Bài 31. Sinh quyển, khu sinh học và chu trình sinh địa hoá

I. Sinh quyển và khu sinh học

1. Khái niệm sinh quyển

- Sinh quyển là cấp tổ chức sống lớn nhất bao gồm toàn bộ các hệ sinh thái trên Trái Đất. Mỗi hệ sinh thái được duy trì nhờ quá trình trao đổi vật chất và năng lượng giữa quần xã với môi trường.

- Các yếu tố khí hậu và sự lưu chuyển các chất trong không khí, đất và nước có tác động lên những khu vực địa lí rộng lớn trên quy mô toàn cầu ➝ tất cả các hệ sinh thái trên Trái Đất không tồn tại rời rạc mà được gắn kết chặt chẽ với nhau thông qua các nhân tố vô sinh hình thành nên một hệ sinh thái lớn nhất là sinh quyển.

- Sinh quyển là một cấu trúc hoàn chỉnh có khả năng tự điều chỉnh, trong đó sinh vật và sinh cảnh tương tác hai chiều ở trạng thái cân bằng động. Do đó thay đổi môi trường ở một địa điểm bất kì trên Trái Đất đều có thể tác động đến môi trường toàn cầu.

2. Khái niệm khu sinh học và đặc điểm của một số khu sinh học

a) Khái niệm khu sinh học

- Khu sinh học là một khu vực lớn trên Trái Đất có các đặc điểm tương tự về khí hậu và có cùng một loại thảm thực vật đặc trưng.

- Khu sinh học được chia thành hai nhóm lớn: 

• Khu sinh học trên cạn: rừng nhiệt đới, savanna, hoang mạc, sa mạc, rừng rụng lá ôn đới,...

• Khu sinh học dưới nước: khu sinh học nước ngọt, khu sinh học nước mặn.

- Sinh quyển được cấu thành từ các khu sinh học. Các khu sinh học thể hiện sự phân bố và đa dạng sinh vật trên Trái Đất.

b) Đặc điểm của một số khu sinh học

- Rừng nhiệt đới

• Rừng nhiệt đới có nhiệt độ trung bình năm từ 25 - 29^oC.

• Rừng nhiệt đới không có sự phân hoá rõ rệt về mùa, lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 2 000 - 4 000 mm. Rừng mưa nhiệt đới có thảm thực vật phân làm nhiều tầng gồm chủ yếu là cây lá rộng thường xanh, mật độ cây mọc dày, có nhiều cây dây leo, cây khí sinh.

• Rừng cận nhiệt đới có hai mùa rõ rệt là mùa khô và mùa mưa, lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1 500 - 2 000 mm. Rừng cận nhiệt đới có thảm thực vật thưa, nhiều cây bụi gai, cây mọng nước, rất ít cây dây leo, cây khí sinh.

​

- Rừng rụng lá ôn đới

• Rừng rụng lá ôn đới có nhiệt độ trung bình mùa đông khoảng 0^oC, nhiệt độ mùa hè có thể lên đến 35^oC, lượng mưa trung bình hằng năm khoảng 700 - 2 000mm. 

• Thực vật chủ yếu gồm những loài lá rộng, rụng lá theo mùa và một số ít các loài thực vật lá kim.

• Hệ động vật đa dạng gồm sóc, nai, thỏ,... thích nghi với sự thay đổi khí hậu theo mùa như giảm hoạt động, ngủ đông hoặc di cư vào thời điểm nhiệt độ hạ xuống thấp.

- Khu sinh học nước ngọt

• Nước ngọt là nước có độ mặn dưới 1%. Khu sinh học nước ngọt gồm các vùng nước chảy và các vùng nước đứng.

• Sinh vật sản xuất ở vùng nước ngọt gồm vi khuẩn lam, tảo, thực vật thuỷ sinh (bèo hoa dâu, súng, sen,...).

• Sinh vật tiêu thụ đa dạng gồm động vật phù du, cá, giáp xác,..

• Khu sinh học nước ngọt còn là nơi kiếm ăn của nhiều loài động vật như bói cá, cò, rắn,...

​

- Khu sinh học nước mặn

• Khu sinh học nước mặn phân vùng rõ rệt theo chiều ngang (vùng ven bờ, vùng khơi) và theo chiều thẳng đứng (tầng nước mặt, tầng giữa và tầng đáy).

• Vùng ven bờ gồm hệ sinh thái cửa sông, rừng ngập mặn, rạn san hô,... Sinh vật sản xuất gồm thực vật ngập mặn, các loại tảo, rong biển và vi khuẩn quang hợp. Hệ động vật đa dạng.

• Vùng khơi là vùng nước sâu, chiếm khoảng 70% diện tích bề mặt trái đất. 

​

3. Các biện pháp bảo vệ sinh quyển và khu sinh học

- Để bảo vệ sinh quyển và khu sinh học, con người cần thực hiện song song hai nhóm biện pháp: giảm thiểu sự tác động có hại của con người đồng thời với các hoạt động bảo tồn, cải tạo sinh quyển, khu sinh học theo hướng phát triển bền vững.

• Các biện pháp giảm thiểu sự tác động có hại lên sinh quyển và khu sinh học như: giảm tiêu thụ nguyên liệu, tiết kiệm và tái chế nguyên liệu; sử dụng hiệu quả năng lượng, tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo; giảm phát thải khí nhà kính, phân loại và xử lí rác thải,... Bên cạnh đó cần đẩy mạnh bảo tồn và cải tạo sinh quyển bằng các giải pháp như trồng rừng, bảo vệ đa dạng sinh vật...

• Để các biện pháp trên được thực hiện có hiệu quả cần tuyên truyền nâng cao ý thức bảo vệ môi trường cho cá nhân, cộng đồng; nhà nước cần có các chính sách, pháp luật chặt chẽ và thực thi nghiêm túc các luật về bảo vệ đa dạng sinh vật,...

II. Chu trình sinh - địa - hoá

1. Khái niệm

- Chu trình sinh - địa - hoá là sự tuần hoàn vật chất qua các dạng khkasc nhau giữa sinh vật và môi trường.

- Chu trình sinh - địa - hoá mô tả sự luân chuyển của các nguyên tố liên quan đến sự sống, chủ yếu là các nguyên tố dinh dưỡng. Các chất dinh dưỡng trong chu trình có thể bị lắng đọng, kết tủa, chôn lấp,... tạo thành vật chất lắng đọng và vật chất lắng đọng cũng có thể bồi hoàn trở lại chu trình thông qua quá trình phong hoá, đốt cháy,...

2. Một số chu trình sinh - địa - hoá

a) Chu trình carbon

- Carbon hình thành nên bộ khung phân tử của tất cả các loại chất hữu cơ cấu tạo nên cơ thể sống.

- Carbon từ môi trường đi vào quần xã dưới dạng carbon dioxide. Các sinh vật sản xuất thực hiện quá trình quang hợp cố định CO₂ thành chất hữu cơ. Quá trình hô hấp, phân huỷ chất thải và xác sinh vật giải phóng CO₂ vào khí quyển. Vỏ calcium carbonate (CaCO₃) của một số loài động vật và một phần xác sinh vật phân giải không hoàn toàn hình thành vật chất lắng đọng như than bùn, than đá, dầu mỏ,... di chuyển một phần carbon ra khỏi chu trình.

- Lượng CO₂ trong khí quyển có thể được bổ sung thông qua hoạt động của núi lửa. Con người đốt cháy nhiên liệu hoá thạch cung cấp năng lượng cho hoạt động sản xuất, giao thông vận tải,... phát thải một lượng lớn CO₂. Kết quả, lượng CO₂ chuyển từ vật chất lắng đọng vào chu trình lớn hơn lượng CO₂ chuyển thành sinh khối khiến lượng CO₂ trong khí quyển tăng lên làm gia tăng hiệu ứng nhà kính, dẫn đến tăng nhiệt độ trung bình trên Trái Đất.

b) Chu trình nitrogen

- Nitrogen là thành phần cấu tạo của protein, nucleic acid. Nitrogen tồn tại chủ yếu trong khí quyển ở dạng khí nitrogen (N₂).

- Đa số các loài vi khuẩn, nấm và thực vật có khả năng chuyển hoá các ion NH⁺₄, NO^-₂, NO^-₃ thành chất hữu cơ nhưng chỉ có một số ít loài vi sinh vật cố định đạm được tổng hợp được NH⁺₄ từ N₂.

- Quá trình phân giải chất thải, xác sinh vật chuyển hoá nitrogen hữu cơ thành NH⁺₄ và hoạt động của một số nhóm vi khuẩn nitrate hoá chuyển đổi NO^-₃ thành N₂ trong điều kiện kị khí.

- Trong hệ sinh thái tự nhiên, nguồn cung cấp NH⁺₄ chủ yếu cho quần xã đến từ quá trình cố định đạm và một lượng nhỏ NO^-₂ được hình thành nhờ sấm sét.

- Chu trình nitrogen ảnh hưởng đến đa dạng sinh vật, năng suất cây trồng, tính chất của đất, mức độ ô nhiễm môi trường nước,... Dựa vào đặc điểm chu trình nitrogen, con người đưa ra các biện pháp bảo vệ môi trường nước, tăng năng suất cây trồng và ngăn chặn suy thoái đất trồng như sử dụng phân bón vi sinh, bón phân đạm hợp lí,...

c) Chu trình nước

- Nước dạng lỏng có nhiều chất ở đại dương và một lượng lớn nước đóng băng ở hai cực của Trái Đất bốc hơi hình thành mây và gây mưa.

- Phần lớn nước mưa ở lục địa chảy theo chiều trọng lực đến các vùng trũng tạo ra ao, hồ và hình thành dòng chảy lớn đổ ra đại dương. Một phần nước mưa bốc hơi và một phần thấm xuống đất hình thành nước ngầm.