cicluri biogeochimice globale

5/25/2018 Cicluri Biogeochimice Globale

1/12

Cicluri biogeochimice seminar BSM

CICLURI BIOGEOCHIMICE

Ciclul biogeochimic al unui element reprezint etapele de transormare! izic "i chimic! "i

de transer dintr#un $n%eli" geograic $n altul prin intermediul organismelor %ii&

Activitatea biochimic a sistemelor vii se manifest, n linii mari, prin realizarea, n raport cumediul, a dou funcii eseniale: concentrarea (acumularea) i dispersarea selectiv a elementelor.

'cumularea atomilor n organisme este, n general, independent de proporia acestora n mediul

extern, ca un rezultat al perfecionrii selective a metabolismului de-a lungul evoluiei. arbonul, azotul,fosforul realizeaz concentraii mult mai mari n substana vie dec!t n mediul ncon"urtor.Acumularea de ctre organisme a unor elemente este uneori proporional cu coninutul lor n mediu,fenomenul av!nd caracter de adaptabilitate, bine fixat genetic, care confer speciilor respective avanta"ecompetitive. Astfel, n unele medii organismele concentreaz elemente rare: algele brune # iod, brompotasiu, p!n la $%-&'( din cenu) lichenii # cupru) lintia *Lemna trisluca+ # mangan) plantele halofile*Salicornia herbacea+ acumuleaz p!n la $'.$( ioni de a, l-, /0&-) cele calcifile * Saxigrafaaizoon+ acumuleaz i secret ioni de a&, iar animalele marine inferioare realizeaz o compoziiechimic general similar cu cea a mediului extern.

Acumularea biogeochimic realizat de organisme n diferite perioade geologice a avut ca efectformarea depozitelor sedimentare, terestre sau marine, a unor zcminte minerale.

1cmintele de petrol i gaze naturale s-au format din material organic transformat, prinactivitatea organismelor, n hidrocarburi. Fosforitele s-au constituit din depunerile marine ale fito- izooplanctonului n proterozoic i cambrian. uanoulprovine din de"eciile unor populaii de psri, iarsalpetrulprin acumularea unor resturi organice at!t pe continent, c!t i n bazine oceanice.

2fectul acumulrii biogeochimice actuale devine evident n cazul unor metale grele sau substanetoxice, a cror concentrare de-a lungul lanurilor trofice poate deveni periculoas pentru consumatorii deordin superior, inclusiv pentru om.

(ispersarea n mediu a elementelor este, n general, o funcie dependent de organismele mobile)acestea vehiculeaz la distane variabile de la locul absorbiei atomii pe care i pun n libertate n urmaproceselor de excreie sau dup moarte prin descompunerea substanelor care le alctuiesc. 3srilemigratoare transport la mii de 4ilometri elementele chimice.

3rin activitatea metabolic sau descompunerea cadavrelor, biosfera mprtie n atmosfer ihidrosfer cantiti importante de gaze, estim!ndu-se c 56-57( din substana vie se transform, dupmoarte, n gaze *8ernads4i, $590+. /xigenul atmosferic este, aproape n exclusivitate, rezultat dinfotosintez. oncentraiile de azot, dioxid de carbon se menin constante ca urmare a activitii biosferei)aceast activitate asigur nu numai absorbia elementelor respective, ci i revenirea lor n atmosfer.

ub aspect cantitativ, materia vie constituie biomasa estimat la & 0&5 x $'5 tone global, ceea cereprezint numai '.''$( din masa crustei terestre.0Biomasa este format din fitomas i zoomas. eamai mare pondere o are fitomasa pe uscat *circa 55( din biomasa total+, iar n ocean, ponderea acesteiaeste sub 6'(. n sistemele vii, elementele chimice particip la realizarea structurilor, a reaciilor chimicei la ciclurile biogeochimice, n mod diferit n funcie de proprietile lor. Astfel, carbonul are o vitez maimare de circulaie dec!t azotul, fosforul i sulful, elemente care particip la formarea acizilor nucleici,

proteinelor.n organisme, au fost identificate circa 6' de elemente chimice, difereniate prin participarea lor

relativ la formarea substanelor organice. ategoria cea mai important o reprezint macroelementelecare contribuie cu peste 55(, fapt pentru care sunt cunoscute i sub denumirea de elemente biogene, fiindreprezentate de: carbon, hidrogen, oxigen, azot, fosfor, sulf. Acestora li se adaug microelementele *aa, ;e, Al,


2/12


CICLUL CARBONULUI

irculaia carbonului este str!ns legat de activitatea energetic a biosferei, reducerea lui chimicla compuii organici constituind modul principal de nmagazinare i transfer ale energiei de ctresistemele vii.

iclul biogeochimic al carbonului relev faptul c cea mai mare parte *56(+ din acest element seafl depozitat n litosfer, sub form de carbonat de calciu i ali carbonai *fig.$+, deci ntr-o form mai

puin accesibil.3roductorii primari consum anual aproximativ $'6 miliarde tone de dioxid de carbon, din care

9& miliarde tone *aproximativ 9'(+ se rentorc relativ repede n atmosfer datorit respira!iei aceloraorganisme. ea mai mare contribuie la rentoarcerea dioxidului de carbon n atmosfer o au celelaltecategorii de organisme, care elimin anual n atmosfer circa 79 miliarde tone.

Fig"#" $iclul biogeochimic al carbonului

=ioxidul de carbon circulat prin organismele vegetale i animale reprezint circa '.&-'.9( dintotalul uor accesibil. >n calcul simplu demonstreaz faptul c n actualul echilibru al ecosferei, punerean circulaie a ntregului fond de rezerv a carbonului accesibil vieii necesit ntre 9'' i 6'' de ani.Acest echilibru multimilenar este astzi n pericol de a fi tulburat prin arderea n cantiti tot mai mari acrbunelui, a petrolului, lemnului etc.

?ic4lefs *$570+ apreciaz c, n momentul de fa, prin consumarea combustibililor fosili, seelimin n atmosfer o cantitate de /& echivalent cu &( din actualul fond de schimb al carbonului pe@erra, ceea ce depete cu $.7'-$.76( cantitatea de /& consumat anual n fotosintez de vegetaie3rin aciunile sale, omul a amorsat un proces de acumulare a dioxidului de carbon n atmosfer, ale cruiurmri n viitor vor produce dereglri ma"ore.

=in ecuaia general a fotosintezei i a respiraiei rezult faptul c mplinirea cicluluibiogeochimic al carbonului este intercondiionat de desfurarea sincronic a ciclului biogeochimic aloxigenului i al apei *fig.&+.

pag.&


3/12


Fig.2. Ciclurile biogeochimice interdependente ale carbonului, hidrogenului i oxigenului: reaciile

fundamentale

CICLUL OXIGENULUI

?ezerva de oxigen molecular s-a constituit prin procese de suprafa, const!nd n fotodisociereachimic a apei sub aciunea razelor ultraviolete i prinotosinteza realizat de ctre plantele verzi) astfelciclul oxigenului se ntreptrunde str!ns cu cel al carbonului i hidrogenului.

ontribuia fotosintezei actuale la mbogirea atmosferei terestre, in!nd seama de cantitatea dedioxid de carbon fixat n biomasa vegetal rezultat, trebuie s fie n "ur de &.7 x $' $$tone de oxigeneliminate anual) deci aproximativ de &0 de ori mai mult dec!t ntreaga mas de oxigen existent natmosfera terestr n perioada biogenezei. Apropae toata cantitatea de oxigen este folosita in procesle derespiratie si fermentatie a substantelor organice de catre organismele heterotrofe, nefotosintetizatroare, inspecial bacterii.

?eciclarea biogeochimic a oxigenului dureaz, aproximativ, &6'' de ani. ?educerea cantitii deoxigen n atmosfer n urma defririi, ca rezultat al unor aciuni umane dezechilibrante, ar permite

supravieuirea omului cel mult un mileniu i "umtate. =efriarea pdurilor tropicale constituie un seriosmotiv de nelinite, av!nd n vedere faptul c acestea reprezint principalul productor de oxigen, caredega" anual, prin fotosintez, o cantitate de 66.6 x $' tone de oxigen. 3e de alt parte, n .>.A.,covorul vegetal genereaz doar 0'( din oxigenul consumat aici, restul provenind din rile i oceanelenvecinate.

Ba nivelul ecosistemelor acvatice stagnante i a celor oceanice sau marine, procesele deeutrofizare determinate de afluena sporit de compui organici sau nutritivi *azot i fosfor+ provoacdezechilibre care pot conduce la consumul integral al oxigenului dizolvat i, ulterior, la eliminareaorganismelor aerobe.

pag.9


4/12


CICLUL A!O"ULUI

ircuitul azotului *fig.9+ este mult mai complex dec!t al celorlalte elemente biogene) acest ciclufiind influenat de rezerva uria de azot liber din atmosfer.

Fig.3. Ciclul biogeochimic al azotului

iclul biogeochimic al azotului poate fi impartit n dou seciuni:a+ ciclul mare, n care se utilizeaz i se nscrie n circuit fondul uria de rezerv *circa 75( dinatmosfer+ ib+ ciclul mic, n care circulaia azotului se desfoar ntre organisme i sol, fr participareafondului de rezerv.ub aciunea descrcrilor electrice sau a radiaiilor ultraviolete are loc, pornind de la & i /&

formarea de oxizi de azot care, odat cu ploaia, sunt antrenai la sol. antitatea de azot astfel a"uns la solpoate varia ntre '.6 i $.' 4gChaCan, fiind estimat la nivel global la milioane tCan.

3rin aciunea organismelor fixatoare de azot din sol *%zotobacter, $lostridium etc.+ i a celorsimbionte prezente n nodozitile de pe rdcini *&hisobium pentru Leguminosae, %ctinom'ces pentru%lnus+ sau de pe frunze *M'cobacterium rubiaceum la&ubiaceae+, sunt transferate n biosfer sub formde substan organic cantiti considerabile de azot, appreciate la 00 milioane toneCan. ;enomenul defixare biologic a a zotului are loc cu amploare mai redus *$' milioane toneCan+ i n mediul acvatic saupe soluri umede, prin activitatea metabolic a unor alge albastre *$'anoph'ta+.

ompuii organici ai microorganismelor sunt fie nglobai n lanurile trofice ale ecosistemului, fiemineralizai rapid dup moartea acestora. n contact cu rdcinile plantelor, azotul mineralizat, de obiceisub form de azotai, este absorbit i transformat n aminoacizi, iar apoi n proteine ale plantelorsuperioare. Aceste proteine constituie baza alimenta!iei azotate a numeroi consumatori, cum suntanimalele, plantele heterotrofe, microorganismele i chiar omul.

Azotul poate prsi ciclul ecosistemelor terestre fiind transportat de r!uri n ocean *9' milioanetone Can+) aici, o parte este preluat de planctonul marin, intr!nd n lanul prdtorilor, revenind n circuitprin intermediul psrilor *guano+ i mamiferelor sau prin denitrificare pe uscat. ea mai mare parte estens acumulat n sedimentele profunde.

ocietatea agricol intervine n circuitul azotului din ecosistemele de cultur, exportul de azotfiind compensat de ctre om prin ngrmintele naturale *gunoi de gra"d, guano+ sau minerale *sulfat de

pag.0


5/12


amoniu, azotat de amoniu, ngrminte complexe etc.+, acestea din urm reprezent!nd peste 0' milioanetoneCan i rezult!nd din fixarea azotului atmosferic, ceea ce contribuie la o cretere cu peste 6'( a rateiglobale de fixare.

2fectele creterii necontrolate a cantitii de azot, infiltrarea acestuia n straturile acvifere ieutrofizarea apelor continentale relev perturbrile provocate de dezechilibrul n circuitul azotului i nciclul biogeochimic al celorlalte elemente.

CICLUL #O$#ORULUI3rincipalele rezerve de fosfor sunt reprezentate prin roci de tipul apatitelor i depozitelor de

guano, de animale fosilizate. n concentraii diferite sunt dispersate pe toat suprafaa uscatului *fig.0+.

Fig.4. Ciclul biogeochimic al fosforului

pre deosebire de oxigen, hidrogen i azot, al cror fond de rezerv se afl n atmosfer sau nhidrosfer, n cazul fosforului, fondul de rezerv se afl n litosfer.

3rin descompunere i splare de ctre ape, rocile cedeaz fosfor biocenozelor din ecosistemeleterestre. Absorbit de ctre plante, fosforul intr n alctuirea compuilor macroenergetici *A@3 -adenozintrifosfat+ i a acizilor nucleici, condiion!nd desfurarea transferurilor de energie i informaien sistemele vii.

3rin intermediul lanurilor trofice, compuii fosforului sunt transferai animalelor consumatoare idescompuntorilor.

omparaia dintre masa biosferei *'.$(+ i masa fosforului *'.$6(+ din scoara terestr sugereazdependena direct a biosferei de cantitatea disponibil de fosfor pe 3m!nt. n virtutea legii minimului,fosforul apare ca factor limitativ al biosferei, biomasa acesteia nu poate depi proporia de fosfordisponibil la nivel global.

;osforul a"uns n oceane alimenteaz fitoplanctonul de pe platformele continentale i lanuriletrofice pe care le susine acesta. 3rin intermediul psrilor marine *guano+ fosforul revine parialAciunea omului, prin favorizarea proceselor de eroziune, restr!ngerea vegetaiei naturale, utilizarea unorcantiti mari de ngrminte fosfatice, folosirea detergenilor conduce la scurgerea fosforului spreoceane. e estimeaz c 9.6 milioane tone de fosfor *dup Dutchinson, *$57%+, chiar &' milioane tone+ iau

pag.6


6/12


anual drumul oceanelor, n timp ce numai $' ''' tone se rentorc pe continente sub form de guano i '''' tone ca urmare a pescuitului, ceea ce nu compenseaz pierderile.

?ezervele exploatate de fosfor, estimate la $'$' tone de roc fosforic *cu 0( D&/6+, localizatecu precdere n Africa de ord i central, Australia, Erazilia, Fndia, ?usia, hina, 8ietnam i


7/12


8olumul de cationi din organisme i circulaia acestora prin biosfer se limiteaz la cantitireduse. 2le constituie ns elemente indispensabile vieii, prin rolul lor calitativ. 2liberarea cationilor dinsistemele vii are loc prin procesele de excreie sau prin descompunerea materiei organice moarte. nmediul terestru, sursa principal de cationi biogeni este solul, aprovizionat permanent prin descompunerearocii mam) n cel acvatic cationii sunt prezeni, de regul, n stare disociat i aprovizionarea se face prinantrenarea acestor elemente din substratul mineral.

@ransportul cationilor pe ntinse arii geografice este cel mai adesea rezultatul scurgerii apelor de

suprafa, dar nu rareori i al curenilor atmosferici. 8!nturile transport at!t la suprafaa uscatului, c!t ia oceanelor sau a solurilor uscate aerosoli sau pulberi bogate n elemente minerale. ;urtunile din aharatransport spre 2uropa sau pdurile ecuatoriale cantiti importante de elemente nutritive.

pag.7


8/12


CICLUL A&EI

Apa condiioneaz circulaia biogeochimic a tuturor elementelor, incluz!ndu-se fie n molecula ei*oxigenul i hidrogenul+, fie n dispersia altor elemente pe care le transport.

?esursele totale de ap la nivelul @errei se estimeaz la $.0 miliarde 4m9 *$.0x$'$% tone+, apamrilor i oceanelor totaliz!nd $.9 miliarde 4m9 *57.&( din totalul global+, n timp ce resursele de apdulce nu se ridic peste %.9 milioane 4m9 *&.%( din cantitatea total+. alotele glaciare arctic iantarctic nglobeaz o cantitate mare de ap dulce. Ba altitudini H 6''' de metri sunt prezeni vapori de

ap n atmosfer, restul apei fiind reprezentat pe continente sau n litosfer.Apa realizeaz un ciclu complet ca urmare a impactului energiei solare, parcurg!nd, prin

intermediul unui ciclu fizic toate nveliurile exterioare ale 3m!ntului. =e asemenea, prin ciclul chimiccare presupune descompunerea i resinteza moleculei din elementele componente, apa trece succesiv dinmediul organic n mediul anorganic. ele dou cicluri se ntreptrund inseparabil n biosfer i asigurtransportul apei pe arii geografice ntinse.

2nergia solar produce, la nivelul oceanelor, o evaporare anual n "ur de 0'' ''' 4m9, iar lanivelul continentelor de 6 ''' 4m9Can, ap care revine sub form de precipitaii.


9/12


olul este structurat pe mai multe niveluri: molecule i ioni) particule elementare de sol) agregatede sol) orizonturi de sol, tipuri de sol. 3rin microflor solul acioneaz ca reglator al dinamicii elementelorchimice, realiz!nd urmtoarele funcii biogeochimice:

- descompunerea necromasei datorat enzimelor produse de bacteriile din sol)- mineralizarea fosforului organic prin intermediul microflorei i a plantelor superioare)- mineralizarea azotului, migraia atomilor de azot n sol prin intermediul lumbricidelor)- acumularea de macro i microelemente n materia organic.M*lul. 2ste alctuit din particule solide i coloidale, bogat n bacterii i necromas. 2l se formeaz

prin depozitarea particulelor sedimentare n bazinul acvatic.Acumularea unor microelemente n urma aciunii unor bacterii, n condiii anaerobe, prin

degradarea materiei organice moarte n m!lul submarin se deosebete de acumulrile biogeochimice dinm!lul lacului, aici ele fiind mult mai rapide.

Materia organic tehnogen. / serie de compui organici produi de industria chimic, mai alespesticidele, sunt integrai n ciclurile materiei din biosfer, a"ung!nd n soluri, covor vegetal, animale etcAceti compui perturb procesele ecologice at!t pe plan local, c!t i pe plan continental sau planetar, prinacumularea i concentrarea lor n materia vie. ?m!n!nd mult vreme n sol, ei sunt capabili s provoacetransformri structurale i funcionale n terenurile agricole.

@ransportul unor substane, fie prin infiltrarea lor n sol, n straturile acvifere, fie prin intermediul

curenilor face ca acestea s a"ung la mari distane fa de locul unde au fost utilizate *de exemplu, p!nn Fslanda, Antilele


10/12


pag.$'


11/12


pag.$$


12/12


pag.$&

cicluri biogeochimice globale

Documents