Biogeokémiai ciklusok

A kémiai anyagok körforgása az élettelen környezetből az élőlényekbe, majd az élőlényekből vissza az élettelen környezetbe.
A bioszféra anyag- és energiaforgalma során a különböző elemek folyamatos körforgásban vannak. A biológiailag fontos elemek részt vesznek az élőlénytársulások anyagcsere folyamataiban, majd ismét visszajutnak az élettelen környezetbe.
Az egyes elemek körforgalmát nagymértékben befolyásolják az állatok, növények és a különféle mikroorganizmusok anyagcsere-folyamatai, melyek során az élettelen környezetből felvett anyagokat különböző oxidált és redukált formáiba alakítják át.
A különböző elemek ciklusai kapcsolatban állnak egymással és kölcsönösen befolyásolják egymást.
A legfontosabb biogén elemek közé tartozik a szén, a hidrogén, a nitrogén, az oxigén, a foszfor és a kén. Ezek alkotják az élő szervezetek anyagának több mint 95%-át.
Az ember megjelenésével, termelési és fogyasztási szokásai révén, átalakítja-módosítja e ciklusokat.

Karbon-ciklus, Szén-ciklus

A szén a természetben a szerves anyagokon kívül a légkörben és a szerves eredetű, biogén kőzetekben fordul elő.
Körforgalma a termelő szervezetek szén-dioxid fixációja és szervesanyag előállítása, valamint a lebontó élőlények szervesanyag fogyasztása és szén-dioxid kibocsátása köré szerveződik.
A légkörben CO2 formájában → fotoszintézis → szerves anyag.
Növényevők légzése, elhalt élőlényeket lebontók → CO2 visszakerül a környezetbe.
A talajon, talajban nagyobb mennyiségű C raktározódik szerves maradványok, humusz formájában.

carbon cycle

A szárazföldi élővilág jelentős szénforrás, azonban C-tartalma évről évre csökken a bioszféra-pusztítás miatt.
Erdőirtás → évente több millió tonna C jut a légkörbe. Csökken a zöld felület, a fotoszintézis mértéke. Kevesebb CO2 vonódik el a légkörből, ami hozzájárul a globális felmelegedéshez. Természetkárosító hatása a fajpusztulás és a talajerózió.
A fosszilis tüzelőanyagok elégetésével is C kerül a levegőbe, az égés során CO, CO2, korom keletkezik.
A felszíni vizekben az oldott CO2-t tudják hasznosítani az élőlények a fotoszintézishez. Fitoplankton → tengeri állatok → elhalt szerves anyag → majd ebből jut a mélységi vizekbe és az üledékbe (fosszilis tüzelőanyagok), ill. a felszíni vizekben tovább áramlik.

Oxigén-ciklus

Az oxigén a földi bioszféra, a légkör, a tengerek és a szárazföldek tömegének leggyakoribb kémiai eleme.
A természetben szabadon főként O2 formában, vagy kötötten vegyületeiben pl.: SiO2, H2O fordul elő.
Egyike a levegő gáz fázisú állandó komponenseinek, a földi légkör kb. 21%-a O2. Napsugárzás (UV) révén hasad O’+O2 g O3(ózon),  labilitása miatt folyton képződik, elbomlik (ózonpajzs).
Az oxigén ciklus legfőbb tényezője a fotoszintézis. A fotoszintézis oxigént szabadít fel, amely a légkörbe kerül. A biológiai oxidáció (légzés) és az élőlények pusztulása (bomlás) révén kikerül onnan.
Az oxigén-ciklus nem független a többi biogeokémiai elem körforgásától.

oxygen cycle

 

Nitrogén-ciklus

A nitrogén változatos formában fordul elő. Egyike a levegő gáz fázisú állandó komponenseinek, a földi légkör kb. 78%-a. Fehérjék, nukleinsavak, humuszmolekulák fontos építőeleme, a földi élethez nélkülözhetetlen. Legnagyobb raktár: a litoszféra, de a mobilis N fő forrása a légköri N2. Csak bizonyos fajok képesek a nitrogént megkötni. Talajok és vizek különböző élettereiben szabadon élő baktériumok pl.: Azotobacter ssp, vagy pedig magasabb rendűekkel szimbiotikus kapcsolatra lépett mikrobák pl.: pillangósvirágúak gyökérgumóiban Rhizobium fajok. Ezen mikroszervezetekbe és szimbiontáikba épült N, elpusztulásuk után mineralizálódik, ammónia (NH3) vagy ammóniumsók keletkeznek (ez ammonifikáció) → ’majd O2 jelenlétében nitritté (NO2 ), majd nitráttá (NO) alakul. Ez utóbbi 2 vegyület felvehető a növények számára. A növényekben, mikrobákban asszimilált nitrogén a táplálkozási láncolatokon keresztül az egész élővilágban elterjed. Talajból denitrifikáció révén N2 keletkezik, mely visszajut a légkörbe (N2O és ammónium). Légkörből (pl. villám) N-oxidok a csapadékkal juthatnak a talajba. Az atmoszféra és a vízfelületek között nagy a N-forgalom.
A biológiailag fixált és csapadékvízben oldott és adszorbeálódott N-vegyületek nedves ill. száraz ülepedéssel jutnak a vízbe → innen az élővilág révén N2, N2O-ként jut a légkörbe.
Az emberi tevékenység is befolyásolja a nitrogén körforgását.  Műtrágyázás → talajvízben túl sok nitrát. Hozzájárul az eutrofizálódáshoz (bár az eutrofizálódást főleg a foszfátos műtrágyák okozzák). Közlekedés, ipar → illékony N-vegyületek.

nitrogen cycle

 

Foszfor-ciklus

A foszfor az élőlények nélkülözhetetlen alkotóeleme, a nukleinsavak, foszfolipidek stb. és az energetikai anyagcsere központi molekulájának, az ATP-nek elengedhetetlen alkotóeleme.
A természetben szinte kizárólag foszfátok formájában, elsősorban kalcium- és vasvegyületekben vagy talajokban szerves foszfátokban fordul elő.
A kőzetekből mállás és kimosódás útján jut a talajba, vagy a vizekbe, bekerül a táplálékláncba, az élőlények pusztulása után pedig a lebontó szervezetek mineralizálják. A sekély tengerekben mennyiségét az élővilág felhasználása, ragadozó madarak → guano, halászat befolyásolja, míg a mélytengerek üledékeiben nagyobb koncentrációban fordul elő. A túlzott mezőgazdasági foszfor-műtrágyázás, valamint a szennyvizekkel élővizekbe kerülő oldott foszfátok az eutrofizáció fő okozói.

phosphorus cycle

 

Kén-ciklus

A kén a fehérjék a vitaminok esszenciális komponense, különböző mikroorganizmusok energiaszerző folyamataiban elengedhetetlen szerepet játszik. A kén csak kis mennyiségben található meg az atmoszférában, tartalékok az üledékes kén tartalmú kőzetekben vannak. A kőzetek mállásakor keletkező szulfátot (SO42-) a növények felveszik és beépítik a sejtjeikbe, a táplálékláncon keresztül bejut az állatok és az emberek szervezetébe. Az elpusztult élőlényekből a szulfátredukáló baktériumok alakítják át a ként H2S formába ami a légkörbe jut. A különböző baktériumok elemi kénné alakítják tovább és beépítik a kőzetekbe vagy a szulfidoxidáló baktériumok szulfáttá alakítják és a ciklus újraindul.
Vulkánkitörés, fosszilis energiahordozók égetése → SO2 , SO3 kerül az atmoszférába → vízzel reakcióba lépve savas esőként visszakerülnek a lito- és hidroszférába.

sulfur cycle

 

Forrás, irodalom, képek:

http://scied.ucar.edu/carbon-cycle-diagram-doe
http://global.britannica.com/science/oxygen-cycle
http://www.physicalgeography.net/fundamentals/9s.html
http://www.shmoop.com/ecology/phosphorus-cycle.html
http://justpict.com/sulfur-cycle-image.html

 

 

Share This:

 
Loading Facebook Comments ...

Leave a Comment