पदार्थों का जैविक चक्र क्या है? जीवमंडल की भू-रसायन।

चेतन और निर्जीव प्रकृति के बीच संबंध का पता लगाने के लिए यह समझना आवश्यक है कि जीवमंडल में पदार्थों का संचलन कैसे होता है।

अर्थ

पदार्थों का चक्र स्थलमंडल, जलमंडल और वायुमंडल में होने वाली प्रक्रियाओं में समान पदार्थों की बार-बार भागीदारी है।

पदार्थों का संचलन दो प्रकार का होता है:

• भूवैज्ञानिक(बड़ा चक्र);
• जैविक(छोटा चक्र)।

पदार्थों के भूगर्भीय संचलन की प्रेरक शक्ति बाहरी (सौर विकिरण, गुरुत्वाकर्षण) और आंतरिक (पृथ्वी के आंतरिक, तापमान, दबाव की ऊर्जा) भूवैज्ञानिक प्रक्रियाएं, जैविक - जीवित प्राणियों की गतिविधि हैं।

जीवित जीवों की भागीदारी के बिना एक बड़ा चक्र होता है। बाहरी और आंतरिक कारकों के प्रभाव में, राहत बनती है और सुचारू हो जाती है। भूकंप, अपक्षय, ज्वालामुखी विस्फोट के परिणामस्वरूप, पृथ्वी की पपड़ी, घाटियों, पहाड़ों, नदियों, पहाड़ियों की गति, भूगर्भीय परतों का निर्माण होता है।

चावल। 1. भूवैज्ञानिक परिसंचरण।

जीवमंडल में पदार्थों का जैविक चक्र जीवित जीवों की भागीदारी से होता है जो खाद्य श्रृंखला के साथ ऊर्जा को परिवर्तित और स्थानांतरित करते हैं। जीवित (बायोटिक) और निर्जीव (अजैविक) पदार्थों के बीच परस्पर क्रिया की एक स्थिर प्रणाली को बायोगेकेनोसिस कहा जाता है।

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होने वाले पदार्थों के संचलन के लिए, कई शर्तें पूरी होनी चाहिए:

• लगभग 40 की उपलब्धता रासायनिक तत्व;
• सौर ऊर्जा की उपस्थिति;
• जीवित जीवों की बातचीत।

चावल। 2. जैविक परिसंचरण।

पदार्थों के चक्र का कोई निश्चित प्रारंभ बिंदु नहीं होता है। प्रक्रिया निरंतर है और एक चरण हमेशा दूसरे में प्रवाहित होता है। आप किसी भी बिंदु से चक्र पर विचार करना शुरू कर सकते हैं, सार वही रहेगा।

पदार्थों के सामान्य संचलन में निम्नलिखित प्रक्रियाएँ शामिल हैं:

• प्रकाश संश्लेषण;
• उपापचय;
• अपघटन।

खाद्य श्रृंखला में उत्पादक पौधे रूपांतरित होते हैं सौर ऊर्जाकार्बनिक पदार्थों में जो भोजन के साथ जानवरों के शरीर में प्रवेश करते हैं - अपघटक। मृत्यु के बाद, पौधे और जानवर उपभोक्ताओं - बैक्टीरिया, कवक, कीड़े की मदद से सड़ जाते हैं।

चावल। 3. खाद्य श्रृंखला।

पदार्थों का परिसंचरण

प्रकृति में पदार्थों के स्थान के आधार पर, वे पृथक होते हैं दो प्रकार के संचलन:

• गैस- जलमंडल और वायुमंडल (ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, कार्बन) में होता है;
• गाद का- पृथ्वी की पपड़ी (कैल्शियम, लोहा, फास्फोरस) में होता है।

जीवमंडल में पदार्थों और ऊर्जा के चक्र को कई तत्वों के उदाहरण का उपयोग करते हुए तालिका में वर्णित किया गया है।

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जैविक चक्र चयापचय (चयापचय) और गठन के साथ-साथ जीवित पदार्थ में पानी के अपघटन से जुड़ा हुआ है, इसके जीवन की प्रक्रिया में।

किसी भी जैविक चक्र को जीवित जीवों के शरीर में रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के बार-बार शामिल होने और पर्यावरण में उनकी रिहाई की विशेषता है, जहां से वे फिर से पौधों द्वारा कब्जा कर लिया जाता है और चक्र में शामिल होता है। एक छोटा जैविक चक्र क्षमता द्वारा विशेषता है - रासायनिक तत्वों की संख्या जो किसी दिए गए पारिस्थितिक तंत्र में जीवित पदार्थ की संरचना में एक साथ होती है, और गति - जीवित पदार्थ की मात्रा और प्रति इकाई समय में विघटित होती है।

भूमि और जलमंडल का जैविक परिसंचरण जल अपवाह और वायुमंडलीय आंदोलनों के माध्यम से अलग-अलग परिदृश्यों के चक्रों को एकजुट करता है। जीवमंडल के एक चक्र में सभी महाद्वीपों और महासागरों को एकजुट करने में जल और वायुमंडल के संचलन की भूमिका विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

पदार्थों के जैविक चक्र का एक रचनात्मक कार्य है, कार्बनिक पदार्थों का निर्माण और पोषक तत्वों के साथ मिट्टी का संवर्धन। किसी भी पौधे समुदाय में जीवन इस पर निर्भर करता है: उद्यान, घास के मैदान, खेत, जंगल। में पिछले साल काबंद प्रणालियों में उच्च-तीव्रता वाले प्रकार के संचलन बनाने की आवश्यकता थी जो दूरस्थ ग्रहों की यात्रा में जीवन समर्थन प्रदान कर सके।

जैविक चक्र की तीव्रता मुख्य रूप से तापमान द्वारा निर्धारित की जाती है पर्यावरणऔर पानी की मात्रा। इसलिए, उदाहरण के लिए, जैविक चक्र गीले में अधिक तीव्रता से आगे बढ़ता है उष्णकटिबंधीय वनटुंड्रा की तुलना में।

भूमि पर जैविक चक्रों की गति वर्ष और दशक है, जलीय पारिस्थितिक तंत्र में - कुछ दिन या सप्ताह।

जंगल में जैविक चक्र की विशेषता नाइट्रोजन और राख तत्वों के दीर्घकालिक बहिष्करण से होती है, जो पेड़ों और झाड़ियों के बारहमासी बायोमास में निहित होते हैं, मिट्टी की सतह पर कूड़े का परिवर्तन वन कूड़े और विभिन्न पानी के गठन के साथ होता है- इसके अपघटन के घुलनशील कार्बनिक और खनिज उत्पाद।

जैविक चक्रों की दर और इन चक्रों में शामिल पदार्थ की कुल मात्रा पारिस्थितिक तंत्र में पैमाने और पर्यावरणीय परिस्थितियों द्वारा निर्धारित की जाती है। पारिस्थितिक तंत्र की विशेषता विभिन्न पर्यावरणीय स्थितियों से होती है, जिन्हें इस रूप में समझा जाता है वातावरणीय कारकपर्यावरण, प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से जीवित जीवों को प्रभावित करता है। ये कारक अजैविक और जैविक हो सकते हैं।

जैविक चक्र का एक हिस्सा, जिसमें कार्बन, पानी, नाइट्रोजन, फॉस्फोरस, सल्फर और अन्य बायोजेनिक पदार्थों के चक्र शामिल होते हैं, जैव भू-रासायनिक चक्र कहलाते हैं।

पदार्थों के जैविक चक्र में नाइट्रोजन का विशेष स्थान है। जब कार्बनिक पदार्थ विघटित होते हैं, तो नाइट्रोजन को या तो गैसीय यौगिकों के रूप में या मुक्त अवस्था में वायुमंडल में छोड़ दिया जाता है। मिट्टी में नाइट्रोजन की वापसी, जहां से इसे पौधों द्वारा खींचा जाता है, एक जटिल तरीके से किया जाता है, एक प्रक्रिया के परिणामस्वरूप जिसमें विशेष बैक्टीरिया और कुछ अन्य जीव शामिल होते हैं, वायुमंडलीय नाइट्रोजन गैस को उपभोग के लिए उपलब्ध यौगिकों में बांधते हैं। पौधों द्वारा।

वी. ए. कोवड़ा के जैविक चक्र की अवधारणा में पर्यावरण और पौधे और पशु जीवों की समग्रता के बीच चयापचय और ऊर्जा की चक्रीय प्रक्रियाओं का योग शामिल है। यदि हम क्रमिक परिवर्तन और प्रवासन की श्रृंखला का अनुसरण करते हैं व्यक्तिगत तत्व, विशेष रूप से मिट्टी और बायोटा में आवास के बीच आदान-प्रदान में भाग लेते हुए, यह पाया जा सकता है, उदाहरण के लिए, एक आइसोटोप लेबल का उपयोग करके, कि सभी मिट्टी में और इसके कामकाज के सभी चरणों में एक तत्व का पूर्ण परिवर्तन-प्रवासन चक्र शामिल है पदार्थ के परिवर्तन और संचलन की जैविक और अजैविक दोनों प्रक्रियाएँ। उदाहरण के लिए, वन कूड़े के साथ मिट्टी की सतह पर एक तत्व की वापसी और पौधों की जड़ों द्वारा इसके बाद के अवशोषण के बीच की अवधि में, यह मिट्टी की रूपरेखा के साथ पलायन कर सकता है। उसी समय, तीव्रता, दिशा यह प्रोसेसन केवल बायोटा द्वारा, बल्कि जलवायु कारकों, जल-भौतिक, अवशोषण और मिट्टी के अन्य गुणों द्वारा भी निर्धारित किया जाएगा।

जैविक चक्र में शामिल होने के कारण, वे पौधे और पशु भोजन के माध्यम से मानव शरीर में प्रवेश करते हैं और इसमें जमा होकर रेडियोधर्मी जोखिम पैदा करते हैं।

इसके विपरीत, पदार्थ का जैविक संचलन बसे हुए जीवमंडल और अवतार की सीमाओं के भीतर होता है अद्वितीय गुणग्रह का जीवित पदार्थ। बायोगेकेनोसिस के स्तर पर एक बड़े, छोटे चक्र का हिस्सा होने के नाते, यह इस तथ्य में निहित है कि मिट्टी, पानी, कार्बन के पोषक तत्व पौधों के पदार्थ में जमा होते हैं, दोनों के शरीर और जीवन प्रक्रियाओं के निर्माण पर खर्च किए जाते हैं। स्वयं और उपभोक्ता जीव। मिट्टी के माइक्रोफ्लोरा और मेसोफौना (बैक्टीरिया, कवक, मोलस्क, कीड़े, कीड़े, प्रोटोजोआ, आदि) द्वारा कार्बनिक पदार्थों के अपघटन उत्पादों को फिर से खनिज घटकों में विघटित किया जाता है, जो फिर से पौधों के लिए उपलब्ध होते हैं और इसलिए फिर से उनके द्वारा पदार्थ के प्रवाह में शामिल होते हैं।

12.1। जैविक चक्र की अवधारणा

जैविक चक्र रासायनिक तत्वों और पदार्थों का चक्र है जो जीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि द्वारा किए गए पृथ्वी पर जीवन की उपस्थिति के साथ-साथ उत्पन्न हुए हैं। यह जीवमंडल में एक विशेष भूमिका निभाता है। इस अवसर पर, N. V. Timofeev-Resovsky ने लिखा: "जीवमंडल में एक विशाल, शाश्वत, लगातार काम करने वाला जैविक चक्र है, कई पदार्थ, ऊर्जा के कई रूप लगातार जीवमंडल के इस बड़े चक्र में घूमते हैं" (M. M. Kamshilov) , 1974; वीए व्रोनस्की, 1997)। जैविक चक्र के नियमों में जीवन के दीर्घ अस्तित्व और विकास की समस्या का समाधान किया जाता है। परिमित आयतन के पिंड पर, जो पृथ्वी है, जीवन के कार्य के कार्यान्वयन के लिए आवश्यक उपलब्ध खनिज तत्वों का भंडार अनंत नहीं हो सकता। यदि उनका केवल उपभोग किया जाता, तो जीवन को देर-सवेर समाप्त होना ही होता। डब्ल्यूआर विलियम्स लिखते हैं, "सीमित मात्रा को अनंत की संपत्ति देने का एकमात्र तरीका है," इसे एक बंद वक्र के साथ घुमाना है। जीवन ने बिल्कुल इसी तरीके का इस्तेमाल किया। "हरे पौधे कार्बनिक पदार्थ बनाते हैं, गैर-हरे पौधे इसे नष्ट कर देते हैं। कार्बनिक पदार्थों के क्षय से प्राप्त खनिज यौगिकों से, नए हरे पौधे नए कार्बनिक पदार्थों का निर्माण करते हैं, और इसी तरह अंतहीन। इसे ध्यान में रखते हुए, प्रत्येक प्रकार का जीव जैविक चक्र में एक कड़ी है। निर्वाह के साधन के रूप में कुछ जीवों के शरीर या क्षय उत्पादों का उपयोग करके, उसे पर्यावरण को वह देना चाहिए जो दूसरे उपयोग कर सकते हैं। सूक्ष्मजीवों की भूमिका विशेष रूप से महान है। जानवरों और पौधों के जैविक अवशेषों को खनिज बनाकर, सूक्ष्मजीव उन्हें "में बदल देते हैं" एकल मुद्रा"- खनिज लवण और सबसे सरल कार्बनिक यौगिक जैसे बायोजेनिक उत्तेजक, फिर से नए कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण में हरे पौधों द्वारा उपयोग किया जाता है। जीवन के मुख्य विरोधाभासों में से एक यह है कि इसकी निरंतरता क्षय, विनाश की प्रक्रियाओं से सुनिश्चित होती है। जटिल कार्बनिक यौगिकों को नष्ट कर दिया जाता है, ऊर्जा जारी की जाती है, जटिल रूप से संगठित जीवित निकायों में निहित जानकारी का भंडार खो जाता है। विध्वंसक, मुख्य रूप से सूक्ष्मजीवों की गतिविधि के परिणामस्वरूप, जीवन के किसी भी रूप को अनिवार्य रूप से जैविक चक्र में शामिल किया जाएगा। इसलिए, उनकी मदद से जीवमंडल का प्राकृतिक स्व-नियमन किया जाता है। दो गुण सूक्ष्मजीवों को इतनी महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की अनुमति देते हैं: विभिन्न परिस्थितियों में अपेक्षाकृत तेज़ी से अनुकूलन करने की क्षमता और कार्बन और ऊर्जा के स्रोत के रूप में विभिन्न प्रकार के सबस्ट्रेट्स का उपयोग करने की क्षमता। उच्चतर जीवों में ऐसी क्षमताएँ नहीं होती हैं। इसलिए, वे सूक्ष्मजीवों की ठोस नींव पर केवल एक प्रकार की अधिरचना के रूप में मौजूद हो सकते हैं। कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण और विनाश की बातचीत पर आधारित जैविक चक्र, ग्रहों के पैमाने पर जीवन संगठन के सबसे महत्वपूर्ण रूपों में से एक है। केवल वही जीवन की निरंतरता और उसके उत्तरोत्तर विकास को सुनिश्चित करता है।

अलग-अलग व्यवस्थित समूहों के जीवों की प्रजातियां और प्रजातियां जैविक चक्र के लिंक के रूप में कार्य करती हैं, प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष रूप से कई और बहुपक्षीय प्रत्यक्ष और की मदद से बातचीत करती हैं। प्रतिक्रिया. ग्रह के जैविक चक्र को निजी चक्रों की एक जटिल प्रणाली द्वारा भी दर्शाया गया है - पारिस्थितिक तंत्र जो परस्पर क्रिया के विभिन्न रूपों से जुड़े हुए हैं।

जैविक चक्र मुख्य रूप से ट्राफिक (खाद्य) श्रृंखलाओं (चित्र 12.1) के साथ किया जाता है।

पर महत्वपूर्ण भूमिकाइसमें, पौधे और जानवर, चक्र में सूक्ष्मजीवों की आबादी के माध्यम से नाइट्रोजन, फास्फोरस, सल्फर जैसे जैव-रासायनिक तत्वों का प्रवाह लगभग पौधों और जानवरों की आबादी की तुलना में अधिक परिमाण का एक क्रम है। जैविक चक्र की तीव्रता का एक महत्वपूर्ण संकेतक रासायनिक तत्वों के संचलन की दर है। इस तीव्रता के एक संकेतक के रूप में, मृत कार्बनिक पदार्थों के संचय और अपघटन की दर का उपयोग किया जा सकता है, जो पत्तियों के वार्षिक गिरने और जीवों की मृत्यु के परिणामस्वरूप बनता है।

अनुपात, उदाहरण के लिए, कूड़े के उस हिस्से के कूड़े के वजन का जो कूड़े का निर्माण करता है, कूड़े के अपघटन की दर और रासायनिक तत्वों की रिहाई के संकेतक के रूप में कार्य करता है। यह सूचकांक जितना अधिक होगा, किसी दिए गए पारिस्थितिकी तंत्र में जैविक चक्र की तीव्रता उतनी ही कम होगी। सूचकांक का सबसे बड़ा मूल्य (50 से अधिक) दलदली जंगलों और टुंड्रा की विशेषता है। अंधेरे शंकुधारी वनों में, सूचकांक 10-17 है, चौड़ी-चौड़ी जंगलों में - 3-4, स्टेप्स में - 1.0-1.5, सवाना में - 0.2 से अधिक नहीं। नम उष्णकटिबंधीय जंगलों में, पौधे के अवशेष व्यावहारिक रूप से जमा नहीं होते हैं (सूचकांक 0.1 से अधिक नहीं)। इसलिए, यहां जैविक चक्र सबसे तीव्र है।

ग्रह पर सभी पदार्थ संचलन की प्रक्रिया में हैं। सौर ऊर्जा पृथ्वी पर पदार्थ के दो चक्रों का कारण बनती है: बड़ा (भूवैज्ञानिक, जैवमंडलीय)और छोटा (जैविक)।

जीवमंडल में पदार्थों का बड़ा संचलन दो की विशेषता है महत्वपूर्ण बिंदु: यह पृथ्वी के पूरे भूवैज्ञानिक विकास के दौरान किया जाता है और यह एक आधुनिक ग्रहीय प्रक्रिया है जो जीवमंडल के आगे के विकास में अग्रणी भूमिका निभाती है।

भूवैज्ञानिक चक्र चट्टानों के निर्माण और विनाश और विनाश उत्पादों के बाद के संचलन से जुड़ा है - हानिकारक सामग्री और रासायनिक तत्व। इन प्रक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई गई थी और भूमि और पानी की सतह के तापीय गुणों द्वारा निभाई जा रही है: सूर्य के प्रकाश, तापीय चालकता और ताप क्षमता का अवशोषण और प्रतिबिंब। पृथ्वी की सतह के अस्थिर हाइड्रोथर्मल शासन ने, ग्रहों के वायुमंडलीय परिसंचरण तंत्र के साथ मिलकर, पदार्थों के भूवैज्ञानिक संचलन को निर्धारित किया, जो पृथ्वी के विकास के प्रारंभिक चरण में, अंतर्जात प्रक्रियाओं के साथ, महाद्वीपों, महासागरों और आधुनिक के गठन से जुड़ा था। भूमंडल। जीवमंडल के गठन के साथ, जीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि के उत्पादों को महान चक्र में शामिल किया गया। भूवैज्ञानिक चक्र जीवित जीवों को पोषक तत्वों की आपूर्ति करता है और बड़े पैमाने पर उनके अस्तित्व के लिए परिस्थितियों को निर्धारित करता है।

मुख्य रासायनिक तत्वलिथोस्फीयर: ऑक्सीजन, सिलिकॉन, एल्यूमीनियम, लोहा, मैग्नीशियम, सोडियम, पोटेशियम और अन्य - एक बड़े संचलन में भाग लेते हैं, जो ऊपरी मेंटल के गहरे हिस्सों से लिथोस्फीयर की सतह तक जाते हैं। आग्नेय चट्टान जो मैग्मा के क्रिस्टलीकरण के दौरान उत्पन्न हुई, पृथ्वी की गहराई से लिथोस्फीयर की सतह पर आ गई, जीवमंडल में अपघटन और अपक्षय से गुजरती है। अपक्षय उत्पाद एक मोबाइल अवस्था में गुजरते हैं, पानी, हवा से कम राहत वाले स्थानों तक ले जाते हैं, नदियों, समुद्र में गिरते हैं और तलछटी चट्टानों की मोटी परतें बनाते हैं, जो समय के साथ क्षेत्रों में गहराई तक डूब जाती हैं उच्च तापमानऔर दबाव, कायापलट से गुजरना, यानी "रीमेल्ट"। इस रीमेल्टिंग के दौरान, एक नई मेटामॉर्फिक चट्टान दिखाई देती है, जो पृथ्वी की पपड़ी के ऊपरी क्षितिज में प्रवेश करती है और पदार्थों के संचलन में फिर से प्रवेश करती है। (चावल।)।

आसानी से मोबाइल पदार्थ - गैसें और प्राकृतिक जल जो ग्रह के वातावरण और जलमंडल को बनाते हैं - सबसे गहन और तीव्र संचलन से गुजरते हैं। लिथोस्फीयर की सामग्री बहुत धीमी गति से चक्र करती है। सामान्य तौर पर, किसी भी रासायनिक तत्व का प्रत्येक संचलन पृथ्वी पर पदार्थों के सामान्य बड़े संचलन का हिस्सा होता है, और वे सभी आपस में जुड़े होते हैं। इस संचलन में जीवमंडल का जीवित पदार्थ उन रासायनिक तत्वों के पुनर्वितरण का एक बड़ा काम करता है जो जीवमंडल में लगातार घूमते रहते हैं, बाहरी वातावरण से जीवों में और फिर से बाहरी वातावरण में जाते हैं।

छोटे, या जैविक, पदार्थों का संचलन- यह

पौधों, जानवरों, कवक, सूक्ष्मजीवों और मिट्टी के बीच पदार्थों का संचलन। जैविक चक्र का सार दो विपरीत, लेकिन परस्पर संबंधित प्रक्रियाओं का प्रवाह है - कार्बनिक पदार्थों का निर्माण और उनका विनाश। प्रथम चरणकार्बनिक पदार्थों का उद्भव हरे पौधों के प्रकाश संश्लेषण के कारण होता है, यानी सौर ऊर्जा का उपयोग करके कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और सरल खनिज यौगिकों से जीवित पदार्थ का निर्माण। पौधे (उत्पादक) एक घोल में मिट्टी से सल्फर, फास्फोरस, कैल्शियम, पोटेशियम, मैग्नीशियम, मैंगनीज, सिलिकॉन, एल्यूमीनियम, जस्ता, तांबा और अन्य तत्वों के अणु निकालते हैं। शाकाहारी जानवर (पहले क्रम के उपभोक्ता) इन तत्वों के यौगिकों को पहले से ही पौधे की उत्पत्ति के भोजन के रूप में अवशोषित करते हैं। शिकारी (दूसरे क्रम के उपभोक्ता) शाकाहारी जानवरों पर भोजन करते हैं, प्रोटीन, वसा, अमीनो एसिड और अन्य पदार्थों सहित अधिक जटिल संरचना के भोजन का सेवन करते हैं। मृत पौधों और जानवरों के कार्बनिक पदार्थों के सूक्ष्मजीवों (डीकंपोजर) द्वारा विनाश की प्रक्रिया में, सरल खनिज यौगिक मिट्टी और जलीय वातावरण में प्रवेश करते हैं, पौधों द्वारा आत्मसात करने के लिए उपलब्ध होते हैं, और जैविक चक्र का अगला दौर शुरू होता है। (चित्र 33)।

नोस्फियर का उद्भव और विकास

विकास जैविक दुनियापृथ्वी पर कई चरणों के माध्यम से चला गया है पहला जीवमंडल में पदार्थों के जैविक चक्र के उद्भव से जुड़ा हुआ है। दूसरा बहुकोशिकीय जीवों के गठन के साथ था। इन दो चरणों को बायोजेनेसिस कहा जाता है तीसरा चरण उपस्थिति से जुड़ा हुआ है मनुष्य समाज, जिसके प्रभाव में आधुनिक परिस्थितियाँजीवमंडल का विकास होता है और मन-नोस्फीयर के क्षेत्र में इसका परिवर्तन होता है (जीआर-मन, -बॉल से)। नोस्फीयर बायोस्फीयर की एक नई स्थिति है, जब बुद्धिमान मानव गतिविधि मुख्य कारक बन जाती है जो इसके विकास को निर्धारित करती है। ई। लेरॉय द्वारा "नोस्फीयर" शब्द पेश किया गया था। VI वर्नाडस्की ने नोस्फीयर के सिद्धांत को गहरा और विकसित किया। उन्होंने लिखा: "नोस्फीयर नया है भूवैज्ञानिक घटनाहमारे ग्रह पर। इसमें मनुष्य एक प्रमुख भूवैज्ञानिक शक्ति बन जाता है। वी। आई। वर्नाडस्की ने नोस्फीयर के निर्माण के लिए आवश्यक पूर्वापेक्षाओं की पहचान की: 1. मानवता एक संपूर्ण हो गई है। 2. सूचना के तात्कालिक आदान-प्रदान की संभावना। 3. लोगों की वास्तविक समानता। 6. समाज के जीवन से युद्धों का बहिष्कार। बीसवीं शताब्दी में वैज्ञानिक चिंतन के विस्फोट के परिणामस्वरूप इन पूर्वापेक्षाओं का निर्माण संभव हुआ।

विषय - 6. प्रकृति - मनुष्य : एक व्यवस्थित दृष्टिकोण।व्याख्यान का उद्देश्य: पारिस्थितिकी के सिस्टम पोस्टुलेट्स का एक समग्र दृष्टिकोण बनाना।

मुख्य प्रश्न: 1. सिस्टम और जटिल बायोसिस्टम्स की अवधारणा। 2. जैविक प्रणालियों की विशेषताएं। 3. सिस्टम अभिधारणा: सार्वभौमिक संचार का नियम, पर्यावरण कानूनबी। कॉमनर, बड़ी संख्या का नियम, ले चेटेलियर का सिद्धांत, प्रकृति में प्रतिक्रिया का नियम और जीवित पदार्थ की मात्रा की स्थिरता का नियम। 4. सिस्टम में बातचीत के मॉडल " प्रकृति मनुष्य है"और" मानव-अर्थव्यवस्था-बायोटा-पर्यावरण "।

पारिस्थितिक तंत्र पारिस्थितिकी का मुख्य उद्देश्य है। पारिस्थितिकी प्रकृति में प्रणालीगत है और इसके सैद्धांतिक रूप में करीब है सामान्य सिद्धांतसिस्टम। सिस्टम के सामान्य सिद्धांत के अनुसार, सिस्टम भागों का एक वास्तविक या बोधगम्य सेट है, जिसके अभिन्न गुण सिस्टम के भागों (तत्वों) के बीच की बातचीत से निर्धारित होते हैं। वास्तविक जीवन में, एक प्रणाली को किसी दिए गए कार्य को करने के लिए नियमित रूप से बातचीत या अन्योन्याश्रय द्वारा एक साथ लाए गए वस्तुओं के संग्रह के रूप में परिभाषित किया जाता है। सामग्री में कुछ पदानुक्रम हैं - अनुपात-लौकिक अधीनता और प्रणालियों की जटिलता के क्रमबद्ध क्रम। हमारी दुनिया की सभी किस्मों को क्रमिक रूप से उभरे तीन पदानुक्रमों के रूप में दर्शाया जा सकता है। यह मुख्य, प्राकृतिक, भौतिक-रासायनिक-जैविक (पी, एक्स, बी) पदानुक्रम और दो पक्ष हैं जो इसके आधार पर उत्पन्न हुए हैं, सामाजिक (एस) और तकनीकी (टी) पदानुक्रम। फीडबैक के सेट के संदर्भ में उत्तरार्द्ध का अस्तित्व एक निश्चित तरीके से मुख्य पदानुक्रम को प्रभावित करता है। विभिन्न पदानुक्रमों से प्रणालियों का संयोजन सिस्टम के "मिश्रित" वर्गों की ओर जाता है। इस प्रकार, पदानुक्रम (एफ, एक्स - "पर्यावरण") के भौतिक-रासायनिक भाग से प्रणालियों का संयोजन पदानुक्रम के जैविक भाग (बी - "बायोटा") के जीवित प्रणालियों के साथ एक मिश्रित वर्ग की ओर जाता है जिसे सिस्टम कहा जाता है पर्यावरण।पदानुक्रम से प्रणालियों का एक संघ C

("आदमी") और टी ("प्रौद्योगिकी") आर्थिक वर्ग की ओर जाता है, या तकनीकी और आर्थिक,सिस्टम।

चावल। . सामग्री प्रणालियों के पदानुक्रम:

एफ, एक्स - भौतिक और रासायनिक, बी - जैविक, सी - सामाजिक, टी - तकनीकी

यह स्पष्ट होना चाहिए कि प्रकृति पर मानव समाज का प्रभाव, आरेख में दर्शाया गया है, प्रौद्योगिकी और प्रौद्योगिकी (टेक्नोजेनेसिस) द्वारा मध्यस्थता, प्राकृतिक प्रणालियों के संपूर्ण पदानुक्रम को संदर्भित करता है: निचली शाखा - अजैविक पर्यावरण को, ऊपरी - को। जीवमंडल का बायोटा। नीचे हम इस बातचीत के पर्यावरणीय और तकनीकी और आर्थिक पहलुओं की आकस्मिकता पर विचार करेंगे।

सभी प्रणालियों में कुछ सामान्य गुण होते हैं:

1. प्रत्येक प्रणाली में एक विशिष्ट है संरचना,सिस्टम के तत्वों के बीच स्पेस-टाइम कनेक्शन या इंटरैक्शन के रूप से निर्धारित होता है। केवल संरचनात्मक क्रम किसी प्रणाली के संगठन का निर्धारण नहीं करता है। सिस्टम कहा जा सकता है का आयोजन कियायदि इसका अस्तित्व या तो कुछ कार्यात्मक (कुछ कार्य करने वाली) संरचना को बनाए रखने के लिए आवश्यक है, या, इसके विपरीत, ऐसी संरचना की गतिविधि पर निर्भर करता है।

2. के अनुसार आवश्यक विविधता का सिद्धांतप्रणाली में व्यक्तित्व से रहित समान तत्व शामिल नहीं हो सकते। विविधता की निचली सीमा कम से कम दो तत्व (प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन, प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड, "वह" और "वह") है, ऊपरी सीमा अनंत है। विविधता प्रणाली की सबसे महत्वपूर्ण सूचना विशेषता है। यह तत्वों की किस्मों की संख्या से भिन्न होता है और इसे मापा जा सकता है।3. किसी तंत्र के गुणों को केवल उसके भागों के गुणों के आधार पर नहीं समझा जा सकता है। यह तत्वों के बीच की बातचीत है जो निर्णायक है। असेंबली से पहले मशीन के अलग-अलग हिस्सों से मशीन के संचालन का न्याय करना संभव नहीं है। कवक और शैवाल के कुछ रूपों का अलग-अलग अध्ययन करना, लाइकेन के रूप में उनके सहजीवन के अस्तित्व की भविष्यवाणी करना असंभव है। दो या अधिक की संयुक्त क्रिया कई कारकजीव पर लगभग हमेशा उनके अलग-अलग प्रभावों के योग से भिन्न होता है। सिस्टम के गुणों की अप्रासंगिकता की डिग्री उन व्यक्तिगत तत्वों के गुणों के योग के लिए निर्धारित करती है जिनमें यह निर्धारित होता है उद्भवसिस्टम।

4. सिस्टम का आवंटन इसकी दुनिया को दो भागों में विभाजित करता है - सिस्टम ही और इसका पर्यावरण। पर्यावरण के साथ पदार्थ, ऊर्जा और सूचनाओं के आदान-प्रदान की उपस्थिति (अनुपस्थिति) के आधार पर, निम्नलिखित मौलिक रूप से संभव हैं: एकाकीसिस्टम (कोई विनिमय संभव नहीं); बंद किया हुआसिस्टम (पदार्थ का असंभव विनिमय); खुलासिस्टम (पदार्थ और ऊर्जा विनिमय संभव है)। ऊर्जा का आदान-प्रदान सूचना के आदान-प्रदान को निर्धारित करता है। प्रकृति में केवल खुले होते हैं गतिशीलसिस्टम, जिसके आंतरिक तत्वों और पर्यावरण के तत्वों के बीच, पदार्थ, ऊर्जा और सूचना का स्थानांतरण होता है। कोई भी जीवित प्रणाली - एक वायरस से जीवमंडल तक - एक खुली गतिशील प्रणाली है।

5. बाहरी लोगों पर सिस्टम में आंतरिक इंटरैक्शन की प्रबलता और बाहरी ताकतों के संबंध में सिस्टम की देनदारी
क्रियाएँ इसे परिभाषित करती हैं आत्म-संरक्षण क्षमतासंगठन, धीरज और स्थिरता के गुणों के लिए धन्यवाद। एक प्रणाली पर एक बाहरी प्रभाव जो इसकी आंतरिक बातचीत की ताकत और लचीलेपन से अधिक होता है, अपरिवर्तनीय परिवर्तन की ओर जाता है।
और सिस्टम की मौत। एक गतिशील प्रणाली की स्थिरता इसके निरंतर बाह्य चक्रीय कार्य द्वारा बनाए रखी जाती है। इसके लिए इसमें ऊर्जा के प्रवाह और परिवर्तन की आवश्यकता होती है। विषय। प्राप्ति की संभावना मुख्य लक्ष्यप्रणाली - स्व-संरक्षण (स्व-प्रजनन सहित) को इसके रूप में परिभाषित किया गया है संभावित दक्षता।

6. समय में तंत्र की क्रिया कहलाती है व्यवहार।वजह बाहरी कारकव्यवहार परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया गया है प्रतिक्रियाप्रणाली, और प्रणाली की प्रतिक्रिया में परिवर्तन, संरचना में परिवर्तन के साथ जुड़ा हुआ है और व्यवहार को स्थिर करने के उद्देश्य से, इसके रूप में जुड़नार,या अनुकूलन।समय में सिस्टम की संरचना और कनेक्शन में अनुकूली परिवर्तनों का समेकन, जिसमें इसकी संभावित दक्षता बढ़ जाती है, के रूप में माना जाता है विकास,या विकास,सिस्टम। प्रकृति में सभी भौतिक प्रणालियों का उद्भव और अस्तित्व विकास के कारण है। डायनेमिक सिस्टम अधिक संभावित से कम संभावित संगठन की दिशा में विकसित होते हैं, अर्थात। विकास संगठन की जटिलता के रास्ते पर आगे बढ़ता है और सिस्टम की संरचना में सबसिस्टम का गठन। प्रकृति में, सभी प्रकार के सिस्टम व्यवहार - प्राथमिक प्रतिक्रिया से लेकर वैश्विक विकास तक - अनिवार्य रूप से हैं गैर रेखीय।जटिल प्रणालियों के विकास की एक महत्वपूर्ण विशेषता है
असमानता, एकरसता की कमी।मामूली परिवर्तनों के क्रमिक संचय की अवधि कभी-कभी तेज गुणात्मक छलांग से बाधित होती है जो सिस्टम के गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदल देती है। वे आमतौर पर तथाकथित से जुड़े होते हैं द्विभाजन बिंदु- द्विभाजन, विकास के पूर्व पथ का विभाजन। कणों, पदार्थों, जीवों, समाजों, या, इसके विपरीत, प्रणाली की मृत्यु की एक नई दुनिया के उद्भव और समृद्धि तक, द्विभाजन बिंदु पर पथ के एक या दूसरे निरंतरता की पसंद पर बहुत कुछ निर्भर करता है। यहां तक ​​कि निर्णय प्रणालियों के लिए, पसंद का परिणाम अक्सर अप्रत्याशित होता है, और द्विभाजन बिंदु पर ही विकल्प एक यादृच्छिक आवेग के कारण हो सकता है। किसी भी वास्तविक प्रणाली को किसी प्रकार की भौतिक समानता या प्रतिष्ठित छवि के रूप में दर्शाया जा सकता है, अर्थात। क्रमशः एनालॉग या साइन सिस्टम मॉडल।मॉडलिंग अनिवार्य रूप से प्रणाली में संबंधों के कुछ सरलीकरण और औपचारिकता के साथ है। यह औपचारिकता हो सकती है
तार्किक (कारणात्मक) और/या गणितीय (कार्यात्मक) संबंधों के रूप में कार्यान्वित। जैसे-जैसे प्रणालियों की जटिलता बढ़ती है, वे नए उभरते गुण प्राप्त करते हैं। साथ ही, सरल प्रणालियों के गुणों को संरक्षित किया जाता है। इसलिए, सिस्टम के गुणों की समग्र विविधता बढ़ जाती है क्योंकि यह अधिक जटिल हो जाता है (चित्र 2.2)।

चावल। 2.2। उनके स्तर में वृद्धि के साथ सिस्टम पदानुक्रम के गुणों में परिवर्तन के पैटर्न (फ्लीशमैन, 1982 के अनुसार):

1 - विविधता, 2 - स्थिरता, 3 - उद्भव, 4 - जटिलता, 5 - गैर-पहचान, 6 - व्यापकता

बाहरी प्रभावों के संबंध में बढ़ती गतिविधि के क्रम में, सिस्टम के गुणों को निम्नलिखित क्रम में क्रमबद्ध किया जा सकता है: 1 - स्थिरता, 2 - पर्यावरण के प्रति जागरूकता के कारण विश्वसनीयता (शोर प्रतिरक्षा), 3 - नियंत्रणीयता, 4 - आत्म- संगठन। इस श्रृंखला में, प्रत्येक बाद की गुणवत्ता पिछले वाले की उपस्थिति में समझ में आती है।

भाप की कठिनाई सिस्टम संरचना संख्या द्वारा निर्धारित की जाती है पीइसके तत्व और संख्या टी

उनके बीच संबंध। यदि किसी प्रणाली में निजी असतत राज्यों की संख्या की जांच की जाती है, तो प्रणाली की जटिलता साथबांड की संख्या के लघुगणक द्वारा निर्धारित किया जाता है:

सी = लोगम।(2.1)

सिस्टम को सशर्त रूप से जटिलता द्वारा निम्नानुसार वर्गीकृत किया गया है: 1) एक हज़ार राज्यों तक की प्रणालियाँ (O <С < 3), относятся к सरल; 2) दस लाख राज्यों तक के सिस्टम (3< С < 6), являют собой जटिल प्रणाली; 3) दस लाख से अधिक राज्यों (सी> 6) वाले सिस्टम की पहचान की जाती है बहुत जटिल।

सभी वास्तविक प्राकृतिक बायोसिस्टम्स बहुत जटिल हैं। यहां तक ​​कि एक वायरस की संरचना में, जैविक रूप से महत्वपूर्ण आणविक राज्यों की संख्या बाद के मान से अधिक है।

तत्वों का चक्र निर्जीव प्रकृति

एक बड़े भूवैज्ञानिक चक्र में पदार्थों का परिसंचरण।

महान भूवैज्ञानिक चक्र

महान भूवैज्ञानिक चक्र खनिजऔर बड़ी संख्या में अजैविक कारकों के प्रभाव में पानी बहता है।

सिद्धांत के अनुसार लिथोस्फेरिक प्लेटें, पृथ्वी के बाहरी आवरण में कई बहुत बड़े ब्लॉक (प्लेट) होते हैं। यह सिद्धांत 100-150 किमी मोटी शक्तिशाली लिथोस्फेरिक प्लेटों के क्षैतिज आंदोलनों के अस्तित्व को मानता है।

उसी समय, मध्य-महासागर की लकीरों के भीतर, तथाकथित दरार क्षेत्र। लिथोस्फेरिक प्लेटों का टूटना और अलग होना एक युवा समुद्री क्रस्ट के गठन के साथ होता है

इस घटना को महासागर तल प्रसार कहा जाता है। इस प्रकार, मेंटल की गहराई से खनिज पदार्थों का प्रवाह बढ़ता है, जिससे युवा क्रिस्टलीय चट्टानें बनती हैं।

इस प्रक्रिया के विपरीत, गहरी समुद्री खाइयों के क्षेत्र में, महाद्वीपीय क्रस्ट का एक हिस्सा लगातार दूसरे पर जोर दे रहा है, जो प्लेट के परिधीय भाग के विसर्जन के साथ मेंटल में होता है, यानी ठोस पदार्थ का हिस्सा पृथ्वी की पपड़ी पृथ्वी के मेंटल की संरचना में गुजरती है। महासागरीय गहरे समुद्र की खाइयों में होने वाली प्रक्रिया को महासागरीय पपड़ी का अवक्षेपण कहा जाता है।

ग्रह पर जल चक्र निरंतर और हर जगह संचालित होता है। जल चक्र के प्रेरक बल थर्मल ऊर्जाऔर गुरुत्वाकर्षण। गर्मी के प्रभाव में, वाष्पीकरण, जल वाष्प का संघनन और अन्य प्रक्रियाएं होती हैं, जो सूर्य से आने वाली ऊर्जा का लगभग 50% उपभोग करती हैं। गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में - वर्षा की बूंदों का गिरना, नदियों का प्रवाह, मिट्टी और भूजल का संचलन। अक्सर ये कारण एक साथ कार्य करते हैं, उदाहरण के लिए वायुमंडलीय परिसंचरणपानी, थर्मल प्रक्रियाएं और गुरुत्वाकर्षण दोनों कार्य करते हैं।

यह दो तरह से किया जाता है: जल और वायु प्रवास। वायु प्रवासियों में शामिल हैं: ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, आयोडीन।

जल प्रवासियों में वे पदार्थ शामिल हैं जो मुख्य रूप से मिट्टी, सतह और में प्रवास करते हैं भूजलमुख्य रूप से अणुओं और आयनों के रूप में: सोडियम, मैग्नीशियम, एल्यूमीनियम, सिलिकॉन, फास्फोरस, सल्फर, क्लोरीन, पोटेशियम, मैंगनीज, लोहा, कोबाल्ट, निकल, स्ट्रोंटियम, सीसा, आदि। वायु प्रवासी भी उन लवणों का हिस्सा हैं जो पानी में पलायन करते हैं। . हालाँकि, हवाई प्रवासन उनके लिए अधिक विशिष्ट है।

जीवमंडल में जीवित पदार्थ का द्रव्यमान अपेक्षाकृत छोटा है। यदि इसे वितरित किया जाता है पृथ्वी की सतह, तब आपको केवल 1.5 सेमी की परत मिलती है तालिका 4.1 जीवमंडल और पृथ्वी के अन्य भूमंडल की कुछ मात्रात्मक विशेषताओं की तुलना करती है। ग्रह के अन्य गोले के 10-6 से कम द्रव्यमान वाले जीवमंडल में अतुलनीय रूप से अधिक विविधता है और इसकी संरचना को एक लाख गुना तेजी से नवीनीकृत करता है।

तालिका 4.1

जीवमंडल की पृथ्वी के अन्य भूमंडलों से तुलना

* जीवित पदार्थ जीवित वजन पर आधारित है

4.4.1। जीवमंडल के कार्य

जीवमंडल के बायोटा के लिए धन्यवाद, ग्रह पर रासायनिक परिवर्तनों का प्रमुख हिस्सा किया जाता है। इसलिए वी.आई. का फैसला। वर्नाडस्की जीवित पदार्थ की विशाल परिवर्तनकारी भूवैज्ञानिक भूमिका के बारे में। पूरे जैविक विकास के दौरान, जीवित जीव अपने अंगों, ऊतकों, कोशिकाओं, रक्त, पूरे वातावरण, विश्व महासागर के पूरे आयतन, मिट्टी के अधिकांश द्रव्यमान, खनिज पदार्थों के एक विशाल द्रव्यमान से होकर गुजरे हैं। उनके अंग, ऊतक, कोशिकाएं, रक्त, एक हजार बार (विभिन्न चक्रों के लिए 103 से 105 बार)। और उन्होंने न केवल इसे खो दिया, बल्कि अपनी आवश्यकताओं के अनुसार सांसारिक वातावरण को भी संशोधित किया।

सौर ऊर्जा को रासायनिक बंधों की ऊर्जा में बदलने की क्षमता के लिए धन्यवाद, पौधे और अन्य जीव ग्रहों के पैमाने पर कई मौलिक जैव-रासायनिक कार्य करते हैं।

गैस समारोह। प्रकाश संश्लेषण और श्वसन की प्रक्रियाओं में जीवित प्राणी लगातार पर्यावरण के साथ ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड का आदान-प्रदान करते हैं। ग्रह के भू-रासायनिक विकास और निर्माण में पौधों ने अपचायक पर्यावरण को ऑक्सीकरण करने वाले वातावरण में बदलने में निर्णायक भूमिका निभाई है। गैस रचनाआधुनिक वातावरण। पौधे सख्ती से O2 और CO2 की सांद्रता को नियंत्रित करते हैं, जो सभी आधुनिक जीवित जीवों की समग्रता के लिए इष्टतम हैं।

एकाग्रता समारोह। अपने शरीर के माध्यम से बड़ी मात्रा में हवा और प्राकृतिक समाधान पारित करके, जीवित जीव बायोजेनिक प्रवासन (रसायनों की गति) और रासायनिक तत्वों और उनके यौगिकों की एकाग्रता को पूरा करते हैं। यह कार्बनिक पदार्थ, गठन के जैवसंश्लेषण को संदर्भित करता है प्रवाल द्वीप, गोले और कंकाल का निर्माण, तलछटी चूना पत्थर के स्तर की उपस्थिति, कुछ धातु अयस्कों का जमाव, समुद्र तल पर लौह-मैंगनीज पिंडों का संचय, आदि। प्रारम्भिक चरणमें जैविक विकास हुआ जलीय वातावरण. जीवों ने एक तनु जलीय घोल से आवश्यक पदार्थों को निकालना सीख लिया है, जिससे उनके शरीर में उनकी सांद्रता कई गुना बढ़ जाती है।

जीवित पदार्थ का रेडॉक्स कार्य तत्वों के बायोजेनिक प्रवासन और पदार्थों की एकाग्रता से निकटता से संबंधित है। प्रकृति में कई पदार्थ स्थिर होते हैं और कब ऑक्सीकरण नहीं करते हैं सामान्य स्थिति, उदाहरण के लिए, आणविक नाइट्रोजन सबसे महत्वपूर्ण बायोजेनिक तत्वों में से एक है। लेकिन जीवित कोशिकाओं में इतने शक्तिशाली उत्प्रेरक - एंजाइम होते हैं कि वे एक अजैविक वातावरण की तुलना में लाखों गुना तेजी से कई रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं करने में सक्षम होते हैं।

जीवमंडल के जीवित पदार्थ का सूचना कार्य। यह पहले आदिम जीवित प्राणियों के आगमन के साथ था कि ग्रह पर सक्रिय ("जीवित") जानकारी दिखाई दी, जो "मृत" जानकारी से भिन्न होती है, जो संरचना का एक सरल प्रतिबिंब है। एक कार्यक्रम की भूमिका निभाते हुए एक सक्रिय आणविक संरचना के साथ ऊर्जा के प्रवाह को जोड़कर जीव सूचना प्राप्त करने में सक्षम हो गए। आणविक जानकारी को देखने, संग्रहीत करने और संसाधित करने की क्षमता प्रकृति में एक उन्नत विकास से गुज़री है और यह सबसे महत्वपूर्ण पारिस्थितिक प्रणाली बनाने वाला कारक बन गया है। बायोटा आनुवंशिक सूचना का कुल भंडार 1015 बिट्स अनुमानित है। वैश्विक बायोटा की सभी कोशिकाओं में चयापचय और ऊर्जा से जुड़ी आणविक सूचना के प्रवाह की कुल शक्ति 1036 बिट / एस (गोर्शकोव एट अल।, 1996) तक पहुंचती है।

4.4.2। जैविक चक्र के घटक।

जैविक चक्र जीवमंडल के सभी घटकों (यानी, मिट्टी, हवा, पानी, जानवरों, सूक्ष्मजीवों, आदि के बीच) के बीच किया जाता है। यह जीवित जीवों की अनिवार्य भागीदारी के साथ होता है।

बायोस्फीयर में पहुंचने वाले सौर विकिरण प्रति वर्ष लगभग 2.5 * 1024 J की ऊर्जा वहन करते हैं। इसका केवल 0.3% ही सीधे प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में कार्बनिक पदार्थों के रासायनिक बंधों की ऊर्जा में परिवर्तित होता है, अर्थात। जैविक चक्र में शामिल। तथा पृथ्वी पर पड़ने वाली सौर ऊर्जा का 0.1-0.2% शुद्ध प्राथमिक उत्पादन में निहित होता है। आगे भाग्ययह ऊर्जा ट्रॉफिक श्रृंखलाओं के कैस्केड के माध्यम से भोजन के कार्बनिक पदार्थों के हस्तांतरण से जुड़ी है।

जैविक चक्र को सशर्त रूप से परस्पर संबंधित घटकों में विभाजित किया जा सकता है: पदार्थों का चक्र और ऊर्जा चक्र।

4.4.3। ऊर्जा चक्र। जीवमंडल में ऊर्जा परिवर्तन

एक पारिस्थितिकी तंत्र को जीवित जीवों के संग्रह के रूप में वर्णित किया जा सकता है जो लगातार ऊर्जा, पदार्थ और सूचना का आदान-प्रदान करते हैं। ऊर्जा को कार्य करने की क्षमता के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। पारिस्थितिक तंत्र में ऊर्जा की गति सहित ऊर्जा के गुणों का वर्णन ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों द्वारा किया जाता है।

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम या ऊर्जा के संरक्षण का नियम बताता है कि ऊर्जा गायब नहीं होती है और नए सिरे से नहीं बनाई जाती है, यह केवल एक रूप से दूसरे रूप में बदलती है।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम कहता है कि एन्ट्रापी केवल एक बंद प्रणाली में बढ़ सकती है। पारिस्थितिक तंत्र में ऊर्जा के संबंध में, निम्नलिखित सूत्रीकरण सुविधाजनक है: ऊर्जा के परिवर्तन से जुड़ी प्रक्रियाएं अनायास ही हो सकती हैं, जब ऊर्जा एक केंद्रित रूप से एक विसरित रूप में गुजरती है, अर्थात यह नीचा दिखाती है। ऊर्जा की मात्रा का एक माप जो उपयोग के लिए अनुपलब्ध हो जाता है, या अन्यथा परिवर्तन का एक उपाय जो तब होता है जब ऊर्जा का ह्रास होता है, एन्ट्रापी है। सिस्टम का क्रम जितना अधिक होगा, उसकी एन्ट्रापी उतनी ही कम होगी।

दूसरे शब्दों में, जीवित पदार्थ ब्रह्मांड की ऊर्जा, सूर्य को स्थलीय प्रक्रियाओं (रासायनिक, यांत्रिक, थर्मल, विद्युत) की ऊर्जा में प्राप्त और परिवर्तित करता है। यह जीवमंडल में पदार्थों के निरंतर संचलन में इस ऊर्जा और अकार्बनिक पदार्थ को शामिल करता है। जीवमंडल में ऊर्जा के प्रवाह की एक दिशा है - सूर्य से पौधों (स्वपोषी) के माध्यम से जानवरों (विषमपोषी) तक। निरंतर महत्वपूर्ण पर्यावरणीय संकेतकों (होमियोस्टैसिस) के साथ एक स्थिर स्थिति में प्राकृतिक अछूते पारिस्थितिक तंत्र सबसे अधिक आदेशित प्रणालियां हैं और सबसे कम एन्ट्रापी की विशेषता है।

4.4.4। प्रकृति में पदार्थों का चक्र

जीवित पदार्थ का निर्माण और उसका अपघटन एक ही प्रक्रिया के दो पहलू हैं, जिसे रासायनिक तत्वों का जैविक चक्र कहा जाता है। जीवन जीवों और पर्यावरण के बीच रासायनिक तत्वों का संचलन है।

चक्र का कारण उन तत्वों की सीमितता है जिनसे जीवों के शरीर का निर्माण होता है। प्रत्येक जीव पर्यावरण से जीवन के लिए आवश्यक पदार्थ निकालता है और अप्रयुक्त वापस आ जाता है। जिसमें:

कुछ जीव पर्यावरण से सीधे खनिजों का उपभोग करते हैं;

अन्य पहले संसाधित और पृथक उत्पादों का उपयोग करते हैं;

तीसरा - दूसरा, आदि, जब तक कि पदार्थ अपनी मूल अवस्था में पर्यावरण में वापस नहीं आ जाते।

जीवमंडल में, विभिन्न जीवों के सह-अस्तित्व की आवश्यकता स्पष्ट है जो एक दूसरे के अपशिष्ट उत्पादों का उपयोग कर सकते हैं। हम व्यावहारिक रूप से अपशिष्ट मुक्त जैविक उत्पादन देखते हैं।

जीवित जीवों में पदार्थों के चक्र को सशर्त रूप से चार प्रक्रियाओं में घटाया जा सकता है:

1. प्रकाश संश्लेषण। प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप, पौधे सौर ऊर्जा को अवशोषित और संचित करते हैं और कार्बनिक पदार्थों - प्राथमिक जैविक उत्पादों - और अकार्बनिक पदार्थों से ऑक्सीजन को संश्लेषित करते हैं। प्राथमिक जैविक उत्पाद बहुत विविध हैं - उनमें कार्बोहाइड्रेट (ग्लूकोज), स्टार्च, फाइबर, प्रोटीन, वसा होते हैं।

सरलतम कार्बोहाइड्रेट (ग्लूकोज) के प्रकाश संश्लेषण की योजना में निम्नलिखित योजना है:

यह प्रक्रिया केवल दिन के दौरान होती है और पौधों के द्रव्यमान में वृद्धि के साथ होती है।

पृथ्वी पर, प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप प्रतिवर्ष लगभग 100 बिलियन टन कार्बनिक पदार्थ बनते हैं, लगभग 200 बिलियन टन कार्बन डाइऑक्साइड अवशोषित होते हैं, और लगभग 145 बिलियन टन ऑक्सीजन निकलती है।

प्रकाश संश्लेषण पृथ्वी पर जीवन के अस्तित्व को सुनिश्चित करने में एक निर्णायक भूमिका निभाता है। इसके वैश्विक महत्व को इस तथ्य से समझाया गया है कि प्रकाश संश्लेषण एकमात्र ऐसी प्रक्रिया है जिसके दौरान थर्मोडायनामिक प्रक्रिया में ऊर्जा, न्यूनतावादी सिद्धांत के अनुसार, नष्ट नहीं होती है, बल्कि जमा होती है।

प्रोटीन के निर्माण के लिए आवश्यक अमीनो एसिड को संश्लेषित करके, पौधे अन्य जीवित जीवों से अपेक्षाकृत स्वतंत्र रूप से अस्तित्व में रह सकते हैं। यह पौधों की ऑटोट्रॉफी (पोषण में आत्मनिर्भरता) को प्रकट करता है। वहीं, पौधों का हरा द्रव्यमान और प्रकाश संश्लेषण के दौरान पैदा होने वाली ऑक्सीजन जीवन को बनाए रखने का आधार है। अगला समूहजीवित जीव - जानवर, सूक्ष्मजीव। यह जीवों के इस समूह की हेटरोट्रॉफी को दर्शाता है।

2. श्वास। प्रक्रिया प्रकाश संश्लेषण के विपरीत है। सभी जीवित कोशिकाओं में होता है। श्वसन के दौरान, कार्बनिक पदार्थ ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और ऊर्जा का निर्माण होता है।

3. स्वपोषी और विषमपोषी जीवों के बीच पोषण संबंधी (पोषी) संबंध। में इस मामले मेंखाद्य श्रृंखला की कड़ियों के साथ ऊर्जा और पदार्थ का स्थानांतरण होता है, जिसके बारे में हमने पहले और अधिक विस्तार से चर्चा की थी।

4. वाष्पोत्सर्जन की प्रक्रिया। जैविक चक्र में सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में से एक।

योजनाबद्ध रूप से, इसे निम्नानुसार वर्णित किया जा सकता है। पौधे अपनी जड़ों के माध्यम से मिट्टी की नमी को अवशोषित करते हैं। उसी समय, पानी में घुलने वाले खनिज पदार्थ उनमें प्रवेश करते हैं, जो अवशोषित हो जाते हैं, और नमी पर्यावरणीय परिस्थितियों के आधार पर अधिक या कम तीव्रता से वाष्पित हो जाती है।

4.4.5। जैव भू-रासायनिक चक्र

भूवैज्ञानिक और जैविक चक्र जुड़े हुए हैं - वे एक ही प्रक्रिया के रूप में मौजूद हैं, पदार्थों के संचलन को जन्म देते हैं, तथाकथित जैव-भूरासायनिक चक्र (बीजीसीसी)। तत्वों का यह संचलन पारिस्थितिकी तंत्र में कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण और क्षय के कारण होता है (चित्र 4.1)। बीएचसीसी में जीवमंडल के सभी तत्व शामिल नहीं हैं, लेकिन केवल बायोजेनिक हैं। जीवित जीव उनमें शामिल हैं, ये तत्व कई प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करते हैं और जीवित जीवों में होने वाली प्रक्रियाओं में भाग लेते हैं। प्रतिशत के संदर्भ में, जीवमंडल के जीवित पदार्थ के कुल द्रव्यमान में निम्नलिखित मुख्य बायोजेनिक तत्व होते हैं: ऑक्सीजन - 70%, कार्बन - 18%, हाइड्रोजन - 10.5%, कैल्शियम - 0.5%, पोटेशियम - 0.3%, नाइट्रोजन - 0 , 3%, (ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, कार्बन सभी परिदृश्यों में मौजूद हैं और जीवित जीवों का आधार हैं - 98%)।

रासायनिक तत्वों के बायोजेनिक प्रवासन का सार।

इस प्रकार, जीवमंडल में पदार्थों का एक बायोजेनिक चक्र होता है (अर्थात, जीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि के कारण होने वाला चक्र) और ऊर्जा का एक दिशात्मक प्रवाह होता है। रासायनिक तत्वों का बायोजेनिक प्रवास मुख्य रूप से दो विपरीत प्रक्रियाओं द्वारा निर्धारित होता है:

1. सौर ऊर्जा के कारण पर्यावरण के तत्वों से जीवित पदार्थ का निर्माण।

2. ऊर्जा की रिहाई के साथ कार्बनिक पदार्थों का विनाश। साथ ही, खनिज पदार्थों के तत्व बार-बार जीवित जीवों में प्रवेश करते हैं, जिससे परिसर की संरचना में प्रवेश होता है कार्बनिक यौगिक, रूप, और फिर, जब बाद वाले नष्ट हो जाते हैं, तो वे फिर से एक खनिज रूप प्राप्त कर लेते हैं।

ऐसे तत्व हैं जो जीवित जीवों का हिस्सा हैं, लेकिन बायोजेनिक से संबंधित नहीं हैं। ऐसे तत्वों को जीवों में उनके भार अंश के अनुसार वर्गीकृत किया गया है:

मैक्रोन्यूट्रिएंट्स - द्रव्यमान का कम से कम 10-2% घटक;

ट्रेस तत्व - द्रव्यमान के 9 * 10-3 से 1 * 10-3% तक के घटक;

अल्ट्रामाइक्रोलेमेंट्स - द्रव्यमान का 9 * 10-6% से कम;

जीवमंडल के अन्य रासायनिक तत्वों के बीच जीवजनित तत्वों का स्थान निर्धारित करने के लिए, आइए हम पारिस्थितिकी में अपनाए गए वर्गीकरण पर विचार करें। जीवमंडल में होने वाली प्रक्रियाओं में दिखाई गई गतिविधि के अनुसार सभी रासायनिक तत्वों को 6 समूहों में बांटा गया है:

नोबल गैसें हीलियम, नियोन, आर्गन, क्रिप्टन, जेनॉन हैं। अक्रिय गैसें जीवित जीवों का हिस्सा नहीं हैं।

महान धातु - रूथेनियम, रेडियम, पैलेडियम, ऑस्मियम, इरिडियम, प्लैटिनम, सोना। ये धातुएं पृथ्वी की पपड़ी में लगभग यौगिक नहीं बनाती हैं।

चक्रीय या बायोजेनिक तत्व (इन्हें प्रवासी भी कहा जाता है)। पृथ्वी की पपड़ी में बायोजेनिक तत्वों का यह समूह कुल द्रव्यमान का 99.7% और शेष 5 समूह - 0.3% है। इस प्रकार, अधिकांश तत्व प्रवासी हैं जो भौगोलिक लिफाफे में संचलन करते हैं, और कुछ निष्क्रिय तत्व बहुत छोटे हैं।

बिखरे हुए तत्व, मुक्त परमाणुओं की प्रबलता की विशेषता है। में प्रवेश रासायनिक प्रतिक्रिएं, लेकिन उनके यौगिक पृथ्वी की पपड़ी में बहुत कम पाए जाते हैं। वे दो उपसमूहों में विभाजित हैं। पहला - रुबिडियम, सीज़ियम, नाइओबियम, टैंटलम - पृथ्वी की पपड़ी की गहराई में यौगिक बनाते हैं, और सतह पर उनके खनिज नष्ट हो जाते हैं। दूसरा - आयोडीन, ब्रोमीन - सतह पर ही प्रतिक्रिया करता है।

रेडियोधर्मी तत्व - पोलोनियम, रेडॉन, रेडियम, यूरेनियम, नेप्टुनियम, प्लूटोनियम।

दुर्लभ पृथ्वी तत्व - येट्रियम, समैरियम, यूरोपियम, थ्यूलियम, आदि।

लगभग 480 बिलियन टन पदार्थ साल भर चलने वाले जैव रासायनिक चक्र गतिमान होते हैं।

में और। वर्नाडस्की ने तीन जैव-रासायनिक सिद्धांत तैयार किए जो रासायनिक तत्वों के जैव-रासायनिक प्रवास का सार बताते हैं:

जीवमंडल में रासायनिक तत्वों का बायोजेनिक प्रवास हमेशा अपनी अधिकतम अभिव्यक्ति के लिए होता है।

भूवैज्ञानिक समय के दौरान प्रजातियों का विकास, जीवन के स्थायी रूपों के निर्माण की ओर अग्रसर होता है, एक दिशा में आगे बढ़ता है जो परमाणुओं के बायोजेनिक प्रवासन को बढ़ाता है।

जीवित पदार्थ अपने पर्यावरण के साथ निरंतर रासायनिक आदान-प्रदान में है, जो एक ऐसा कारक है जो जीवमंडल को फिर से बनाता है और बनाए रखता है।

आइए देखें कि इनमें से कुछ तत्व जीवमंडल में कैसे चलते हैं।

कार्बन चक्र। जैविक पदार्थों के आधार के रूप में जैविक चक्र में मुख्य भागीदार कार्बन है। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में ज्यादातर कार्बन चक्र जीवित पदार्थ और वातावरण के कार्बन डाइऑक्साइड के बीच होता है। शाकाहारी इसे भोजन से प्राप्त करते हैं, परभक्षी इसे शाकाहारियों से प्राप्त करते हैं। जब सांस लेते हैं, सड़ते हैं, तो कार्बन डाइऑक्साइड आंशिक रूप से वायुमंडल में वापस आ जाता है, वापसी तब होती है जब कार्बनिक खनिज जल जाते हैं।

वातावरण में कार्बन वापसी की अनुपस्थिति में, यह 7-8 वर्षों में हरे पौधों द्वारा उपयोग किया जाएगा। प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से कार्बन के जैविक टर्नओवर की दर 300 वर्ष है। विश्व सागर खेल रहा है बड़ी भूमिकावातावरण में CO2 की सामग्री को विनियमित करने में। यदि CO2 सामग्री वातावरण में बढ़ जाती है, तो इसका कुछ हिस्सा कैल्शियम कार्बोनेट के साथ प्रतिक्रिया करके पानी में घुल जाता है।

ऑक्सीजन चक्र।

ऑक्सीजन की एक उच्च रासायनिक गतिविधि है, यह पृथ्वी की पपड़ी के लगभग सभी तत्वों के साथ यौगिकों में प्रवेश करती है। यह मुख्य रूप से यौगिकों के रूप में होता है। जीवित पदार्थ का हर चौथा परमाणु एक ऑक्सीजन परमाणु है। हरे पौधों की गतिविधि के कारण वातावरण में लगभग सभी आणविक ऑक्सीजन उत्पन्न हुई और निरंतर स्तर पर बनी हुई है। वायुमंडलीय ऑक्सीजन, श्वसन के दौरान बंधे और प्रकाश संश्लेषण के दौरान जारी, 200 वर्षों में सभी जीवित जीवों से गुजरती है।

नाइट्रोजन चक्र। नाइट्रोजन सभी प्रोटीनों का एक अभिन्न अंग है। सामान्य रवैयाबाध्य नाइट्रोजन, प्रकृति में नाइट्रोजन के लिए कार्बनिक पदार्थ बनाने वाले तत्व के रूप में 1: 100,000 है। नाइट्रोजन अणु में रासायनिक बंधन ऊर्जा बहुत अधिक है। इसलिए, अन्य तत्वों - ऑक्सीजन, हाइड्रोजन (नाइट्रोजन निर्धारण की प्रक्रिया) के साथ नाइट्रोजन के संयोजन के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। -500 डिग्री सेल्सियस के तापमान और -300 एटीएम के दबाव पर उत्प्रेरक की उपस्थिति में औद्योगिक नाइट्रोजन स्थिरीकरण होता है।

जैसा कि आप जानते हैं, वायुमंडल में 78% से अधिक आणविक नाइट्रोजन होता है, लेकिन इस अवस्था में यह हरे पौधों के लिए उपलब्ध नहीं होता है। उनके पोषण के लिए, पौधे केवल नाइट्रिक और नाइट्रस एसिड के लवण का उपयोग कर सकते हैं। इन लवणों के निर्माण के तरीके क्या हैं? उनमें से कुछ यहां हैं:

जीवमंडल में, एनारोबिक बैक्टीरिया और साइनोबैक्टीरिया के कई समूहों द्वारा नाइट्रोजन स्थिरीकरण किया जाता है। सामान्य तापमानऔर बायोकाटलिसिस की उच्च दक्षता के कारण दबाव। ऐसा माना जाता है कि बैक्टीरिया प्रति वर्ष लगभग 1 बिलियन टन नाइट्रोजन को एक बाध्य रूप में परिवर्तित करते हैं (औद्योगिक निर्धारण की विश्व मात्रा लगभग 90 मिलियन टन है)।

मृदा नाइट्रोजन-फिक्सिंग बैक्टीरिया हवा से आणविक नाइट्रोजन को आत्मसात करने में सक्षम हैं। वे मिट्टी को नाइट्रोजन यौगिकों से समृद्ध करते हैं, इसलिए उनका मूल्य बहुत अधिक है।

पौधे और पशु मूल के कार्बनिक पदार्थों के नाइट्रोजन युक्त यौगिकों के अपघटन के परिणामस्वरूप।

बैक्टीरिया की क्रिया के तहत, नाइट्रोजन नाइट्रेट्स, नाइट्राइट्स, अमोनियम यौगिकों में परिवर्तित हो जाती है। पौधों में, नाइट्रोजन यौगिक प्रोटीन यौगिकों के संश्लेषण में भाग लेते हैं, जो खाद्य श्रृंखलाओं में एक जीव से दूसरे जीव में स्थानांतरित होते हैं।

फास्फोरस चक्र। एक अन्य महत्वपूर्ण तत्व, जिसके बिना प्रोटीन संश्लेषण असंभव है, फॉस्फोरस है। मुख्य स्रोत आग्नेय चट्टानें (एपेटाइट्स) और तलछटी चट्टानें (फॉस्फोराइट्स) हैं।

प्राकृतिक लीचिंग प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप अकार्बनिक फास्फोरस चक्र में शामिल होता है। फास्फोरस जीवित जीवों द्वारा आत्मसात किया जाता है, जो इसकी भागीदारी के साथ कई कार्बनिक यौगिकों को संश्लेषित करते हैं और उन्हें विभिन्न ट्रॉफिक स्तरों में स्थानांतरित करते हैं।

ट्रॉफिक श्रृंखलाओं के साथ अपनी यात्रा समाप्त करने के बाद, जैविक फॉस्फेट रोगाणुओं द्वारा विघटित हो जाते हैं और हरे पौधों के लिए उपलब्ध खनिज फॉस्फेट में बदल जाते हैं।

जैविक संचलन की प्रक्रिया में, जो पदार्थ और ऊर्जा की गति को सुनिश्चित करता है, कचरे के संचय के लिए कोई जगह नहीं है। प्रत्येक जीवन रूप के अपशिष्ट उत्पाद (अर्थात् अपशिष्ट उत्पाद) अन्य जीवों के लिए प्रजनन स्थल हैं।

सैद्धांतिक रूप से, जीवमंडल को हमेशा बायोमास के उत्पादन और उसके अपघटन के बीच संतुलन बनाए रखना चाहिए। हालाँकि, कुछ भूगर्भीय काल में, कुछ कारणों से जैविक चक्र का संतुलन बिगड़ गया था स्वाभाविक परिस्थितियां, प्रलय, सभी जैविक उत्पादों को आत्मसात नहीं किया गया, रूपांतरित किया गया। इन मामलों में, जैविक उत्पादों के अधिशेष का गठन किया गया था, जो संरक्षित थे और पृथ्वी की पपड़ी में जमा हो गए थे, पानी के स्तंभ के नीचे, तलछट, जोन में समाप्त हो गए थे permafrost. इस प्रकार कोयला, तेल, गैस, चूना पत्थर के निक्षेप बने। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि वे जीवमंडल को कूड़ा नहीं करते हैं। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में संचित सूर्य की ऊर्जा कार्बनिक खनिजों में केंद्रित है। अब जैविक जीवाश्म ईंधन को जलाने से व्यक्ति इस ऊर्जा को मुक्त करता है।