Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


Ѕиогеохимические круговороты основных химических элементов в биосфере




”глерод жизненно важный элемент. ќн служит основным сырьем дл€ фотосинтеза растений. ”глерод находилс€ до формировани€ биосферы в виде графита и алмаза в расплавах магмы, незначительна€ часть Ц в виде летучих углеводородов, карбида и диоксида углерода. ¬ атмосфере содержалс€ в основном —ќ2 (до 91 % без учета вод€ных паров).

“еперь в биосфере углерод распространен в виде следуюших соединений: в атмосфере Ч в виде диоксида углерода (—ќ2); в литосфере Ц в форме графита, алмаза; в живомвеществе Ц в составе органических соединений. ќбщий запас углерода на «емле составл€ет 26 1015 т. ¬ода морей и озер содержит 0,14% общего количества углерода в виде диоксида углерода, карбонатов и бикарбонатов.

 руговорот углерода совершаетс€ по большому (геологическому) и малому (биотическому) циклам. Ѕольшой круговорот углерода осуществл€етс€ медленно (сотни тыс€ч или миллионы лет). “ак, до развити€ биосферы в результате выветривани€ горных пород гидрокарбонат кальци€ выносилс€ поверхностными речными водами в океан, где образовывались отложени€, или пласты, карбонатов кальци€, которые исключаютс€ из круговорота на целые геологические эпохи. ќн возвращалс€ на сушу в результате геотектонических изменений, процессов подн€ти€ морского дна и опускани€ материков. — возникновением жизни в воде в биогеохимический цикл углерод вовлекаетс€ фитопланктоном, затем передаетс€ по пищевым цеп€м, возвраща€сь вводу с дыханием организмов в виде —ќ2. ¬ континентальных водах диоксид углерода взаимодействует с поверхностными горными породами, такими, как известн€ки, с образованием гидрокарбоната кальци€ Ц —а(Ќ—ќ3),. выносимого речными водами в ћировой океан. ћорские беспозвоночные используют гидрокарбонат кальци€ дл€ построени€ раковин. Ќа дне океанов в течение сотен тыс€ч лет образовались мощные толщи различных карбонатов из раковин беспозвоночных. ¬ наземных экосистемах значительна€ часть углерода накапливаетс€ в мертвой органике, в гумусе, торфе.  руговорот углерода также блокируетс€ в залежах каменного угл€, нефти ив других углеводородных соединени€х, наход€щихс€ в ископаемом состо€нии. ”глерод возвращаетс€ в круговорот в виде —ќ, в результате хоз€йственной де€тельности человека (например, при сжигании топлива).

Ѕиотический круговорот углерода €вл€етс€ составной частью большого цикла и обусловлен жизнеде€тельностью живых организмов. Ётот круговорот называют быстрым, так как он определ€етс€ временем жизни организмов. ”глерод атмосферы включаетс€ в биотический круговорот в виде диоксида углерода, который используетс€ в процессе фотосинтеза, превраща€сь в сахара, белки, жиры и другие органические вещества. ¬ течение года таким образом аккумулируетс€ примерно 2 1010 т углерода. «атем углерод в составе органических соединений поступает в пищевые цепи. ¬ атмосферу он возвращаетс€ в виде того же диоксида углерода при дыхании растений и животных, при разложении мертвой органики деструкторами (редуцентами). —ледовательно, в биогеохимический ворот углерода вход€т процессы фотосинтеза растений, создани€ органического вещества и возврата его в атмосферу в виде —ќ2 (рис.1). ѕолный цикл биотического круговорота углерода равен 8 годам.

“ехногенез нарушает природный биотический круговорот —ќ2. ѕри сжигании газа, каменного угл€, нефти в атмосферу выбрасываетс€ дополнительно более 5 млрд т углерода в виде —ќ2, и —ќ. ¬озрастает приток углерода в атмосферу, даже несмотр€ на высокую саморегул€цию (удаление излишков в водоемах, эффективное усвоение растени€ми при фотосинтезе), и в результате разрушени€ лесной подстилки, осушени€ торф€ников, сведени€ лесов, чрезмерной распашки земель, уменьшени€ количества планктона в континентальных водах, производства строительных материалов, особенно цемента, и обжига извести.

 

–ис. 1.  руговорот кислорода и углерода в биосфере

 

јзот, из которого на 79% состоит воздух, играет важнейшую роль в жизни живых организмов. ќн входит в состав белков, нуклеиновых кислот, необходим дл€ повышени€ плодороди€ почв. јзот находитс€ в атмосфере в неактивной молекул€рной форме (N2). ќднако все живые организмы завис€т от св€занного, т.е. фиксированного, азота, а вернее, включенного в химические соединени€ (например, нитраты, аммонийный и амидный азот). —в€занный азот в экосистемы поступает следующими пут€ми: 1) в виде оксидов азота и аммиака, синтезированных в атмосфере за счет энергии электрических разр€дов (молни€), при которых протекают реакции взаимодействи€ между кислородом, азотом и водородом; поступает в почвы с дождевой водой Ц до 10 кг/га в год; 2) в результате биологической фиксации свободного азота (до 70 кг/га в год) микроорганизмами, водоросл€ми и лишайниками. јзотфиксаторы вступают в симбиоз с некоторыми высшими растени€ми, наиболее широко Ц с бобовыми, образу€ на их корн€х клубеньки; 3) в результате производства и применени€ минеральных удобрений (аммиак, аммиачна€ селитра, карбамид и др.).

‘иксированный минеральный азот усваиваетс€ из почвы растени€ми, а затем в виде органических соединений поступает в пищевые цепи. ѕосле отмирани€ растений и животных их ткани разлагаютс€ и минерализуютс€ при участии микроорганизмов; т.е. происход€т процессы аммонификации и нитрификации с последовательным образованием солей аммони€, нитритов и нитратов. „асть образовавшихс€ нитритов и нитратов поступает в растени€ или закрепл€етс€ в гумусе. ќстальной азот вымываетс€, так как соли азотной кислоты и аммони€ легкорастворимы, попадают в гидросферу и остаютс€ в донных отложени€х. ≈сли бы в биосфере не протекал процесс денитрификации (восстановлени€) св€занного азота до оксида азота и свободного азота, вновь поступающих его в атмосферу, то запасы атмосферного азота значительно уменьшились бы. ѕроцесс денитрификации выполн€ют в анаэробных услови€х бактерии-денитрификаторы, которые используют нитритный ион как акцептор электронов (рис. 2).

√одовой приход азота в результате биологической фиксации составл€ет 54Ј106 т, а за счет индустриальной фиксации Ч 30Ј106 т. ќбщий приход его равен 91,8Ј106 т, а расход Ц 83,2Ј106 т (главным образом вследствие денитрификации). ѕотери азота с глубоководными отложени€ми компенсируютс€ поступлением с вулканическими газами в количестве до 3 млн т в год.

¬ услови€х научно-технического прогресса увеличились выбросы в атмосферу аммиака, оксидов азота как продуктов сгорани€ каменного угл€, нефти, газа, бензина, сланцев, торфа (200Е350) 106 т аэрозолей в год. — осадками они поступают в почвы и воды.

 

–ис. 2.  руговорот азота в биосфере

 

¬ природных водах концентраци€ нитратов часто превышает предельно допустимые нормы в дес€тки раз, достига€ в отдельных случа€х токсических величин (более 1000 мг/л). —читают, что баланс азота в биосфере нарушен, избыток его вызывает загр€знение окружающей среды, отравлени€, т€желые заболевани€ человека.

‘осфор Ц один из важнейших биогенных элементов. ќн входит в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, костной ткани, дентина, участвует в переносе энергии. Ќезначительна также миграционна€ способность фосфора. ≈го круговорот, как и круговорот других биогенных элементов, совершаетс€ по большому и малому циклам; св€зан с жизнеде€тельностью организмов, антропогенными факторами.  руговорот фосфора относитс€ к осадочному циклу, ибо его резервный фонд находитс€ в литосфере, где он представлен изверженными горными породами (апатитом, фторапатитом) или осадочными отложени€ми (фосфоритом, вивианитом вавеллитом). ќбщие запасы фосфора на «емле составл€ют 26 млрд т, а расход Ц 2 млн т в год.  рупные месторождени€ существуют на  ольском полуострове, в районе хребта  аратау на юге  азахстана, а также в —Ўј, ћарокко, јлжире, “унисе.

¬ результате усилившегос€ с формированием биосферы выветривани€ горных пород, содержащих фосфор, произошло перераспределение этого элемента. «начительна€ часть фосфора со стоком попадает в мор€ и океаны, где остаетс€ в осадках мелководий или в глубоководных отложени€х, обогащает воды, пита€ фитопланктон. — ежегодным стоком в мор€ и океаны вынос€тс€ (3Е4)Ј106 т фосфатов, где они практически надолго выпадают из круговорота. »з морей фосфор возвращаетс€ за счет вылова рыбы и использовани€ гуано в виде фосфатов кальци€ (60 тыс. т фосфора в год). ¬ наземных экосистемах фосфор проходит через пищевые цепи в составе органических соединений, а затем после отмирани€ организмов возвращаетс€ в почвы, минерализуетс€ или вновь усваиваетс€ корн€ми растений либо со стоком поступает в гидросферу. “аким образом, круговорот фосфора в основном включает следующие процессы: растени€ ассимилируют фосфор в виде ионов Ќ2–04- и Ќ–ќ2-4 из почвенного раствора, воды; у животных избыточный органический фосфор, содержащийс€ в пище, выводитс€ в виде; фосфатов; некоторые группы бактерий превращают органический фосфор, содержащийс€ в детрите, в фосфаты. ‘осфор наиболее доступен при рЌ 6...7. »збыток растворимого кислорода способствует переводу фосфора в нерастворимые соединени€.

¬ промышленно развитых странах про€вл€етс€ фосфатизаци€ суши за счет производства фосфорных удобрений, различных фосфорсодержащих препаратов, вылова продуктов мор€, богатых фосфором. ¬ыдел€ютс€ и районы, в которых наблюдаетс€ дефосфатизаци€ территории. «апасы же фосфора в почвах низкие Ц в среднем 0,1Е0,2%, причем 20...40% этого фосфора недоступно дл€ растений.

¬ атмосферу фосфор поступает лишь в виде пыли или выноситс€ ветром из мор€ с брызгами.

¬ среднем живое вещество планеты содержит 7∙10-2 % фосфора, в литосфере его 9Ј10-2 %. ∆ивое вещество извлекло из литосферы 2,1Ј1011т фосфора.

 ислород Ц составна€ часть всех живых и растительных организмов, а также минеральных соединений. ¬ живом веществе на долю кислорода приходитс€ 65Е70%, в литосфере Ц 49%.“ело человека почти на 65% состоит из этого элемента.  ислород Ц сильный окислитель, активно вступающий в химические реакции с образованием оксидов, гидроксидов, кислот и других кислородсодержащих соединений. ќн поглощаетс€ организмами в газообразном состо€нии, в виде Ќ 2ќ, —ќ 2, оксидов и других образований.

 ислород молекул€рный по€вилс€ в атмосфере благодар€ зеленым растени€м, выдел€ющим его в процессе фотосинтеза. ¬се остальные существа Ц потребители кислорода. ѕри дыхании растени€ потребл€ют кислород. ѕотребление и выделение растени€ми кислорода обеспечивает круговорот этого элемента и поддерживает концентрацию его в атмосфере на уровне 21% (см. рис.1). ѕри этом выделившийс€ при фотосинтезе кислород проходит в итоге через живое вещество биосферы примерно за 2000 лет, т.е. такова скорость его круговорота в атмосфере. Ќебольша€ часть уходит из обращени€, участву€ в создании различных осадочных пород, расходуетс€ на окисление органических соединений с выделением энергии и образованием конечных продуктов окислени€ Ц —ќ2 и Ќ 2 ќ.

÷иклы кислорода в большом геологическом и малом биологическом круговоротах между всеми компонентами биосферы выражаютс€ следующим образом:

       
 
—ќ2   ќ2
 
—ќ2   ќ2

 


почва живое вещество; живое вещество атмосфера;

 

       
 
—ќ2 2   —ќ2 2   ќ2
   
—ќ2   ќ2   ќ2
 

 


атмосфера гидросфера; почва атмосфера.

 

 

ƒолгое врем€ баланс ќ2 в атмосфере был положительным, в современных услови€х он нарушен техногенными миграци€ми. –езко возрастает потребление кислорода промышленностью, транспортом. “ак, реактивный самолет сжигает более 35 т ќ2 за врем€ перелета через јтлантический океан. Ётого количества ќ2 было бы достаточно дл€ дыхани€ 30 человек на целый год. —жигание горючих ископаемых ведет к накоплению —ќ2, а следовательно, значительно ухудшает кислородный обмен, снижа€ содержание ќ2 в атмосфере. ¬ырубка лесов, отчуждение земель, загр€знение почв, опустынивание территорий также способствуют сокращению запасов кислорода. ѕромышленные, бытовые, сельскохоз€йственные отходы, сброшенные в озера, реки, мор€, океаны, загр€зн€ют природные воды, св€зыва€ растворенный кислород, что нарушает круговорот его между атмосферой и гидросферой. ¬следствие загр€знени€ морей сокращаетс€ поступление ќ2 от зеленых водорослей. ƒл€ поддержани€ установившегос€ баланса кислорода важно сохранить главнейшую геохимическую силу Ц живое вещество, способное высвобождать ќ2, даже из кристаллических решеток минералов.

¬ода Ц наиболее распространенное вещество, важнейша€ составна€ часть живых организмов. ќна совершает непрерывный круговорот между гидросферой, литосферой и атмосферой под вли€нием солнечной радиации и силы т€жести. ѕереход€ из газообразного состо€ни€ в жидкое, она поступает из атмосферы на сушу в реки и водоемы. —ток рек и подземных вод, океанические течени€, перемещение облаков над материками, передвижение воды из почв от корней к листь€м Ц различные звень€ круговорота воды в биосфере. –азличают большой (мировой) и малый (в пределах экосистем) круговороты. Ѕольшой круговорот воды включает следующие процессы. ¬од€ные пары, испарившиес€ с поверхности океанов, морей, внутренних водоемов под воздействием солнечной энергии, при соответствующих услови€х конденсируютс€, образу€ облака, охлаждение которых вызывает осадки в виде дожд€, снега и града. ќсадки поглощаютс€ почвами, породами и пополн€ют подземные воды илиже стекают по поверхности, поступа€ в реки. ¬ итоге вода возвращаетс€ в мор€, океаны, и все повтор€етс€. Ётот круговорот хорошо замкнут.

 руговорот воды в экосистемах состоит из четырех фаз: перехвата, эвапотранспирации, инфильтрации и стока. ѕоступа€ в виде осадков, вода частично перехватываетс€ листь€ми, ветв€ми, стволами деревьев, испар€етс€ с их поверхности в атмосферу, не достигнув почвы, т.е. тер€етс€ дл€ экосистемы. „асть воды просачиваетс€ (инфильтруетс€) до уровн€ грунтовых вод или тер€етс€ дл€ экосистемы с поверхностным стоком. ¬ода возвращаетс€ в атмосферу вследствие эвапотранспирации, или суммарного испарени€, т.е. физического с поверхности почвы и физиологического (биологического) в процессе транспирации растений. —уммарное испарение в ≈вропе составл€ет в среднем 3Е7 тыс. т/га за год. ≈жегодно экосистема использует из всей транспирируемой воды примерно 1% ее на формирование биомассы.

јнтропогенные воздействи€ Ц вырубка лесов, распашка лугов, осушение пойменных болот, внесение удобрений и пестицидов, строительство дорог, городов и заводов Ц увеличивают поверхностный сток, привод€т к загр€знению водоемов, грунтовых вод, рек промышленными, бытовыми и сельскохоз€йственными стоками, а следовательно, к сокращению запасов пресных вод. ”чет круговорота воды весьма важен в хоз€йственной де€тельности человека.

 онтрольные вопросы и задани€. 1.  то ввел термины Ђбиосфераї и Ђноосфераї?

2. „то такое биосфера и ноосфера?

3. ѕеречислите основные компоненты вещества биосферы.

4. Ќазовите пределы биосферы.

5. „то такое экосистема и биогеоценоз? 6. ¬ чем про€вл€етс€ многообразие экосистем? 7. „то такое агроэкосистема? 8.  акие геохимические процессы протекали до по€влени€ жизни на «емле? 9. ¬ чем состоит сущность большого (геологического) круговорота веществ? 10.  акие особенности приобрела миграци€ химических элементов с возникновением жизни на «емле? 11. ƒайте определение биогеохимического круговорота веществ и раскройте его сущность. 12. Ќазовите главные круговороты элементов и веществ в биосфере. 13. ѕо каким циклам совершаетс€ круговорот углерода? 14. „ем обусловлен биотический круговорот углерода? 15. ѕеречислите особенности круговорота азота в биосфере? 16. ¬ чем сущность круговорота фосфора в биосфере? 17.»з каких фаз состоит круговорот воды в экосистемах?





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-02-12; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 2193 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

≈сли вы думаете, что на что-то способны, вы правы; если думаете, что у вас ничего не получитс€ - вы тоже правы. © √енри ‘орд
==> читать все изречени€...

2026 - | 1990 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.018 с.