Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe
 


A FÖLD ENERGETIKAI EGYENSÚLYA

Ez  a  megállapítás  hogy  ,,A  Földön  létező  természeti  körülmények  a  legmegfelelőbbek  a  Föld  élőlényei  számára"  -  oly  primitiven  egyszerű,  hogy  szinte  tudománytalannak,  metafizikusnak  tűnik.  Valójában  azonban  ,,élő  természeti  legdialektikusabb  folyamatának,  az  evóluciónak,  illetve  annak  alapvető  mechanizmusának,  a  létért  való  küzdelemnek  eredményéről  van  szó.  A  jó  kétmilliárd  év  alatt,  amióta  az  élet  megjelent  a  Földön,  a  természeti  körülmények  lényegesen  és  nem  egyszer  megváltoztak,  és  ennek  megfelelően  új  élőlényfajták  jelentek  meg,  és  számtalan  élőlényforma  pusztult  el,  de  minden  geológiai  korszakban  a  létező  élőlény-egyének  elnyomó  többsége  olyan  fajtákhoz  tartozott,  amelyek  a  legjobban  alkalmazkodtak  a  fennálló  természeti  körülményekhez.  Ez  az  állítás  a  jelenre  is  érvényes  ezért  az  olvasó  valószínüleg  szívesebben  fogadta  volna  a  következő  bekezdést :  ,,Földön  élő  élőlények  szervezete  alkalmazkodott  a  fennálló  természeti  körülményekhez",  ami  nagyjából  ugyanaz,  csak  az  ok ( természeti  körülmények )    helyett  az  okozatra,  ( a  kialakult  élő  világ )  helyezi  a  hangsúlyt..  Mi  azért  választottuk  az  első  változatot,  mert  cikkünk  tárgyát  nem  az  evolúció,  hanem  a  fennálló  természeti  körülmények  és  a  jelenleg  létező  élő  világ  közötti  egyensúly  alkotja. 

Előre  kell  bocsátani,  hogy  az  élő  és  élettelen  világ  közötti  egyensúly  nem  egy  állapotot,  hanem  egy  folyamat,  éspedig  egy  folytonos  és  kölcsönös  anyag-  és  energiacsere.  Szakkifejezésekkel  élve,  a  bioszféra  dinamikus  anyagi  és  energetikai  egyensúlyban  van  az  atmoszférával,  a  hidroszférával,  és  a  litoszférával.   A  külömböző  anyagok  átalakulásához  szükséges  energiát  a  Nap  szolgáltatja  besugárzás  révén  vagy  a  vízben,  levegőben  vagy  földben  felhalmozott  hó,  esők,  szelek  és  energiában  gazdag  szerves  anyagok  alakjában.  Ezért  a  szerves  és  szervetlen  világ  közötti  anyagcserét  nem  lehet  elszakítani  az  energiacserétől,  mivel  egy  és  ugyanaz  a  folyamat  külömböző  megnyilvánulásairól  van  szó.  Ennek  megfelekően  a  továbbiakban  fel  fogjuk  vázolni  a  hőenergia  külömböző  formáinak  egyensúlyát,  valamint  az  élet  fenntartásához    szükséges  legfontosabb  anyagok :  a  víz,  a  szén,  az  oxigén  és  a  nitrogén  körforgását  az  élő  és  élettelen  természetben

 

A  hidroszféra  és  az  atmoszféra  óriási  mértékben  hozzájárulnak  ahhoz,  hogy  bolygónk  felületén  aránylag  egyenletes  hőmérsékleti  viszonyok  uralkodjanak.  A  tengeráramlatok,  az  állandó  szelek,  az  egyébként  oly  káros  orkánok,  tájfunok,  ciklonok,  valamint  a  külömböző  csapadékok  nélkül  oly  lényeges  ingadozások  és  külömbségek  lépnének  fel  a  földtájak,  évszakok  és  napszakok  között,  hogy  a  jelenlegi  élőlények  legnagyobb  része  kipusztulna.  A  Nap  rövid  hullámhosszú  sugárzása  ( sok  látható  és  ibolyántúli  fény  és  aránylag  kevés  infravörös  hősugár )  részben  visszaverődik  a  szárazföld,  az  óceánok  és  a  felhők  felületéről,  részben  pedig,  bonyolult  fizikai  és  vegyi  folyamatok  során,  fokozatoson  átalakul  egy  kizárolag  nagy  hullámhosszú,  infravörös  sugarakból  álló  sugárzássá,  amelyet  a  Föld  ismét  kibocsát  a  világűrbe.  Eddig  csupán  a  létfentartásához  szükséges  fizikai  körülményeket  egyensúlyban  tartó  közvetlen  energiáról  esett  szó.  Ugyancsak  a  Nap  szolgfáltatja  a  külömböző  élőlények  metabolizmusához  szükséges  vegyi  energiát  is.  A sugárzásos  energiát  első  fokon  kizárólag  klorofiltartalmú  növények  képesek  felhasználni ;  az  így  elnyelt  energia  külömböző  szerves  anyagok  belső  energiaként  felhalmozódik ;  a  keletkezett  anyagok  egy  része  közvetlenül  a  növényevőket  táplálja,  más  része  pedig  felbomlik  egyszerűbb,  de  még  mindig  energiátz  tartalmazó  anyagokká,  amelyek  a  talaj,  a  tengerek  és  az  édesvízek  mikroorganizmusainak,  növényeinek  és  rovarainak  szolgál  ,,eledelül". A  ragadozók,  a  legnemesebb,  fehérjékben  gazdag  szerves  anyagot,  a nyers  húst  fogyasztják  ,,tovább".  A  ciklus  azonban  itt  is  zárt,  a  külömböző  élőlények  ürüléke,  hulladékai,  elpusztulásuk  után  felbomló  testük  tovább  gazdagítja  táplálékkal  a  talajt  és  a  vizeket.  Végső  fokon  a  növények  által  elnyelt  eredeti  energia  fokozatosan  ,,leroncsolódik"  és  az  élő  szervezetek  számára  használhatatlan  infravörös  sugárzás  alakjában  tovább  fűti a...világe- gyetemet.

                         ------------          

                A  víz  körforgása

 

A  bolygónkon  található  vízmenyiség  már  a  maga  tömege  révén ( másfél  milliárd  köbkilométer)  egy  olyan  közeget  alkot,  amely  nagy  mértékben  befolyásolja,  sőt  meghatározza  a  Föld  területén  végbemenő  természeti  és  biológiai  folyamatokat.  Ehez  hozzájárul  a  víz  néhány  tulajdonsága,  amelyek  révén  különálló  esetet  képez  az  ismert  anyagok  között.  Ime  a  legfontosabbak : 

- valamennyi  folyadék  közül  a  víznek  van  a  legnagyobb  fajhője  és  főleg  a  vízpárák  hatalmas  mennyiségű  hőenergiát  képesek  felhalmozni  és  szálítani; 

- a  víz  kitűnő  oldószere  számos  szervetlen  és  szerves  sónak  és  gáznak,  ezenkívül  vízes  oldatban  a  külömböző  sók  ionokra  bomlanak  fel,  ezért  vegyi  aktivitásuk  lényegesen  növekedik.  - a  víz  az  egyetlen  ismert  anyag,  amelynek  a  fajsúlya  kisebb  szilárd  állapotban,  mint  folyadék  alakjában,  ezért  a  víz  felületén  keletkező  jég  szigetelő  anyagként  szolgál  és  megakadályozza  a  nagyobb  víztömegek  átfagyását.  

E  tulajdonságok  révén  a  víz  hármas  szerepet  játszik  az  élet  fenntartásában,  éspedig : 

1).  Mint  hőtároló  és  hőhordozó  anyag

2).  Mint  ,,külső"  közeg  hozzájárul  a  külömböző  tápláló  anyagok  és  hulladékok  szállításához  a  szárazföldön,  illetve  közvetlen  életfeltételeket  bíztosít  a  vízi  élőlények  számára.

3).  Mint  belső  közeg  lehetővé  teszi  az  olyan  anyagok  közötti  vegyi  folyamatokat,  amelyek  csak  oldatban  képesek  reagálni.

A  földön  található  víz  97 % - át  az  óceánok  és  tengerek  sós  vize  alkotja,  a  maradék  3%  édesvíz,   háromnegyede  pedig  hó  vagy  jég,  pára  alakjában  pedig  az  egész  víztömegnek  mindössze  0,001 %-a  található  amely  ha  egyszerre  kicsapódna  kb.  3 cm  vastag  vízréteget  alkotna  az  egész  bolygó  felszinén.  Mindennek  ellenére,  a  Föld  teljes  felületén  kicsapodó  átlagos  évi  csapadék  értéke  kereken  100 cm.  Ez  azt  jelenti,  hogy  az  egy  időben  pára  alakjában  lévő  víztömeg  kb.  33 - szor  kevesebb,  mint  az  évente  lehulló  összcsapadék,  tehát  az  elpárolgott  víz  átlagban  10  napon  belül  ismét  lecsapódik.  Ez  az  átlagegyensúly  nem  azonos  az  oceánok  és  a  szárazföld  esetében.  A  világóceán  felületéről  évente  mint  egy  10 cm-re  több  víz  párolog  el,  mint  amennyi  visszacsapódik.  Viszont  a  szárazföldek  felett  kb.  24 cm  vastagságú  rétegnek  megfelelően  több  csapadék  hull  le,  mint  amennyi  elpárolog;  a  a  külömbség  édesvízű  folyók  ,,alakjában"  visszafolyik  a  világóceánba.   Érdekes  adatként  érdemes  itt  megemlíteni,  hogy  a  Föld  összes  folyóinak  évi  vízhozama  mintegy  4000  milliárd  tonna ;  e  víztömegnek  kb.  egyötödét  egyetlen  folyó,  az  Amazon  szolgáltatja.  

A  víz  körforgásában  rendkivül  fontos  szerepet  játszanak  az  óceáni  áramlatok,  amelyek  nagy  mértékben  befolyásolják  az  éghajlatot, (mind  például  a  meleg  Golf-  és  a  hideg  Labrador-áramlatok)  és  hozzájárulnak  a  sókban  gazdag  mélytengeri  vizek  felszínre  hozásához  (például  az  Antarktikus  áramlat). 

                        ------------   

                   A  szén  körforgása 

 

A  bioszféra  ,,tevékenysége"  alapjában  véve  külömböző  kéntartalmú  anyagok  keletkezéséből,  átalakulásából  és  felbomláséból,  illetve  elégéséből  tevődik  össze.   Ennek  a  ciklusnak  kiindulópontja  a  növények  által  lebonyolított  széndioxid-aszimiláció ;  az  élő  sejtekben  végbemenő  erjedés  és  ,,égés"  végső  termékét,  a  széndioxidot  kizárólag  szárazföldi  és  vízi  növények,  illetve  a  növényi  mikroorganizmusok  és  a  phitoplanktonok  képesek  ismét  vegyi  energiában  gazdag  szerves  vegyületekké  átalakítani,  amelyek  táplálékul  szolgálhatnak  az  olyan  ,,fejletebb"  élőlények  számára,  mint  például  a  katicabogár  vagy  e  cikk  szerzője  és  az  olvasó,  akik  a  napsugarakat  csupán...sütkérezésre  tudjuk  használni.    Amióta  az  élet  megjelent,  bolygónkon  egy  olyan  ,,gépezet"  müködik,  amelyet  egy  utólag  megjelent  élőlény  fotoszintézisnek  nevezett  és  amelyet  a  következő  egyenlettel  lehet  jelképezni : 

  CO+ HO2 + napfény  -----  CH2O +  2O                

  Ebben  az  egyenletben  a  CH2O  a  legegyszerűbb,  energiában  legszegényebb,  de  már  energiát  termelni  képes  szerves  vegyületet,  a  formaldehidot  jelképezi.  Az  oxigén  ugyancsak  visszakerül  a  körforgásba  és  belélegzés  vagy  felszívódás  útján  ismét  részt  vehet  a  szerves  anyagok  sejten  belüli  katolikus  elégetésében.  A  tudomány  ismer  számtalan  olyan  mikroorganizmust,  (  az  ún.  anaerobikus  baktériumok),  amelyeknek  nincs  szükségük  szabad  oxigénre,  de  ezeknek  is  olyan  szerves  anyagokra  van  szükségük,  amelyek  kevesebb  oxigént  tartalmaznak,  mint  amennyi  a  CO képletnek  megfelel.    Alapjában  véve  azonos  a  szén  körforgása  az  óceánok  vizében  is,  azzal  a  külömbséggel,  hogy  ez  esetben  a  legfontosabb  szerepet  nem  a  vízi  növények,  hanem  a  növényi  típusú  mikroorganizmusok  játsszák. 

A  földön  található  található  szénnek  csupán  elenyészően  kis  részét  tartalmazzák  az  élőlények,  illetve  szerves  eredetű  hulladékok.  Bert  Bolin  becslése  szerint  a  Föld  mészkőlerakatai  mintegy  20 000 000  milliárd  tonna  szenet  tartalmaznak ;  ehhez  képest  a  mintegy  5000  milliárd  tonna  ,,szerves"  szén  a  10 000  milliárd  tonnára  becsült  kőszén  és  kőolaj  valóban  lényegtelenül  kevés.  Azonban  a  mészkő (kálcium  karbonát)  üledékes  kőzet,  amely  évszázmilliók  alatt  a  tengerek  fenekére  lehulló  elpusztult  élőlények  vázából  keletkezett.   Mielőtt  az  élet  megjelent  volna  a  Földön,  feltételezhetően  az  egész  létező  szénmennyiség  az  atmoszférában  volt,  széndioxid  alakjában.  Jelenleg  körülbelül  ebben  a  fázisban  van  a  Venus,  amelyet  hatalmas  nyomású,  csak  nem  kizárólag  széndioxidból  álló  atmoszféra  vesz  körül.  Az  atmoszféra  ,,megritkítása"  és  a  szén  megkötése  kétségtelenül  a  legnagyobb  változás,  amelyet  a  bioszféra  kiváltott  a  ,,szervtelen"  Földön.  A  jelenleg  kialakult  egyensúlyt  azonban  komoly  veszély  fenyegeti.  Az  emberiség  ipari  tevékenysége  folytán  évente  mintegy  5  milliárd  tonna  ásványi  szervtelen  szén  kerül  vissza  a  körforgásba.  Az  utolsó  évszázad  alatt  mintegy  200  milliárd  tonna  ,,felszabadult"  ásványi  szénnek  kb.  egyharmada  az  atmoszféra  széndioxidtartalmát  gyarapította (mintegy  10 %-kal),  a  maradék  kétharmad  pedig  a  bioszféra  kiterjedéséhez  járult  hozzá;  mivel  a  széndioxid  nagy  mértékben  befolyásolja  az  atmoszféra  hő-  és  fényelnyelő  képességét,  rendkivül  nehéz  lenne  felbecsülni  mindazokat  a  következményeket,  amelyeket  az  elkövetkező  évszázad  alatt  elegendő,  valószínüleg  ezermillió  tonnákban  kifejezhető  szénmennyiség  az  atmoszféra  anyagai  és  energetikai  egyensúlyában  kiválthat.

                         ------------

                Az  oxigén  körforgása

 

Mint  már  említettük,  a  növények  a  napfény  energiájának  segítségével  a  széndioxidból  és  vízből  szerves  anyagot  és  szabad  oxigént  termelnek.  Ugyanakkor  a  sejteken  belül  végbemenő  égési  folyamatok  széntartalmú  szerves  vegyületeket  és  oxigént  fogyasztanak  és  hővel,  illetve  vegyi  energiával  látják  el  a  szervezet  egyéb  tevékenységeit  lebonyolító  sejteket  és  szöveteket ;  a  ciklus  ezen  ágának  végső  terméke  a  széndioxid  és  a  szabad  hő.   Mint  látható,  a  szén,  a  víz  és  az  oxigén  biológiai  körforgása  egy  és  ugyanaz  a  folyamat,  amely  során  a  hidrogén,  oxigén  és  szénmolekulák  találkoznak,  majd  ismét  szétválnak.   E  három  anyag  teljes  tömegének  körforgási  ideje  az  illető  anyagok  mennyiségétől  függ.  Igy  az  atmoszférában  található  teljes  oxigénmennyiség  mintegy  2000 év  leforgása  alatt  átjárja  a  szerves  ciklust ;  ugyanehhez  a  szén - nek ( az  ásványi  szenet  be  nem  számítva)  kb.  300  évre,  az  óceánok  teljes  víztömegének  pedig  kb.  20 000 000  évre  van  szüksége. 

Ezelőtt  kb.  2  milliárd  évvel  az  atmoszféra  egyáltalán  nem  tartalmazott  szabad  oxigént.  A  világoceán  vízében  már  megjelentek  az  első  növényi  planktonformák,  de  ezek  csupán  annyi  oxigént  voltak  képesek  kitermelni,  amennyi  az  óceán  belső,  önálló  biológiai  ciklusának  fentartásához  szükséges  volt.  Miután  megjelentek  a  magasabbfokú  oxigéntovábbító  enzimek  és  az  édesvízi,  majd  pedig  a  szárazföldi  növények,  az  atmoszféra  fokozatosan  elkezdett  gazdagodni  szabad  oxigénben.  Az  atmoszféra  mai  oxigéntartalma ( kb.21%)  ezelőtt  mintegy  50  millió  évvel  alakult  ki,  az  utolsó  szénkeletkezési  korszak  következtében,  amikor  a  szárazföldi  növények  ( főleg  erdők)  mennyisége  lecsökkent  a  jelenlegi  színvonalra.

                          ------------

                A  nitrogén  körforgása

 

Ecikk  keretein  belül  lehetetlen  volna  még  vázlatosan  is  bemutatni  a  bonyolult  vegyi  folyamatokat,  amelyek  révén  a  nitrogén  részt  vesz  a  szerves  élet  ( és  pusztulás)  külömbö9ző  szakaszaiban.  Annyit  elegendő  tudni,  hogy  a  nitrogén  öt  külömböző  aktív  vegyértékkel  bír (+5, +3,  +1 ,  -1,  -3)  és  ezáltal  rendkivül  pontos  és  sokoldalú  szerepet  játszik  a  legbonyolultabb  szerves  anyagok ( aminosavak,  fehérjék,  vitaminok,  enzimek  stb.)  szerkezetrében.

  Habár  az  atmoszféra  gyakorlatilag  kimeríthetetlen  mennyiségű  ( négyzetkilóméterenként  mintegy  8  millió  tonna)  szabad  nitrogént  tartalmaz,  a  zárt  biológiai  ciklus  ez  esetben  is  elengedhetetlenül  fontos,  mivel  a  legtöbb  növény  és  valamennyi  állat  csak  nitrogéntartalmú  vegyületeket  képes  felhasználni.  A  szárazföldi  és  a  tengeri  biológiai  tevékenység  közötti  egyensúly  szempontjából  a  nitrogén  különleges  esetet  alkot.  Mivel  a  nitrogén  rendkívül  nehezen  oldódik  a  vízben  ,nitrogéntartalmú  vegyületeket  csupán  a  levegővel  közvetlen  érintkezésben  levő  szárazföldi  mikroorganizmusok  képesek  előállítani.  Ezért  a  több  nitrogént  tartalmazó,  bonyolultabb  táplálékokból  élő  magasabb  fokú  állatok  (mind  például  az  emlősállatok)  csak  a  mikroorganizmusokban  gazdag  talajföld  kialakulása  után  tudtak  kifejlődni. 

A  vulkanikus  tevékenység,  az  atmoszférában  lefolyó  elektromos  kisülések,  valamint  a  kozmikus  és  radioaktív  sugárzások  is  hozzájárulnak  a  nitrogénvegyületek  keletkezéséhez.  A  szárazföldek  fölött  kialakult  jelenlegi  egyensúlyban  ez  a  tényező  nem  játszik  fontos  szerepet,  viszont  a  geológiai  őskorszakban,  a  szárazföldi  növények  megjelenése  előtt  ez  volt  valószinűleg  a  legfontosabb  nitrogénforrás  az  óceánok  élő  világa  számára,  amely  mint  már  említettük  ,,beindította"  azt  a  vegyi  gépezetet,  amely  a  szén  és  az  oxigén  körforgását  és  ezáltal  az  atmoszféra  jelenlegi  összetételét  kialakította. 

Napjainkban  viszont  a  nitrogén  körforgásában  igen  komoly  szerepet  játszik  az  emberi  társadalom  mezőgazdasági  és  ipari  tevékenysége.  Igy  a  nitrogéntartalmú  kultúr-  és  ipari  növények,  a  műtrágya  és  egyes  ipari  melléktermékek  a  föld  jelenlegi  ,,kötött"  nitrogén  szükségletének  mintegy  10 %-át  fedezik.  Ugyanakkor  azonban  az  édesvízekben  felhalmozodó  ,,kilúgozott"  műtrágya  és  ipari  melléktermékek  egyes  baktérium-  és  algatípusok  olymértékű  túltengéséhez  vezetnek,  ami  lehewtetlenné  teszi  a  legfejlettebb  életformák  és  az  illető  vizek  mezőgazdasági,  sőt  ipari  használatát.

                        ------------

Cikünkben  vázlatosan  bemutattuk  a  szerves  világ  számára  mennyiségileg  legfontosabb  anyagok,  a  víz,  a  szén,  az  oxigén  és  a  nitrogén  körforgását.  Mivel  a  víz  hidrogénből  és  oxigénből  áll,  megállapíthatjuk,  hogy  eddig  csupa  ,,könnyű"  elemről  volt  szó,  amelyek  Mendelejev  periódusos  táblázatában  a  1 - es (hidrogén),  6 - os (szén),  7 - es (nitrogén)  és  a  8 - as (oxigén)  helyeket  foglalják  el.   A  biológia  kimutatta  azonban,  hogy  az  említett  táblázatban  szereplő  első  27  elem  közül  valamennyi  aktív  szerepet  játszik  a  bioszférában.   Csak  példaként  említjük  meg  a  foszfort,  kálciumot  és  sziliciumot,  amelyek  számos  életforma   belső  vagy  külső  szilárd  vázát  alkotják,  a  magnéziumot  és  a  vasat,  amelyek  a  növények  és  állatok  anyagcseréje  számára  legfontosabb  anyagok,  a  klorofill,  illetve  a  hemoglobin  aktív  elemei, stb.   A  29 - es  számmal  megjelölt  rézen  túl  a  bróm  és  a  jód  a  legfontosabbak ;  a  nehezebb  elemek,  főleg  fémek  ( például  ezüst,  arany,  higany,  ólom  stb. )  vegyületei  már  fékező  vagy  káros  hatással  bírnak  a  szerves  életre ;  a  táblázatot  záró  radioaktív  elemek  agresszíven  roncsoló  hatását  nem  szükséges  külön  ecsetelni.  A  megemlített,  vagy  meg  sem  említett  könnyű  elemek,  illetve  ezeknek  vegyületei  meghatározták  a  földön  megjelent  és  megmaradt  élőlények  szerkezeti  alkotát  és  biológiai  egyensúlyát  a  szervetlen  világgal  szemben.  Valamennyi  biológiai  funkcióval  bíró  elem  állandó  körforgásban  van  és  e  körforgás  alatt  hosszabb-rövidebb  ideig  időzik  a  szerves  és  a  szervetlen  világban.  E  bonyolult  folyamatokról  csak  néhány  évszázada  vagy  évtizede  tud  az  ember,  mechanizmuszkat  pedig  csak  most  kezdi  megismerni.

                                 ONDREJCSIK  KÁLMÁN