Ciclul apei

CICLUL APEI

Apa este un element vital, indispensabil vietii pe Pamant. Este o componenta anorganica esentiala a materiei vii, reprezentand la mamifere cca. 93% din greutatea sangelui si 80% din masa musculara. La om, apa constituie 63- 65% din greutatea corporala a adultului. La alte animale inferioare, asa cum sunt spongierii si meduzele, organismul este alcatuit in procente de peste 96- 98% din apa.

Din suprafata totala a planetei, hidrosfera reprezinta cca. 71%, respectiv o cantitate de cca. 13000 - 15000 miliarde tone. Din aceasta cantitate, cea mai mare parte, de 97,2%, o reprezinta apa sarata a marilor si oceanelor. Doar 2,8% din total reprezinta apa dulce. Cea mai mare parte de apa dulce (78,5%), este stocata sub forma solida in calotele glaciare. Restul de 21,40% este apa dulce continentala. Din aceasta cantitate, 21% o constituie apele subterane si din sol, 0,35% este apa din lacuri si mlastini, 0,04% este apa sub forma de vapori in atmosfera si numai 0,01% este apa dulce curgatoare.

Apa din mari si oceane reprezinta leaganul vietii, in care au aparut primele forme de viata. Mediul acvatic contine resurse material-energetice pentru a intretine populatiile de producatori, de consumatori si descompunatori din apa, precum si pentru asigurarea hranei unor organisme terestre mai ales pasari si mamifere. Oxigenul produs de fitoplanctonul din apa, alaturi de cel eliminat de plantele terestre, asigura procesul de respiratie al tuturor organismelor vii.

Apele curgatoare antreneaza mari cantitati de substante dizolvate, materii aflate in suspensie si nenumarate microorganisme, realizand o migratie a substantelor organice, de proportii uriase. Ca exemplu, numai in urma proceselor de denudatie sunt transportate anual, de pe uscat in oceane, o cantitate de cca.2,7x 10 tone de material solid. Apele naturale provoaca procese de dizolvare a rocilor si levigare a solurilor, prin spalarea elementelor solubile care sunt transportate la mari distante si apoi depuse de apele curgatoare in zonele joase ale cursurilor in mari depozite sedimentare (aluviuni), bogate in numeroase elemente: Ca, Mg, Si, Fe, Mn, P, C, H, N, O si alte elemente combinate. Solurile formate pe aluviuni au fertilitate naturala crescuta, datorita prezentei in cantitati mari a acestor substante organice transportate de apele curgatoare.

In natura, apa se gaseste sub forma lichida in biotopurile acvatice si terestre, sub forma de vapori in atmosfera, precum si sub forma solida in gheata.

Intr-un biotop terestru principalele surse de apa sunt: precipitatiile, care depind de pozitia geografica, de relief, de vanturi si de covorul vegetal; apa inglobata in sol si apa scursa de la suprafata in spatiile mari din straturile geologice ale pamantului. Sub actiunea energiei solare si a temperaturii, apa trece dintr-o forma in alta, efectuand un circuit complex care se datoreaza miscarilor din aer, din atmosfera si curentilor marini. In acest circuit se disting urmatoarele etape principale:

- ascensiunea vaporilor de apa in atmosfera si deplasarea lor dintr-o zona in alta, prin actiunea curentilor atmosferici;

- condensarea vaporilor de apa in nori;

- precipitarea sub forma de ploaie, grindina, zapada;

- scurgerea apelor pe suprafetele terestre in panta, prin cursurile de apa, spre oceane;

- infiltrarea in sol a unor parti din apa de suprafata, care se scurge prin cursuri subterane.

Miscarea ciclica a apei in cadrul biosferei reprezinta circulatia sau transferul apei din invelisurile scoartei terestre, in materia vie (mediul biotic) si apoi din nou in mediul abiotic (neviu). Astfel, intr-o padure de foioase apa din precipitatii alimenteaza panza freatica din subsol sau se scurge in apele curgatoare, o alta parte se evapora, iar restul se absoarbe in sol. Din sol, apa ajunge in plante de unde cea mai mare parte este eliminata prin transpiratie, restul fiind utilizata la producerea de biomasa.

Plantele absorb si redau atmosferei cca.38% din volumul anual de precipitatii. Se estimeaza ca 1 ha de padure de foioase din zonele temperate elimina prin procesul de transpiratie cca. 3000 - 7000 t apa /an. La nivel planetar, din totalul precipitatiilor anuale (771mm) mai putin de jumatate (367mm) trec in mare. Restul (404 mm, adica 52%) se reintorc in atmosfera prin evapotranspiratie (apa evaporata din sol si rezultata din transpiratia plantelor). Doar 1% din apa cazuta prin ploi este folosita in sinteza materiei vii. Omul consuma pentru nevoile sale menajere si industriale 2,5% din precipitatiile totale.

Consumul de apa dulce este in prezent un indicator sintetic al nivelului de trai, de dezvoltare si de civilizatie. In tarile dezvoltate valoarea acestui consum este de 2000-2500m /an/locuitor, in timp ce in tarile subdezvoltate este de cca.40-50m /an/locuitor.

Actiunea omului asupra componentelor biosferei poate avea influente grave asupra circuitului apei. Astfel, spre exemplu, prin poluarea apei si defrisarea irationala produse prin extinderea agriculturii, industriei si constructiilor, omul a produs mari dezechilibre in natura. Inlaturarea completa a padurilor de pe suprafete intinse determina modificari ale circuitului apei prin: modificarea regimului de precipitatii, al miscarii curentilor de aer, degradarea si eroziunea solurilor, inundatiile. Datorita eroziunii, solul nu poate primi cantitatea de apa necesara dezvoltarii covorului vegetal, iar rezervele de apa din sol descresc. Deversarea apelor poluate in cursurile de apa, face ca circuitul apei prin ecosistem sa dauneze biocenozelor si sa puna chiar in pericol echilibrul intregului ecosistem.

CICLUL AZOTULUI

Ciclul azotului (N) este unul dintre cele mai complexe circuite din natura, in care azotul din mediul abiotic (aer, apa) trece in mediul biotic al tuturor ecosistemelor si revine apoi in acest mediul neviu.

In natura, acest element chimic provine din doua surse principale: N atmosferic si N organic rezultat din descompunerea cadavrelor animale si vegetale. Azotul atmosferic poate fi folosit numai de cateva organisme fixatoare de N asa cum sunt: bacteriile, ciupercile si cateva alge cianoficee, care il transforma in N nitric si N nitros. Aceste substante azotate, care au fost fixate de bacterii sunt cedate solului dupa moartea bacteriilor sintetizatoare, de unde sunt absorbite de catre plante pentru sinteza aminoacizilor si substantelor proteice proprii.

Acelasi fenomen se petrece si cu N organic continut in corpul organismelor vii (vegetale si animale). Substantele proteice rezultate din descompunerea organismelor moarte sunt transformate de bacterii in compusi amoniacali, respectiv in nitriti si nitrati. Acestia constituie sursa principala din natura pentru nutritia plantelor verzi.

Principalul rezervor de azot (80% din cantitatea totala de azot a planetei) este atmosfera in care N ocupa 78% din volumul total. Restul de 20% se gaseste in substantele organice sintetizate de toate organismele vii, in componentele humice din structura solului precum si in unele sedimente de natura organica si minerala.

Circuitul azotului cuprinde doua subcicluri, fiecare cu cate doua faze.

Primul subciclu cuprinde urmatoarele doua etape:

- de fixare a N liber, in care N din aer este introdus in circuit si

- de denitrificarea prin care N din circuit este redat atmosferei.

Al doilea subciclu care cuprinde:

- faza de mineralizare, faza de degradare a compusilor organici cu azot si

- faza de biosinteza a compusilor organici azotati.

Faza de fixare a azotului liber din atmosfera se poate realiza prin trei cai: fotochimica, electrochimica si biologica. Fixarea fotochimica are loc in straturile inalte ale atmosferei, unde sub actiunea radiatiilor ultraviolete N din aer se combina cu vaporii de apa si formeaza amoniac si nitrati. Calea electrochimica are loc la inaltimi mai joase sub influenta fulgerelor si formeaza cantitati mult mai mici de amoniac. In ultima cale, respectiv cea biologica, fixarea azotului atmosferic se realizeaza pe seama unor grupe de microorganisme fixatoare, libere sau simbionte numite bacterii fixatoare de azot. Dintre cele libere unele sunt aerobe (capabile sa traiasca numai in

prezenta O molecular liber) cum sunt cele din genul Azotobacter, iar altele sunt anaerobe (capabile sa traiasca in absenta O liber) din genul Clostridum sau genul Rhodospirillium.

Microorganismele fixatoare simbionte sunt bacteriile din genul Rhizobium care traiesc in simbioza cu plante din familia leguminoaselor (lucerna, trifoiul, soia etc.). Fiecare specie de leguminoase accepta numai o anumita specie de bacterii, pe care planta gazda o recunoaste prin intermediul unei proteine "semnalizatoare " care permite fixarea numai a bacteriilor specifice (recunoscute), oprind patrunderea altor bacterii care pot fi patogene pentru planta. Bacteriile simbionte fixeaza azotul pe cale enzimatica, cu ajutorul unei enzime denumita nitrogenaza. Enzima prezinta o sensibilitate ridicata la oxigen si poate deveni activa numai in prezenta unor metale (molibdenul si fierul).

In mediul acvatic exista de asemenea bacterii libere fixatoare de N, dar cel mai important rol in fixarea azotului atmosferic il au algele albastre fotosintetizatoare (din genurile Anabaena, Nostoc si Trichodesmum).

Faza de denitrificare este un proces de transformare a nitratilor (NO ) in nitriti pana la oxizi de azot si azot liber, precum si de reducere a acidului azotic in acid azotos, amoniac si N molecular. Procesul se produce mai intens in sol, dar apare si in apa sau in sedimente cu multa substanta organica, slab aerate. Denitrificarea se poate realiza pe cale chimica, sub actiunea anumitor factori: temperatura, pH-ul, umiditatea si pe cale biologica cu ajutorul unor bacterii specifice (genul Pseudomonas, genul Clostridium, genul Bacillus, genul Achromobacter, genul Thiobacillus).

Denitrificarea are ritm sezonier, fiind mai accentuata in sezonul cald si mult mai putin intensa sau chiar absenta iarna, datorita efectului negativ al temperaturilor joase.

Mineralizarea este un proces de descompunere a compusilor organici cu azot, pana la nitriti si nitrati. In prima etapa are loc amonificarea, respectiv descompunerea de catre bacterii a substantei organice azotate cu producere de amoniac. In a doua etapa, numita nitrificare, amoniacul este transformat de alt tip de bacterii (genul Nitrosomonas si genul Nitrobacter) in nitriti (reactie de nitrire) si ulterior in nitrati (reactie de nitrare). Intregul proces de mineralizare are loc cu producere de energie care este utilizata de plante pentru reducerea CO si sinteza tuturor substantelor organice proprii.

In ultima faza de biosinteza nitratii absorbiti in procesul de nutritie la plantelor sunt folositi de acestea pentru sinteza substantelor organice proprii necesare procesului de crestere si dezvoltare.

Daca analizam cantitatea de azot fixata in cursul unui ciclu biogeochimic se constata ca bilantul este pozitiv (se fixeaza mai mult azot decat se pierde). Acest bilant determina sinteza si cresterea biomasei vegetale in cantitati mai mari decat necesarul de hrana al consumatorilor primari.