Care sunt componentele biosferei si functiile biogeochimice speciale si generale.

Care sunt componentele biosferei si functiile biogeochimice speciale si generale.

Componentele biosferei

Biosfera este alcatuita din 8 tipuri de substante (Vernadski, 1954): materia vie; materia organica biogena; materia inerta; materia bioinerta; materia radioactiva; atomi liberi dispersati; pulbere cosmica; materie organica tehnogena.

A. Materia vie. Este o forma speciala de aparitie a atomilor elementelor chimice pe planeta noastra, o forma speciala de echilibru chimic; alte forme de echilibru chimic sunt: magma, rocile, mineralele, oxizii, atomii liberi dispersati. Compozitia chimica si repartizarea mineralelor in scoarta terestra este influentata de sinteza pe cale biogena a acestora. S-a stabilit ca la nivel global, materia vie produce 31 de minerale, 25 fiind de origine animala (de mentionat ca unele dintre acestea se gasesc numai in biosfera - magnetitul, fitolitele).

Din punct de vedere chimic, materia vie nu contine nici un element chimic aparte sau special, care sa caracterizeze exclusiv materia vie ci numai atomi ai elementelor chimice care exista deja in scoarta Terrei (Stugren, 1994). Se cunoaste ca organismele vii sunt sisteme deschise dominate de oxigen, acesta fiind un element chimic ce favorizeaza aproape toate reactiile chimice de la nivelul biotei. Daca se observa detaliile de compozitie din Tabelul 4, se poate spune ca in ceea ce priveste comparatia cu litosfera, exista un nivel redus al elementelor chimice la nivelul biotei, fapt care duce la concluzia ca in momentul aparitiei vietii pe Terra si ulterior, doar o mica parte din elementele chimice existente au fost incorporate in materia vie (Goldsmichdt, 1958).

De retinut: materia vie este constituita de fapt din amestecuri de izotopi ai carbonului si oxigenului si in general nu din elementele tipice cu acest nume.

B. materia organica biogena. Se refera la resturile organismelor moarte ce se gasesc ca suspensie in ape sau sunt ingropate in sol sau sedimente si sunt partial descompuse; aceasta materie organica biogena = detritus, reprezinta pe plan continental o necromasa considerabila de carbon organic sau azot.

De-a lungul existentei biosferei s-a depus progresiv o mare cantitate de biomasa. Daca de exemplu ne referim la carbonul; organic, biomasa care-l reprezinta este inegal distribuita (ex. in straturile sedimentare - 18%; in rocile calcaroase - 82%; in materia vie doar 0,03 x 10¹⁵ tone; numai in frunzar se estimeaza o cantitate de 210 x 10⁹ tone).

Partea nedescompusa a materiei organice moarte devine humusul solului (cantitatea de humus din pedosfera este estimata la 60 x 10¹¹ tone; principalul compus al humusului este lignina, care, in urma unor transformari enzimatice realizate de catre ciuperci transforma lignina in celuloza si imbogatesc solul cu azot, fosfor si potasiu). Cand actiunea microorganismelor descompunatoare se diminueaza si apoi inceteaza, intra in actiune forte de natura fizico-chimica si procese de diageneza ce duc la formarea rocilor biogene (carbune, petrol etc).

C. Materia inerta. Este reprezentata prin cele 3 geosfere superficiale anorganice; litostera, hidrosfera si atmosfera; intre materia inerta si materia vie nu exista nici un fel de substanta de tranzitie.

In dinamica materiei, diferite domenii ale biosferei sunt reunite si interrelationate de asa numitul circuit hidrologic planetar (Fig. 3-36).

Fig. 3-36. Miscarea biomasei in cadrul circuitului apei (dupa Stugren 1994).

D. Materia bioinerta. Este considerata un sistem complex si heterogen constituit din mai multe subsisteme (materie vie, materie inerta, materie organica de origine biotica (Stugren 1994). Este o materie speciala, nici moarta nici vie; nu este o materie vie pentruca nu are proprietatile sistemelor vii, dar nu este nici moarta, adica materie inerta, deoarece este imbibata cu organisme vii (ex. sol, mal, apa freatica, scoarta de eroziune).

E. Materia radioactiva. Eeste alcatuita din radioizotopi = izotopi cu durata limitata de existenta si reprezinta un component natural al biosferei; radiatia ionizanta care se transmite in cursul procesului de dezagregare a radioizotopilor este un factor ecologic deosebit in dinamica biosferei.

F. Atomi liberi dispersati. In anumite habitate, in litosfera se formeaza zacaminte de minereuri metalice alcatuite numai din atomii unor metale, care nu formeaza oxizi sau saruri. Si pe aceste metale pure sunt particole de bacterii.

G. Pulberea cosmica. Exista pe Terra un aflux anual de particole solide de origine cosmica estimat la 1,10 tone, dar schimbul de materie intre biosfera si cosmos este neglijabil; este chiar discutabil daca atomii adusi de meteoriti sunt inclusi in circulatia atomilor elementelor chimice prin biosfera.

H. Materia organica tehnogena. Este reprezentata de anumiti compusi organici produsi de industria chimica, mai ales pesticidele, sunt integrati in ciclurile materiei din biosfera, ajungand in sol, vegetatie sau fauna; unii polimeri tehnogeni aromoatici (ex. DDT) pot fi vehiculati la distante foarte mari de la locul de aplicare.

Functiile biosferei

Biosfera (materia vie) are o permanenta actiune asupra mediului, asupra scoartei terestre. Daca aceasta actiune este prezenta la toate categoriile de vietuitoare se spune ca biosfera exercita o serie de functii biogeochimice. In functie de diversitatea speciilor implicate, exista doua categorii de functii: generale (caracteristice tuturor speciilor) si speciale (datorate numai anumitor specii).

A. Functii biogeochimice generale. Exista un numar de 4 tipuri reprezentative:

☻ - Functia de respiratie. Toate organismele vii au prezenta aceasta functie, iar prin ea participa la circuitul carbonului si oxigenului la nivelul tuturor sferelor.

☻ - Functia de geneza de biogaze. Productia de biogaz este o caracteristica a materiei vii. Chiar si dupa moartea materiei vii, prin interventia microroganismelor se realizeaza a insemnata productie de biogaze.

☻ - Functia de dispersie a atomilor. In urma proceselor metabolice, organismele vii elibrereaza in mediu o diversa tipologie de elemente chimice ceea ce determina o dispersie a atomilor in mediul inconjurator. Dupa acest criteriu, contributia animalelor este mai importanta decat a plantelor. Un exemplu clasic este al viermilor care caracterizeaza fauna edafica. Astfel, lumbricidele, nematodele si enchitreidele preiau din sol, direct sau prin frunzar sau alte materiale, o serie de elemente care ulterior sunt eliminate prin fecale si imbogatesc solurile respective.

☻ - Functia de acumulare a atomilor. Aceasta acumulare de atomi este permanenta, realizata pe doua cai:

- dependent de mediu: (sunt acumulati predomnant atomii elementelor dominante din mediu; astfel, daca unele plantetraiesc adaptate pe diferite tipuri de sol, situate in imediata vecinatate a unor zacaminte de minereuri, elementele respective se vor gasi in tesuturile acestor plante);

- independenta de mediu (se realizeaza o acumulare selectiva adica numai acesi atomi sau elemete chimice cu semnificatie deosebita din punct de vedere fiziologic; de ex. Astfel unele ascidii din mari, acumuleaza vanadiu, acesta fiind un element esential pentru pigmentul asimilator; diatomeele acumuleaza cca. 15% din fierul oceanic; mesteacanul devine chiar un bioindicator pentru prezenta beriliului in mediul respectiv; Nuphar sp - nufarul si Lycopodium sp - gradisor, acumuleaza lantanide; unele ferigi acumuleaza cantitati mari de aluminiu etc).

B. Functii biogeochimice speciale. Dintre acestea, cele mai importante ar fi:

☻ - Functia de descompunere a materiei organice moarte. Prin microorganisme (in special bacterii si micromicete) dar si printr-o serie de alte tipuri de categorii sistematice( in mode deosebit nevertebrate cum ar fi lumbricidele, acarienii, colembolele, larve de diptere, diplopode, izopode etc), organismele vii intervin direct si indirect in prelucrarea materiei organice moarte, mineralizare, humificare si deci in reintroducerea ei in circuitul materiei si energiei (Perel si colab., 1971; Sachse, 1978; Swift si colab., 1971; Coleman si colab., 1981).

☻ - Functia de chemosinteza. Bacteriile chemoautotrofe participa la oxidarea compusilor metalici si rezulta atomi de oxigen care imbogatesc mediul lor de viata ceea ce le permite sa traiasca in cele mai deosebite edii de viata.

☻ - Functia de generare de oxigen si/sau hidrogen. Pentru oxigen, cel atomic (liber) rezulta in biosfera aproape exclusiv din molecula de apa, fiind un produs secundar al fotosintezei. La nivel terestru, cea mai mare cantitate de oxigen o produce vegetatia (cu nivelul cel mai ridicat in zona intertropicala). In ecoistemul acvatic, cantitatea cea mai mare de oxigen este evidentiata in apele reci din zona boreala. Lacurile si apele curgatoare participa mai putin. Exista si organisme vii (cianobacterii, alge verzi si chiar unele plante superioare, termitele) care din apa elibereaza hidrogen liber (Calvin, 1974; Zimmermann si colab., 1982).

☻ - Functia de geneza a metanului. In habitate anaerobe (in cazul bacteriilor) sau in conditii normale (pentru termite, bacterii simbiote) se produce metan iar acesta contribuie in mod important la mentinerea cantitatii de carbon din atmosfera

☻ - Functia de metabolizare a unor elemente chimice. Diferite saruri ale unor elemente chimice (ex. sarurile de calciu) sunt produse ca urmare a metabolismului si apoi eliminate in mediul inconjuratror de catre unele organisme vii (bacterii, alge, moluste, plante superioare, echinoderme, vertebrate, artropode etc).