ग्रह का जीवित आवरण न केवल सूर्य की ऊर्जा को, बल्कि पृथ्वी के आंत्र से आने वाली ऊर्जा को भी लगातार अवशोषित करता है; ऊर्जा रूपांतरित होती है और एक जीव से दूसरे जीव में स्थानांतरित होती है और पर्यावरण में विकीर्ण होती है। आपको स्पष्ट रूप से समझना चाहिए कि जीवमंडल में ऊर्जा के स्रोत क्या हैं, ऊर्जा प्रवाह कहां प्रवाहित होता है और बायोमास के निर्माण में उनकी क्या भूमिका है।

यह पहले ही नोट किया जा चुका है कि पृथ्वी पर बाह्य ऊर्जा का एकमात्र प्राथमिक स्रोत सूर्य का प्रकाश और थर्मल विकिरण है (अध्याय 2 देखें)। हर साल, लगभग 21,1023 kJ पृथ्वी की सतह पर गिरता है, जिसमें से केवल 40% पृथ्वी के पौधों से आच्छादित क्षेत्रों के साथ-साथ उन जलाशयों पर गिरता है जिनमें वनस्पति होती है। परावर्तन और अन्य कारणों से विकिरण ऊर्जा के नुकसान को ध्यान में रखते हुए, साथ ही प्रकाश संश्लेषण की ऊर्जा उपज, 2% से अधिक नहीं, प्रकाश संश्लेषण उत्पादों में सालाना संग्रहीत ऊर्जा की कुल मात्रा 20 1022 kJ के क्रम पर होगी। स्वच्छ उत्पाद बनाने के अलावा, जीवित भूमि आवरण श्वसन की प्रक्रिया के लिए सूर्य से प्राप्त ऊर्जा का उपयोग करता है। ये ऊर्जा लागत स्वच्छ उत्पाद बनाने पर खर्च होने वाली ऊर्जा का लगभग 30-40% है। इस प्रकार, भूमि वनस्पति प्रति वर्ष कुल लगभग 4.2 · 1018 kJ सौर ऊर्जा को परिवर्तित करती है (श्वसन और स्वच्छ उत्पादों के निर्माण के लिए)।

बायोमास का निर्माण और अस्तित्व पर्यावरण से ऊर्जा और पदार्थों की आपूर्ति के साथ अटूट रूप से जुड़ा हुआ है। पृथ्वी की पपड़ी में अधिकांश पदार्थ जीवित जीवों से होकर गुजरते हैं और पदार्थों के जैविक चक्र में शामिल होते हैं, जिसने जीवमंडल का निर्माण किया और इसकी स्थिरता निर्धारित की। ऊर्जा के संदर्भ में, जीवमंडल में जीवन सूर्य से ऊर्जा के निरंतर प्रवाह और प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रियाओं में इसके उपयोग द्वारा समर्थित है। जीवित कोशिकाओं के अणुओं द्वारा महसूस किया जाने वाला सौर ऊर्जा का प्रवाह, रासायनिक बंधों की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में, पौधे कम ऊर्जा सामग्री (CO2 और H2O) वाले पदार्थों को अधिक जटिल कार्बनिक यौगिकों में परिवर्तित करने के लिए सूर्य के प्रकाश की उज्ज्वल ऊर्जा का उपयोग करते हैं, जहां सौर ऊर्जा का हिस्सा रासायनिक बांड के रूप में संग्रहीत होता है।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान बनने वाले कार्बनिक पदार्थ स्वयं पौधे के लिए ऊर्जा के स्रोत के रूप में काम करते हैं या खाने और उसके बाद एक जीव से दूसरे जीव में आत्मसात करने की प्रक्रिया में स्थानांतरित होते हैं: पौधों से शाकाहारी जीवों में, उनसे मांसाहारियों में, आदि। कार्बनिक यौगिकों में निहित ऊर्जा की रिहाई श्वसन या किण्वन की प्रक्रिया के दौरान भी होती है; प्रयुक्त या मृत बायोमास अवशेषों का विनाश सैप्रोफाइट्स (हेटरोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया, कवक, कुछ जानवरों और पौधों) के रूप में वर्गीकृत विभिन्न जीवों द्वारा किया जाता है। वे शेष बायोमास को अकार्बनिक घटकों (खनिजीकरण) में विघटित करते हैं, जिससे जैविक चक्र में यौगिकों और रासायनिक तत्वों की भागीदारी आसान हो जाती है, जो कार्बनिक पदार्थ उत्पादन के नियमित चक्र को सुनिश्चित करता है। बता दें कि भोजन में निहित ऊर्जा चक्रित नहीं होती है, बल्कि धीरे-धीरे तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। परिणामस्वरूप, रासायनिक बंधों के रूप में जीवों द्वारा अवशोषित सौर ऊर्जा थर्मल विकिरण के रूप में फिर से अंतरिक्ष में लौट आती है। इसलिए, जीवमंडल को बाहर से ऊर्जा के निरंतर प्रवाह की आवश्यकता होती है। यह सबसे महत्वपूर्ण कार्य सूर्य द्वारा किया जाता है, जो कई अरब वर्षों तक जीवमंडल के माध्यम से ऊर्जा का निरंतर प्रवाह प्रदान करता है। इस मामले में, शॉर्ट-वेव विकिरण (प्रकाश) पृथ्वी पर आता है, और लंबी-वेव थर्मल विकिरण इसे छोड़ देता है। यह महत्वपूर्ण है कि इन ऊर्जाओं का संतुलन बनाए नहीं रखा जाता है: ग्रह सूर्य से प्राप्त होने वाली ऊर्जा की तुलना में अंतरिक्ष में थोड़ी कम ऊर्जा उत्सर्जित करता है। यह अंतर (एक प्रतिशत का अंश) जीवमंडल द्वारा धीरे-धीरे लेकिन लगातार ऊर्जा जमा करते हुए अवशोषित होता है। यह एक दिन ग्रह पर जीवन के प्रकट होने के लिए, ग्रह के विकास की सभी भव्य प्रक्रियाओं का समर्थन जारी रखने के लिए एक जीवमंडल के उद्भव के लिए पर्याप्त साबित हुआ।

जीवमंडल के अस्तित्व और विकास के लिए इसे ऊर्जा की आवश्यकता है। इसके पास अपने स्वयं के ऊर्जा स्रोत नहीं हैं और यह केवल बाहरी स्रोतों से ऊर्जा का उपभोग कर सकता है। जीवमंडल का मुख्य स्रोत सूर्य है। जीवमंडल के लिए सूर्य का प्रकाश विद्युत चुम्बकीय प्रकृति की बिखरी हुई उज्ज्वल ऊर्जा है।
एक आदर्श मामले में, ऑटोट्रॉफ़िक जीवों और हेटरोट्रॉफ़िक जीवों की संतुलित जीवन गतिविधि वाला एक पारिस्थितिकी तंत्र पर्यावरण के साथ केवल ऊर्जा का आदान-प्रदान करते हुए, एक बंद प्रणाली तक पहुंच सकता है। हालाँकि, प्राकृतिक परिस्थितियों में, पारिस्थितिक तंत्र का दीर्घकालिक अस्तित्व न केवल पर्यावरण से ऊर्जा के प्रवाह के साथ संभव है, बल्कि पदार्थ की बड़ी या छोटी मात्रा के साथ भी संभव है। सभी वास्तविक पारिस्थितिक तंत्र, जो मिलकर पृथ्वी के जीवमंडल का निर्माण करते हैं, खुली प्रणालियों से संबंधित हैं जो अपने पर्यावरण के साथ पदार्थ और ऊर्जा का आदान-प्रदान करते हैं।

ऊर्जा (जीआर एनर्जिया - गतिविधि) जीवन का स्रोत है, सभी प्राकृतिक और सामाजिक प्रणालियों के प्रबंधन का आधार और साधन है। ऊर्जा की सहायता से मानव जीवन और अन्य जीवों के लिए आवश्यक सभी खाद्य उत्पादों का उत्पादन किया जाता है। ऊर्जा आपको पदार्थों को एक अवस्था से दूसरी अवस्था में स्थानांतरित करने, पदार्थों का चक्र चलाने और प्रकृति में सभी प्रकार के कार्य करने की अनुमति देती है।

ऊर्जा ब्रह्मांड की प्रेरक शक्ति है। पदार्थ का मुख्य गुण कार्य उत्पन्न करने की क्षमता है। ऊर्जा परिवर्तन के नियम अर्थशास्त्र, संस्कृति, विज्ञान और कला सहित प्रकृति और समाज में होने वाली सभी प्रक्रियाओं में प्रकट होते हैं। हर चीज़ में ऊर्जा का एक घटक होता है: पदार्थ, सूचना, कला के कार्य और मानव आत्मा।

हमारे अंदर और आस-पास जो कुछ भी होता है वह काम पर आधारित होता है, जिसके दौरान भौतिकी के मूलभूत नियमों के अनुसार, कुछ प्रकार की ऊर्जा दूसरों में बदल जाती है। ऊष्मागतिकी के नियम प्रकृति में सार्वभौमिक अभिव्यक्ति रखते हैं।

नोबेल पुरस्कार विजेता एफ. सद्दी ने लिखा: "थर्मोडायनामिक्स के नियम राजनीतिक प्रणालियों के उतार-चढ़ाव, राज्यों की स्वतंत्रता और प्रतिबंध, व्यापार और उद्योग के विकास, धन और गरीबी के कारणों और मानव जाति की भलाई को निर्धारित करते हैं।" ।” यह स्पष्ट है कि भविष्य ऊर्जा, अर्थशास्त्र और पारिस्थितिकी (तीन "ई") के परस्पर संबंधित घटनाओं और प्रक्रियाओं की एक प्रणाली में एकीकरण पर निर्भर करता है। ऐसी प्रणालियों के अध्ययन के लिए एक व्यवस्थित दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है, क्योंकि ऊर्जा वह आधार है जो प्राकृतिक मूल्यों को आर्थिक मूल्यों में अनुवादित करने की अनुमति देता है, और आर्थिक मूल्यों का पर्यावरणीय दृष्टिकोण से मूल्यांकन किया जाता है।

प्राकृतिक पारिस्थितिक प्रणालियाँ ऊर्जा प्रक्रियाओं पर आधारित प्रणालियों के कामकाज के सामान्य सिद्धांतों के लिए एक मॉडल के रूप में काम कर सकती हैं। ये प्रणालियाँ पृथ्वी पर कई लाखों वर्षों से मौजूद हैं, उनकी विशाल जैव विविधता और विभिन्न जैव प्रणालियों के व्यक्तिगत गुणों के बावजूद, उनके व्यवहार में ऊर्जा प्रक्रियाओं की मूलभूत समानता से जुड़ी सामान्य विशेषताएं हैं।

हरी पत्ती में होने वाले प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से सौर ऊर्जा का खाद्य ऊर्जा में रूपांतरण थर्मोडायनामिक्स के दो नियमों के संचालन को दर्शाता है, जो किसी भी प्रणाली के लिए मान्य हैं।

ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम- ऊर्जा संरक्षण का नियम - कहता है: ऊर्जा न तो बनाई जाती है और न ही नष्ट होती है, यह एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित होती है। ऊर्जा परिवर्तनों के परिणामस्वरूप, यह निर्धारित किया गया कि आप कभी भी खर्च की गई ऊर्जा से अधिक ऊर्जा प्राप्त नहीं कर सकते - आप शून्य से कुछ प्राप्त नहीं कर सकते। सिस्टम से बाहर निकलने पर, ऊर्जा अन्य रूपों में परिवर्तित हो जाती है।

कोई भी परिवर्तनकारी मानवीय गतिविधि पदार्थ के एक भी परमाणु को बनाने या नष्ट करने में सक्षम नहीं है, बल्कि केवल इसे एक राज्य से दूसरे राज्य में स्थानांतरित करने की अनुमति देती है। पर्यावरण प्रबंधन के दृष्टिकोण से, यह समझना आवश्यक है कि कोई भी प्रक्रिया अपशिष्ट पैदा करेगी, जो परिवर्तनकारी प्राकृतिक पदार्थ का भी हिस्सा है।

यह स्पष्ट रूप से समझना आवश्यक है कि ऊर्जा संरक्षण का नियम सार्वभौमिक है और मानव जाति के सामाजिक और अन्य संबंधों सहित पृथ्वी पर सभी प्रक्रियाओं पर लागू होता है। इस प्रकार, यह निश्चित रूप से अर्थव्यवस्था में कार्य करता है; उदाहरण के लिए, मूल्य का नियम और मौद्रिक संदर्भ में इसकी अभिव्यक्ति इसका प्रत्यक्ष परिणाम है।

ऊष्मागतिकी का दूसरा नियमकहता है: किसी भी परिवर्तन के दौरान, ऊर्जा ऐसे रूप में चली जाती है जो उपयोग के लिए सबसे कम उपयुक्त होता है और सबसे आसानी से नष्ट हो जाता है। यह कानून स्थापित करता है कि ऊर्जा का कोई भी परिवर्तन किसी को मूल रूप से खर्च की गई राशि से अधिक प्राप्त करने की अनुमति नहीं देता है, अर्थात, पृथ्वी पर कोई भी भौतिक वस्तु, किसी भी भौतिक, रासायनिक या अन्य परिवर्तनों के साथ, ऊर्जा को केवल एक प्रकार से दूसरे प्रकार में संशोधित कर सकती है, लेकिन इसके उद्भव या गायब होने को प्राप्त नहीं करते।

अनायास प्रवाहित होने वाली किसी भी ऊर्जा प्रक्रिया का निर्धारण करते समय, ऊर्जा का एक केंद्रित रूप से एक बिखरे हुए रूप में संक्रमण होता है, अर्थात, हमेशा ऊर्जा हानि होती है (अनुपयोगी गर्मी के रूप में), जबकि एक प्रकार से 100% संक्रमण होता है दूसरे को ऊर्जा देना असंभव है। इस नियम की क्रिया जीवित प्रणालियों में एक रूप से दूसरे रूप में संक्रमण के दौरान विशेषता है: पौधों में सौर ऊर्जा प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से कार्बनिक पदार्थ में परिवर्तित हो जाती है और फिर उपभोक्ताओं के भोजन में मांसपेशियों की गति, मस्तिष्क कार्य और जीवन की अन्य अभिव्यक्तियों में परिवर्तित हो जाती है। .

प्रत्येक चरण में, उच्च-गुणवत्ता वाली ऊर्जा एक स्तर से दूसरे स्तर पर जाती है, और इसका बड़ा हिस्सा निम्न-गुणवत्ता वाली गर्मी में परिवर्तित हो जाता है और पर्यावरण में नष्ट हो जाता है। खुली प्रणालियों में, एन्ट्रापी (बाध्य ऊर्जा की मात्रा का एक माप जो एक इज़ोटेर्मल प्रक्रिया में उपयोग के लिए अनुपलब्ध है, विकार का एक उपाय, सिस्टम का विकार) उपयोगी कार्य में परिवर्तित नहीं होता है, बल्कि गर्मी में बदल जाता है और अंतरिक्ष में नष्ट हो जाता है और एक निश्चित न्यूनतम मान तक घटाया गया, लेकिन हमेशा शून्य से अधिक।

एकदिशीय ऊर्जा प्रवाह का नियम:समुदाय द्वारा प्राप्त और उत्पादकों द्वारा आत्मसात की गई ऊर्जा नष्ट हो जाती है या, उनके बायोमास के साथ, उपभोक्ताओं को स्थानांतरित कर दी जाती है, और फिर प्रत्येक ट्रॉफिक स्तर पर प्रवाह में कमी के साथ डीकंपोजर में स्थानांतरित कर दी जाती है। चूंकि प्रारंभ में शामिल ऊर्जा की एक नगण्य मात्रा (अधिकतम 0.35%) विपरीत प्रवाह (डीकंपोजर से उत्पादकों तक) में प्रवेश करती है, इसलिए "ऊर्जा चक्र" की बात करना असंभव है: केवल ऊर्जा के प्रवाह द्वारा समर्थित पदार्थों का संचलन होता है।

पारिस्थितिक जैविक-विकासवादी, साथ ही सामाजिक प्रक्रियाओं के लिए, एल. ऑनसागर के अपव्यय (फैलाव) का सिद्धांत (कानून) या ऊर्जा बचत (एन्ट्रापी की बचत) का सिद्धांत महत्वपूर्ण है। यह निर्धारित करता है कि यदि किसी प्रक्रिया को दिशाओं के एक निश्चित सेट में विकसित करना संभव है (जिनमें से प्रत्येक को थर्मोडायनामिक्स के सिद्धांतों द्वारा अनुमति दी जाती है), तो वह जो न्यूनतम ऊर्जा अपव्यय प्रदान करता है (अर्थात न्यूनतम एन्ट्रापी वृद्धि) एहसास होना।

सभी कार्बनिक अणु जो जीवित ऊतकों (सेलूलोज़, वसा, शर्करा, स्टार्च, आदि) का निर्माण करते हैं, उनमें न केवल कार्बन, हाइड्रोजन और कुछ अन्य तत्वों के परमाणु होते हैं। इसके अलावा, उनमें संभावित ऊर्जा होती है। इसका प्रमाण यह तथ्य हो सकता है कि सभी नामित पदार्थ जलते हैं। लौ की गर्मी और प्रकाश का अर्थ है गतिज ऊर्जा के रूप में उनकी स्थितिज ऊर्जा का निकलना।

और, इसके विपरीत, अकार्बनिक "कच्चे माल" से कार्बनिक अणुओं के संश्लेषण के दौरान, संभावित ऊर्जा संग्रहीत होती है, जिसके लिए बाहर से गतिज ऊर्जा की आपूर्ति की आवश्यकता होती है।

पृथ्वी पर प्राथमिक कार्बनिक पदार्थ मुख्य रूप से सौर ऊर्जा के प्रभाव में हरे पौधों द्वारा निर्मित होते हैं। ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के अनुसार, ऊर्जा के सभी रूप अंततः तापीय रूप में परिवर्तित हो जाते हैं और नष्ट हो जाते हैं। अनेक रासायनिक अभिक्रियाएँ ऊर्जा के विमोचन और अपव्यय के साथ होती हैं। प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रिया तापमान (थर्मोडायनामिक) प्रवणता के विरुद्ध होती है, अर्थात। फोटॉन ऊर्जा के रासायनिक बंधों की ऊर्जा में रूपांतरण के कारण कार्बनिक पदार्थों में ऊर्जा का संचय होता है।

पारिस्थितिकी तंत्र के कामकाज का दूसरा सिद्धांत: पारिस्थितिकी तंत्र गैर-प्रदूषणकारी और व्यावहारिक रूप से असीमित सौर ऊर्जा के कारण अस्तित्व में है, जिसकी मात्रा अपेक्षाकृत स्थिर और प्रचुर है।

बायोसेनोसिस बनाने वाले जीवित जीव पदार्थ और ऊर्जा को आत्मसात करने की विशिष्टता के संदर्भ में समान नहीं हैं। पौधों के विपरीत, जानवर फोटो- और केमोसिंथेसिस प्रतिक्रियाओं में सक्षम नहीं हैं, लेकिन प्रकाश संश्लेषण द्वारा बनाए गए कार्बनिक पदार्थों के माध्यम से अप्रत्यक्ष रूप से सौर ऊर्जा का उपयोग करने के लिए मजबूर होते हैं। इस प्रकार, बायोजियोसेनोसिस में, एक जीव से दूसरे जीव में पदार्थ और उसके समतुल्य ऊर्जा के अनुक्रमिक हस्तांतरण की एक श्रृंखला या एक तथाकथित ट्रॉफिक (ग्रीक "ट्रॉफ़" - मैं खाता हूं) श्रृंखला बनती है।

एकाग्रता (संचय) कार्य प्रकृति में बिखरे हुए कुछ पदार्थों (हाइड्रोजन, कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, कैल्शियम, मैग्नीशियम, सोडियम, पोटेशियम, फास्फोरस और भारी धातुओं सहित कई अन्य) का जीवित प्राणियों में चयनात्मक संचय है। मोलस्क के गोले, डायटम के गोले, जानवरों के कंकाल सभी जीवित पदार्थ के एकाग्रता कार्य की अभिव्यक्ति के उदाहरण हैं।
तनु विलयनों से तत्वों को सांद्रित करने की क्षमता जीवित पदार्थ की एक विशिष्ट विशेषता है। कई तत्वों के सबसे सक्रिय सांद्रक सूक्ष्मजीव हैं। उदाहरण के लिए, उनमें से कुछ के अपशिष्ट उत्पादों में, प्राकृतिक पर्यावरण की तुलना में, मैंगनीज की सामग्री 1,200,000 गुना, लोहे की 65,000 गुना, वैनेडियम की 420,000 और चांदी की 240,000 गुना बढ़ जाती है।

अपने कंकाल या आवरण बनाने के लिए, समुद्री जीव सक्रिय रूप से बिखरे हुए खनिजों को केंद्रित करते हैं। इस प्रकार, कैल्शियम जीव हैं - कैलकेरियस शैवाल, मोलस्क, मूंगा, ब्रायोज़ोअन, इचिनोडर्म, आदि। और सिलिकॉन - डायटम, सिलिकॉन स्पंज, रेडिओलेरियन। जहरीले (पारा, सीसा, आर्सेनिक) रेडियोधर्मी तत्वों सहित सूक्ष्म तत्वों और भारी धातुओं को जमा करने की समुद्री जीवों की क्षमता विशेष ध्यान देने योग्य है। अकशेरुकी जीवों और मछलियों के शरीर में, उनकी सांद्रता समुद्री जल की तुलना में सैकड़ों-हजारों गुना अधिक हो सकती है। परिणामस्वरूप, समुद्री जीव सूक्ष्म तत्वों के स्रोत के रूप में उपयोगी होते हैं, लेकिन साथ ही, उन्हें खाने से भारी धातुओं के साथ विषाक्तता का खतरा हो सकता है या बढ़ी हुई रेडियोधर्मिता के कारण खतरनाक हो सकता है।

उत्पादक और उपभोक्ता जो उन पर भोजन करते हैं, पोषी श्रृंखला की पहली दो कड़ियाँ बनाते हैं। द्वितीयक उपभोक्ता (द्वितीय क्रम) ट्रॉफिक श्रृंखला जारी रखते हैं, जो यहीं समाप्त नहीं होती है, और द्वितीयक उपभोक्ता तीसरे क्रम के उपभोक्ताओं आदि के लिए पोषण के स्रोत के रूप में काम कर सकता है।
जंजीरें सरल हो सकती हैं (उदाहरण के लिए, घास - खरगोश - लोमड़ी) और अधिक जटिल (उदाहरण के लिए, घास - कीड़े - मेंढक - सांप - शिकार के पक्षी)। विभिन्न पोषी शृंखलाएँ आम कड़ियों द्वारा आपस में जुड़ी होती हैं, जिससे एक जटिल प्रणाली बनती है जिसे पोषी नेटवर्क कहा जाता है।
भोजन प्रक्रिया के दौरान, अपशिष्ट सभी पोषी स्तरों पर दिखाई देता है: हरे पौधों की पत्ती का कूड़ा, विभिन्न जीवों की मृत्यु, आदि। अंततः, निर्मित कार्बनिक पदार्थ को आंशिक रूप से या पूरी तरह से डिट्रिटिवोर्स (क्रेफ़िश, कीड़े, दीमक) की मदद से प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए और डीकंपोजर (कवक, बैक्टीरिया), जो उत्पादकों और उपभोक्ताओं के कार्बनिक अवशेषों को धीरे-धीरे खनिज पदार्थों में विघटित करते हैं। डेट्रिटिवोर्स और डीकंपोजर के श्वसन के दौरान जारी खनिज और CO2 उत्पादकों के पास लौट आते हैं।
मिट्टी में प्रवेश करने वाले पौधों के अवशेषों में शामिल हैं: 45% O2, 42% H2, 6.5% N2, 1.5% पानी जिसमें मुख्य रूप से Ca, Si, K और P (राख तत्व) होते हैं। मिट्टी में मृत कार्बनिक पदार्थों के अपघटन की प्रक्रियाओं में सूक्ष्मजीवों की भूमिका विशेष रूप से महान है।
बैक्टीरिया को एरोबिक और एनारोबिक में विभाजित किया गया है। एरोबिक वाले श्वसन के लिए मुक्त ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं, अवायवीय वाले किसी भी यौगिक से ऑक्सीजन लेते हैं, उदाहरण के लिए, ऑक्साइड। उदाहरण के लिए, सूक्ष्मजीवों के प्रभाव में सेलूलोज़ CO2 और पानी (ऑक्सीजन की उपस्थिति में), या हाइड्रोजन और मीथेन (अवायवीय परिस्थितियों में) में नष्ट हो जाता है। रेजिन और वसा CO2 और H2O (एरोबिक स्थितियों में) में ऑक्सीकरण से गुजरते हैं, लेकिन अवायवीय स्थितियों में वे व्यावहारिक रूप से विघटित नहीं होते हैं। एरोबिक स्थितियों के तहत, कार्बनिक यौगिकों को अधिक तीव्रता से खनिज किया जाता है, लेकिन ऐसी स्थितियां शायद ही कभी बनाई जाती हैं और अवायवीय के साथ वैकल्पिक होती हैं, जिसके तहत मध्यवर्ती उत्पादों का संचय संभव होता है।

प्रोटीन अमोनीकरण की प्रक्रिया से गुजरते हैं (पौधों द्वारा आत्मसात करने के लिए उपलब्ध अमोनिया और फिर अमोनियम लवण के निर्माण से जुड़े)।
हालाँकि, अमोनिया का कुछ भाग नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया के प्रभाव में नाइट्रिफाइड होता है, अर्थात। ऑक्सीकरण होता है, पहले नाइट्रस एसिड में, और फिर नाइट्रिक एसिड में, और अंत में, जब HNO3 मिट्टी के आधारों के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो नाइट्रिक एसिड के लवण बनते हैं। प्रत्येक प्रक्रिया में बैक्टीरिया का एक विशिष्ट समूह शामिल होता है। अवायवीय परिस्थितियों में, नाइट्रिक एसिड लवण विनाइट्रीकरण से गुजरते हैं, मुक्त नाइट्रोजन जारी करते हैं।
बायोजियोसेनोसिस में ट्रॉफिक श्रृंखला एक ही समय में एक ऊर्जा श्रृंखला है, अर्थात। उत्पादकों से अन्य सभी कड़ियों तक सौर ऊर्जा हस्तांतरण का एक सुसंगत, व्यवस्थित प्रवाह। कार्बनिक पदार्थ की कोई भी मात्रा एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा के बराबर होती है (कार्बनिक पदार्थ के रासायनिक बंधनों को तोड़कर ऊर्जा निकाली जा सकती है)।
जीव-उपभोक्ता (उपभोक्ता), उत्पादकों के कार्बनिक पदार्थों पर भोजन करते हुए, उनसे ऊर्जा प्राप्त करते हैं, आंशिक रूप से अपने स्वयं के कार्बनिक पदार्थ बनाने और संबंधित रासायनिक यौगिकों के अणुओं में बंधे होते हैं, और आंशिक रूप से सांस लेने, गर्मी हस्तांतरण, आंदोलनों को करने में खर्च करते हैं भोजन की खोज, शत्रुओं से बचाव आदि की प्रक्रिया।
जीव भोजन से प्राप्त अधिकांश ऊर्जा का उपयोग विभिन्न प्रकार के कार्य करने, बढ़ने और प्रजनन करने के लिए करते हैं। आत्मसात की गई ऊर्जा, जो श्वसन और उत्सर्जन की प्रक्रियाओं में नष्ट नहीं होती है, का उपयोग विकास और प्रजनन के परिणामस्वरूप नए बायोमास को संश्लेषित करने के लिए किया जा सकता है।
किसी समुदाय के माध्यम से ऊर्जा का संचलन उस दक्षता पर निर्भर करता है जिसके साथ जीव अपने खाद्य संसाधनों का उपभोग करते हैं और उन्हें बायोमास में परिवर्तित करते हैं। इस दक्षता को खाद्य श्रृंखला दक्षता या पर्यावरणीय दक्षता कहा जाता है। पर्यावरणीय दक्षता ऊर्जा प्रवाह में तीन प्रमुख चरणों की दक्षता पर निर्भर करती है: संचालन, आत्मसात और स्वच्छ उत्पादन।
पारिस्थितिक तंत्र में ऊर्जा प्रवाह को देखकर, यह समझना आसान है कि पोषी स्तर बढ़ने पर बायोमास क्यों घटता है। जीवित जीवों की किसी भी आबादी को बायोमास माना जा सकता है, जो जीवों की वृद्धि और प्रजनन के कारण हर साल बढ़ती है और साथ ही प्राकृतिक मृत्यु और उपभोक्ताओं द्वारा उपभोग के कारण घटती है। उदाहरण के लिए, उपभोक्ता एक वर्ष में उत्पादकों द्वारा उत्पादित मात्रा से अधिक नहीं खाते हैं। यदि वे अधिक खाते हैं (तनावपूर्ण स्थितियों के कारण), तो उत्पादकों की आबादी अंततः गायब हो जाएगी।
उपभोक्ताओं द्वारा उपभोग किए गए बायोमास का एक महत्वपूर्ण हिस्सा उनके द्वारा आत्मसात नहीं किया जाता है और मलमूत्र के रूप में पारिस्थितिकी तंत्र में वापस आ जाता है। उच्च पोषी स्तर पर जाने पर भी यही बात देखी जाती है। इस प्रकार, हम पारिस्थितिक तंत्र के कामकाज के तीसरे बुनियादी सिद्धांत से निपट रहे हैं: किसी आबादी का बायोमास जितना अधिक होगा, उसका पोषी स्तर उतना ही कम होगा।
इस प्रकार, पारिस्थितिकी तंत्र में ऊर्जा का निरंतर प्रवाह होता है, जिसमें इसका एक खाद्य स्तर से दूसरे खाद्य स्तर तक स्थानांतरण शामिल होता है। ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के आधार पर, यह प्रक्रिया प्रत्येक बाद के लिंक पर ऊर्जा के अपव्यय से जुड़ी होती है, अर्थात। इसके नुकसान और एन्ट्रापी में वृद्धि के साथ। इस अपव्यय की भरपाई सूर्य से ऊर्जा की आपूर्ति द्वारा लगातार की जाती है।
प्रत्येक पारिस्थितिकी तंत्र की एक निश्चित उत्पादकता होती है। उत्तरार्द्ध का मूल्यांकन किसी पदार्थ के द्रव्यमान को समय की एक इकाई से जोड़कर किया जाता है, अर्थात। इसे किसी पदार्थ (बायोमास) के निर्माण की दर के रूप में देखते हुए। किसी प्रणाली की मुख्य या प्राथमिक उत्पादकता को उस दर के रूप में परिभाषित किया जाता है जिस पर प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान उत्पादकों द्वारा सूर्य की उज्ज्वल ऊर्जा को अवशोषित किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक वर्ष के दौरान, प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप, वन पौधों के जीवों ने प्रति 1 हेक्टेयर में 5 टन कार्बनिक पदार्थ का निर्माण किया; यह सकल प्राथमिक उत्पादकता है. पारिस्थितिकी तंत्र द्वारा संचित सभी पदार्थ, श्वसन पर खर्च किए गए पदार्थ को घटाकर, वास्तविक या शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता का गठन करते हैं।
उपभोक्ता शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता के माध्यम से कार्बनिक पदार्थ भी बनाते हैं। उपभोक्ताओं की उत्पादकता को द्वितीयक कहा जाता है।
गणना से पता चलता है कि 1 हेक्टेयर जंगल से सालाना औसतन 2.1×109 kJ सौर ऊर्जा प्राप्त होती है। हालाँकि, यदि एक वर्ष में सभी पौधों को जला दिया जाए, तो परिणाम केवल 1.1 x 106 kJ होगा, जो कि 0.5% है। इसका मतलब यह है कि प्रकाश संश्लेषक (हरे पौधों) की वास्तविक प्राथमिक उत्पादकता 0.5% से अधिक नहीं है। माध्यमिक उत्पादकता और भी कम है: ट्रॉफिक श्रृंखला के प्रत्येक पिछले लिंक से अगले लिंक में स्थानांतरण के दौरान, 90-99% ऊर्जा खो जाती है। यदि, उदाहरण के लिए, पौधे 1 दिन में मिट्टी की सतह पर 84 kJ प्रति 1 m2 के बराबर मात्रा में पदार्थ बनाते हैं, तो प्राथमिक उपभोक्ताओं का उत्पादन 8.4 kJ होगा, और द्वितीयक उपभोक्ताओं का उत्पादन 0.8 kJ से अधिक नहीं होगा। ऐसी गणनाएं हैं जो दर्शाती हैं कि 1 किलो गोमांस पैदा करने के लिए आपको 70-90 किलो ताजी घास की आवश्यकता होती है।
किसी पारिस्थितिकी तंत्र के अलग-अलग हिस्सों की उत्पादकता न केवल ऊर्जा इकाइयों में, बल्कि संख्यात्मक रूप से, द्रव्यमान के संदर्भ में भी व्यक्त की जा सकती है (बायोमास इकाइयों या संख्यात्मक इकाइयों में एक निश्चित समय पर इसमें मौजूद पारिस्थितिकी तंत्र के जीवित घटकों की समग्रता) .

वर्तमान और सामान्य उत्पादकता के बीच अंतर है। यदि 1 हेक्टेयर देवदार का जंगल अपने अस्तित्व और विकास के दौरान 200 m3 लकड़ी का उत्पादन करने में सक्षम है, तो यह कुल उत्पादकता है। तथापि। 1 वर्ष में, ऐसे जंगल में केवल 1.7-2.5 m3 लकड़ी पैदा होती है। यह वर्तमान उत्पादकता, या वार्षिक वृद्धि है।
पारिस्थितिक तंत्र की उत्पादकता और उनमें विभिन्न पोषी स्तरों के बीच संबंध आमतौर पर पिरामिड के रूप में व्यक्त किया जाता है। पहला पिरामिड चार्ल्स एल्टन द्वारा बनाया गया था और इसे संख्याओं का पिरामिड कहा जाता है:

पिरामिड खाद्य श्रृंखला के प्रत्येक लिंक में बायोमास और उनकी समतुल्य ऊर्जा के अनुपात को स्पष्ट रूप से दर्शाते हैं और औचित्य साबित करने के लिए व्यावहारिक गणना में उपयोग किए जाते हैं (उदाहरण के लिए, कृषि फसलों के लिए आवश्यक क्षेत्र)।
ऊर्जा के पिरामिड का नियम (दस प्रतिशत नियम)। ऊर्जा पिरामिड के नियम के अनुसार, औसतन 10% से अधिक ऊर्जा पारिस्थितिक पिरामिड के एक पोषी स्तर से दूसरे स्तर तक नहीं जाती है।

यह मान पारिस्थितिकी तंत्र के लिए प्रतिकूल परिणाम नहीं देता है और इसलिए इसे पर्यावरण प्रबंधन के लिए स्वीकार किया जा सकता है। इस मान से अधिक होना अस्वीकार्य है, क्योंकि इस मामले में आबादी पूरी तरह से गायब हो सकती है। ऊर्जा के पिरामिड का नियम (10% नियम) मानव आर्थिक गतिविधि के लिए प्राकृतिक संसाधनों के प्रबंधन में व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए एक सामान्य सीमा के रूप में कार्य करता है।
ऊर्जा के पिरामिड का नियम जनसंख्या को भोजन और अन्य पर्यावरणीय और आर्थिक गणनाएँ प्रदान करने के लिए आवश्यक भूमि क्षेत्र की गणना करना संभव बनाता है।
किसी पारिस्थितिकी तंत्र की वास्तविक उत्पादकता क्या निर्धारित करती है? यह किन प्रक्रियाओं पर निर्भर करता है? आइए इस पर विचार करें. किसी भी पारिस्थितिकी तंत्र में, बायोमास बनता और नष्ट होता है, और ये प्रक्रियाएँ पूरी तरह से निचले पोषी स्तर - उत्पादक पौधों की जीवन गतिविधि से निर्धारित होती हैं। अन्य सभी जीव केवल पौधों द्वारा पहले से निर्मित कार्बनिक पदार्थों का उपभोग करते हैं, और इसलिए, पारिस्थितिकी तंत्र की समग्र उत्पादकता उन पर निर्भर नहीं करती है।
पौधों के जीवों में, हरी पत्ती के ऊतकों में, दो समानांतर प्रक्रियाएँ होती हैं - प्रकाश संश्लेषण और श्वसन (उत्सर्जन)। प्रकाश संश्लेषण के दौरान पदार्थ का निर्माण होता है, ऊर्जा संचित होती है और श्वसन के दौरान संचित पदार्थों का कुछ भाग उपभोग हो जाता है।
यदि किसी पारिस्थितिकी तंत्र में पदार्थ के संचय की प्रक्रिया श्वसन की प्रक्रिया पर हावी हो जाती है, तो बायोमास और ऊर्जा में वृद्धि होती है। यदि, श्वसन की प्रक्रिया में या खाद्य श्रृंखला में बाद की कड़ियों द्वारा उपभोग के दौरान, पौधों द्वारा बनाए गए पदार्थ की तुलना में अधिक पदार्थ का उपभोग किया जाता है, तो बायोमास भंडार कम हो जाता है।

वह क्षेत्र जिसके भीतर पौधे बायोमास बढ़ाने में सक्षम होते हैं, यूफोटिक (ग्रीक "यू" से - पेरे, ओवर, "फोटो" - प्रकाश) कहा जाता है। ऐसे पारिस्थितिक तंत्र जिनमें P/R>1 (कुल बायोमास बढ़ता है) को ऑटोट्रॉफ़िक उत्तराधिकार वाले सिस्टम कहा जाता है, जहां P उत्पादित बायोमास है; आर - साँस लेने की लागत.

पी/आर पर<1 суммарная биомасса экосистемы снижается, и такие экосистемы характеризуются гетеротрофной сукцессией. Если P/R = 1, объем биомассы и суммарные запасы энергии в ней остаются постоянными; такие экосистемы называют климаксными.
जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, जीव (बायोटा) पारिस्थितिकी तंत्र का केवल एक घटक हैं; दूसरा उनका पर्यावरण है। रासायनिक एवं भौतिक पर्यावरणीय कारकों को अजैविक कहा जाता है। इनमें प्रकाश, तापमान, पानी, हवा, रासायनिक पोषक तत्व, पर्यावरणीय पीएच, लवणता आदि शामिल हैं। ये सभी कारक जीवों पर एक साथ कार्य करते हैं, बदले में समग्र रूप से पारिस्थितिकी तंत्र को बहुत प्रभावित करते हैं।

जीवमंडल का अस्तित्व जीवित जीवों के भीतर और जीवों और उनके पर्यावरण के बीच पदार्थ और जानकारी की निरंतर गति पर आधारित है। इस गति के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और प्रत्येक जीव और जीवमंडल समग्र रूप से ऊष्मा इंजन की तरह काम करते हैं। साथ ही, वे स्वाभाविक रूप से ऊष्मागतिकी के बुनियादी नियमों (सिद्धांतों) का पालन करते हैं।

ऊर्जा संरक्षण का पहला नियम या नियम कहता है कि "किसी भी प्रक्रिया के संबंध में ऊर्जा अपरिवर्तनीय है।" इसका मतलब यह है कि ऊर्जा एक रूप से दूसरे रूप में बदल सकती है, लेकिन इसकी कुल मात्रा स्थिर रहती है। उदाहरण के लिए, प्रकाश संश्लेषण के दौरान प्रकाश ऊष्मा में या पौधे के कार्बनिक पदार्थ में संग्रहीत संभावित रासायनिक ऊर्जा में बदल सकता है, लेकिन ऊर्जा की कुल मात्रा वही रहेगी।

थर्मोडायनामिक्स का दूसरा नियम (शुरुआत) बताता है कि एक पृथक प्रणाली में, ऊर्जा के किसी भी परिवर्तन के दौरान, इसका कुछ हिस्सा नष्ट हो जाता है और दिए गए सिस्टम के भीतर आगे के परिवर्तनों के लिए दुर्गम हो जाता है। यदि हम तापीय ऊर्जा के बारे में बात कर रहे हैं, तो नष्ट हुई ऊर्जा आसपास के पदार्थ के कणों की अराजक गति में बदल जाती है (उदाहरण के लिए, अणुओं की तापीय गति में)। विशेष रूप से, गर्मी को केवल यांत्रिक या अन्य गैर-थर्मल ऊर्जा के व्यय के साथ ठंडे शरीर से गर्म शरीर में स्थानांतरित किया जा सकता है, जो नष्ट हो जाएगी (दूसरे नियम का एक और सूत्रीकरण)। इस प्रकार, ऊर्जा परिवर्तन से जुड़ी कोई भी प्रक्रिया प्रणाली में ऊर्जा के एक हिस्से को अराजक ऊर्जा में परिवर्तित कर देती है।

किसी पृथक प्रणाली की यादृच्छिकता या अव्यवस्था के माप को एक मात्रा कहा जाता है एन्ट्रापी.किसी भी पृथक प्रणाली में, प्रणाली के भीतर ऊर्जा अपव्यय की प्रक्रियाएँ होती हैं, और, परिणामस्वरूप, एन्ट्रापी बढ़ जाती है (दूसरे नियम का तीसरा सूत्रीकरण)। जब किसी पृथक प्रणाली की एन्ट्रापी अपने अधिकतम तक पहुंच जाती है, तो पूरे सिस्टम में तापमान बराबर हो जाता है, इसमें प्रक्रियाएं रुक जाती हैं, केवल अराजक गति रह जाती है, और सिस्टम "थर्मल डेथ" से आगे निकल जाता है। दूसरे नियम से यह निष्कर्ष निकलता है कि किसी प्रणाली में व्यवस्थित संरचनाओं के उद्भव और विकास के लिए बाहर से संकेंद्रित ऊर्जा की आपूर्ति की आवश्यकता होती है।

जिया, जो सिस्टम में अराजक गति के तापमान से अधिक तापमान से मेल खाता है। आने वाली ऊर्जा का एक हिस्सा इन संरचनाओं की आंतरिक संभावित ऊर्जा को बढ़ाने के लिए जाएगा, और कुछ हिस्सा व्यवस्थित संरचनाओं के बाहर, सिस्टम के बाकी हिस्सों में अराजक आंदोलन के रूप में नष्ट हो जाएगा (चित्र 2.8)। इस अराजक गति की ऊर्जा प्रणाली में सबसे कम तापमान से मेल खाती है और इसका उपयोग प्रणाली के भीतर नहीं किया जा सकता है। सिस्टम का संरचनात्मक रूप से व्यवस्थित हिस्सा इसके भीतर उत्पन्न एन्ट्रापी को नष्ट हुई ऊर्जा के साथ बाहर छोड़ता है।

चावल। 2.8.

थर्मोडायनामिक प्रणाली

जीवमंडल में, निर्माता सीधे सूर्य के प्रकाश की संकेंद्रित ऊर्जा का उपयोग करते हैं और कैप्चर किए गए फोटॉन की ऊर्जा का 1/10 भाग प्रकाश संश्लेषित जीवित पदार्थ की संभावित रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, और 9/10 नमी के वाष्पीकरण और अपने स्वयं के चयापचय पर खर्च करते हैं, और ये 9/ 0 कम तापमान वाली गर्मी के रूप में नष्ट हो जाते हैं। उपभोक्ता, सैप्रोफेज और डिट्रिटिवोर्स भोजन से प्राप्त रासायनिक ऊर्जा को लगभग समान अनुपात में खर्च करते हैं। सब कुछ लिंडमैन के 10% नियम का पालन करता है, जिसका अनिवार्य रूप से मतलब है कि अंततः एक पारिस्थितिकी तंत्र को प्राप्त होने वाली सभी ऊर्जा कम तापमान वाली गर्मी के रूप में नष्ट हो जाती है। इस प्रकार, ऊष्मा इंजन के रूप में जीवों की दक्षता (या "प्रदर्शन का गुणांक") सभी पोषी स्तरों पर लगभग समान है और लगभग 10% है।

चित्र में. चित्र 2.9 पृथ्वी के ताप इंजन में ऊर्जा प्रवाह को दर्शाता है। सौर विकिरण प्रवाह 5 0 वायुमंडल के बाहरी क्षेत्र पर पड़ता है, जो 1396 W m -2 या लगभग '/ 3 kcal m 2 s -1 के बराबर होता है।

प्रतिबिंब

बादल,

कण

सतह

अवरक्त

विकिरण

धूप वाला

विकिरण

अवशोषण

अवशोषण

वायुमंडल

सतह

वाष्पीकरण, विकिरण, संवहन, तापीय चालकता

समुद्री

प्रसार

रेडियोधर्मी क्षय की ऊर्जा और पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण संपीड़न

चावल। 2.9. वायुमंडल-पृथ्वी ताप इंजन। पृथ्वी की सतह वायुमंडल के ताप और परिसंचरण का मुख्य स्रोत है, हालाँकि यह स्वयं अपनी लगभग सारी ऊर्जा सूर्य से प्राप्त करती है। समग्र ऊर्जा संतुलन में पृथ्वी की रेडियोधर्मिता और गुरुत्वाकर्षण संपीड़न का योगदान नगण्य है

(सौर स्थिरांक). यह प्रवाह l/ के क्षेत्र के साथ पृथ्वी की डिस्क से पार हो जाता है? 2 कहाँ मैं -पृथ्वी की त्रिज्या, लेकिन पृथ्वी की संपूर्ण सतह पर वितरित 4 पया 2(चित्र 2.3 देखें)। इसलिए, पृथ्वी की सतह पर लंबवत सौर ऊर्जा प्रवाह का औसत केवल 349 W m 2 है। इसमें विद्युत चुम्बकीय लंबाई का एक स्पेक्ट्रम होता है

नल तरंगें, एक बिल्कुल काले शरीर के विकिरण के अनुरूप 1 6000 K तक गर्म होती हैं (चित्र 2.10)।

इस विकिरण का लगभग 30% बादलों और वायुमंडल द्वारा वापस अंतरिक्ष में परावर्तित हो जाता है, और लगभग 15% वायुमंडल में अवशोषित हो जाता है। सौर विकिरण के प्रकीर्णन, अवशोषण और परावर्तन में बादलों के अलावा छोटे ठोस पदार्थों की भूमिका बहुत बड़ी होती है। एयरोसोलकुछ माइक्रोन (माइक्रोमीटर) से छोटे कण। सौर विकिरण का लगभग 3% वायुमंडल की ओजोन परत में ओजोन और ऑक्सीजन द्वारा अवशोषित किया जाता है - यह सौर विकिरण का पराबैंगनी हिस्सा है, और 12% कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2) और जल वाष्प (छवि 2.10) द्वारा कब्जा कर लिया जाता है। 55% सौर विकिरण पृथ्वी की सतह से टकराता है, जिसमें से 5% वायुमंडल में रुके बिना वापस अंतरिक्ष में परावर्तित हो जाता है। कुल मिलाकर, 35% सीधे अंतरिक्ष में परिलक्षित होता है। यह मान औसत परावर्तनशीलता है, या albedo, धरती। पृथ्वी की सतह द्वारा अवशोषित ऊर्जा ऊपरी वायुमंडल में प्रवेश करने वाले विकिरण का लगभग आधा हिस्सा है। इसमें से लगभग आधा अवशोषित विकिरण (ऊर्जा) है सूर्यातप)महासागरों की सतह से पानी के वाष्पीकरण और बादलों के निर्माण में जाता है, और दूसरा भाग सतह के वास्तविक तापन में जाता है। और केवल एक छोटा सा अंश - लगभग 1.5% - पौधों द्वारा ग्रहण किया जाता है और सीधे जीवन का समर्थन करने के लिए उपयोग किया जाता है।

400 विकिरण प्रवाह, पीडब्लू/माइक्रोन

चुनावी

(अपूर्ण)

अधिग्रहणों

H 2 0 और C0 2 का अवशोषण

• 100 ?

पराबैंगनी

अवरक्त किरणों

चावल। 2.10. सूर्य (पृथ्वी के वायुमंडल के ऊपरी किनारे पर) और पृथ्वी का विकिरण स्पेक्ट्रा। स्पेक्ट्रा के वे क्षेत्र जहां चित्र में दर्शाई गई वायुमंडलीय गैसों द्वारा विकिरण को अवशोषित किया जाता है, अंधेरा कर दिया जाता है। विकिरण शक्ति को पेटावाट प्रति माइक्रोमीटर (माइक्रोन) तरंग दैर्ध्य में व्यक्त किया जाता है। 1 पीडब्लू (पेटावाट) = 10 15 डब्ल्यू

सौर विकिरण के अलावा, पृथ्वी के आंतरिक भाग से आने वाले ऊष्मा प्रवाह से पृथ्वी की सतह गर्म होती है, लेकिन यह प्रवाह सूर्य के विकिरण प्रवाह की तुलना में नगण्य है।

सतह द्वारा अवशोषित विकिरण ऊर्जा विभिन्न तरीकों से वायुमंडल में लौटती है (चित्र 2.9)। बादलों द्वारा संचित वाष्पीकरण की गर्मी वर्षा के निर्माण के दौरान हवा में प्रवेश करती है, और ताप ऊर्जा को संवहनी गर्मी प्रवाह, सतह के अवरक्त विकिरण और, बहुत कम अनुपात में, तापीय चालकता के माध्यम से वायुमंडल में स्थानांतरित किया जाता है। वायुमंडल की ऊष्मा सामग्री की ऊर्जा वायुमंडलीय परिसंचरण के निर्माण पर खर्च की जाती है, अर्थात यह हवाओं और समुद्री लहरों की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, और फिर घर्षण के माध्यम से फिर से ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है।

जल वाष्प, कार्बन डाइऑक्साइड और, आंशिक रूप से, मीथेन सीएच 4 और कुछ अन्य वायुमंडलीय अशुद्धियाँ सूर्य और पृथ्वी दोनों से अवरक्त विकिरण को रोकती हैं (चित्र 2.10)। ये वायुमंडलीय अशुद्धियाँ पृथ्वी पर फैली ग्रीनहाउस की पारदर्शी छत की तरह काम करती हैं, जो स्पेक्ट्रम के लघु-तरंग भाग को पृथ्वी पर संचारित करती हैं और पृथ्वी से लंबी-तरंग तापीय विकिरण को बनाए रखती हैं। इसलिए उनका नाम - ग्रीन हाउस गैसें।उनके प्रति धन्यवाद प्रकट हो रहा है ग्रीनहाउस प्रभावपृथ्वी के ताप संतुलन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

चूँकि पृथ्वी का औसत तापमान नहीं बदलता है, इसलिए पृथ्वी को ऊपरी वायुमंडल से उतनी ही मात्रा में ऊर्जा उत्सर्जित करनी चाहिए जितनी वह सूर्य और अन्य, कम महत्वपूर्ण स्रोतों से प्राप्त करती है। पृथ्वी के ऊपरी वायुमंडल द्वारा अंतरिक्ष में उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय तरंग दैर्ध्य का स्पेक्ट्रम लगभग 250 K के तापमान के साथ एक पूरी तरह से काले शरीर के विकिरण से मेल खाता है। यदि कोई ग्रीनहाउस प्रभाव नहीं होता, तो पृथ्वी का तापमान 250 K तक गिर जाता (अर्थात, -23°C) तक, और पृथ्वी पर जीवन शायद ही संभव होगा, कम से कम इसके वर्तमान स्वरूप में। हालाँकि, पृथ्वी की सतह से बाहर जाने वाला विकिरण, ऊपर की ओर बढ़ते हुए, ग्रीनहाउस गैसों (विपरीत दिशा सहित) द्वारा बार-बार अवशोषित और पुन: उत्सर्जित होता है, और प्रत्येक स्तर पर तापमान और बाहर जाने वाली ऊर्जा का प्रवाह कम हो जाता है। इसलिए, पृथ्वी की सतह का औसत तापमान 288 K (15 °C) पर रखा जाता है, और इसका विकिरण स्पेक्ट्रम इस तापमान से मेल खाता है (चित्र 2.10)।

यह बहुत संभव है कि पृथ्वी पर वार्मिंग की अवधि से लेकर हिम युग और उसके बाद के संक्रमणों का वातावरण में ग्रीनहाउस गैसों और धूल और एयरोसोल कणों की सांद्रता में उतार-चढ़ाव से गहरा संबंध है। विभिन्न सतह प्रकारों के अल्बेडो में अंतर इन प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। चित्र से. 2.11 यह स्पष्ट है कि ग्लेशियरों और आंशिक रूप से रेतीले रेगिस्तानों के क्षेत्र में वृद्धि से संपूर्ण पृथ्वी के अल्बेडो में वृद्धि होती है, जबकि समुद्र और वनस्पति के क्षेत्र में वृद्धि होती है। (अल्बेडो) में कमी।

ग्रीनहाउस गैसें पृथ्वी को "गर्म" करती हैं, जबकि एयरोसोल कण, सौर विकिरण को वापस अंतरिक्ष में परावर्तित करके, इसे "ठंडा" करते हैं।

पानी घास काली मिट्टी रेत बर्फ और बर्फ

चावल। 2.11.

ज्वालामुखीय गतिविधि के अस्थायी तीव्रता की अवधि के दौरान, वायुमंडल में कणों की सामग्री तेजी से बढ़ जाती है, इसलिए पृथ्वी पर औसत तापमान गिरना शुरू हो जाता है। इसी समय, ग्लेशियर और, सबसे ऊपर, पृथ्वी के ध्रुवों के पास ध्रुवीय टोपी बढ़ती हैं। ध्रुवीय टोपी की वृद्धि और महासागर क्षेत्र में कमी से पृथ्वी के एल्बिडो में वृद्धि होती है, जिससे शीतलन प्रक्रिया तेज हो जाती है। इसी समय, समुद्र की सतह से वाष्पीकरण कम हो जाता है, इसलिए हवा में जल वाष्प की मात्रा और बादल कम हो जाते हैं। इससे अल्बेडो में कमी आती है, यानी, पृथ्वी की सतह के ताप में वृद्धि होती है, और कुछ बिंदु पर यह प्रक्रिया विपरीत दिशा में जाने लगती है जब तक कि पृथ्वी के ताप इंजन की पूरी प्रणाली अपनी मूल स्थिति के करीब वापस नहीं आ जाती। राज्य।

यदि कोई कारक वार्मिंग की ओर ले जाता है तो विपरीत दिशा में धक्का भी संभव है। ऐसा कारक हो सकता है, उदाहरण के लिए, भारी मात्रा में जीवाश्म ईंधन - तेल, कोयला और प्राकृतिक गैस के मानव दहन के कारण वातावरण में CO2 की सांद्रता में मानवजनित वृद्धि। चित्र से. 2.10 यह स्पष्ट है कि यह C0 2 ही है जो अंतरिक्ष में पृथ्वी के तापीय विकिरण में सबसे अधिक हस्तक्षेप करता है। CO2 सांद्रता में देखी गई वृद्धि, जो प्रति वर्ष लगभग 0.3% है, पृथ्वी के एल्बिडो में कमी लाती है। तदनुसार, औसत तापमान में वृद्धि होगी। यदि ध्रुवीय टोपी और ग्रीनलैंड ग्लेशियर का गहन पिघलना शुरू हो जाता है, तो अल्बेडो में कमी की दर और भी अधिक बढ़ जाएगी और, तदनुसार, पृथ्वी पर औसत तापमान और भी अधिक बढ़ जाएगा। इस प्रक्रिया को आंशिक रूप से समुद्र में अतिरिक्त CO2 के विघटन और वनस्पति द्वारा इसके अवशोषण से रोका जाता है, लेकिन वे पर्याप्त नहीं हो सकते हैं। इस विकास से ग्लोबल वार्मिंग हो सकती है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि पृथ्वी की सतह द्वारा प्राप्त अतिरिक्त ऊर्जा पहले वाष्पीकरण में जाएगी और हवा और समुद्री धाराओं में बदल जाएगी, जो अपने आप में कई बेहद अवांछनीय परिणामों को जन्म देती है।

• कड़ाई से कहें तो, ब्रह्मांड में ऊर्जा और द्रव्यमान का योग स्थिर रहता है, क्योंकि परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान द्रव्यमान उज्ज्वल ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, उदाहरण के लिए, सूर्य और अन्य सितारों की गहराई में या परमाणु रिएक्टर में। उसी समय, विकिरण की एक ऊर्जावान मात्रा इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन सामग्री कणों की एक जोड़ी में बदल सकती है। हालाँकि, जीवमंडल में ऐसे परिवर्तन नहीं होते हैं।
• थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम को इस तथ्य की अभिव्यक्ति के रूप में भी माना जा सकता है कि कोई भी प्रणाली स्थिर संतुलन की स्थिति में होती है, जिसमें सिस्टम की एन्ट्रापी अपने पूर्ण अधिकतम तक पहुंच जाती है।
• पूर्णतः काला पिंड वह पिंड है जो अपनी सतह पर पड़ने वाले सभी विकिरण को अवशोषित कर लेता है। इसके अलावा, ऐसे शरीर में किसी दिए गए तापमान पर विकिरण करने की क्षमता भी सबसे अधिक होती है। बिल्कुल काले शरीर का एक उदाहरण भट्टी का खुलना है: इसमें प्रवेश करने वाली किरणें वापस नहीं आ सकती हैं, लेकिन जलती भट्टी में विकिरण का अधिकतम प्रवाह इससे निकलता है।
• यहां और नीचे, तापमान की गणना स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन कानून पर आधारित है, जिसके अनुसार एक बिल्कुल काले शरीर की सतह से विकिरण की तीव्रता ई=एटी58,जहां a बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक है, जो 5.67 · 10-8 W m-2 K-4 के बराबर है, और टी -डिग्री केल्विन, K में पूर्ण तापमान। विकिरण स्पेक्ट्रा की अधिकतम सीमा के अनुरूप विद्युत चुम्बकीय तरंगों A.max की लंबाई, वियन के नियम Xmax [µm] = 2897/G द्वारा निर्धारित की जाती है।
• वायुमंडलीय एरोसोल कणों का मुख्य स्रोत महासागर है। जब लहरें टकराती हैं, तो खारे पानी की सूक्ष्म बूंदें बनती हैं, जो जल्दी सूख जाती हैं, नमक के कण बनाती हैं और

जीवमंडल में ऊर्जा का प्रवाह. जीवमंडल प्रक्रियाओं की एन्ट्रॉपी। जीवमंडल के विकास के पैटर्न: रेडी का सिद्धांत; जैव-भू-रासायनिक चक्र के वैश्विक समापन का नियम; पदार्थों के जैव-भू-रासायनिक चक्र को बंद करने में जैविक घटक की हिस्सेदारी बढ़ाने का नियम

जीवमंडल पृथ्वी के खोल का प्रतिनिधित्व करता है, जिसमें जीवित पदार्थ के वितरण का क्षेत्र और स्वयं यह पदार्थ दोनों शामिल हैं।

वर्नाडस्की ने दिखाया कि पृथ्वी के स्वरूप को बदलने वाला प्रमुख कारक जीवन है। आधुनिक समझ में, पृथ्वी का जीवमंडल एक खुली प्रणाली है जिसका अपना "इनपुट" और "आउटपुट" है।

जीवमंडल की सीमाएँ

• · वायुमंडल में ऊपरी सीमा: 15-20 किमी. यह ओजोन परत द्वारा निर्धारित होता है, जो शॉर्ट-वेव पराबैंगनी विकिरण को रोकता है, जो जीवित जीवों के लिए हानिकारक है।
• · स्थलमंडल में निचली सीमा: 3.5-7.5 किमी. यह पानी के भाप में बदलने के तापमान और प्रोटीन के विकृतीकरण के तापमान से निर्धारित होता है, लेकिन आम तौर पर जीवित जीवों का वितरण कई मीटर की गहराई तक सीमित होता है।
• · जलमंडल में वायुमंडल और स्थलमंडल के बीच की सीमा: 10--11 किमी. नीचे की तलछट सहित विश्व महासागर के तल से निर्धारित होता है।

किसी भी प्रणाली का संगठन उसके घटकों की संख्या और उनके पदानुक्रम पर निर्भर करता है। प्रत्येक प्रणाली में संगठन के कई स्तर होते हैं। जीवमंडल सबसे जटिल और उच्च संगठित प्रणाली है।

किसी भी प्राकृतिक प्रणाली की वर्तमान स्थिति को उसके विकास की प्रक्रिया में विकास का एक निश्चित चरण माना जाता है। आधुनिक समझ में, पृथ्वी का जीवमंडल सौर ऊर्जा द्वारा संचालित एक वैश्विक खुली स्व-नियमन प्रणाली है। महत्वपूर्ण गतिविधि के उत्पाद अंततः भूविज्ञान में समाप्त हो जाते हैं, अर्थात, उन्हें अस्थायी रूप से जीवमंडल चक्र से हटा दिया जाता है। पृथ्वी के जीवमंडल का स्व-नियमन जीवित जीवों द्वारा सुनिश्चित किया जाता है। जीवमंडल को एक साइबरनेटिक प्रणाली के रूप में माना जा सकता है, जिसमें बाहरी और आंतरिक गड़बड़ी को रोकने की स्थिरता केवल तभी होती है जब इसमें पर्याप्त आंतरिक विविधता हो।

जीवमंडल को बनाने वाले सभी भागों की एक दूसरे और पर्यावरण के साथ भौतिक और ऊर्जावान अंतःक्रिया पारिस्थितिकी का आधार बनती है।

इष्टतम पर्यावरण प्रबंधन के लिए, पर्यावरण की पारिस्थितिक गुणवत्ता का आकलन (पारंपरिक इकाइयों में) किया जाता है। परिवर्तनों के आकलन के लिए प्रारंभिक बिंदु प्राकृतिक पर्यावरण की एक निश्चित पृष्ठभूमि स्थिति है, जो स्थानीय मानवजनित प्रभावों के अधीन नहीं है। पर्यावरणीय दृष्टिकोण से, मानवजनित प्रभाव (थर्मल, ध्वनिक, प्रकाश, रसायन, विकिरण) हस्तक्षेप पैदा करता है, जिससे पृष्ठभूमि की स्थिति (मानक) बढ़ जाती है। ये मानवजनित हस्तक्षेप, प्राकृतिक हस्तक्षेपों के विपरीत, चयन की ओर नहीं, बल्कि जीवों के उत्पीड़न और मृत्यु की ओर ले जाते हैं।

जीवमंडल विकास रणनीति निम्नलिखित सिद्धांतों पर आधारित है:

• 1. तकनीकी प्रगति न केवल वांछनीय है, बल्कि अत्यंत आवश्यक भी है।
• 2. जनसंख्या एवं संसाधन अनिश्चित काल तक नहीं बढ़ सकते।
• 3. माध्यम की इष्टतम क्षमता अज्ञात है।
• 4. "मानव-प्रकृति" प्रणाली में होमोस्टैसिस के एक सामाजिक-आर्थिक तंत्र का निर्माण।
• 5. इष्टतमता के नियमों का अनुपालन।

जीवमंडल में ऊर्जा के प्रवाह में सूर्य की ऊर्जा और पृथ्वी की आंतरिक ऊर्जा शामिल होती है। हालाँकि, ऊर्जा चयापचय जीवित पदार्थ सहित जीवमंडल के सभी घटकों को कवर करता है।

जीवमंडल का निर्माण लगभग 3.8 अरब साल पहले शुरू हुआ था, जब हमारे ग्रह पर पहले जीव उभरने लगे थे। जीवमंडल सभी जीवित जीवों की समग्रता है। यह पौधों, जानवरों, कवक और बैक्टीरिया की 3,000,000 से अधिक प्रजातियों का घर है। जीवमंडल में होने वाली प्रक्रियाएं पर्यावरणीय कारकों के आधार पर लगातार बदल रही हैं।

जीवमंडल का विकास एक जटिल, बहुआयामी प्रक्रिया है, जिसके भागीदार न केवल जीवित जीव हैं, बल्कि स्थलीय और ब्रह्मांडीय दोनों मूल की कई प्राकृतिक शक्तियां भी हैं। इसलिए, विकास के नियमों का ज्ञान एक कठिन प्रश्न है जिसने प्राचीन काल से कई प्राकृतिक वैज्ञानिकों के मन को चिंतित किया है। निस्संदेह, जीवमंडल के विकास के विश्लेषण में एक बड़ा योगदान, जिसे अभी तक पर्याप्त रूप से सराहा नहीं गया है, वी.आई. द्वारा किया गया था। वर्नाडस्की। जीवमंडल के अध्ययन के एक भाग के रूप में, उन्होंने न केवल जीवमंडल के कामकाज में जीवित पदार्थ की मौलिक भूमिका की जांच की, बल्कि इसके विकास के दौरान विभिन्न प्रक्रियाओं की दिशा का भी गहराई से विश्लेषण किया। यह कोई संयोग नहीं है कि इसने डी. ग्रीनवाल्ड (1996) को वर्नाडस्की को "वैश्विक पारिस्थितिकी का जनक" कहने को जन्म दिया।

मानव गतिविधि ने लंबे समय से वैश्विक आयाम प्राप्त कर लिया है। जीवमंडल का नोस्फीयर में संक्रमण इस तथ्य के कारण है कि मानवजनित कारक तेजी से जीवमंडल की प्रक्रियाओं और अंततः, जीवमंडल के विकास को निर्धारित कर रहा है। वैज्ञानिक अवलोकनों का बढ़ता नेटवर्क प्राकृतिक वातावरण में वैश्विक परिवर्तनों की विभिन्न अभिव्यक्तियों को रिकॉर्ड करता है, और अक्सर नकारात्मक दृष्टिकोण से। दरअसल, इस नेटवर्क द्वारा दर्ज किए गए नतीजे जीवमंडल में अपरिवर्तनीय परिवर्तन, प्रजातियों के विलुप्त होने और यहां तक ​​कि मानव सभ्यता की संभावित मृत्यु के बारे में बात करने का कारण देते हैं।

हालाँकि, पृथ्वी और जीवमंडल के इतिहास की तुलना में इन महत्वहीन अवलोकनों पर आधारित निष्कर्ष कितने विश्वसनीय हैं? हम प्रकृति में जो प्रभाव देखते हैं उनके कारण क्या हैं? क्लब ऑफ़ रोम के कार्यों की सर्वनाशकारी चेतावनियाँ कितनी यथार्थवादी हैं? क्या मानवता पृथ्वी पर स्वयं को नष्ट कर देगी या उसके पास ब्रह्मांड को आबाद करने का मिशन होगा? क्या नोस्फीयर का विचार साकार होगा या यह सिर्फ एक और मिथक है, और मनुष्य विकास की श्रृंखला में अपने कई पूर्ववर्तियों की तरह गायब हो जाएगा?

जीवमंडल का इतिहास जीवित पदार्थ की सक्रिय भागीदारी के साथ होने वाले वायुमंडल, जलमंडल और स्थलमंडल में अपरिवर्तनीय परिवर्तनों की एक सतत प्रक्रिया है। जीवमंडल का इतिहास वैश्विक आपदाओं की एक श्रृंखला है जो जलवायु, राहत और जीवित जीवों के वैश्विक विलुप्त होने में परिवर्तन का कारण बनती है। लेकिन हर बार ऐसी आपदाओं के बाद, विकास जारी रहा, जीवन बहाल हुआ, और इसके अलावा, जीवित पदार्थ (जैव विविधता सहित) की गतिविधि, एक नियम के रूप में, इसके बाद अपने पिछले स्तर से अधिक हो गई।

जीव विज्ञान, जीवाश्म विज्ञान, आनुवंशिकी और पारिस्थितिकी में 20 वीं शताब्दी की उत्कृष्ट खोजें विकास प्रक्रियाओं और जीवमंडल के विकास के पैटर्न के विश्लेषण को नई प्रेरणा देती हैं, जिसके आधार पर भविष्य के भाग्य के लिए विज्ञान आधारित पूर्वानुमान लगाए जाने चाहिए। जीवमंडल और मानव सभ्यता। पर्यावरणीय प्रक्रियाओं और समय के साथ उनके परिवर्तनों का ज्ञान आधुनिक जनसांख्यिकीय प्रक्रियाओं के वास्तविक कारणों को समझना, जीवमंडल के उत्पादन और आत्मसात करने की क्षमता का आकलन करना, मानवता को प्राकृतिक संसाधनों के प्रति उपभोक्तावादी रवैये पर काबू पाने और लक्ष्यों की एक नई समझ प्राप्त करने में मदद करना संभव बनाता है। सभ्यता का विकास.

जीवित चीजों का विकास पूर्व-जीवन रूपों और फिर प्रोटो-जीवों के उद्भव के साथ शुरू हुआ। और इस भूवैज्ञानिक "क्षण" से रेडी सिद्धांत संचालित होना शुरू हुआ: जीवित चीजें केवल जीवित चीजों से आती हैं, जीवित और निर्जीव पदार्थ के बीच एक अगम्य सीमा होती है, हालांकि निरंतर बातचीत होती है। इतालवी प्रकृतिवादी और चिकित्सक फ्रांसिस्को रेडी (1626-1698) द्वारा किए गए सामान्यीकरण को वी.आई. द्वारा पुनः स्थापित किया गया था। 1924 में वर्नाडस्की।

जैव-भू-रासायनिक चक्र के वैश्विक समापन का नियम - पदार्थों के जैव-भू-रासायनिक चक्र (तत्वों के चक्र) को बंद किए बिना जीवमंडल का अस्तित्व नहीं हो सकता।

जीवमंडल में रासायनिक तत्वों का निरंतर संचलन, बाहरी वातावरण से जीवों में और वापस उनका स्थानांतरण। जैव-भू-रासायनिक चक्र: जल, गैसीय पदार्थ, रासायनिक तत्वों का चक्र।

ऊर्जा के विपरीत, जो एक बार किसी जीव द्वारा उपयोग की जाती है, गर्मी में परिवर्तित हो जाती है और पारिस्थितिकी तंत्र में खो जाती है, पदार्थ जीवमंडल में घूमते हैं, जिसे जैव-भू-रासायनिक चक्र कहा जाता है। प्रकृति में पाए जाने वाले 90 से अधिक तत्वों में से लगभग 40 की आवश्यकता जीवित जीवों को होती है। उनके लिए सबसे महत्वपूर्ण और बड़ी मात्रा में आवश्यक: कार्बन, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन। प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप ऑक्सीजन वायुमंडल में प्रवेश करती है और श्वसन के दौरान जीवों द्वारा इसका उपभोग किया जाता है। नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले जीवाणुओं की गतिविधि द्वारा नाइट्रोजन को वायुमंडल से हटा दिया जाता है और अन्य जीवाणुओं द्वारा इसे वापस लौटा दिया जाता है। पदार्थों के जैव-भू-रासायनिक चक्र को बंद करने में जैविक घटक की हिस्सेदारी बढ़ाने का नियम। कोल्चिंस्की जीवमंडल के विकास में निम्नलिखित प्रवृत्तियों की पहचान करता है: इसके कुल बायोमास और उत्पादकता में क्रमिक वृद्धि; पृथ्वी की सतह के आवरणों में संचित सौर ऊर्जा का प्रगतिशील संचय; जीवमंडल की सूचना क्षमता में वृद्धि, कार्बनिक रूपों के बढ़ते विविधीकरण (विविधता में वृद्धि), भू-रासायनिक बाधाओं की संख्या में वृद्धि और जीवमंडल की भौतिक और भौगोलिक संरचना के भेदभाव में वृद्धि में प्रकट; जीवित पदार्थ के कुछ जैव-भू-रासायनिक कार्यों का सुदृढ़ीकरण और नए कार्यों का उद्भव; वायुमंडल, जलमंडल और स्थलमंडल पर जीवन के परिवर्तनकारी प्रभाव को मजबूत करना और भूवैज्ञानिक, भू-रासायनिक और भौतिक-भौगोलिक प्रक्रियाओं में जीवित पदार्थ और उसके चयापचय उत्पादों की भूमिका बढ़ाना; जैविक चक्र के दायरे का विस्तार और इसकी संरचना की जटिलता।

जीवमंडल एक खुली प्रणाली है। बाहर से ऊर्जा की आपूर्ति के बिना इसका अस्तित्व असंभव है। मुख्य हिस्सा सौर ऊर्जा से आता है। सौर ऊर्जा की मात्रा के विपरीत, पृथ्वी पर पदार्थ के परमाणुओं की संख्या सीमित है। पदार्थों का संचलन रासायनिक तत्वों के व्यक्तिगत परमाणुओं की अक्षयता सुनिश्चित करता है। उदाहरण के लिए, चक्र के अभाव में, जीवन की मुख्य "निर्माण सामग्री", कार्बन, थोड़े समय में समाप्त हो जाएगी।

पृथ्वी के जीवमंडल को पदार्थों और ऊर्जा प्रवाह के एक निश्चित स्थापित चक्र की विशेषता है। पदार्थों का चक्र -वायुमंडल, जलमंडल और स्थलमंडल में होने वाली प्रक्रियाओं में पदार्थों की बार-बार भागीदारी, जिसमें वे परतें भी शामिल हैं जो पृथ्वी के जीवमंडल का हिस्सा हैं। पदार्थों का संचलन सौर ऊर्जा के निरंतर प्रवाह से होता है।

प्रेरक शक्ति के आधार पर, कुछ हद तक परंपरा के साथ, पदार्थों के चक्र के भीतर भूवैज्ञानिक, जैविक और मानवजनित चक्रों को अलग किया जा सकता है। पृथ्वी पर मनुष्य के उद्भव से पहले, केवल पहले दो ही साकार हुए थे।

भूवैज्ञानिक चक्र -पदार्थों का चक्र, जिसकी प्रेरक शक्ति बहिर्जात और अंतर्जात भूवैज्ञानिक प्रक्रियाएँ हैं। पदार्थों का भूवैज्ञानिक संचलन जीवित जीवों की भागीदारी के बिना होता है।

जैविक चक्र -पदार्थों का चक्र, जिसकी प्रेरक शक्ति जीवित जीवों की गतिविधि है। मनुष्य के आगमन के साथ, मानवजनित चक्र, या चयापचय, उत्पन्न हुआ।

मानवजनित चक्र (विनिमय)- पदार्थों का चक्र (चयापचय), जिसकी प्रेरक शक्ति मानव गतिविधि है। इसमें दो घटक हैं: जैविकएक जीवित जीव के रूप में मनुष्य के कामकाज से जुड़ा हुआ है, और तकनीकीलोगों की आर्थिक गतिविधियों से जुड़े ( तकनीकी चक्र (विनिमय)।

पदार्थों के भूवैज्ञानिक और जैविक चक्रों के विपरीत, अधिकांश मामलों में पदार्थों का मानवजनित चक्र खुला होता है। इसलिए, वे अक्सर मानवजनित चक्र के बारे में नहीं, बल्कि मानवजनित चयापचय के बारे में बात करते हैं। पदार्थों के मानवजनित चक्र के खुलेपन की ओर ले जाता है प्राकृतिक संसाधनों की कमी और पर्यावरण का प्रदूषण।वे मानवता की सभी पर्यावरणीय समस्याओं का मुख्य कारण हैं।

आइए जीवित जीवों के लिए सबसे महत्वपूर्ण पदार्थों और तत्वों के चक्र पर विचार करें (चित्र 27-30)।

चावल। 27.

चावल। 29.

जल चक्रवायुमंडल के माध्यम से भूमि और महासागर के बीच महान भूवैज्ञानिक चक्र को संदर्भित करता है। पानी महासागरों की सतह से वाष्पित हो जाता है और या तो भूमि पर ले जाया जाता है, जहां यह वर्षा के रूप में गिरता है, जो सतह और भूमिगत अपवाह के रूप में समुद्र में लौटता है, या समुद्र की सतह पर वर्षा के रूप में गिरता है। पृथ्वी पर प्रतिवर्ष 500 हजार किमी 3 से अधिक पानी जल चक्र में भाग लेता है। जल चक्र समग्र रूप से हमारे ग्रह पर प्राकृतिक परिस्थितियों को आकार देने में एक प्रमुख भूमिका निभाता है। पौधों द्वारा जल के वाष्पोत्सर्जन और जैव-भू-रासायनिक चक्र में इसके अवशोषण को ध्यान में रखते हुए, पृथ्वी पर संपूर्ण जल आपूर्ति टूट जाती है और 2 मिलियन वर्षों में बहाल हो जाती है।

कार्बन चक्र।उत्पादक वायुमंडल से कार्बन डाइऑक्साइड ग्रहण करते हैं और इसे कार्बनिक पदार्थों में परिवर्तित करते हैं, उपभोक्ता निचले क्रम के उत्पादकों और उपभोक्ताओं के शरीर से कार्बन को कार्बनिक पदार्थों के रूप में अवशोषित करते हैं, डीकंपोजर कार्बनिक पदार्थों को खनिज बनाते हैं और कार्बन को कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में वायुमंडल में लौटाते हैं। . विश्व महासागर में, कार्बन चक्र इस तथ्य से जटिल है कि मृत जीवों में निहित कार्बन का कुछ हिस्सा नीचे तक डूब जाता है और तलछटी चट्टानों में जमा हो जाता है। कार्बन का यह भाग जैविक चक्र से बाहर हो जाता है और पदार्थों के भूवैज्ञानिक चक्र में प्रवेश कर जाता है।

जैविक रूप से बंधे कार्बन का मुख्य भंडार वन हैं; इनमें 500 बिलियन टन तक यह तत्व होता है, जो वायुमंडल में इसके भंडार का 2/3 है। कार्बन चक्र (कोयला, तेल, गैस का दहन, निरार्द्रीकरण) में मानव हस्तक्षेप से वातावरण में CO2 सामग्री में वृद्धि होती है और ग्रीनहाउस प्रभाव का विकास होता है।

CO2 चक्र की दर, यानी वह समय जिसके दौरान वायुमंडल में सभी कार्बन डाइऑक्साइड जीवित पदार्थ से गुजरता है, लगभग 300 वर्ष है।

ऑक्सीजन चक्र.ऑक्सीजन चक्र मुख्यतः वायुमंडल और जीवित जीवों के बीच होता है। मूल रूप से, मुक्त ऑक्सीजन (0 2) हरे पौधों के प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप वायुमंडल में प्रवेश करती है, और जानवरों, पौधों और सूक्ष्मजीवों द्वारा श्वसन की प्रक्रिया में और कार्बनिक अवशेषों के खनिजकरण के दौरान खपत होती है। पराबैंगनी विकिरण के प्रभाव में पानी और ओजोन से थोड़ी मात्रा में ऑक्सीजन बनती है। पृथ्वी की पपड़ी में ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाओं, ज्वालामुखी विस्फोटों आदि के दौरान बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन की खपत होती है। ऑक्सीजन का मुख्य हिस्सा भूमि पौधों द्वारा निर्मित होता है - लगभग 3/4, शेष - विश्व महासागर के प्रकाश संश्लेषक जीवों द्वारा। चक्र की गति लगभग 2 हजार वर्ष है।

यह स्थापित किया गया है कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान उत्पादित ऑक्सीजन का 23% सालाना औद्योगिक और घरेलू जरूरतों के लिए खपत किया जाता है, और यह आंकड़ा लगातार बढ़ रहा है।

नाइट्रोजन चक्र.वायुमंडल में नाइट्रोजन (एन2) की आपूर्ति बहुत अधिक है (इसकी मात्रा का 78%)। हालाँकि, पौधे मुक्त नाइट्रोजन को अवशोषित नहीं कर सकते हैं, लेकिन केवल एक बाध्य रूप में, मुख्य रूप से एमएन 4+ या एन03 के रूप में। वायुमंडल से मुक्त नाइट्रोजन नाइट्रोजन-स्थिर करने वाले बैक्टीरिया से बंध जाता है और पौधों में उपलब्ध नाइट्रोजन के रूप में परिवर्तित हो जाता है कार्बनिक पदार्थों (प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड आदि में) में स्थिर होता है और जीवित जीवों की मृत्यु के बाद खाद्य श्रृंखलाओं के माध्यम से फैलता है, डीकंपोजर कार्बनिक पदार्थों को खनिज करते हैं और उन्हें अमोनियम यौगिकों, नाइट्रेट्स, नाइट्राइट, साथ ही मुक्त नाइट्रोजन में परिवर्तित करते हैं। , जो वायुमंडल में लौट आता है।

नाइट्रेट और नाइट्राइट पानी में अत्यधिक घुलनशील होते हैं और भूजल और पौधों में स्थानांतरित हो सकते हैं और खाद्य श्रृंखलाओं के माध्यम से प्रसारित हो सकते हैं। यदि उनकी मात्रा अत्यधिक अधिक हो, जो अक्सर नाइट्रोजन उर्वरकों के गलत प्रयोग से देखी जाती है, तो पानी और भोजन प्रदूषित हो जाते हैं, जो मानव रोगों का कारण बनते हैं।