Chu trình sinh địa hóa

Một phần của chu trình sinh địa hóa liên quan đến carbon và nước

Chu trình sinh địa hóa là chu trình quay vòng của các nguyên tố hóa học trong sinh quyển theo những con đường xác định.

Trong số hơn 90 nguyên tố được biết trong thiên nhiên có khoảng 30-40 nguyên tố cần thiết cho cơ thể sống. Một số nguyên tố như carbon (C), nitơ (N₂), oxy (O₂), hydro (H₂), phosphor (P) … mà cơ thể đòi hỏi với một số lượng lớn, còn có một số nguyên tố khác cơ thể chỉ đòi hỏi một lượng nhỏ, có khi cực nhỏ (vi lượng), nhưng hết sức cần thiết như đồng (Cu), mangan (Mn) cần cho phản ứng oxy hóa khử. Nói một cách cụ thể hơn, chu trinh sinh địa hóa chính là quá trình trao đổi không ngừng của các nguyên tố hóa học giữa môi trường và quần xã sinh vật và sự đổi mới liên tục của các chất dinh dưỡng chứa trong các mô của sinh vật thông qua xích thức ăn.

Đầu tiên, các nguyên tố hóa học và những chất đơn giản (nước, cácbon dioxyt, muối nitrat, photphat…) có trong môi trường được hấp thụ để tổng hợp nên các chất trong cơ thể thực vật (nguồn thức ăn sơ cấp). Sinh vật di dưỡng. trước hết là động vật ắn thực vật sử dụng và đồng hóa thức ăn để tào nên nguồn thức ăn động vật đầu tiên. Từ đó thực ăn lại được động vật ăn thịt các cấp tiếp theo sử dụng và đồng hóa. Những chất bài tiết, chất trao đổi và xác chết của mọi sinh vật được sinh vật hoại sinh phân hủy trả lại cho môi trường những nguyên tố hay các chất vô cơ đơn giản ban đầu.

Chu trình sinh địa hóa có thể phân biệt thành 2 loại: Chu trình toàn cầu và chu trình cục bộ.

i) Chu trình toàn cầu (chu trình hoàn hảo/chu trình các chất khí): khí cácbon dioxyt, oxy, lưu huỳnh và nitrogen có trong bầu khí quyển và chu trình của các nguyên tố này xẩy ra trên phạm vi toàn cầu. Ví dụ một số nguyên tử cácbon, oxygen mà thực vật thu nhận dưới dạng CO₂ trong bầu khí quyển có thể thải ra qua hoạt động hô hấp của sinh vật ở cách đó rất xa.

ii) Chu trình cục bộ (chu trình không hoàn hảo/chu trình các chất lắng đọng): các nguyên tố như photpho, kali, canxi là quá nặng để vận chuyển dưới dạng khí trên bề mặt Trái đất. Trong các hệ sinh thái trên cạn chu trình vận chuyển các nguyên tố này chỉ giới hạn trọng một vùng nhất định. Rễ cây hấp thụ các nguyên tố từ đất và các nguyên tố đó lại quay trở lại đất qua các hoạt động phân giải hữu cơ của sinh vật phân hủy. Tuy nhiên trong các hệ sinh thái thủy sinh, chu trình vận chuyển của các nguyên tố đó có thể xẩy ra trên phạm vi rộng hơn do các nguyên tố hòa tan và vận chuyển theo dòng nước.

Một cách chung nhất, hãy xem xét chu trình dinh dưỡng tổng quát, bao gồm sự vận chuyển các nguồn dự trữ chính của các nguyên tố và sự vận chuyển của các nguyên tố giữa các nguồn dự trữ chính đó. Mỗi nguồn dự trữ có 2 đặc điểm: hoặc chúng chứa chất hữu cơ hoặc chất vô cơ, và hoặc có hoặc không có các chất cần cho sinh vật. Các chất có trong cơ thể sinh vật sống hoặc xác chết (nguồn dự trữ A) là có sẵn cho các sinh vật khác khi chúng ăn và khi sinh vật phân hủy tiêu thụ các xác sinh vật.. Một số nguyên tố chuyển từ nguồn dự trữ chất hữu có trong cơ thể sống sang nguồn dự trữ chất hữu cơ hóa thạch (nguồn dự trữ B). từ thời gian trước đó rất lâu, khi sinh vật chết chuyển hóa thành than đá, than bùn hoặc dầu lửa. Những chất này không thể được sinh vật đồng hóa trực tiếp.

Các chất vô cơ (nguyên tố hoặc hợp chất) hòa tan trong nước hoặc có trong đất, không khí (ở nguồn dự trữ C) có thể được sinh vật sử dụng trong quá trình đồng hóa và lại trả lại nguồn dự trữ các chất hóa học của chúng một cách nhanh chóng qua các quá trình hô hấp tế bào quá trình bài tiết và phân giải chất hữu cơ. Mặc dù hầu hết các sinh vật không thể trực tiếp hấp thu các nguyên tố vô cơ từ đá (nguồn dự trữ D), nhưng các nguyên tố ở nguồn dự trữ này có thể dần dần được sử dụng nhờ quá trình phong hóa và xói mòn. Tương tự, những vật chất hữu cơ không được sử dụng nằm trong các mỏ hóa thạch có thể trở thành chất vô cơ khi hóa thạch đó bị đốt cháy, giải thoát khí vào bầu khí quyển.