Круговорот веществ в биосфере

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Круговорот веществ в биосфере

круговорот вода циркуляция биосфера

Глобальный круговорот веществ: большой и малый. Круговороты газообразных веществ: углерода, азота. Осадочные циклы: круговорот фосфора и второстепенных элементов. Основные пути возвращения веществ в круговорот.

Большой круговорот - это циркуляция воздушных масс и воды в масштабах планеты.

Круговорот воды - суммарное испарение в этом круговороте компенсируется выпадением осадков, но из океана испаряется больше воды, чем возвращается с осадками, а на суше - наоборот. Избыток воды с суши по водотокам (рекам, ручьям, озерам) стекает обратно в океан. Часть воды испаряется, а часть поступает в грунтовые воды (при этом грунтовые воды сами частично пополняют поверхностный сток).

Живые организмы усложняют круговорот, т.к. существует процесс биологического испарения (транспирации).

Энергетические пути гидрологического цикла (около трети солнечной энергии):

1) верхний путь (испарение) - приводится в движение солнечной энергией;

2) нижний путь (выпадение осадков) - отдает энергию озерам, рекам, заболоченным земля, экосистемам и человеку (например, ГЭС).

Деятельность человека: дорожные покрытия, уничтожение лесов, строительство плотин и оросительных систем, интенсивный забор грунтовых вод.

Малый круговорот - синтез и разрушение органических соединений (1% от падающей энергии света).

Биогеохимические циклы - более или менее замкнутые пути движения химических элементов. В природе встречается около 100 элементов, из них 30-40 являются биогенными, т.е. нужны живым организмам. Макроэлементы: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, микроэлементы: медь, цинк и т.п.

Две части:

1) резервный фонд (недоступный) - большая масса медленно движущихся веществ. У газообразных веществ резервный фонд в атмосфере, у элементов осадочных циклов - в земной коре;

2) обменный фонд (доступный) - меньший и активный, быстро обменивается между организмами и окружающей средой.

Круговороты газообразных веществ имеют резервные фонды в атмосфере или океане - это мощные буферные системы, приспособленные к изменениям (регуляция не беспредельна).

Круговорот углерода - резервный фонд в океане и осадочных породах.

Поступление СО₂ в атмосферу:

1) дыхание всех организмов;

2) минерализация органических веществ;

3) выделения по трещинам земной коры из осадочных пород (они сами биогенного происхождения);

4) выделения из мантии Земли при вулканических извержениях (до 0,01%);

5) сжигание топлива.

Потребление СО₂:

1) в процессе фотосинтеза;

2) в реакциях с карбонатами в океане;

3) при выветривании горных пород.

Влияние человека: поступление СО₂ из антропогенных источников (сжигание горючих ископаемых, транспорт и уничтожение лесов).

Круговорот азота - резервный фонд в атмосфере.

Поступление азота:

1) денитрификация (биохимическое восстановление оксидов азота до молекулярного газа);

2) вулканические газы;

3) «индустриальные вулканы» (дым, выхлопные газы).

В водоемы азот поступает:

1) с поверхностным и дренажным стоком, с промышленными стоками из городов и сельских территорий;

2) с подземными водами.

Поглощение азота:

1) азотфиксация (азотфиксирующие бактерии и цианобактерии);

2) естественные физические процессы фиксации азота (молнии);

3) промышленный синтез NH₃.

Аммонификация - распад белков.

Нитрификация:

1) аммиак окисляется до азотистой кислоты (нитриты) - Nitrozomonas;

2) нитриты окисляются до нитратов - Nitrobacter.

Денитрификация - восстановление нитритов и нитратов до газоообразного азота - Pseudomonas и Micrococcus.

Осадочные циклы

Элементы движутся за счет эрозии, осадкообразования, горообразования, вулканической деятельности и переноса живыми организмами.

Круговорот фосфора - резервный фонд в земной коре, один из наименее доступных биогенных элементов.

Поступление фосфора:

1) эрозия фосфатных пород (в т.ч. гуано);

2) минерализация продуктов жизнедеятельности и органических остатков растений и животных.

Образующиеся фосфаты (РО₄^3-) поступают в наземные и водные экосистемы, где вновь могут потребляться растениями.

Потребление фосфора: растения, животные для построения белков.

Влияние деятельности человека - промышленное производство удобрений и моющих средств: цикл размыкается, фосфор выносится с водой накапливается на дне водоемов, потери фосфора и его захоронение на дне океана. В воде, стекающей с городской территории, фосфора в 7 раз больше, чем в воде реки, протекающей через лес.

Круговороты второстепенных элементов.

Мигрируют между организмом и средой. Многие из них концентрируются в тканях благодаря сходству с важными биогенными элементами. Некоторые попадают в круговорот в результате деятельности человека. Токсичные вещества примешиваются к основным круговоротам.

Радиоактивные элементы:

Стронций-90 - по свойствам похож на кальций (может скапливаться в костях).

Цезий-137 - похож на калий, может накапливаться в тканях.

Биогеохимический цикл ртути.

Больше половины расходуемой ртути не возвращается в производство. Это значит, что она попадает в воды и оказывается в окружающей среде.

В результате разработки отложений и увеличения выбросов ртути возрастает ее количество в почвах, воде, живых организмах. При этом микроорганизмы превращают ее нерастворимые формы в растворимую, очень ядовитую и подвижную метилртуть. Рыбы и моллюски накапливают метилртуть до концентраций, опасных для человека, если он использует их в пищу.

Основные пути возвращения веществ в круговорот:

1. Непосредственные выделения животных и человека без предварительного разложения бактериями. СО₂, растворимые органические и неорганические соединения фосфора и азота. Затрачивается энергия химических связей.

2. Микробное разложение органических остатков - детрита - редуцентами. Бактерии и грибы - основные редуценты. Затрачивается энергия химических связей.

3. Возвращение веществ в круговорот благодаря жизнедеятельности организмов, живущих в симбиозе с растениями (бактерии, грибы, водоросли и др.). Затрачивается энергия химических связей.

4. Поступление в круговорот элементов и веществ в результате физических процессов, движимых солнечной энергией (выветривания, эрозии, с потоками воды и т.д.) Затрачивается энергия Солнца.

5. Поступление элементов в биогеохимические циклы, связанные с деятельностью человека и затратами энергии ископаемого топлива. Опреснение морской воды, производство удобрений, металлов, других ценных веществ, извлекаемых из отходов. Энергия ископаемого топлива.

Оценка степени рециркуляции веществ внутри экосистемы осуществляется с помощью коэффициента рециркуляции:

К_рец= ПВ_р/ПВ,

где К_рец - коэффициент рециркуляции;

ПВ_р - рециркулируемая доля потока веществ (возврат);

ПВ - общий поток вещества через систему.

Рециркуляция (например, бумаги) возрастает в трех случаях:

1) при увеличении разнообразия и усложнении биотических компонентов;

2) при обеднении ресурсов среды на входе (мало деревьев в случае бумаги);

3) при накоплении отходов на выходе (мало места для свалок бумаги).

К_рец ниже для второстепенных элементов или для важных, но потребность в которых невелика (медь). Элементы, которые человек считает ценными (платина, золото, серебро), человек использует повторно на 90% и более. К_рец не характеризует скорость движения веществ по кругу (это зависит от температуры и климата экосистем). К_рец энергии равен нулю, т.к. энергия вторично не используется.

Усилия по охране природных ресурсов в конечном счете должны быть направлены на то, чтобы превратить ациклические процессы в циклические. Основная цель - возвращение веществ в круговорот.

Размещено на Allbest.ru