పర్యావరణం & జీవవైవిధ్యం (Environment & Ecology) / జీవావరణ శాస్త్ర ప్రాథమికాంశాలు (Basics of Ecology)

జీవ భూరసాయన చక్రాలు (Biogeochemical Cycles)

జీవ భూరసాయన చక్రాలు – కార్బన్, నైట్రోజన్, నీరు, ఫాస్ఫరస్, సల్ఫర్, ఆక్సిజన్ చక్రాలు పరీక్షలకు కావాల్సిన వివరాలతో.

6 notes 60 questions

Notes in this chapter

  1. 1జీవ భూరసాయన చక్రాలు – అర్థం & రకాలు (Biogeochemical Cycles)Read notePractice 9
  2. 2కార్బన్ చక్రం (Carbon Cycle)Read notePractice 11
  3. 3నైట్రోజన్ చక్రం & స్థిరీకరణ (Nitrogen Cycle, Nitrogen Fixation)Read notePractice 12
  4. 4నీటి చక్రం (Water Cycle / Hydrological Cycle)Read notePractice 9
  5. 5ఫాస్ఫరస్ & సల్ఫర్ చక్రాలు (Phosphorus, Sulphur Cycles)Read notePractice 10
  6. 6ఆక్సిజన్ చక్రం & మానవ ప్రభావం (Oxygen Cycle, Human Impact)Read notePractice 9
By ExamBadi

1. జీవ భూరసాయన చక్రాలు – అర్థం & రకాలు (Biogeochemical Cycles)

జీవులు, భూమి, వాతావరణం మధ్య పోషక మూలకాలు తిరిగి తిరిగి చక్రంలా ప్రవహించడాన్ని జీవ భూరసాయన చక్రం (Biogeochemical Cycle) అంటారు. 'బయో' అంటే జీవులు, 'జియో' అంటే భూమి, 'కెమికల్' అంటే రసాయనాలు.

ముఖ్య విషయాలు

  • ఎందుకు చక్రంలా?:
    1. పోషకాలు పరిమితం
    2. అందుకే అవి మళ్ళీ మళ్ళీ వాడుకలోకి వస్తాయి. శక్తి మాత్రం ఒకే దిశలో వెళ్తుంది.
  • రెండు ప్రధాన రకాలు:
    1. వాయు చక్రాలు (Gaseous cycles): నిల్వ (Reservoir) వాతావరణంలో లేదా నీటిలో ఉంటుంది – కార్బన్, నైట్రోజన్, ఆక్సిజన్, నీటి చక్రం.
    2. అవక్షేప చక్రాలు (Sedimentary cycles): నిల్వ భూమి పెంకు (Earth's crust)లో ఉంటుంది – ఫాస్ఫరస్, సల్ఫర్, కాల్షియం.
  • వాయు చక్రాలు వేగంగా: వాతావరణంలో నిల్వ ఉండడంతో త్వరగా పూర్తవుతాయి.
  • అవక్షేప చక్రాలు నెమ్మదిగా: శిలల క్షీణత, నేలలో కలవడం వంటివి ఎక్కువ సమయం తీసుకుంటాయి.
  • నిల్వ (Reservoir): ఒక మూలకం ఎక్కువ మొత్తంలో ఉండే ప్రదేశం.
  • మానవ ప్రభావం: శిలాజ ఇంధనాల దహనం, ఎరువులు, అడవుల నరికివేత చక్రాల సమతుల్యతను దెబ్బతీస్తున్నాయి.

సులభమైన ఉదాహరణ

మీరు తిన్న అన్నంలోని కార్బన్ కొంత CO₂గా బయటకు వెళ్తుంది; ఆ CO₂ను చెట్లు పీల్చుకుని ఆహారం తయారు చేస్తాయి; ఆ ఆహారం మళ్ళీ మీరు తింటారు. ఇదే చక్రం.

2. కార్బన్ చక్రం (Carbon Cycle)

కార్బన్ అన్ని జీవులకు మూలాధారం. కార్బన్ వాతావరణం, జీవులు, సముద్రం, భూమి మధ్య తిరుగుతూ ఉంటుంది. ఇది వాయు చక్రం.

ముఖ్య విషయాలు

  • వాతావరణంలో కార్బన్: ప్రధానంగా కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO₂) రూపంలో, వాతావరణంలో సుమారు 0.04% ఉంటుంది.
  • కార్బన్ తీసుకునే ప్రక్రియ: కిరణజన్య సంయోగక్రియ (Photosynthesis) – మొక్కలు CO₂ను పీల్చుకుని ఆహారంగా మారుస్తాయి.
  • కార్బన్ విడుదల చేసే ప్రక్రియలు:
    1. శ్వాసక్రియ (Respiration)
    2. కుళ్ళిపోవడం (Decomposition)
    3. శిలాజ ఇంధనాల దహనం (బొగ్గు, పెట్రోలు)
    4. అడవుల దహనం, అగ్నిపర్వతాలు
  • సముద్రాలు:
    1. CO₂ను నీటిలో కరిగించుకుని పెద్ద నిల్వగా పనిచేస్తాయి
    2. షెల్స్, పగడపు దిబ్బలు కాల్షియం కార్బొనేట్‌గా కార్బన్‌ను నిల్వ చేస్తాయి.
  • శిలాజ ఇంధనాలు: లక్షల సంవత్సరాలు భూమిలో నిల్వ ఉన్న కార్బన్ – దహనంతో ఒక్కసారిగా వాతావరణంలోకి చేరుతోంది.
  • కార్బన్ సింక్ (Carbon Sink): ఎక్కువ కార్బన్‌ను గ్రహించే వ్యవస్థలు – అడవులు, సముద్రాలు.
  • వాతావరణ మార్పు: అధిక CO₂ హరితగృహ ప్రభావానికి (Greenhouse effect) కారణం.

సులభమైన ఉదాహరణ

మీ కారు పెట్రోలు కాల్చినప్పుడు వచ్చే CO₂ను చెట్లు పీల్చుకుంటాయి. చెట్లు తక్కువైతే ఆ CO₂ వాతావరణంలోనే మిగిలిపోతుంది.

3. నైట్రోజన్ చక్రం & స్థిరీకరణ (Nitrogen Cycle, Nitrogen Fixation)

గాలిలో నైట్రోజన్ ఎక్కువ (సుమారు 78%) ఉన్నా, మొక్కలు నేరుగా వాడుకోలేవు. సూక్ష్మజీవులు దాన్ని వాడదగిన రూపంగా మారుస్తాయి. ఇదే నైట్రోజన్ చక్రం.

ముఖ్య విషయాలు

  • నైట్రోజన్ స్థిరీకరణ (Nitrogen Fixation): గాలిలోని N₂ను అమ్మోనియా (NH₃) లేదా నైట్రేట్‌లుగా మార్చడం.
  • సహజీవన బ్యాక్టీరియా: రైజోబియం (Rhizobium) – పప్పుధాన్యాల (చిక్కుడు జాతి) వేరు బుడిపెల్లో.
  • స్వతంత్ర బ్యాక్టీరియా: అజటోబాక్టర్ (Azotobacter), అజోస్పిరిల్లం.
  • నీలి–ఆకుపచ్చ శైవలాలు (Cyanobacteria): నాస్టాక్ (Nostoc), అనబీనా (Anabaena) – వరి పొలాల్లో.
  • మెరుపులు (Lightning), పారిశ్రామిక హేబర్ ప్రక్రియ కూడా.
  • అమ్మోనిఫికేషన్ (Ammonification): చనిపోయిన జీవుల నుండి బ్యాక్టీరియా అమ్మోనియా తయారు చేయడం.
  • నైట్రిఫికేషన్ (Nitrification): అమ్మోనియా → నైట్రైట్ (నైట్రోసోమోనాస్) → నైట్రేట్ (నైట్రోబాక్టర్). మొక్కలు నైట్రేట్లను తీసుకుంటాయి.
  • డీనైట్రిఫికేషన్ (Denitrification): నైట్రేట్లను తిరిగి వాయు N₂గా మార్చి వాతావరణంలోకి పంపడం – సూడోమోనాస్ వంటి బ్యాక్టీరియా.
  • ఎరువులు: యూరియా వంటి నైట్రోజన్ ఎరువుల అధిక వాడకం నీటి కాలుష్యానికి దారితీస్తుంది.

సులభమైన ఉదాహరణ

రైతులు పప్పుధాన్యాల పంట వేసి పొలం మార్చి వేయడం (పంట మార్పిడి) వల్ల నేలలో నైట్రోజన్ పెరుగుతుంది, ఎందుకంటే వేరు బుడిపెల్లో రైజోబియం పనిచేస్తుంది.

4. నీటి చక్రం (Water Cycle / Hydrological Cycle)

భూమిపై నీరు నిరంతరం సముద్రం, గాలి, భూమి మధ్య రూపం మారుతూ తిరుగుతూ ఉంటుంది. దీన్నే నీటి చక్రం (జలచక్రం) అంటారు. ఈ చక్రానికి శక్తి ఇచ్చేది సూర్యుడు.

ముఖ్య విషయాలు

  • ఆవిరి కావడం (Evaporation): సముద్రాలు, సరస్సుల నీరు సూర్యుని వేడికి నీటి ఆవిరిగా మారుతుంది.
  • బాష్పోత్సేకం (Transpiration): మొక్కల ఆకుల నుండి నీటి ఆవిరి విడుదల కావడం.
  • బాష్పీభవన బాష్పోత్సేకం (Evapotranspiration): ఆవిరి కావడం + బాష్పోత్సేకం కలిపి.
  • ఘనీభవనం (Condensation): ఆవిరి చల్లబడి మేఘాలుగా మారడం.
  • అవపాతం (Precipitation): వర్షం, మంచు, వడగళ్ళ రూపంలో నీరు కిందకు రావడం.
  • ప్రవాహం, ఇంకుడు:
    1. వర్షపు నీరు నదులుగా సముద్రానికి చేరడం (Runoff)
    2. నేలలోకి ఇంకి భూగర్భజలంగా మారడం (Infiltration).
  • భూమిపై నీరు:
    1. దాదాపు 97% సముద్రాల్లో ఉప్పునీరు
    2. మంచినీరు కేవలం సుమారు 3%. మంచినీటిలో ఎక్కువ భాగం హిమానీనదాలు, మంచు పలకల్లో ఉంది.
  • నీటి చక్రం వల్ల లాభం: భూమిపై ఉష్ణోగ్రతను సమతుల్యం చేస్తుంది, మంచినీటిని పునరుద్ధరిస్తుంది.

సులభమైన ఉదాహరణ

చెరువు నీరు ఎండకు ఆవిరై మేఘాలుగా మారి, వర్షమై మళ్ళీ చెరువులోకి వస్తుంది. వంటింట్లో నీరు మరిగితే మూతపై చినుకులు పడడం ఇదే ప్రక్రియ.

5. ఫాస్ఫరస్ & సల్ఫర్ చక్రాలు (Phosphorus, Sulphur Cycles)

ఫాస్ఫరస్, సల్ఫర్ చక్రాలు అవక్షేప చక్రాలు (Sedimentary Cycles). వీటి ప్రధాన నిల్వ భూమి పెంకులోని శిలలు. ఈ చక్రాల్లో వాతావరణ పాత్ర తక్కువ.

ముఖ్య విషయాలు

  • ఫాస్ఫరస్ చక్రం:
    1. ప్రధాన నిల్వ: ఫాస్ఫేట్ శిలలు.
    2. శిలల క్షీణత వల్ల ఫాస్ఫేట్లు నేల, నీటిలో చేరుతాయి; మొక్కలు తీసుకుంటాయి.
    3. పక్షుల విసర్జన (Guano), జంతువుల ఎముకలు, DNA, ATP, కణ త్వచాలు ఫాస్ఫరస్‌తో తయారవుతాయి.
    4. వాయు రూపం దాదాపు లేదు – అందుకే ఇది వాతావరణం ద్వారా తిరిగి రాదు.
  • యూట్రోఫికేషన్ (Eutrophication): ఎరువులు, డిటర్జెంట్లలోని ఫాస్ఫేట్లు, నైట్రేట్లు సరస్సుల్లో చేరి శైవలాలు విపరీతంగా పెరగడం. వాటి మరణం తరువాత కుళ్ళడం వల్ల నీటిలో ఆక్సిజన్ తగ్గి చేపలు చనిపోతాయి.
  • సల్ఫర్ చక్రం:
    1. ప్రధాన నిల్వ: శిలలు, అవక్షేపాలు (సల్ఫేట్, సల్ఫైడ్).
    2. మొక్కలు సల్ఫేట్‌ను తీసుకుంటాయి. అమైనో ఆమ్లాలు (సిస్టీన్, మిథియోనిన్) తయారీకి అవసరం.
    3. సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ (SO₂) శిలాజ ఇంధనాల దహనం, అగ్నిపర్వతాల నుండి విడుదలై ఆమ్ల వర్షానికి (Acid Rain) కారణమవుతుంది.
  • తేడా:
    1. ఫాస్ఫరస్‌కు వాయు రూపం దాదాపు లేదు
    2. సల్ఫర్‌కు వాయు రూపం (SO₂, H₂S) ఉంది.

సులభమైన ఉదాహరణ

పొలాల్లో ఎరువులు ఎక్కువగా వాడితే వర్షపు నీటితో కొట్టుకువచ్చి చెరువులో చేరుతుంది. చెరువు ఆకుపచ్చగా మారి నీరు దుర్వాసన వస్తుంది – ఇదే యూట్రోఫికేషన్.

6. ఆక్సిజన్ చక్రం & మానవ ప్రభావం (Oxygen Cycle, Human Impact)

వాతావరణంలో ఆక్సిజన్ సుమారు 21% ఉంటుంది. జీవులు శ్వాసించడానికి, ఇంధనాలు మండడానికి ఇది అవసరం. ఆక్సిజన్ చక్రం కార్బన్ చక్రంతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.

ముఖ్య విషయాలు

  • ఆక్సిజన్ ఎలా తయారవుతుంది?: కిరణజన్య సంయోగక్రియలో మొక్కలు, శైవలాలు నీటిని విడగొట్టి ఆక్సిజన్ విడుదల చేస్తాయి.
  • ఆక్సిజన్ ఎలా వాడబడుతుంది?:
    1. జీవుల శ్వాసక్రియ
    2. ఇంధనాల దహనం
    3. ఖనిజాల ఆక్సీకరణ (తుప్పు పట్టడం)
  • వాతావరణ ఆక్సిజన్ ఎక్కువ భాగం: భూమి మొక్కలు, సముద్రంలోని ఫైటోప్లాంక్టన్ రెండింటి నుండి వస్తుంది.
  • ఓజోన్ (O₃):
    1. స్ట్రాటోస్ఫియర్‌లో ఆక్సిజన్ నుండి ఏర్పడే వాయువు
    2. సూర్యుని హానికర UV కిరణాలను ఆపుతుంది.
  • మానవ ప్రభావాలు:
    1. శిలాజ ఇంధన దహనం: CO₂ పెరిగి వాతావరణ మార్పు.
    2. నైట్రోజన్ ఎరువులు: నీటి కాలుష్యం, యూట్రోఫికేషన్.
    3. అడవుల నరికివేత: కార్బన్ సింక్ తగ్గి ఆక్సిజన్ ఉత్పత్తి తగ్గుదల.
    4. ఆమ్ల వర్షం: SO₂, NOx విడుదల వల్ల.
  • పరిష్కారాలు: అడవుల పెంపకం, పునరుత్పాదక శక్తి, సేంద్రియ వ్యవసాయం.

సులభమైన ఉదాహరణ

ఒక పెద్ద చెట్టు రోజంతా ఆక్సిజన్ విడుదల చేసి CO₂ను పీల్చుకుంటుంది. అందుకే నగరాల్లో చెట్ల పెంపకం గాలిని శుభ్రపరుస్తుంది.