Bài 44: Chu trình sinh địa hóa và sinh quyển

Trao đổi vật chất qua chu trình sinh địa hóa

• Chu trình sinh địa hoá là chu trình trao đổi các chất vô cơ trong tự nhiên, theo đường từ môi trường ngoài truyền vào cơ thể sinh vật, qua các bậc dinh dưỡng rồi từ cơ thể sinh vật truyền trở lại môi trường
• Một chu trình sinh địa hoá gồm các thành phần : tổng hợp các chất, tuần hoàn chất trong tự nhiên, phân giải và lắng đọng một phần vật chất (trong đất, nước…)
• Chu trình sinh địa hoá gồm 2 pha
  • Pha sinh học: tổng hợp, cố định một số chất vào trong cơ thể dưới dạng hợp chất hóa học
  • Pha vô sinh: tạo ra các chất vô cơ trả lại môi trường
• Phân loại: gồm 2 nhóm chính 
  • Chu trình chất khí: các chất tham gia vào chu trình này (O₂, CO₂, N₂, H₂O) có nguồn dự trữ trong khí quyển, sau khi đi qua quần xã sinh vật ít bị thất thoát, phần lớn được hoàn trả lại cho chu trình
  • Chu trình chất lắng đọng: các chất tham gia vào chu trình này (Fe, Mg,…) có nguồn dự trữ từ vỏ trái đất, sau khi đi qua quần xã sinh vật phần lớn chúng được tách ra khỏi chu trình đi vào các chất lắng đọng, gây thất thoát vật chất nhiều

• Vai trò: duy trì sự cân bằng vật chất trong sinh quyển

Một số chu trình sinh địa hóa

Chu trình carbon

• Carbon tham gia vào thành phần cấu tạo của carbohydrat,  để hình thành các hợp chất hữu cơ khác như protein, lipid, vitamin…
• Carbon đi vào chu trình dưới dạng cacbon điôxit (CO₂)
  • Nguồn CO₂ trong khí quyển do các hoạt động hô hấp của thực vật, động vật dị dưỡng, vi sinh vật phân giải, hô hấp của sinh vật biển, hoạt động công nghiệp, động cơ nổ, lò nung vôi, núi lửa…
  • CO₂ được sinh vật tự dưỡng sử dụng để quang hợp tổng hợp chất hữu cơ
  • Nguồn chất hữu cơ qua chuỗi, lưới thức ăn vào cơ thể sinh vật khác
  • Xác của động vật, thực vật tạo ra than, khí, dầu mỏ cung cấp nhiên liệu cho con người, từ đó giải phóng CO₂

→ Vòng tuần hoàn kín

Bầu khí quyển có nồng độ CO₂ đã khá ổn định trong hàng trăm triệu năm. Tuy nhiên gần đây với sự phát triển của các ngành kinh tế, đốt quá nhiều nhiên liệu hóa thạch và thu hẹp diện tích rừng đã làm hàm lượng CO₂ tăng → bức xạ nhiệt đến hành tinh không thoát ra được vào vũ trụ, nhiệt độ trên bề mặt Trái Đất tăng lên tương tự ( hiệu ứng nhà kính ) → mực nước biển dâng cao, nhiều vùng đất thấp và các thành phố ven biển có nguy cơ ngập chìm

Chu trình nitrogen

• Thực vật hấp thu nitrogen dưới dạng muối ammonium (NH_4⁺ ) và nitrate (NO_3^–)
• Các muối trên được hình thành trong tự nhiên bằng các con đường
  • Con đường sinh học: đóng vai trò quan trọng nhất, cố định nitrogen do các vi sinh vật thực hiện
  • Con đường vật lý – hóa học: quang hóa và sự phóng điện trong các cơn giông đã oxi hóa nitrogen thành nitrate
• Các vi khuẩn thuộc chi Rhibozium tạo ra nốt sần ở rễ cây họ đậu, vi khuẩn lam sống tự do hay cộng sinh trong cây bèo hoa dâu tham gia cố định nitrogen
• Nitrogen từ xác sinh vật trở lại môi trường đất, nước thông qua hoạt động phân giải chất hữu cơ của vi khuẩn, nấm,…
• Sự trao đổi nitrogen trong quần xã qua chuỗi và lưới thức ăn
• Hoạt động phản nitrate của vi khuẩn trả lại một lượng nitrogen phân tử cho đất, nước và khí quyển
• Các giai đoạn chính trong chu trình nitrogen (xét theo phương diện hóa học)
  • Cố định nitrogen quá trình biến nitrogen phân tử thành hợp chất ammonium, nitrite, nitrate
  • Quá trình nitrate hóa tạo ra các hợp chất nitrate trong đất
  • Phân hủy nitrate một phần nitrogen trong nitrate được tái hồi và trả lại môi trường thông qua vi khuẩn phản nitrate
• Ngoài ra, người ta tổng hợp một lượng lớn phân đạm để phục vụ sản xuất,  nâng cao năng suất cây trồng và cải tạo đất:
  • Bón phân hữu cơ, xác sinh vật cho đất
  • Trồng cây họ đậu góp phần cải tạo đất, thả bèo hoa dâu vào ruộng lúa làm tăng lượng đạm cho lúa
  • Cung cấp cho đất các chế phẩm sinh học là các vi sinh vật cố định đạm

Chu trình nước

• Nước là thành phần không thể thiếu của cơ thể và chiếm phần lớn khối lượng của cơ thể sinh vật, giữa cơ thể sinh vật và môi trường luôn xảy ra quá trình trao đổi nước
• Nước mưa rơi xuống đất, một phần thấm xuống các mạch nước ngầm, một phần tích lũy trong sông, suối, ao, hồ,…
• Nước mưa trở lại khí quyển dưới dạng hơi nước thông qua hoạt động thoát hơi nước của lá cây và bốc hơi nước trên mặt đất
• Nước đóng vai trò hết sức quan trọng trong hệ sinh thái toàn cầu nhưng nguồn nước không phải là vô tận và đang bị suy giảm nghiêm trọng, chúng ta cần phải bảo vệ nguồn nước sạch: bảo vệ và trồng rừng, bảo vệ và chống ô nhiễm nguồn nước, sử dụng tiết kiệm 

Sinh quyển

Sinh quyển gồm toàn bộ các sinh vật sống trong lớp đất, lớp nước và không khí của Trái Đất

• Sinh quyển dày khoảng 20km, bao gồm các lớp đất dày khoảng vài chục mét, lớp không khí cao 6-7km và lớp nước đại dương sâu tới 10-11km

• Sinh quyển được chia thành nhiều khu sinh học (biome) khác nhau, tùy theo các đặc điểm địa lí, khí hậu và sinh vật sống trong mỗi khu:
  • Các khu sinh học trên cạn bao gồm đồng rêu hàn đới (Tundra), rừng lá kim phương Bắc (rừng Taiga), rừng lá rộng rụng theo mùa và rừng hỗn tạp ôn đới bắc bán cầu, thảo nguyên, rừng Địa Trung Hải, rừng ẩm thường xanh nhiệt đới, savan, hoang mạc và sa mạc. Ở Việt Nam có các khu rừng bảo vệ và Vườn Quốc gia như Vườn Quốc gia Cúc Phương, Tam Đảo, Nam Cát Tiên…
  • Các khu sinh học nước ngọt trên đất liền bao gồm những khu nước đứng là các đầm , hồ , ao ,….. và khu nước chảy là các sông suối
  • Khu sinh học biển : Theo chiều thẳng đứng, lớp nước mặt là nới sống của nhiều sinh vật nổi, lớp giữa có nhiều động vật tự bơi, lớp dưới cùng có những động vật đáy sinh sống. Theo chiều ngang , biển được phân ra thành vùng ven bờ và vùng khơi. Vùng ven bờ ( nhất là vùng nước lợ) có thành phần sinh vật phong phú hơn hẳn vùng khơi. Ở Việt Nam có khu bảo vệ Hòn Mun, Khánh Hòa