ΒΙΟΓΕΩΧΗΜΙΚΟΙ ΚΥΚΛΟΙ Βιογεωχημικός κύκλος

Transcript

1 ΒΙΟΓΕΩΧΗΜΙΚΟΙ ΚΥΚΛΟΙ Βιογεωχημικός κύκλος ενός στοιχείου είναι, η επαναλαμβανόμενη κυκλική πορεία του στοιχείου στο οικοσύστημα. Οι βιογεωχημικοί κύκλοι, πραγματοποιούνται με την βοήθεια, βιολογικών, γεωλογικών και χημικών φαινομένων. Τα χημικά στοιχεία στοιχεία (C, H, O, N, S, P κ.ά.) που είναι απαραίτητα για τη σύνθεση των χημικών ενώσεων, πρέπει να κυκλοφορούν, ώστε να γίνονται εκ νέου διαθέσιμα.

2 ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ Ο άνθρακας είναι το στοιχείο, από το οποίο είναι δομημένα όλα τα βιολογικά μακρομόρια ( πρωτεΐνες, DNA, υδατάνθρακες, λιπίδια ). Ο άνθρακας εισέρχεται και εξέρχεται από τα οικοσυστήματα, σαν διοξείδιο του άνθρακα το οποίο ανταλλάσσεται μεταξύ ατμόσφαιρας και βιοτικών παραγόντων του οικοσυστήματος. Με τη φωτοσύνθεση εισέρχεται ο άνθρακας με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα στο οικοσύστημα και με τη κυτταρική αναπνοή επιστρέφει στην ατμόσφαιρα.

3 φωτοσύνθεση και κυτταρική αναπνοή φωτοσύνθεση ατμόσφαιρα CO 2 βιοτικοί παράγοντες CO 2 κυτταρική αναπνοή αποικοδόμηση φωτοσύνθεση και κυτταρική αναπνοή H φωτοσύνθεση και η κυτταρική αναπνοή, είναι δύο αντίστροφες διαδικασίες. Κατά τη φωτοσύνθεση δεσμεύεται από την ατμόσφαιρα, διοξείδιο του άνθρακα και ηλιακή ενέργεια, ενώ κατά την κυτταρική αναπνοή αποδίδεται ενέργεια στους οργανισμούς για τη κάλυψη των ενεργειακών τους αναγκών και ταυτόχρονα, απελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα, στην ατμόσφαιρα.

4 ο κύκλος του άνθρακα ( σχηματικά ) ( ατμόσφαιρα ) CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 φωτοσύνθεση κυτταρική αναπνοή οξείδωση οργανικής ύλης οξείδωση οργανικής ύλης παραγωγοί καταναλωτές α τάξης καταναλωτές β τάξης νεκρή νεκρή νεκρή οργανική ύλη οργανική ύλη οργανική ύλη αποικοδομητές οξείδωση οργανικής ύλης Οι παραγωγοί εκτός από γλυκόζη συνθέτουν και άλλες οργανικές ενώσεις. Ένα μέρος της οργανικής ύλης θα χρησιμοποιηθεί για τις ενεργειακές ανάγκες των φυτών, ένα άλλο μεταφέρεται ως τροφή στους καταναλωτές ενώ το υπόλοιπο καταλήγει στους αποικοδομητές.

5 Ανθρώπινη παρέμβαση στο κύκλο του άνθρακα ανθρώπινη παρέμβαση αύξηση της παραγόμενης ποσότητας CO 2 λόγω εντατικής εξόρυξης ορυκτών καυσίμων λόγω αυξανόμενων ενεργειακών αναγκών για τις ανάγκες της βιομηχανίας και των μεταφορών μείωση των φωτοσυνθετικών οργανισμών (δασών) λόγω α) αυξημένης υλοτόμησης για την εκμετάλλευση των προϊόντων ξυλείας β) εκχέρσωση για την ανεύρεση χώρων κατοικίας και καλλιέργειας

6 Να επισημάνουμε 1. η γλυκόζη Η μοναδική οργανική ένωση ( ένωση του άνθρακα ) που παράγεται κατά την φωτοσύνθεση, είναι η γλυκόζη. Στην συνέχεια παράγονται από αυτήν άλλες οργανικές ενώσεις. 2. περισσότερα στοιχεία για την κυτταρική αναπνοή Η κυτταρική αναπνοή είναι μια διαδικασία που γίνεται σε όλους τους οργανισμούς και όχι μόνο στους παραγωγούς όπως η φωτοσύνθεση. Επιπλέον, γίνεται διαρκώς και όχι μόνο στη διάρκεια της ημέρας. Κατά τη κυτταρική αναπνοή, από χημικής απόψεως, συμβαίνει οξείδωση της γλυκόζης και των άλλων οργανικών ενώσεων που παράγονται από αυτήν, με αποτέλεσμα να προκύπτει διοξείδιο του άνθρακα. 3. η ανθρώπινη παρέμβαση στο κύκλο του άνθρακα H ανθρώπινη παρέμβαση στον κύκλο του άνθρακα έχει δύο όψεις. Αφενός με την αύξηση των καύσεων αυξάνονται οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, αφετέρου με τη μείωση των παραγωγών, μειώνεται ο ρυθμός απομάκρυνσης του, μέσω της φωτοσύνθεσης. Ο συνδυασμός αυτών των δύο,οδηγεί σε βαθμιαία αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. 4. το διοξείδιο του άνθρακα και το φαινόμενο του θερμοκηπίου Η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, ευθύνεται για το φαινόμενο του θερμοκηπίου, κάτι που οδηγεί σε δραματική αλλαγή του κλίματος σε ολόκληρο το πλανήτη.

7 ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ Το άζωτο είναι συστατικό πολλών βιομορίων, όπως των νουκλεϊκών οξέων και των πρωτεϊνών. Το άζωτο δεν μπορεί να αξιοποιηθεί από τους παραγωγούς, στη μορφή που βρίσκεται. Για αυτό η εισαγωγή του ατμοσφαιρικού αζώτου στις τροφικές αλυσίδες γίνεται με τη διαδικασία της αζωτοδέσμευσης που μετατρέπει το ατμοσφαιρικό άζωτο σε μορφές αξιοποιήσιμες από τους παραγωγούς.

8 ατμοσφαιρική αζωτοδέσμευση η ατμοσφαιρική αζωτοδέσμευση αποτελεί το 10% της συνολικής αζωτοδέσμευσης αμμωνία Α. δημιουργία αμμωνίας και νιτρικών ιόντων στην ατμόσφαιρα άζωτο + υδρογόνο αμμωνία η απαιτούμενη ενέργεια εξασφαλίζεται από άζωτο + οξυγόνο νιτρικά ιόντα ηλεκτρικές εκκενώσεις (αστραπές, κεραυνοί) Η αμμωνία και τα νιτρικά ιόντα μεταφέρονται με τη βροχή στο έδαφος Β. η αμμωνία μετατρέπεται σε νιτρικά ιόντα στο έδαφος αμμωνία νιτρικά ιόντα η μετατροπή γίνεται με τη βοήθεια των νιτροποιητικών βακτηρίων Γ. τα φυτά προσλαμβάνουν από το έδαφος τα νιτρικά ιόντα. Το άζωτο μόνο με τη μορφή νιτρικών ιόντων προσλαμβάνεται από τα φυτά, από το έδαφος.

9 βιολογική αζωτοδέσμευση Η βιολογική αζωτοδέσμευση αποτελεί το 90% της συνολικής αζωτοδέσμευσης και γίνεται με τη βοήθεια ελεύθερων και συμβιωτικών αζωτοδεσμευτικών βακτηρίων. Τα αζωτοδεσμευτικά βακτήρια δεσμεύουν το ατμοσφαιρικό άζωτο μετατρέποντας το σε νιτρικά ιόντα. Τα συμβιωτικά αζωτοδεσμευτικά βακτήρια ζουν στις ρίζες των ψυχανθών σε ειδικά εξογκώματα που λέγονται φυμάτια. Αυτός είναι ο λόγος που τα ψυχανθή ( τριφύλλι, μπιζελιά, φασολιά, φακή, σόγια ) είναι πλούσια σε πρωτεΐνες.

10 η ολοκλήρωση του κύκλου του αζώτου Από τα φυτά ( ψυχανθή ή άλλα φυτά ) ένα μέρος του αζώτου, μέσω των τροφικών σχέσεων μεταφέρεται στους καταναλωτές. Τα φυτά και τα ζώα, εγκαταλείπουν νεκρή οργανική ύλη στο έδαφος που περιέχει άζωτο. Επιπλέον από τα ζώα αποβάλλονται και αζωτούχα προϊόντα του μεταβολισμού τους. Όλες αυτές οι ουσίες διασπώνται από τους αποικοδομητές, με μια διαδικασία που καταλήγει στη δημιουργία αμμωνίας. φυτά ζώα ψυχανθή αποικοδομητές νιτρικά ιόντα αμμωνία Τα νιτρικά ιόντα, μπορεί να δεσμευθούν από τα φυτά ή με τη βοήθεια των απονιτροποιητικών να μετατραπούν σε άζωτο που επιστρέφει στην ατμόσφαιρα

11 ανθρώπινη παρέμβαση στο κύκλο του αζώτου ανθρώπινη παρέμβαση εισαγωγή νιτρικών λιπασμάτων σε αγροτικά οικοσυστήματα για αύξηση της παραγωγικότητας οργανικά : περιττώματα ζώων λιπάσματα βιομηχανικά : χρήση τεράστιων ποσοτήτων. Μόνο το 1/3 αξιοποιείται, τα 2/3 καταλήγουν στα υδάτινα οικοσυστήματα και συμβάλλουν στο φαινόμενο του ευτροφισμού

12 δύο οικολογικοί τρόποι εμπλουτισμού του εδάφους σε άζωτο οικολογικοί τρόποι εμπλουτισμού του εδάφους σε άζωτο Οι δύο πιο οικολογικοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να γίνει εμπλουτισμός του εδάφους σε άζωτο είναι, η αγρανάπαυση και η αμειψισπορά. 1. Αγρανάπαυση είναι η παραμονή ενός αγρού ακαλλιέργητο, για ορισμένο χρονικό διάστημα ώστε να εμπλουτισθεί το έδαφος με θρεπτικά συστατικά. 2. Αμειψισπορά είναι η εναλλαγή καλλιέργειας σιτηρών και ψυχανθών, έτσι ώστε το έδαφος να εμπλουτίζεται με άζωτο και να μην εξασθενεί. Τα ψυχανθή φέρουν στις ρίζες τους, αζωτοδεσμευτικά βακτήρια που αξιοποιεί η παραδοσιακή γεωργική πρακτική της αμειψισποράς.

13 ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Το νερό, αποτελεί σημαντικό τμήμα των ζωντανών ιστών περίπου το 75% του βάρους τους. Συμβάλλει στη θερμορύθμιση των φυτικών όσο και των ζωικών οργανισμών. Χρησιμοποιείται επίσης στη φωτοσύνθεση των φυτικών οργανισμών.

14 ο κύκλος του νερού ( σχηματικά ) κατακρημνίσεις νερό της ατμόσφαιρας υδάτινα και χερσαία οικοσυστήματα εξάτμιση - διαπνοή Ο κύκλος του νερού σε ένα υδάτινο οικοσύστημα είναι απλός, αφού περιλαμβάνει μόνο τις κατακρημνίσεις και την εξάτμιση. Σε ένα χερσαίο οικοσύστημα όμως είναι πιο περίπλοκος αφού το νερό που πέφτει στο έδαφος μπορεί να ακολουθήσει διαφορετικές πορείες.

15 Το νερό και τα φυτά Το νερό του εδάφους, που είναι πλούσιο σε θρεπτικά στοιχεία, απορροφάται από τις ρίζες των φυτών και κυκλοφορεί στο εσωτερικό τους. Η εξάτμιση του νερού από την επιφάνεια των φύλλων : επιδερμική εξάτμιση εξάτμιση του νερού από την επιφάνεια διαπνοή είναι η απομάκρυνση του νερού μέσω των στομάτων των φύλλων. δηλαδή των πόρων της επιδερμίδας των φύλλων. Η διαπνοή αποτελεί την «κινητήρια δύναμη» για τη μεταφορά των θρεπτικών στοιχείων στο εσωτερικό των φυτικών οργανισμών και αποτελεί πύλη εισόδου των στοιχείων που εισέρχονται στα οικοσυστήματα μέσω των φυτών. Μέσω των στομάτων γίνεται επίσης η ανταλλαγή των αερίων μεταξύ των φυτών και της ατμόσφαιρας ( είσοδος διοξειδίου του άνθρακα και αποβολή οξυγόνου κατά τη φωτοσύνθεση, αντίστροφα κατά την αναπνοή).

16 Δυνατότητες του νερού της ξηράς 1. εξάτμιση 2. είσοδος στο υπέδαφος και στο σύστημα των υπόγειων υδάτων* 3. πρόσληψη από τα φυτά και να απομάκρυνση με τη διαπνοή 4. επιφανειακή απορροή ( μεταφορά νερού από τη ξηρά σε υδάτινα οικοσυστήματα )** * ο ρόλος των φυτών στην απορρόφηση του νερού από το έδαφος είναι καθοριστικός. ** τα επιφανειακά ρέοντα ύδατα μεταφέρουν θρεπτικά συστατικά στους υδάτινους αποδέκτες.

17 ο ρόλος των φυτών στη ροή του νερού Τα φυτά παίζουν καθοριστικό ρόλο στην απορρόφηση του νερού από το έδαφος. Αν αφαιρεθούν όλα τα δέντρα από μικρές λεκάνες απορροής αυξάνεται ο όγκος του επιφανειακού νερού που καταλήγει στη θάλασσα. Τα επιφανειακά νερά που ρέουν απομακρύνουν και τα θρεπτικά συστατικά που με μακροχρόνιες διαδικασίες γίνονται διαθέσιμα στους οργανισμούς. Αυτά τα συστατικά θα καταλήξουν τελικά στα υδάτινα οικοσυστήματα Έτσι τα δέλτα των ποταμών εμφανίζουν πολύ υψηλή παραγωγικότητα.