7.3: Mzunguko wa Biogeochemical

Mzunguko wa biogeochemical, pia unaojulikana kama mizunguko ya virutubisho, huelezea mwendo wa vipengele vya kemikali kupitia vyombo vya habari tofauti, kama vile anga, udongo, miamba, miili ya maji, na viumbe. Mzunguko wa biogeochemical huweka vipengele muhimu vinavyopatikana kwa mimea na viumbe vingine.

Nishati inapita kwa njia ya mazingira, kuingia kama jua (au molekuli isokaboni kwa chemoautotrophs) na kuacha kama joto wakati wa mabadiliko ya nishati kati ya viwango vya trophic. Badala ya inapita kupitia mazingira, jambo linalofanya viumbe linahifadhiwa na kuchapishwa tena. Sheria ya uhifadhi wa molekuli inasema jambo hilo halikuumbwa wala kuharibiwa. Kwa mfano, baada ya mmenyuko wa kemikali, wingi wa bidhaa (molekuli za mwisho) zitakuwa sawa na wingi wa reactants (kuanzia molekuli). Vile vile ni kweli katika mazingira. Matter huenda kupitia vyombo vya habari tofauti, na atomi zinaweza kuguswa ili kuunda molekuli mpya, lakini kiasi cha suala kinabaki mara kwa mara.

Mzunguko wa biogeochemical wa mambo manne-kaboni, nitrojeni, fosforasi, na sulfuri-hujadiliwa hapa chini. Baiskeli ya mambo haya yanaunganishwa na mzunguko wa maji. Kwa mfano, mwendo wa maji ni muhimu kwa leaching ya sulfuri na fosforasi katika mito, maziwa, na bahari. Leo, shughuli za anthropogenic (binadamu) zinabadilisha mazingira yote makubwa na mizunguko ya biogeochemical wanayoendesha.

Mzunguko wa kaboni

Carbon ni jengo la msingi la vifaa vyote vya kikaboni, na kwa hiyo, ya viumbe hai. Mzunguko wa kaboni ni kweli zikiwemo mizunguko kadhaa zinazohusiana: moja kushughulika na kubadilishana haraka kaboni kati ya viumbe hai na nyingine kushughulika na baiskeli ya muda mrefu ya kaboni kupitia michakato ya kijiolojia (takwimu\(\PageIndex{a}\)). Athari ya jumla ni kwamba kaboni hutumiwa mara kwa mara katika michakato ya nguvu inayofanyika katika anga, juu ya uso na katika ukanda wa dunia. Idadi kubwa ya kaboni hukaa kama madini isokaboni katika miamba ya magamba. Mabwawa mengine ya kaboni, mahali ambapo kaboni hujilimbikiza, ni pamoja na bahari na anga. Baadhi ya atomi kaboni katika mwili wako leo inaweza muda mrefu uliopita wameishi katika mwili wa dinosaur, au labda walikuwa mara moja kuzikwa kina katika ukanda wa dunia kama madini carbonate mwamba.

Kielelezo\(\PageIndex{a}\): Dioksidi kaboni katika angahewa inabadilishwa kuwa kaboni ya kikaboni kupitia usanisinuru na viumbe duniani (kama miti) na viumbe vya baharini (kama mwani). Kupumua kwa viumbe duniani (kama miti na kulungu) na viumbe vya baharini (kama mwani na samaki) hutoa dioksidi kaboni tena katika angahewa. Zaidi ya hayo, microbes zinazoharibika viumbe wafu hutoa dioksidi kaboni kupitia kupumua. Hali ya hewa ya miamba ya duniani pia huleta kaboni ndani ya udongo. Kaboni katika udongo huingia ndani ya maji kwa njia ya leaching na kukimbia. Inaweza kujilimbikiza kwenye mchanga wa bahari na kuingia tena ardhi kwa njia ya kuinua. Uhifadhi wa muda mrefu wa kaboni ya kikaboni hutokea wakati suala kutoka kwa viumbe hai linazikwa chini ya ardhi na inakuwa fossilized. Shughuli za volkeno na, hivi karibuni, uzalishaji wa binadamu ulihifadhiwa kaboni tena kwenye mzunguko wa kaboni. Ilibadilishwa kutoka John M. Evans na Howard Perlman, USGS kutumia mti na kulungu (wote uwanja wa umma).

Mzunguko wa Carbon Polepole kati ya Ardhi na

Kwenye ardhi kaboni huhifadhiwa katika udongo kama kaboni ya kikaboni kwa namna ya viumbe vya kuoza au miamba ya nchi kavu. Mimea iliyoharibika na mwani wakati mwingine huzikwa na kusisitizwa kati ya tabaka za sediments. Baada ya mamilioni ya miaka fueli za kisukuku kama makaa ya mawe, mafuta, na gesi asilia hutengenezwa. Hali ya hewa ya mwamba duniani na madini hutoa kaboni ndani ya udongo.

Misombo yenye kaboni katika udongo inaweza kuosha ndani ya miili ya maji kwa njia ya leaching. Maji haya hatimaye huingia baharini. Dioksidi ya kaboni ya anga pia hupasuka katika bahari, ikitikia na molekuli za maji ili kuunda ioni za carbonate (CO ₃ ^2-). Baadhi ya ions hizi huchanganya na ioni za kalsiamu katika maji ya bahari ili kuunda carbonate ya kalsiamu (CaCO ₃), sehemu kubwa ya maganda ya viumbe vya baharini. Viumbe hivi hatimaye hufa na maganda yao huunda sediments kwenye sakafu ya bahari. Zaidi ya muda wa kijiolojia, calcium carbonate aina chokaa, ambayo inajumuisha kubwa kaboni hifadhi duniani.

Carbonate pia hupungua katika sediments, kutengeneza miamba ya carbonate, kama vile chokaa. Vipande vya kaboni kutoka sakafu ya bahari huchukuliwa ndani ya Dunia kwa mchakato wa subduction: harakati ya sahani moja ya tectonic chini ya mwingine. Sediments ya bahari hutolewa na matendo ya tectonics ya sahani, ikayeyuka na kisha kurudi kwenye uso wakati wa shughuli za volkeno. Tectonics ya sahani pia inaweza kusababisha kuinua, kurudi sediments ya bahari kwa ardhi.

Mzunguko wa Carbon Haraka kati ya viumbe na Anga

Dioksidi kaboni inabadilishwa kuwa glucose, molekuli ya kikaboni yenye utajiri wa nishati kupitia photosynthesis na mimea, mwani, na bakteria fulani (takwimu\(\PageIndex{b}\)) Hapo wanaweza kuzalisha molekuli nyingine za kikaboni kama wanga tata (kama vile wanga), protini na lipidi, ambazo wanyama wanaweza kula. Wengi autotrophs duniani kupata dioksidi kaboni yao moja kwa moja kutoka anga, wakati autotrophs baharini kupata katika fomu kufutwa (bicarbonate, HCO ₃ ^—).

Kielelezo\(\PageIndex{b}\): (a) Mimea, (b) mwani, na (c) bakteria fulani, inayoitwa cyanobacteria, inaweza kufanya photosynthesis. Algae inaweza kukua juu ya maeneo makubwa katika maji, wakati mwingine hufunika kabisa uso. (mikopo a: Steve Hillebrand, Marekani Samaki na Wanyamapori Huduma; mikopo b: “eutrophication&hypoxia” /Flickr; mikopo c: NASA; data wadogo bar kutoka Matt Russell)

Mimea, wanyama, na viumbe vingine huvunja molekuli hizi za kikaboni wakati wa mchakato wa kupumua kwa seli za aerobic, ambayo hutumia oksijeni na hutoa nishati, maji na dioksidi kaboni. Dioksidi ya kaboni inarudi angahewa wakati wa kubadilishana gesi. Mchakato mwingine ambao nyenzo za kikaboni zinatengenezwa tena ni utengano wa viumbe wafu. Wakati wa mchakato huu, bakteria na fungi huvunja misombo ya kikaboni tata. Wafanyabiashara wanaweza kufanya kupumua, kutoa dioksidi kaboni, au michakato mingine ambayo hutoa methane (CH ₄).

Photosynthesis na kupumua kwa kweli ni sawa kwa kila mmoja kuhusiana na baiskeli ya kaboni: photosynthesis huondoa dioksidi kaboni kutoka anga na kupumua hurudi (takwimu\(\PageIndex{c}\)). Uharibifu mkubwa wa mchakato mmoja unaweza kuathiri kiasi cha dioksidi kaboni katika anga.

Kielelezo\(\PageIndex{c}\): Equation hii ina maana kwamba molekuli sita za dioksidi kaboni (CO ₂) huchanganya na molekuli sita za maji (H ₂ O) mbele ya jua. Hii inazalisha molekuli moja ya glucose (C ₆ H ₁₂ O ₆) na molekuli sita za oksijeni (O ₂).

Kupumua kwa seli ni mchakato mmoja tu ambao hutoa dioksidi kaboni. Michakato ya kimwili, kama vile mlipuko wa volkano na kutolewa kutoka kwenye matundu ya hydrothermal (kufunguliwa kwenye sakafu ya bahari) huongeza dioksidi kaboni kwenye anga. Zaidi ya hayo, mwako wa kuni na mafuta ya mafuta hutoa dioksidi kaboni. Kiwango cha dioksidi kaboni katika angahewa kinaathiriwa sana na hifadhi ya kaboni katika bahari. Kubadilishana kaboni kati ya anga na mabwawa ya maji huathiri kiasi gani kaboni hupatikana kila mmoja.

Umuhimu wa Mzunguko wa Carbon

Mzunguko wa kaboni ni muhimu sana kwa biosphere. Kama si kwa ajili ya mchakato wa kuchakata, kaboni inaweza muda mrefu uliopita kuwa kabisa sequestered katika miamba crustal na sediments, na maisha bila tena kuwepo (takwimu\(\PageIndex{e}\)). Photosynthesis sio tu hufanya nishati na kaboni kupatikana kwa viwango vya juu vya trophic, lakini pia hutoa oksijeni ya gesi (O ₂). Oksijeni ya gesi ni muhimu kwa kupumua kwa seli kutokea. Bakteria ya photosynthetic walikuwa uwezekano wa viumbe wa kwanza kufanya usanisinuru, dating nyuma miaka bilioni 2-3 iliyopita. Shukrani kwa shughuli zao, na utofauti wa viumbe vya sasa vya photosynthesizing, anga ya dunia kwa sasa ni karibu 21% O ₂. Pia, O ₂ hii ni muhimu kwa kuundwa kwa safu ya ozoni, ambayo inalinda maisha kutokana na mionzi ya ultraviolet yenye madhara iliyotolewa na jua. Ozone (O ₃) imeundwa kutokana na kuvunjika na reassembly ya O ₂.

Kielelezo\(\PageIndex{e}\): Decomposers kuvunja misombo ya kikaboni katika mti huu kuanguka katika Maporomoko ya Neuse State Park katika Wayne County, North Carolina, ikitoa dioksidi kaboni katika anga. Uharibifu huhakikisha kwamba dioksidi kaboni itapatikana katika anga kwa viumbe vya photosynthetic, ambayo hutoa kaboni kwa watumiaji. Picha na Gerry Dincher (CC-BY-SA).

Mzunguko wa kaboni duniani unachangia kwa kiasi kikubwa huduma za utoaji wa mazingira ambayo wanadamu hutegemea. Tunavuna takriban 25% ya majani yote ya mimea ambayo huzalishwa kila mwaka kwenye uso wa ardhi ili kusambaza chakula, kuni za mafuta na nyuzi kutoka kwa mazao, malisho na misitu. Aidha, mzunguko wa kaboni duniani una jukumu muhimu katika kusimamia huduma za mazingira kwa sababu huathiri sana hali ya hewa kupitia athari zake kwenye viwango vya CO ₂ vya anga.

Mabadiliko ya Binadamu ya Mzunguko wa Carbon

Mkusanyiko wa CO ₂ wa anga uliongezeka kutoka sehemu 280 kwa milioni (ppm) hadi 413 ppm kati ya mwanzo wa mapinduzi ya viwanda mwishoni mwa karne ya kumi na nane na 2020. Hii ilionyesha flux mpya katika mzunguko wa kaboni dunia-anthropologenic CO ₂ emisions-ambapo binadamu kutolewa CO ₂ katika anga kwa kuchoma mafuta ya mafuta na kubadilisha matumizi ya ardhi. Kuungua kwa mafuta ya kisukuku huchukua kaboni kutoka kwa makaa ya mawe, gesi, na akiba ya mafuta, ambako ingekuwa vinginevyo kuhifadhiwa kwa mizani ya muda mrefu sana, na kuiingiza katika mzunguko wa kaboni. Mabadiliko ya matumizi ya ardhi hutoa kaboni kutoka kwenye mabwawa ya udongo na mimea ya majani katika anga, hasa kupitia mchakato wa ukataji miti kwa ajili ya uchimbaji wa kuni au uongofu wa ardhi kwa kilimo. Mwaka 2018, mwendo wa ziada wa kaboni ndani ya anga kutoka vyanzo vya anthropogenic ulikadiriwa kuwa gigatoni 36.6 za kaboni (gTC = tani bilioni 1 za kaboni) -usumbufu mkubwa kwa mzunguko wa kaboni asilia uliokuwa katika usawa kwa miaka elfu kadhaa hapo awali. Viwango vya juu vya dioksidi kaboni katika angahewa husababisha joto linalosababisha mabadiliko ya tabianchi. (Angalia vitisho kwa Biodiversity na Mabadiliko ya Tabianchi kwa maelezo zaidi.)

Mzunguko wa nitrojeni

Viumbe vyote vinahitaji nitrojeni kwa sababu ni sehemu muhimu ya asidi nucleic, protini, na molekuli nyingine za kikaboni. Kupata nitrojeni ndani ya viumbe hai ni vigumu. Mimea na mwani si vifaa kuingiza nitrojeni kutoka anga (ambapo ipo kama kukazwa Bonded, mara tatu covalent N ₂) ingawa molekuli hii inajumuisha takriban 78 asilimia ya anga. Kwa sababu wengi wa nitrojeni huhifadhiwa katika anga, anga inachukuliwa kuwa hifadhi ya nitrojeni.

Molekuli ya nitrojeni (N ₂) ni inert kabisa. Ili kuivunja mbali ili atomi zake ziweze kuchanganya na atomi nyingine inahitaji pembejeo ya kiasi kikubwa cha nishati. Nitrojeni fixation ni mchakato wa kugeuza gesi ya nitrojeni ndani ya amonia (NH ₃), ambayo kwa hiari inakuwa amonia (NH ₄ ⁺). Ammoniamu hupatikana katika miili ya maji na katika udongo (takwimu\(\PageIndex{f}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{f}\): Katika mzunguko wa nitrojeni, bakteria ya kurekebisha nitrojeni katika udongo au vidonda vya mizizi ya mboga hubadilisha gesi ya nitrojeni (N ₂) kutoka anga hadi amonia (NH ₄ ⁺). Nitrification hutokea wakati bakteria kubadilisha amonia kwa nitriti (NO ₂ ^-) na kisha nitrati (NO ₃ ^-). Nitrati huingia tena angahewa kama gesi ya nitrojeni kupitia denitrification na bakteria. Mimea inafanana na amonia na nitrati, huzalisha nitrojeni ya kikaboni, ambayo inapatikana kwa watumiaji. Waharibifu, ikiwa ni pamoja na bakteria ya aerobic na anaerobic na fungi, huvunja nitrojeni ya kikaboni na kutolewa kwa amonia kupitia amonia. (mikopo: “Nitrogen mzunguko” na Johann Dréo & Raeky ni leseni chini ya CC BY-SA 3.0)

Michakato mitatu ni wajibu wa fixation nyingi za nitrojeni katika biosphere. Ya kwanza ni fixation ya anga na umeme. Nishati kubwa ya umeme huvunja molekuli za nitrojeni na huwezesha atomi zao kuchanganya na oksijeni katika hewa kutengeneza oksidi za nitrojeni. Hizi hupasuka katika mvua, kutengeneza nitrati, ambazo zinachukuliwa duniani. Anga nitrojeni fixation pengine inachangia baadhi 5-8% ya jumla nitrojeni fasta. Mchakato wa pili ni fixation ya viwanda. Chini ya shinikizo kubwa, kwenye halijoto ya 600°C (1112°F), na kwa kutumia kichocheo (kinachowezesha athari za kemikali), nitrojeni ya angahewa na hidrojeni inaweza kuunganishwa ili kuunda amonia (NH ₃). Amonia inaweza kutumika moja kwa moja kama mbolea, lakini zaidi ya hayo ni zaidi kusindika kwa urea na nitrati amonia (NH ₄ NO ₃).

Utaratibu wa tatu ni fixation ya kibiolojia na bakteria fulani ya bure au ya usawa. Baadhi huunda uhusiano wa usawa na mimea katika familia ya legume, ambayo inajumuisha maharagwe, mbaazi, soya, alfalfa, na clovers (takwimu\(\PageIndex{g}\)). Baadhi ya bakteria ya kutengeneza nitrojeni hata huanzisha mahusiano ya ushirikiano na wanyama, k.m., miti na “meli za meli” (bivalves zinazokula kuni). Nitrojeni fixing cyanobacteria ni muhimu kwa kudumisha uzazi wa mazingira ya nusu majini kama paddies mchele. Ingawa bidhaa ya kwanza imara ya mchakato ni amonia, hii inaingizwa haraka katika protini na misombo mingine ya nitrojeni ya kikaboni.

Kielelezo\(\PageIndex{g}\): Bakteria ya kurekebisha nitrojeni huishi katika vidonda vya spherical ya mizizi hii ya soya. Picha na Bodi ya Soya ya Umoja (CC-BY).

Amonia hubadilishwa na bakteria na archaea kuwa nitriti (NO ₂ ^-) halafu nitrati (NO ₃ ^-) kupitia mchakato wa nitrification. Kama amonia, nitriti na nitrati hupatikana katika maji na udongo. Baadhi ya nitrati hubadilishwa tena kuwa gesi ya nitrojeni, ambayo hutolewa katika angahewa. Mchakato huo, unaoitwa denitrification, unafanywa na bakteria.

Mimea na wazalishaji wengine hutumia moja kwa moja amonia na nitrati kufanya molekuli za kikaboni kupitia mchakato wa kufanana. Hii nitrojeni sasa inapatikana kwa watumiaji. Organic nitrojeni ni muhimu hasa kwa utafiti wa mienendo ya mazingira kwa sababu michakato mingi, kama vile uzalishaji wa msingi, ni mdogo na ugavi inapatikana wa nitrojeni.

Wateja hutoa misombo ya nitrojeni ya kikaboni ambayo inarudi kwenye mazingira. Zaidi ya hayo viumbe wafu katika kila ngazi ya trophic vyenye nitrojeni hai. Microorganisms, kama vile bakteria na fungi, hutenganisha taka hizi na tishu zilizokufa, hatimaye kuzalisha amonia kupitia mchakato wa amonia.

Katika mazingira ya baharini, misombo ya nitrojeni iliyoundwa na bakteria, au kwa njia ya kuharibika, hukusanya katika sediments ya sakafu ya Inaweza kisha kuhamishwa kwa ardhi kwa wakati wa kijiolojia kwa kuinua ukanda wa Dunia na hivyo kuingizwa katika mwamba wa duniani. Ingawa harakati ya nitrojeni kutoka mwamba moja kwa moja kwenye mifumo ya maisha imekuwa kijadi kuonekana kama insignificant ikilinganishwa na nitrojeni fasta kutoka anga, utafiti wa hivi karibuni ulionyesha kuwa mchakato huu unaweza kweli kuwa muhimu na lazima iingizwe katika utafiti wowote wa mzunguko wa nitrojeni duniani.

Shughuli za binadamu zinaweza kubadilisha mzunguko wa nitrojeni kwa njia mbili za msingi: mwako wa mafuta ya kisukuku, ambayo hutoa oksidi tofauti za nitrojeni katika anga, na kwa matumizi ya mbolea bandia katika kilimo. Nitrojeni ya anga (isipokuwa N ₂) inahusishwa na athari kadhaa kwenye mazingira ya dunia. Oksidi za nitrojeni (HNO ₃) zinaweza kuguswa katika anga ili kuunda asidi ya nitriki, aina ya utuaji wa asidi, pia inajulikana kama mvua ya asidi. Acid utuaji uharibifu miti afya, kuharibu mifumo ya majini na erodes vifaa vya ujenzi kama vile marumaru na chokaa. Kama dioksidi kaboni, oksidi ya nitrous (N ₂ O) husababisha joto linalosababisha mabadiliko ya hali ya hewa.

Binadamu kimsingi wanategemea mzunguko wa nitrojeni kama huduma ya mazingira ya kusaidia kwa uzalishaji wa mazao na misitu. Mbolea za nitrojeni huongezwa ili kuongeza ukuaji wa mazao mengi na mashamba (takwimu\(\PageIndex{h}\)). Matumizi yaliyoimarishwa ya mbolea katika kilimo yalikuwa kipengele muhimu cha mapinduzi ya kijani yaliyoongeza mavuno ya mazao ya kimataifa katika miaka ya 1970. Uzalishaji wa viwanda wa mbolea za nitrojeni umeongezeka kwa kiasi kikubwa baada ya muda na sasa inafanana na zaidi ya nusu ya pembejeo ya ardhi kutoka kwa fixation ya nitrojeni ya kibiolojia (megatoni 90 = tani milioni 1 za nitrojeni kila mwaka). Ikiwa fixation ya nitrojeni kutoka kwa mazao ya legume imejumuishwa, basi mtiririko wa anthropogenic wa nitrojeni kutoka anga hadi nchi unazidi fluxes ya asili kwa ardhi. Mbolea huosha ndani ya maziwa, mito, na mito kwa kurudiwa kwa uso, na kusababisha maji ya chumvi na maji safi ya eutrophication, mchakato ambapo kurudiwa kwa virutubisho husababisha kuongezeka kwa mwani, kupungua kwa oksijeni, na kifo cha wanyama wa majini.

Kielelezo\(\PageIndex{h}\): Mbolea zenye nitrojeni ni conventionally kutumika katika mizani kubwa katika kilimo. Picha na Bob Nichols, USDA Asili Reservation Service (uwanja wa umma).

Mzunguko wa fosforasi

Aina kadhaa za nitrojeni (gesi ya nitrojeni, ammonium, nitrati, nk) zilihusika katika mzunguko wa nitrojeni, lakini fosforasi inabakia hasa katika mfumo wa ioni ya phosphate (PO ₄ ^3-). Pia kinyume na mzunguko wa nitrojeni, hakuna aina ya fosforasi katika anga. Phosphorus hutumiwa kutengeneza asidi ya nucleic na phospholipids zinazounda utando wa kibiolojia.

Miamba ni hifadhi ya fosforasi, na miamba hii ina asili yake katika bahari. Vipande vya bahari vyenye phosphate vinaunda hasa kutoka kwa miili ya viumbe vya bahari na kutoka kwa excretions yao. Hata hivyo, majivu ya volkeno, aerosoli, na vumbi vya madini vinaweza pia kuwa vyanzo muhimu vya phosphate. Sediment hii basi ni wakiongozwa na ardhi juu ya muda wa kijiolojia na kuinua uso wa dunia (takwimu\(\PageIndex{i}\)). Harakati ya phosphate kutoka bahari hadi ardhi na kupitia udongo ni polepole sana, na ioni ya wastani ya phosphate ina muda wa makazi ya bahari kati ya miaka 20,000 na 100,000.

Kielelezo\(\PageIndex{i}\): Katika asili, fosforasi ipo kama ion phosphate (PO ₄ ^3-). Phosphate inaingia katika anga kutoka kwa aerosols ya volkano, ambayo hupungua kwa Dunia. Hali ya hewa ya miamba pia hutoa phosphate ndani ya udongo na maji, ambapo inakuwa inapatikana kwa webs ya chakula duniani. Baadhi ya phosphate kutoka kwenye utando wa chakula duniani hupasuka katika mito na maziwa, na salio huingia kwenye udongo. Phosphate inaingia bahari kupitia kurudiwa kwa uso, mtiririko wa maji ya chini, na mtiririko wa mto, ambapo inakuwa kufutwa katika maji ya bahari au inaingia utando wa chakula cha baharini. Baadhi ya phosphate iko kwenye sakafu ya bahari ambapo inakuwa sediment. Ikiwa kuinua hutokea, sediment hii inaweza kurudi kwenye ardhi. (mikopo: mabadiliko ya kazi na John M. Evans na Howard Perlman, USGS)

Ndege za baharini zina jukumu la pekee katika mzunguko wa fosforasi. Ndege hawa huchukua fosforasi kutoka samaki wa bahari. Matone yao kwenye ardhi (guano) yana viwango vya juu vya fosforasi na wakati mwingine huchimbwa kwa matumizi ya kibiashara. Utafiti wa mwaka 2020 ulikadiria kuwa huduma za mazingira (michakato ya asili na bidhaa zinazofaidika binadamu) zinazotolewa na guano zina thamani ya dola milioni 470 kwa mwaka.

Hali ya hewa ya miamba hutoa phosphates ndani ya udongo na miili ya maji. Mimea inaweza kuimarisha phosphates katika udongo na kuiingiza katika molekuli za kikaboni, na kufanya fosforasi inapatikana kwa watumiaji katika utando wa chakula duniani. Taka na viumbe vilivyokufa vinaharibiwa na fungi na bakteria, ikitoa phosphates tena kwenye udongo. Baadhi ya phosphate hutolewa kutoka kwenye udongo, kuingia kwenye mito, maziwa, na bahari. Wazalishaji wa msingi katika webs chakula majini, kama vile mwani na photosynthetic bakteria, assimilate phosphate, na phosphate hai ni hivyo inapatikana kwa watumiaji katika webs majini chakula. Sawa na utando wa chakula duniani, fosforasi inabadilishana kati ya phosphate iliyoharibiwa katika bahari na fosforasi za kikaboni katika viumbe vya baharini.

Mwendo wa fosforasi kutoka mwamba hadi viumbe hai kwa kawaida ni mchakato wa polepole sana, lakini baadhi ya shughuli za binadamu zinaharakisha mchakato. Mwamba unaozaa phosphate mara nyingi hupigwa kwa matumizi katika utengenezaji wa mbolea na sabuni. Uzalishaji huu wa kibiashara huharakisha sana mzunguko wa fosforasi. Aidha, kukimbia kutoka ardhi ya kilimo na kutolewa kwa maji taka katika mifumo ya maji inaweza kusababisha overload ya ndani ya phosphate. Upatikanaji wa phosphate ulioongezeka unaweza kusababisha kuongezeka kwa mwani. Hii inapunguza kiwango cha oksijeni, na kusababisha eutrophication na uharibifu wa aina nyingine za majini.

Eutrophication na Maeneo ya Wafu

Eutrophication hutokea wakati fosforasi nyingi na nitrojeni kutoka kwa mbolea ya mbolea au maji taka husababisha ukuaji mkubwa wa mwani. Bloom ya algal inayozuia mwanga na hivyo kuua mimea ya majini katika mito, maziwa, na bahari. Kifo baadae na kuoza kwa viumbe hivi hupunguza oksijeni iliyoyeyushwa, ambayo inasababisha kifo cha viumbe vya majini kama samakigamba na samaki. Utaratibu huu ni wajibu wa maeneo ya wafu, maeneo makubwa katika maziwa na bahari karibu na midomo ya mito ambayo mara kwa mara imeharibika ya mimea yao ya kawaida na wanyama, na kwa samaki mkubwa unaua, ambayo mara nyingi hutokea wakati wa miezi ya majira ya joto (takwimu\(\PageIndex{j}\)). Kuna maeneo zaidi ya 500 waliokufa duniani kote. Moja ya maeneo mabaya zaidi ya kufa ni mbali na pwani ya Marekani katika Ghuba ya Mexico. Mbolea kurudiwa kutoka bonde la Mississippi River iliunda eneo la wafu, ambalo lilifikia ukubwa wake wa kilele cha maili za mraba 8,776 mwaka 2017. Phosphate na nitrate kurudiwa kutoka mbolea pia huathiri vibaya mazingira kadhaa ya ziwa na bay ikiwa ni pamoja na Bay ya Chesapeake mashariki mwa Marekani.

Kielelezo\(\PageIndex{j}\): Kanda zilizokufa hutokea wakati fosforasi na nitrojeni kutoka kwa mbolea husababisha ukuaji mkubwa wa microorganisms, ambayo hupunguza oksijeni na huua wanyama. Ramani hii inaonyesha maeneo yaliyokufa duniani kote mwaka 2008. Duniani kote, maeneo makubwa ya wafu hupatikana katika maeneo ya pwani ya wiani mkubwa wa idadi ya watu. (mikopo: NASA Dunia Observatory)

Uunganisho wa kila siku: Bay ya Chesapeake

Bahari ya Chesapeake kwa muda mrefu imekuwa yenye thamani kama moja ya maeneo mazuri zaidi duniani; sasa iko katika dhiki na inatambuliwa kama mazingira ya kupungua. Katika miaka ya 1970, Bay ya Chesapeake ilikuwa mojawapo ya mazingira ya kwanza kutambuliwa maeneo yaliyokufa, ambayo yanaendelea kuua samaki wengi na aina za makao ya chini, kama vile chaza, oysters, na minyoo (takwimu\(\PageIndex{k}\)). Spishi kadhaa zimepungua katika Bay ya Chesapeake kutokana na kurudiwa kwa maji ya uso yenye virutubisho kupita kiasi kutokana na mbolea bandia inayotumika kwenye ardhi. Chanzo cha mbolea (na maudhui ya juu ya nitrojeni na phosphate) sio tu kwa mazoea ya kilimo. Kuna maeneo mengi ya jirani ya miji na zaidi ya mito 150 na mito tupu ndani ya baharini ambayo hubeba mbolea kurudiwa kutoka lawns na bustani. Hivyo, kupungua kwa Bay ya Chesapeake ni suala ngumu na inahitaji ushirikiano wa sekta, kilimo, na wamiliki wa nyumba za kila siku.

Kielelezo\(\PageIndex{k}\): Hii (a) picha satellite inaonyesha Chesapeake Bay, mazingira walioathirika na phosphate na nitrate kurudiwa. A (b) mwanachama wa Jeshi Corps ya Wahandisi ana kichaka cha chaza kutumika kama sehemu ya juhudi chaza marejesho katika bay. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na NASA/MODIS; mikopo b: mabadiliko ya kazi na Jeshi la Marekani)

Ya riba hasa kwa conservationists ni idadi ya oyster; inakadiriwa kuwa zaidi ya ekari 200,000 za miamba ya oyster zilikuwepo katika bay katika miaka ya 1700, lakini idadi hiyo sasa imeshuka hadi ekari 36,000 tu. Mavuno ya Oyster mara moja ilikuwa sekta kubwa kwa ajili ya Chesapeake Bay, lakini ulipungua 88 asilimia kati ya 1982 na 2007. Kushuka hii ilikuwa kutokana na si tu kurudiwa mbolea na maeneo ya wafu lakini pia kwa overexploitation. Oysters zinahitaji wiani fulani wa kiwango cha chini cha idadi ya watu kwa sababu lazima iwe karibu sana na kuzaliana. Shughuli za kibinadamu zimebadilika idadi ya watu na maeneo ya oyster, kuharibu sana mazingira.

Marejesho ya idadi ya chaza katika Bay ya Chesapeake imekuwa ikiendelea kwa miaka kadhaa na mafanikio mchanganyiko. Sio tu watu wengi hupata oysters nzuri ya kula, lakini pia husafisha bay. Oysters ni feeders filter, na kama wao kula, wao safi maji karibu nao. Katika miaka ya 1700, ilikadiriwa kuwa ilichukua siku chache tu kwa idadi ya watu wa oyster kuchuja kiasi chote cha bay. Leo, pamoja na mabadiliko ya hali ya maji, inakadiriwa kuwa idadi ya watu wa sasa itachukua karibu mwaka mmoja kufanya kazi hiyo hiyo.

Jitihada za marejesho zimeendelea kwa miaka kadhaa na mashirika yasiyo ya faida, kama vile Chesapeake Bay Foundation. Lengo la kurejesha ni kutafuta njia ya kuongeza wiani wa idadi ya watu hivyo oysters wanaweza kuzaliana kwa ufanisi zaidi. Aina nyingi za ugonjwa sugu (zilizotengenezwa katika Taasisi ya Sayansi ya Marine Virginia kwa Chuo cha William na Maria) sasa zinapatikana na zimetumika katika ujenzi wa miamba ya majaribio ya oyster. Juhudi za kusafisha na kurejesha bay na Virginia na Delaware zimeathiriwa kwa sababu sehemu kubwa ya uchafuzi wa mazingira kuingia bay linatokana na majimbo mengine, ambayo inasisitiza haja ya ushirikiano baina ya nchi kupata marejesho mafanikio.

Matatizo mapya, yenye moyo wa oyster pia yamezalisha sekta mpya na yenye faida ya kiuchumi ya maji ya oyster-ambayo sio tu hutoa oysters kwa ajili ya chakula na faida, lakini pia ina faida kubwa ya kusafisha bay.

Mzunguko wa sulfuri

Sulfuri ni kipengele muhimu kwa molekuli ya vitu vilivyo hai. Kama sehemu ya amino asidi cysteine, ni muhimu kwa sura tatu-dimensional ya protini. Kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{l}\), mizunguko sulfuri kati ya bahari, ardhi, na anga. Sulfuri ya anga inapatikana katika mfumo wa dioksidi sulfuri (SO ₂), ambayo inaingia angahewa kwa njia tatu: kwanza, kutokana na kuharibika kwa molekuli za kikaboni; pili, kutokana na shughuli za volkeno na matundu ya mvuke; na, tatu, kutokana na kuchomwa kwa mafuta ya kisukuku na wanadamu.

Kielelezo\(\PageIndex{l}\): Mzunguko wa sulfuri. Dioksidi ya sulfuri (SO ₂) kutoka angahewa inafutwa katika mvua kama asidi dhaifu ya sulfuriki au huanguka moja kwa moja duniani kama kuanguka. Hii inatoa sulfates (SO ₄ ^2-) ndani ya udongo na maji. Sulfates ya udongo inaweza kufanyika kama kurudiwa ndani ya maji. Sulfate ya baharini inaweza kuunda pyrite, na hii inaweza kuvunja ili kutolewa sulfates za udongo. Viumbe katika mazingira ya duniani na baharini hufanya sulfate, na kuongeza sulfuri kwa molekuli za kikaboni, kama vile protini (hazionyeshwa). Uharibifu wa viumbe hawa hurudi sulfates kwenye udongo. Vijiumbe vinaweza kubadilisha sulfates kuwa sulfidi hidrojeni (H ₂ S) na kinyume chake. Uharibifu, mlipuko wa volkeno, na shughuli za binadamu (ikiwa ni pamoja na kuchoma fueli za kisukuku) zinaweza kutolewa sulfidi hidrojeni (H ₂ S) au dioksidi sulfuri katika angahewa. (mikopo: mabadiliko ya kazi na John M. Evans na Howard Perlman, USGS)

Juu ya ardhi, sulfuri imewekwa kwa njia nne kuu: mvua, kuanguka moja kwa moja kutoka anga, hali ya hewa ya mwamba, na matundu ya joto. Sulfuri ya anga hupatikana kwa njia ya dioksidi ya sulfuri (SO ₂), na kama mvua inapoanguka kupitia anga, sulfuri hupasuka kwa namna ya asidi dhaifu ya sulfuriki (H ₂ SO ₄). Sulfuri pia inaweza kuanguka moja kwa moja kutoka angahewa katika mchakato unaoitwa fallout. Pia, kama hali ya hewa ya miamba yenye sulfuri, sulfuri hutolewa kwenye udongo. Miamba hii inatokana na sediments ya bahari ambayo huhamishwa hadi nchi kwa kuinua kijiolojia ya sediments za bahari. Mazingira ya ardhi yanaweza kutumia sulfates hizi za udongo (SO ₄ ^2-), ambazo huingia kwenye mtandao wa chakula kwa kuchukuliwa na mizizi ya mimea. Mimea hii inapoharibika na kufa, sulfuri inatolewa tena katika angahewa kama gesi ya sulfidi hidrojeni (H ₂ S).

Sulfuri huingia bahari katika kukimbia kutoka kwenye ardhi, kutokana na kuanguka kwa anga, na kutoka kwenye matundu ya hydrothermal. Baadhi ya mazingira hutegemea microorganisms kutumia sulfuri kama chanzo cha nishati ya kibiolojia (kinyume na mazingira na wazalishaji wa photosynthetic). Sulfuri hii inasaidia mazingira ya baharini kwa namna ya sulfates.

Shughuli za kibinadamu zimekuwa na jukumu kubwa katika kubadilisha uwiano wa mzunguko wa sulfuri duniani. Kuungua kwa kiasi kikubwa cha mafuta, hasa kutokana na makaa ya mawe, hutoa dioksidi ya sulfuri, ambayo humenyuka na anga ili kuunda asidi sulfuriki. Kama asidi ya nitriki, asidi sulfuriki inachangia uhifadhi wa asidi.

Inapendekezwa Kusoma kwa ziada

Bruckner, M. 2018. Ghuba ya Mexico Dead Eneo. [Tovuti]

Marejeo

Cell Press. (2020, Agosti 6). Watafiti wanatarajia kuokoa ndege za baharini kwa kuhesabu thamani ya uchafu wao. Rudishwa Agosti 7, 2020 kutoka ScienceDaily.

Attributions

Ilibadilishwa na Melissa Ha kutoka vyanzo vifuatavyo:

• Mzunguko wa Biogeochemical, Nishati, na Nishati huingia Mazingira Kupitia usanisinuru kutoka Biolojia ya Mazingira na Mathayo R. Fisher (leseni
• Carbon Cycle na Nitrogen mzunguko kutoka Biolojia na John W. Kimball (leseni chini ya CC-BY
• Nishati Flow kupitia Mazingira kutoka General Biolojia na OpenStax (leseni chini ya CC-BY)
• Udongo na Uendelevu na Biogeochemical Mzunguko na mtiririko wa Nishati katika mfumo wa Dunia kutoka Uendelevu: Foundation Comprehensive na Tom Theis na Jonathan Tomkin, Wahariri (leseni chini ya CC-BY) Pakua kwa bure kwenye CNX.
• Baiskeli ya Matter kutoka AP Mazingira Sayansi na Chuo Kikuu cha California College Prep, Chuo Kikuu cha California (leseni chini Pakua kwa bure kwenye CNX.
• Mzunguko wa virutubisho kutoka kwa Sayansi ya Maisha Daraja la 10 na Siyavula (CC-BY)