Ekologia populacji i ekosystemów
Obieg węgla i azotu w przyrodzie
opiszesz obieg węgla i azotu w przyrodzie.
Wykażesz rolę różnych grup organizmów z obiegu węgla i azotu.
Życie i środowisko nieożywione powiązane są ze sobą licznymi zależnościami, które przyczyniają się do krążenia pierwiastków w przyrodzie. Proces ten nazywamy także obiegiem materii – jej krążenie w nieustannym cyklu jest niezbędne, aby podtrzymać życie na Ziemi.
Obieg węgla w przyrodzie
Węgiel jest podstawą życia na Ziemi. To jeden z pierwiastków biogennych, co oznacza, że jest konieczny do powstania związków organicznych wykorzystywanych do budowy, tj. białek, tłuszczów, węglowodanów, witamin i niektórych soli mineralnych. Dwutlenek węgla jest jednym ze składników atmosfery, a nasze zużycie paliw kopalnych wydatnie przyczynia się do zwiększenia jego ilości. Pierwiastek ten występuje także w wodzie, najczęściej w postaci jonów wodorowęglanowych (HCOIndeks dolny 33Indeks górny --) oraz w litosferze w paliwach kopalnych (węglu brunatnym i kamiennym, w ropie naftowej) i skałach wapiennych (jako węglan wapnia).
Obieg węgla zależy od energii Słońca, przyciągania ziemskiego i łańcuchów pokarmowych. Głównym czynnikiem napędzającym cykl węglowy jest energia promieni słonecznych, wykorzystywana przez producentów podczas fotosyntezy i zamieniana w tym procesie w energię wiązań chemicznych związków organicznych.
W zależności od tempa przemian węgla wyróżnia się wolny i szybki obieg węgla w przyrodzie.
Szacuje się, że tylko w 2019 r. wszystkie wulkany na Ziemi wydzieliły około 0,3 mld ton CO2 do atmosfery.
Ilość dwutlenku węgla w atmosferze nie jest stała i zależy od cyklu życiowego roślin w różnych porach roku. Na półkuli północnej zimą, kiedy niewiele zimozielonych roślin prowadzi fotosyntezę, a wiele szczątków ulega rozkładowi, stężenie COIndeks dolny 2 Indeks dolny koniec2 w atmosferze rośnie. Wiosną, kiedy rusza wegetacja, ilość dwutlenku węgla spada. Dzieje się tak, ponieważ gaz ten jest pobierany przez liście i wykorzystywany do produkcji cukrów, a dalej tłuszczów i białek. Najniższy poziom COIndeks dolny 2 Indeks dolny koniec2 obserwuje się latem, kiedy rośliny na lądzie i w oceanach intensywnie go pobierają i wykorzystują do fotosyntezy. Jesienią rośliny kończą wegetację, a poziom dwutlenku węgla w atmosferze rośnie.
Obieg azotu w przyrodzie
Azot to również jeden z pierwiastków biogennych. Przede wszystkim azot jest składnikiem aminokwasów i nukleotydów w kwasach nukleinowych (RNA i DNA) oraz ATPATP i NADNAD/NADP. Bez obiegu tego pierwiastka życie nie byłoby możliwe.
Zapoznaj się z poszczególnymi etapami obiegu azotu, następnie wykonaj polecenia.
Etapy cyklu azotowego:
Obieg azotu w biosferze opiera się na skomplikowanym ciągu przemian chemicznych, w których kluczową rolę odgrywają wyspecjalizowane mikroorganizmy. Choć gazowy azot cząsteczkowy stanowi przeważającą część ziemskiej atmosfery, dla większości organizmów w tej postaci pozostaje całkowicie niedostępny. Aby mógł zostać włączony do obiegu materii, musi najpierw przejść proces wiązania azotu atmosferycznego. Zjawisko to zachodzi dzięki niektórym bakteriom, w tym sinicom, które posiadają enzym nitrogenazę, dzięki któremu potrafią przekształcić gazowy azot w amoniak (NH₃), szybko przechodzący w środowisku glebowym w jony amonowe (NH₄⁺).
Powstałe w ten sposób związki mogą ulegać dalszym przekształceniom w procesie nitryfikacji. Jest to dwuetapowe utlenianie prowadzone przez niektóre bakterie (np. z rodzaju Nitrosomonas) i archeony utleniają amoniak lub jony amonowe w azotyny(III), a następnie bakterie nitryfikacyjne (np. Nitrobacter) utleniają je do azotanów(V). Formy te – zarówno jony amonowe, jak i azotany(V) – są łatwo przyswajalne dla roślin, które pobierają je z gleby w procesie asymilacji i wykorzystują do budowy własnych białek, kwasów nukleinowych i uniwersalnych przenośników energii (ATP, NAD). Konsumenci pozyskują potrzebny azot zjadając rośliny lub inne zwierzęta.
Amonifikacja polega na przekształcaniu organicznych związków azotu zawartych w szczątkach i odchodach, np. białek, mocznika i kwasu moczowego, w amoniak, który w glebie i wodzie występuje głównie w postaci jonów amonowych. Proces ten przeprowadzają liczne bakterie i grzyby.
Cykl zamyka proces denitryfikacji, zachodzący w warunkach niedoboru tlenu, na przykład w głębokich warstwach gleby lub na terenach podmokłych. Bakterie denitryfikacyjne, takie jak Pseudomonas, redukują wówczas azotany z powrotem do gazowej postaci azotu cząsteczkowego, powracającego bezpośrednio do atmosfery.
Produkcja nawozów azotowych i ich nadmierne stosowanie zaburzyły cykl krążenia azotu w przyrodzie, przyczyniając się m.in. do eutrofizacji wód.
Obieg fosforu w przyrodzie
Podsumowanie
Pierwiastki chemiczne krążą między atmosferą, hydrosferą, litosferą i organizmami – proces ten nazywamy obiegiem materii.
Obieg węgla
Węgiel jest jest pierwiastkiem biogennym, podstawowym składnikiem związków organicznych: białek, tłuszczów, węglowodanów, witamin.
Węgiel występuje w atmosferze jako CO₂, w wodzie (głównie jako HCO₃⁻), w litosferze (paliwa kopalne, skały wapienne w postaci CaCO₃).
Rola organizmów w obiegu węgla:
- Producenci (rośliny, glony, sinice) - w procesie fotosyntezy pobierają CO₂ z atmosfery lub wody. Dzięki energii słonecznej przekształcają go w związki organiczne. Są głównym ogniwem wprowadzającym węgiel do łańcuchów pokarmowych.
- Konsumenci (zwierzęta, człowiek) - pobierają związki organiczne z pokarmem. W procesie oddychania komórkowego uwalniają CO₂ do atmosfery.
- Reducenci (bakterie i grzyby) - rozkładają martwą materię organiczną, uwalniają CO₂ do środowiska.
Obieg azotu
Azot jest pierwiastkiem biogennym. Wchodzi w skład: aminokwasów i białek, kwasów nukleinowych (DNA, RNA), ATP i NAD/NADP.
Azot cząsteczkowy (N₂) stanowi większość atmosfery, ale jest niedostępny bezpośrednio dla większości organizmów.
Etapy obiegu azotu i rola organizmów:
- Wiązanie azotu atmosferycznego - zachodzi dzięki bakteriom i sinicom posiadającym enzym nitrogenazę. Powstaje amoniak (NH₃), który przechodzi w jon amonowy (NH₄⁺).
- Amonifikacja - reducenci (bakterie i grzyby) rozkładają szczątki organizmów i odchody. Powstaje amoniak lub jego pochodne (np. mocznik, kwas moczowy).
- Nitryfikacja - proces dwuetapowy, zachodzący przy udziale bakterii tlenowych: Nitrosomonas – utleniają NH₃ do NO₂⁻ i Nitrobacter – utleniają NO₂⁻ do NO₃⁻. Azotany(V) są przyswajalne dla roślin.
- Asymilacja azotu - rośliny pobierają jony NH₄⁺ i NO₃⁻ z gleby. Wykorzystują je do syntezy białek i innych związków organicznych. Konsumenci pozyskują azot, zjadając rośliny lub inne zwierzęta.
- Denitryfikacja - bakterie beztlenowe (np. Pseudomonas) redukują NO₃⁻ do N₂. Proces zachodzi w głębokich warstwach gleby i na mokradłach. Azot wraca do atmosfery.Wpływ człowieka na obieg azotu:
- Produkcja i nadmierne stosowanie nawozów azotowych zaburza naturalny cykl.
- Prowadzi do eutrofizacji wód (nadmiernego rozwoju glonów i spadku ilości tlenu w wodzie).
Ćwiczenia utrwalające
Wykonano badanie: w kolbie umieszczono kawałek sera pleśniowego oraz papierek lakmusowy obojętny (kolor fioletowy). Kolbę przykryto szkiełkiem zegarkowym. Po tygodniu sprawdzono wygląd papierka: barwa zmieniła się na niebieską. Po odkryciu szkiełka z kolby wydzielał się gaz o nieprzyjemnym zapachu.
Wniosek: 1. W badanej próbce w efekcie rozkładu sera powstał amoniak., 2. Produktem psucia się sera pleśniowego jest gaz o drażniącym zapachu., 3. W kolbie nastąpił rozkład sera do materii organicznej., 4. Produktem rozkładu materii organicznej jest amoniak., 5. W efekcie rozkładu sera pleśniowego w kolbie stwierdzono kwaśny odczyn.
Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.