Ciclo de material

Em ecologia, o ciclo material é uma transformação periódica de compostos químicos , durante a qual - após uma série de reações químicas - a matéria - prima é criada novamente. Existem vários ciclos de materiais nos ecossistemas , por exemplo, um ciclo do carbono , um ciclo do nitrogênio , um ciclo do enxofre e um ciclo do fósforo .

Fatores

Para a estrutura dos tecidos orgânicos e do metabolismo, os seres vivos precisam de vários elementos químicos e seus compostos. O fornecimento e a reposição desses nutrientes, como o fornecimento de energia, podem limitar a produção de um ecossistema . A produção de muitos sistemas terrestres é limitada pela falta de nitrogênio , em sistemas aquáticos o fósforo é frequentemente limitante, em sistemas marinhos a falta de ferro pode limitar a produtividade. Os elementos nutricionais podem ser repostos de fora do ecossistema, dependendo do elemento por meio do intemperismo da rocha, do transporte de água ou do abastecimento da atmosfera. No entanto, grandes quantidades dos elementos nutricionais necessários são trocados dentro do sistema. Isso permite que os mesmos nutrientes sejam usados ​​várias vezes no sistema, mantendo assim sua produtividade. Por meio desses ciclos internos de materiais, consumidores e destruidores podem controlar indiretamente a produtividade do ecossistema.

Um ciclo de nutrientes dentro de um ecossistema só pode entrar em elementos que (além de serem armazenados nos próprios organismos) têm armazenamento inorgânico. Os compostos gasosos no envelope de ar, como o dióxido de carbono, não podem formar um ciclo no sistema; eles são trocados com todo o reservatório da atmosfera. As substâncias dissolvidas como íons podem ser retidas na matriz do solo ou no corpo d'água de um corpo d'água e reabsorvidas. Visto que a terra é um sistema (quase) fechado para substâncias, todos os ciclos de nutrientes devem inevitavelmente ser fechados em um nível global. Isso não se aplica necessariamente à biosfera , que é apenas um subsistema. Os processos de troca com camadas mais profundas, como o manto da Terra, são pequenos no curto prazo em comparação com as vendas na biosfera, mas podem ter efeitos enormes nas escalas de tempo evolucionárias e geológicas.

Para a consideração dos ciclos materiais, além dos próprios processos cíclicos, a troca de material com reservas abióticas , especialmente a atmosfera terrestre e os solos e sedimentos, é importante.

causa

Triângulo do ciclo de material

Diagrama de ciclo de material estendido

Os ciclos de materiais biológicos são movidos por seres vivos . Os seres vivos que constroem matéria orgânica a partir de substâncias inorgânicas são chamados de produtores . Além de algumas bactérias foto ou quimioautotróficas, são exclusivamente plantas. A biomassa formada desta forma é mineralizada novamente em substâncias inorgânicas por destruidores (decompositores). Os destruidores são bactérias e fungos predominantemente heterotróficos . O ecossistema mais simples concebível, portanto, consiste em um produtor e um destruidor.

Além desses grupos, quase todos os ecossistemas também possuem consumidores , que usam substâncias orgânicas para gerar energia. Os consumidores usam parcialmente a biomassa ingerida para construir seu próprio tecido corporal, o resto é liberado por meio de fezes e outros resíduos. A taxa de consumo, ou seja, H. Na maioria dos ecossistemas terrestres, a proporção da produção primária consumida por herbívoros (consumidores primários) é da ordem de 10%; em casos excepcionais, pode ser maior (até 90%), por ex. B. em ecossistemas de savana alimentados por ungulados. O resto da produção vai diretamente para a destrutiva cadeia alimentar (como lixo vegetal, na floresta, por exemplo, como madeira morta e folhas caídas). Mesmo com baixas participações nas vendas, a influência indireta dos consumidores nos fluxos de substâncias pode ser considerável.

Em última análise, a biomassa do consumidor também será mineralizada por destruidores. Através da teia alimentar , as substâncias vão dos produtores em parte aos consumidores e tudo finalmente aos destruidores. Os consumidores aceleram a rotatividade de substâncias e, portanto, os ciclos em relação à cadeia destrutiva.

Como muitos animais migram, eles também transportam e distribuem os nutrientes. Isso leva a uma rede dos ciclos materiais de diferentes ecossistemas. O deslocamento de nutrientes pelos animais é conhecido como translocação .

Efeitos

Em muitos ecossistemas terrestres quase naturais, os ciclos materiais são amplamente fechados, a entrada e a saída de substâncias são baixas, com exceção do carbono. Por meio do armazenamento eficaz, os ecossistemas podem acumular nutrientes que representam fatores de deficiência, como nitrogênio e fósforo, de pequenos suprimentos externos e, assim, aumentar a produtividade do sistema enormemente. A destruição da memória tal. B. a biomassa ou as reservas de húmus do solo podem reduzir drasticamente a produtividade e destruir o sistema temporária ou permanentemente. As pessoas se esforçam para aumentar a produtividade dos agroecossistemas que mantêm adicionando nutrientes como fertilizante. Essas substâncias, que são fornecidas em grandes quantidades, podem ser perdidas para o sistema não apenas como desejado por meio dos bens produzidos, mas também por lixiviação, erosão ou liberação de gás. Os ciclos dos elementos envolvidos, como B. influenciou fortemente o carbono e o nitrogênio. Os ecossistemas naturais são alterados pelos suprimentos resultantes, o que pode influenciar sua estabilidade. O impacto também é significativo em nível global. Por exemplo, o suprimento de nitrogênio para toda a biosfera terrestre praticamente dobrou devido às influências humanas.

Descrição matemática

Referido o conteúdo da matéria ao nível dos produtores, aqueles ao nível dos consumidores e aqueles ao nível dos decompositores ou ações disponíveis gratuitamente, mostra um ciclo de material muito simples, seguindo a forma: ${\ displaystyle P}$${\ displaystyle K}$${\ displaystyle D}$

${\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} P} {\ mathrm {d} t}} = aP-bPK}$

${\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} K} {\ mathrm {d} t}} = bPK-cK}$

${\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} D} {\ mathrm {d} t}} = cK-aP}$

Por razões de simetria, aplica-se o seguinte:

${\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} P} {\ mathrm {d} t}} + {\ frac {\ mathrm {d} K} {\ mathrm {d} t}} + {\ frac {\ mathrm {d} D} {\ mathrm {d} t}} = {\ text {const.}}}$

Aproveitando essa relação, é possível substituir o que leva a e por um sistema com apenas duas variáveis. ${\ displaystyle D}$${\ displaystyle P}$${\ displaystyle K}$

inchar

Veja também

• Via metabólica
• Diagrama de Sankey para ilustrar os ciclos de materiais