CÁC CHU TRÌNH VẬT CHẤT TRONG HỆ SINH THÁI

CÁC CHU TRÌNH VẬT CHẤT TRONG HỆ SINH THÁI

MỤC LỤC

2 Chu trình cacbon 6 4.Chu trình phốt pho 22

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

Sinh thái học là khoa học nghiên cứu về các mối quan hệ thống nhất của sinh vật

với sinh vật và sinh vật với môi trường ở mọi mức độ tổ chức, từ cá thể, quần thể đếnquần xã sinh vật và hệ sinh thái và trở thành môn khoa học về cấu trúc của thiênnhiên.Sinh thái học là môn khoa học trẻ, song nhờ kế thừa những thành tựu của nhữnglĩnh vực khoa học sinh học cũng như các ngành khác nó đã trở thành công cụ để conngười khám phá tự nhiên, sống hài hoà với tự nhiên

Nhà sinh thái học người Mỹ Robert E Rickleft đã viết: “nếu chúng ta muốn đạt sựhoà thuận nào đó với thiên nhiên, trong đa số trường hợp buộc chúng ta phải chấpthuận những điều kiện của nó

Cũng như các môn khoa học khác, những kiến thức của sinh thái học đã và đang cóđóng góp to lớn cho nền văn minh của nhân loại Giúp chúng ta ngày càng hiểu biếtsâu về bản chất của sự sống trong mối tương tác với các yếu tố của môi trường, cả hiệntại và quá khứ trong đó bao gồm cuộc sống và sự tiến hoá của con người

Khi con người ra đời, trước hết họ phải biết tìm nơi ở, chỗ kiếm ăn, tránh thú dữ vàcác điều kiện bất lợi của môi trường Vậy để chúng ta có thể tồn tại trong môi trườngnày buộc chúng ta phải biết và hiểu những gì đã, đang và sẽ diễn ra với thiên nhiên

Để có cuộc sông tốt hơn,để khai thác phù hợp nguồn tài nguyên thiên nhiên vàhạn chế nhất có thể những ảnh hưởng không tốt đến môi trường Con người chúng tacần phải làm gì?

Hằng ngày chúng ta vẫn sống vẫn hít thở, ăn uống và sinh hoạt bình thường nhưngdường như ít ai quan tâm đến nguồn gốc và chu trình của những điều đó

Chính vì những lí do trên tôi chọn đề tài: CÁC CHU TRÌNH VẬT CHẤT TRONG

HỆ SINH THÁI để đem lại hiểu biết cho bản thân và kiến thức cho những người xungquanh đặc biệt đối với những ai đang quan tâm về sinh thái học

PHẦN 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

I MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2 Phương pháp nghiên cứu:

- Sưu tầm và tổng hợp tài liệu

II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

Vật chất vận động không ngừng Đó là một quy luật sống bất di bất dịch Giưã cácthành phần sống và không sống của hệ sinh thái bất kì, sự thay đôỉ các nguyên tố khácnhau luôn luôn diễn ra, tạo nên sự tương tác của các quá trình sinh học và địa hoá học Đến nay người ta đã biết khoảng 40 nguyên tố hoá học trong bảng tuần hoàn thamgia vào thành phần các chất sống, sau đó bị vi sinh vật phân huỷ lại trở lại môi trường,rồi lại được sinh vật thu hồi tạo nên các hợp chất mới… Cứ thế vật chất được chuchuyển trong những vòng hầu như khép kín mà ta gọi là chu trình vật chất hay là chutrình sinh địa hoá

Trong ngành địa lý và khoa học Trái Đất, một chu trình sinh địa hóa là một quy

trình mà một phân tử hay nguyên tố hóa học di chuyển qua cả hai tầng sinh học (sinhquyển) và phi sinh học (thạch quyển, khí quyển và thủy quyển) của Trái Đất Một chutrình như thế bao gồm một loạt các biến đổi để trở lại điểm ban đầu và có thể được lặp

đi lặp lại

Chu trình sinh địa hoá là chu trình trao đổi các chất trong tự nhiên: các chất từ môitrường ngoài vào cơ thể, qua các bậc dinh dưỡng rồi từ cơ thể sinh vật truyền trở lạimôi trường

Một chu trình sinh địa hoá gồm có các phần: tổng hợp các chất, tuần hoàn vật chấttrong tự nhiên, phân giải và lắng đọng một phần vật chất trong đất, nước

Một số nguyên tố đóng vai trò rất quan trọng như O2, H2, C, N2, P, S…,tham giacấu tạo nên các hợp chất của sự sống như protein, lipit, gluxit, các enzim, hoocmon…

So với chất không sống thì chất sống là những dạng cacbonxin hoa, hidro hoá và hidrathoá hơn

Trong chu trình, nguyên tố có thể đi theo một vòng lớn khép kín hoặc chỉ tham gia vàotừng công đoạn,rồi sớm tách ra đi vào nguồn dự trữ, tồn tại lâu hay chóng, mới quaylại chu trình

Chu trình vật chất trong đại dương:

Có các chu trình sau:

1 Chu trình nước trên hành tinh

Đây là chu trình kết hợp của 2 nguyên tử H và O Nước trên hành tinh tồn tại dưới 3dạng: rắn, lỏng và hơi Chúng chuyển dạng cho nhau nhờ sự thay đổi của nhiệt độ trên

bề mặt trái đất Trong điều kiện hiện tại, nước chủ yếu chứa trong các biển và đại dương (chiếm 97,6% tổng số) dưới dạng lỏng, khoảng 2,08% nước nằm ở thể rắn(băng), tập trung chính ở 2 cực Trái Đất Nước sông, hồ rất ít, chỉ khoảng 230 nghìnkm3 (gồm cả hồ nước mặn), một ít (khoảng 67000 km3) tạo nên độ ẩm của đất,khoảng 4 triệu km3 nước ngầm có khả năng trao đổi tích cực và 14000 km3 dướidạng hơi nước có mặt trong khí quyển Chu trình nước có thể được mô tả như sau:Nhờ năng lượng Mặt trời, nước ở bề mặt đất, đại dương bốc hơi Khi lên cao, nhiệt độtầng đối lưu giảm, nước tạo thành mây và ngưng tụ thành mưa, thành tuyết rơi xuống bề mặt trái đất, rồi lại theo các dòng chảy về đại dương Do vậy, nướctuần hoàn trên toàn Trái Đất

Từ chu trình nay chúng ta thấy rằng chỉ có năng lượng bức xạ khổng lồ củaMặt Trời mới làm nên những kỳ tích như vậy Nước theo chu trình, song phân bốkhông đồng đều trên hành tinh (theo không gian và thời gian) Ở những vĩ độ nhiệt đới

và xích đạo, lượng mưa trung bình năm vượt trên2250mm, thậm chí có nơi đạt đến10000mmnhư ở Assam(camơrun) Ở lân cận các chí tuyến, lượng mưa trung bình năm

rất thấp, dưới 250mm Do dó khí hậu 2 vùng rất tương phản, tạo nên 2 biom (khu sinhhoc) đối chọi nhau: một nơi là đai rừng ẩm thường xanh, suần ấp, còn một nơi làhoang mạc nóng bỏng nghèo nàn

Ngay trong môt Vùng lượng mưa cũng phân bố không đều theo thời gian Mưa lớn vàtập trung chủ yếu vào mùa mưa, mùa khô lượng mưa lại rất thấp cuộc sống của muônloài cũng phân bố theo Trong mùa mưa, cây cối tốt tươi,hoa trái trĩu cành, muôn thúđua nhau sinh sản ngược lại vào mủa khô, rừng cây xơ xác, động vật cũng giảmcường độ tăng trưởng và sinh sản

Chu trình nước xãy ra trên phạm vi toàn cầu, tham gia vào việc điều hoà khí hậutrên toàn hành tinh Chu trình này do đó còn có tên gọi là chu trình nhiệt - ẩm :

2 Chu trình cacbon

Chu trình cacbon là một chu trình sinh địa hóa học, trong đó cacbon được trao

đổi giữa sinh quyển,thổ nhưỡng quyển, địa quyển và khí quyển của Trái Đất Nó làmột trong các chu trình quan trọng nhất của Trái Đất và cho phép cacbon được tái chế

và tái sử dụng trong khắp sinh quyển và bởi tất cả các sinh vật của nó

Biểu đồ chu trình cacbon Các số màu đen chỉ ra lượng cacbon được lưu giữ trong các nguồn chứa khác nhau, tính bằng tỉ tấn ("GtC" là viết tắt của GigaTons of Carbon (tỉ tấn cacbon) và các con số ước tính vào năm 2004) Các số màu xanh lam sẫm chỉ ra lượng cacbon di chuyển giữa các nguồn mỗi năm Các loại trầm tích, như định nghĩa trong biểu đồ này, dkhông bao gồm ~70 triệu GtC trong các loại đá cacbonat và kerogen.

Chu trình cacbon khởi thủy được Joseph Priestley và Antoine Lavoisier phát hiện ra

và được Humphry Davy phổ biến[1] Hiện nay nó thường được coi như là bao gồm cácnguồn chứa chính sau đây của cacbon, được liên kết với nhau bởi các con đường traođổi:

• Phần bên trong của Trái Đất, với cacbon từ lớp phủ và lớp vỏ Trái Đất được giảiphóng vào khí quyển và thủy quyển thông qua hoạt động phun trào núi lửa và các hệthống địa nhiệt.

Sự di chuyển hàng năm của cacbon, hay sự trao đổi cacbon giữa các nguồn chứa,xảy ra là do các quá trình hóa học, vật lý, địa chất và sinh học khác nhau Đại dươngchứa vũng hoạt hóa lớn nhất của cacbon gần bề mặt Trái Đất, nhưng phần đại dươngsâu của vũng này lại không trao đổi nhanh với khí quyển vì thiếu ảnh hưởng và tácđộng từ bên ngoài, chẳng hạn như miệng phun thủy nhiệt hay rò rỉ giếng dầu vùngnước sâu không bị kiềm chế

Quỹ cacbon toàn cầu là sự cân bằng của các trao đổi (thu nhận và giải phóng hay

đến và đi) của cacbon giữa các nguồn chứa cacbon hay giữa một vòng trao đổi cụ thể(chẳng hạn như giữa khí quyển với sinh quyển) trong chu trình cacbon Sự thẩm traquỹ cacbon của một vũng hay một nguồn chứa có thể cung cấp thông tin về việc vũnghay nguồn chứa này đang vận hành như là một nguồn giải phóng hay nguồn thugiữ điôxít cacbon

Trong khí quyển

Nồng độ điôxít cacbon trong tầng đối lưu năm 2009.Cacbon tồn tại trong khíquyển Trái Đấtchủ yếu dưới dạng khí điôxít cacbon (CO2) Mặc dù chỉ chiếm một tỷ lệphần trăm nhỏ trong khí quyển (khoảng 0,04% tính theo mol), nhưng nó lại có vai tròthiết yếu trong việc hỗ trợ sự sống Các khí khác chứa cacbon có trong khí quyển

là mêtan và các clorofluorocacbon (các loại khí thứ hai này có nguồn gốc hoàn toànnhân tạo) Cây cối và các loại thực vật xanh khác như cỏ chuyển hóa điôxít cacbonthành các cacbohydrat thông qua quang hợp, giải phóng ôxy trong quá trình này Quátrình này là mạnh nhất trong các khu rừng tương đối mới, nơi sự phát triển của cây cối

là nhanh hơn cả Tác động là mạnh nhất trong các khu rừng lá sớm rụng vào giai đoạn

ra lá trong mùa xuân Điều này có thể thấy được như là tín hiệu hàng năm trong đườngcong Keeling của hàm lượng CO2 đã đo đạc được kể từ năm 1958 tới nay Sự giảmxuống hàng năm của hàm lượng điôxít cacbon tại Bắc bán cầu trong mùa xuân là chiphối, do tại đây có nhiều đất đai hơn trong các vĩ độ ôn đới so với ở Nam bán cầu.

• Rừng lưu giữ khoảng 86% lượng cacbon trên mặt đất trong đất liền của Trái Đất

và khoảng 73% lượng cacbon trong đất của hành tinh

• Tại bề mặt các đại dương về phía các địa cực thì nước biển trở thành lạnh hơn và

vì thế có nhiều axít cacbonic được hình thành hơn, do CO2 trở nên dễ hòa tan hơn.Điều này đi liền với quá trình luân chuyển nhiệt muối của đại dương, vận chuyển nước

bề mặt nặng hơn vào trong lòng đại dương (xem bài về bơm dung giải)

• Tại các khu vực bề mặt đại dương, nơi có hiệu suất chuyển hóa sinh học cao, cácsinh vật chuyển hóa cacbon bằng cách khử bớt nó vào các mô hay thành cacbonattrong các phần cứng của cơ thể như mai hoặc vỏ của chúng Tương ứng với chúng

là bơm mô mềm ôxi hóa và bơm cacbonat (hay bơm mô cứng) tái hòa tan ở các mứctính theo trung bình là thấp hơn của đại dương so với các mức mà chúng được hìnhthành, kết quả là tạo ra một luồng lắng xuống của cacbon (xem mục từ về bơm sinhhọc)

• Sự phong hóa của các loại đá silicat (xem chu trình cacbonat-silicat) Axítcacbonic phản ứng với đá bị phong hóa để tạo ra các ion bicacbonat Cácion bicacbonat đã sinh ra được vận chuyển tới các đại dương, nơi chúng được sử dụng

để tạo ra các loại khoáng chất chứa cacbonat của đại dương Không giống như

CO2 hòa tan trong cân bằng hay các mô bị phân hủy, phong hóa không di chuyểncacbon vào bên trong nguồn chứa nó mà từ đó nó có thể sẵn sàng để hoàn trả lại chokhí quyển

• Năm 1958, hàm lượng điôxít cacbon trong khí quyển đo đạc tại Mauna Loa làkhoảng 320 phần triệu (ppm), còn trong năm 2011 thì hàm lượng đo tại đây là khoảng

391 ppm

• Phát xạ CO2 trong tương lai có thể tính toán theo đồng nhất thức Kaya

Cacbon được giải phóng vào khí quyển theo vài cách:

• Thông qua hô hấp của động và thực vật Đây là một loại phản ứng tỏa nhiệt và nóbao gồm sự phân rã glucoza (hay các phân tử hữu cơ khác) thành điôxít cacbon

và nước

• Thông qua phân hủy các chất có nguồn gốc từ động vật và thực vật bởi vikhuẩn Nấm và vi khuẩn phân hủy các hợp chất chứa cacbon trong động và thực vậtchết và chuyển cacbon có trong đó thành điôxít cacbon (nếu có mặt ôxy), haythành mêtan (nếu không có ôxy).

• Thông qua quá trình cháy của vật chất hữu cơ, trong đó cacbon chứa trong vậtchất này bị ôxi hóa, sinh ra điôxít cacbon (và các chất khác, như hơi nước) Việc đốtcháy các nhiên liệu hóa thạch như than, các sản phẩm từ dầu mỏ và khí tự nhiên giảiphóng cacbon đã lưu trữ trong địa quyển từ hàng triệu năm qua Việc đốt cháycác nhiên liệu nông nghiệp cũng giải phóng điôxít cacbon chỉ được lưu giữ trong vàitháng hay vài năm

• Sản xuất xi măng Điôxít cacbon được giải phóng khi đá vôi (cacbonat canxi) bịnung nóng để tạo ra vôi sống (ôxít canxi), một thành phần của xi măng

• Tại bề mặt đại dương, nơi nước trở nên ấm hơn, điôxít cacbon đã hòa tan đượcgiải phóng ngược trở lại khí quyển, do độ hòa tan của nó giảm xuống

• Các vụ phun trào núi lửa và biến chất giải phóng các khí vào khí quyển Các khínúi lửa chủ yếu là hơi nước, điôxít cacbon và điôxít lưu huỳnh Lượng điôxít cacbongiải phóng theo cách này về cơ bản là xấp xỉ bằng lượng hấp thụ trong quá trình phonghóa silicat; vì thế hai quá trình, về mặt hóa học là ngược lại nhau, có tổng xấp xỉ bằngkhông, và vì vậy gần như không ảnh hưởng tới nồng độ điôxít cacbon trong khí quyển,khi tính theo thang thời gian không ngắn hơn khoảng 100.000 năm

Trong sinh quyển

Cacbon là thành phần thiết yếu của sự sống trên Trái Đất Khoảng một nửa trọnglượng khô của phần lớn các sinh vật là cacbon Nó có vai trò quan trọng trong kếtcấu, hóa sinh học và dinh dưỡng của mọi tế bào Các sinh khối giữ khoảng 575 tỉ tấncacbon, phần lớn trong số này dưới dạng gỗ Đất giữ khoảng 1.500 tỉ tấn, chủ yếu dướidạng cacbon hữu cơ, và có lẽ với khoảng một phần ba của nó là các dạng cacbon vô

cơ, như cacbonat canxi

•Sinh vật tự dưỡng là các sinh vật có khả năng tạo ra các hợp chất hữu cơ của chínhchúng bằng cách sử dụng điôxít cacbon từ không khí hay từ trong nước mà trong đóchúng sống Để làm điều này, chúng cần có nguồn năng lượng từ bên ngoài Gần nhưmọi sinh vật tự dưỡng đều sử dụng bức xạ mặt trời (ánh nắng) để có nguồn năng lượngnày, và vì thế quá trình sản xuất của chúng được gọi là quang hợp Một lượng nhỏ sinh

vật tự dưỡng khai thác các nguồn năng lượng hóa học trong quá trình gọi là hóa tổnghợp Các sinh vật tự dưỡng quan trọng nhất của chu trình cacbon là cây cối trong cáckhu rừng trên cạn và các thực vật phiêu sinh trên mặt đại dương Quá trình quang hợp

về cơ bản có thể coi là tuân theo phản ứng sau: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

•Cacbon được di chuyển trong phạm vi sinh quyển nhưlaf nguồn thức ăn củacác sinh vật dị dưỡng, khi chúng ăn các sinh vật khác hay các bộ phận của sinh vậtkhác (như hoa, quả, củ) Quá trình này cũng bao gồm cả việc hấp thụ các vật chất hữu

cơ từ sinh vật chết của nấm và vi khuẩn (trong quá trình lên men hay phân hủy)

•Phần lớn cacbon rời khỏi sinh quyển thông qua hô hấp Khi có mặt ôxy, hô hấphiếu khí diễn ra và giải phóng điôxít cacbon vào không khí hay nước bao quanh, tuântho phản ứng: C6H12O6+ 6O2 → 6CO2 + 6H2O Khi không có ôxy, hô hấp kị khí xảy ra

và giải phóng mêtan vào môi trường xung quanh, và cuối cùng là thoát vào khí quyểnhay thủy quyển (như khí đầm lầy hay khí thoát ra từ trung tiện)

•Sự đốt cháy sinh khối (như cháy rừng, đốt củi gỗ để lấy nhiệt v.v.) cũngchuyerenrmột lượng đáng kể cacbon vào khí quyển

•Cacbon cũng luân chuyển trong phạm vi sinh quyển khi vật chất hữu cơ chết(như than bùn) nập vào trong địa quyển Mai hay vỏ của động vật chứa cacbonatcanxi cuối cùng cũng có thể chuyển thành đá vôi thông qua quá trình trầm tích hóa

•Còn nhiều vấn đề với chu trình cacbon trong lòng biển thẳm cần phải nghiên cứuthêm Chẳng hạn, phát hiện gần đây cho thấy các sinh vật sống đuôi có cuống(Appendicularia) tạo ra một lượng lớn các ổ dịch nhầy, tới mức chúng có thể chuyển

cả một lượng lớn cacbon vào lòng biển thẳm, cũng lớn như đã được phát hiện trướcđây bởi các bẫy trầm tích Do kích thước và thành phần của chúng, các ổ này hiếm khithu thập được trong các bẫy trầm tích, vì thế phần lớn các phân tích sinh địa hóa học

đã bỏ qua chúng một cách sai lầm

Cacbon lưu giữ trong sinh quyển chịu ảnh hưởng của một số quá trình ở các thangthời gian khác nhau Trong khi sản xuất chủ đạo ròng tuân theo chu kỳ hàng ngày vàchu kỳ mùa, cacbon có thể được lưu giũ tới vài trăm năm trong cây gỗ và tới hàngnghìn năm trong đất Các thay đổi trong các vũng cacbon dài hạn này (như chặt pháhay trồng rừng hoặc thông qua các thay đổi có liên quan tới nhiệt độ trong sự hô hấpcủa đất) có thể ảnh hưởng tới sự thay đổi khí hậu toàn cầu

Trong thủy quyển

Hàm lượng cacbon vô cơ hòa tan tại mặt biển "ngày nay" (thập niên 1990) (lấytheo khí hậu họccủa Global Ocean Data Analysis Project (GLODAP).

Các đại dương chứa khoảng 36.000 tỉ tấn cacbon, chủ yếu dưới dạngion bicacbonat (trên 90%, với phần còn lại là cacbonat) Các trận bão tố lớn vùi lấpmột lượng lớn cacbon, do chúng cuốn trôi nhiều trầm tích Chẳng hạn, một tổ nghiêncứu từ Đại học bang Ohio đã thông báo trong số phát hành tháng 7 năm 2008 của tạp

chí Geology rằng chỉ một trận bão tại Đài Loan đã vùi lấp một lượng cacbon trong

lòng đại dương dưới dạng trầm tích cũng nhiều bằng lượng cacbon bị vùi lấp do toàn

bộ các trận mưa trong cả một năm tại vùng đất này cộng lại Cacbon vô cơ (các hợpchất cacbon không chứa liên kết cacbon-cacbon hay cacbon-hiđrô), là quan trọng trongcác phản ứng của chúng với nước Sự trao đổi cacbon này là quan trọng trong việckiểm soát độ pH trong lòng đại dương và cũng có thể thay đổi như là nguồn cung cấphay thu cacbon Cacbon cũng sẵn sàng trao đổi giữa khí quyển và đại dương Trongkhu vực có sóng cuộn từ dưới lên của đại dương, cacbon được giải phóng vào khíquyển Ngược lại, tại các khu vực sóng cuộn từ bề mặt xuống sâu thì cacbon dưới dạng

CO2 lại từ không khí chuyển vào lòng đại dương Khi CO2chuyển vào lòng đại dương,

nó tham gia vào một loạt các phản ứng, được cân bằng ở quy mô cục bộ:

Hòa tan:

CO2(khí quyển) + CO2(hòa tan)

Chuyển hóa thành axít cacbonic:

CO2(hòa tan) + H2O + H2CO3

Ion hóa bậc nhất:

H2CO3 + H+ + HCO3− (ion bicacbonat)

Ion hóa bậc hai:

HCO3− + H+ + CO3−− (ion cacbonat)

Mỗi phản ứng trong chuỗi các phản ứng hóa học này đều có hệ số cân bằng riêngcủa chính mình, xác định dạng mà cacbon vô cơ chiếm giữ trong lòng đại dương Các

hệ số này, từng được xác định theo công thức kinh nghiệm cho nước biển, là các hàm

số phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và sự tồn tại của các ion khác (đặc biệt là ion borat).Trong lòng đại dương, các cân bằng nghiêng về phía ion bicacbonat Do ion này làbước thứ ba trong quá trình loại CO2 từ khí quyển, nên mức độ lưu giữ cacbon vô cơtrong lòng đại dương không tỷ lệ thuận với áp suất thành phần của CO2 trong khíquyển Hệ số đối với đại dương là khoảng 10, nghĩa là khi CO2 trong khí quyển tăng(giảm) 10% thì cân bằng lưu giữ trong đại dương chỉ tăng (giảm) khoảng 1%, với hệ

số chính xác phụ thuộc vào các điều kiện tại khu vực đo đạc Hệ số đệm này thườngđược gọi là "hệ số Revelle", đặt theo tên nhà khoa học Roger Revelle

Trong lòng đại dương, cacbonat hòa tan có thể kết hợp với canxi hòa tan để kết tủadưới dạng cacbonat canxi (CaCO3) rắn, chủ yếu dưới dạng mai hay vỏ của các vi sinhvật Khi các sinh vật này chết đi, lớp vỏ của chúng trầm lắng xuống và tích tụ trên đáybiển Theo thời gian, các trầm tích cacbonat này tạo thành đá vôi, nguồn chứa cacbonlớn nhất trong chu trình cacbon Canxi hòa tan trong đại dương đến từ phong hóa hóahọc của các loại đá silicat canxi, trong đó axít cacbonic và các axít khác có trong nướcngầm phản ứng với các khoáng vật chứa canxi, giải phóng ra các ion canxi tự do vàotrong dung dịch và để lại phần bã của các khoáng vật sét giàu nhôm mới được hìnhthành cùng các khoáng chất không hòa tan, như thạch anh

Luồng hấp thụ điôxít cacbon vào trong lòng đại dương chịu ảnh hưởng bởi sự cómặt của các virus phổ biến rộng trong nước biển, gây nhiễm trùng cho nhiều loài vikhuẩn Sự chết đi hàng loạt của vi khuẩn dẫn tới kết quả là làm gia tăng sự hô hấpđiôxít cacbon tại bề mặt tiếp giáp của khí quyển và đại dương, góp phần làm tăng vaitrò của đại dương như là nguồn hấp thụ cacbon

3.Chu trình nito

Vai trò: Nitơ là một nguyên tố có nguồn dự trữ khá giàu trong khí quyển, chiếm gần80% thể tích, gấp gần 4 lần thể tích khí oxy Nitơ là thành phần quan trọng cấu thành nguyên sinh chất tế bào, là cấu trúc của protein Nitơ phân tử (Nitơ tự do - N2) có nhiều trong khí quyển, nhưng chúng không có hoạt tính sinh học đối với

phần lớn các loài sinh vật, chỉ một số rất ít các loài sinh vật có khả năng đồng hoáđược nitơ ở dạng này Các loài thực vật có thể sử dụng được nitơ ở dạng muối nhưnitrat - đạm dễ tiêu (NO3-) hoặc ở dạng ion amon (NH4+), NO2

Chu trình nitơ về cơ bản cũng tương tự như các chu trình khí khác, được sinh vật sảnxuất hấp thụ và đồng hoá rồi được chu chuyển qua các nhóm sinh vật tiêu thụ, cuốicùng bị sinh vật phân huỷ trả lại nitơ phân tử cho môi trường Tuy nhiên quá trình nàydiễn ra phức tạp hơn nhiều, tuy vậy chu trình nitơ là chu trình xảy ra nhanh và liên tục

Do tính chất phức tạp của chu trình bao gồm nhiều công đoạn theo từng bước: sự cố định đạm, sự amôn hoá, nitit hoá, nitrat hoá và phản nitrat

a Sự cố định đạm (Nitrogen fixation)

Cố định đạm trước hết đòi hỏi sự hoạt hoá phân tử nitơ để tách nó thành 2 nguyên

tử (N2 => 2N), trong cố định nitơ sinh học thì đó là bước đòi hỏi năng lượng là 160Cal/mol Khi kết hợp nitơ với hydro tạo thành amoniac (N +H => NH3) Tất cả cácsinh vật cố định nitơ đều cần năng lượng từ bên ngoài, mà các hợp chất cacbon đóngvai trò đó để thực hiện những phản ứng nội nhiệt (Endothermic) Trong quá trình

cố định đạm, vai trò điều hoà chính là 2 loại enzym: nitrogenase và hydrogenase;chúng đòi hỏi nguồn năng lượng rất thấp.

Trong tự nhiên, cố định đạm xảy ra bằng con đường hoá - lý và sinh học, trong đócon đường sinh học có ý nghĩa nhất và cung cấp 1 khối lượng lớn đạm dễ tiêu cho môitrường đất Sự cố định đạm bằng điện hoá và quang hoá trung bình hàng năm tạo ra7,6 triệu tấn (4-10kg/ha/năm), còn bằng con đường sinh học khoảng 54 triệu tấn Những sinh vật có khả năng cố định đạm là vi khuẩn và tảo Chúng gồm 2 nhómchính: Nhóm sống cộng sinh (phần lớn là vi khuẩn, một số ít tảo và nấm) và nhómsống tự do (chủ yếu là vi khuẩn và tảo) Vi khuẩn cố định đạm sống cộng sinh gặpnhiều trong đất, ngược lại các loài cố định đạm sống tự do lại gặp nhiều trong nước vàtrong đất Song nhóm cộng sinh về mặt số lượng có vai trò quan trọng hơn, gấp trămlần nhóm sống tự do

Ngoài những vi khuẩn cố định đạm cần năng lượng lấy từ nguồn cacbon bên ngoài,

còn có loài vi khuẩn tía (Rhodopseudomonas capsulata) có thể sinh sống bằng nitơ

phân tử trong điều kiện kỵ khí mà ánh sáng được sử dụng như một nguồn nănglượng (Madigan và nnk, 1979)

Những vi khuẩn có khả năng cố định nitơ gồm các loài của

chi Rhizobium sống cộng sinh với các cây họ Đậu để tạo nên các nốt sần ở rễ, cố định được một lượng lớn nitơ Ví dụ, cỏ 3 lá (Trifolium sp.) và đậu chàm (Medicago sp.) cố định được 150 - 400kg/ha/năm Ngoài ra gần đây, người ta còn phát hiện ra một số các loài xạ khuẩn (Actinomycetes) (nhất là các nấm nguyên thuỷ) cộng sinh trong rễ của chi Alnus và một số loài cây khác cũng có khả năng cố định đạm, tuy hiệu suất thấp hơn so với Rhizobium Đến nay, người ta đã biết được xạ

khuẩn sống cộng sinh trong rễ của 160 loài cây thuộc 8 chi của 8 họ thực vật khác

nhau Ngoài các loài của chi Alnus, các loài khác đều thuộc các chi Ceanothus,

Comptonia, Eleagnus, Myrica, Casuarina, Coriaria, Araucaria và Ginkgo (Torrey, 1978) và chúng sống tập trung ở vùng ôn đới.