Biogeochemické cykly

Telo človeka je zložené z troch základných skupín organických látok, akými sú cukry, tuky a bielkoviny. Tie sú ďalej zložené z niekoľkých biogénnych prvkov, ktorých kolobeh v prírode je nesmierne dôležitý pre zachovanie života. Sú to makroelementy:

  • uhlík
  • dusík
  • kyslík
  • fosfor
  • síra

Cyklus vody tvorí samostatný hydrologický cyklus.

Cyklus vodíka je buď súčasťou vody alebo ostatných cyklov.

Hydrologický cyklus

Základom tohto cyklu je výmena vody medzi zemským povrchom a atmosférou prostredníctvom odparovania (transpirácie) a zrážok. Môžeme rozlíšiť veľký kolobeh na úrovni biosféry a malý kolobeh na úrovni ekosystému. Transpirácia sa výrazne podieľa na vodnej bilancii terestrických (pozemných) ekosystémov. Tento cyklus je ovplyvnený človekom, jeho poľnohospodárskou a priemyselnou činnosťou, spotrebou pitnej vody, výstavbou vodných elektrární atď.

Cyklus uhlíka

Uhlík je najrozšírenejší prvok živej hmoty. Jeho cyklus patrí k najjednoduchším. Z ekosystému sa uvoľňuje vo forme CO2 práve tak rýchlo ako sa do neho dostáva. Rozhodujúci význam má pomer CO2 v atmosfére k CO2 rozpustenému vo vode. Výmena medzi týmito prostrediami sa deje difúziou a do vôd sa dostáva aj zrážkami. Časť uhlíka sa ukladá vo forme humusu, nafty, rašeliny, uhlia, schránok živočíchov či ukladanie uhličitanov v zemskej kôre. V posledných rokoch sa množstvo CO2 v atmosfére zvyšuje priemyselnou činnosťou človeka.

Cyklus dusíka

Atmosférický dusík tvorí molekuly N2, ktoré sú medzi sebou spojené trojitou kovalentnou väzbou. V takejto forme sa správa ako inertný plyn a väčšina organizmov nie je schopná takýto dusík asimilovať. Organizmy sú schopné prijímať ho len vo forme dusičnanov, dusitanov, amoniaku alebo v organických zlúčeninách (močovina, proteíny). Energia bleskov alebo prelet meteorov dokážu molekuly dusíka "rozbiť", a takýto reaktívny atomárny dusík potom reaguje s vodnou parou za vzniku kyseliny dusitej.

Rôzne pôdne baktérie sú schopné zmeniť molekulu N2 vďaka enzýmu nitrogenáze. Patria sem symbiotické baktérie rodu Rhizobium, ktoré sa viažu na korene rastlín čeľade bôbovitých a atmosferický dusík menia na amoniak. Nitrifikačné baktérie ako Azotobacter či Clostridium menia amoniak najprv na dusitany a potom až na dusičnany.

Cyklus kyslíka

Kyslík sa začal uvoľňovať do atmosféry až potom, čo na Zem preniklo ultrafialové žiarenie, ktoré spôsobilo disociáciu (chemický rozpad) vodných pár v horných vrstvách atmosféry a následný vznik kyslíka. Po vzniku jednoduchých organizmov sa zvýšilo množstvo kyslíka (O2), bol väčší aj objem ozónu (O3). Tak sa vytvorila ozónová vrstva a na Zemi sa začal vyvíjať život. Prvé anaeróbne organizmy sa museli ovzdušiu s kyslíkom prispôsobiť. Rozvinula sa fotosyntéza, a tým sa rapídne zvýšil objem kyslíka v atmosfére. Začali sa vyvíjať organizmy schopné respirácie (dýchania). Najviac kyslíka uvoľňujú v súčasnosti morské riasy a fotosyntetizujúce rastliny. Časť kyslíka je viazaná v uhličitanových sedimentoch na dne morí a oceánov.

Cyklus fosforu

K hlavným zásobám fosforu patria sedimenty a horniny v litosfére. Uvoľňuje sa zvetrávaním a katabolickými reakciami organizmov. Veľká časť zvetraných hornín sa dostáva do vody. Odtiaľ človek získava ročne asi 60 tisíc ton fosforu.

Cyklus síry

Hlavným zdrojom síry sú anorganické sírany, ktoré sú redukované autotrofnými organizmami. Zdroje síry sú najmä v zemskej kôre a pôde, v menšej miere aj v atmosfére. Vo vodách patria síranové katióny k najpočetnejším. Síra nepatrí k limitujúcim faktorom organizmov, ale ako súčasť aminokyselín metionínu a cysteínu je potrebná. Množstvo mikroorganizmov viaže síru a mení ju na sírovodík či sírany. Do atmosféry sa vďaka priemyselnej činnosti človeka dostáva oxid siričitý (SO2).