Chu trình nước, carbon và nitrogen

Chu trình sinh–địa–hóa là sự vận chuyển và biến đổi vật chất giữa sinh vật với các thành phần môi trường như khí quyển, nước, đất và đá. Có các quá trình sinh học, hóa học và vật lí cùng tham gia. Một phần vật chất có thể nằm lâu trong trầm tích hoặc dạng dự trữ; không phải tất cả trở lại cơ thể ngay. Vật chất tuần hoàn không có nghĩa một hệ sinh thái nhỏ hoàn toàn khép kín với bên ngoài.

Nước bốc hơi từ mặt nước, mặt đất và thoát hơi qua thực vật; hơi nước ngưng tụ, rồi trở lại bề mặt qua mưa hoặc các dạng giáng thủy khác. Nước có thể chảy trên mặt, thấm xuống đất và đi theo dòng ngầm, cuối cùng trở về sông, hồ, biển. Sinh vật lấy nước, sử dụng trong các quá trình sống và trả nước ra môi trường. Chu trình này liên quan chặt chẽ tới năng lượng mặt trời và trọng lực. Nước có tuần hoàn nhưng nước sạch có thể sử dụng tại một địa điểm, thời điểm vẫn có giới hạn. Ô nhiễm hoặc khai thác nước ngầm vượt khả năng bổ cập không được giải quyết chỉ bằng việc nói “rồi nước sẽ quay lại”.

| Đường chuyển chính | Quá trình | |---|---| | CO₂ → chất hữu cơ ở sinh vật sản xuất | Quang hợp | | Chất hữu cơ từ sinh vật này sang sinh vật khác | Ăn và đồng hóa thức ăn | | Chất hữu cơ → CO₂ | Hô hấp, phân giải hiếu khí; đốt cháy vật chất hữu cơ | | Carbon vào nơi dự trữ lâu dài | Lắng đọng, chôn vùi và các quá trình địa chất | Cây cũng hô hấp, không chỉ hấp thụ CO₂. Khi xét tổng tác động của thảm thực vật lên carbon, cần xét lượng lấy vào và lượng trả ra cùng các thay đổi dự trữ. Đốt nhiên liệu hóa thạch chuyển carbon từ nơi dự trữ lâu dài vào khí quyển. Phá rừng còn làm mất sinh khối và giảm khả năng hấp thụ; vì vậy các hoạt động này ảnh hưởng cân bằng carbon. Không đồng nhất chu trình carbon với việc năng lượng cũng quay vòng.

Thực vật thường hấp thụ nitrogen khoáng dưới dạng NH₄⁺ và NO₃⁻. Cây không trực tiếp dùng lượng N₂ dồi dào trong không khí giống cách hấp thụ CO₂ để quang hợp. | Quá trình | Chiều chuyển cần nhớ | |---|---| | Cố định nitrogen sinh học | N₂ → dạng ammonia/ammonium nhờ một số vi sinh vật | | Ammonium hóa | Nitrogen hữu cơ trong xác, chất thải → ammonia/ammonium | | Nitrate hóa | NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻, qua các nhóm vi sinh vật phù hợp | | Đồng hóa ở cây | NH₄⁺, NO₃⁻ được sử dụng để tạo hợp chất hữu cơ chứa nitrogen | | Phản nitrate hóa | NO₃⁻ → dạng khí, có thể trở về N₂; thường gắn với điều kiện thiếu oxygen | Nitrogen hữu cơ được chuyển qua thức ăn giữa các sinh vật. Khi đọc sơ đồ, xác định chất ở đầu và cuối mũi tên, rồi mới gọi tên quá trình. Phân giải chất hữu cơ tạo ammonium không đồng nghĩa trực tiếp tạo N₂; cần phân biệt với phản nitrate hóa.