Bài 24: Chu trình Sinh - địa - hoá và Sinh quyển

I. CHU TRÌNH SINH – ĐỊA – HOÁ

1. Khái quát về chu trình sinh – địa – hoá

Chu trình sinh – địa – hoá là quá trình tuần hoàn vật chất qua các dạng khác nhau, giữa các sinh vật và môi trường.

Chu trình sinh – địa – hoá diễn ra trên phạm vi toàn cầu đối với những chất khí hoặc phạm vi hẹp đối với những chất khó trung chuyển trong không khí. Các chất hoá học được sinh vật sống hấp thụ từ môi trường, chuyển hoá và thải trở lại môi trường.

Các sinh vật sản xuất sử dụng năng lượng ánh sáng (quang hợp) hoặc năng lượng hoá học (hoá tự dưỡng), chuyển hoá các chất vô cơ trong tự nhiên thành chất hữu cơ. Chất hữu cơ tiếp tục luân chuyển từ sinh vật sản xuất sang sinh vật tiêu thụ. Tiếp theo, sinh vật phân giải sẽ phân huỷ xác của sinh vật sản xuất và sinh vật tiêu thụ, chuyển hoá chất hữu cơ thành chất vô cơ và trả về môi trường tự nhiên. Quá trình này diễn ra liên tục hình thành chu trình trao đổi chất giữa sinh vật với môi trường. Chu trình sinh – địa – hoá tái tạo các chất vô cơ và cung cấp cho sinh vật.

2. Chu trình nước

Nước là thành phần không thể thiếu đối với sinh vật. Đại dương chứa phần lớn nước trên Trái Đất và là nguồn nước bốc hơi chủ yếu vào khí quyển (hình 24.1). Quá trình ngưng tụ tạo ra mưa, tuyết, cung cấp nước cho các khu vực trên Trái Đất. Chu trình nước giúp tái tạo nước cho các hệ sinh thái, cung cấp nguồn nước cho sinh vật.

3. Chu trình carbon

Carbon là nguyên tố hoá học rất quan trọng trong thành phần của các chất hữu cơ. Carbon trong khí quyển chủ yếu tồn tại ở dạng khí CO₂ (hình 23.2). Khí CO₂ được các sinh vật tự dưỡng hấp thụ qua quang hợp tạo nên chất hữu cơ, là nguồn thức ăn cho các sinh vật tiêu thụ. Quá trình phân giải các chất hữu cơ và hô hấp thải CO₂ vào không khí. Chu trình carbon tái tạo nguồn carbon (CO₂) cho quang hợp ở sinh vật sản xuất.

Lượng CO₂ trong khí quyển đang ngày càng gia tăng do hoạt động sống của con người (đốt nhiên liệu hoá thạch, chặt phá rừng,...), làm tăng nhiệt độ Trái Đất, dẫn tới biến đổi khí hậu, ảnh hưởng đến hầu hết các hệ sinh thái trên Trái Đất.

4. Chu trình nitrogen

Nitrogen là thành phần cấu tạo của nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng đối với sinh vật như nucleic acid, protein. Khi nitrogen là thành phần chính của khí quyển. Khí nitrogen được chuyển hoá thành các nitrogen oxide và ammonium bởi vi sinh vật cố định nitrogen, sản xuất phân bón hoặc quá trình lí hoá tự nhiên (hình 24.3). Thực vật và vi sinh vật hấp thụ nguồn nitrogen ở dạng NH và NO,, đồng hoá thành các hợp chất hữu cơ. Quá trình phản nitrate ở vi sinh vật tạo ra khí nitrogen quay trở lại khí quyển. Chu trình nitrogen tái tạo nguồn nitrogen vô cơ cho hoạt động sống của sinh vật.

Khí nitrogen được sử dụng trong sản xuất phân bón, làm gia tăng lượng nitrogen trong đất, nâng cao năng suất cây trồng. Nitrogen bị rửa trôi làm tăng hàm lượng nitrogen trong các hệ sinh thái dưới nước, dẫn đến các thực vật phù du phát triển mạnh, gây ô nhiễm môi trường nước.

II. SINH QUYỂN VÀ CÁC KHU SINH HỌC

1. Sinh quyển

Sinh quyển là tổ chức sống bao gồm toàn bộ các phần đất, nước, không khí có sự sống bao quanh Trái Đất. Sinh quyển bao quanh Trái Đất, bao gồm địa quyển (độ sâu đến khoảng vài chục mét), thuỷ quyển (sâu hơn 8 km) và tầng thấp của khí quyển (độ cao đến ít nhất 8 km). Sinh quyển được tạo nên bởi tất cả các hệ sinh thái, giữa chúng có sự kết nối, tác động qua lại với nhau ở phạm vi toàn cầu thông qua các chu trình vật chất.

2. Các khu sinh học chính trên Trái Đất

Dựa vào thành phần sinh vật và đặc điểm của các nhân tố vô sinh, sinh quyển được chia thành nhiều khu sinh học khác nhau. Khu sinh học là một đơn vị địa sinh học bao gồm một quần xã sinh vật được hình thành tương ứng với các điều kiện môi trường vật lí (như cấu trúc đất, nước,...) và khí hậu. Các khu sinh học được chia thành khu sinh học trên cạn và khu sinh học dưới nước. Các khu sinh học trên cạn được phân chia chủ yếu dựa trên đặc trưng về thành phần thực vật và các yếu tố khí hậu (bảng 24.1, hình 24.4).

Các khu sinh học dưới nước được phân chia chủ yếu dựa vào đặc điểm môi trường nước và các loài sinh vật (bảng 24.2). Đại dương chiếm phần lớn diện tích các khu sinh học dưới nước, trong đó các sinh vật chủ yếu sống ở vùng gần bề mặt đến độ sâu khoảng 200 m (hình 24.5).

3. Biện pháp bảo vệ Sinh quyển và tài nguyên sinh học

Sinh quyển đang có những biến đổi mạnh như biến đổi khí hậu, suy giảm đa dạng sinh học, suy thoái môi trường sống của sinh vật. Một số biện pháp được áp dụng để bảo vệ Sinh quyển như:

- Giảm thiểu phát thải khí nhà kính gây biến đổi khí hậu bằng cách giảm sử dụng nhiên liệu hoá thạch, giảm khai thác xi-măng,

- Quản lí sử dụng đất, bảo vệ các hệ sinh thái quan trọng. 

- Không khai thác, sử dụng các loài sinh vật có nguy cơ tuyệt chủng. 

Nhiều hoạt động làm suy giảm tài nguyên sinh học ở các khu sinh học như khai thác sinh vật, mất môi trường sống, biến đổi khí hậu... Để bảo vệ tài nguyên sinh học ở các khu sinh học, các biện pháp sau đây được thực hiện:

- Giáo dục nâng cao nhận thức về tầm quan trọng của môi trường và các loài sinh vật.

- Thành lập và nâng cao hiệu quả quản lí các khu bảo tồn để bảo vệ nguyên vẹn các hệ sinh thái. 

- Khuyến khích các hoạt động giảm thiểu tác động đến môi trường.

- Hợp tác quốc tế để bảo vệ các loài sinh vật, các hệ sinh thái.