CICLU BIOGEOCHIMIC

CALAIGI STELIAN CLASA A 10-a G

Ciclu biogeochimic n cadrul tiinelor Pmntului, ciclul biogeochimic reprezint circuitul elementelor chimice necesare vieuitoarelor, n spaiul biotic (biosfer) i abiotic (litosfera, atmosfer i hidrosfer).Conceptul a fost introdus de biochimistul Serghei Vinogradski i cuprinde urmtoarele componente: Circuitul apei n natur Circuitul carbonului Circuitul hidrogenului Circuitul oxigenului Circuitul azotului Circuitul sulfului Circuitul fosforului Circuitul metalelor n natur.Existena unor astfel de cicluri, confer ecosferei o putere considerabil de autoreglare, care asigur perenitatea sa i se manifest printr-o rat constant de circulaie a fiecrui element prezent n mediu.Intr-un ciclu biogeochimic se deosebesc un fond disponibil cu circulaie rapid (de pild, azotul din sol) i un fond relativ nedisponibil cu deplasri mai lente (de pild, azotul atmosferic). n raport cu capacitatea substanei de a se rentoarce n cantitate mai mare sau mai mic n circuit, deosebim dou categorii de cicluri biogeochimice globale: Ciclurile relativ perfecte sau gazoase le ntlnim la azot, oxigen, carbon etc., n care rezervorul principal l reprezint atmosfera. Ciclurile relativ imperfecte sau sedimentare se ntlnesc la fosfor, calciu, fier, sulf etc., n care rezervorul principal al elementelor l reprezint litosfera.Evoluia ciclului biogeochimicCircuitul substanelor din biosfer este determinat de trei categorii de factori, abiotici, biotici i antropici, care au aprut succesiv de-a lungul evoluiei geologice a Pmntului: etapa abiogen: desfurat nainte de apariia vieii, perioad n care circuitul materiei era unul geochimic, determinat numai de factorii abiotici. etapa biogen: n care s-au format circuitele biogeochimice. etapa antropogen: care ncepe odat cu apariia omului i aduce importante schimbri n desfurarea circulaiei i evoluiei materiei pe Pmnt.

Circuitul apei n natur

Circuitul apei n natur (denumit uneori i ciclul hidrologic sau ciclul apei) este procesul de circulaie continu a apei n cadrul hidrosferei Pmntului. Acest proces este pus n micare de radiaia solar i de gravitaie. n cursul parcurgerii acestui circuit, apa i schimb starea de agregare fiind succesiv n stare solid, lichid sau gazoas. Apa se mic dintr-un element component al circuitului n altul, de exemplu dintr-un ru ntr-un ocean, prin diferite procese fizice, dintre care cele mai nsemnate sunt evaporaia, transpiraia, infiltraia i scurgerea. tiinele care se ocup cu studiul micrii apei n cadrul acestui circuit sunt hidrologia i meteorologia.Prezentarea schematic a elementelor componente ale circuitului apei n natur:

Procesele fiziceNu se poate gsi un punct n care ncepe sau se termin ciclul natural al apei. Moleculele de ap se mic n mod continuu de la un compartiment sau rezervor al hidrosferei la altul, prin diferite procese fizice.n principiu, ciclul apei const din urmtoarele procese: Evaporarea este procesul prin care apa se transfer de la suprafaa oceanelor i a altor corpuri de ap n atmosfer. Acest transfer implic o schimbare de stare de agregare a apei, din stare lichid n stare gazoas. Sursa de energie a acestui proces o constituie energia solar. Pe lng aceasta, apa se mai elimin n atmosfer prin transpiraia solului, plantelor i, n mult mai mic msur, cea a animalelor, numit evapotranspiraie. Aproximativ 90% din apa din atmosfer provine din evaporaie i numai 10% din evapotranspiraie. Advecia este procesul de transfer al unei proprieti atmosferice (cldur, frig, umiditate, vorticitate) prin micarea orizontal a masei de aer. n cazul circuitului apei este vorba despre procesul de micare a apei n stare solid, lichid sau gazoas prin atmosfer. Fr advecie, apa evaporat de pe suprafaa oceanelor nu s-ar putea deplasa pentru a ajunge deasupra uscatului unde s produc precipitaii. Condensarea este procesul prin care vaporii de ap din aer se transform n picturi lichide de ap, formnd nori sau cea. Precipitaiile sunt constituite din apa care s-a condensat n atmosfer i cade pe suprafaa pmntului. Forma de precipitaii care apare cel mai frecvent este ploaia, alte forme fiind zpada, grindina, chiciura, lapovia i prelingerea de ap din cea. Sublimarea este procesul prin care apa n stare solid (ghea sau zpad) se transform direct n vapori, fr a mai trece prin starea lichid. Intercepia prin foliaj este partea din precipitaii care este interceptat de frunziul plantelor i care, n timp, se evapor fr a mai ajunge la suprafaa solului. Cantitatea de ap interceptat depinde de durata ploii, de viteza vntului, de temperatur, de densitatea frunziului i de ali factori mai puin nsemnai Infiltraia este procesul de ptrundere a apei de la suprafaa solului n interiorul solului, prin umplerea golurilor dintre particulele de sol. Topirea este procesul de transformare a apei din starea solid (ghea sau zpad) n stare lichid. Scurgerea este procesul prin care apa se mic la suprafaa sau sub suprafaa solului. n aceast micare se poate face distincie ntre: scurgerea de suprafa este scurgerea care are loc pe suprafaa solului, avnd de obicei loc n straturi subiri sau n uvoaie, acoperind cea mai mare parte a solului; scurgerea n albii este procesul care are loc n albii, n care se concentreaz apa provenind din scurgerea de suprafa, formnd praie, ruri i fluvii; scurgerea subteran este scurgerea care are loc sub suprafaa solului, fie prin stratele freatice, fie prin stratele acvifere de adncime. Apa din stratele subterane se rentoarce la suprafa fie prin izvoare, fie prin infiltraie n ruri, oceane sau alte rezervoare de suprafa. Capilaritatea este mecanismul care asigur micarea vertical a apei subterane.n principiu, apa se evapor de la suprafaa oceanelor, formeaz nori din care apa cade sub form de precipitaii pe pmnt i apoi se scurge napoi n oceane. Totui moleculele de ap nu i efectueaz n mod necesar micarea n aceast ordine. nainte de a se rentoarce n ocean, o molecul de ap poate s fi fost evaporat, condensat, precipitat i scurs de repetate rnduri sau poate s fi urmat o cale mai scurt i s fi fost precipitat direct n ocean, fr a mai parcurge celelalte componente ale ciclului.Circuitul carbonului n naturPe Pmnt, circuitul carbonului din natur (numit uneori i ciclul carbonului) este format dintr-o serie de schimburi de substan, care antreneaz carbonul, ntre biosfer, atmosfer, hidrosfer i litosfer. Cea mai mare parte a carbonului din circuit se afl sub form gazoas, n special ca dioxid de carbon.. ntre atmosfer i biosfer: plantele n timpul nopii i animalele tot timpul elimin prin respiraie dioxid de carbon. n timpul zilei plantele asimileaz carbonul din CO2 i, cu ajutorul luminii solare, prin procesul de fotosintez l transform n combinaii organice, elibernd oxigenul. Capacitatea biosferei de a asimila carbonul este, totui, limitat. ntre atmosfer i hidrosfer: CO2 este un gaz relativ solubil n ap i exist un echilibru al concentraiei CO2 n ap. Oceanele conin dizolvate cantiti imense de CO2, care, n caz c echilibrul ar fi perturbat, ar putea fi eliminate n atmosfer, ducnd la o perturbaie climatic extrem. Solubilitatea gazelor n ap descrete pe msur ce temperatura apei crete, ca urmare la o nclzire a oceanelor, eliberarea CO2 n atmosfer este un pericol real. ntre biosfer i litosfer: n trecutul ndeprtat, n special n carbonifer, o mare parte a plantelor din flora din epoc au ajuns n pmnt, stocnd n litosfer carbonul din corpul lor sub form de zcminte de crbune.[1] De fapt, se consider c n acea perioad atmosfera terestr coninea CO2 n loc de oxigen, iar plantele au teraformat atmosfera, oxigenul de acum i lipsa dioxidului de carbon (concentraia actual de numai 0,03%[1]) fiind de fapt urmarea acestei activiti.[1] ntre atmosfer i litosfer: actual carbonul este eliberat din litosfer n atmosfer sub form de CO2 prin activiti antropice (arderea combustibililor fosili). Se consider c n ultima jumtate de secol au fost emise n atmosfer cantiti foarte mari de CO2 i metan, care, prin efectul de ser au dus la inceperea fenomenului de incalzire globala.

Circuitul azotului n naturCircuitul azotului n natur reprezint procesul de circulaie continu a azotului n atmosfer, scoara terestr, organismele animale i cele vegetale, n decursul cruia acest element chimic trece (intr) prin diverse forme i combinaii chimice. Astfel, de exemplu, azotul poate exista n stare gazoas, sau ca nitrat, nitrit, amoniac sau intra n componena a diveri compui organici. Transformrile survenite n cursul ciclului azotului pot s fie parte a unor procese biologice sau nebiologice.Ciclul biogeochimic al azotului este relativ perfect, deoarece pe msur ce acest element este consumat, mecanisme de feed-back readuc azotul din nou n circuit.n ecosfer exist rezerve practic nelimitate de azot, n special sub form molecular n atmosfer i compui ai azotului n sol. Formele azotului accesibile pentru plante sunt azotaii. O surs de obinere a azotailor pentru plante o constituie organismele fixatoare de azot atmosferic. De exemplu, Bacteria radicicola fixeaz pn la 280 kg azot/ha/an.n procesul de fixarea a azotului particip i unele metale tranziionale, printre care mai frecvente sunt fierul i molibdenul. Dup ce sunt nglobai n protoplasma plantelor, azotaii sunt preluai de animale i inclui n protoplasma acestora de unde o parte trec n uree, iar alta, dup moartea organismelor, sub aciunea [[bacterie|bacteriilor se transform n amoniac.Alt surs de amoniac o reprezint descrcrile electrice din atomsfer i emanaiile vulcanice; o parte din acest amoniac ajunge n corpul plantelor, iar alt parte, sub influena bacteriilor se transform n nitrii i nitrai. Nitriii, sub aciunea microorganismelor denitrifiante pot ajunge n atmosfer sub form de azot molecular.n prezent, circuitul biogeochimic al azotului este modificat n parte, datorit influenei factorilor antropici printre care cel mai important este poluarea. Procesele industriale de fixare a azotului atmosferic pentru a produce ngrminte chimice constituie, de asemenea, o alt cauz de perturbare a circuitului biogeochimic al azotului.

CICLUL FOSFORULUIPrincipalele 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

Spre deosebire de oxigen, hidrogen i azot, al cror fond de rezerv se afl n atmosfer sau n hidrosfer, n cazul fosforului, fondul de rezerv se afl n litosfer.Prin descompunere i splare de ctre ape, rocile cedeaz fosfor biocenozelor din ecosistemele terestre. Absorbit de ctre plante, fosforul intr n alctuirea compuilor macroenergetici (ATP - adenozintrifosfat) i a acizilor nucleici, condiionnd desfurarea transferurilor de energie i informaie n sistemele vii.Prin intermediul lanurilor trofice, compuii fosforului sunt transferai animalelor consumatoare i descompuntorilor.Comparaia dintre masa biosferei (0.1%) i masa fosforului (0.15%) din scoara terestr sugereaz dependena direct a biosferei de cantitatea disponibil de fosfor pe Pmnt. n virtutea legii minimului, fosforul apare ca factor limitativ al biosferei, biomasa acesteia nu poate depi proporia de fosfor disponibil la nivel global.Fosforul ajuns n oceane alimenteaz fitoplanctonul de pe platformele continentale i lanurile trofice pe care le susine acesta. Prin intermediul psrilor marine (guano) fosforul revine parial. Aciunea omului, prin favorizarea proceselor de eroziune, restrngerea vegetaiei naturale, utilizarea unor cantiti mari de ngrminte fosfatice, folosirea detergenilor conduce la scurgerea fosforului spre oceane. Se estimeaz c 3.5 milioane tone de fosfor (dup Hutchinson, (1978), chiar 20 milioane tone) iau anual drumul oceanelor, n timp ce numai 10 000 tone se rentorc pe continente sub form de guano i 60 000 tone ca urmare a pescuitului, ceea ce nu compenseaz pierderile.Rezervele exploatate de fosfor, estimate la 1010 tone de roc fosforic (cu 4% H2O5), localizate cu precdere n Africa de Nord i central, Australia, Brazilia, India, Rusia, China, Vietnam i Mongolia dau sigurana c epuizarea nu va avea loc imediat.

CICLUL SULFULUICircuitul sulfului se aseamn, n multe privine, cu cel al fosforului (fig.5). Sulful parcurge un circuit activ sub form redus (H2S) sau oxidat (SO2, SO42-), strbtnd cu intensitate variat toate nveliurile exterioare ale Pmntului. Cantitatea antrenat n acest circuit este evaluat la 185 x 106 tone.

Punctul de plecare al ciclului l constituie hidrogenul sulfurat care provine din substanele organice ale fostelor vieuitoare (fondul de schimb) i numai n mic msur din uriaul fond de rezerv al planetei.Toxicitatea dioxidului de sulf pentru organisme este foarte mare. Creterea concentraiei lui peste anumite limite admise, pune n pericol vieile omeneti, contribuind la uscarea, i deteriorarea vegetaiei pe suprafee mari n jurul surselor de poluare.Creterea consumului de combustibili fosili, a cror ardere elibereaz SO2, conduce la perturbri pe scar regional a activitii biosferei prin ploi acide.Satisfacerea necesitilor economice de sulf se va realize probabil i dup anul 2500, posibilitile fiind legate de zcmintele native de pirit i de desulfurarea altor resurse (gaze naturale, crbuni etc.).

CICLUL OXIGENULUIRezerva de oxigen molecular s-a constituit prin procese de suprafa, constnd n fotodisocierea chimic a apei sub aciunea razelor ultraviolete i prin fotosinteza realizat de ctre plantele verzi; astfel, ciclul oxigenului se ntreptrunde strns cu cel al carbonului i hidrogenului.Contribuia fotosintezei actuale la mbogirea atmosferei terestre, innd seama de cantitatea de dioxid de carbon fixat n biomasa vegetal rezultat, trebuie s fie n jur de 2.7 x 1011 tone de oxigen, eliminate anual; deci aproximativ de 24 de ori mai mult dect ntreaga mas de oxigen existent n atmosfera terestr n perioada biogenezei. Apropae toata cantitatea de oxigen este folosita in procesle de respiratie si fermentatie a substantelor organice de catre organismele heterotrofe, nefotosintetizatroare, in special bacterii.Reciclarea biogeochimic a oxigenului dureaz, aproximativ, 2500 de ani. Reducerea cantitii de oxigen n atmosfer n urma defririi, ca rezultat al unor aciuni umane dezechilibrante, ar permite supravieuirea omului cel mult un mileniu i jumtate. Defriarea pdurilor tropicale constituie un serios motiv de nelinite, avnd n vedere faptul c acestea reprezint principalul productor de oxigen, care degaj anual, prin fotosintez, o cantitate de 55.5 x 106 tone de oxigen. Pe de alt parte, n S.U.A., covorul vegetal genereaz doar 40% din oxigenul consumat aici, restul provenind din rile i oceanele nvecinate.La nivelul ecosistemelor acvatice stagnante i a celor oceanice sau marine, procesele de eutrofizare determinate de afluena sporit de compui organici sau nutritivi (azot i fosfor) provoac dezechilibre care pot conduce la consumul integral al oxigenului dizolvat i, ulterior, la eliminarea organismelor aerobe.