Zaburzenie obiegu azotu i fosforu (cyklu biogochemicznego)

Czas czytania: 22 minuty

Ostatnia aktualizacja:

Biogeochemia to dział geochemii zajmujący się badaniem obiegu pierwiastków w przyrodzie przy udziale procesów biologicznych. Jest dziedziną interdyscyplinarną, lawirującą na granicy wielu nauk ścisłych, takich jak biologia, chemia, geologia czy też ochrona środowiska i ekologia. Badania biogeochemiczne skupiają się obecnie na analizie oddziaływania mikroorganizmów na przemieszczanie się pierwiastków w obrębie naszej planety.

Cykl biogeochemiczny

to krążenie pierwiastka lub związku chemicznego w obrębie całej ekosfery, łącznie z biosferą.

Granice planetarne to pojęcie dotyczące procesów systemu Ziemi i granic których przekroczenie może wywołać nagłą, nieliniową i nieodwracalną zmianę środowiska w skali kontynentalnej lub globalnej. Naukowcy przeanalizowali czynniki dzięki którym ekosystemy zachowały stabilność w okresie w którym rozwijała się ludzka cywilizacja, a więc w holocenie i ostatnich 10 tysiącach lat. W oparciu o to ustalili zasady które pozwalają na istnienie życia oraz słabe strony ekosystemów. We wrześniu 2023 roku zespół naukowców po raz pierwszy oszacował ilościowo wszystkie dziewięć procesów regulujących stabilność i odporność układu ziemskiego. Są to zmiany klimatu, spadek bioróżnorodności, wylesianie i przekształcenie dzikich terenów w pola uprawne, zakwaszenie oceanów, zużycie zasobów słodkiej wody, niszczenie warstwy ozonowej, zanieczyszczenia chemiczne, zanieczyszczenie atmosfery aerozolami, oraz zaburzenie cyklu biogochemicznego, czyli obiegu azotu i fosforu,

Wysoce stabilny przez setki milionów lat skład chemiczny mórz i atmosfery, w tym zawartość tlenu, był do tej pory możliwy dzięki współdziałaniu cykli biochemicznych połączonych ze sobą siecią sprzężeń zwrotnych. Są one jednak niezwykle wrażliwe na nawet małe zmiany w natlenieniu oceanu czy pierwotnej produkcji biologicznej netto. Emitując dwutlenek węglazanieczyszczając środowisko i wyławiając masowo ryby zakłóciliśmy funkcjonowanie całego złożonego systemu przepływu materii i energii w oceanie, co może mieć bardzo poważne konsekwencje.

Według naukowców w 2009 roku została przekroczona granica planetarna związana z antropogeniczną emisją do środowiska azotu, a w 2015 roku granicę przekroczył emitowany przez człowieka fosfor. Drastyczne, globalne zmiany na Ziemi niekoniecznie nastąpią z dnia na dzień, ale łącznie granice wyznaczają krytyczny próg zwiększający ryzyko dla ludzi i ekosystemów, których jesteśmy częścią.

dodatkowe informacje:
Granice planetarne
Podstawowe pojęcia związane z biologią, ekologią, przyrodą i środowiskiem

Ekosfera
to strefa wokół gwiazdy, o kształcie zbliżonym do warstwy sferycznej, w której obrębie na wszystkich znajdujących się planetach mogą panować warunki fizyczne i chemiczne umożliwiające powstanie, utrzymanie i rozwój organizmów żywych, z których za najistotniejszy uważane jest istnienie ciekłej wody.

Biosfera
to strefa kuli ziemskiej zamieszkana przez organizmy, w której odbywają się procesy ekologiczne. Biosfera jest częścią powłoki ziemskiej, która obejmuje skorupę ziemską, a również powietrze, ląd i wodę. Z najobszerniejszego punktu widzenia geofizyki i ekologii, biosfera jest światowym systemem ekologicznym i obejmuje wszystkie istoty żywe (organizmy) i ich powiązania ze sobą i z litosferą (skorupą ziemską), hydrosferą (wodą) i atmosferą (powietrzem). Do dziś Ziemia jest jedyną znaną planetą, na której znajduje się życie. Szacuje się, że ziemska biosfera zaczęła się tworzyć (przez proces biogenezy) przynajmniej 3,5 miliarda lat temu.

Podstawowe informacje

W każdym cyklu biogochemicznym dość łatwo można wyróżnić dwie części zasobów danego pierwiastka:

  • pulę zasobów – stanowi ją podstawowa część całkowitej ilości pierwiastka, która znajduje się w formie nieorganicznej poza ciałami organizmów żywych: przemiany w tej puli mają charakter abiotyczny
  • pulę wymienną – stanowi ją ta część pierwiastka, która znajduje się w żywych organizmach i ich bezpośrednim środowisku: pulę tę cechują znacznie szybsze przemiany o charakterze biotycznym

Największe znaczenie mają następujące cykle biogochemiczne:

Obieg innych pierwiastków o znaczeniu biologicznym (np. żelaza) ma mniejsze znaczenie

Cykl azotowy
Cykla azotowy / @ Wikipedia / @ Blackfish / CC BY SA 3.0

Obieg azotu w przyrodzie

Cykl azotowy, cykl nitryfikacyjny, obieg azotu w przyrodzie to cykl biogeochemiczny, który opisuje cyrkulację azotu i jego związków chemicznych w biosferze.

Ziemska atmosfera składa się w 78% z azotu (N) i stanowi zarówno pierwotne źródło tego pierwiastka dla biosfery, jak i jest miejscem, do którego jest on uwalniany. Jego organiczne i nieorganiczne związki chemiczne, uczestniczą we wszystkich ważniejszych procesach biochemicznych. Występuje on w aminokwasach tworzących białka, w zasadach azotowych nukleotydów wchodzących w skład DNA i RNA. W roślinach znaczna część azotu jest wbudowana w chlorofil biorący udział w procesie fotosyntezy.

Pierwszym i kluczowym etapem przyswajania azotu z atmosfery jest przekształcanie gazowej jego formy w związki chemiczne, które mogą być dalej przetwarzane przez organizmy żywe. Pewien niewielki procent azotu trafia do organizmów żywych w formie jonów azotanowych (NO−
3) generowanych na skutek rozmaitych procesów geologicznych i atmosferycznych. Większość azotu z atmosfery trafia do biosfery poprzez bakterie azotowe. Należy do nich m.in. rodzaj Rhizobium. Bakterie te posiadają enzym nitrogenazę, katalizujący reakcję gazowego azotu z wodorem pochodzącym z reakcji biochemicznych, w wyniku czego powstaje amoniak, a także aminokwas glutamina. Tego rodzaju bakterie żyją samodzielnie lub w symbiozie z roślinami. Szczególnie dużo występuje ich w brodawkach korzeniowych roślin motylkowych, gdzie oddają one amoniak lub glutaminę w zamian za dokarmianie węglowodanami. Amoniak (NH3) trafiający bezpośrednio do gleby może być też utleniany przez bakterie nitryfikacyjne do azotynów i azotanów. Nieorganiczne związki azotu włączane są do związków organicznych potrzebnych do dalszego funkcjonowania organizmów żywych.

Większość roślin pobiera azot poprzez systemy korzeniowe w formie anionów azotynowych (NO−2) i azotanowych (NO−3) lub kationów amonowych (NH+4). Glebę, która zawiera odpowiednio wysokie stężenie tych związków określa się jako bogatą w azot. Przy zbyt małym stężeniu związków azotowych, ziemię trzeba albo nawozić, albo okresowo uprawiać na niej rośliny żyjące w symbiozie z bakteriami nitryfikacyjnymi i azotowymi.

Cały azot występujący w związkach chemicznych, z których są zbudowane zwierzęta pochodzi od roślin. Zwierzęta nie potrafią przekształcać azotu z atmosfery w związki potrzebne im do życia, generują natomiast amoniak, który jest uwalniany do otoczenia i zużywany przez bakterie nitryfikacyjne lub przekształcany w gazowy azot w procesie anammox.

Procesy wchodzące w skład cyklu

Wchłanianie azotu z atmosfery

Gazowy azot z atmosfery przenika do biosfery na trzy sposoby:

  • pierwotne wchłanianie azotu przez bakterie azotowe – proces ten można skrótowo opisać następującym równaniem:
    N2 + 8H+ + 8e− + 16ATP → 2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi
    Powstający amoniak jest dalej błyskawicznie przekształcany w jony amonowe (NH4+), które są stosowane bezpośrednio do syntezy kwasu glutaminowego, który jest dalej przekształcany w glutaminę. Wchłanianie to odbywa się częściowo przez wolno żyjące bakterie oraz częściowo przez bakterie brodawkowe żyjące w symbiozie z roślinami motylkowymi.
  • dostarczanie azotu w formie nawozów azotowych – nawozy te produkuje się z amoniaku, który otrzymuje się w procesie Habera-Boscha:
    N2 + 3H2 → 2NH3
    który realizuje w skali przemysłowej proces sumarycznie identyczny z tym prowadzonym przez bakterie azotowe.
  • wchłanianie azotynów, które powstają w wyniku naturalnych procesów atmosferycznych i geologicznych – ilość wchłanianego tą drogą azotu jest jednak minimalna i nie liczy się w ogólnym bilansie tego pierwiastka.

Wchłanianie azotanów z gleby i wody

Rośliny, które nie żyją w symbiozie z bakteriami azotowymi wchłaniają azot w postaci jonów azotanowych i amonowych. Jony te są obecne w wodzie i glebie na skutek procesów gnilnych, a także działania wolnożyjących bakterii azotowych. Rośliny te wchłaniają jony przez swoje systemy korzeniowe i następnie przekształcają je w aminokwasy, z których są budowane białka.

Wtórne generowanie amoniaku

Amoniak jest wtórnie generowany w trakcie procesów gnilnych, które są realizowane przez wyspecjalizowane bakterie i grzyby. Jest też generowany przez zwierzęta w wyniku rozkładu mocznika, jednego z podstawowych produktów ich metabolizmu. Powstający amoniak, a właściwie jony amonowe, mogą być od razu pożytkowane przez bakterie nitryfikacyjne lub są uwalniane do otoczenia. Gdy procesy gnilne są w równowadze z procesami nitryfikacji układ znajduje się w równowadze ekologicznej. Zbyt dużo jonów amonowych w środowisku powoduje, że staje się ono nadmiernie zasadowe, co przyspiesza gnicie organizmów żywych, rozwój gnicia i dalszy wzrost zasadowości środowiska.

Nitryfikacja
Pojawiający się w środowisku amoniak, czy to w wyniku procesów geologiczno-atmosferycznych, czy też w wyniku procesów gnilnych i dostarczany przez azobakterie, jest przekształcany w jony azotanowe przez bakterie nitryfikacyjne. Proces ten polega w wielkim uproszczeniu na utlenianiu amoniaku do jonów azotynowych i dalej do azotanów.
NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−
NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e−

Denitryfikacja i proces anammox
Denitryfikacja jest procesem przekształcania nadmiaru azotanów pochodzących z procesu nitryfikacji do gazowego azotu. Jest ona realizowana przez liczne mikroorganizmy, żyjące głównie w wodzie, takie jak bakterie Pseudomonas fluorescens. Sumarycznie proces ten można opisać w następujący sposób:
2NO3− + 10e− + 12H+ → N2 + 6H2O
Analogicznym, niedawno odkrytym procesem jest anammox (anaerobic ammonium oxidation), który prowadzi do bezpośredniego utleniania nadmiarowych ilości jonów amonowych do gazowego azotu. Proces Anammox również jest realizowany przez bakterie żyjące głównie w wodzie.

W skali globalnej oba te procesy prowadzą do ustalania się równowagi obiegu azotu w biosferze i warunkują też utrzymywanie składu atmosfery ziemskiej. Istnieją liczne dyskusje naukowe na temat tego, który z tych procesów jest dominujący.

Nawozy azotowe

Nawozy azotowe

Nawozy azotowe to nawozy, które zawierają główny składnik pokarmowy roślin azot, niezbędny do syntezy m.in. białek, często w formie bezpośrednio przyswajalnej przez rośliny, rzadziej w formie przyswajalnej po przemianach zachodzących w glebie. Nawozy azotowe są produktami przeznaczonymi dla sektora rolnego, służącymi głównie zwiększeniu efektywności upraw rolnych.

Spośród wszelkich nawozów mineralnych nawozy azotowe mają największe znaczenie gospodarcze, wpływając w największym stopniu na plonowanie większości roślin, oraz wzrost masy zielonej. Ponadto często do składu tych produktów dodaje się pierwiastki, które występują w glebie w niewielkich ilościach (siarka, magnez, bor), a od których obecności zależy prawidłowy rozwój roślin i wielkość plonów. Przy niedoborze azotu rośliny słabo się krzewią, mają pokrój strzelisty oraz słabe i szybko opadające liście. Brak azotu obniża jakość plonu, powoduje skrócenie i osłabienie łodyg, obniżenie poziomu chlorofilu w roślinie, oraz skrócenie okresu wegetacji. Nawożenie azotem jest niezbędne w każdym roku, w którym dana uprawa została obsiana. Ponadto azot jest składnikiem, wymywanym z gleby oraz uwalnianym do atmosfery.

Podział nawozów azotowych:

  • amonowe – siarczan amonu (21% N), chlorek amonu (25% N), węglan amonu, woda amoniakalna
  • saletrzane (azotanowe): saletra wapniowa (14% N), saletra sodowa (15% N), saletra potasowa (14% N)
  • saletrzano-amonowe: mieszaniny soli amonu i saletr oraz saletra amonowa (34% N), saletrzak lub roztwór saletrzano-mocznikowy (32, 30 lub 28% N)
  • amidowe – np. mocznik (46% N)

Różnice w przyswajaniu nawozów azotowych ze względu na formę
W zależności od postaci, azot zawarty w poszczególnych nawozach jest różnie przyswajany. Forma saletrzana (azotanowa) jest szybko absorbowana przez rośliny, natomiast nawozy amonowe i amidowe potrzebują więcej czasu na rozpad azotu do formy azotanowej, która może zostać wchłonięta.

Ponadto w rolnictwie wykorzystuje się nawozy zawierające inne składniki, np. fosfor i potas (nawozy NPK), a także lub siarkę (nawozy NPK+S). Są one stosowane do wspomagania upraw wymagających szczególnej obecności tych pierwiastków oraz w przypadku gleb o ich niskiej zawartości.

Cykl fosforowy
Cykl fosforowy / Wikipedoia / @ Zintegrowana Platforma Edukacyjna / CC BY SA 3.0

Obieg fosforu w przyrodzie

Obieg fosforu w przyrodzie to cykl biogeochemiczny opisujący krążenie związków fosforu pomiędzy środowiskiem nieożywionym i organizmami żywymi.

Fosfor (P) występuje w środowisku w postaci fosforanów w skałach pochodzenia organicznego i nieorganicznego, oraz resztkach kości i produktach wydalania. Fosfor znajdujący się w glebie jest przyswajany przez bakterie fosforowe, a rozpuszczony w toni wodnej przez plankton. Organizmy te przetwarzają związki fosforu w formy dostępne dla roślin i zwierząt.

Rozpuszczalne w wodzie związki fosforu (fosforany) są pobierane przez rośliny, które wbudowują go w związki budujące komórki. Dla konsumentów źródłem fosforu są rośliny zielone, oraz, ewentualnie, niższe w piramidzie troficznej poziomy konsumentów. Ostatnim ogniwem organizmów wykorzystujących fosfor są reducenci, organizmy te uwalniają także ten pierwiastek do środowiska w postaci rozpuszczalnych w wodzie fosforanów.

Część fosforu może wypaść z obiegu, gdy dostanie się do głębinowych osadów oceanicznych. Jednocześnie może być uzupełniany przez wietrzenie lub wymywanie ze skał zawierających związki fosforanowe rozpuszczalne w wodzie.

Obieg fosforu w wodzie

Obieg fosforu w wodzie to zespół reakcji chemicznych i biochemicznych dotyczących krążenia związków fosforu w zbiornikach wodnych.

Źródła fosforu w wodzie:

  • wietrzenie i rozpuszczanie minerałów zawierających fosfor
  • erozja gleby
  • opady atmosferyczne
  • spływy powierzchniowe z terenu zlewni
  • nawozy fosforowe
  • fosforany stosowane do produkcji środków piorących
  • ścieki komunalne i przemysłowe
  • wydzielanie, ekskrecja np. przez wrotki Rotifera – typ małych zwierzą bezkręgowych żywiących się martwą materią organiczną, bakteriami, glonami i pierwotniakami

Fosfor, który trafia do zbiornika wodnego, krąży między poszczególnymi warstwami wody w rozmaity sposób, co jest zależne od typu jeziora i od jego stanu troficznego. W zbiorniku wodnym wyróżnia się 2 obiegi fosforu: obieg mały i duży.

Mały obieg fosforu ma miejsce w okresie stagnacji, gdy wyraźnie zaznaczone jest uwarstwienie wody. Całość procesu przebiega w epilimnionie (górna warstwa wody w jeziorze). W natlenionej i naświetlonej powierzchniowej warstwie wody znajdują się jony fosforanowe, które są pobierane przez fitoplankton i wbudowywane w ich organizm. Zachodzące ruchy cyrkulacyjne w epilimnionie nie pozwalają organizmom planktonowym opaść do głębszych warstw wody, dlatego też forma organiczna fosforu zostaje rozłożona przy udziale enzymów ponownie do jonów fosforanowych, które mogą być ponownie zasymilowane. Proces ten może powtarzać się wielokrotnie.

Jeśli fosfor w formie organicznej zdoła opaść do głębszych warstw wody poprzez metalimnion (środkowa, przejściowa warstwa wody w jeziorach) do hypolimnionu (dolna warstwa wody w jeziorach), dopiero w tych głębszych warstwach ulega mineralizacji. Przemiany chemiczne fosforu w wodzie prowadzą do jego wytrącania i jest on akumulowany w osadach dennych. Z górnych partiach wody fosfor do dna opada nie tylko w postaci obumarłej materii organicznej, ale również w powiązaniu z jonami wapnia, żelaza, glinu oraz z zawiesinami mineralnymi. Jeżeli w strefie zetknięcia osadów dennych z wodą panują warunki tlenowe, to jony żelaza Fe3+ wiążą trwałe jony fosforanowe stanowiąc dla nich pułapkę i w takiej formie odkładane są w osadach dennych. Jeżeli w hypolimnionie zaczyna brakować tlenu, żelazo trójwartościowe przechodzi do dwuwartościowego Fe2+. Ponieważ fosforany żelaza(2+) są lepiej rozpuszczalne, następuje uwalnianie fosforu z osadów dennych do wody – jest to proces wzbogacania wewnętrznego.

W warunkach skrajnie redukujących siarczany, które znajdują się w wodzie, przechodzą w siarkowodór i wtedy duża część żelaza w postaci jonów Fe2+ tworzy nierozpuszczalne siarczki na powierzchni osadów dennych i zostaje wyłączone ze strącania fosforu, nawet w okresie cyrkulacji. W zdegradowanych jeziorach w warunkach skrajnie redukujących w osadach dennych powstaje metan. Pęcherze metanu unoszące się do góry, mimo stabilnego uwarstwienia termicznego transportują znaczne ilości fosforu do warstwy produkcyjnej jeziora. Zjawisko konwekcji metanowej to główny mechanizm nawożenia wewnętrznego, a powstanie siarkowodoru w wodzie jest momentem, od którego eutrofizacja jeziora przebiega w sposób lawinowy.

Nawozy fosforowe

Nawozy fosforowe

W 1840 roku Justus von Liebig stwierdził, że roślina potrzebuje do wzrostu oprócz związków zawartych w gnojówce także związków fosforu. Dostępnymi nawozami zawierającymi fosfor były mączka kostna i guano. Związki fosforu w wymienionych substancjach nie są bezpośrednio przyswajalne przez rośliny. Liebieg działał na nie kwasem siarkowym i przekształcił je w rozpuszczalne w wodzie fosforany. Pierwszym nawozem mineralnym był superfosfat. Został wyprodukowany w roku 1842 przez Johna Benneta Lawesa. Największym producentem nawozów fosforowych w Polsce są Zakłady Chemiczne Police S.A. w Policach.

Nawozy fosforowe to nawozy mineralne, których głównym składnikiem odżywczym jest fosfor, makroelement w odżywianiu roślin, wchodzący w skład m.in. kwasów nukleinowych i fityny. Fosfor występuje w nich w postaci ortofosforanów. Do ich produkcji wykorzystuje się głównie apatyty i fosforyty, a w mniejszym stopniu odpady przemysłowe i produkcyjne.

Nawozy fosforowe w niewielkim stopniu zwiększają wielkość plonu, jednak znacząco poprawiają jego jakość. Wpływają też na efektywność nawożenia nawozami azotowymi.

Ze względu na szybkość działania nawozy fosforowe dzieli się na:

  • szybko działające, rozpuszczalne w wodzie – np. superfosfaty
  • wolno działające, rozpuszczalne w słabych kwasach – np. supertomasyna (obecnie niestosowana)
  • bardzo wolno działające, rozpuszczalne w mocnych kwasach – np. mączki kostne, mączki fosforytowe

Do najważniejszych nawozów fosforowych należą:

  • superfosfaty (16–18% P2O5) – będące mieszaniną diwodorofosforanu wapnia i siarczanu wapnia (gipsu), otrzymywane w reakcji pomiędzy kwasem siarkowym a fosforytami:
    Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 → Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4
    Diwodorfosforan wapnia rozpuszcza się w wodzie, przez co jest łatwo przyswajalny przez rośliny.
  • superfosfat podwójny (46% P2O5), znany też jako superfosfat potrójny, nie zawiera gipsu
  • precypitat (P2O5 do 30%) – będący wodorofosforanem wapnia CaHPO4·2H2O
  • supertomasyna (28–30% P2O5) – otrzymywana przez stapianie fosforytów z sodą i krzemionką, także tomasyna, tzw. żużel Thomasa
  • termofosfaty
  • metafosforany
  • niektóre mączki nawozowe – mączki fosforytowe
  • polifosforany
Zaburzenie cyklu biogochemicznego w oceanie

Zaburzenie cyklu biogochemicznego w oceanie

Jednym z głównych powodów odtlenienia oceanów, czyli spadku zawartości tlenu w oceanach są ogromne ilości nawozów sztucznych i ścieków zawierających fosfor i azot, spływające z pól i rzekami trafiające do mórz i oceanów. Nawozy i ścieki to gotowe substancje odżywcze inicjujące gigantyczne zakwity roślin wodnych. Fitoplankton w takich warunkach gwałtownie rośnie (fosfor jest bardzo ważny dla fitoplanktonu, ale w normalnych warunkach stosunkowo trudno dostępny w oceanie), a po obumarciu jest rozkładany w toni wodnej przez wyspecjalizowane mikroby. W czasie tego rozkładu wykorzystywany jest tlen. Ten proces prowadzi do powstawania olbrzymich martwych stref w morzach przybrzeżnych.

W skali milionów lat utrzymanie relatywnie stabilnych koncentracji tlenu w oceanach i atmosferze wymaga, by źródła fosforu były w równowadze z jego pochłanianiem czyli usuwaniem do osadów morskich. Do tej pory głównym źródłem fosforu w wodzie oceanicznej było wietrzenie skał lądowych. Wraz z globalnym ociepleniem następuje jednak intensyfikacja procesów wietrzenia m.in. z powodu przyspieszenia reakcji chemicznych w wyższej temperaturze, oraz zmian cyklu hydrologicznego, takich jak większa wilgotność, większy spływ rzeczny, oraz odpowiedź świata biologicznego.

Dodatkowo osłabienie oceanicznej cyrkulacji termohalinowej z powodu zmian klimatu może powodować, że więcej fosforu jest transportowane z otwartego oceanu w okolice wybrzeży, które już zmagają się z eutrofizacją w wyniku dopływu nawozów i zanieczyszczeń z rzek. Wszystko to oznacza bujniejszy zakwit fitoplanktonu, w tym gatunków toksycznych. Ta ogromna biomasa nie ma szans zostać zjedzoną przez roślinożerców, szczególnie w przełowionych i zanieczyszczonych morzach. Na skutek słabego mieszania wód biomasa przebywa dłużej w warstwach podpowierzchniowych.

Tempo opadania biomasy na dno maleje także wraz z postępującym zakwaszaniem oceanu, które powoduje spadek grubości (ciężaru) skorupek z węglanu wapnia, występujących u niektórych gatunków fitoplanktonu. Bakterie z przypowierzchniowych warstw mają więc więcej czasu na rozłożenie materii organicznej, co przyczynia się do odtleniania większych objętości wody. Nasila to już istniejący problem odtleniania głębin, wynikający z zaburzeń w miejscach napowietrzania głębinowych mas wody.

Odtlenianie zmienia także funkcje oceanu na skutek zmian w cyklu azotowym, które na obszarach beztlenowych stają się źródłem podtlenku azotu N2O, będącego silnym gazem cieplarnianym.

Problem niedotlenienia oceanu ma również bezpośredni negatywny wpływ na bioróżnorodność gatunków, funkcjonowanie morskiego łańcucha pokarmowego, czy ogólną produkcję biomasy. Ten ostatni proces wiąże się nierozerwalnie z rybołówstwem.

W przypadku zwierząt zmiennocieplnych, których temperatura zależy od temperatury środowiska, cieplejszy ocean oznacza wyższą temperaturę ciała, a tym samym szybsze tempo reakcji biochemicznych i szybszy metabolizm. Skutkuje to podwyższonym zapotrzebowaniem na tlen, tym większym, im większe są rozmiary ciała. Oznacza to szybsze zużywanie tlenu w coraz bardziej ubogim w niego oceanie. Mniejsza ilość rozpuszczonego w cieplejszej wodzie tlenu zredukuje rozmiary osiągane przez ryby.

Temperatura wody ma również wpływ na rozmieszczenie i skład bazy pokarmowej ryb oraz konkurencyjnych (w tym inwazyjnych) gatunków, a także aktywność patogenów (poprzez osłabianie organizmów zwierząt oraz poprzez tworzenie warunków korzystnych dla patogenów). Do tego osłabienie cyrkulacji oceanicznej wywołane ogrzewaniem wód morskich wpływa na trasy przemieszczania się cząstek pokarmowych oraz na miejsca ich wynoszenia z głębszych warstw oceanu, czego skutkiem jest rozsynchronizowanie się łańcuchów pokarmowych. Wraz z odtlenianiem, zanieczyszczeniem oceanów i przełowieniem spowoduje to zaburzenie funkcjonowania ekosystemów.

Żywe organizmy stanowią ważny element krążenia materii, mają także ogromny wpływ na fitoplankton, zarówno poprzez drapieżnictwo, jak i dostarczanie składników odżywczych. Głębokie przemiany w ekosystemach będą więc wzmacniać negatywne skutki zmiany klimatu na ocean.

Choć przyczyn odtleniania oceanów jest kilka: słabsza rozpuszczalność tlenu, zaburzenia krążenia wód oceanicznych i cyklu fosforowego, zwiększone zapotrzebowanie na tlen organizmów żyjących w morzu, to łączy je jedno, czyli wzrost globalnej temperatury. Ponieważ wraz z postępowaniem globalnego ocieplenia problemy te będą się nasilać, a do tego procesy zachodzące na dnie oceanu nie będą w stanie efektywnie wiązać nadmiaru fosforu, to skutek może być ten sam, co w czasach prehistorycznych.

Emitując gazy cieplarniane, zanieczyszczając środowisko naturalne i przeławiając wody zakłóciliśmy funkcjonowanie całego złożonego systemu przepływu materii i energii w oceanie, co może mieć bardzo poważne konsekwencje. Bez zdecydowanych zmian w sposobach pozyskiwania energii, ochronie środowiska, przejścia w stronę zrównoważonego rozwoju, może się okazać że badania nad prehistorycznymi epizodami klęsk i katastrof ekologicznych, związanego z nimi masowego wymierania, staną się nieprzyjemnie aktualne już w bliskiej przyszłości.

źródło: materiały prasowe
Biosferaautorzy, licencja CC BY SA 4.0
Biogeochemia, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Cykl biogochemiczny, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Globalne ocieplenie, prądy morskie i życie w oceanach, naukaoklimacie.pl, licencja CC BY NC ND 3.0 PL
Obieg azotu w przyrodzie, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Obieg fosforu w przyrodzie, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Obieg fosforu w wodzie, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Nawozy azotowe, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Nawozy fosforowe, autorzy, licencja CC BY SA 4.0

Zagrożenia ekologiczne – dodatkowe informacje:

definicje, teorie, hipotezy, zjawiska:
antropocen, bezpieczeństwo ekologiczne, biologiczny potencjał Ziemi do regeneracji (biocapacity), ekobójstwo (ekocyd), ekomodernizm, ekoterroryzm, globalne zagrożenia ekologiczne, granice planetarne, hipoteza wypadających nitów (rivet popping), kapitalocen, katastrofy i klęski ekologiczne, katastrofy ekologiczne na świecie, klęski żywiołowe, masowe wymieranie, monokultura, komodyfikacja żywności (utowarowanie), plantacjocen, plastikoza, plastisfera (plastisphere), przeludnienie, syndrom przesuwającego sią punktu odniesienia, szóste masowe wymieranie (szósta katastrofa), tragedia wspólnego pastwiska, utrata bioróżnorodności, zielony anarchizm, zjawisko przedniej szyby

degradacja środowiska:
akwakultura, betonoza (betonowanie miast), choroby odzwierzęce, górnictwo morskie, hodowla zwierząt, melioracja, monokultura, niszczenie siedlisk, przełownie, przemysł wydobywczy, przyłów, rolnictwo, spadek liczebności owadów, turystyka masowa, wylesianie (deforestacja), wypalanie traw

ozon i ozonosfera (warstwa ozonowa):
dziura ozonowa, freon (CFC)

zanieczyszczenie środowiska:
bisfenol A (BPA), eutrofizacja, farmaceutyki, handel emisjami zanieczyszczeń, kwaśny deszcz, mikroplastik, martwe strefy, nanoplastik, neonikotynoidy, niedopałki papierosów, odpady niebezpieczne, pestycydy, polichlorowane bifenyle (PCB), przemysł tekstylny (włókienniczy). sieci widma, sinice, składowiska odpadów (wysypiska śmieci), smog, sól drogowa, sztuczne ognie (fajerwerki, petardy), tworzywa sztuczne (plastik), Wielka Pacyficzna Plama Śmieci, wycieki ropy naftowej, zakwaszenie wód (rzek, jezior, mórz i oceanów), zanieczyszczenie gleby, zanieczyszczenie hałasem, zanieczyszczenie powietrza, zanieczyszczenie światłem, zanieczyszczenie wody

zmiany klimatu (kryzys klimatyczny):
blaknięcie (bielenie) raf koralowych, denializm klimatyczny (zaprzeczanie globalnemu ociepleniu), efekt cieplarniany, ekstremalne zjawiska, gazy cieplarniane, globalne ocieplenie, kryzys wodny, miejska wyspa ciepła (MWC), migracje gatunków, nawałnice, ocieplenie oceanu, wzrost poziomu mórz i oceanów, podtopienie, powódź, pożar lasu, przyducha, pustynnienie, susza, topnienie lodowców i lądolodów, topnienie lodu morskiego, trąba powietrzna, upał

klęski i katastrofy ekologiczne:
katastrofy jądrowe (nuklearne), katastrofy przemysłowe, największe katastrofy ekologiczne na świecie, największe katastrofy ekologiczne w Polsce, wycieki ropy naftowej

Czerwona księga gatunków zagrożonych, Czerwona Lista IUCN (The IUCN Red List):
gatunek wymarły (extinct EX), gatunek wymarły na wolności (extinct in the wild EW), gatunek krytycznie zagrożony (critically endangered CR), gatunek zagrożony (endangered EN), gatunek narażony gatunek wysokiego ryzyka (vulnerable VU), gatunek bliski zagrożenia (near threatened NT), gatunek najmniejszej troski (least concern LC)
Polska czerwona księga roślin, Polska czerwona księga zwierząt
gatunek inwazyjny (inwazyjny gatunek obcy IGO)

Poruszający i inspirujący do działania apel Davida Attenborough

Wiedza ekologiczna – dodatkowe informacje:
aforyzmy ekologiczne, biblioteka ekologa, biblioteka młodego ekologa, ekoprognoza, encyklopedia ekologiczna, hasła ekologiczne, hasztagi (hashtagi) ekologiczne, kalendarium wydarzeń ekologicznych, kalendarz ekologiczny, klęski i katastrofy ekologiczne, największe katastrofy ekologiczne na świecie, międzynarodowe organizacje ekologiczne, podcasty ekologiczne, poradniki ekologiczne, (nie) tęgie głowy czy też (nie) najtęższe umysły, znaki i oznaczenia ekologiczne

Dziękuję, że przeczytałaś/eś powyższe informacje do końca. Jeśli cenisz sobie zamieszczane przez portal treści zapraszam do wsparcia serwisu poprzez Patronite.

Możesz również wypić ze mną wirtualną kawę! Dorzucasz się w ten sposób do kosztów prowadzenia portalu, a co ważniejsze, dajesz mi sygnał do dalszego działania. Nad każdym artykułem pracuję zwykle do późna, więc dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła ;-)

Zapisz się na Newsletter i otrzymuj email z ekowiadomościami. Dodatkowo dostaniesz dostęp do specjalnego działu na stronie portalu, gdzie pojawiają się darmowe materiały do pobrania i wykorzystania. Poradniki i przewodniki, praktyczne zestawienia, podsumowania, wzory, karty prac, checklisty i ściągi. Wszystko czego potrzebujesz do skutecznej i zielonej rewolucji w twoim życiu. Zapisz się do Newslettera i zacznij zmieniać świat na lepsze.

Chcesz podzielić się ciekawym newsem lub zaproponować temat? Skontaktuj się pisząc maila na adres: informacje@wlaczoszczedzanie.pl

Więcej ciekawych informacji znajdziesz na stronie głównej portalu Włącz oszczędzanie

Scroll to Top