Ķīmisko elementu aprite ekosistēmās ir sarežģīta. Tie cirkulē no apkārtējās vides uz organismiem un atpakaļ šajā vidē.
Vielu aprites ciklus sauc par bioģeoķīmiskiem cikliem, jo tie ietver daudzas ķīmiskās pārvērtības, ģeoloģiskos procesus, un to veidošanā aktīvi piedalās dzīvie organismi.
Daži elementi cirkulē, galvenokārt, starp dzīvajiem organismiem un atmosfēru, kamēr citi, pārsvarā starp organismiem un augsni.
Ikviens ķīmiskais elements šīs aprites laikā var atrasties:
1. Rezerves fondā, kas dzīvajiem organismiem nav pieejams, piem., fosilajās atliekās, nogulumiežos.
2. Apmaiņas fondā - atmosfēras, hidrosfēras vai litosfēras daļā, no kuras to uzņem dzīvie organismi.
3. Biocenozē - vielu apritē no organisma uz organismu. To parasti attēlo ar barības ķēdes palīdzību.
1. Rezerves fondā, kas dzīvajiem organismiem nav pieejams, piem., fosilajās atliekās, nogulumiežos.
2. Apmaiņas fondā - atmosfēras, hidrosfēras vai litosfēras daļā, no kuras to uzņem dzīvie organismi.
3. Biocenozē - vielu apritē no organisma uz organismu. To parasti attēlo ar barības ķēdes palīdzību.
Katram ķīmiskajam elementam, ko uzņem dzīvie organismi, ir savs ģeoķīmiskais cikls.
Svarīgi!
Slāpekļa aprite. Atmosfēras sastāvā ir 78,08 % slāpekļa (\(N_2\)), taču augi un dzīvnieki gaisa slāpekli uzņemt nevar.
Gaisa slāpekli spēj saistīt augsnes baktērijas, kā arī gumiņbaktērijas, kas mājo uz tauriņziežu (āboliņa, zirņu, lupīnas u. c.) saknēm. Tās gaisa slāpekli pārvērš amonija sāļos. Nitrificējošo baktēriju darbības rezultātā augsnē veidojas slāpekļskābe. Nedaudz slāpekļskābes veidojas negaisa laikā un tādējādi kopā ar lietu nonāk augsnē. Ūdenī šķīstošos amonija sāļus un nitrātus augi uzņem ar sakņu sistēmu un sintezē aminoskābes un olbaltumvielas. Dabā procesi, kuros augsnē nonāk slāpeklis, līdzsvarojas ar tiem procesiem, kas izraisa slāpekļa zudumu. Olbaltumvielām trūdot, veidojas amonjaks, no kura atkal tiek sintezētas olbaltumvielas. Taču denitrifikācijas baktēriju ietekmē, kā arī degšanas procesos daļa no slāpekļa savienojumiem izdala slāpekli.
Svarīgi!
Skābekļa aprite. Atmosfēras sastāvā ir 20,95 % skābekļa (\(O_2\)). Zaļie augi, fotosintēzes procesā sintezējot glikozi, izdala skābekli. Dzīvie organismi skābekli patērē vielmaiņas procesos.
Atmosfēra zināmu skābekļa papildinājumu saņem arī tādēļ, ka tajā esošais ūdens tvaiks ultravioletā starojuma iedarbībā sadalās par ūdeņradi un skābekli. Cilvēki, dzīvnieki un arī paši augi elpošanas procesos skābekli atkal patērē, lai lēni oksidētu organiskās vielas un iegūtu sev nepieciešamo enerģiju. Skābeklis nepieciešams arī pūšanas un trūdēšanas procesos, lai sadalītu organiskās vielas par neorganiskajām vielām. Ļoti daudz skābekļa patērē rūpniecībā – kurināmā sadedzināšanai, čuguna un tērauda kausēšanā, metālu attīrīšanā, metināšanā un griešanā, dažādu organisko un neorganisko vielu ražošanā utt.
Svarīgi!
Oglekļa aprite. Ogleklis (\(C\)) brīvā veidā ir relatīvi maz sastopams, jo tā vidējā izplatība uz Zemes ir 350 mg/kg. Tomēr vielu apritē ogleklim ir īpaša loma, jo tas ir nozīmīgākais dzīvos organismus veidojošais elements.
Svarīgi!
Ūdens aprite. Ūdens (\(H_2O\)) ir pati galvenā viela uz Zemes, lai dzīvie organismi var attīstīties un augt.
Ūdens iztvaiko no ūdenstilpēm, Zemes virsmām, augiem, dzīvniekiem un tvaika veidā nonāk atmosfērā. Tad augstākajos atmosfēras slāņos ūdens atdziest, kondensējas un veidojas mākoņi. Pēc tam ūdens nokrišņu veidā nonāk uz Zemes atpakaļ. Ledāju un sniega kušanas ūdens nonāk upēs, ezeros, pēc tam jūrās un okeānos. Kā arī pazemes ūdeņi, ieplūst arī ezeros, upēs vai nonāk jūrās un okeānos un cikls atkal atkārtojās. Dzīvie organismi ūdeni uzņem vielmaiņas procesā- ar barību. Savukārt atpakaļ apmaiņas fondā izdala dažādos veidos: augi ūdeni iztvaiko transpirācijas procesā, dzīvnieki ūdeni izvada ar izvadorgāniem.
Svarīgi!
Viens no galvenajiem enerģijas avotiem, kas nosaka ķīmisko elementu iesaistīšanos bioģeoķīmiskajos ciklos, ir Saules enerģija.
Ekoloģiskā piramīda ir grafisks barošanās ķēžu līmeņu attēlojums.
Vielām un tajās ieslēgtajai enerģijai, pārejot uz nākamo līmeni, ir ievērojami zudumi: daļa no uzņemtajām vielām netiek absorbēta organismā, daļa enerģijas izdalās siltuma veidā.
Svarīgi!
Vidēji no viena trofiskā līmeņa uz nākamo pāriet tikai 10 - 20% enerģijas.
Ja ekosistēmas vide ir piesārņota, pa barošanās ķēdēm pārvietojas arī kaitīgās jeb toksiskās vielas, kuras ārvidē ilgi nesadalās. Bīstamās vielas ir toksiskas, ja izraisa nevēlamu bioloģisko reakciju, piemēram, vēzi izraisošas. Tādas ir daudzas neorganiskās vielas, kā piemēram, smagie metāli - svins, dzīvsudrabs, kobalts u.c., kā arī pesticīdi, kurus lieto lauksaimniecībā, piemēram, DDT, dioksīni u.c. Toksiskas vielas var būt gan dabīgas izcelsmes (iežu dēdēšana, dzīvo organismu vielmaiņas blakusprodukti utt.), gan arī sintezētas rūpnieciskā ceļā vai iegūtas kā blakusprodukti saimnieciskajā darbībā (izplūdes gāzes, freoni utt.)
Svarīgi!
Sauszemes ekosistēmās ar katru nākamo barošanās līmeni organismos uzkrāto toksisko vielu koncentrācija pieaug aptuveni 10 reizes, ūdens ekosistēmās — 5 reizes.
Uzkrāto toksisko vielu koncentrācijas pieaugums