Biogeokimyoviy sikl

Mavzular

Biogeokimyoviy sikl tushunchasi

Moddalarning biologik va geologik aylanish jarayonlari birgalikda moddalarning biogeokimyoviy aylanishini hosil qiladi. Bu jarayon suv, kislorod, uglerod va azotning aylanishida namoyon bo‘ladi.

Biogeokimyoviy sikl – bu biosferada kimyoviy elementlar va anorganik moddalarning tashqi muhitdan organizmlarga, organizmlardan esa yana tashqi muhitga chiqarilishi orqali aylanishidir. Biogen elementlarning aylanish tezligi ularning organizmlar hayot faoliyatidagi funksiyasi va Yer qobig‘idagi miqdoriga bog‘liq. Masalan, uglerod atmosferada karbonat angidrid holida uchraydi, uni aylanish davri 300 yil, atmosferadagi kislorodning to‘liq aylanishi 2000 yil va suvning biogeokimyoviy sikli 2 mln yilga teng.

Biogen elementlarning xususiy davriy aylanishi biosferadagi moddalarning umumiy global aylanishiga qo‘shilib ketadi.

Organik birikmalar ba’zan davriy aylanishdan chiqariladi va uzoq vaqt biogen moddalar shaklida (ohaktosh, ko‘mir, neft, torf) davriy aylanishda qatnashmaydi.

Uglerodning aylanishi

Uglerodning aylanishi. Uglerod barcha organik birikmalar hamda atmosferadagi karbonat angidrid gazi tarkibiga kiruvchi muhim biogen elementdir. Fotosintez jarayoni uglerodning anorganik moddalardan organik moddalarga tabiiy holda o‘tishidir. Uglerodning bir qismi tirik organizmlar tomonidan nafas olish jarayonida va mikroorganizmlar tomonidan organik moddalarni parchalanishi natijasida karbonat angidrid shaklida atmosferaga qaytariladi. Fotosintez jarayonida o‘simliklar o‘zlashtirgan uglerod organik birikma shaklida hayvonlar tomonidan iste’mol qilinadi.

Korall poliplari, molluskalar uglerod birikmalaridan o‘z skeleti va chig‘anoqlarini hosil qilishda foydalanadi. Bu organizmlar nobud bo‘lgach, ularning qoldiqlaridan ohaktosh yotqiziqlari hosil bo‘ladi. Shu tarzda uglerod ma’lum muddatga davriy aylanishdan chiqariladi. Uglerodni uzoq muddatga davriy aylanishdan chetga chiqishi ko‘mir, neft, torf kabi qazilma boyliklarning hosil bo‘lishi bilan ham bog‘liq. O‘simliklar, hayvonlar va insonlar hayotiy jarayonlarida uglerod qaytadan davriy aylanishga qo‘shiladi (44-rasm).

Uglerod muvozanati

Yerning rivojlanishi davomida davriy aylanishdan chiqib qolgan uglerod o‘rni vulqonlar otilishi va boshqa tabiiy jarayonlar natijasida atmosferaga qaytariladigan uglerod hisobiga to‘ldirib boriladi. Bugungi kunga kelib uglerodning atmosferaga ajralishi tabiiy jarayonlardan tashqari antropogen omillar natijasida, masalan, uglevodorod yonilg‘ilarining yonishi oqibatida ham kuchayib bormoqda. Bu esa sayyoramizda uglerod aylanishi muvozanatining buzilishiga sabab bo‘ladi.

Azot va uning fiksatsiyasi

Azotning davriy aylanishi. Azot biosferada eng ko‘p tarqalgan elementlardan biri hisoblanadi. Azot tirik organizmlar uchun zarur organik moddalar: oqsil, nuklein kislota, lipoprotein, xlorofill tarkibiga kiradi. Uning asosiy qismi atmosferada molekular holatda (N2) bo‘ladi. Kimyo o‘quv fanidan sizga ma’lumki, molekular azot atomlari orasidagi bog‘ o‘ta mustahkam. Ko‘pchilik tirik organizmlar molekular azotdan foydalana olish qobiliyatiga ega emas. Shu sababli azotning davriy aylanishida uni fiksatsiyalash va foydalanish mumkin bo‘lgan shaklga o‘tkazish muhim jarayonlardan biri hisoblanadi (45-rasm).

Atmosferadagi elektr hodisalar (chaqmoq) ta’sirida azot kislorod bilan reaksiyaga kirishib azot oksidi (NO2)ni hosil qiladi. Azot oksidi suvda erib nitrit (HNO2) va nitrat (HNO3) kislotalarni hosil qiladi va yog‘inlar bilan tuproqqa tushadi. Tuproqqa tushgan kislotalar dissotsiatsiyasi natijasida nitrit (NO2) va nitrat (NO3) ionlarni hosil qiladi va ionlar shaklida o‘simliklar tomonidan o‘zlashtiriladi.

Azotning biologik fiksatsiyasi

Azotning davriy aylanishida mikroorganizmlar muhim rol o‘ynaydi. Tabiatda azotning biologik fiksatsiyasi bir qancha prokariotlar: azot fiksatsiyalovchi azotobakteriyalar va dukkakli o‘simliklar ildizida simbioz yashovchi tugunak bakteriyalar tomonidan amalga oshiriladi. Ular gazsimon azotni ammoniy tuzlariga aylantiradi. Ammoniy tuzlari o‘simliklar tomonidan o‘zlashtiriladi va oqsillar sinteziga sarflanadi. Hayvonlar o‘simliklarni iste’mol qiladi hamda ular tarkibidagi oqsillar hayvon oqsillariga aylantiriladi.

Ammonifikatsiya, nitrifikatsiya, denitrifikatsiya

Hayvon va o‘simliklar nobud bo‘lgach, ularning qoldiqlari chirishi tufayli tuproq azotning organik va anorganik birikmalari bilan boyiydi. Chirituvchi bakteriyalar azotli organik birikmalarni (oqsil, mochevina, nuklein kislota) ammiakkacha parchalaydi. Bu jarayon ammonifikatsiya deb ataladi.

Hosil bo‘lgan ammiak nitrit va nitratlargacha oksidlanadi. Bu jarayonda ikki guruh nitrifikatsiyalovchi bakteriyalar ishtirok etadi: birinchi guruh ammiakni nitrit kislotaga, ikkinchi guruh esa nitritni nitrat kislotaga oksidlaydi. Bu jarayon nitrifikatsiya deb ataladi. Bu bakteriyalar ammiakni oksidlash natijasida hosil bo‘lgan energiya hisobiga anorganik birikmalardan organik birikmalarni sintezlaydi. Hosil bo‘lgan nitrit va nitratlar o‘simliklar tomonidan o‘zlashtiriladi.

Azot birikmalarining (nitrit va nitrat) molekular azotgacha qaytarilishi – denitrifikatsiya jarayonida azot atmosferaga ajraladi. Bu denitrifikatsiyalovchi bakteriyalar hisobiga amalga oshadi.

Azot aylanishiga antropogen ta’sir

Azotning davriy aylanishiga antropogen omilning ta’siri o‘g‘it ishlab chiqarish sanoat korxonalari faoliyatida ko‘p miqdorda azotli o‘g‘itlar ishlab chiqarishga sarflanishida namoyon bo‘ladi. Azotli o‘g‘itlardan ko‘p miqdorda foydalanish tuproqning holatini buzadi, ortiqcha azot birikmalarining tuproqdan suv havzalariga yuvilib ketishi atrof-muhitning ifloslanishiga sabab bo‘ladi.

Kislorodning davriy aylanishi

Kislorodning davriy aylanishi. Yerdagi hayotni, atmosferadagi gazlar tarkibini muvozanatda ushlab turadigan fotosintez jarayoni kislorodning davriy aylanishiga zamin tayyorlaydi (46-rasm). Yashil o‘simliklar va sianobakteriyalar biosferaga kislorodni yetkazib beruvchilar hisoblanadi. Kislorod organizmlarning nafas olishi uchun zarur. Kislorod fotosintez natijasida hosil bo‘ladi va tirik organizmlar nafas olishida organik birikmalarning oksidlanishi uchun sarflanadi. Kislorod tirik organizmlarda uchraydigan anorganik moddalar: suv, karbonat kislotaga, kalsiy karbonat va organik birikmalarning tarkibida bo‘ladi.

Dengiz hayvonlari chig‘anoqlari tarkibida kislorodga boy bo‘lgan kalsiy karbonat moddasi uchraydi. Bu hayvonlar halok bo‘lgandan keyin ularning qoldiqlari dengiz tubiga tushadi va vaqt o‘tishi bilan litosferaning cho‘kindi jinslariga aylanadi. Fotosintez qiluvchi organizmlar faoliyati natijasida paydo bo‘lgan erkin kislorod (O2) atmosferada ultrabinafsha nurlar ta’sirida ozonga (O3) aylanadi. Ozonning to‘planib borishi natijasida atmosferaning yuqori qatlamlarida ozon ekrani hosil bo‘ladi. Kislorod miqdorini bir me’yorda ushlab turish faqatgina fototrof organizmlar hisobiga amalga oshiriladi. So‘nggi yillarda o‘rmonlar qisqarishi, tuproq eroziyasi, fotosintez mahsuldorligining pasayishi kabi holatlar kuzatilmoqda.

Kislorodning davriy aylanishi suvning aylanishi bilan bog‘liq, chunki suv fotosintez jarayonining muhim komponenti va kislorod manbayidir.

Suvning davriy aylanishi

Suv aylanishi. Suv davriy aylanish jarayonida suv bug‘lanishi, havo oqimlari ta’sirida suvning harakatlanishi, suv bug‘larini kondensatsiyalanishi (kondensatsiya – gaz moddalarning suyuq yoki qattiq holatga o‘tishi), yog‘ingarchilik suvlarining boshqa suv havzalariga qo‘shilishi kuzatiladi. Suv bug‘lanishining ko‘p qismi okeanlar hissasiga to‘g‘ri keladi. Okean va dengizlar yog‘ingarchilikdan oladigan suv miqdoridan ko‘p suv bug‘latadi, quruqlikning yog‘ingarchilik tufayli oladigan suv miqdori undan bug‘lanadigan suv miqdoridan ko‘p. Suvning davriy aylanishini ta’minlovchi asosiy kuch quyosh energiyasidir (47-rasm).

Quyosh energiyasi hisobiga okean va dengiz yuzasidan suv bug‘lanadi. Suv quruqlik yuzasidan va o‘simliklardan transpiratsiya natijasida ham bug‘lanadi. Suv bug‘lari havo oqimlari bilan bir joydan boshqa joyga harakat qiladi, past haroratli zonalarda bulutlarda kondensatsiyalanadi. Suv yog‘inlar ko‘rinishida quruqlik yuzasiga tushib, tog‘ jinslarini yemiradi va o‘simliklar, mikroorganizmlar uchun qulay sharoit yaratadi. Yog‘inlar tuproqning yuqori qatlamini undagi mineral moddalar bilan birga yuvib, yerosti suvlari, daryolar, dengizlarga qo‘shiladi. Suvning bir qismi tuproqqa shimilib, chuchuk suv manbayi bo‘lgan yerosti suvlarini to‘ldiradi. Suv qor ko‘rinishida muzliklarda bir necha oy, hatto minglab yillar davomida saqlanishi mumkin.

Suvning ahamiyati va muammolar

Suv biosferada muhim rol o‘ynaydi. Tirik organizmlar tanasining yarimidan ko‘p qismi suvdan iborat. Shu sababli ham suv tirik organizmlar yashashi uchun zarur va muhim omillardan biridir. O‘simliklar suvni tuproqdan qabul qiladi va uni faol tarzda transpiratsiya qiladi. Ma’lum miqdordagi suv o‘simlik hujayralarida fotosintez jarayonida parchalanadi. Vodorod ionlari organik moddalar tarkibiga kiradi, kislorod esa molekular holatda atmosferaga ajraladi. Hayvonlar suvdan osmotik bosimini saqlashda foydalanadi va moddalar almashinuvining mahsuloti sifatida tashqi muhitga ajratadi.

Sayyoramizdagi turli ekosistemalarda chuchuk suvning yetishmovchiligi katta muammolarni keltirib chiqarishi mumkin. Inson faoliyati natijasida yerosti suvlari – chuchuk suv zaxiralari keskin kamayib bormoqda. Hozirgi kunga kelib yuz yillar davomida to‘plangan yerosti suvlaridan foydalanilayotgan hududlar mavjud.

Fosforning davriy aylanishi

Fosforning davriy aylanishi. Fosfor asosiy biogen elementlardan biridir. U nuklein kislotalar, ATF, hujayra membranasi, dentin (tish qatlami) va suyak to‘qimasi tarkibiga kiradi. Fosforning davriy aylanishi tirik organizmlar faoliyati bilan chambarchas bog‘liq (48-rasm). Redutsentlar fosforning organik birikmalarini parchalab, mineral holdagi fosfatlarga aylantiradi. Hosil bo‘lgan fosfatlar o‘simliklar ildizlari tomonidan o‘zlashtiriladi. Azot va ugleroddan farq qilib, fosfor atmosfera tarkibida uchramaydi, uzoq geologik davrlar mobaynida hosil bo‘lgan tog‘ jinslari uning manbayi hisoblanadi.

Oltingugurtning davriy aylanishi

Oltingugurtning davriy aylanishi. Oltingugurt oqsil va aminokislotaning muhim tarkibiy qismidir (49-rasm). Tabiatda oltingugurt asosan H2S vodorod sulfid, SO2 – sulfid angidrid kabi gaz holatida, mineral moddalar: sulfidlar (sulfid kislota tuzlari) va sulfatlar (sulfat kislota tuzlari) ko‘rinishida hamda erkin holda bo‘ladi. Suvda yaxshi erish xususiyatiga ega bo‘lgan sulfatlar o‘simliklar uchun asosiy oltingugurt manbayi hisoblanadi. O‘simliklar sulfatlarni o‘zlashtirib, oltingugurt saqlovchi aminokislotalar sintez qiladi. Hayvonlar esa oltingugurtni organik birikmalar orqali o‘zlashtiradi.

O‘simlik va hayvonlar nobud bo‘lib, redutsentlar tomonidan parchalangandan keyin oltingugurt tashqi muhitga qaytariladi. Chirituvchi bakteriyalar faoliyati natijasida oqsillar tarkibidagi oltingugurt vodorod bilan birikib, vodorod sulfid holida tuproqqa to‘planadi. Xemosintezlovchi bakteriyalar H2S ni produtsentlar o‘zlashtira oladigan sulfatlargacha oksidlaydi. Insonlar tomonidan energiya olish maqsadida tarkibida ko‘p miqdorda oltingugurt saqlovchi moddalarning yoqilishi atmosfera tarkibida oltingugurt oksidlari ko‘payishiga olib keladi. Atmosferada oltingugurt oksidi suv bug‘i bilan reaksiyaga kirishib, sulfat kislotani hosil qiladi. Atmosferaning bu turdagi moddalar bilan zararlanishi natijasida, oltingugurtning davriy aylanishi buziladi va «kislotali yomg‘ir»lar kuzatiladi.

Aylanishlarning o‘xshashligi

Biogen elementlarning davriy aylanishi, bir-biridan aylanish tezligi, jarayonlari bilan tubdan farq qiladi, lekin ular orasida o‘xshashliklar ham mavjud: 1) elementlarning davriy aylanishi energiya oqimi bilan bog‘liq; 2) oziq mahsulotlari tarkibiga kiruvchi kimyoviy elementlar organizmlardagi biokimyoviy jarayonlarda ishtirok etadi, bu elementlar anorganik tabiatdan tirik organizmlarga va qaytadan tabiatga qaytariladi. Biosfera global masshtabdagi funksional va yuksak darajadagi barqaror biosistema sifatida biogen elementlarning davriy aylanish jarayonining natijasi hisoblanadi.

Bilimingizni sinang