Глобальный круговорот веществ и влияние на него человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Глобальный круговорот веществ и влияние на него человека

Введение

Биосфера -- сложная наружная оболочка Земли, в которой содержится вся совокупность живых организмов и та часть вещества планеты, которая находится в процессе непрерывного обмена с этими организмами. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека.

Особенность всех частей биосферы состоит в том, что они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты. Взаимодействие абиотической части биосферы -- воздуха, воды, горных пород и органического вещества - биоты обусловило формирование почв и осадочных пород.

Все доступные для живых организмов химические соединения в биосфере ограничены. Исчерпаемость пригодных для усвоения химических веществ часто тормозит развитие тех или иных групп организмов в локальных участках суши или океана. По выражению академика В.Р. Вильямса, единственный способ придать конечному свойства бесконечного состоит в том, чтобы заставить его вращаться по замкнутой кривой. Следовательно, устойчивость биосферы поддерживается благодаря круговороту веществ и потокам энергии.

Круговороты в природе и переход энергии из одного состояния в другое - естественный процесс. Этот процесс идет со времен формирования географической оболочки в течение сотен миллионов лет и будет продолжаться. Время влияния человеческой деятельности на естественные круговороты весьма кратко, мгновение по сравнению со временем формирования и существования земных сфер. Но, несмотря на это, быстро усиливающееся влияние человека на современном этапе приобретает глобальные масштабы. Рассмотрим, что же такое круговороты различных веществ и энергии в природе и какое именно влияние оказывает на нее человек.

1. Глобальный круговорот веществ

Имеются два основных круговорота веществ: большой -- геологический и малый -- биогеохимический.

Большой геологический круговорот. Кристаллические горные породы (магматические) под воздействием физических, химических и биологических факторов преобразуются в осадочные породы. Песок и глина -- типичные осадки, продукты преобразования глубинных пород. Однако формирование осадков происходит не только за счет разрушения уже существующих пород, но также и путем синтеза биогенных минералов -- скелетов микроорганизмов -- из природных ресурсов -- вод океана, морей и озер. Рыхлые водянистые осадки по мере их изоляции на дне водоемов новыми порциями осадочного материала, погружения на глубину, попадания в новые термодинамические условия (более высокие температуры и давления) теряют воду, отвердевают, преобразуясь при этом в осадочные горные породы.

В дальнейшем эти породы погружаются в еще более глубокие горизонты, где и протекают процессы их глубинного преобразования к новым температурным и барическим условиям, -- происходят процессы метаморфизма.

Под воздействием потоков эндогенной энергии глубинные породы переплавляются, образуя магму -- источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на поверхность Земли, под действием процессов выветривания и переноса снова происходит их трансформация в новые осадочные породы.

Таким образом, большой круговорот обусловлен взаимодействием солнечной (экзогенной) энергии с глубинной (эндогенной) энергией Земли. Он перераспределяет вещества между биосферой и более глубокими горизонтами нашей планеты.

Большим круговоротом называется и круговорот воды между гидросферой, атмосферой и литосферой, который движется энергией Солнца. Вода испаряется с поверхности водоемов и суши и затем вновь поступает на Землю в виде осадков. Над океаном испарение превышает осадки, над сушей наоборот. Эти различия компенсируют речные стоки. В глобальном круговороте воды немаловажную роль играет растительность суши. В отличие от большого малый круговорот веществ происходит лишь в пределах биосферы. Круговороты планетарного масштаба создаются из бесчисленных локальных циклических перемещений атомов, движимых жизнедеятельностью организмов в отдельных экосистемах, и тех перемещений, которые вызваны действием ландшафтных и геологических причин (поверхностный и подземный сток, ветровая эрозия, движение морского дна, вулканизм, горообразование и т.п.).

2. Круговорот веществ в биосфере

Основой самоподдержания жизни на Земле являются биогеохимические круговороты. Все химические элементы, используемые в процессах жизнедеятельности организмов, совершают постоянные перемещения, переходя из живых тел в соединения неживой природы и обратно. Возможность многократного использования одних и тех же атомов делает жизнь на Земле практически вечной при условии постоянного притока нужного количества энергии.

Биологический (биогеохимический) круговорот (малый круговорот веществ в биосфере) - круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. В отличие от большого геологического малый биогеохимический круговорот веществ совершается в пределах биосферы. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез. В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ. Затем они потребляются гетеротрофами. В результате выделения в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов) органические вещества подвергаются минерализации, то есть превращению в неорганические вещества. Эти неорганические вещества могут быть вновь использованы для синтеза автотрофами органических веществ.

С появлением человека возник антропогенный круговорот, или обмен, веществ. Антропогенный круговорот (обмен) - круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В нем можно выделить две составляющие: биологическую, связанную с функционированием человека как живого организма, и техническую, связанную с хозяйственной деятельностью людей (техногенный круговорот).

Геологический и биологический круговороты в значительной степени замкнуты, чего нельзя сказать об антропогенном круговороте. Поэтому часто говорят не об антропогенном круговороте, а об антропогенном обмене веществ. Незамкнутость антропогенного круговорота веществ приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды - основным причинам всех экологических проблем человечества.

3. Влияние человека на круговороты веществ в природе

Сегодня хозяйственная деятельность человека оказывает влияние на круговорот горных пород, ускоряя денудационные процессы. Распашка полей, орошение, обводнение, осушение и другие пути разрушения почвенного покрова увеличивают речные наносы, вынос минеральных частиц с поверхности суши текучими водами и ветрами. В результате увеличивается интенсивность осадконакоп-ления в океанах и морях, в озерах и во впадинах земной поверхности. Кроме того, гражданское и промышленное строительство, строительство каналов, водохранилищ, ГЭС, дорог, разработка месторождений полезных ископаемых и другие работы постепенно изменяют рельеф местности.

Разработка топливно-энергетических ресурсов и их сжигание приводят к изменениям в природной среде и вносят свою лепту в денудацию рельефа.

Влияние человека на атмосферную циркуляцию вызывает изменения климата Земли.

Сжигание во всевозрастающих объемах каменного угля, нефти и газа увеличивает концентрацию атмосферной углекислоты, что может привести к значительным изменениям климата нашей пла-неты. Углекислый газ (С02) обладает свойством свободно пропускать коротковолновую радиацию и препятствовать длинноволновой. Поэтому, беспрепятственно пропуская солнечную радиацию, он препятствует отраженному от Земли длинноволновому излучению. Создается "эффект парника". В результате в приземном слое атмосферы создается избыток тепла, и это может способствовать изменению климата.

Второй путь изменения климата также связан с хозяйственной деятельностью человека. Известно, что современное производство потребляет значительное количество искусственно выработанной энергии. Темпы выработки энергии постоянно растут, так как растут потребности в ее использовании. Эта энергия также может привести к "нагреванию" приземного слоя атмосферы. Нагревание атмосферы дополнительной энергией в совокупности с солнечной энергией может изменить климат планеты. биогеохимический круговорот вещество климат

Основные виды влияния человека на круговорот воды в природе - это ежегодное увеличение потребления воды, в том числе безвозвратное водопотребление, регулирование режима стока рек в желаемом направлении, строительство водохранилищ и нарушение естественного режима увлажнения территорий в связи с ведением сельского хозяйства. В результате такой деятельности человека в одних регионах появляются цветущие оазисы, в других -возникают экологические катастрофы. Человек пока еще не вносил изменения в циркуляцию океанических вод. Но при нынешнем уровне науки и техники он вполне может внести изменения и в этот процесс.

Среди естественных круговоротов наибольшее влияние человека испытывают биологический круговорот и миграции химических элементов. На биологический круговорот человек оказывает влияние, сжигая на огромных территориях лесные массивы и саванны, распахивая степи и прерии.

Углекислый газ (С02) антропогенного происхождения выбрасывается в атмосферу при сжигании энергоносителей на металлургических предприятиях, в химической промышленности и т.д. Соотношение естественной выработки углекислого газа и выбросов антропогенного происхождения составляет 1:200. Причем правая часть этого соотношения постоянно растет.

Основной "потребитель" углекислого газа - фотосинтез. Сжигание органического топлива, вырубка лесов, лесные пожары сокращают естественное "потребление" этого газа в процессе фотосинтеза и увеличивают его концентрацию в свободной атмосфере.

В результате фотосинтеза ежегодно вырабатывается огромное количество кислорода (02), обеспечивается устойчивый баланс этого газа в природе и возможность свободно дышать для всех живых организмов. Хозяйственная деятельность человека оказывает влияние на круговорот кислорода, уменьшает в основном его природные запасы. Процесс горения, уменьшение площади лесов, загрязнение поверхности Мирового океана и другие процессы, связанные с человеческой деятельностью, сокращают объем атмосферного кислорода.

Хозяйственная деятельность человека оказывает влияние и на круговорот азота (N) в природе. Этот газ в больших количествах вырабатывают промышленным путем. На его основе производят азотсодержащие удобрения. Внося эти удобрения в почву и рассеивая их над полями, люди заметно изменяют естественный круговорот азота. Интенсивное применение азотных удобрений привело к появлению проблемы нитратов, загрязняющих пищевые продукты.

Огромное влияние человеческая деятельность оказывает на миграцию химических элементов в природе. В настоящее время большая часть открытых на планете химических элементов в той или иной степени в связи с деятельностью человека рассеивается в природе или концентрируется в отдельных точках, районах Земли. И то, и другое оказывает негативное влияние на нашу окружающую среду, и этот процесс набирает силу.

Заключение

Из-за увеличения масштабов антропогенного воздействия (хозяйственной деятельности человека), особенно в последнее столетие, нарушается равновесие в биосфере, что может привести к необратимым процессам и поставить вопрос о возможности жизни на планете. Это связано с развитием промышленности, энергетики, транспорта, сельского хозяйства и других видов деятельности человека без учета возможностей биосферы Земли. Уже сейчас перед человечеством встали серьезные экологические проблемы, требующие незамедлительного решения.

Размещено на Allbest.ru