Βιογεωχημικοί κύκλοι (από )

Transcript

1 Τα χθμικά ςτοιχεία (C, H, O, N, S, P κ.ά.) που είναι απαραίτθτα για τθ ςφνκεςθ των χθμικϊν ενϊςεων, από τισ οποίεσ εξαρτϊνται οι δομζσ και οι λειτουργίεσ των οργανιςμϊν, πρζπει να κυκλοφοροφν, ϊςτε να γίνονται εκ νζου διακζςιμα. Οι επαναλαμβανόμενεσ κυκλικζσ πορείεσ των χθμικϊν ςτοιχείων ςτα οικοςυςτιματα χαρακτθρίηονται ωσ βιογεωχθμικοί κφκλοι, διότι διεκπεραιϊνονται με τθ ςυμμετοχι βιολογικϊν, γεωλογικϊν και χθμικϊν διαδικαςιϊν. Ο κφκλοσ του άνκρακα Ο άνκρακασ είναι το χθμικό ςτοιχείο με βάςθ το οποίο δομοφνται όλεσ οι οργανικζσ ενϊςεισ και ςυνεπϊσ όλα τα βιολογικά μακρομόρια. Η πορεία του άνκρακα ςτα οικοςυςτιματα ακολουκεί τθ ροι τθσ ενζργειασ ς' αυτά, για τον απλό λόγο ότι θ χθμικι ενζργεια που μεταβιβάηεται από το ζνα τροφικό επίπεδο ςτο άλλο είναι δεςμευμζνθ ςτισ οργανικζσ ενϊςεισ. Ο κφκλοσ του άνκρακα ςχετίηεται με δφο βαςικζσ μεταβολικζσ διαδικαςίεσ Φωτοςφνκεςθ προςλαμβάνεται το διοξείδιο του άνκρακα προκειμζνου να χρθςιμοποιθκεί ςτθν παραγωγι γλυκόηθσ Κυτταρικι αναπνοι οξειδϊνεται θ γλυκόηθ και επιςτρζφει το διοξείδιο του άνκρακα ςτθν ατμόςφαιρα. O άνκρακασ ειςζρχεται ςτα οικοςυςτιματα με τθ μορφι του διοξειδίου του άνκρακα, το οποίο βρίςκεται ςτθν ατμόςφαιρα. Το διοξείδιο του άνκρακα παραλαμβάνεται από τουσ παραγωγοφσ προκειμζνου να μετατραπεί, με τθ διαδικαςία τθσ φωτοςφνκεςθσ, ςε γλυκόηθ.ένα μζροσ τθσ γλυκόηθσ, αλλά και άλλων ενϊςεων που ςυντίκενται από τουσ παραγωγοφσ, χρθςιμοποιείται κατά τθν κυτταρικι αναπνοι προκειμζνου να απελευκερωκεί ενζργεια για τθν κάλυψθ των αναγκϊν των παραγωγϊν Από το υπόλοιπο μζροσ τθσ οργανικισ φλθσ που ζχει παραχκεί από τουσ παραγωγοφσ ζνα μζροσ μεταβιβάηεται, ωσ τροφι, ςτουσ καταναλωτζσ, ενϊ ζνα άλλο καταλιγει ωσ νεκρι οργανικι φλθ ςτο ζδαφοσ και γίνεται τροφι για τουσ αποικοδομθτζσ μαηί με τθ νεκρι οργανικι φλθ ηωικισ προζλευςθσ Στουσ παραγωγοφσ, ςτουσ καταναλωτζσ και ςτουσ αποικοδομθτζσ, θ οργανικι φλθ οξειδϊνεται, με αποτζλεςμα αφ' ενόσ τθν απελευκζ-ρωςθ ενζργειασ που χρθςιμοποιείται για τθν κάλυψθ των ενεργειακϊν τουσ αναγκϊν και αφ' ετζρου τθν παραγωγι διοξειδίου του άνκρακα που επιςτρζφει ςτθν ατμόςφαιρα. Η ςυςτθματικι χριςθ ορυκτϊν καυςίμων και θ καταςτροφι των δαςϊν οδιγθςε ςτθν απελευκζρωςθ τεράςτιων ποςοτιτων διοξειδίου του άνκρακα ςτθν ατμόςφαιρα με δυςμενείσ κλιματικζσ μεταβολζσ(φαινόμενο κερμοκθπίου)

2 Ο κφκλοσ του αηϊτου Το άηωτο αποτελεί ζνα ςθμαντικό χθμικό ςτοιχείο για τθ ηωι, κακϊσ είναι ςυςτατικό πολλϊν βιομορίων νουκλεϊκϊν οξζων πρωτεϊνϊν Φωςφολιπιδίων Το άηωτο αφκονεί ςτθν ατμόςφαιρα, όπου αποτελεί το 78% κ.ό., αλλά δεν μπορεί να αξιοποιθκεί από τουσ παραγωγοφσ ςτθ μορφι με τθν οποία βρίςκεται ς' αυτι (μοριακό άηωτο). Για το λόγο αυτό θ ειςαγωγι του ατμοςφαιρικοφ αηϊτου ςτισ τροφικζσ αλυςίδεσ των οικοςυςτθμάτων γίνεται με τθ διαδικαςία τθσ αηωτοδζςμευςθσ, θ οποία μετατρζπει το ατμοςφαιρικό άηωτο ςε μορφζσ αξιοποιιςιμεσ από τουσ παραγωγοφσ. ατμοςφαιρικι αηωτοδζςμευςθ το άηωτο τθσ ατμόςφαιρασ αντιδρά είτε με τουσ υδρατμοφσ, ςχθματίηοντασ αμμωνία, είτε με το ατμοςφαιρικό οξυγόνο, ςχθματίηοντασ νιτρικά ιόντα. Η απαραίτθτθ ενζργεια προςφζρεται από τισ θλεκτρικζσ εκκενϊςεισ (αςτραπζσ, κεραυνοί). Η αμμωνία και τα νιτρικά ιόντα μεταφζρονται με τθ βροχι ςτο ζδαφοσ. Η ατμοςφαιρικι αηωτοδζςμευςθ κατζχει το 10% τθσ ςυνολικισ αηωτοδζςμευςθσ. Αηωτοδζςμευςθ βιολογικι αηωτοδζςμευςθ πραγματοποιείται από ελεφκερουσ ι ςυμβιωτικοφσ μικροοργανιςμοφσ. Σθμαντικότερα αηωτοδεςμευτικά βακτιρια είναι αυτά που ηουν ςυμβιωτικά ςτισ ρίηεσ των ψυχανκϊν (όπωσ είναι το τριφφλλι, θ μπιηελιά, θ φαςολιά, θ φακι, θ ςόγια) ςε ειδικά εξογκϊματα (φυμάτια). Αυτά τα βακτιρια ζχουν τθν ικανότθτα να δεςμεφουν το ατμοςφαιρικό άηωτο και να το μετατρζπουν ςε νιτρικά ιόντα, τα οποία μποροφν να απορροφθκοφν από τα ψυχανκι. Η βιολογικι αηωτοδζςμευςθ κατζχει το 90% τθσ ςυνολικισ αηωτοδζςμευςθσ. Οι βαςικζσ διαδικαςίεσ που ςχετίηονται με τον κφκλο του αηϊτου Πρόςλθψθ από τα φυτά Τα φυτά χρθςιμοποιοφν τα νιτρικά ι τα αμμωνιακά ιόντα που προςλαμβάνουν από το ζδαφοσ (είτε με τθ διαδικαςία τθσ ατμοςφαιρικισ είτε με αυτιν τθσ βιολογικισ αηωτοδζςμευςθσ) προκειμζνου να ςυνκζςουν τισ αηωτοφχεσ ενϊςεισ τουσ όπωσ τισ πρωτεΐνεσ και τα νουκλεϊκά οξζα. Αποικοδόμθςθ Πραγματοποιείται κυρίωσ από βακτιρια και μφκθτεσ του εδάφουσ. Με τθ διαδικαςία αυτι το άηωτο που είναι εγκλωβιςμζνο ςτθ νεκρι οργανικι φλθ μετατρζπεται ςε αμμωνία ΝΗ 3 ι ΝΗ 4 Νιτροποίθςθ Η αμμωνία που ςυγκεντρϊνεται ςτο ζδαφοσ, υφιςτάμενθ τθ δράςθ των νιτροποιθτικϊν βακτθρίων του εδάφουσ, μετατρζπεται τελικά ςε νιτρικά ιόντα τα οποία παραλαμβά-νονται από τα φυτά. Απονιτροποίθςθ Πραγματοποιείται από τα απονιτροποιθτικά βακτιρια του εδάφουσ με τθ μετατροπι των νιτρικϊν ιόντων ςε μοριακό άηωτο, το οποίο επιςτρζφει ςτθν

3 ατμόςφαιρα Κατανάλωςθ Το άηωτο που περιζχεται ςτισ αηωτοφχεσ ενϊςεισ των παραγωγϊν διακινείται μζςω των τροφικϊν αλυςίδων ςτισ διάφορεσ τάξεισ των καταναλωτϊν προκειμζνου να χρθςιμοποιθκεί για τθν παραγωγι πρωτεϊνϊν Οι βαςικζσ διαδικαςίεσ που ςχετίηονται με τον κφκλο του αηϊτου ςχθματικά ατμοςφαιρικι αηωτοδζςμευςθ Πρόςλθψθ από τα φυτά Αποικοδόμθςθ Διαδικαςίεσ που ςχετίηονται με τον κφκλο του αηϊτου βιολογικι αηωτοδζςμευςθ Κατανάλωςθ Νιτροποίθςθ Απονιτροποίθςθ Μικροοργανιςμοί που ςυμμετζχουν ςτον κφκλο του αηϊτου Νιτροποιθτικά βακτιρια Αποικοδομθτζσ (βακτιρια και μφκθτεσ του εδάφουσ) Μικροοργανιςμοί που ςυμμετζχουν ςτον κφκλο του αηϊτου Απονιτροποιθτικά βακτιρια Αηωτοδεςμευτικοί οργανιςμοί ςυμβιωτικοί μικροοργανιςμοί. Ελεφκεροι μικροοργανιςμοί (π.χ αηωτοδεςμευτικά βακτιρια ςτισ ρίηεσ των ψυχανκϊν) Παρζμβαςθ του ανκρϊπου ςτον κφκλο του αηϊτου Ο άνκρωποσ επθρεάηει τον κφκλο του αηϊτου ειςάγοντασ αηωτοφχα λιπάςματα ςτα αγροτικά οικοςυςτιματα προκειμζνου να αυξιςει τθν παραγωγικότθτά τουσ. Στο παρελκόν χρθςιμοποιοφνταν για το ςκοπό αυτό περιττϊματα ηϊων (κοπριά). Μετά τθν ανακάλυψθ τθσ μεκόδου παραγωγισ αηωτοφχων λιπαςμάτων από το ατμοςφαιρικό άηωτο, τα οργανικά φυςικά λιπάςματα αντικαταςτάκθκαν από τα βιομθχανικά, που μάλιςτα χρθςιμοποιοφνται ςε τεράςτιεσ ποςότθτεσ. Ωςτόςο λιγότερο από το ζνα τρίτο τθσ εκάςτοτε προςτικζμενθσ ςτο ζδαφοσ ποςότθτασ προςλαμβάνεται από τα καλλιεργοφμενα φυτά. Το υπόλοιπο παραςφρεται από τθ βροχι και καταλιγει ςτα γλυκά ι ςτα καλαςςινά νερά οδθγϊντασ ςτο φαινόμενο του ευτροφιςμοφ. Οι δφο πιο οικολογικοί τρόποι εμπλουτιςμοφ του εδάφουσ ςε άηωτο είναι θ αγρανάπαυςθ και θ αμειψιςπορά (θ εναλλαγι ςτθν καλλιζργεια ςιτθρϊν και

4 ψυχανκϊν, ζτςι ϊςτε το ζδαφοσ να εμπλουτίηεται με άηωτο και να μθν εξαςκενεί). Η παραδοςιακι γεωργικι πρακτικι τθσ αμειψιςποράσ αξιοποιεί τθν ιδιότθτα των ψυχανκϊν να φζρουν ςτισ ρίηεσ τουσ αηωτοδεςμευτικά βακτιρια

5 Το νερό Η 2 Ο καλφπτει το μεγαλφτερο τμιμα τθσ Γθσ, οριοκετεί τα υδάτινα οικοςυςτιματα και κακορίηει τισ ιδιότθτζσ τουσ. είναι το μζςο με το οποίο τα κρεπτικά ςυςτατικά ειςζρχονται και κυκλοφοροφν ςτο εςωτερικό των αυτότροφων οργανιςμϊν. αποτελεί το 75% του νωποφ βάρουσ των ηωντανϊν ιςτϊν ςυμβάλλει ςτθ κερμορρφκμιςθ τόςο των φυτικϊν όςο και των ηωικϊν οργανιςμϊν. χρθςιμοποιείται επίςθσ ςτθ φωτοςφνκεςθ των φυτικϊν οργανιςμϊν. Ο κφκλοσ του νεροφ εξάτμιςθ διαπνοι των φυτϊν κατακρθμνίςεισ Το νερό απομακρφνεται με τθ μορφι υδρατμϊν είναι θ απομάκρυνςθ του Με τθ βροχι, το χιόνι, και το χαλάηι, το νερό από οποιαδιποτε νεροφ μζςω των απομακρφνεται από τθν επιφάνεια. ςτομάτων, (των πόρων ατμόςφαιρα και γίνεται Η εξάτμιςθ του νεροφ από τθν επιφάνεια των φφλλων ονομάηεται επιδερμικι εξάτμιςθ δθλαδι τθσ επιδερμίδασ) των φφλλων. διακζςιμο ςτα υδάτινα και ςτα χερςαία οικοςυςτιματα. Υδάτινα οικοςυςτιματα. Η ανταλλαγι του νεροφ μεταξφ των ωκεανϊν και τθσ ατμόςφαιρασ αποτελεί ζνα ςχετικά απλό μθχανιςμό, κακϊσ περιλαμβάνει μόνο τισ διαδικαςίεσ τθσ εξάτμιςθσ και των κατακρθμνίςεων. Χερςαία οικοςυςτιματα. Το νερό που πζφτει ςτθν ξθρά μπορεί: Να εξατμιςτεί. Να ειςχωριςει ςτο υπζδαφοσ και ςτο ςφςτθμα των υπόγειων υδάτων. Να προςλθφκεί από τα φυτά και να απομακρυνκεί με τθ διαπνοι. Να απομακρυνκεί με τθν επιφανειακι απορροι από το χερςαίο περιβάλλον. Άρα το τμιμα του κφκλου που αφορά τθν ξθρά είναι περιςςότερο πολφπλοκο Ο ρόλοσ των φυτϊν ςτον κφκλο του νεροφ Τα φυτά παίηουν κακοριςτικό ρόλο ςτθν απορρόφθςθ του νεροφ από το ζδαφοσ. Σε μικρζσ λεκάνεσ απορροισ, όπου αφαιρζκθκαν όλα τα δζντρα, ο όγκοσ του επιφανειακοφ νεροφ αυξικθκε πάνω από 200%. Το νερό αυτό κατζλθξε ςτθ κάλαςςα, ενϊ, αν είχε διειςδφςει ςτο ζδαφοσ, κα είχε αποδοκεί πίςω ςτθν ατμόςφαιρα με τθ διαπνοι. Τα επιφανειακά ρζοντα φδατα απομακρφνουν και τα κρεπτικά ςυςτατικά τα οποία με μακροχρόνιεσ διαδικαςίεσ γίνονται διακζςιμα ςτουσ οργανιςμοφσ. Αυτά τα ςυςτατικά κα καταλιξουν τελικά ςτουσ υδάτινουσ αποδζκτεσ. Γι αυτό το λόγο τα δζλτα των ποταμϊν εμφανίηουν πολφ υψθλι

6 παραγωγικότθτα. Βιογεωχημικοί κύκλοι (από )