Wykład 2 : Cykle geochemiczne

Podstawową funkcją ekosystemu jest obieg materii.

Obieg materii – krążenie pierwiastków chem. Przemieszczających się ze środowiska abiotycznego do organizmu i z organizmu do środowiska.

Przykłady cykli geochem. :

1. Obieg węgla w przyrodzie

2. Obieg azotu w przyrodzie

3. Obieg fosforu w przyrodzie

Rezerwuary to zbiory składników chem. Zajmujących określone przestrzenie. Zmiany tempa dopływu lub odpływu z rezerwuaru pierwiastków lub zw. Chem. Powodują iż poszczególne rezerwuary rozszerzają się lub kruszą. Mówiąc o takich cyklach geochemicznych tego typu określamy mianem przepływu.

Wzrost biomasy powoduje zmniejszenie stężenia CO₂ w powietrzu.

Cykl fotosyntezy

Ten cykl prowadzi do przemiany energii słonecznej w energię, która może być wykorzystana w procesach metabolicznych.

CO₂ + H₂O CH₂O + O₂

1. Węgiel i tlen przemieszczają się między roślinami a zwierzętami w ramach przeciwstawnych procesów fotosyntezy i oddychania.

2. Proces oddychania to proces przeciwstawny do fotosyntezy, w którym dzięki połączeniu węglowodanów i tlenu powstaje CO₂ i H₂O

3. Fotosynteza – przyrost tkanek – cząsteczki O₂ – produkt uboczny procesu fotosyntezy – zostaje uwolniony do atmosfery

Rośliny potrzebują węglowodanów do budowy tkanek.

Oddychanie jest procesem wymiany gzowej z otoczeniem.

Podwojenie biomasy zarówno roślin jak i zwierząt powoduje tempo przepływu zarówno do jak i poszczególnych rezerwuarów.

Proces oddychania służy do rozkładu tkanek.

Odżywiają się martwą subst,. Organiczną. Całość martwych szczątków może ulec cyklowi fotosyntezy

Pogrzebanie szczątków roślinnych – chemizm atmosfery

Pogrzebana subst. Organiczna łącznie z tą zawartą w węglach stanowi rezerwuar zredukowanych związków węgla. Węgiel potrzebny jest w procesie sedymentacji dostaje się ponownie pod wpływ atmosfery w wyniku procesów erozji. Gdy cykl pogrzebania i erozji utrzymuje się w równowadze poziom stężenia CO₂ i O₂ w atmosferze nie zmienia się.

W okresach raptownego pogrzebania materiału organiczne gonie ma żadnego mechanizmu powodującego wzmocnienie procesu erozji w efekcie następuje redukcja ilości CO₂ w atmosferze ziemskiej i odpowiadający jej wzrost stężenia O₂.

Obieg węgla w przyrodzie

1. Węgiel jest włączony do obiegu w postaci CO₂ a to jest asymilowane przez autotrofy.

2. Dzięki istniejącym łańcuchom pokarmowym węgiel przechodzi od roślin do konsumentów I rzędu a następnie do konsumentów II rzędu

3. Węgiel wraca do obiegu jako CO₂ który powstaje w procesie oddychania heterotrofów i autotrofów

4. Rozkład materii organicznej przebiega z udziałem reducentów oraz oddychanie producentów i konsumentów pozwalają utrzymać na stałym poziomie zawartości CO₂

Ten bilans może ulec zmianie – do atmosfery dociera dodatkowo emisja CO₂.

Obieg azotu w przyrodzie

Azot – trudnodostępny dla roślin

Rośliny czerpią azot z gleby ( rośliny motylkowe)

Azot wykorzystywany jest przez konsumentów.

Wydalanie w postaci amoniaku.

Amonifikacja – rozkład substancji białkowych ( saprofity).

Amonifikacja – uwalnianie amoniaku ze związków organicznych wywoływane przez bakterie. Dzięki amonifikacji azot związków organicznych staje się przyswajalny dla roślin.

Nitryfikacja – zachodzący w glebie proces utleniania amoniaku i soli amonowych do azotyny, dokonywane przez działalność bakterii tlenowych.

Denitryfikacja – redukcja azotanów do amoniaku (częściowa) lub do N₂ (całkowita) wywoływana przez bakterie. Denitryfikacja całkowita zuboża glebę, natomiast częściowa – wzbogaca.

Produktywność ekosystemu- ilość substancji organicznej wytwarzanej w jednostce czasu lub intensywność magazynowanej energii w związkach organicznych; dzieli się na pierwotną i wtórną.

Sukcesja ekologiczna- uporządkowany, stopniowy proces ukierunkowanych zmian biocenozy, powodujący przeobrażenie się prostych ekosystemów w bardziej złożone; w wyniku tego rozwija się nowa biocenoza i w pewnym momencie utrzymuje się stan równowagi rozwoju tego systemu → klimaks; wiąże się głównie z przekształceniem środowiska

• Sukcesja pierwotna- dotyczy terenów niezmienionych przez organizmy żywe, gdzie panują niesprzyjające warunki do życia np. pustynie

• Sukcesja wtórna- zachodzi na obszarach zajętych przez inną biocenozę, w więc tam, gdzie zastępują się już warunki sprzyjające rozwojowi innych organizmów, np. łąka→ las

etapy sukcesji pierwotnej:

1. Pionierski - wkraczanie pionierskich np. porostów mchów na niezasiedlonych terenach

2. migracyjny – liczne gatunki roślin zwierząt wypełniają stopniowo zajmowaną przestrzeń

3. zasiedlający – pomyślne rozprzestrzenianie i rozmieszczanie organizmów zapełniających wszystkie wolne miejsca.

4. Konkurencyjny – dotyczy zdobywania nisz ekologicznych przez organizmy eksponsywne, komplikują się łańcuchy i sieci troficzne

5. Stabilizacji – zbiorowisko osiąga względną równowagę – stadium klimaksu.

sukcesja autogeniczna – są to zmiany sukcesyjne zapoczątkowane przez czynniki wewnętrzne, które zachodzą pomiędzy biocenozą a czynnikami abiotycznymi. Zależy wyłącznie od organizmów biorących w niej udział

gatunki pionierskie:

A) krótkowieczne

B) duże rozprzestrzenianie się

C) szybki wzrost

sukcesja allogeniczna – przemiany są zapoczątkowane przez czynniki zewnętrzne środowiskowe

Modele sukcesji:

Klasyczny – wymiana w późniejszych stadiach. Sukcesja ułatwiana jest przez gatunki żyjące we wcześniejszych latach

Zastępowana – lokalne odnowienie składu gatunków spowodowanych zmianami środowiska

Hamowania – wymiana gatunków jest hamowana przez wcześniejszych kolonizatorów a szeregi sukcesyjne zależą od tego jaki gatunek osiedlił się pierwszy.

Tolerancji – na wymianie gatunków w trakcie sukcesji nie mają wpływu wcześniejsi kolonizatorzy. Sukcesję może rozpocząć każdy gatunek.

Kolonizacji – przewiduje, że wymiana gatunku w trakcie sukcesji jest losowa i zachodzi bez oddziaływania międzygatunkowego

Ekologiczna –> etapy sukcesji jeziora

Znaczenie sukcesji w gospodarce człowieka:

1. Przekształcanie obszarów abiotycznych w środowisku życia zasiedlane przez organizmy pionierskie

2. Tworzenie gleby na obszarach dotychczas gleby pozbawionej

3. Udostępnianie nowych obszarów dla organizmów i zapewnienie im odpowiedniego środowiska bytowania

4. Przekształcanie krajobrazu

5. Zmiany biocenoz z wody na lądy

6. Zmiany składu gatunków biocenozy

7. Ilościowe zmiany biomas i produktów

8. Zagospodarowanie nieużytków rolnych

9. Rekultywacja terenów poprzemysłowych