Chu kỳ nguyên liệu: Chu trình dinh dưỡng, Carbon, Nitơ và Lưu huỳnh

Chu kỳ nguyên liệu: Chu trình dinh dưỡng, Carbon, Nitơ và Lưu huỳnh!

Chu trình dinh dưỡng:

Việc cung cấp các chất dinh dưỡng khác ngoài carbon dioxide, cho một hệ sinh thái chủ yếu đến từ đất, nhưng cũng ở một mức độ nhỏ hơn từ không khí, trong mưa và tuyết, và dưới dạng bụi.

Việc cung cấp nhiều chất dinh dưỡng khá hạn chế vì chúng bị thiếu hụt trong đất và trong các nguồn khác. Các chất dinh dưỡng được tuần hoàn theo cách mà cả hai được kết hợp vào thực vật và động vật, hoặc các chất khác được tạo sẵn cho sự hấp thụ của thực vật bằng cách phân hủy xác thực vật và động vật chết.

Các con đường từ nguồn đến chìm và trở lại nguồn, được gọi là chu kỳ nguyên tố và chúng khác nhau giữa các yếu tố khác nhau. Chúng tôi xem xét ngắn gọn ba chu kỳ quan trọng nhất, đó là carbon, nitơ và lưu huỳnh.

Chu kỳ carbon:

Carbon là cơ sở của tất cả các phân tử hữu cơ. Nó tạo nên vật liệu di truyền của chúng ta (DNA và RNA) và protein, rất cần thiết cho sự sống. Carbon rất đặc biệt vì khả năng liên kết với hầu hết các phân tử khác. Yếu tố chính trong cơ thể chúng ta là carbon.

Chu trình carbon là quá trình mà carbon được tuần hoàn trong không khí, mặt đất, thực vật, động vật và nhiên liệu hóa thạch. Một lượng lớn carbon tồn tại trong khí quyển dưới dạng carbon dioxide (CO ₂ ). Carbon dioxide được chu kỳ bởi các cây xanh trong quá trình được gọi là quang hợp để tạo ra các phân tử hữu cơ (glucose, là thực phẩm).

Đây là nơi nuôi dưỡng của mọi sinh vật dị dưỡng đến từ. Động vật làm ngược lại với thực vật, chúng thải carbon dioxide vào không khí dưới dạng chất thải từ hô hấp. (Lưu ý: Thực vật cũng trải qua quá trình hô hấp để tạo thức ăn, nhưng phần lớn lượng carbon dioxide trong không khí đến từ quá trình hô hấp dị dưỡng). Các chất phân hủy, khi chúng phân hủy chất hữu cơ chết, cũng giải phóng carbon dioxide vào không khí.

Máy phân hủy là rất cần thiết bởi vì không có chúng, tất cả carbon trên hành tinh cuối cùng sẽ bị nhốt trong xác chết và rác khác. Phân rã cho phép carbon được giải phóng trở lại vào lưới thức ăn. Carbon cũng được lưu trữ trong nhiên liệu hóa thạch, như than đá, dầu mỏ và khí đốt tự nhiên.

Khi những thứ này bị đốt cháy, carbon dioxide cũng được giải phóng trở lại không khí. Núi lửa và lửa cũng giải phóng một lượng lớn CO2 vào khí quyển. Carbon dioxide có thể hòa tan trong nước, nơi một số sau đó được đưa trở lại vào khí quyển. Phần còn lại có thể được thực hiện để tạo thành canxi cacbonat, tạo ra vỏ, đá và bộ xương của động vật nguyên sinh và san hô.

Chu trình Carbon là một chuỗi các quá trình phức tạp mà qua đó tất cả các nguyên tử carbon tồn tại đều quay. Các nguyên tử carbon tương tự trong cơ thể bạn ngày nay đã được sử dụng trong vô số các phân tử khác kể từ khi thời gian bắt đầu. Gỗ bị đốt cháy chỉ vài thập kỷ trước có thể tạo ra carbon dioxide mà qua quá trình quang hợp đã trở thành một phần của cây.

Khi bạn ăn cây đó, cùng loại carbon từ gỗ bị cháy có thể trở thành một phần của bạn. Chu trình carbon là nhà tái chế tự nhiên tuyệt vời của các nguyên tử carbon. Thật không may, mức độ quan trọng của nó hiếm khi được nhấn mạnh đủ. Nếu không có sự vận hành đúng đắn của chu trình carbon, mọi khía cạnh của cuộc sống có thể bị thay đổi đáng kể.

Sử dụng năng lượng từ mặt trời, chu trình carbon của thiên nhiên diễn ra xung quanh, từ khí quyển đến rừng và trở lại. Đây là cách nó làm việc. Cây hấp thụ carbon dioxide từ không khí khi chúng phát triển. Trong thực tế, khoảng một nửa trọng lượng khô của chúng là carbon hấp thụ này. Khi những cây cổ thụ chết đi và tàn lụi, hoặc bị thiêu rụi trong đám cháy rừng, carbon của chúng lại được thải ra không khí dưới dạng carbon dioxide. Đây là chu trình carbon của thiên nhiên.

Khi củi được sử dụng làm nguồn năng lượng, một phần của chu trình carbon tự nhiên được đưa vào nhà của chúng ta để sưởi ấm chúng. Một ngọn lửa trên lò sưởi giải phóng năng lượng mặt trời được lưu trữ bởi cây khi nó lớn lên. Nếu xem xét toàn bộ chu trình nhiên liệu, lò sưởi đốt sạch sẽ sưởi ấm nhà bạn hiệu quả hơn và tác động môi trường thấp hơn bất kỳ tùy chọn nhiên liệu nào khác.

Các lựa chọn nhiên liệu khác - dầu, khí đốt và than - là nhiên liệu hóa thạch, và khi chúng bị đốt cháy, carbon cũ được chôn sâu trong lòng đất được thải ra khí quyển. Nồng độ carbon dioxide tăng lên từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch có liên quan đến sự nóng lên toàn cầu, biến đổi khí hậu và thời tiết bất thường mà chúng ta đã thấy trong những năm gần đây.

Một đám cháy gỗ không góp phần vào sự nóng lên toàn cầu vì không có nhiều carbon dioxide được giải phóng hơn rừng tự nhiên sẽ giải phóng nếu không được xử lý. Sử dụng gỗ để sưởi ấm có nghĩa là nhiên liệu hóa thạch được đốt cháy ít hơn, khí thải nhà kính ít hơn và môi trường lành mạnh hơn.

Chu trình nitơ:

Một chu kỳ dinh dưỡng quan trọng khác là nitơ. Nitơ là một yếu tố cực kỳ quan trọng đối với tất cả sự sống. Protein, là thành phần của tất cả các tế bào sống, chứa trung bình 16% nitơ theo trọng lượng. Các chất nitơ phức tạp khác quan trọng đối với sự sống là axit nucleic và đường amin. Nếu không có nguồn cung cấp nitơ liên tục, sự sống trên trái đất sẽ chấm dứt.

Chu trình nitơ có phần giống như chu trình carbon, nhưng với một số khác biệt quan trọng. Mặc dù 79% bầu khí quyển trái đất bao gồm nitơ nguyên tố (N ₂ ), khí trơ này hoàn toàn không có khả năng hấp thụ bởi hầu hết các loài thực vật và động vật. Điều này trái ngược hoàn toàn với lượng nhỏ Carbon dioxide (0, 03%) trong khí quyển, có sẵn cho sự hấp thụ của thực vật.

Một số ít vi khuẩn có khả năng cố định nitơ trong khí quyển từ dạng vô cơ sang dạng hữu cơ. Sự cố định vi sinh như vậy trung bình từ 140 đến 700 mg / m ² năm. Ở những vùng nông nghiệp rất màu mỡ, nó có thể vượt quá 20000 mg / m ² năm.

Một số vi khuẩn, nấm và tảo xanh lam được biết là có thể cố định nitơ. Sự cố định đạm liên quan đến việc kết hợp trực tiếp nitơ khí quyển vào cơ thể hữu cơ của các sinh vật cố định. Các chất cố định nitơ, chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong các nhóm này.

Chúng có thể được chia thành:

1. chất cố định nitơ cộng sinh, phần lớn là vi khuẩn, và có liên quan đến rễ của cây họ đậu (thành viên của họ đậu và đậu) và một số cây hoa khác, và

2. Chất cố định nitơ sống miễn phí. Chi Rhizobium bao gồm những vi khuẩn cư trú trong các nốt sùi phát triển trên rễ của các thành viên thuộc họ đậu và đậu. Chúng có mặt trong đất và lây nhiễm vào rễ cây tốt khi cây con mọc lên. Rễ tạo ra một nốt sần đặc biệt chứa rhizobia, trong đó vi khuẩn chuyển đổi nitơ trong khí quyển thành các thành phần nitơ hữu cơ của tế bào của chính chúng.

Vì các tế bào vi khuẩn chết rất nhanh, nitơ này trở nên có sẵn cho các thực vật bậc cao. Cây cỏ ba lá và đậu thực sự thêm nitơ vào đất mà chúng trồng và loại bỏ nhu cầu phân bón đắt tiền. Một nỗ lực khoa học lớn đang được tiến hành ở nhiều quốc gia để tìm ra vi khuẩn có thể hình thành mối liên hệ tương tự với các loại cây ngũ cốc.

Các chất cố định nitơ cộng sinh dường như bị giới hạn trong hệ sinh thái trên cạn và không được tìm thấy trong môi trường sống dưới nước, một ngoại lệ là một loài giun biển tấn công gỗ ngập nước. Trong số các chất cố định nitơ không cộng sinh có cả vi khuẩn sống hiếu khí và kỵ khí cũng như vi khuẩn lam.

Chúng xảy ra trong đất và trong cả nước biển và nước ngọt và có thể bổ sung đáng kể vào hàm lượng nitơ trong các môi trường này. Một nguồn nitơ bổ sung nhưng nói chung là nhỏ trong đất và nước là những cơn bão sét trong đó diễn ra quá trình chuyển đổi nitơ điện hóa.

Nitơ xâm nhập vào nhà sản xuất - chuỗi thức ăn tiêu dùng khi thực vật lấy nó từ dung dịch đất hoặc là nitrat hoặc ion amoni. Nitrate cũng có thể được chuyển đổi thành amoniac bằng cách khử vi khuẩn trong đất, đặc biệt là vi khuẩn và nấm trong đất ngập nước. Chuyển đổi như vậy cũng xảy ra trong điều kiện oxy thấp trong hồ. Quá trình này được gọi là khử nitrat. Ngược lại, vi khuẩn nitrat hóa có thể sử dụng nitơ amoniac làm nguồn năng lượng để tổng hợp nguyên sinh chất của chúng.

Quá trình này chỉ xảy ra chậm, nếu có, trong điều kiện axit. Đầu tiên, amoniac được chuyển thành nitrite bởi chi vi khuẩn Nitrosomonas và nitrite sau đó được chuyển thành nitrat bởi một chi khác, Nitrobacter. Quá trình hai bước này được gọi là quá trình nitrat hóa. Cả hai nhóm vi khuẩn có được năng lượng của chúng từ quá trình oxy hóa này và sau đó sử dụng một phần năng lượng để chuyển đổi carbon dioxide thành carbon của tế bào.

Cuối cùng, sau khi nitrat được đưa lên và chuyển đổi bởi các thực vật và vi khuẩn cao hơn thành protein và axit nucleic, nó được chuyển hóa và trở lại phần chính của chu trình dưới dạng chất thải của quá trình chuyển hóa đó (nitơ hữu cơ vô sinh).

Nhiều vi khuẩn và nấm dị dưỡng trong cả đất và nước sử dụng vật liệu giàu nitơ hữu cơ này, chuyển đổi nó và giải phóng nó dưới dạng amoniac vô cơ trong một quá trình gọi là ammon hóa. Các phần khác của chu trình liên quan đến việc giải phóng nitơ khí và oxit nitric, trở lại khí quyển, mặc dù chúng có ý nghĩa hạn chế

Chu trình lưu huỳnh:

Lưu huỳnh là một chất dinh dưỡng quan trọng cho các sinh vật, là thành phần chính của một số axit amin, protein và sinh hóa khác. Thực vật đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của chúng đối với lưu huỳnh bằng cách đồng hóa các hợp chất khoáng đơn giản từ môi trường.

Điều này chủ yếu xảy ra khi sunfat hòa tan trong nước trong đất được hấp thụ bởi rễ, hoặc dưới dạng khí lưu huỳnh dạng khí được hấp thụ bởi tán lá trong môi trường nơi khí quyển bị ô nhiễm bởi khí này. Động vật có được lưu huỳnh mà chúng cần bằng cách ăn thực vật hoặc các động vật khác, tiêu hóa và đồng hóa các dạng lưu huỳnh hữu cơ của chúng, sau đó được sử dụng để tổng hợp sinh hóa có chứa lưu huỳnh cần thiết.

Trong một số tình huống, đặc biệt là trong nông nghiệp được quản lý chặt chẽ, sự sẵn có của các dạng lưu huỳnh hữu ích về mặt sinh học có thể là một yếu tố hạn chế đối với năng suất của cây trồng và việc sử dụng phân bón có chứa sulfate có thể chứng minh là có lợi. Các hợp chất lưu huỳnh cũng có thể liên quan đến các thiệt hại môi trường quan trọng, như khi lưu huỳnh điôxit làm hỏng thảm thực vật hoặc khi thoát nước có tính axit liên quan đến khoáng chất sunfua làm suy giảm hệ sinh thái.

Lưu huỳnh (S) có thể xảy ra ở nhiều dạng hóa học trong môi trường. Chúng bao gồm các dạng hữu cơ và khoáng chất, có thể được biến đổi hóa học bởi cả quá trình sinh học và vô cơ. Sulfur dioxide là một loại khí có thể gây độc cho thực vật ở nồng độ nhỏ hơn một phần triệu trong khí quyển và đối với động vật ở nồng độ lớn hơn.

Có nhiều nguồn phát thải SO2 tự nhiên vào khí quyển, chẳng hạn như phun trào núi lửa và cháy rừng. Lượng khí thải lớn của SO2 cũng liên quan đến các hoạt động của con người, đặc biệt là đốt than và chế biến một số quặng kim loại.

Trong khí quyển, SO2 bị oxy hóa thành sunfat, một anion xuất hiện dưới dạng hạt nhỏ trong đó các điện tích âm được cân bằng điện hóa bởi các điện tích dương của các cation, như amoni (NH ⁺ 4), canxi (Ca ²⁺ ), hoặc ion hydro (H ⁺ ). Những hạt mịn này có thể đóng vai trò là hạt nhân ngưng tụ để hình thành các tinh thể băng, có thể lắng xuống từ khí quyển

Các vật liệu cơ bản quan trọng nhất của cuộc sống là nước, một trong những panchabltutas jive. Đây là nguồn cung hạn chế. Các dạng sống trên các khu vực trên cạn phụ thuộc vào nước không có muối - nước trái cây. Do nhiệt mặt trời, nước bốc hơi từ các đại dương và bốc lên dưới dạng hơi nước, và khi nó đi qua các vùng đất, tăng chiều cao đáng kể, hơi nước nguội dần xuống kết tủa như nước hoặc tuyết. Trong tổng số nước ước tính trong trái đất và bầu khí quyển của nó.