Cicli di materiale: ciclo di nutrienti, carbonio, azoto e zolfo

Cicli di materiale: ciclo di nutrienti, carbonio, azoto e zolfo!

Ciclo nutritivo:

L'apporto di nutrienti diversi dal biossido di carbonio, ad un ecosistema, proviene principalmente dal suolo, ma anche in misura minore dall'aria, dalla pioggia e dalla neve e come polvere.

L'apporto di molti nutrienti è piuttosto limitato perché scarseggia nel suolo e in altre fonti. I nutrienti vengono riciclati in modo tale da essere entrambi incorporati nelle piante e negli animali, oppure resi disponibili per l'assorbimento delle piante dalla decomposizione di resti di piante e animali morti.

I percorsi da fonti a pozzi e ritorno a fonti, sono definiti cicli elementali e differiscono tra i vari elementi. Consideriamo brevemente i tre cicli più importanti, quelli del carbonio, dell'azoto e dello zolfo.

Ciclo del carbonio:

Il carbonio è la base di tutte le molecole organiche. Rende il nostro materiale genetico (DNA e RNA) e le proteine, che sono essenziali per la vita. Il carbonio è così speciale per la sua capacità di legarsi a quasi tutte le altre molecole. L'elemento principale nel nostro corpo è il carbonio.

Il ciclo del carbonio è il processo attraverso il quale il carbonio viene riciclato attraverso l'aria, il terreno, le piante, gli animali e i combustibili fossili. Grandi quantità di carbonio esistono nell'atmosfera come anidride carbonica (CO ₂ ). Il biossido di carbonio viene riciclato dalle piante verdi durante il processo noto come fotosintesi per produrre molecole organiche (glucosio, che è cibo).

Da qui viene il nutrimento di ogni organismo eterotrofico. Gli animali fanno l'opposto delle piante, rilasciando l'anidride carbonica nell'aria come prodotto di scarto della respirazione. (Nota: le piante subiscono anche la respirazione per produrre cibo, ma la maggior parte dell'anidride carbonica presente nell'aria proviene dalla respirazione eterotrofa). I decompositori, quando abbattono la materia organica morta, rilasciano anidride carbonica anche nell'aria.

I decompositori sono essenziali perché senza di essi tutto il carbonio del pianeta finirebbe per essere rinchiuso in carcasse morte e altri rifiuti. Il decadimento consente al carbonio di essere rilasciato nuovamente nella catena alimentare. Il carbonio è anche immagazzinato in combustibili fossili, come carbone, petrolio e gas naturale.

Quando questi vengono bruciati, anche l'anidride carbonica viene rilasciata nuovamente nell'aria. Vulcani e incendi rilasciano anche grandi quantità di CO2 nell'atmosfera. L'anidride carbonica può dissolversi in acqua, dove in parte viene restituita all'atmosfera. Il resto può essere preso per formare carbonato di calcio, che costruisce conchiglie, rocce e scheletri di protozoi e coralli.

Il ciclo del carbonio è una complessa serie di processi attraverso cui ruotano tutti gli atomi di carbonio esistenti. Gli stessi atomi di carbonio nel tuo corpo oggi sono stati utilizzati in innumerevoli altre molecole sin dai tempi. Il legno bruciato pochi decenni fa avrebbe potuto produrre anidride carbonica che attraverso la fotosintesi divenne parte di una pianta.

Quando mangi questa pianta, lo stesso carbonio del legno che è stato bruciato può diventare parte di te. Il ciclo del carbonio è il grande riciclatore naturale di atomi di carbonio. Sfortunatamente, la portata della sua importanza è raramente sottolineata abbastanza. Senza il corretto funzionamento del ciclo del carbonio, ogni aspetto della vita potrebbe essere cambiato radicalmente.

Usando l'energia del sole, il ciclo del carbonio della natura va in giro, dall'atmosfera alla foresta e ritorno. Ecco come funziona. Gli alberi assorbono l'anidride carbonica dall'aria mentre crescono. In effetti, circa la metà del loro peso a secco è il carbonio assorbito. Quando i vecchi alberi muoiono e si deteriorano, o vengono consumati in un incendio boschivo, il loro carbonio viene nuovamente rilasciato nell'aria come anidride carbonica. Questo è il ciclo del carbonio della natura.

Quando la legna viene utilizzata come fonte di energia, parte del ciclo del carbonio naturale viene portato nelle nostre case per riscaldarli. Un fuoco sul focolare rilascia l'energia solare immagazzinata dall'albero mentre cresceva. Se viene preso in considerazione l'intero ciclo del combustibile, un camino a combustione pulita riscalda la casa in modo più efficiente e con un impatto ambientale inferiore rispetto a qualsiasi altra opzione di carburante.

Le altre opzioni di carburante - petrolio, gas e carbone - sono combustibili fossili e quando vengono bruciati, il vecchio carbonio che è stato sepolto in profondità nella terra viene rilasciato nell'atmosfera. La crescente concentrazione di biossido di carbonio derivante dall'uso di combustibili fossili è legata al riscaldamento globale, ai cambiamenti climatici e al clima inusuale che abbiamo osservato negli ultimi anni.

Un fuoco di legna non contribuisce al riscaldamento globale perché non viene rilasciato più di anidride carbonica che la foresta naturale si libererebbe se non fosse toccata. Usare il legno per il calore significa meno combustibili fossili bruciati, meno emissioni di gas serra e un ambiente più sano.

Ciclo azoto:

Un altro importante ciclo di nutrienti è quello dell'azoto. L'azoto è un elemento di fondamentale importanza per tutta la vita. Le proteine, che sono costituenti di tutte le cellule viventi, contengono in media il 16% di azoto in peso. Altre sostanze azotate complesse importanti per la vita sono gli acidi nucleici e gli zuccheri amminici. Senza una fornitura continua di azoto, la vita sulla terra cesserà.

Il ciclo dell'azoto è in qualche modo simile al ciclo del carbonio, ma con una serie di differenze critiche. Anche se il 79% dell'atmosfera terrestre è composta da azoto elementare (N ₂ ), questo gas inerte è completamente non disponibile per l'assorbimento da parte della maggior parte delle piante e degli animali. Questo è in netto contrasto con la piccola quantità di anidride carbonica (0, 03%) nell'atmosfera, che è prontamente disponibile per l'assorbimento delle piante.

Un numero relativamente basso di microbi è in grado di fissare l'azoto atmosferico dalla forma inorganica a quella organica. Tale fissazione microbiologica è in media da 140 a 700 mg / m ² anno. In aree agricole molto fertili può superare i 20000 mg / m ² anno.

Un certo numero di batteri, funghi e alghe blu-verdi sono noti per essere in grado di fissare l'azoto. La fissazione dell'azoto comporta l'incorporazione diretta dell'azoto atmosferico nel corpo organico degli organismi fissanti. I fissatori di azoto costituiscono una porzione molto piccola di questi gruppi nel complesso.

Possono essere suddivisi in:

1. fissatori simbiotici di azoto, che sono in gran parte batteri, e che sono associati alle radici dei legumi (membri della famiglia di fagioli e fagioli) e ad alcune altre piante da fiore, e

2. Fissatori di azoto a vita libera. Il genere Rhizobium include quei batteri che popolano i noduli che si sviluppano sulle radici dei membri della famiglia dei piselli e dei fagioli. Sono presenti nel terreno e infettano le radici fini come crescono le piantine. Le radici producono un nodulo speciale che ospita la rizobia, in cui i batteri convertono l'azoto atmosferico nei costituenti organici dell'azoto delle proprie cellule.

Poiché le cellule batteriche muoiono molto rapidamente, questo azoto diventa disponibile per le piante superiori. Le colture di trifoglio e fagioli in realtà aggiungono azoto ai terreni in cui sono cresciuti ed eliminano la necessità di costosi fertilizzanti. In molti paesi è in corso un grande sforzo scientifico per trovare batteri che possano formare un'associazione simile con le colture di cereali.

I fissatori simbiotici di azoto sembrano essere confinati agli ecosistemi terrestri e non sono stati trovati negli habitat acquatici, l'unica eccezione è un verme marino che attacca il legno sommerso. Tra i fissatori di azoto non simbiotico ci sono sia batteri viventi aerobi che anaerobici nonché cianobatteri.

Questi si verificano nei terreni e nelle acque sia marine che fresche e possono aggiungere sostanzialmente al contenuto di azoto di questi ambienti. Una fonte aggiuntiva, ma generalmente minore, di azoto atmosferico nei suoli e nelle acque è costituita da tempeste di fulmini in cui avvengono le conversioni di azoto elettrochimico.

L'azoto entra nel produttore - catena alimentare del consumatore quando le piante lo assumono dalla soluzione del suolo come nitrati o come ione ammonio. Il nitrato può anche essere convertito in ammoniaca denitrificando i batteri presenti nel suolo, specialmente da batteri e funghi nei terreni registrati. Tale conversione si verifica anche in condizioni di scarsa ossigeno nei laghi. Il processo è chiamato denitrificazione. I batteri nitrificanti, a loro volta, possono utilizzare l'azoto ammoniacale come fonte di energia per sintetizzare il proprio protoplasma.

Questo processo si verifica solo lentamente, se non del tutto, in condizioni acide. Innanzitutto l'ammoniaca viene convertita in nitrito dal genere batterico Nitrosomonas, e il nitrito viene quindi convertito in nitrato da un altro genere, Nitrobacter. Questo processo in due fasi è chiamato nitrificazione. Entrambi i gruppi batterici ottengono la loro energia da questo processo di ossidazione e quindi utilizzano parte dell'energia per convertire il biossido di carbonio in carbonio cellulare.

Infine, dopo che il nitrato è stato assorbito e convertito da piante e microbi superiori in proteine ​​e acidi nucleici, viene metabolizzato e riportato alla maggior parte del ciclo come prodotto di scarto di tale metabolismo (azoto organico inanimato).

Molti batteri e funghi eterotrofi nel suolo e nell'acqua utilizzano questo materiale organico ricco di azoto, convertendolo e rilasciandolo come ammoniaca inorganica in un processo chiamato ammonificazione. Altre parti del ciclo prevedono il rilascio di azoto gassoso e ossidi di azoto, di nuovo nell'atmosfera, sebbene questi abbiano un significato limitato

Ciclo dello zolfo:

Lo zolfo è un nutriente importante per gli organismi, essendo un componente chiave di alcuni amminoacidi, proteine ​​e altri prodotti biochimici. Le piante soddisfano i loro bisogni nutrizionali di zolfo assimilando composti minerali semplici dall'ambiente.

Ciò si verifica principalmente come solfato disciolto nell'acqua del suolo che viene assorbita dalle radici o come anidride solforosa gassosa che viene assorbita dalle foglie in ambienti in cui l'atmosfera è in qualche modo inquinata da questo gas. Gli animali ottengono lo zolfo di cui hanno bisogno mangiando piante o altri animali e assimilando e assimilando le loro forme organiche di zolfo, che vengono poi utilizzate per sintetizzare la necessaria biochimica contenente zolfo.

In determinate situazioni, in particolare nell'agricoltura intensamente gestita, la disponibilità di forme biologicamente utili di zolfo può essere un fattore limitante per la produttività delle piante e l'applicazione di un fertilizzante contenente solfato può rivelarsi vantaggiosa. I composti di zolfo possono anche essere associati a importanti danni ambientali, come quando il biossido di zolfo danneggia la vegetazione, o quando i drenaggi acidi associati ai minerali di solfuro degradano gli ecosistemi.

Lo zolfo (S) può verificarsi in molte forme chimiche nell'ambiente. Questi includono forme organiche e minerali, che possono essere trasformati chimicamente da processi sia biologici che inorganici. L'anidride solforosa è un gas che può essere tossico per le piante a concentrazioni molto più piccole di una parte per milione nell'atmosfera e per gli animali a concentrazioni maggiori.

Esistono molte fonti naturali di emissione di SO2 nell'atmosfera, come le eruzioni vulcaniche e gli incendi boschivi. Le grandi emissioni di SO2 sono anche associate alle attività umane, in particolare la combustione del carbone e la lavorazione di alcuni minerali metalliferi.

Nell'atmosfera, l'SO2 viene ossidato in solfato, un anione che si presenta sotto forma di minuscolo particolato in cui le cariche negative sono bilanciate elettrochimicamente dalle cariche positive di cationi, come ammonio (NH ⁺ 4), calcio (Ca ²⁺ ) o ione idrogeno (H ⁺ ). Queste particelle fini possono servire come nuclei di condensazione per la formazione di cristalli di ghiaccio, che possono depositarsi dall'atmosfera

Il materiale di base più importante della vita è l'acqua, uno dei java panchabltuta. Questo è in quantità limitata. Le forme viventi sulle aree terrestri dipendono dall'acqua priva di sali - acqua fresca. A causa del calore solare, l'acqua evapora dagli oceani e sale come vapore acqueo, e mentre attraversa le regioni terrestri, guadagnando un'altezza considerevole il vapore si raffredda per precipitare come acqua o neve. Del totale stimato di acqua nella terra e nella sua atmosfera.