46.3: Mzunguko wa Biogeochemical

Ujuzi wa Kuendeleza

• Kujadili mzunguko biogeochemical ya maji, kaboni, nitrojeni, fosforasi, na kiberiti
• Eleza jinsi shughuli za binadamu zimeathiri mzunguko huu na matokeo ya uwezekano wa Dunia

Nishati inapita directionally kupitia mazingira, kuingia kama jua (au molekuli isokaboni kwa chemoautotrophs) na kuacha kama joto wakati wa uhamisho wengi kati ya ngazi trophic. Hata hivyo, jambo linalofanya viumbe hai linahifadhiwa na kurekebishwa tena. Vipengele sita vya kawaida vinavyohusishwa na molekuli za kikaboni-kaboni, nitrojeni, hidrojeni, oksijeni, fosforasi, na sulfuri-huchukua aina mbalimbali za kemikali na zinaweza kuwepo kwa muda mrefu katika anga, kwenye ardhi, katika maji, au chini ya uso wa Dunia. Michakato ya kijiolojia, kama vile hali ya hewa, mmomonyoko wa maji, mifereji ya maji, na subduction ya sahani za bara, wote wana jukumu katika kusindika kwa vifaa hivi. Kwa sababu jiolojia na kemia zina majukumu makubwa katika utafiti wa mchakato huu, kuchakata jambo isokaboni kati ya viumbe hai na mazingira yao huitwa mzunguko wa biogeochemical.

Maji yana hidrojeni na oksijeni, ambayo ni muhimu kwa michakato yote ya maisha. Hydrosphere ni eneo la Dunia ambako mwendo wa maji na kuhifadhi hutokea: kama maji ya maji juu ya uso na chini ya uso au waliohifadhiwa (mito, maziwa, bahari, maji ya chini, kofia za barafu za polar, na barafu), na kama mvuke wa maji katika anga. Kaboni hupatikana katika macromolecules zote za kikaboni na ni sehemu muhimu ya mafuta ya mafuta. Nitrogen ni sehemu kubwa ya asidi yetu ya nucleic na protini na ni muhimu kwa kilimo cha binadamu. Phosphorus, sehemu kubwa ya asidi nucleic (pamoja na nitrojeni), ni moja ya viungo kuu katika mbolea bandia kutumika katika kilimo na athari zao zinazohusiana mazingira juu ya uso wetu maji. Sulfuri, muhimu kwa kukunja 3—D ya protini (kama katika kisheria ya disulfidi), inatolewa katika angahewa kwa kuchomwa kwa fueli za kisukuku, kama vile makaa ya mawe.

Baiskeli ya mambo haya yanaunganishwa. Kwa mfano, harakati za maji ni muhimu kwa leaching ya nitrojeni na phosphate katika mito, maziwa, na bahari. Aidha, bahari yenyewe ni hifadhi kubwa ya kaboni. Hivyo, madini virutubisho ni cycled, ama haraka au polepole, kwa njia ya biosphere nzima, kutoka viumbe hai moja hadi nyingine, na kati ya dunia biotic na abiotic.

Mzunguko wa Maji (Hydrologic)

Maji ni msingi wa michakato yote ya maisha. Mwili wa binadamu ni zaidi ya 1/2 maji na seli za binadamu ni zaidi ya asilimia 70 ya maji. Hivyo, wanyama wengi wa ardhi wanahitaji ugavi wa maji safi ili kuishi. Hata hivyo, wakati wa kuchunguza maduka ya maji duniani, asilimia 97.5 ya maji yasiyo ya maji ya chumvi (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Of the remaining water, 99 percent is locked underground as water or as ice. Thus, less than 1 percent of fresh water is easily accessible from lakes and rivers. Many living things, such as plants, animals, and fungi, are dependent on the small amount of fresh surface water supply, a lack of which can have massive effects on ecosystem dynamics. Humans, of course, have developed technologies to increase water availability, such as digging wells to harvest groundwater, storing rainwater, and using desalination to obtain drinkable water from the ocean. Although this pursuit of drinkable water has been ongoing throughout human history, the supply of fresh water is still a major issue in modern times.

Figure \(\PageIndex{1}\): Only 2.5 percent of water on Earth is fresh water, and less than 1 percent of fresh water is easily accessible to living things.

Water cycling is extremely important to ecosystem dynamics. Water has a major influence on climate and, thus, on the environments of ecosystems, some located on distant parts of the Earth. Most of the water on Earth is stored for long periods in the oceans, underground, and as ice. Figure \(\PageIndex{2}\) illustrates the average time that an individual water molecule may spend in the Earth’s major water reservoirs. Residence time is a measure of the average time an individual water molecule stays in a particular reservoir. A large amount of the Earth’s water is locked in place in these reservoirs as ice, beneath the ground, and in the ocean, and, thus, is unavailable for short-term cycling (only surface water can evaporate).

Figure \(\PageIndex{2}\): This graph shows the average residence time for water molecules in the Earth’s water reservoirs.

There are various processes that occur during the cycling of water, shown in Figure \(\PageIndex{3}\). These processes include the following:

• evaporation/sublimation
• condensation/precipitation
• subsurface water flow
• surface runoff/snowmelt
• streamflow

The water cycle is driven by the sun’s energy as it warms the oceans and other surface waters. This leads to the evaporation (water to water vapor) of liquid surface water and the sublimation (ice to water vapor) of frozen water, which deposits large amounts of water vapor into the atmosphere. Over time, this water vapor condenses into clouds as liquid or frozen droplets and is eventually followed by precipitation (rain or snow), which returns water to the Earth’s surface. Rain eventually permeates into the ground, where it may evaporate again if it is near the surface, flow beneath the surface, or be stored for long periods. More easily observed is surface runoff: the flow of fresh water either from rain or melting ice. Runoff can then make its way through streams and lakes to the oceans or flow directly to the oceans themselves.

Link to Learning

Head to this website to learn more about the world’s fresh water supply.

Rain and surface runoff are major ways in which minerals, including carbon, nitrogen, phosphorus, and sulfur, are cycled from land to water. The environmental effects of runoff will be discussed later as these cycles are described.

Figure \(\PageIndex{3}\): Water from the land and oceans enters the atmosphere by evaporation or sublimation, where it condenses into clouds and falls as rain or snow. Precipitated water may enter freshwater bodies or infiltrate the soil. The cycle is complete when surface or groundwater reenters the ocean. (credit: modification of work by John M. Evans and Howard Perlman, USGS)

The Carbon Cycle

Carbon is the second most abundant element in living organisms. Carbon is present in all organic molecules, and its role in the structure of macromolecules is of primary importance to living organisms. Carbon compounds contain especially high energy, particularly those derived from fossilized organisms, mainly plants, which humans use as fuel. Since the 1800s, the number of countries using massive amounts of fossil fuels has increased. Since the beginning of the Industrial Revolution, global demand for the Earth’s limited fossil fuel supplies has risen; therefore, the amount of carbon dioxide in our atmosphere has increased. This increase in carbon dioxide has been associated with climate change and other disturbances of the Earth’s ecosystems and is a major environmental concern worldwide. Thus, the “carbon footprint” is based on how much carbon dioxide is produced and how much fossil fuel countries consume.

The carbon cycle is most easily studied as two interconnected sub-cycles: one dealing with rapid carbon exchange among living organisms and the other dealing with the long-term cycling of carbon through geologic processes. The entire carbon cycle is shown in Figure \(\PageIndex{4}\).

Figure \(\PageIndex{4}\): Carbon dioxide gas exists in the atmosphere and is dissolved in water. Photosynthesis converts carbon dioxide gas to organic carbon, and respiration cycles the organic carbon back into carbon dioxide gas. Long-term storage of organic carbon occurs when matter from living organisms is buried deep underground and becomes fossilized. Volcanic activity and, more recently, human emissions, bring this stored carbon back into the carbon cycle. (credit: modification of work by John M. Evans and Howard Perlman, USGS)

Link to Learning

Bofya kiungo hiki kusoma habari kuhusu Programu ya Sayansi ya Carbon Cycle ya Marekani.

Mzunguko wa kaboni ya Biolojia

Viumbe hai vinaunganishwa kwa njia nyingi, hata kati ya mazingira. Mfano mzuri wa uhusiano huu ni kubadilishana kaboni kati ya autotrophs na heterotrofs ndani na kati ya mazingira kwa njia ya dioksidi kaboni ya anga. Dioksidi kaboni ni kizuizi cha msingi ambacho autotrophs nyingi hutumia kujenga misombo mbalimbali ya kaboni, high nishati, kama vile glucose. Nishati iliyounganishwa kutoka jua hutumiwa na viumbe hivi kuunda vifungo vya covalent vinavyounganisha atomi za kaboni pamoja. Vifungo hivi vya kemikali hivyo kuhifadhi nishati hii kwa matumizi ya baadaye katika mchakato wa kupumua. Wengi autotrophs duniani kupata carbon dioksidi yao moja kwa moja kutoka anga, wakati autotrophs baharini kupata katika fomu kufutwa (asidi kaboni, H ₂ CO ₃ ^-). Hata hivyo dioksidi kaboni inapatikana, kwa-bidhaa ya mchakato ni oksijeni. Viumbe photosynthetic ni wajibu wa kuweka takriban asilimia 21 maudhui ya oksijeni ya anga tunayoyaona leo.

Heterotrophs na autotrophs ni washirika katika kubadilishana kaboni ya kibiolojia (hasa watumiaji wa msingi, kwa kiasi kikubwa herbivores). Heterotrofs hupata misombo ya kaboni ya juu-nishati kutoka kwa autotrophs kwa kuiteketeza, na kuivunja chini kwa kupumua ili kupata nishati ya mkononi, kama vile ATP. Aina ya ufanisi zaidi ya kupumua, kupumua kwa aerobic, inahitaji oksijeni iliyopatikana kutoka anga au kufutwa katika maji. Kwa hiyo, kuna kubadilishana mara kwa mara ya oksijeni na dioksidi kaboni kati ya autotrophs (ambayo inahitaji kaboni) na heterotrophs (ambayo inahitaji oksijeni). Kubadilishana gesi kupitia angahewa na maji ni njia moja ambayo mzunguko wa kaboni huunganisha viumbe hai vyote duniani.

Biogeochemical Carbon Cycle

Mwendo wa kaboni kupitia ardhi, maji, na hewa ni ngumu, na mara nyingi hutokea polepole zaidi kijiolojia kuliko kama inavyoonekana kati ya viumbe hai. Kaboni huhifadhiwa kwa muda mrefu katika kile kinachojulikana kama hifadhi za kaboni, ambazo ni pamoja na anga, miili ya maji kiowevu (hasa bahari), sediment ya bahari, udongo, sediments za ardhi (ikiwa ni pamoja na fueli za kisukuku), na mambo ya ndani ya Dunia.

Kama ilivyoelezwa, anga ni hifadhi kubwa ya kaboni katika mfumo wa dioksidi kaboni na ni muhimu kwa mchakato wa usanisinuru. 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 cha kaboni kinachopatikana katika kila eneo, na kila mmoja huathiri nyingine kwa usawa. Dioksidi kaboni (CO ₂) kutoka anga hupasuka katika maji na inachanganya na molekuli za maji ili kuunda asidi kaboni, na kisha ionizes kwa ions carbonate na bicarbonate (Kielelezo\(\PageIndex{5}\))

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Dioksidi kaboni humenyuka na maji ili kuunda bicarbonate na ions carbonate

Coefficients ya usawa ni kwamba zaidi ya asilimia 90 ya kaboni katika bahari hupatikana kama ioni za bicarbonate. Baadhi ya ions hizi huchanganya na kalsiamu ya maji ya bahari kuunda calcium carbonate (CaCO ₃), sehemu kubwa ya maganda ya viumbe vya baharini. Viumbe hivi hatimaye huunda sediments kwenye sakafu ya bahari. Zaidi ya muda wa kijiolojia, calcium carbonate aina chokaa, ambayo inajumuisha kubwa kaboni hifadhi duniani.

Kwenye ardhi, kaboni huhifadhiwa kwenye udongo kutokana na kuharibika kwa viumbe hai (kwa waharibifu) au kutokana na hali ya hewa ya mwamba na madini duniani. Kaboni hii inaweza leached ndani ya mabwawa ya maji na runoff uso. Chini ya ardhi, juu ya ardhi na baharini, ni mafuta ya mafuta: mabaki ya anaerobically iliyoharibika ya mimea ambayo huchukua mamilioni ya miaka kuunda. Fueli za kisukuku huhesabiwa kuwa rasilimali zisizo mbadala kwa sababu matumizi yao huzidi kiwango chao cha malezi. Rasilimali zisizo na mbadala, kama vile mafuta ya kisukuku, hurejeshwa polepole sana au sio kabisa. Njia nyingine ya kaboni kuingia angahewa ni kutoka nchi (ikiwa ni pamoja na ardhi chini ya uso wa bahari) kwa mlipuko wa volkano na mifumo mingine ya mvuke. Vipande vya kaboni kutoka sakafu ya bahari huchukuliwa ndani ya Dunia kwa mchakato wa subduction: harakati ya sahani moja ya tectonic chini ya mwingine. Carbon hutolewa kama dioksidi kaboni pale volkano inapopuka au kutoka kwenye matundu ya hydrothermal

Dioksidi kaboni pia huongezwa kwa angahewa na mazoea ya ufugaji wa wanyama wa binadamu. Idadi kubwa ya wanyama wa ardhi waliofufuliwa kulisha idadi ya watu walioongezeka duniani husababisha kuongezeka kwa viwango vya dioksidi kaboni angahewa kutokana na mazoea ya kilimo na uzalishaji wa kupumua na methane. Huu ni mfano mwingine wa jinsi shughuli za binadamu huathiri moja kwa moja mzunguko wa biogeochemical kwa njia muhimu. Ingawa sehemu kubwa ya mjadala kuhusu madhara ya baadaye ya kuongezeka kwa kaboni ya anga juu ya mabadiliko ya hali ya hewa inalenga katika fueli za fossils, wanasayansi huchukua michakato ya asili, kama vile volkano na kupumua, kwa kuzingatia jinsi wanavyotengeneza na kutabiri athari za baadaye za ongezeko hili.

Mzunguko wa nitrojeni

Kupata nitrojeni katika ulimwengu ulio hai ni vigumu. Mimea na phytoplankton si vifaa kuingiza nitrojeni kutoka anga (ambayo ipo kama tightly bonded, mara tatu covalent N ₂) hata kama molekuli hii inajumuisha takriban 78 asilimia ya anga. Nitrogen inaingia ulimwenguni hai kupitia bakteria ya bure na ya symbiotic, ambayo huingiza nitrojeni katika macromolecules yao kupitia naitrojeni fixation (uongofu wa N ₂). Cyanobacteria huishi katika mazingira mengi ya majini ambako jua iko; wanafanya jukumu muhimu katika fixation ya nitrojeni. Cyanobacteria zinaweza kutumia vyanzo vya isokaboni vya nitrojeni ili “kurekebisha” nitrojeni. Bakteria ya Rhizobium huishi kwa usawa katika vidonda vya mizizi ya kunde (kama vile mbaazi, maharagwe, na karanga) na kuwapa nitrojeni ya kikaboni wanayohitaji. Bakteria ya kuishi bure, kama Azotobacter, pia ni muhimu fixers nitrojeni.

Organic nitrojeni ni muhimu hasa kwa utafiti wa mienendo ya mazingira tangu michakato mingi ya mazingira, kama vile uzalishaji wa msingi na utengano, ni mdogo na ugavi inapatikana wa nitrojeni. Kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{6}\), nitrojeni ambayo inaingia mifumo ya maisha na naitrojeni fixation ni mfululizo kubadilishwa kutoka nitrojeni hai nyuma katika gesi nitrojeni na bakteria. Utaratibu huu hutokea katika hatua tatu katika mifumo ya duniani: ammonification, nitrification, na denitrification. Kwanza, mchakato wa amonia hubadilisha taka ya nitrojeni kutoka kwa wanyama hai au kutoka kwa mabaki ya wanyama waliokufa kuwa amonia (NH ₄ ⁺) na bakteria fulani na fungi. Pili, amonia hubadilishwa kuwa nitriti (NO ₂ ^-) kwa nitrifying bakteria, kama vile Nitrosomonas, kupitia nitrification. Baadaye, nitriti hubadilishwa kuwa nitrati (NO ₃ ^-) na viumbe sawa. Tatu, mchakato wa denitrification hutokea, ambapo bakteria, kama vile Pseudomonas na Clostridium, hubadilisha nitrati ndani ya gesi ya nitrojeni, na kuruhusu kuingia tena anga.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Nitrogen inaingia ulimwenguni hai kutoka anga kupitia bakteria ya kurekebisha nitrojeni. Hii nitrojeni na nitrojeni taka kutoka kwa wanyama ni kisha kusindika nyuma katika nitrojeni gesi na bakteria udongo, ambayo pia ugavi duniani utando chakula na nitrojeni hai wanahitaji. (mikopo: mabadiliko ya kazi na John M. Evans na Howard Perlman, USGS)

Zoezi

Ni ipi kati ya taarifa zifuatazo kuhusu mzunguko wa nitrojeni ni uongo?

1. Amonification hubadilisha suala la nitrojeni la kikaboni kutoka kwa viumbe hai ndani ya amonia (NH ₄ ⁺).
2. Denitrification na bakteria hubadilisha nitrati (NO ₃ ^-) kwa gesi ya nitrojeni (N ₂).
3. Nitrification na bakteria hubadilisha nitrati (NO ₃ ^-) kuwa nitriti (NO ₂ ^-).
4. Bakteria ya kurekebisha nitrojeni kubadilisha gesi ya nitrojeni (N ₂) katika misombo ya kikaboni.

Jibu

C: Nitrification na bakteria hubadilisha nitrati (NO ₃ ^-) kwa nitriti (NO ₂ ^-).

Shughuli za binadamu zinaweza kutolewa nitrojeni katika mazingira kwa njia mbili za msingi: mwako wa mafuta, ambayo hutoa oksidi tofauti za nitrojeni, na kwa matumizi ya mbolea bandia katika kilimo, ambazo huwashwa ndani ya maziwa, mito, na mito kwa kurudiwa kwa uso. Nitrojeni ya anga inahusishwa na athari kadhaa katika mazingira ya dunia ikiwa ni pamoja na uzalishaji wa mvua ya asidi (kama asidi nitriki, HNO ₃) na gesi ya chafu (kama oksidi ya nitrous, N ₂ O) inayoweza kusababisha mabadiliko ya hali ya hewa. Athari kubwa kutokana na kurudiwa kwa mbolea ni maji ya chumvi na maji safi eutrophication, mchakato ambapo kurudiwa kwa virutubisho husababisha ukuaji wa ziada wa microorganisms, kuondoa viwango vya oksijeni kufutwa na mauaji ya wanyama wa mazingira.

Mchakato kama huo hutokea katika mzunguko wa nitrojeni ya baharini, ambapo michakato ya ammonification, nitrification, na denitrification hufanyika na bakteria ya baharini. Baadhi ya nitrojeni hii iko kwa sakafu ya bahari kama sediment, ambayo inaweza kisha wakiongozwa na ardhi katika muda wa kijiolojia na kuinua ya uso wa dunia na hivyo kuingizwa katika mwamba 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. ¹

Mzunguko wa fosforasi

Phosphorus ni virutubisho muhimu kwa ajili ya michakato ya maisha; ni sehemu kubwa ya asidi nucleic na phospholipids, na, kama kalsiamu phosphate, hufanya vipengele mkono wa mifupa yetu. Phosphorus mara nyingi ni virutubisho kikwazo (muhimu kwa ajili ya ukuaji) katika mazingira ya majini (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)).

Phosphorus hutokea katika asili kama ion phosphate (PO ₄ ^3-). Mbali na kurudiwa kwa phosphate kutokana na shughuli za binadamu, kurudiwa kwa uso wa asili hutokea wakati inakabiliwa na mwamba wa phosphate na hali ya hewa, na hivyo kutuma phosphates katika mito, maziwa, na bahari. Mwamba huu una 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, katika mikoa ya mbali, majivu ya volkeno, aerosols, na vumbi vya madini vinaweza pia kuwa vyanzo muhimu vya phosphate. Sediment hii basi huhamishwa hadi nchi juu ya muda wa kijiolojia kwa kuinua maeneo ya uso wa dunia.

Phosphorus pia inabadilishana kati ya phosphate kufutwa katika mazingira ya bahari na baharini. 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\(\PageIndex{7}\): Katika asili, fosforasi ipo kama ion phosphate (PO ₄ ^3-). Hali ya hewa ya miamba na shughuli za volkeno hutoa phosphate ndani ya udongo, maji, na hewa, ambapo inakuwa inapatikana kwa webs ya chakula duniani. Phosphate inaingia bahari kupitia kurudiwa kwa uso, mtiririko wa maji ya chini, na mtiririko wa mto. Phosphate kufutwa katika mzunguko wa maji ya bahari katika webs chakula baharini. Baadhi ya phosphate kutoka utando wa chakula cha baharini huanguka kwenye sakafu ya bahari, ambako huunda sediment. (mikopo: mabadiliko ya kazi na John M. Evans na Howard Perlman, USGS)

Fosforasi ya ziada na nitrojeni inayoingia katika mazingira haya kutokana na kurudiwa kwa mbolea na kutoka kwa maji taka husababisha ukuaji wa vijiumbe vingi na hupunguza oksijeni iliyovunjika, ambayo inaongoza kwa kifo cha wanyama wengi wa mazingira, kama vile samakigamba na finfish. Utaratibu huu ni wajibu wa maeneo yaliyokufa katika maziwa na kwenye midomo ya mito mingi mikubwa (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{8}\): Kanda zilizokufa hutokea wakati fosforasi na nitrojeni kutoka kwa mbolea husababisha ukuaji mkubwa wa microorganisms, ambayo hupunguza oksijeni na huua wanyama. Duniani kote, maeneo makubwa ya wafu hupatikana katika maeneo ya pwani ya wiani mkubwa wa idadi ya watu. (mikopo: NASA Dunia Observatory)

Eneo la wafu ni eneo ndani ya mazingira ya maji safi au ya baharini ambako maeneo makubwa yamepungua kwa mimea na wanyama wao wa kawaida; maeneo haya yanaweza kusababishwa na eutrophication, kumwagika mafuta, kutupwa kwa kemikali za sumu, na shughuli nyingine za binadamu. Idadi ya maeneo yaliyokufa imeongezeka kwa miaka kadhaa, na zaidi ya 400 ya maeneo haya yalikuwepo kama ya mwaka 2008. Moja ya maeneo mabaya zaidi ya kufa ni mbali na pwani ya Marekani katika Ghuba ya Mexico, ambapo mbolea kurudiwa kutoka bonde la Mississippi River imeunda eneo la wafu la maili zaidi ya 8463 za mraba. 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.

Uunganisho wa kila siku: Bay ya Chesapeake

Kielelezo\(\PageIndex{9}\): 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)

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 ya kutambua maeneo yaliyokufa, ambayo yanaendelea kuua samaki wengi na aina za makao ya chini, kama vile chaza, oysters, na minyoo. Spishi kadhaa zimepungua katika Bay ya Chesapeake kutokana na kurudiwa kwa maji ya uso yenye virutubisho vingi 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.

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 overbrevening. 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 macromolecules ya vitu vilivyo hai. Kama sehemu ya asidi ya amino cysteine, inashiriki katika malezi ya vifungo vya disulfide ndani ya protini, ambayo husaidia kuamua mifumo yao ya kupunja 3-D, na hivyo kazi zao. Kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{10}\), mizunguko sulfuri kati ya bahari, ardhi, na anga. Sulfuri ya anga inapatikana katika mfumo wa dioksidi sulfuri (SO ₂) na inaingia angahewa kwa njia tatu: kutoka utengano wa molekuli za kikaboni, kutokana na shughuli za volkeno na matundu ya mvuke, na kutokana na kuchomwa kwa fueli za kisukuku na binadamu.

Kielelezo\(\PageIndex{10}\): Sulfuri dioksidi kutoka anga inakuwa inapatikana kwa mazingira ya duniani na baharini wakati ni kufutwa katika precipitation kama asidi dhaifu sulfuriki au inapoanguka moja kwa moja duniani kama kuanguka. Hali ya hewa ya miamba pia hufanya sulfates inapatikana kwa mazingira ya duniani. Uharibifu wa viumbe hai hurudisha sulfates kwenye bahari, udongo na angahewa. (mikopo: mabadiliko ya kazi na John M. Evans na Howard Perlman, USGS)

Katika ardhi, sulfuri imewekwa kwa njia nne kuu: mvua, kuanguka moja kwa moja kutoka anga, hali ya hewa ya mwamba, na matundu ya joto (Kielelezo\(\PageIndex{11}\)). 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, hali ya hewa ya miamba yenye sulfuri hutoa sulfuri ndani ya udongo. Miamba hii inatokana na sediments ya bahari ambayo huhamishwa hadi nchi kwa kuinua kijiolojia ya sediments za bahari. Mazingira ya duniani yanaweza kutumia sulfates hizi za udongo (\(\text{SO}_4^{2-}\)), na juu ya kifo na kuharibika kwa viumbe hivi, kutolewa kiberiti tena katika anga kama gesi ya sulfidi hidrojeni (H ₂ S).

Kielelezo\(\PageIndex{11}\): Katika vent hii ya sulfuri katika Hifadhi ya Taifa ya Volkano ya Lassen kaskazini mashariki mwa California, amana za sulfuri za njano zinaonekana karibu na kinywa cha vent.

Sulfuri huingia bahari kwa njia ya kurudiwa kutoka ardhi, kutoka kuanguka kwa anga, na kutoka kwenye matundu ya chini ya maji. Baadhi ya mazingira hutegemea chemoautotrophs kwa kutumia sulfuri kama chanzo cha nishati ya kibiolojia. 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 wingi wa fueli za kisukuku, hasa kutokana na makaa ya mawe, hutoa kiasi kikubwa cha gesi ya sulfidi hidrojeni ndani ya angahewa. Kama mvua inapoanguka kupitia gesi hii, inajenga jambo linalojulikana kama mvua ya asidi. Mvua ya asidi ni mvua ya babuzi inayosababishwa na maji ya mvua yanayoanguka chini kupitia gesi ya dioksidi ya sulfuri, na kuifanya kuwa asidi dhaifu ya sulfuriki, ambayo husababisha uharibifu wa mazingira ya majini. Mvua ya asidi huharibu mazingira ya asili kwa kupunguza pH ya maziwa, ambayo huua wanyama wengi wanaoishi; pia huathiri mazingira ya wanadamu kupitia uharibifu wa kemikali wa majengo. Kwa mfano, makaburi mengi ya marumaru, kama vile Lincoln Memorial huko Washington, DC, yamepata uharibifu mkubwa kutokana na mvua ya asidi zaidi ya miaka. Mifano hizi zinaonyesha madhara mbalimbali ya shughuli za binadamu kwenye mazingira yetu na changamoto zilizobaki kwa siku zijazo.

Unganisha na Kujifunza

Bofya kiungo hiki ili ujifunze zaidi kuhusu mabadiliko ya hali ya hewa duniani.

Muhtasari

Madini virutubisho ni cycled kupitia mazingira na mazingira yao. Ya umuhimu hasa ni maji, kaboni, nitrojeni, fosforasi, na sulfuri. Mzunguko huu wote una athari kubwa juu ya muundo wa mazingira na kazi. Kama shughuli za binadamu zimesababisha usumbufu mkubwa kwa mizunguko hii, utafiti wao na mfano wao ni muhimu hasa. Shughuli mbalimbali za binadamu, kama vile uchafuzi wa mazingira, uharibifu wa mafuta, na matukio mengine yameharibu mazingira, na uwezekano wa kusababisha mabadiliko ya hali ya hewa duniani. Afya ya Dunia inategemea kuelewa mizunguko hii na jinsi ya kulinda mazingira kutokana na uharibifu usioweza kurekebishwa.

maelezo ya chini

1. 1 Scott L. Morford, Benjamin Z Houlton, na Randy A. Dahlgren, “Kuongezeka kwa mazingira ya misitu Carbon na Hifadhi ya Nitrojeni kutoka Nitrojeni Rich Bedrock,” Nature 477, hakuna 7362 (2011): 78—81.

faharasa

mvua ya asidi

mvua ya babuzi inayosababishwa na maji ya mvua kuanguka chini kupitia gesi ya dioksidi ya sulfuri, na kuifanya kuwa asidi dhaifu ya sulfuriki; inaweza kuharibu miundo na mazingira

biogeochemical mzunguko

baiskeli ya madini madini kwa njia ya mazingira na kwa njia ya dunia yasiyo ya kuishi

eneo la wafu

eneo ndani ya mazingira katika maziwa na karibu na midomo ya mito ambapo maeneo makubwa ya mazingira yamepungua kwa mimea na wanyama wao wa kawaida; maeneo haya yanaweza kusababishwa na eutrophication, kumwagika mafuta, kutupa kemikali za sumu, na shughuli nyingine za binadamu

eutrophication

mchakato ambapo kurudiwa virutubisho husababisha ukuaji wa ziada wa microorganisms, kuondoa viwango vya oksijeni kufutwa na mauaji ya wanyama mazingira

matokeo

moja kwa moja amana ya madini imara juu ya ardhi au katika bahari kutoka anga

hydrosphere

eneo la Dunia ambapo harakati za maji na kuhifadhi hutokea

rasilimali zisizo mbadala

rasilimali, kama vile mafuta ya kisukuku, kwamba ni aidha regenerated polepole sana au si wakati wote

wakati wa makazi

kipimo cha muda wa wastani wa mtu binafsi maji molekuli anakaa katika hifadhi fulani

kutiisha

harakati ya sahani moja ya tectonic chini ya mwingine