Круговороты углерода, азота, фосфора и серы

КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА.

Углерод находится в природе как в свободном состоянии, так и в виде

многочисленных соединений. Свободный углерод встречается в виде алмаза и

графита.

Соединения углерода очень распространены. Кроме ископаемого угля, в недрах

Земли находятся большие скопления нефти, представляющей сложную смесь

различных углеродсодержащих соединений, преимущественно углеводородов.

Кроме того растительные и животные организмы состоят из веществ, в

образовании которых главное участие принимает углерод.

Углекислый газ поглощается растениями-продуцентами и в процессе

фотосинтеза преобразуется в углеводы, белки, липиды и другие органические

соединения. Эти вещества с пищей используют животные-консументы.

Одновременно с этим в природе происходит обратный процесс. Все живые

организмы дышат, выделяя углекислый газ, который поступает в атмосферу.

Мертвые растительные и животные остатки и экскременты животных разлагаются

(минерализуются) микроорганизмами-редуцентами. Конечный продукт

минерализации - углекислый газ - выделяется из почвы или водоемов в

атмосферу. Часть углерода накапливается в почве в виде органических

соединений.

Углерод поступает в атмосферу также с

выхлопными газами автомашин, с дымовыми выбросами заводов и фабрик.

В процессе круговорота углерода в биосфере образуются энергетические

ресурсы - нефть, каменный уголь, горючие газы, торф, древесина, которые

широко используются человеком. Все эти вещества произведены

фотосинтезирующими растениями за разное время. Возраст лесов - десятки и

сотни лет; торфяников - тысячи лет; угля, нефти, газов - сотни миллионов

лет. Следует учитывать, что древесина и торф - восполнимые ресурсы, т.е.

воспроизводящиеся за относительно короткие промежутки времени, а нефть,

горючий газ и уголь - ресурсы невосполнимые.

КРУГОВОРОТ АЗОТА.

Большая часть азота находится в природе в свободном состоянии. Неорганические соединения азота не встречаются в природе в больших

количествах, если не считать натриевую селитру NaNO3, образующую мощные

пласты на побережье Тихого океана в Чили. Почва содержит незначительные

количества азота, преимущественно в виде солей азотной кислоты. Но в виде

сложных органических соединений - белков - азот входит в состав всех живых

организмов.

Азот - незаменимый элемент. Он входит в состав белков, и нуклеиновых

кислот. Круговорот азота тесно связан с круговоротом углерода. Частично

азот поступает из атмосферы благодаря образованию оксида азота (IV) из

азота и кислорода под действием электрических разрядов во время гроз.

Однако основная масса азота поступает в воду и почву благодаря фиксации

азота воздуха живыми организмами.

Самые эффективные фиксаторы азота - клубеньковые бактерии, живущие в корнях бобовых растений. Азот из разнообразных источников поступает к корням растений, поглощается ими и транспортируется в стебли и листья, где в процессе биосинтеза строятся белки.

Белки растений служат основой азотного питания животных. После отмирания

организмов белки под действием бактерий и грибов разлагаются с выделением

аммиака. Аммиак частично потребляется растениями, а частично используется

бактериями-редуцентами. В результате процессов жизнедеятельности некоторых

бактерий аммиак превращается в нитраты. Нитраты, как и аммонийные ионы,

потребляются растениями и микроорганизмами. Часть нитратов под действием

особой группы бактерий восстанавливается до элементарного азота, который

выделяется в атмосферу. Так замыкается круговорот азота в природе.

КРУГОВОРОТ ФОСФОРА

Вследствие

легкой окисляемости фосфор в свободном состоянии в природе не

встречается. Из природных соединений фосфора самым важным является

ортофосфат кальция, который в виде минерала фосфорита иногда образует

большие залежи. Богатейшие месторождения фосфоритов находятся в Южном

Казахстане в горах Каратау. Фосфор, как и азот, необходим для всех живых

существ, так как он входит в состав некоторых белков как растительного,

так и животного происхождения. В растениях фосфор содержится главным

образом в белках семян, в животных организмах - в белках молока, крови,

мозговой и нервной тканей. В виде кислотного остатка фосфорной кислоты

фосфор входит в состав нуклеиновых кислот - сложных органических

полимерных соединений, принимающих непосредственное участие в процессах

передачи наследственных свойств живой клетки. Сырьем для получения

фосфора и его соединений служат фосфориты и апатиты. Природный фосфорит

или апатит измельчают, смешивают с песком и углем и накаливают в печах с

помощью электрического тока без доступа воздуха всех живых организмах.

Основной источник его - горные породы (главным образом изверже-

ные). Представлен он в основном апатитом и фторапатитом. В осадочных породах это обычно вивианит,вавелит, фосфорит. С образованием биосферы высвобождение фосфора из горных пород усилилось, в результате произошло значительное перераспределение его. В превращениях фосфора

большую роль играет живое вещество. Организмы усваивают фосфор из почв,

водных растворов. Фосфор входит в состав белков, нуклеиновых кислот, и

других органически соединений.

Особенно много фосфора в костях животных. С гибелью

организмов фосфор возвращается в почву он концентрируется в виде

морских фосфатных конкреций, отложений костей рыб, что создает условия для

образования богатых фосфором пород, которые в свою очередь служат

источником фосфора в биогенном цикле.

КРУГОВОРОТ СЕРЫ.

Сера встречается в природе как в свободном состоянии (самородная сера), так

и в различных соединениях. Очень распространены соединения серы с

различными металлами. Из соединений серы в природе распространены также

сульфаты, главным образом, кальция и магния. Наконец, соединения серы

содержаться в организмах растений и животных.

Сера широко используется в народном хозяйстве. В виде серного цвета серу

используют для уничтожения некоторых вредителей растений. Она применяется

также для приготовления спичек, ультрамарина (синяя краска), сероуглерода и

ряда других веществ.

Круговорот серы происходит в атмосфере и литосфере. Поступление серы в

атмосферу происходит в виде сульфатов, серного ангидрида и серы из

литосферы при вулканических извержениях, в виде сероводорода за счет

распада пирита (FeS2) и органических соединений. Антропогенным источником

поступления серы в атмосферу являются тепловые электростанции и другие

объекты, где происходит сжигание угля, нефти и других углеводородов, а

поступление серы в литосферу, в частности в почву, происходит с удобрениями

и органическими соединениями. Перенос соединений серы в атмосфере

осуществляется воздушными потоками, а выпадение на земную поверхность либо

в виде пыли, либо с атмосферными осадками в виде дождя (кислотные дожди) и

снега. На поверхности Земли в почве и водоемах происходит связывание

сульфатных и сульфитных соединений серы кальцием с образованием гипса

(CaSO4). Помимо этого происходит захоронение серы в осадочных породах с

органическими остатками растительного и животного происхождения, из которых

в дальнейшем происходит образование угля и нефти. В почве изменение

соединений серы происходит с участием сульфобактерий использующих

сульфатные соединения и выделяющих сероводород, который поступая в

атмосферу и окисляясь снова переходит в сульфаты. Кроме этого сероводород в

почве может восстанавливаться до серы, которая денитрифицирующими

бактериями окисляется до сульфатов.