Kruženje materije
Sadržaj
Organizovanost biosfere
Energija u ekosisteme i biosferu u celini dospeva kao svetlosna sunčeva koju biljke u procesu fotosinteze transformišu u hemijsku koja je deponovana u molekulima ugljenih hidrata ,lipida i proteina. Ovu energiju koriste i same biljke ali i heterotrofni organizmi neposredno ili posredno preko lanaca ishrane. Hemijska energija fiksirana i transformisana u procesu fotosinteze oslobađa se iz respiratornog supstrata u procesu ćelijskog disanja.
Kruženje materija (ciklusi)
Unutar bosfere postoje dva tipa kruženja materija odnosno elemenata u okviru tih materija:
1)gasni tip kruženja čiji je glavni rezervoar vazduh za određene elemente kao što je ugljenik,kiseonik i azot
2)sedimentacioni tip sa tlom odnosno stenama kao glavnim rezervoarom(fosfor,sumpor,jod).
Za prvi tip karakteristična je ravnomerna disperzija,dok kod drugog tipa moguće je da koncentracije elemenata budu neravnomerno raspoređene,a česta su variranja sezonskog karakera.
Kruženje vode (hidrološki ciklus)
Voda je najobilnije zastupljena komponenta biosfere.Javlja se utri agregatna stanja:vodene pare u atmosferi;površinskih(mora,jezera,reka,močvara),podzemnih voda i lednika.Najveći deo od ukupne vode otpada na mora i okeane 97%;slana voda je pretežno raspoređena na južnoj hemisferi.tako da se iz ovoga vidi da je količina slatke vode,koja je od najvećeg interesa za čoveka,ograničena.Prosečno 70% težinskog sastava živih organizama čini voda.
Funkcije vode su mnogostruke i mogu se svesti na sledeće:
- voda kao geološki faktor taloženjem,erozijom i dr. vaja i menja lik zemljine kore
- kao modelator klime voda uobličava dnevno noćne varijacije temperature
- oslobađanjem toplote voda funkcioniše kao termoregulaciona poluga(pr.oslobađanje toplote tela putem znoja)
- transportna uloga vode ogleda se u transportu materija unutar organizma preko krvnih tokova ili preko sprovodnih snopića kod biljaka
- voda je univerzalni rastvarač pa prema tome omogućuje razmenu materija između ćelija i tkiva ili apsorpciju mineralnih materija iz podloge biljaka koje su u rastvorljivom obliku
- voda predstavlja unutrašnju sredinu živih bića
Elementi ciklusa kruženja vode su evaporacija ili isparavanje i padavine,pri čemu se padavine mogu pojaviti hiljadama kolometara od mesta evaporacije.Značajan doprinos isparavanjima daju biljke putem transpiracije.
Kruženje ugljenika
Posle vode ugljenik je najzastupljenija komponenta živih sistema o čemu svedoči podatak da 49% suve materije organizma čini ugljenik.Osnovni tok kruženja ugljenika usmeren je iz atmosfere prema producentima(autotrofne biljke) do konzumenata (heterotrofi) pri čemu se aerobnim disanjem veliki deo ugljenika vraća u atmosferu u obliku CO2.Ugljenik koji potiče iz ostatka uginulih biljaka i životinja,delovanjem razgrađivača vraća se u atmosferu,pri potpunom razlaganju u obliku CO2.Osnovni izvor ugljenika za ekosisteme je CO2 koji se u atmosferi nalazi u količini od 0,035%.Dodatni i značajan rezervoar ugljenika su okeani,koji inače imaju uticaj naregulaciju količine ugljen-dioksida u atmosferi.Na površini vode se uspostavlja određen odnos između ugljen-dioksida iz atmosfere i vode koji ima dvosmerni karakter.Ukoliko je koncentracija CO2 u vazduhu veća izvesna kojičina se vraća u vodu,i daje ugljenu kiselinu koja disosuje na vodonikov i bikarbonatni jon,dok se ne uspostavi normalna ravnoteža.Najveći konzumenti ugljen-dioksida iz atmosfere su šumske zajednicena kopnu,dok su u moru primarni fiksatori ugljen-dioksida autotrofni akvatični organizmi(fitoplankton)koji služi kao izvor hrane zooplanktonu i drugim sitnim životinjama.
Kruženje azota
Dva su osnovna rezervoara azota u biosferi.Veliki rezervoar azota nalazi se u atmosferi gde je azot zastupljen sa 78%.Iako živi svet takoreći "pliva" u ovom okeanu azota,njegovo korišćenje je veoma ograničenih razmera.Drugi izvor azota predstavlja zemljište u kome se on nalazi u obliku neorganskih jedinjenja(nitrati,nitriti i amonijumove soli) i u obliku organskih jedinjenja(urea,aminokiseline i dr.)koja nastaje degradacijom ostataka biljaka i životinja ili se nalazi u njihovim izlučevinama.Ako su u pitanju nitrati i nitriti njihovom redukcijom uz učešće enzima nitratne reduktaze,prevode se u redukovanu formu NH4, koja se dalje može ugraditi u aminokiseline ,proteine i dr. organska jedinjenja.
Atmosferski azot je vrlo inertan i može se aktivirati samo pod uslovima visokog pritiska i temperature,što se dešava prilikom električnih pražnjenja u atmosferi.Svojstvo fiksacije poseduju i neki mikroorganizmi(biološka fiksacija).Treći oblik je veštačka fiksacija koja se ostvaruje u fabrikama azotnih đubriva.
Proces fiksacije je endotermni proces tokom koga se vrši vezivanje energije.Drugi deo procesa ,pretvaranja azota u amonijak,je egzotermna reakcija pri kojoj se oslobađa energija.U biološkoj fiksaciji azota učestvuju dve grupe fiksatora.Prvu grupu čine simbiontski fiksatori u koje se ubrajaju neke bakterije i gljive,i oni su prisutni u kopnenim zajednicama.Drugu grupu čine neke bakterije i modrozelene alge koji su prisutni i u suvozemnoji vodenoj sredini.
Amonifikacija.Pod amonifikacijom podrazumeva se proces preobražaja organskog azota u neorganski oblik,tj.do stupnja amonijaka.Amonifikacija(mineralizacija)je egtotermni proces razgradnje ostatka uginulih biljaka i životinja koga izvode heterotrofne bakterije,aktinomicete i druge gljive.Amonijak u podlozi može biti preveden u nitrate i nitrite ili direktno apsorbovan korenovim sistemom biljaka i ponovo uključen u složena azotna jedinjenja iz kojih je nastao.
Nitrifikacija predstavlja proces transformacije redukovanog neorganskog oblika azota(amonijaka) u oksidativne oblike(nitrate i nitrite).U prvoj fazi amonijak se pretvara u nitratni kompleks.Druga faza predstavlja dalju oksidaciju nitrata do nitrita.Energija oslobođena u ovim procesima predstavlja energetski izvor za život nitrifikatora(Nitrosomonas,Nitrobakter).Nitrati i nitriti mogu biti podvrgnuti denitrifikaciji u pravcu formiranja molekularnog azota.U ovom procesu učestvuju bakterije tipa Pseudomonas i gljive koje koriste azot kao izvor kiseonika.
Kruženje fosfora
Fosfor kao strukturna komponenta učestvuje u građi veoma značajnih ćelijskih jedinjenjakao što su nukleinske kiseline,fosfolipidi,jedinjenja bogata energijom(ATP,ADP i dr.).Fosfor se prenosi od biljaka koje ga apsorbuju u obliku ortofosfata ,do konzumenata i razlagača u obliku organskog fosfora i nazad do biljaka posle njihove mineralizacije.Zbog velike industrijske i urbane upotrebe fosfora naročito u domaćinstvima preko deterdženata,otpadne vode su sve bogatije fosforom koji se preko rečnih tokova prenosi do jezera.
Kruženje sumpora
Bološki značaj sumpora u živim sistemima izražava se u vidu njegovog učešća kao strukturne komponente u izgradnj nekih aminokiselina(cistin,cistein,metionin),belančevina uključujući tu i enzime (karboksilaza,transaminaza), biotina i dr. Sumpor se nalazi u zemljištu u obliku mineralnih soli.Osnovni oblik preko koga sumpor ulazi u žive sisteme su sulfati i sulfidi,koje biljke apsorbuju iz podlogei dalje,posle redukcije ,uključuju u građu aminokiselina ,proteina i dr.
Velike količine sumpora oslobađaju se u atmosferu u obliku SO2 pri sagorevanju fosilnih goriva i to je danas jedan od glavnih izvora zagađenjavazduha.Deo SO2 se posle transformacije do H2SO4 precipitira u obliku kiselih kiša.U ciklično kruženje sumpora uključene su i neke autotrofne bakterije,sumporne bakterije kao što su vrste roda Begiatoa.U kruženju sumpora može doći i do igvesnih digresija putem njegove sedimentacije u obliku nerastvorljivih soli fero-sulfata(FeS),feri-sulfata(Fe2S3) i kalcijum sulfata(CaSO4).Na taj način dolazi do blokiranja gvožđa i drugih nutritivnih ,za biološke sisteme značajnih,elemenata kao što su bakar,cink,kobalt.Svako odstupanje od normalnih vrednosti bilo koje neophodne nutricione komponente izazvane zastojima ili drugim poremećajima u kruženju materije ,narušava i razviće i normalno funkcionisanje sistema.
