05 Biogeochemické cykly

Transkript

1 05 Biogeochemické cykly Ekologie Ing. Lucie Kochánková, Ph.D.

2 Prvky hlavními - biogenními prvky: C, H, O, N, S a P v menších množstvích prvky: Fe, Na, K, Ca, Cl atd. ve stopových množstvích I, Se atd. => Biogeochemie se zabývá studiem cyklů chemických prvků uvnitř a mezi zásobníky

3 Klasifikace biogeochemických cyklů 1. základní dělení globální látkový metabolismus zahrnuje 3 cykly: geologický hydrologický biochemický lidská činnost zasahuje do všech 2. podle procesů a fází biochemické biogeochemické geochemické 3. podle jednotlivých prvků koloběh C, H, O, S, P, N

4 Geologický horninový cyklus

5 zemětřesení nejhrozivější přírodní katastrofou - počet obětí, velikost zasaženého území, škody celá polovina lidstva žije v seizmicky aktivních oblastech epicentrum je místo na zemském povrchu nejblíže k ohnisku síla zemětřesení v ohnisku se klasifikuje veličinou Magnitudo velikost zemětřesení podle Richterovy stupnice

6 zemětřesení

7 Hydrologický cyklus

8 Koloběh uhlíku globální pohled základní zásobník atmosféra CO 2 uhlík rozpuštěný ve vodě ve formě kyselých uhličitanů nebo jako volný CO 2 dva procesy fotosyntéza a dýchání chlorofyl + záření + CO 2 + H 2 O <=> sacharidy + O 2 + H 2 O atm producenti konzumenti destruenti atm

9 Koloběh uhlíku stagnace zpomalení cyklu uhlíku nastává zvláště v různě mocných vrstvách humusu ukládání organismů na dně stojatých vod sapropelního bahna - fermentační pochody bez kyslíku - CH 4, H 2 S, NH 3, H 2, CO 2 ropa uhlí (za speciálních podmínek v nevodném prostředí) vápence

10 - výskyt a vznik kyslíku - zrcadlový děj koloběhu C Koloběh kyslíku v ovzduší jsou kromě molekulového O 2 přítomny oxidy, zejména C, H, N a S, produkce rostlinstva souše 2, tun O 2 za den fotosyntéza oceánů 0, tun O 2 za den pouze 1, tun O 2 za rok zůstává pro zachování života

11 Koloběh kyslíku uhlíku

12 Koloběh dusíku biologickou fixaci provádějí symbiotičtí vazači Rhizobium, Azotobacter a Clostridium amonifikace organicky vázaný dusík mineralizují chemotrofní bakterie na amoniak dále využívají bakterie, řasy a nitrifikační bakterie nitrifikace = oxidace amoniaku na dusitany (nitritace) bakteriemi rodu Nitrosomonas a dusitanů na dusičnany (nitratace) bakteriemi rodu Nitrobacter denitrifikace = probíhající v anaerobním prostředí, Pseudomonas redukcí dusičnanů na plynný dusík

13 Koloběh dusíku

14 výskyt ve fosfátech Koloběh fosforu zvětrávání hornin a jeho využití živými organismy fosfor ve společenstvech, poté vstupuje podzemní vodou do toku spirála živin (týdny, měsíce až roky) a následný vstup do oceánu při fotosyntéze je fosforečnan využíván řasami, bakteriemi a inkorporován do biomasy, po odumření se uvolňuje do vodního prostředí a sedimentuje cyklus je zakončen ukládáním v nerozpustné podobě do sedimentů na dně oceánů - dlouhodobé až trvalé ztráty tohoto biogenního prvku existuje však možnost geologické činnosti, vyzdvihnutí hornin na pevninu a opětovného zapojení fosforu do geochemického cyklu

15 Koloběh fosforu

16 Koloběh síry velmi významná atmosférická i litosférická fáze přirozené zdroje v atmosféře - uvolňování spojené s tvorbou mořských aerosolů (H 2 S) - vulkanická činnost a sirné bakterie (H 2 S S SO 4 2- ) do bioty se zabudovává výrazně menší množství síry v porovnání s dalšími prvky; většina síry se ztrácí v sedimentech oceánů činnost MO uvolnění S ze sedimentů H 2 S do atmosféry oxidace na síran srážky vody sedimenty

17 Koloběh síry a) mineralizace b) asimilace anorg. S do buněčného materiálu c) oxidace anorganické síry a síry v aminokyselinách d) redukce síranů a S na H 2 S

18 Koloběh síry anaerobní organismy využívají sírany jako zdroj kyslíku a síru zabudovávají do biomasy zpětně je síra uvolňována rozkladem za anaerobních podmínek a je redukována až na sulfan mineralizace b. Escherichia a Proteus, h. Aspergillus a Neurospora uvolněný H 2 S je oxidován na S Beggiatoa oxidace S na SO 4 2- Desulfovibrio

19 Koloběh síry