Vật chất được trao đổi giữa các thành viên trong quần xã sinh vật nói riêng hay của quần xã với môi trường nói chung được thực hiện thông qua các chu trình sinh địa hoá hay chu trình vật chất. Chu trình vật chất chính là con đưòng chuyển động vòng tròn của vật chất thông qua xích thức ăn của quần xã sinh vật và môi trường. Do đó, vật chất thường được sử dụng lặp đi, lặp lại.
Trong thiên nhiên có 2 dạng chu trình cơ bản : chu trình của các chất khí và chu trình của các chất lắng đọng.
Chu trình của các chất khí được đặc trưng bởi nguồn dự trữ lớn trong khí quyển (cacbon điôxit, ôxi, nitơ, ôxit lưu huỳnh, hơi nước...), dễ dàng bổ sung cho phần trao đổi với các quần xã ; phần vật chất bị thất thoát khỏi chu trình do lắng đọng hoặc tạm thời tách khỏi chu trình ít hơn nên phần quay trở lại chu trình để tái sử dụng nhiều hơn so với chu trình các chất lắng đọng.
Các chất lắng đọng có nguồn dự trữ từ trong vỏ trái đất, còn phần lưu động của chúng tham gia vào chu trình được tách ra từ nguồn dự trữ thông qua quá trình phong hoá vật chất hoặc do hoạt động của nền công nghiệp. Đó là chu trình của các chất như phôtpho, silic, sắt, mangan...
Trong khi vận động và trao đổi, vật chất thường bị thất thoát khỏi chu trình nhiều hơn so vói chu trình các chất khí, chủ yếu do lắng đọng xuống vùng biển sâu.
a) Chu trình nước
Nưóe nằm ở3 thể : thể rắn, thể lỏng và thể hơi. Chúng biến đổi trạng thái cho nhau dưới ảnh hưởng của nhiệt độ. Chu trình nước xảy ra trên
phạm vi toàn cầu, tham gia vào việc điều hoà khí hậu trên toàn hành tinh. Chu trình này, do đó cũng có tên là chu trình nhiệt-ẩm. Năng lượng để vận hành chu trình là năng lượng mặt trời (hình 26)
Hình 26. Chu trinh nước toàn cầu
150
Cacbon tham gia vào chu trình dưới dạng cacbon điôxit (C 02).
Cacbon diôxit đi vào thành phần íế bào sống ihỏng qua con đường quang hợp của cây xanh, rồi sau chuyển qua bậc dinh dưỡng của các nhóm sinh vật tiêu thụ. Cuối cùng, các chất hữu cơ bị phân huỷ, cacbon điôxit lại được trả lại cho môi trường (hình 27). Tuy nhiên, trên con đường vận động, một phần cacbon có thể sớm thoát khỏi chu trình để rồi lại quay trở lại hoặc tạm thời tách ra đi vào chất lắng đọng :
co2 + H2ơ => H2C0 3
Ca2+ + C 0 32 => CaC03 (lắng đọng)
Than đá, dầu và khí đốt cũng là dạng cacbon tạm thời tách khỏi chu trình cách chúng ta hàng triệu năm về trưóe. Hiện nay, con người lại khai quật lên, đưa chúng trở lại chu trình. Nguồn khí C 0 2 trong khí quyển ngày một gia táng, trong khi kẻ đồng hoá nó là rừng trên cạn và các rạn san hô dưới biển lại đang bị huỷ hoại và thu hẹp. Đó là nguyên nhân làm cho Trái Đất ngày một ấm lên, hiệu ứng nhà kính tăng, gây ra nhiều hậu quả sinh thái nghiêm trọng cho loài người.
b ) C h u tr ìn h c a c h o n
Hình 27. Sơ đồ đơn giản của chu trình cacbon
Nitơ là một trong những nguyên tố cấu tạo nên cơ thể, vừa là muối vi lượng vừa là muối đại lượng đối với nhiều loài sinh vật, trước hết là thực vật. Với tư cách là muối đại lượng, nitơ giúp cho thực vật hình thành nên mùa màng để động vật ăn cỏ và con người thu hái. Thực vật sử dụng nitơ dưới dạng nitrat ( NO3 ) và amôn ( NH4 ), sau đó đi qua các bậc dinh dưỡng của sinh vật dị dưỡng, tạo nên một chu trình (hình 28).
c ) C h u tr ìn h n itơ
1 _
Biển sâu (mất)
Hình 28. Sơ đồ đơn giản của chu trình nitơ.
d) Chu trình phôtpho
Chu trình phôtpho đại diện cho các chu trình lắng đọng. Phôtpho tồn tại ữong các lóp đất đá của lóp vỏ trái đất. Nhờ quá trình phong hoá, phôtpho chuyển sang dạng phôtphát hoà tan, thực vật có thể hấp thụ
152
được. Sau khi đi qua xích thức ãn, một phần lớn phôtpho tách khỏi chu trình, bị các dòng nước thu gom rồi chuyển ra biển, lắng đọng xuống đáy sâu, do đó khả năng thu hồi lại cho chu trình không nhiều (hình 29).
Chính vì vậy, hằng năm ngành cồng nghiệp phải thường xuyên sản xuất hàng triệu tấn phân lân để cung cấp cho đồng ruộng.
Hình 29. Sơ đổ đơn giản của chu trình phôtpho