaraq ekosistemlərin növləri

Ekosistemlərin işləməsinin birinci, əsas prinsipi: resursların əldə edilməsi və tullantıların aradan qaldırılması bütün elementlərin dövriyyəsi daxilində baş verir. Ekosistemin qeyri-sabitliyinin əsas səbəbi maddələrin dövriyyəsinin balanssızlığıdır.

Ekosistemin işləməsinin ikinci əsas prinsipi:çirkləndirməyən və demək olar ki, əbədi günəş enerjisi sayəsində mövcudluğu, miqdarı sabit və boldur.

Ekosistem funksiyaları bunlardır:

Üzvi maddələrin sintezi;

üzvi maddələrin məhv edilməsi;

Maddələrin dövranı;

Orqanizmlərin həyatı üçün enerji axını.

Hər bir ekosistemə qidalanma üsulu ilə fərqlənən müxtəlif növ orqanizmlər qrupları daxildir:

Avtotroflar (istehsalçılar);

Heterotroflar (istehlakçılar, detritivorlar, parçalayıcılar).

3.2.4. Ekosistemlərin bioloji məhsuldarlığı

Ekosistemin bütün canlı komponentləri - istehsalçılar, istehlakçılar və parçalayıcılar əmələ gəlir biokütlə("canlı çəki"). Biokütlə hər an ekosistemdə mövcud olan üzvi maddədir. Biokütlə vahid sahəyə düşən kütlə vahidləri ilə ifadə edilir, məsələn [ ton/ha, q/kv.m].

Zaman vahidi üçün biokütlənin artması deyilir ekosistem məhsuldarlığı. Məhsuldarlıq vahid vaxtda vahid sahəyə düşən kütlə vahidləri ilə ifadə edilir, məsələn [ ton/ha/il, q/kv.m./ay].

Üzvi maddələr müxtəlif trofik səviyyələrdə yarandığına görə onun yarandığı istehsal səviyyələri də fərqlənir. ilkin Və ikinci dərəcəli məhsullar.

İstehsalçıların foto- və kimyosintez prosesində vahid vaxtda yaratdığı üzvi kütlə deyilir ilkin məhsullar, və istehlakçılar tərəfindən yaradılmış biokütlənin vaxt vahidinə düşən artımdır ikinci dərəcəli məhsullar.

İlkin istehsal da iki səviyyəyə bölünür - ümumi və xalis istehsal.

Ümumi ilkin istehsal- Günəşin şüa enerjisinin sabitləşməsi (fotosintez) prosesində bitkilərin (istehsalçıların) yaratdığı ümumi biokütlə. Bu zaman Günəşin enerjisi üzvi maddələrin bağlarının kimyəvi enerjisinə çevrilir.

6CO 2 + 12H 2 O + günəş enerjisi → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O

Bitkilərin günəş enerjisini udma səmərəliliyi (fotosintezin səmərəliliyi) 0,1-5% təşkil edir.

Yaranan üzvi maddələrin bir hissəsi oksidləşir və enerji ayrılır. Bu enerji (“nəfəs alma xərcləri” adlanır) bitkilərin həyatını davam etdirməyə (torpaqdan su və duzların çıxarılması) sərf olunur. Bitkilər ümumi istehsalının 40-70%-ni “nəfəs almağa” sərf edirlər.

Ümumi məhsulun "nəfəs almağa" xərcləndikdən sonra qalan hissəsi deyilir təmiz ilkin istehsal. Xalis ilkin istehsal (“ekosistemin məhsulu” - bitki böyüməsi, meyvələr, toxumlar) ya istehlakçılar və parçalayıcılar üçün qida kimi xidmət edir, ya da biosferdə toplanır.

Bütün istehlakçıların biokütləsinə çevrilən enerjinin miqdarı deyilir ekosistemin ikinci dərəcəli məhsulları.

Sabit ekosistemlərdə biokütlə sabit qalır, yəni bütün istehsal qida zəncirlərində istehlak olunur. İstehlakçılar tərəfindən biokütlə istehlakının sürəti bitkilərin böyümə sürətindən geri qalırsa, ölü üzvi maddələrin tədricən yığılması baş verir (bataqlıqların torf əmələ gəlməsi, meşə zibilinin əmələ gəlməsi).

Tropik meşələr ən yüksək biokütlə məhsuldarlığına malikdir, səhralar və tundralar isə ən aşağıdır.

İstehlakçıları qidalandırmaq üçün yalnız təmiz ilkin istehsaldan istifadə edildiyi üçün onun ümumi istehsalda payını artırmaq, yəni “nəfəs alma xərclərini” azaltmaq məqsədəuyğundur. Bu məqsədlə bitki yetişdirərkən (gevşetmə, suvarma, alaq otlarından təmizləmə) əlavə səylər (enerji) etmək lazımdır. Əlavə enerji qatqısı deyilir enerji subsidiyaları, və enerji subsidiyaları ilə əkinçilik adlanır sıx, və ya sənaye. İntensiv əkinçilik çox baha başa gəlir, çünki o, çoxlu enerji sərf edir və yüksək istehsal səviyyəsini gəlirsiz edir. Bu model adlanır “Enerji səmərəliliyinin azaldılması qanunu” C. Turgot.

3.2.5. Ekosistemlərdə enerji ötürülməsi

Enerji orqanizmlərin işləməsi üçün lazımdır: böyümə, inkişaf, çoxalma.

Yerin bütün ekosistemləri üçün əsas enerji mənbəyi Günəşdir. görə termodinamikanın birinci qanunu ilə yaşıl bitkilər ( avtotroflar) davam edir fotosintez günəş işığının enerjisini sintez etdikləri üzvi maddələrin molekullarında olan kimyəvi enerjiyə çevirirlər.

fotosintez işıq enerjisindən istifadə etməklə qeyri-üzvi maddələrdən üzvi birləşmələrin əmələ gəlməsi (sintezi) prosesidir. Fotosintez zamanı Günəşin enerjisindən istifadə edərək karbon canlı orqanizmlərin əsasını təşkil edən üzvi birləşmələrin tərkibinə daxil olur və oksigen ayrılaraq Yer atmosferinin zənginləşməsini təmin edir.

6CO 2 + 12H 2 O + enerji → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O

Fotosintezi həyata keçirmək üçün bitkilər lazımdır xlorofil- günəş işığını udan yaşıl maddə. Xlorofil xloroplastların daxili membranlarında - bitki hüceyrəsinin xüsusi bölmələrində olur.

Fotosintez iki mərhələdə baş verir: işıq və qaranlıq. Fotosintezin işıq mərhələsində günəş radiasiyasının enerjisi xloroplastlar tərəfindən ATP (adenozin trifosfor turşusu) sintezi üçün istifadə olunur, xüsusilə də enerji baxımından zəngin bir maddə, hüceyrənin bütün sonrakı həyat prosesləri üçün istifadə olunur. İşıq fazası yalnız işığın mövcudluğunda baş verir və suyun fotolizi tənliyə görə molekulyar oksigen, elektron və protonların əmələ gəlməsi ilə baş verir:

2H 2 O→4H + +O 2 +4 e

Qaranlıq mərhələdə qlükoza fermentlərin iştirakı ilə karbon qazı və hidrogendən əmələ gəlir:

6СО 2 +24Н + С 6 Н 12 О 6 +6Н 2 О

Fotosintez zamanı əmələ gələn karbohidratlar digər üzvi birləşmələrin sonrakı sintezi üçün başlanğıc material kimi istifadə olunur.

Heterotrof orqanizmlər qida maddələrinin mürəkkəb molekullarında kimyəvi bağları qırmaq, enerji və sadə maddələr əldə etmək və onların strukturlarını qurmaq. Yeməyin inhalyasiya olunmuş oksigenlə oksidləşmə reaksiyası fotosintezin əks reaksiyasına görə baş verir:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 12H 2 O + (enerji)

Avtotroflarla yanaşı, təbiətdəki üzvi maddələr də sintez edilə bilər kemotroflar (kemoautotroflar)– işıqdan deyil, kimyəvi enerjidən istifadə edən, qeyri-üzvi birləşmələrin (kükürd, hidrogen, ammonyak, azot, dəmir və s.) oksidləşməsi nəticəsində əldə etdikləri bakteriyalar. Yalnız kimyosintetik bakteriyalar (nitrofiya edən, hidrogen, dəmir bakteriyaları və s.) kimyosintez qabiliyyətinə malikdir.

Məsələn, nitrifikasiya edən bakteriyalar ammonyakı tənliyə görə azot turşusuna oksidləşdirir:

3NH 3 +3O 2 →2HNO 2 +2H 2 O+enerji.

Reaksiyalar zamanı ayrılan enerji bakteriyalar tərəfindən ATP molekulları şəklində saxlanılır və üzvi birləşmələrin sintezi üçün istifadə olunur.

Kemotrof bakteriyalar arasında çoxlu sayda var anaeroblar, atmosferlə təmasa ehtiyacı olmayan və hətta məcburi anaeroblar oksigen atmosferində ölür.

Kimosintetik bakteriyalar biosferdə mühüm rol oynayır. Onlar çirkab suların təmizlənməsində iştirak edir və torpağın münbitliyini artıran mineralların torpaqda toplanmasına töhfə verirlər.

Enerji bir trofik səviyyədən digərinə ötürüldükdə, enerji çevrilmələri bir istiqamətdə gedir (enerji azalır), buna görə də danışa bilərik enerji axını. Enerji axınları tabe olur Termodinamikanın ikinci qanunu buna görə qapalı sistemlərdə enerji bərabər paylanmağa meyllidir, yəni. sistem maksimum vəziyyətə meyl edir entropiya(pozğunluq). Bununla belə, canlı orqanizmlər, ekosistemlər və bütövlükdə biosfer yüksək dərəcədə daxili nizama malik bir dövlət yaratmaq və saxlamaq qabiliyyətinə malikdir, yəni. aşağı entropiyaya malik dövlətlər. “Orqanizmin özünü daim kifayət qədər yüksək səviyyədə (aşağı entropiya səviyyəsində) saxlaması üçün vasitə ətraf mühitdən davamlı olaraq nizam çıxarmaqdır” ( E. Schrödinger). Başqa sözlə, maksimum entropiya vəziyyətinin ölüm demək olduğu canlı orqanizm ətraf mühitdən “mənfi entropiya” çıxarır və bununla da onu məhv edir.

Ətraf mühitdən daha aşağı entropiya canlı sistemlərin ən vacib termodinamik xüsusiyyətidir və onları ətraf mühitlə tarazlıqda olan cansız cisimlərdən fərqləndirir.

Termodinamikanın ikinci qanununa uyğun olaraq, enerji qida zəncirində hərəkət etdikdə, hər mərhələdə onun bir hissəsi itirilir və zəncirin hər yeni mərhələsi əvvəlkindən orta hesabla 10% enerji alır. Bu model adlanır R. Lindemanın “10% qaydası”. Nəticədə, müəyyən sayda mərhələdən sonra bütün enerji kosmosda geri qaytarıla bilməz şəkildə dağılır ki, bu da qida zəncirindəki halqaların sayını 4 - 6 ilə məhdudlaşdırır.

3.2.6. Ekosistemin davamlılığı

Məhsuldarlıq və ölüm, maddə və enerjinin istehlakı və xərclənməsi arasında dinamik tarazlıq ilə xarakterizə olunan ekosistemlərin sabit vəziyyəti adlanır. homeostaz.

Təhsil ədəbiyyatında mənfi amillərə məruz qaldıqda ekosistemdə homeostazın saxlanması mexanizmini izah etmək üçün tez-tez "canavar maral" icmasının homeostazının təsviri verilir. Deməli, maral-qurd sistemində maralların sayı artarsa, bunun hesabına canavar öz sayını artıra, maralların çox sürətlə çoxalmasının qarşısını ala və çoxlu istehsalçı bitkiləri məhv edə bilər. Lakin hər hansı bir ekosistem ekosistemlərin iyerarxiyasının (tabeçiliyinin) bir hissəsi olduğundan daim onu ​​tarazlıqdan çıxarmağa meylli olan xarici təsirlərə məruz qalır. Əgər bu təsir çox şiddətli deyilsə, ekoloji təkrarlanma zamanı qırılan əlaqələr başqaları ilə əvəz olunur və maddə və enerjinin ötürülməsi prosesi davam edir. (Quraqlıq - bitki məhsuldarlığı azalır - maralların sayının azalması və vəziyyətinin pisləşməsi - sonra canavarlar başqa bir heyvan növü ilə qidalanmağa keçirlər. Bu mümkün deyilsə, canavarın yeri, məsələn, daha çox yeyən ayı tərəfindən). Maneələrin keçilməz olduğu məlum olan insanlar öləcək, daha israrlı olanlar isə uyğunlaşaraq irsi məlumatları nəsillərinə ötürəcəklər. Müdaxilələr ekosistemin təkmilləşdirilməsinə doğru təkamülə kömək edir. Təsvir edilən proses hərəkəti əks etdirir daxili dinamik tarazlıq qanunu, ona görə ayrı-ayrı təbii sistemlərin və onların iyerarxiyalarının maddə, enerji, informasiya və keyfiyyəti o qədər bağlıdır ki, bu göstəricilərdən birində baş verən hər hansı dəyişiklik bütün digər göstəricilərin dəyişməsinə səbəb olur. görə Le Chatelier-Brown prinsipi, bu dəyişikliklər xarici təsirin təsirinin zəiflədiyi istiqamətdə baş verir, yəni. davamlılığa doğru. Beləliklə, ekosistem onun sabitliyini pozan təsirlərə qarşı müqavimət göstərir.

Sistem nə qədər etibarlı və sabitdirsə, bir o qədər müxtəlif növlər orada yaşayır (böyük biomüxtəliflik) və buna görə də ekoloji təkrarlanma imkanları nə qədər çox olarsa, qida zənciri də bir o qədər geniş olar.

Biosenozların sabitliyini qoruyan mexanizmlərdən biri də budur ekoloji təkrarlama. Bir növ yox olarsa, onun biosenozdakı yerini oxşar qidalanma növü olan digəri tutur. “Ekoloji Duplikasiya Qaydası”na əsasən iri orqanizmlər daha tez yox olur və onların yerinə kiçik canlılar gəlir; təkamüllə daha az təşkil olunmuşlar daha yüksək təşkil olunmuşları əvəz edir; daha sürətli çoxalanlar və genetik olaraq dəyişənlər həmişə qalib gəlir.

3.2.7. Biomüxtəliflik və onun əhəmiyyəti

Biomüxtəliflik– (bioloji müxtəliflik) - canlı orqanizmlərin bütün təzahürlərində müxtəlifliyi nəzərdə tutulur: genlərdən biosferə qədər. Bütün canlılar genetik cəhətdən fərqlidirlər və bioloji heterojenliyi artırmağa meyllidirlər. Təbiətdə eyni əkizlər və klonlar istisna olmaqla, iki tamamilə eyni fərd yoxdur (“Genetik Müxtəliflik Qanunu”). Lakin çox vaxt biomüxtəliflik növlərin müxtəlifliyinə (növlərin müxtəlifliyinə) aiddir.

Baxın- bu, bir-birinə bənzəyən, müəyyən ərazidə yaşayan, bir-biri ilə cinsləşə bilən, münbit nəsillər verən, valideynlərinə bənzər və digər oxşar populyasiyalardan fərqli fərdlərin toplusudur.

Növlərin müxtəlifliyi canlı orqanizmlərin (bitkilər, heyvanlar, göbələklər və mikroorqanizmlər) müxtəlifliyini əks etdirir. Hal-hazırda təxminən 1,5 - 1,7 milyon növ təsvir edilmişdir, baxmayaraq ki, onların ümumi sayı bəzi hesablamalara görə 50 milyona qədərdir.

Növlərin yer səthində yayılması qeyri-bərabərdir. görə Wallace qaydası,“Şimaldan cənuba doğru hərəkət etdikcə” orqanizmlərin növ müxtəlifliyində artım müşahidə olunur. Bu həm növlərə, həm də onların təşkil etdiyi icmalara aiddir: tropiklərdə növlərin mütləq sayı Şimaldakından qat-qat çoxdur, cənub icmalarında isə onların sayı daha çoxdur. Quruda növ müxtəlifliyi tropiklərdə ən çox olur və enlik artdıqca azalır. Növlərin müxtəlifliyində ən zəngin ekosistemlər planetin səthinin təxminən 7% -ni tutan və bütün növlərin 90% -dən çoxunu ehtiva edən tropik yağış meşələridir.

Yer üzündə növlər daim meydana çıxdı və yox oldu - bütün növlərin məhdud ömrü var. Nəsli kəsilmə yeni növlərin yaranması ilə kompensasiya edildi (“Biosferdə növlərin sayının sabitliyi qaydası”).

Son onilliklərdə növlərin nəsli kəsilməsi və məhv olması səbəbindən bioloji müxtəlifliyin azalması müşahidə olunur. Növlərin azalmasının əsas səbəbi: antropogen təsirlər(yəni insan fəaliyyəti: meşələrin qırılması, kənd təsərrüfatı torpaqlarının genişləndirilməsi, yeni yolların çəkilməsi, tikinti və s.). Eyni zamanda, daha çox ixtisaslaşdırılmış formalar daha tez ölür, çünki daha uyğunlaşma üçün genetik ehtiyatları azalır ( O. Marş Qaydası)

Hal-hazırda əksər vəhşi növlər üçün ən böyük təhlükə onların yaşayış yerlərinin insan fəaliyyəti nəticəsində məhv olması, daralması və bölünməsi ilə bağlıdır.

Asiya və Afrikada iri məməlilərin (fillər, kərgədanlar) sayının azalmasının əsas səbəbi onların həddindən artıq ovlanmasıdır. Ekzotik heyvanların və bitkilərin ticarəti isə onların daşınma zamanı kütləvi şəkildə ölümünə səbəb olur.

Rəsmi məlumatlara görə, Hazırda Yer kürəsində hər saat 50 növ yox olur.

Biomüxtəlifliyin qorunması zərurətinin əsas səbəbi onun ekosistemlərin və bütövlükdə biosferin davamlılığının (çirklənmənin udulması, iqlimin sabitləşməsi, yaşayış şəraitinin təmin edilməsi) təmin edilməsində aparıcı rol oynamasıdır. Biomüxtəliflik Yer kürəsində bütün biogeokimyəvi, iqlim və digər proseslərin həyata keçirilməsində tənzimləyici funksiyanı yerinə yetirir. Hər bir növ, nə qədər əhəmiyyətsiz görünsə də, təkcə “doğma” yerli ekosistemin deyil, həm də bütövlükdə biosferin davamlılığının təmin edilməsinə öz töhfəsini verir. Hər bir növ müxtəlifliyə öz töhfəsini verir - bu baxımdan faydasız və zərərli növlər yoxdur.

Bioloji müxtəliflik artdıqca cəmiyyətin dəyişən ətraf mühit şəraitinə qarşı müqaviməti artır.

Heyvanların və bitkilərin növ müxtəlifliyinin azalması ekosistemin sabitliyinin sadələşməsinə və azalmasına səbəb olur. Belə sistemlərə misal olaraq aqrobiosenozları göstərmək olar.

Bundan əlavə, biomüxtəliflik bəşəriyyətin ehtiyaclarını ödəmək üçün bioloji resurslara ehtiyacı (qida, materiallar, dərmanlar və s.) təmin edir və etik baxımdan həyat öz-özlüyündə qiymətlidir.

3.2.8. Ekosistem dinamikası

Homeostazı qorumağa çalışan ekosistemlər buna baxmayaraq dəyişməyə, inkişaf etməyə və daha sadə formalardan daha mürəkkəb formalara keçməyə qadirdirlər.

İcmalarda dəyişiklik dövri və artımlı ola bilər.

Tsiklik dəyişikliklər - biosenozda dövri dəyişikliklər (gündəlik, mövsümi, uzunmüddətli), bu müddət ərzində biosenoz ilkin vəziyyətinə qayıdır.

Gündəlik dövrlər gün ərzində işıqlandırmanın, temperaturun, rütubətin və digər ekoloji amillərin dəyişməsi ilə əlaqədardır və kontinental iqlimlərdə daha çox özünü göstərir. Sirkadiyalı ritmlər canlı orqanizmlərin vəziyyətində və fəaliyyətində baş verən dəyişikliklərdə özünü göstərir.

Mövsümi dövrilik il ərzində ətraf mühit amillərinin dəyişməsi ilə bağlıdır və qış və yay arasındakı kontrastın böyük olduğu yüksək enliklərdə özünü daha qabarıq şəkildə göstərir. Məsələn, yarpaqların düşməsi mövsümi ritmlə xarakterizə olunan hadisələrə aiddir. Mövsümün dəyişkənliyi təkcə vəziyyətin və fəaliyyətin dəyişməsində deyil, həm də ayrı-ayrı növlərin kəmiyyət nisbətində özünü göstərir. Müəyyən müddət ərzində bir çox növ icma həyatından kənarlaşdırılır, qış yuxusuna gedir, torporlanır, köç edir və ya başqa ərazilərə uçur.

Uzunmüddətli dəyişkənlik iqlim dəyişkənliyi və ya digər xarici amillərlə (çayın daşqın dərəcəsi) və ya daxili səbəblərlə (edifikator bitkilərin həyat dövrünün xüsusiyyətləri, heyvanların kütləvi çoxalmasının təkrarlanması).

Proqressiv dəyişikliklər - biosenozda dəyişikliklər, nəticədə bu icmanın başqası ilə əvəzlənməsinə səbəb olur.

3.2.9. varislik

Ardıcıllıq- biosenozların (ekosistemlərin) ardıcıl dəyişməsi, növ tərkibində və icma strukturunda dəyişikliklərlə ifadə edilir.

Ardıcıl olaraq bir-birini əvəz edən icmaların ardıcıl silsiləsi deyilir ardıcıl seriyalar (və ya ardıcıl seriyalar)(Şəkil 21).

Varisliklərə çöllərin səhralaşması, göllərin çoxalması və bataqlıqların əmələ gəlməsi və s.

Biosenozun dəyişməsinə səbəb olan səbəblərdən asılı olaraq suksessiyalar bölünür təbii Və antropogen.

Təbii ardıcıllıqlar insan fəaliyyəti ilə əlaqəli olmayan təbii səbəblərin təsiri altında baş verir, məsələn, gölün durğun və ya zəif axan su ilə böyüməsi.

Antropogen ardıcıllıqlar insan fəaliyyəti nəticəsində, məsələn, meşələrin qırılmasından sonra meşə ekosistemlərindəki dəyişikliklər.

Avtogen ardıcıllıq(özünü yaradan) daxili səbəblərdən (icma təsiri altında ətraf mühitin dəyişməsi) yaranır.

Allogenik ardıcıllıq(kənardan yaranan) – xarici səbəblərdən yaranır (məsələn, iqlim dəyişikliyi).

düyü. 21. Tipik yerüstü ardıcıllığın nümunəsi

Ardıcıllığın inkişaf etdiyi substratın ilkin vəziyyətindən asılı olaraq, var ilkin Və ikinci dərəcəli varislik.

İlkin ardıcıllıqlar canlı orqanizmlər tərəfindən tutulmayan bir substratda inkişaf edir (daşlarda, qayalarda, sürətli qumda, yeni su obyektlərində və s.). Burada məskunlaşan ilk orqanizmlər pioner adlanır, onların əsas vəzifəsi torpaq əmələ gətirməkdir; Pionerlər adətən bakteriya, qabıq və digər liken növləri və başqalarıdır. Onların kökləri yoxdur və torpağa ehtiyac yoxdur. Küləyin, günəşin, suyun və qabaqcılların buraxdığı üzvi turşuların təsiri altında qaya dağılır və mineral toz, sonra isə artropodların və göbələklərin yerləşdiyi torpaq əmələ gəlir. Sonra kökləri olan bitkilərin böyüyə biləcəyi bir substrat görünür. Bu, ardıcıllığın ilkin biosenozudur - ilk məskunlaşanların mərhələsi.

İkinci dərəcəli varislər artıq mövcud olan biosenozların yerində onların pozulmasından sonra (meşələrin qırılması, yanğın, şumlama, çöllərin şumlanması, vulkan püskürməsi, daşqın, bataqlıqların qurudulması nəticəsində) baş verir.

Varislik öz inkişaf prosesində bir sıra mərhələlərdən keçir və “klimaks formalaşması” və ya sadəcə kuliminasiya adlanan icmanın formalaşması ilə başa çatır.

Ekosistem menopauza vəziyyətinə yaxınlaşdıqda, "ardıcıl yavaşlama qanunu"na uyğun olaraq, bütün inkişaf prosesləri yavaşlayır və növlərin müxtəlifliyi azalır.

“Sıfır” maksimum prinsipinə görə, kulminasiya ekosistemləri, bir qayda olaraq, maksimum biokütlə və minimal, demək olar ki, sıfır məhsuldarlığa malikdir, yəni termodinamik cəhətdən ən rasionaldır. Klimaks faza yaxınlaşdıqca ekoloji sistem daha qapalı olur. Hər hansı bir məkanın ətraf mühitinin pozulması nə qədər dərin olarsa, varislik bir o qədər tez başa çatır.

4. BİOSFERA EKOLOGİYASI

Ekologiyanın bu bölməsi biosferin Yer kürəsində həyatın əmələ gəlməsində xüsusi rolu ilə əlaqədar işıqlandırılır.

"Biosfer" termini 1875-ci ildə avstriyalı geoloq E. Suess tərəfindən təklif edilmiş və onu canlı orqanizmlərin olduğu Yerin əsas qabıqları arasında qarşılıqlı təsir sahəsi kimi şərh etmişdir. Bununla birlikdə, "biosfer" elminin yaradıcısı, Yerdəki bütün canlı orqanizmlərin məcmusunu təyin etmək üçün canlı maddə anlayışını təqdim edən və ona təyin edən görkəmli rus alimi V.I.Vernadski hesab edilməlidir. Yer planetində əsas dəyişdirici qüvvənin rolu.

Biosferin sərhədləri. Əksər hallarda ozon təbəqəsi (qalınlığı bir neçə millimetr) biosferin yuxarı nəzəri sərhədi kimi onun sərhədləri göstərilmədən göstərilir. Bu təbəqə 16-20 km hündürlükdə yerləşir.

Müasir fikirlərə görə, Dünya Okeanının bütün qalınlığı tamamilə həyat tərəfindən işğal olunur.

Biosferin aşağı sərhədi 3-4 km dərinlikdən, quruda maksimum 6-7 km və Dünya Okeanının dibindən 1-2 km aşağıda keçir.

Biosferin tərkibi: biotik (canlı) və abiotik (cansız) komponentlər.

Biotik komponent canlı orqanizmlərin bütün dəstidir (V.I.Vernadskiyə görə - "canlı maddə").

Abiotik komponent canlı orqanizmlərin mövcud olduğu enerji, su, müəyyən kimyəvi elementlər və digər qeyri-üzvi şəraitin birləşməsidir.

Biosferin ən vacib xüsusiyyətləri:

- bütövlük və diskretlik– maddənin və enerjinin dövranı ilə əldə edilir;

- Mərkəzləşdirmə- biosferin mərkəzi halqası canlı orqanizmlərdir (canlı maddə).

- sabitlik və özünütənzimləmə– Le Chatelier-Brown prinsipinə tabe olan homeostatik mexanizmlər tərəfindən təmin edilir: qüvvələr onu sabit tarazlıq vəziyyətindən çıxaran bir sistemə təsir etdikdə, sonuncular bu təsirin təsirinin zəiflədiyi istiqamətə dəyişir;

- ritmiklik– müəyyən hadisələrin zamanla təkrarlanması. Ritmik hadisələr təbiət vəziyyətinin başlanğıcında olan ritminin sonunda tam təkrarlanmır. Təbii proseslərin istiqamətləndirilmiş inkişafını izah edən məhz budur;

- maddə dövrü və enerji asılılığı. Biosferdə həyat enerji axınından və biotik və abiotik komponentlər arasında maddələrin dövriyyəsindən asılıdır.

Enerjinin orqanizmlər vasitəsilə axdığı əsas proseslər bunlardır - fotosintez, kimyosintez(3.2.5-ə baxın), tənəffüs və fermentasiya. İlk iki proses işıq enerjisi hesabına üzvi maddələrin sintezini (fotosintez) və qeyri-üzvi maddələrin oksidləşməsini (xemosintez) təmin edir. Tənəffüs və fermentasiya zamanı üzvi maddələr parçalanır və onların tərkibindəki enerji canlı orqanizmlər tərəfindən istifadə olunur, lakin sonda istiliyə çevrilir. Fermentasiya, tənəffüsdən fərqli olaraq, oksigen tələb etmir.

Biosfer haqqında doktrina

V.I.Vernadski tərəfindən işlənib hazırlanmış biosfer haqqında doktrina əsas prinsipləri biosferin tərkib hissələri, onun sərhədləri, canlı maddənin funksiyaları, biosferin təkamülündən bəhs edən “Biosfer” (1926) əsərində dərc edilmişdir. Doktrinanın mahiyyəti: biosfer -Bu, Yerin keyfiyyətcə unikal qabığıdır, inkişafı əsasən canlı orqanizmlərin fəaliyyəti ilə müəyyən edilir.

V.İ. Vernadski biosferdə dərin fərqli və eyni zamanda genetik cəhətdən əlaqəli hissələri müəyyən edir:

- canlı maddə- canlı orqanizmlər;

- biogen maddə– canlı orqanizmlərin tullantıları (kömür, neft və s.);

- təsirsiz maddə– süxurlar (minerallar, gillər və s.);

- bioinert maddə- süxurların və çöküntülərin canlı orqanizmlər tərəfindən çürüməsi və emalı məhsulları (torpaqlar, lil, təbii sular);

- radioaktiv maddələr radioaktiv elementlərin (radium, uran, torium və s.) parçalanması nəticəsində yaranan;

- səpələnmiş atomlar(kimyəvi elementlər) yer qabığında dispers vəziyyətdə olan;

- kosmik mənşəli maddə– meteoritlər, protonlar, neytronlar, elektronlar.

Canlı maddə - canlı orqanizmlərin toplusudur. Planetimizdə müxtəlif formalı və ölçülü çoxlu sayda orqanizmlər şəklində mövcuddur. Hal-hazırda Yer kürəsində 2 milyondan çox orqanizm növü mövcuddur ki, onlardan təxminən 0,5 milyonu bitkilər, 1,5 milyonu heyvanlar və mikroorqanizmlərdir (bunlardan təxminən 0,5 milyonu həşəratlardır). Vernadskinin sabitlik qanununa uyğun olaraq, “Biosferdəki canlı maddənin miqdarı (biokütləsi) (müəyyən geoloji dövr üçün) sabitdir. Biosferin bölgələrindən birində canlı maddənin miqdarının hər hansı bir dəyişməsi istər-istəməz istənilən bölgədə eyni ölçüdə, lakin əks işarə ilə dəyişməyə səbəb olur. Qütb dəyişikliklərindən təbiətin idarə edilməsi proseslərində istifadə oluna bilər, lakin nəzərə almaq lazımdır ki, adekvat əvəzləmə həmişə baş vermir. Tipik olaraq, yüksək inkişaf etmiş növlər və ekosistemlər nisbətən təkamül baxımından daha aşağı səviyyədə başqaları ilə (böyük orqanizmlər daha kiçik olanlarla), insanlar üçün faydalı olan formalar isə daha az faydalı, neytral və hətta zərərli olanlarla əvəz olunur.

Canlı maddələr biosferdə qeyri-bərabər paylanır. Həyatın ən böyük konsentrasiyası yer qabıqlarının təmas sərhədlərində müşahidə olunur: atmosfer və litosfer, atmosfer və hidrosfer, hidrosfer və litosfer və xüsusilə üç qabığın sərhədlərində: atmosfer, litosfer, hidrosfer. V. İ. Vernadski bu yerləri həyatın ən çox cəmləşdiyi yerlər adlandırırdı "həyat filmləri". Canlı orqanizmlər çoxalma, qidalanma və tənəffüs yolu ilə ətraf mühitə müəyyən təzyiq yaradır, bütün kimyəvi reaksiyaların gedişatını dəyişir, bütün kimyəvi elementlərin dövrəsində iştirak edir. Yerdəki həyatı dəstəkləmək və bütün planeti bir vuruşu qaçırmadan doldurmaq üçün biosferdə ciddi şəkildə müəyyən edilmiş funksiyaları yerinə yetirirlər. Canlı maddə planetin səthində "yayılma" qabiliyyətinə malikdir; o, böyük sürətlə bütün boş yerləri tutur, bu da cansız təbiətə "həyat təzyiqi" yaradır. İnert maddə ilə müqayisədə daha çox növ müxtəlifliyi ilə xarakterizə olunur.

Lakin təsirsiz maddə kütlə və həcmdə kəskin üstünlük təşkil edir, canlı maddənin miqdarı isə kütlə üzrə biosferin təxminən 0,25%-ni təşkil edir. İtalyan təbiətşünası F.Redi hələ 16-cı əsrdə iddia edirdi ki, canlı maddə yalnız canlı maddədən yaranır və daimi qarşılıqlı təsir olsa da, canlı ilə cansız materiya arasında keçilməz sərhəd var. V.I.Vernadski (1924) biosfer haqqında doktrina ilə tənəffüs, qidalanma, canlı maddənin çoxalması, atomların biosferin inert cisimlərindən canlılara və arxaya miqrasiyası zamanı canlı və inert materiya arasında davamlı əlaqənin olduğunu müdafiə edirdi. Bu asılılıq ifadə olunur "Atomların biogen miqrasiyası qanunu" V.I.Vernadski: kimyəvi elementlərin yer səthində və bütövlükdə biosferdə miqrasiyası ya canlı maddənin birbaşa iştirakı ilə (biogen miqrasiya) həyata keçirilir, ya da geokimyəvi xüsusiyyətləri (O 2, CO 2, H) olan mühitdə baş verir. 2 və s. ) canlı materiya - həm biosferdə yaşayan, həm də geoloji tarix boyu Yerdə mövcud olanlar tərəfindən törədilir.
Mühüm nəzəri və praktiki əhəmiyyət kəsb edən bu Qanuna əsasən, yerin səthində, atmosferdə və litosferin dərinliklərində və orqanizmlərin məskunlaşdığı sularda baş vermiş və baş verən ümumi kimyəvi prosesləri dərk etmək, habelə orqanizmlərin keçmiş fəaliyyətlərindən ibarət olan geoloji təbəqələr, biotik və biogen amillər, o cümlədən təkamül faktorları nəzərə alınmadan mümkün deyil. İnsanlar ilk növbədə biosferə və onun canlı əhalisinə təsir göstərdiklərindən, bununla da atomların biogen miqrasiya şərtlərini dəyişdirərək tarixi perspektivdə daha da dərin kimyəvi dəyişikliklər üçün ilkin şərait yaradırlar. Beləliklə, proses öz-özünə inkişaf edə bilər, insan istəyindən asılı olmayaraq və praktiki olaraq qlobal miqyasda idarəolunmaz ola bilər. Beləliklə, ən aktual ehtiyaclardan biri Yerin canlı səthini nisbətən dəyişməz vəziyyətdə saxlamaqdır. Eyni Qanun, həmçinin hər hansı təbiətin transformasiyası layihələrində biotaya təsirlərin nəzərə alınması zərurətini müəyyən edir. Bu hallarda kimyəvi proseslərdə regional və yerli dəyişikliklər baş verir ki, bu da ətraf mühitin deqradasiyasında hər hansı əsas səhvlərə - səhralaşmaya gətirib çıxarır.

Aşağıdakılar fərqlənir: canlı maddənin əsas geokimyəvi funksiyaları, bunun sayəsində maddənin dövranı və enerjinin çevrilməsi və nəticədə biosferin bütövlüyü və sabit vəziyyəti təmin edilir:

- Enerji funksiyası– üzvi maddələrdə günəş enerjisinin bağlanması və saxlanması və üzvi maddələrin istehlakı və minerallaşması zamanı enerjinin sonradan yayılması. (Enerji qida zəncirləri ilə ötürüldükdə onun bir hissəsi tədricən dağılır, lakin bir hissəsi orqanizmlərin qalıqları ilə birlikdə fosil vəziyyətinə keçir, neft, kömür və s. ehtiyatları əmələ gətirir.) Bu funksiya qidalanma ilə bağlıdır, orqanizmlərin tənəffüs, çoxalma və digər həyat prosesləri.

- Qaz funksiyası- canlı orqanizmlərin yaşayış mühitinin və bütövlükdə bütün atmosferin müəyyən qaz tərkibini dəyişmək və saxlamaq qabiliyyəti. Aparıcı rol yaşıl bitkilərə aiddir, əksər canlı orqanizmlər isə tənəffüs prosesində oksigendən istifadə edir, karbon qazını atmosferə buraxır.

- Redoks funksiyası - canlı orqanizmlərin iştirakı ilə müxtəlif maddələrin oksidləşməsi və reduksiyası, bununla da həyat prosesləri üçün enerji alır. Canlı orqanizmlərin təsiri altında dəyişən valentliyə malik elementlərin atomlarının (Mn, Fe, S, P, N və s.) intensiv miqrasiyası baş verir, yeni birləşmələr yaranır, sulfidlər və mineral kükürd çökür, hidrogen sulfid əmələ gəlir və s. .

- Konsentrasiya funksiyası– canlı orqanizmlər tərəfindən ətraf mühitdən “tutulması” və onlarda biogen kimyəvi elementlərin atomlarının toplanması. Canlı maddənin bu qabiliyyəti ətraf mühitlə müqayisədə orqanizmlərdə kimyəvi elementlərin atomlarının tərkibini bir neçə dərəcə artırır. Məsələn, çəmən və qatırquyruğunda çoxlu silikon, dəniz yosunu və turşəngdə yod, mərcan qayalarında isə kalsium var.

- Dağıdıcı funksiya- orqanizmlər və onların həyat fəaliyyəti məhsulları, o cümlədən onların ölümündən sonra həm üzvi maddələrin, həm də təsirsiz maddələrin qalıqlarının məhv edilməsi. Burada reduktorlar (dağıdıcılar) mühüm rol oynayır.

- Nəqliyyat funksiyası– orqanizmlərin aktiv hərəkət forması nəticəsində maddə və enerjinin ötürülməsi. Belə köçürmə böyük məsafələrdə, məsələn, heyvanların miqrasiyasında həyata keçirilə bilər.

- Ətraf mühiti əmələ gətirən funksiya– ətraf mühitin fiziki və kimyəvi parametrlərinin transformasiyası. Bu funksiya inteqraldır, digər funksiyaların birgə fəaliyyətinin nəticəsidir.

- Səpilmə funksiyası– konsentrasiyanın əksi – maddələrin ətraf mühitə yayılması (orqanizmlər tərəfindən ifraz olunması, örtüyün dəyişməsi və s.)

- Məlumat funksiyası– canlı orqanizmlər tərəfindən müəyyən məlumatların toplanması, onların irsi strukturlarda möhkəmlənməsi və sonrakı nəsillərə ötürülməsi. Bu, uyğunlaşma mexanizmlərinin təzahürlərindən biridir.

Biosferin inkişafı prosesində fərqlənirlər üç mərhələ:

- ilkin mərhələ insanın təbiətə təsirinin əhəmiyyətsiz olduğu biosferin formalaşması və mövcudluğu;

- biotexnosfer,İnsan cəmiyyətinin fəaliyyəti biosferdə mühüm amilə çevrildikdə, təbiətdə geri dönməz mənfi nəticələrin qarşısının alınması problemi yaranır. Onun həlli yolları insanla təbiət arasındakı proseslərin qarşılıqlı faydalı olması üçün idarə edilməsindən ibarətdir;

- noosfer- ağıl sahəsi. Bu, biosferin inkişafının ən yüksək mərhələsidir, o zaman intellektual insan fəaliyyəti inkişafın əsas müəyyənedici amilinə çevrilir. Noosferdə insan böyük bir geoloji qüvvəyə çevrilir, öz işi və düşüncəsi ilə həyatının sahəsini yenidən qurur;

V.İ. Vernadski formalaşmağın və inkişafın mümkün olduğuna inanırdı nooferogenez prosesi, bunlardır:

Bütün planetdə insanların məskunlaşması;

Ölkələr arasında kommunikasiya və mübadilə vasitələrində dramatik transformasiya;

Yer kürəsinin bütün ölkələri arasında siyasi əlaqələr də daxil olmaqla əlaqələrin möhkəmləndirilməsi;

İnsanın geoloji rolunun biosferdə baş verən digər geoloji proseslərdən üstünlüyünün başlanğıcı;

Biosferin sərhədlərinin genişləndirilməsi və kosmosa daxil olması;

Yeni enerji mənbələrinin kəşfi;

Bütün irqlərdən və dinlərdən olan insanlar üçün bərabərlik;

Xarici və daxili siyasət məsələlərinin həllində kütlələrin rolunun artırılması;

elmi fikrin və elmi tədqiqatın dini, fəlsəfi və siyasi konstruksiyaların təzyiqindən azad edilməsi və dövlət sistemində azad elmi fikir üçün əlverişli şəraitin yaradılması;

Sayca artan əhalinin bütün maddi, estetik və mənəvi ehtiyaclarını ödəməyə qadir etmək üçün Yerin ilkin təbiətinin ağlabatan çevrilməsi;

Müharibələrin cəmiyyətin həyatından silinməsi.

Təəssüf ki, insan öz mövcudluğu dövründə biosferi çox dəyişdi, biosferdəki antropogen dəyişikliklər həddindən artıq çox getdi. Biosfer texnosferə çevrilir və texnogen təsir istiqaməti biosferin təkamül istiqaməti ilə birbaşa ziddiyyət təşkil edir. Yadda saxlamaq lazımdır ki, biosferi süni mühitlə əvəz etmək olmaz (“Biosferin əvəzedilməzliyi qanunu”).

Maddələrin dövranı

Biosferin mövcudluğunu davam etdirməsi və Yerdəki həyatın dayanmaması üçün onun canlı maddəsində davamlı olaraq kimyəvi çevrilmələr baş verməlidir. Başqa sözlə, biosferdə daim baş verməlidir maddələrin dövrləri.

Müəyyən dərəcədə konvensiya ilə hərəkətverici qüvvədən asılı olaraq, maddələrin dövranı daxilində geoloji, bioloji (biotik), biogeokimyəvi və antropogen dövrləri ayırd etmək olar.

Geoloji dövr(təbiətdə böyük dövran) - hərəkətverici qüvvəsi ekzogen və endogen olan maddələrin dövranı geoloji proseslər. Endogen (daxili dinamika prosesləri) Yerin daxili enerjisinin təsiri altında baş verir. Ekzogen (xarici dinamika prosesləri) Günəşin xarici enerjisinin təsiri altında baş verir.

Bioloji (biotik) dövr (biosferdəki maddələrin kiçik dövranı) hərəkətverici qüvvəsi canlı orqanizmlərin fəaliyyəti olan maddələrin dövriyyəsidir. Əsas enerji mənbəyi fotosintez yaradan günəş radiasiyasıdır.

Biogeokimyəvi dövr (biogeokimyəvi dövrlər) – qida maddələrinin mübadiləsi dövrlərindən ibarət olan bioloji dövrün bir hissəsidir.

Ekosistemlərdə biogeokimyəvi dövrlərin rolu çox böyükdür Qida maddələri- C, O 2, N 2, P, S, CO 2, H 2 O və başqaları - enerjidən fərqli olaraq, ekosistemlərdə saxlanılır və xarici mühitdən orqanizmlərə və yenidən xarici mühitə davamlı dövr edir. Bu qapalı yollar adlanır biogeokimyəvi dövrələr. Hər bir dövrədə var iki fond: ehtiyat, o cümlədən hərəkət edən maddələrin böyük kütləsi, əsasən qeyri-bioloji komponentlər və mobil və ya mübadilə fondu- təbiətdə daha aktiv, lakin daha qısamüddətli, fərqli xüsusiyyəti orqanizmlər və onların yaxın ətraf mühiti arasında sürətli mübadilədir.

Biogeokimyəvi dövrləri iki növə bölmək olar:

1) atmosferdə və hidrosferdə (okeanda) ehtiyat fondu olan qazlı maddələrin dövranı.

2) yer qabığında ehtiyat fondu olan çöküntü dövrü.

4.2.1. Azot dövrü

Azot atmosfer havasının təxminən 80%-ni təşkil edir və atmosferin ən böyük rezervuarı və təhlükəsizlik klapanıdır. Lakin əksər orqanizmlər havadan azotu qəbul edə bilmirlər. Bu arada azot tikintidə iştirak edir bütün zülallar və nuklein turşuları. Yalnız bəzi orqanizmlər havadan azotu mənimsəməyə qadirdir - paxlalı bitkilərlə simbiozda mövcud olan bakteriyalar(noxud, lobya, soya). Onlar paxlalı bitkilərin köklərinə yerləşərək kimyəvi azotun fiksasiyasının baş verdiyi düyünlər əmələ gətirirlər. Azot da udula bilər mavi-yaşıl yosunlara siyanobakteriyalar deyilir. Onlar su basmış çəltik sahələrində bitən və çəltik tinglərini əkməzdən əvvəl bu sahələri azotla gübrələyən üzən qıjı ilə simbioz yaradırlar. Birinci mərhələ atmosfer azotunun fiksasiyası ammonyak əmələ gəlməsinə gətirib çıxarır və adlanır ammonifikasiya Ammonyak bitkilər tərəfindən zülalları təşkil edən amin turşularını sintez etmək üçün istifadə olunur. İkinci mərhələ mikroorqanizmlər tərəfindən azot fiksasiyası - nitrifikasiya, bu halda yaranan ammonyak azot turşusunun duzlarına - nitratlara çevrilir. Nitratlar bitki kökləri tərəfindən sorulur və yarpaqlara nəql olunur, burada protein sintezi. Xüsusi bir bakteriya qrupu tərəfindən həyata keçirilən zülalın parçalanması prosesi deyilir denitrifikasiya. Parçalanma əvvəlcə nitratların, sonra ammonyakın və nəhayət, molekulyar azotun əmələ gəlməsi ilə baş verir. Canlı toxumalarda azotun miqdarı ekosistemlərin mübadilə fondlarında onun tərkibinin təxminən 3%-ni təşkil edir. Azot dövrünün ümumi müddəti təxminən 100 ildir.

İnsanın azot dövrünə müdaxiləsi aşağıdakı kimidir:

Azot oksidinin (NO) əmələ gəlməsi ilə nəticələnən odun və ya qalıq yanacaqların (istilik elektrik stansiyaları, motorlu nəqliyyat vasitələri, sənaye) yanması. Azot oksidi daha sonra atmosferdəki oksigenlə birləşərək azot dioksidi (NO2) əmələ gətirir, bu da su buxarı ilə reaksiya verdikdə azot turşusu (HNO3) əmələ gətirə bilər;

Azot gübrələrinin istehsalı və onların geniş tətbiqi;

Heyvandarlıq təsərrüfatlarından çirklənmiş tullantı suları, əkin yerlərindən yuyulan azot gübrələri, həmçinin təmizlənmiş və təmizlənməmiş məişət kanalizasiya suları onlara daxil olduqda su ekosistemlərində nitrat ionlarının və ammonium ionlarının miqdarının artması müşahidə olunur.

düyü. 22. Azot dövriyyəsinin sadələşdirilmiş diaqramı

düyü. 23. Azot dövrünün qrafik təsviri

Torpağın üzvi maddələrinin məhv edilməsindən də dövrədə əhəmiyyətli dəyişikliklər baş verir. Azot dövranının pozulmasının mənfi nəticələri: azot oksidləri, ammonyak və atmosfer havasının və suyun digər birləşmələri ilə çirklənməsi, qida məhsullarında nitrit və nitratların toplanması. Azot oksidləri fotokimyəvi dumanın əmələ gəlməsində iştirak edir. Şəkildə. Şəkillər 22-23 azot dövrünün diaqramlarını göstərir.

4.2.2. Karbon dövrü

CO 2 dövrəsində atmosfer fondu okeanlardakı karbon ehtiyatları, qalıq yanacaqlar və yer qabığının digər su anbarları ilə müqayisədə kiçikdir.

Atmosfer CO 2-ni Dünya Okeanı ilə intensiv şəkildə mübadilə edir, burada atmosferdəkindən 60 dəfə çoxdur, çünki CO 2 suda yaxşı həll olunur (temperatur nə qədər aşağı olarsa, bir o qədər yaxşı həll olur). Okean nəhəng nasos kimi işləyir: soyuq ərazilərdə CO 2-ni udur və tropiklərdə onu qismən üfürür. Okeandakı artıq CO 2 su ilə birləşərək karbon turşusu əmələ gətirir, Ca, K, Na ilə birləşir və dibinə çökən karbonatlar şəklində sabit birləşmələr əmələ gətirir. Okeandakı fitoplankton fotosintez prosesi vasitəsilə CO 2-ni udur. Orqanizmlər öləndə dibinə düşür və çöküntü süxurlarının bir hissəsinə çevrilirlər. Karbonun bu hissəsi bioloji dövrədən xaric edilir və maddələrin geoloji dövrünə daxil olur.

Şəkildə. Şəkil 24 və 25 karbon dövrünün sadələşdirilmiş diaqramlarını göstərir.

düyü. 24. Karbon dövrünün sadələşdirilmiş diaqramı

düyü. 25. Fotosintez və aerob tənəffüs proseslərində maddənin dövranını və enerjinin bir istiqamətli axını göstərən karbon dövrünün bir hissəsinin diaqramı

Quruda fotosintez zamanı CO 2 bitkilərin üzvi maddələrinə daxil olur. Sonra bitkilərdən karbonun əsas hissəsi heyvanların qida (trofik) zəncirlərinə daxil olur və onların orqanizmində müxtəlif növ karbohidratlar şəklində toplanır. Heyvanların əksəriyyəti nəfəs alma prosesində atmosferdən oksigeni istehlak edir və karbon qazını ona qaytarır. Bu, ən qısa dövrdür, davam edən dəqiqələrdir. Bitki və heyvanların ölü üzvi maddələri xüsusi orqanizmlər qrupu (əsasən mikroblar və göbələklər) tərəfindən ilkin minerallara və karbon qazına parçalanır və onlar da atmosferə qayıdırlar. Bu daha uzun bir dövrdür, müddəti ölü bitkilərin və heyvanların həyat müddətinə və parçalanma müddətinə bərabərdir. Bu müddət bir neçə saatdan bir neçə yüz ilə qədərdir. Bəzi karbon daha böyük və ya geoloji dövrəyə daxildir. Şəraitdən asılı olaraq, tərkibində karbon olan ölü üzvi maddələr hal-hazırda bəşəriyyət tərəfindən enerji istehsal etmək üçün istifadə edilən kömür, torf, neft, qaz və digər yanar birləşmələrə çevrilə bilər. Bu, "geologiyaya karbon itkisi" deyilən şeydir. Belə bir dövrə onlarla, yüz minlərlə və hətta milyonlarla il davam edə bilər, ardınca yanan birləşmələrin yanması, vulkanik fəaliyyət və ya müəyyən orqanizmlərin fəaliyyəti zamanı karbonun buraxılması (dövrün sonunu göstərir).

Bioloji bağlı karbonun əsas anbarı meşələrdir, onların tərkibində 500 milyard tona qədər bu element var ki, bu da onun atmosferdəki ehtiyatının 2/3 hissəsini təşkil edir. İnsanın karbon dövrünə müdaxiləsi (kömürün, neftin, qazın yanması, nəmsizləşdirmə) atmosferdə CO 2 tərkibinin artmasına və istixana effektinin inkişafına səbəb olur (bax bölmə 5.3.5).

CO 2 dövriyyəsinin sürəti, yəni atmosferdəki bütün karbon qazının canlı maddədən keçdiyi müddət təxminən 300 ildir.

4.2.3. Su dövrü

Su canlıların əhəmiyyətli bir hissəsini təşkil edir: insan orqanizmində - çəki ilə 60%, bitki orqanizmində isə 95% -ə çatır. Yerə çatan bütün günəş enerjisinin təxminən üçdə biri Yer səthində su dövranına sərf olunur. Su boşluqlarından buxarlanma atmosferdə nəm yaradır. Rütubət bulud şəklində kondensasiya olunur, buludların soyuması yağış və qar şəklində yağıntılara səbəb olur; yağıntılar torpaq tərəfindən udulur və ya dənizlərə və okeanlara axır. Quru və okean arasındakı su dövranı böyük geoloji dövrün bir hissəsidir. Ekosistemlər daxilində dövrün mərhələləri bəşəriyyət üçün vacibdir. Burada dörd proses baş verir (Şəkil 26):

- müdaxilə. Bitki örtüyü, yağışa düşən suyun bir hissəsini torpağa çatmazdan əvvəl kəsir. Tutulan su atmosferə buxarlanır. Mülayim enliklərdə kəsilmə miqdarı ümumi yağıntının 25% -ə çata bilər, bu fiziki buxarlanmadır;

- transpirasiya - suyun bitkilər tərəfindən bioloji buxarlanması. Bu yağış suyu deyil, bitkinin tərkibində olan su, yəni ekosistem suyu. Ümumi yağıntının təxminən 40%-ni istehlak edən bitkilər su dövranında böyük rol oynayır;

- infiltrasiya- suyun torpağa sızması. Bu halda, infiltrasiya edilmiş suyun bir hissəsi torpaqda daha güclü saxlanılır, torpaqda humusun yığılmasına uyğun gələn koloidal kompleks daha əhəmiyyətlidir;

- drenaj . Dövrün bu mərhələsində yağıntı ilə birlikdə düşən artıq su dənizlərə və okeanlara axır.

Karbon və azot dövriyyəsi ilə su dövrü arasındakı fərq ondan ibarətdir ki, ekosistemlərdə adları çəkilən iki element toplanır və bağlanır və su ekosistemlərdən demək olar ki, itkisiz keçir. Biosfer hər il istifadə edir biokütlənin əmələ gəlməsi 1% su yağış kimi düşdü.

düyü. 26. Təbiətdə su dövranı: hidrosferin 93%-ni təşkil edən okean suyu hər 2600 ildən bir tam inqilabı tamamlayır; çayların və göllərin suyu (hidrosferin 5,4%-i) - 3,3 il müddətinə; torpağın nəmliyi - 10-12 ay

4.2.4. Fosfor dövrü

Fosfor ən vacib biogen komponentlərdən biridir. Nuklein turşularının, hüceyrə membranlarının, enerji toplama və ötürmə sistemlərinin, sümük toxumasının və dentinin bir hissəsidir. Fosfor dövrü tamamilə canlı orqanizmlərin fəaliyyəti ilə bağlıdır.

Azot və karbondan fərqli olaraq, fosforun anbarı atmosfer deyil, keçmiş geoloji dövrlərdə əmələ gələn süxurlar və çöküntülərdir. Fosfor dövrü çöküntü dövrünün tipik nümunəsidir.

Quru ekosistemlərində bitkilər fosforu torpaqdan çıxarır (əsasən PO 3 şəklində və onu üzvi birləşmələrin (zülallar, nuklein turşuları, fosfolipidlər və s.) tərkibinə daxil edir və ya qeyri-üzvi formada qoyurlar. Fosfor daha sonra qida zəncirləri ilə ötürülür. Canlı orqanizmlərin ölümündən sonra və onların ifrazatları ilə fosfor torpağa qayıdır.

Su ekosistemlərində fosfor fitoplankton tərəfindən sorulur və qida zənciri ilə dəniz quşlarına ötürülür. Onların nəcisi (guano) ya dərhal yenidən dənizə düşür, ya da əvvəlcə sahildə toplanır, sonra isə hər halda dənizə yuyulur. Ölən dəniz heyvanlarından, xüsusən də balıqlardan fosfor yenidən dənizə və dövrəyə daxil olur, lakin bəzi balıq skeletləri böyük dərinliklərə çatır və onların tərkibindəki fosfor yenidən çöküntü süxurlarına düşür, yəni biogeokimyəvi dövrandan çıxarılır. .

Fosforlu gübrələrin düzgün istifadə edilməməsi, torpaqların su və külək eroziyası ilə çox miqdarda fosfor torpaqdan çıxarılır. Bu, bir tərəfdən, fosfor gübrələrinin həddindən artıq istehlakına və tərkibində fosfor olan filizlərin (fosforitlər, apatitlər və s.) ehtiyatlarının tükənməsinə səbəb olur. Fosforlu gübrələrin həddindən artıq tətbiqi ilə torpaq stronsium, flüor və nadir torpaq elementləri ilə həddindən artıq doyurulur. Digər tərəfdən, torpaqdan çoxlu miqdarda fosfor, azot, kükürd və s. kimi biogen elementlərin su hövzələrinə daxil olması mavi-yaşıl yosunların və digər su bitkilərinin sürətlə inkişafına (“suyun çiçəklənməsinə”) səbəb olur. evtrofikasiya su obyektləri (bax bölmə 5.4.1). Lakin fosforun böyük hissəsi dənizə daşınır.

Şəkildə. 27 biosferdə fosfor dövranını sxematik şəkildə göstərir.

düyü. 27. Biosferdə fosfor dövranı

4.2.5. Kükürd dövrü

Kükürd bütün zülalların vacib tərkib hissəsidir. Yer qabığında çoxlu kükürd var, lakin fosfordan fərqli olaraq atmosferdə ehtiyat fondu var. Kükürdün biogeokimyəvi dövrədə iştirakında əsas rol mikroorqanizmlərə aiddir. Onların bəziləri azaldıcı, digərləri isə oksidləşdirici maddələrdir. Şəkildə. 28-a və 28-b biosferdə kükürd dövranını göstərir.

düyü. 28-a. Kükürd dövrü

düyü. 28-b. Kükürd dövrü

Süxurlarda kükürd sulfidlər şəklində, məhlullarda - ion şəklində, qaz fazasında hidrogen sulfid və ya kükürd dioksid şəklində olur. Bəzi orqanizmlərdə kükürd təmiz formada toplanır və öləndə dənizlərin dibində yerli kükürd yataqları əmələ gəlir.

Quru ekosistemlərində kükürd torpaqdan bitkilərə əsasən sulfatlar şəklində daxil olur. Heyvanların kükürd birləşmələrinə ehtiyacı yalnız bitkilər tərəfindən ödənilə bilər. Canlı orqanizmlərin ölümündən sonra kükürdün bir hissəsi torpaqda mikroorqanizmlər tərəfindən hidrogen sulfidə qədər azalır, digər hissəsi sulfatlara qədər oksidləşir və yenidən dövrəyə daxil olur. Yaranan hidrogen sulfid atmosferə buxarlanır, burada oksidləşir və yağıntı ilə torpağa qaytarılır.

Kükürdün ətraf mühitə daxil olan təbii yollarına və ya mənbələrinə aşağıdakılar daxildir: vulkanlar, təbii yanğınlar, kükürd tərkibli mineralların parçalanması və üzvi maddələrin parçalanması.

Qalıq yanacaqların (xüsusilə kömürün), eləcə də kimya sənayesindən çıxan tullantıların insan tərəfindən yanması atmosferdə ən aqressiv çirkləndiricilərdən biri olan kükürd dioksidin yığılmasına səbəb olur (bax. Bölmə 5.3.4). həm quru çökmə nəticəsində, həm də turşu çöküntüsü (su buxarı ilə reaksiya) nəticəsində.

4.2.6. Oksigen dövrü

Oksigenin əsas hissəsi yerləşir bağlı vəziyyətdə: Molekulyar oksigenin miqdarı yer qabığındakı ümumi oksigenin cəmi 0,01%-ni təşkil edir.

düyü. 29. Biosferdə oksigen dövranının diaqramı

Oksigen dövranı əsasən atmosferlə canlı orqanizmlər arasında baş verir. Sərbəst oksigen atmosferə əsasən bunun nəticəsində daxil olur fotosintez yaşıl bitkilər, lakin prosesdə istehlak olunur heyvan nəfəsi, bitkilər və mikroorqanizmlər və üzvi qalıqların minerallaşması zamanı. Oksigenin əsas payı quru bitkiləri tərəfindən - demək olar ki, 3/4-ü, qalan hissəsi - Dünya Okeanının fotosintetik orqanizmləri tərəfindən istehsal olunur.

Ultrabənövşəyi şüaların təsiri altında su və ozondan az miqdarda oksigen əmələ gəlir. Vulkan püskürmələri və s. zamanı yer qabığındakı oksidləşmə proseslərinə böyük miqdarda oksigen sərf olunur. Oksigen də suyun bir hissəsi olmaqla ən vacib dövranı tamamlayır. Dövrün sürəti təxminən 2 min ildir.

Şəkildə. Şəkil 29-da biosferdə oksigen dövrünün diaqramı göstərilir.

Ekologiya Zubanova Svetlana Gennadievna

5. Ekosistemlərin təşkili (strukturu).

Ekosistemlərin uzun müddət və vahid bütövlükdə fəaliyyət göstərməsi üçün enerjini və maddələrin dövranını bağlayan və buraxan xüsusiyyətlərə malik olmalıdırlar. Ekosistemin xarici təsirlərə qarşı müqavimət mexanizmləri də olmalıdır.

Müxtəlif ekosistem modelləri var.

1. Ekosistemin blok modeli. Hər bir ekosistem 2 blokdan ibarətdir: biosenoz və biotop.

görə biogeosenoz V. N. Sukaçev , bloklar və keçidlər daxildir. Bu anlayış ümumiyyətlə torpaq sistemlərinə tətbiq edilir. Biogeosenozlarda əsas halqa kimi bitki birliyinin (çəmən, çöl, bataqlıq) olması məcburidir. Bitki əlaqəsi olmayan ekosistemlər var. Məsələn, çürüyən üzvi qalıqlar və heyvan cəsədləri əsasında əmələ gələnlər. Onlara ancaq zoosenoz və mikrobiosenozun olması lazımdır.

Hər biogeosenoz bir ekosistemdir, lakin hər ekosistem biogeosenoz deyil.

Biogeosenozlar və ekosistemlər zaman faktoruna görə fərqlənirlər. Hər hansı bir biogeosenoz potensial olaraq ölməzdir, çünki o, daim bitki foto- və ya kimosintetik orqanizmlərin fəaliyyətindən enerji alır. Həm də bitki əlaqəsi olmayan ekosistemlər, mövcudluğuna son qoyaraq, substratın parçalanması zamanı içindəki bütün enerjini buraxırlar.

2. Ekosistemlərin növ strukturu. Ekosistemi təşkil edən növlərin sayına və onların sayının nisbətinə aiddir. Növlərin müxtəlifliyi yüzlərlə və on yüzlərlədir. Ekosistemin biotopu nə qədər zəngindirsə, bir o qədər əhəmiyyətlidir. Tropik meşə ekosistemləri növ müxtəlifliyi baxımından ən zəngindir. Növlərin zənginliyi ekosistemlərin yaşından da asılıdır. Müəyyən edilmiş ekosistemlərdə adətən bir və ya 2-3 növ fərqlənir, fərdlərin sayında aydın üstünlük təşkil edir. Fərdlərin sayında açıq şəkildə üstünlük təşkil edən növlər dominantdır (latınca dom-inans - “dominant”). Həmçinin ekosistemlərdə növlər var - edifikatorlar (latınca aedifica-tor - "inşaatçı"). Bunlar ətraf mühiti təşkil edən növlərdir (ladin meşəsindəki ladin dominantlıqla yanaşı, yüksək quruculuq xüsusiyyətlərinə malikdir). Növlərin müxtəlifliyi ekosistemlərin mühüm xüsusiyyətidir. Müxtəliflik onun davamlılığının təkrarlanmasını təmin edir. Növlərin strukturu indikator bitkilər əsasında böyümə şəraitini qiymətləndirmək üçün istifadə olunur (meşə zonası - odun otqulağı, rütubət şəraitini göstərir). Ekosistemlər edifikator və ya dominant bitkilər və göstərici bitkilər adlanır.

3. Ekosistemlərin trofik quruluşu. Güc dövrələri. Hər bir ekosistemə bir neçə trofik (qida) səviyyə daxildir. Birincisi bitkilərdir. İkincisi heyvanlardır. Sonuncular mikroorqanizmlər və göbələklərdir.