Du skal logge ind for at skrive en note

Kulstofs kredsløb

Figur 2.12
Kulstofs kredsløb er tæt forbundet med de levende organismer. Plantecellernes binding af kuldioxid ved fotosyntese, og alle levende cellers respiration af det organiske kulstof, er sammen med den rent fysiske omsætning drivkraften i kulstoffets kredsløb. Enheder: Lagre i milliarder tons kulstof, omsætninger (pile) i milliarder tons kulstof/år.
Figur 2.12
Kulstofs kredsløb er tæt forbundet med de levende organismer. Plantecellernes binding af kuldioxid ved fotosyntese, og alle levende cellers respiration af det organiske kulstof, er sammen med den rent fysiske omsætning drivkraften i kulstoffets kredsløb. Enheder: Lagre i milliarder tons kulstof, omsætninger (pile) i milliarder tons kulstof/år.

Når føden som energikilde bevæger sig gennem økosystemernes fødenet, har det betydning for de grundstoffer, som indgår i føden. I første omgang drejer det sig om C, H og O. I figur 2.12 vises kulstofs globale kredsløb. Ser man nærmere efter, kan man se, at en del af kulstofkredsløbet er rent fysisk-kemisk, fx udvekslingen af kuldioxid mellem atmosfære og hav.

Andre dele er biologiske og drives af balancen mellem fotosyntese og respiration. Denne balance er dynamisk, og har undergået store ændringer gennem tiderne.

I nogle perioder har fotosyntesen været væsentlige stærkere end respirationen, og der er derfor ophobet store mængder organisk stof. I de sidste 200 år har menneskets aktivitet påvirket denne balance. Tidligere tiders primærproduktion, omdannet til kul, olie og gas af enorme geologiske kræfter, er blevet udnyttet til at dække et stigende energiforbrug. Som en følge heraf er atmosfærens indhold af kuldioxid steget fra omkring 280 ppm i 1850'erne til knap 400 ppm i 2013.

Du skal logge ind for at skrive en note

Vands kredsløb

Figur 2.13
Vandets kredsløb. Enheder: Lagre 1012 m3, omsætninger (pile) 1012 m3 pr. år.
Figur 2.13
Vandets kredsløb. Enheder: Lagre 1012 m3, omsætninger (pile) 1012 m3 pr. år.

Vandet i naturen findes i indbyrdes forbundne puljer. Langt den overvejende del findes som saltvand i havet. Kontinenternes ferskvand (søer, vandløb og grundvand) udgør kun 4% af jordens samlede vandressourcer, iskalotterne ved polerne knap 2%, og selvom nogle synes, det regner meget her i Danmark, så rummer atmosfæren blot 0,001% af den samlede vandmængde. Vandet er i stadig bevægelse mellem de fire puljer – hav, atmosfære, ferskvand og polernes iskalotter – drevet af solenergien, se fig. 2.13.

Plantevækst, især skov, spiller her en væsentlig rolle for den tid, vandet opholder sig i de enkelte dele af det globale økosystem. Planterne optager og fordamper vand fra jorden, men samtidig nedsætter plantevækst den direkte fordampning fra jordoverfladen ved skygning. På den måde bremses vandet og holdes inden for økosystemets levende dele.

I Danmark varierer nedbøren geografisk. Den er størst i det sydvestlige del af landet, mindst i en nordøstligste del, men med en gennemsnitlig årlig nedbør på 500-800 mm. En del af nedbøren fordamper fra jordoverfladen. Resten (det såkaldte nedbørsoverskud) strømmer til åer og søer eller siver ned til grundvandet. Nedbørsoverskuddet er knap 140 mm/år på Sjælland, men omkring 440 mm/år i det indre Jylland, så det kan ikke overraske at de jyske vandløb ser ud af lidt mere end de sjællandske.

Næsten al drikkevand i Danmark tages fra grundvandsmagasinerne. Danmark er derfor begunstiget af store mængder rent vand, renset ved passage gennem jordlagene.

Du skal logge ind for at skrive en note

Nitrogens kredsløb

Figur 2.14
Nitrogens kredsløb.
Figur 2.14
Nitrogens kredsløb.

Et af de grundstoffer, der har størst betydning for planters vækst er nitrogen, N. Nitrogen indgår i opbygningen af både proteiner og arvematerialets molekyler, DNA og RNA. Uden nitrogen vil planternes vækst gå i stå. På trods af at atmosfæren indeholder knap 80% nitrogen i form af N2, er nitrogen den begrænsende faktor for primærproduktionen i de fleste økosystemer. Når det forholder sig sådan, er det fordi den atmosfæriske nitrogen ikke kan udnyttes af primærproducenterne.

N2 er en luftart, der er meget vanskelig at optage og nedbryde. Primærproducenterne er derfor henvist til at udnytte de N-forbindelser, som de er istand til at optage og indbygge. Det drejer sig om ammonium (NH4+) og nitrat (NO3-). Begge disse N-forbindelser er letopløselige, og optages af planterne gennem rødderne. Så snart de er optaget af planterne, indbygges de i plantens egne molekyler, først og fremmest i aminosyrer, der udgør byggestenene til protein, men også i DNA og RNA.

Dyr har det lettere, for de får deres behov for nitrogen dækket gennem de planter, de spiser. Nitrogen, der er indbygget i proteiner og arvemateriale kaldes organisk bundet, eller bare organisk N.

Når planter og dyr dør, indeholder de stadig energi og organisk nitrogen. De døde planter og dyr udgør føden for nedbryderne, hovedsagelig bakterier og svampe. I forbindelse med nedbrydningen af de døde planter og dyr frigives nitrogen til omgivelserne i form af ammonium, se fig. 2.14. Processen kaldes ammonifikation og er et eksempel på en mineraliseringsproces.

Ammonium kan omdannes til nitrit (NO2-) og derefter til nitrat (NO3-). Begge processer skyldes bakterier, som udnytter den energi, der frigøres ved processerne, til opbygning af glukose fra kuldioxid og vand. Der er tale om en proces, der minder om fotosyntesen. Den eneste forskel er, at energien ikke kommer fra solen, men ved iltning af uorganisk stof (ammonium og nitrit). Omdannelsen af ammonium til nitrat kaldes for en nitrifikation.

Du skal logge ind for at skrive en note
Rødder fra en bælgplante med knolde der indeholder nitrogenfikserende bakterier.
iStockphoto.com/DS70
Rødder fra en bælgplante med knolde der indeholder nitrogenfikserende bakterier.
iStockphoto.com/DS70

Både ammonium og nitrat kan som nævnt optages af planternes rødder.

Bælgplanter som bønner og ærter afviger i deres forhold til nitrogen fra andre planter. De optager ganske vist ammonium og nitrat som alle andre planter, men kan som de eneste planter også udnytte luftens frie nitrogen, N2. Det skyldes nogle bakterier – Rhizobium – som lever i bælgplanternes rødder. Bakterierne er i stand til at spalte luftens N2 til nitrogenatomer og derfra danne ammonium (NH4+), der kan anvendes til aminosyreopbygning.

Det er imidlertid en meget energikrævende proces. Bakterierne får energien foræret af bælgplanten. Der er tale om en symbiose, hvor to arter lever sammen til gavn for begge. Bakterien får energi i form af glukose fra bælgplanten, som så til gengæld får nitrogen i form af ammonium fra bakterien. Fordelen for bælgplanten er, at den aldrig savner nitrogen.

Du skal logge ind for at skrive en note

Video om nitrogens kredsløb

Du skal logge ind for at skrive en note
Du skal logge ind for at skrive en note

Fosfors kredsløb

Fosfor, P, er et andet meget vigtigt grundstof for de levende organismer, bl.a. fordi fosfor indgår som byggesten i arvematerialet, DNA og RNA. Alene af den grund er fosfor uundværligt. Da fosfor også er en del af alle cellers energibærende molekyle, ATP, er det klart, at det er livsvigtigt for planter og dyr at have adgang til fosfor. Hos dyr indgår fosfor derudover i bl.a. tænder, knogler og skaller.

Fosfor forekommer kun i jord og vand. Fosfat, (PO43-), er stort set den eneste form for fosfor, som planter kan optage og omsætte. Fosfat stammer fra forvitring af fosforholdige bjergarter. Det er en langsom proces, som gør, at fosfat kun findes i temmelig små mængder. P-kredsløbet er derfor en stadig vekslen mellem organisk bundet fosfor i de levende organismer og uorganisk fosfat i jord og vand. Alle autotrofe organismer optager fosfat fra det omgivende miljø, se fig. 2.15.

Du skal logge ind for at skrive en note
Figur 2.15
Fosforkredsløbet.
Figur 2.15
Fosforkredsløbet.
Du skal logge ind for at skrive en note

Fosfat i kunstgødning udvindes industrielt fra fosforholdige bjergarter, en energikrævende proces.

Når planterne har indbygget fosfaten i deres egne molekyler, siger vi, at fosfor er på organisk form. Det er på den form fosfor føres fra led til led i græsningsfødekæden. På den måde får de højere trofiske niveauer – planteædere og rovdyr – deres fosforbehov tilgodeset. I sidste ende er det så nedbryderne, som, gennem deres respiration af det døde organiske stof, mineraliserer det organisk bundne fosfor tilbage til uorganisk fosfat.

Selvom fosfater er temmelig tungtopløselige, sker der alligevel en langsom udvaskning fra land til vand. I søer og hav ender fosfat til slut på bunden som sedimenter. Man kan derfor undre sig over, at der overhovedet er fosfat tilbage på landjorden. Som det fremgår af figuren fører havfugle en del fosfat tilbage fra havets fødekæder, hvor deres ekskrementer kan udgøre metertykke lag, som mennesket tidligere har udnyttet.

For at dække det intensive landbrugs behov for fosfor i dag er det nødvendigt at fremstille kunstgødning indeholdende fosfat. At grave fosfor op fra sedimenter anses for at være både for dyrt og besværligt.

Du skal logge ind for at skrive en note