• A levegő az élővilág jelentős részének létezési közege, az autotróf szervezetek számára alapvető széndioxid és a respiratív (légzést végző) heterotróf szervezetek által igényelt oxigén hordozója.
• A légkör alkotói közül az oxigént, a nitrogént és a
szén-dioxidot a növények élettevékenységükhöz nagy mennyiségben igénylik. Az oxigén mennyisége a levegőben
bőségesen elegendő ahhoz, hogy a növények légzéséhez mindig kellő mértékben rendelkezésre álljon. Mivel a nitrogént a növények a talajból veszik föl, ezen elemmel való ellátottságuk a levegő nitrogénjét megkötni képes mikroszervezetek egyes baktériumok és cianobaktériumok
-tevékenységétől függ. A levegőben csekély mennyiségben jelenlevő széndioxid sok növény fotoszintetikus aktivitásának erős korlátozója.
• A levegő az élővilágra mindenekelőtt kémiai összetételével és mozgásával hat. A Föld légkörének kémiai összetételét az élővilág az evolúció során nagymértékben alakította. Jelenleg 78%-ban nitrogén, 21%-ban oxigén és mintegy 0,03%-ban szén-dioxid alkotja. A többi nem egészen 1%-ot vízgőz, nemesgázok, hidrogén és különböző szennyező anyagok teszik ki.
• A levegő összetétele minden földrajzi tájban hat az élővilág fejlődésére, elterjedésére. Jelentős összetételbeli változása az élővilág összetételét is megváltoztatja. A földtörténet során a vulkáni tevékenységből eredő széndioxid feldúsulása a növényzet jelentős elburjánzását eredményezte, ugyanakkor az állatvilágban az oxigén mennyiségének csökkenése a nagyobb test illetve tüdőtérfogat kialakulásához vezetett. A Föld felszínén napjainkban a levegő összetétele csak vertikálisan (függőlegesen) változik, horizontálisan (oldalirányban) csak esetleges a változás.
• A légkör mai összetétele hosszú fejlődés eredménye, ami mar a Föld őslégkörének kialakulásával megkezdődött, s a földtörténet bizonyos pontjain jelentős változások következtek be.
• Mintegy 4,5 md évvel ezelőtt a földköpeny kialakulásával egyidejűleg létrejött az atmoszféra. A 4,4 és 3,6 md év között a légkörben fotodisszociáció (H2 szökés és 02 felhalmozódás az UV-sugarak hatására a vízgőzből) ment végbe. Ez az oxigénszint (Urey-szint) a mai oxigénszint ezredrésze volt. A széndioxid sok, az oxigén kevés, azonban az abiotikus szintézis, a kémiai evolució szénvegyületek kialakulásához, majd az élet kialakulásához vezet.
• A prekambrium hosszú időtartama (3,7 md évtől 0,58 md évig) alatt a légkör oxigéntartalma a kőzetek gázleadása és az intenzív fotoszintézis révén jelentősen megnövekedett. 2,7 milliárd évvel ezelőtt elérte azt a szintet (Pasteur-szint) amikor az élőszervezetek egyrésze áttért a fermentációról a légzésre. Ez a mai oxigén szint századrészét jelentette.
• Az ózonpajzs vastagodása a magasabbszintű légzést segítette elő az élőszervezeteknél. Amikor a mai szint 10 %-át elérte az oxigénszint a vízi szervezetek mellett a szárazföldi élőszervezetek is nagy számban terjedtek el.
• A földtörténeti ókorban (felső-szilur) a növények kiléptek a szárazföldre, a devonban és karbonban dús erdős-vegetáció alakult ki, rohamosan növekedett a légkör oxigéntartalma.
• Az ókor végére kialakult a mai oxigénszint, amit a szakirodalom PAL megnevezéssel illet (ez azt jelenti, hogy a légkör 21 %-a oxigén). A légkör jelenlegi összetétele a kainozoikumban alakult ki.
• Az oxigén tehát a levegő 21 %-át teszi ki, mennyisége állandó, a növények asszimilációjának eredménye. Az élőlények számára a légzésben nélkülözhetetlen.
• A légkör oxigéntartalma a szárazföldön állatok és az ember számára elegendő mennyiségben jelen van, a talajban végbemenő gyökérlégzésre illetve a talajlakó organizmusok számára azonban az oxigén már limitáló tényező, mivel a gyökérlégzés és a mikrobák egy részének (aerob szervezetek) anyagcsere folyamatai oxigént igényelnek.
• Ugyancsak minimumfaktor az oxigén a tengerek magasabbrendű élővilága számára. Mindkét esetben sokféle alkalmazkodás alakult ki az élővilágban.
• A széndioxid a növényvilág számára legfontosabb ökológiai tényező. A földtörténet során a devon végén és a karbon elején, majd a mezozoikumban a triász és a kréta közepén emelkedett meg jelentősen a levegő széndioxid tartalma. A kréta második felében csökkenni kezdett, s a pliocén végéig elérte az addig legalacsonyabb szintet. Napjainkban a levegő széndioxidtartalma 0,03 % (330 ppm).
• A kutatók szerint a légköri széndioxid legnagyobb része (56,1
%) a növényi légzés és lebomlás során keletkezik, de a talajlégzés is tetemes mennyiséget (38 %) juttat a levegőbe. A maradék néhány % az ember és az állatok légzése (1,6 3%), a tüzelőanyagok égetése (3,8 %), erdő és sztyepp tüzek (0,38 %) és csak elenyésző hányadban vulkáni tevékenység útján jut a légkörbe. Felhasználása szárazföldi növények fotoszintézise (40,6 %) mellett a tengerek növényvilágának fotoszintetikus tevékenységében és a tengervíz elnyelésében (59,3 %) realizálódik.
• A széndioxid a fotoszintézis kiinduló anyaga!
• CO
2+ H
2O + Fényenergia →
• ↑ (klorofil által kötött fényenergia)
• Talajból.
• → C
6H
12O
6+ O
2• cukor (glukoz)
• ↓
• Fehérjék, összetett szénhidrátok, zsírok és lipidek
• DNS, RNS
• ↓
• Növekedés reprodukció
• Napjainkban a légkör széndioxid tartalma emelkedő tendenciát mutat elsősorban a fokozódó antropogén tüzelőanyag felhasználás miatt.
• A múlt század közepén 290 ppm volt a széndioxid mennyisége, 1970-ben már 320 ppm értéket érte el. A prognózisok szerint 2300-ban már 420—450 ppm érték is lehet, ami növeli az üvegházhatást, ezért fokozatosan növekedhet az átlaghőmérséklet.
• A széndioxid eloszlásában a Föld felszínén nincs számottevő különbség, talán az egyenlítőnél valamivel magasabb, a sarki területeken valamivel alacsonyabb. Évszakosan is csak csekély mértékben változik ez az érték. Nyáron a zöld növényzet intenzív asszimilációja valamivel több széndioxidot használ fel, mint amennyi a disszimiláció illetve a légzés során bekerűl a légkörbe.
• A nitrogén nagyságrendben a legjelentősebb alkotója a légkörnek (78 %), azonban olyan alapgáz, ami nehezen vehető fel a levegőből. Ebből talán csak a villámlás során a légköri molekuláris nitrogén oxidációját követően a csapadékvízzel talajba mosódó nitrogén érdemel említést (4
-10 kg nitrogént jelent ez évenként egy hektáron).
• Sokkal nagyobb jelentőségű a nitrogénkötő baktériumok (Clostridium és Azotobacter) által a levegőből megkötött nitrogén, amely a baktériumok elpusztulása után hasznosítható nitrogénvegyületek formájában kerül be a talajba. Az ún. Rhizobium baktériumok együtt élnek a pillangós-virágú növényekkel azok gyökérgümőiben, s a növény, valamint a gyökérszféra számára nagymennyiségű molekuláris nitrogént asszimilálnak. Emellett egyes kékalgák és zuzmók képesek a nitrogén megkötésére.
• Természetesen lokális különbségek vannak. A növény-állományokban a lombkorona szintben nagy a széndioxid felhasználás, a talaj közelében viszont magas a széndioxid koncentráció. Az asszimiláció és légzés napszakos és évszakos ritmusa ugyancsak időszakos eltérést eredményez a széndioxid mennyiségében, légköri viszonylatban azonban ezek a különbségek kiegyenlítődnek.
• A széndioxid hasznosulását a fotoszintézisben a hőmérséklet és a fényerősség is befolyásolja. Erősebb megvilágítás, illetve magasabb hőmérséklet mellett egy bizonyos határig nő a fotoszintézis révén megkötött széndioxid mennyisége. A növények által megkötött széndioxidot a talajlakó mikroorganizmusok (mikrobáknak mindenekelőtt az apró, mikroszkópos méretű vírusokat, baktériumokat, gombákat tekintjük) légzési tevékenysége pótolja, ezzel a légkör széndioxid-tartalma dinamikus egyensúlyban van.
• A nitrogén körforgásában nagy jelentőségű a nitrifikáló és denitrifikáló baktériumok szerepe.
• A nitrogén a lebomló szervesanyagok marad-ványainak anmonifikáció és nitrifikáció útján történő átalakulását követően kerül aminosavak formájában a fehérjeszintézisbe vagy a nitrátokból denitrifikáció útján a légkörbe jut szabad nitrogén formájában.
• A nitrogén körforgásáról a természetben a
későbbiekben lesz szó.
• Az emberi tevékenység hatására sok olyan anyag is a légkörbe kerül, ami természetes állapotban nem tartozik a levegő összetevői közé. Ezek az anyagok a levegőt szennyezik, ezért jelenlétük többnyire káros.
• Ilyen anyagok a kéndioxid, ammónia és a különböző halogén elemek. Közülük jelentős mennyiségben a kéndioxid van jelen ott, ahol az ipari létesítmények, mint kibocsátók kis területen nagy sűrűségben helyezkednek. A levegő kéndioxid tartalmának megengedett értéke maximum 0,50 mg m-2 nap, de a védett területeken ennél jóval alacsonyabb.
• A kéndioxid a csapadékvízzel kénessavvá, illetve kénsavvá alakul és savas ülepedésként (depozícióként) kerül a talajra, majd jut a növényekbe, ahol a klorofill (asszimiláló zöld színtestecskék) elroncsolásával akadályozza az asszimilációt.
• Természetesen vannak olyan növények, amelyek jól tűrik a kéndioxid károsító hatását (nyír, nyár, platán), mások igen érzékenyek a kéndioxid szennyeződésre (bükk, gyertyán, tölgy, lucfenyő).
• Legérzékenyebbek talán a zuzmók, ahol nagyon szennyezett a levegő általában zuzmósivatagok alakulnak ki (csak a Lecanora fajok maradnak meg). A zuzmók eltűnése tehát a fokozódó kéndioxid szennyezés indikátora.
• Az ember tüzelési tevékenysége hatására a levegő kéndioxid gázzal szennyeződik. A kéndioxid a levegő vízgőztartalmával reakcióba lépve kénessavvá alakul, és leülepedik a földfelszínre. A savas ülepedés káros hatású a növényekre, valamint a vizek és a talajok élővilágára. Az erdőpusztulások egy részét is a savas ülepedések hatásainak tulajdonítják.