Биогеохимический цикл воды реферат

Обновлено: 02.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Факультет биотехнологии и биологии

по дисциплине: Экология и рационально природопользование

студент 306 группы

направления 06.03.01 Биология

Кундев Владислав Сергеевич

Подход к познанию экосистем состоит в исследовании больших биогеохимических циклов (круговоротов), различные фазы которых протекают внутри разных экосистем. Речь идет о циркуляционном движении химических элементов абиотического происхождения, которые характерными для них путями попадают из окружающей среды в организмы и из организмов в окружающую среду. Минеральные элементы проникают в ткани растений и животных в процессе их роста и там входят в состав органических веществ; когда же после смерти организма эти элементы вновь попадают в окружающую среду, они перераспределяются, что сопровождается сложными транформациями и транслокациями, лишь после этого они попадают в новые организмы.

К главным циклам относят биогеохимические циклы углерода, воды, азота, фосфора, серы, биогенных катионов.

Эти циклы не изучаются во всем их объеме, то есть в масштабе биосферы; их отдельные частные фазы нередко ускользают от нашего внимания, так как протекают внутри мало изученных экосистем и к тому же образуют в них вторичные циклы. Иногда эти вторичные циклы связывают несколько экосистем, обеспечивая тем самым максимальное объединение той огромной системы, которую мы зовем биосферой.

В отличие от энергии, которая однажды использованная организмом, превращается в тепло и теряется для экосистемы, вещества циркулируют в биосфере, что и называется биогеохимическими круговоротами. Из 90 с лишним элементов, встречающихся в природе, около 40 нужны живым организмам. Наиболее важные для них и требующиеся в больших количествах: углерод, водород, кислород, азот. Кислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза и расходуется организмами при дыхании. Азот извлекается из атмосферы благодаря деятельности азотофиксирующих бактерий и возвращается в неё другими бактериями.

Круговороты элементов и веществ осуществляются за счёт саморегулирующих процессов, в которых участвуют все составные части экосистем. Эти процессы являются безотходными. В природе нет ничего бесполезного или вредного, даже от вулканических извержений есть польза, так как с вулканическими газами в воздух поступают нужные элементы, например, азот.

Существует закон глобального замыкания биогеохимического круговорота в биосфере, действующий на всех этапах её развития, как и правило увеличения замкнутости биогеохимического круговорота в ходе сукцессии. В процессе эволюции биосферы увеличивается роль биологического компонента в замыкании биогеохимического круговорота. Ещё большую роль на биогеохимический круговорот оказывает человек. Но его роль осуществляется в противоположном направлении. Человек нарушает сложившиеся круговороты веществ, и в этом проявляется его геологическая сила, разрушительная по отношению к биосфере на сегодняшний день.

В результате антропогенной деятельности степень замкнутости биогеохимических круговоротов уменьшается. Хотя она довольно высока (для различных элементов и веществ она не одинакова), но тем не менее не абсолютна, что и показывает пример возникновения кислородной атмосферы. Иначе невозможна была бы эволюция (наивысшая степень замкнутости биогеохимических круговоротов наблюдается в тропических экосистемах – наиболее древних и консервативных).

Таким образом, следует говорить не об изменении человеком того, что не должно меняться, а скорее о влиянии человека на скорость и направление изменений и на расширение их границ, нарушающее правило меры преобразования природы. Последнее формулируется следующим образом: в ходе эксплуатации природных систем нельзя превышать некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойства самоподдержания. Нарушение меры как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения приводит к отрицательным результатам. Например, избыток вносимых удобрений столь же вреден, сколь и недостаток. Это чувство меры утеряно современным человеком, считающим, что в биосфере ему всё позволено.

Надежды на преодоление экологических трудностей связывают, в частности, с разработкой и введением в эксплуатацию замкнутых технологических циклов. Создаваемые человеком циклы превращения материалов считается желательным устраивать так, чтобы они были подобны естественным циклам круговорота веществ. Тогда одновременно решались бы проблемы обеспечения человечества невосполнимыми ресурсами и проблема охраны природной среды от загрязнения, поскольку ныне только 1 – 2% веса природных ресурсов утилизируется в конечном продукте.

Теоретически замкнутые циклы превращения вещества возможны. Однако полная и окончательная перестройка индустрии по принципу круговорота вещества в природе не реальна. Хотя бы временное нарушение замкнутости технологического цикла практически неизбежно, например, при создании синтетического материала с новыми, неизвестными природе свойствами. Такое вещество вначале всесторонне апробируется на практике, и только потом могут быть разработаны способы его разложения с целью внедрения составных частей в природные круговороты.

Биогеохимическая история формирования состава атмосферы дает хороший пример воздействия живых организмов на окружающую среду. Современные данные показывают, что существующий состав атмосферной оболочки Земли представляет собой последнюю стадию долговременного процесса, в котором важнейшая роль принадлежала биогеохимической активности живой материи.

Масса атмосферы составляет около (5,14÷5,27)·1015 т [Walker,1977; Войтович, 1986]. Основная часть газовой массы (около 80%) находится в тропосфере. Именно здесь, где сосредоточена основная масса водных паров и взвешенных частиц, происходит активное взаимодействие физических, химических и биогеохимических процессов.

В настоящее время 99,8% газовой массы представлено азотом, кислородом и аргоном. Содержание воды сильно варьирует и не может быть охарактеризовано одной средней величиной. Лишь содержание азота и кислорода почти неизменно, тогда как содержание других газов сильно изменяется как в пространстве, так и во времени. Фотохимические реакции и многие биологические процессы ответственны за содержание ряда газов, находящихся в атмосфере в следовых количествах. В малых количествах в атмосфере обнаруживаются и инертные газы. Хорошо известно, что многие важнейшие биосферные фотохимические реакции также протекают в тропосфере.

В большинстве случаев наблюдаемые концентрации тропосферных соединений поддерживаются вследствие жизнедеятельности живой материи, прежде всего, микробов. Природные биогеохимические циклы азота и серы управляются биотой; однако в настоящее время эти циклы нарушаются под воздействием антропогенной активности. В отличие от других основных атмосферных газов, многие соединения серы и азота реактивны, имеют короткое время существования, их содержание сильно варьирует как во времени, так и в пространстве. Окислительные реакции и вымывание с дождями контролируют удаление этих соединений из тропосферы. В настоящее время содержание почти всех следов соединений серы и азота в тропосфере возрастает как следствие антропогенной активности и загрязнения атмосферы в глобальном масштабе.

Наиболее жизненно важными можно считать вещества, из которых, в основном, состоят белковые молекулы. К ним относятся углерод, азот, кислород, фосфор, сера.

2.1 Углерод

Табл ица 1 – Чистая первичная продуктивность в основных экосистемах Земли

Возникновение на Земле живой материи обусловило возможность беспрерывной циркуляции в биосфере химических элементов, перехода их из внешней среды в организмы и обратно. Эта циркуляция химических элементов и получила название биогеохимических круговоротов. Биогеохимический круговорот представляет собой часть биотического круговорота, включающую обменные циклы химических элементов абиотического происхождения, без которых не может существовать живое вещество (углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера и многие другие). Обычно выделяют три основных типа биогеохимических круговоротов: круговорот воды, круговороты газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан), осадочные циклы химических элементов с резервным фондом в земной коре.

Круговорот воды

Вода — основной элемент, необходимый для жизни. В количественном отношении это наиболее распространенная неорганическая составляющая живой материи.

Наличие в атмосфере значительного резервного фонда благоприятствует тому, что круговороты некоторых газообразных веществ способны к достаточно быстрой саморегуляции при различных локальных нарушениях равновесия. Так, избыток диоксида углерода, накопившегося где-либо в результате усиленного окисления или горения, быстро рассеивается ветром; кроме того, интенсивное образование диоксида углерода компенсируется большим его потреблением растениями или превращением в карбонаты. В конечном итоге в результате саморегуляции по типу отрицательной обратной связи круговороты газообразных веществ в глобальном масштабе относительно совершенны. Основными такими циклами являются круговороты углерода (в составе диоксида углерода), азота, кислорода, фосфора, серы и других биогенных элементов.

Круговорот углерода

На суше он начинается с фиксации диоксида углерода растениями в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и побочным выделением кислорода. Часть связанного углерода выделяется во время дыхания растений в составе СО2

Почвенные грибы в зависимости от скорости роста выделяют от 200 до 2000 см 3 СО₂ на 1 г сухой массы. Немало диоксида углерода выделяют бактерии, которые в пересчете на живую массу дышат в 200 раз интенсивнее человека. Диоксид углерода выделяется также корнями растений и многочисленными живыми организмами. Микроорганизмы разлагают отжившие растения и погибших животных, в результате чего углерод мертвого органического вещества окисляется до диоксида углерода и снова попадает в атмосферу.

Между сушей и Мировым океаном постоянно идут процессы миграции углерода, в которых преобладает вынос его в форме карбонатных и органических соединений с суши в океан. Из Мирового океана на сушу углерод поступает в незначительных количествах в форме СО2, выделяемого в атмосферу. Углекислый газ атмосферы и гидросферы обменивается и обновляется живыми организмами за 395 лет.

Круговорот азота

Так же, как круговорот углерода и другие круговороты, охватывает все области биосферы. В круговороте соединений азота ключевое значение принадлежит микроорганизмам: азотфиксаторам, нитрификаторам и денитрификаторам. Другие же организмы оказывают влияние на круговорот азота лишь после того, как он войдет в состав их клеток. Как известно, бобовые и представители некоторых родов других сосудистых растений (например, ольха, араукария, лох) фиксируют азот с помощью бактерий-симбионтов. То же наблюдается и у некоторых лишайников, фиксирующих азот с помощью симбиотических сине-зеленых водорослей. Очевидно, что биологическая фиксация молекулярного азота свободноживущими и симбиотическими организмами происходит и в автотрофном, и в гетеротрофном звеньях экосистем.

Из огромного запаса азота в атмосфере и осадочной оболочке литосферы в круговороте его участвует только фиксированный азот, усваиваемый живыми организмами суши и океана. В категорию обменного фонда этого элемента входят: азот годичной продукции биомассы, азот биологической фиксации бактериями и другими организмами, ювенильный (вулканогенный) азот, атмосферный (фиксированный при грозах) и техногенный

Нетрудно заметить, что, за исключением растительности тундры, где содержание азота и зольных элементов примерно одинаково, в растительности почти всех других типов масса азота в 2. 3 раза меньше массы зольных элементов. Количество элементов, оборачивающихся в течение года (т.е. емкость биологического круговорота), наибольшее в тропических лесах, затем в черноземных степях и широколиственных лесах умеренного пояса (дубравах).

Круговорот кислорода

В круговороте кислорода отчетливо выражены активная геохимическая деятельность живого вещества, его первостепенная роль в этом процессе. Биогеохимический цикл кислорода является планетарным процессом, который связывает атмосферу и гидросферу с земной корой. Ключевые звенья этого круговорота: образование свободного кислорода при фотосинтезе в зеленых растениях, потребление его для осуществления дыхательных функций всеми живыми организмами, для реакции окисления органических остатков и неорганических веществ (например, сжигания топлива) и другие химические преобразования, ведущие к образованию таких окисленных соединений, как диоксид углерода и вода, и последующему вовлечению их в новый цикл фотосинтетических превращений.

Следует также учитывать использование кислорода для процесса горения И других видов антропогенной деятельности. Предполагается, что в обозримой перспективе ежегодное суммарное потребление кислорода достигнет 210. 230 млрд. т. Между тем ежегодное продуцирование этого газа всей фитосферой составляет 240 млрд. т.

Круговорот фосфора

Кларк этого элемента в земной коре равен 0,093 %, что в несколько десятков раз больше кларка азота. Однако в отличие от последнего фосфор не играет роли одного из главных элементов оболочек Земли. Тем не менее геохимический цикл фосфора включает разнообразные пути миграции в земной коре, интенсивный биологический круговорот и миграцию в гидросфере. Фосфор — один из главных органогенных элементов. Его органические соединения играют важную роль в процессах жизнедеятельности всех растений и животных, входят в состав нуклеиновых кислот, сложных белков, фосфолипидов мембран, являются основой биоэнергетических процессов. Фосфор концентрируется живым веществом, где его содержание почти в 10 раз выше, чем в земной коре. На суше протекает интенсивный круговорот фосфора в системе почва—растения—животные—почва.

Круговорот серы

В биосфере сформировался достаточно развитый процесс циклических преобразований серы и ее соединений. Выделяются резервные фонды этого элемента в почве и отложениях (довольно обширные), а также в атмосфере (небольшие). В обменном фонде серы основная роль принадлежит специализированным микроорганизмам, одни виды которых выполняют реакцию окисления, другие — восстановления. На круговоротах азота и серы все больше сказывается промышленное загрязнение воздуха. Сжигание ископаемого топлива существенно увеличивает поступление в атмосферу (и. разумеется, содержание в ней) летучих окислов азота (NО и NО2,) и серы (SO2), особенно в городах. Нынешняя концентрация этих ингредиентов уже становится опасной для биотических компонентов экосистем.

Круговорот калия

Калий, как известно, принимает участие в процессах фотосинтеза, оказывает влияние на углеводный, азотный и фосфорный обмен, существенным образом сказывается на осмотических свойствах клеток. Он концентрируется в плодах и семенах, в интенсивно растущих тканях и органах растений.

Пока что малоизученным остается круговорот калия в водной среде. Каждый год с водным стоком в Мировой океан поступает около 90 млн т этого элемента. Какая-то часть поглощается водными организмами, но значительное количество нигде не фиксируется, и последующее его перемещение неизвестно.

Важной составной частью круговоротов является ионный и твердый сток. Круговорот химических элементов проходит, как правило, сразу в нескольких сопредельных оболочках Земли (атмосфере и гидросфере, гидросфере и педосфере) либо во всех трех геосферах одновременно. Надежность и постоянство осуществления круговоротов обеспечиваются регулярным обменом веществ и энергией между геосферами. Такого рода направленная связь наглядно проявляется на примере ионного стока, представляющего собой процесс выноса реками с суши химических элементов в ионном растворенном состоянии в Мировой океан. Поступившие в ионной форме химические элементы, как и на суше, в водной среде подвергаются воздействию живых организмов, продолжая круговорот. Миграция химических элементов в растворенном состоянии представляет собой гигантский планетарный процесс.

Твердое вещество поверхности Земли не остается неподвижным. Оно также участвует в миграции, перемещаясь поверхностными водами суши. Поверхностные воды наряду с элементами, мигрирующими в растворенном состоянии или с коллоидными частицами, переносят огромные массы обломков горных порол и минералов, называемые твердым стоком (по аналогии со стоком воды). Значительная часть твердого стока перемещается в пределах суши, но и объемы, попадающие в моря, достаточно велики. В Мировой океан с континентов поступает каждый год 22,13 млрд т обломочного и глинистого материала, что примерно в 7 раз превышает количество выносимых растворенных веществ.

Биотехносфера и ноосфера

Скорость размножения — это скорость передачи в биосфере геохимической энергии. Она зависит не только от астрономических параметров, но и от скорости распространения солнечно луча в среде, от размеров организмов, от заключенной в них геохимической энергии.

Время индивидуального бытия живых организмов связано с неуклонно идущим процессом старения и смертью, имеющими положительное значение для эволюционного процесса, поскольку недолговечность живых существ обеспечивает не только длительный и непрерывный круговорот биогенного материала, но и значительную изменчивость морфологических форм.

Воздействие человека на биосферу

С ростом масштабов использования природных ресурсов, обусловленных промышленной революцией, антропогенное влияние на биосферу и ее компоненты объективно увеличивается. Закономерный и многосторонний процесс роста производительных сил существеннейшим образом расширил спектр воздействия человека на природу (в том числе и негативного). Вернадский отмечал, что производственная деятельность человека приобретает масштабы, сравнимые с геологическими преобразованиями. Так, к сведению лесов, распашке целинных земель, эрозии и засолению почв, снижению биоразнообразия добавились новые постоянно действующие механические и физико-химические факторы, усугубляющие экологический риск.

Человек эксплуатирует уже более 55 % суши, использует около 13 % речных вод, скорость сведения лесов достигает 18 млн. га в год.

Воздействие на биосферу сводится к четырем главным формам:

— изменение структуры земной поверхности (распашка степей, вырубка лесов, мелиорация, создание искусственных озер и морей, другие изменения режима поверхностных вод и т. д.):

—изменения состава биосферы, круговорота и баланса слагающих ее веществ (изъятие полезных ископаемых, образование отвалов, выброс различных веществ в атмосферу и в водные объекты, изменение влагооборота);

— изменение энергетического, в частности теплового, баланса отдельных районов земного шара, опасное для всей планеты;

—изменения, вносимые в биоту (совокупность живых организмов) в результате истребления некоторых видов, создания новых пород животных и сортов растений, перемещения их на новые места обитания.

Рассматривая роль человека в эволюции биосферы, характеризуют нарушение человеком основных принципов естественного устройства биосферы.

1. Аккумулируя энергию в виде сложных органических соединений и рассеивая ее в виде тепла, природа создала эволюционно сложившийся тепловой баланс, который человек нарушает. При добыче энергоресурсов человек разрушает почвы, гибнет или деградирует растительный покров, загрязняются водные объекты и атмосфера, формируются отвалы пород, что приводит, в частности, к подъему уровня грунтовых вол и появлению в окружающей местности контурного кольца из озер, болот и т. д.

3. При огромном многообразии видов конкурентные и хищнические отношения между ними способствуют установлению биологического равновесия. Путь человечества, к сожалению, отмечен гибелью многих представителей флоры и фауны. По некоторым данным, на Земле исчезает ежедневно один биологический вид.

4. Деятельность людей привела к нарушению популяционной стабильности. Растет количество сопутствующих человеку видов (крыс, тараканов и т. д.), а численность многих других популяций, напротив, сокращается, причем иногда в катастрофических размерах, что ставит вид под угрозу полного исчезновения.

5. Расширяя хозяйственную деятельность, люди в короткие сроки меняют параметры экологических факторов; многие виды не успевают приспособиться к таким быстрым изменениям.

Комплекс антропогенных факторов, влияющих на состояние биосферы, на здоровье населения, исключительно разнообразен.

Биотехносфера

Биотехносфера - это область пашей планеты, в которой существуют живое вещество и созданные человеком урбано-технические объекты и где проявляются их взаимодействие и влияние на внешнюю среду. Биотехносфера - сложный конгломерат многих подсистем, которыми управляет человек. Эти подсистемы не аккумулируют, а расходуют энергию, биомассу и кислород биосферы.

Биотехносфера и составляющие ее техногенные подсистемы расположены в биосфере, но они не обладают большинством свойств и функций, которые присущи природным экосистемам.

Пока существует человечество, биотехносфера будет развиваться. Но бнотехносфера должна пребывать в состоянии экологического самообеспечения, согласованного с законами природы и удовлетворяющего нуждам человеческого общества. При этом общество должно целенаправленно и разумно воздействовать на силы природы.

Ноосфера — высшая стадия развития биосферы, характеризующаяся сохранением всех естественных закономерностей, присущих биосфере (при высоком уровне развития производительных сил, научной организации воздействия общества на природу), максимальными возможностями общества удовлетворять материальные и культурные потребности человека.

Ноосфера—это новое состояние биосферы, основанное на универсальной связи природы и общества, когда дальнейшая эволюция планеты Земли сделается направляемой разумом.

Необходимость перевода биосферы в ноосферу он рассматривает в качестве гаранта выживания современного человека.

Переход к ноосфере — это непростой и небыстрый процесс выработки принципов согласованных действии, нового поведения людей, смена стандартов, перестройка всего бытия. Человечество должно приступить к разумному регулированию своей численности и существенно снизить негативное давление на природу, а в последующем разработать глубоко обоснованные технологии построения ноосферы на базе сохранения биосферы как обязательного условия жизни.

Исследование больших биогеохимических циклов (круговоротов). Циркуляционное движение химических элементов абиотического происхождения. Биогеохимические циклы углерода, воды, азота, фосфора, серы, биогенных катионов. Источники углерода в природе.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	24.06.2015
Размер файла	37,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Круговорот углерода

2. Круговорот азота

3. Круговорот воды

4. Круговорот фосфора

5. Круговорот серы

К главным циклам относят биогеохимические циклы углерода, воды, азота, фосфора, серы, биогенных катионов.

1. Круговорот углерода

биогеохимический циркуляционный углерод катион

Источники углерода в природе столь же многочисленны, сколь и разнообразны. Между тем только углекислота, находящаяся либо в газообразном состоянии в атмосфере, либо в растворенном состоянии в воде, представляет собой тот источник углерода, который служит основой для переработки его в органическое вещество живых существ. Захваченная растениями, эта углекислота в процессе фотосинтеза превращается в сахар, а другими процессами биосинтеза преобразуется в протеиды, липиды и т.д. Эти различные вещества служат углеводным питанием для животных. С другой стороны, все организмы дышат и выбрасывают в атмосферу углерод в форме углекислоты. Когда же наступает смерть, то сапрофаги и биоредуценты разлагают и минерализируют трупы, образуя цепи питания, в конце которых углерод нередко вновь поступает в круговорот в форме углекислоты (“почвенное дыхание”).

В известных условиях накапливающиеся мертвые растительные и животные остатки замедляют круговорот углерода: животные-сапрофаги и сапрофические микроорганизмы, обитающие в почве, превращают накопившиеся на ее поверхности остатки в новое образование органической материи, более или менее мощный слой коричневой или черной массы - гумус. Скорость воздействия разлагающих организмов на гумус далеко не одинакова, а цепи грибов и бактерий, приводящие к окончательной минерализации углерода, бывают различной длины; вследствие этого гумус разлагается то более или менее медленно, то более или менее быстро.

Иногда цепь бывает короткой и неполной: цепь сапрофагов лишается возможности функционировать из-за недостатка воздуха или вследствие слишком высокой кислотности; органические остатки накапливаются в форме торфа и образуют торфяные болота. В некоторых торфяных болотах с пышным покровом из сфагнового мха слой торфа достигает мощности 20 м и более. Здесь и приостанавливается круговорот. Скопления ископаемых органических соединений в виде каменного угля и нефти свидетельствуют о стагнации круговорота в масштабах геологического времени.

В воде также происходит стагнация круговорота углерода, так как углекислота накапливается в форме СаСО3 (мел, известняки или кораллы) химического или биогенного происхождения. Часто эти массы углерода оставались вне круговорота в течение целых геологических периодов, пока СаСО3 в виде горных цепей не поднимался над поверхностью моря. С этого момента начиналось поступление углерода и кальция в круговорот. Оно осуществлялось вследствие выщелачивания известняка атмосферными осадками или под воздействием лишайников, а также корней цветковых растений. Углерод, накопившийся в почве или в горных породах, может быть освобожден и в процессах человеческой деятельности: горение (отопление, промышленность), обжиг извести.

2. Круговорот азота

Несмотря на величайшую сложность, этот круговорот осуществляется беспрепятственно и быстро.

Воздух, содержащий 80% азота, одновременно служит и огромным вместилищем и предохранительным клапаном системы, он беспрерывно и в разных формах питает круговорот азота.

Кроме того, электрические разряды, сопровождающие грозы, синтезируют из атмосферного азота и кислорода окиси азота: эти окиси попадают в почву вместе с дождевыми водами. Таким путем в экосистеме в форме селитры или азотной кислоты накапливается от 4 до 10 кг азота на 1 га в год.

Происходит и фотохимическая фиксация азота.

Однако наибольшие количества этого элемента поступают в экосистему в результате деятельности микроорганизмов - фиксаторов азота. Чаще всего эту функцию осуществляют бактерии, способные использовать энергию своего дыхания для прямого усвоения атмосферного азота и синтезирования протеидов. Иногда эти бактерии - аэробы (Azotobacter) или анаэробы (Clostridium) - действуют изолированно; их трупы обогащают почву органическим азотом, который быстро минерализируется. Таким путем в почву ежегодно вносится еще около 25 кг азота на 1 га.

Наиболее эффективны бактерии, живущие в симбиозе с бобовыми растениями в клубеньках, развивающихся на корнях этих растений. А в присутствии молибдена, который служит катализатором, и особой формы гемоглобина (уникальный случай у растений) эти бактерии (Rhizobium) ассимилируют громадные количества молекулярного азота. Образующийся органический азот постоянно диффундирует в ризосферу (ту часть почвы, которая соприкасается с корнями), в особенности когда клубеньки по мере старения распадаются; кроме того, азот в значительном количестве проникает в наземные органы растения-хозяина. Благодаря этому бобовые исключительно богаты протеидами и очень питательны для травоядных животных. Годовой запас, накапливаемый в наземных и подземных органах этих растений, достигает в культурах клевера и люцерны от 150 до 400 кг/га.

Таким образом, существует возможность поддерживать урожайность полей как введением севооборотов, содержащих бобовые, так и использованием азотных удобрений. Современная агротехника рекомендует вносить под посевы бобовых культур особенно активные формы бактерий из рода Rhizobium.

Другие фиксирующие атмосферный азот бактерии также живут в симбиозе с высшими растениями (помимо бобовых). К ним принадлежат бактерии, образующие в тропиках на листьях растений из семейства Rubiaceae маленькие черные опухоли, фиксирующие азот, а также актиномицеты, которые в наших широтах создают на корнях ольхи фиксирующие азот узелки, этим объясняется присутствие в ольховниках флоры, богатой типичными нитрофилами.

Наконец, в водной среде и на влажных землях непосредственно фиксацию азота из воздуха осуществляют некоторые сине-зеленые водоросли; эти микроорганизмы, как известно, осуществляют и фотосинтез, следовательно, они наиболее “комплектны”. На Востоке они играют большую роль в продуктивности рисовых полей.

Азот из этих разнообразных источников поступает к корням в форме нитратов; последние абсорбируются корнями и транспортируются в листья, где используются для синтезирования протеинов.

Эти протеины служат основой азотного питания животных. Протеины растительного и животного происхождения могут также служить пищей некоторым бактериям-паразитам. Протеины используются и после смерти. Трупы наряду с выделениями живых организмов представляют собой основу целой цепи питания организмов, разлагающих органическое вещество, которое постепенно переводит азот из органических в минеральные соединения. Каждая группа биоредуцентов специализируется на каком-либо одном звене этого процесса. Цепь заканчивается деятельностью аммонифицирующих организмов, образующих аммиак (NH3), который далее может войти в цикл нитрификация: Nitrosomonas окисляет его в нитрат, а Nitrobacter окисляет нитраты в нитриты. Цикл может быть таким образом продолжен.

С другой стороны, бактерии-денитрифаторы постоянно отдают азот в атмосферу: они разлагают нитраты в N2, который улетучивается. Однако деятельность этих бактерий не всегда так опасна; они активны лишь в почвах, которые очень богаты азотом и углеродом (в особенности в удобренных навозом), и разлагают как максимум лишь 20% общего азота (ежегодно улетучивается до 50-60 кг азота с 1 га).

3. Круговорот воды

Вода не только источник кислорода и водорода, но и наиболее значительная составная часть тела живых существ: в теле человека она составляет 60% по весу, а в растительном организме достигает 95%.

Большой круговорот воды на поверхности земного шара хорошо известен - вызываемое солнечной энергией испарение с водных пространств создает атмосферную влагу; эта влага конденсируется в форме облаков, переносимых ветром, охлаждение облаков вызывает осадки в виде дождя и снега; осадки поглощаются почвой или стекают по ее поверхности; вода возвращается в моря и океаны.

Для нас наиболее важны те фазы этого круговорота, которые происходят в пределах экосистемы. Здесь можно выделить четыре процесса: перехват, эвапотранспирация, инфильтрация и сток.

Растительность выполняет важную экранизирующую функцию, перехватывая часть выпадающей в осадках воды до того, как она достигнет почвы, и испаряя ее в атмосферу. Этот перехват, который, естественно, бывает максимальным при слабых дождях, может в умеренных широтах достигать 25% общей суммы осадков. Вода, которая проникает сквозь кроны и падает в форме капель с листьев или, стекая по стеблям и стволам, достигает почвы, просачивается в нее или присовокупляется к поверхностному стоку. Это порождает некоторую неравномерность в распределении воды в почве, что может оказаться немаловажным для мелких биоценозов, расположенных на ее поверхности.

Часть инфильтрационной воды задерживается в почве, причем тем сильнее, чем значительнее почвенный коллоидальный комплекс (гумус и глина). Та часть воды, которая промывает почву на глубину 20-30 см, может вновь подняться на ее поверхность по капиллярам и испариться.

Корни растений способны всасывать почвенную воду со значительно большей глубины, чем 20-30 см; эта вода, доставленная листве, транспортируется в атмосферу.

Эвапотранспирацией называют отдачу экосистемой воды в атмосферу; она включает и физически испаряемую воду, и воду, транспирируемую биологически.

Количество воды, транспирируемой растениями, обычно велико; с улучшением водоснабжения растений транспирация усиливается.

Одна береза испаряет за день 75 л воды, бук - 100 л, липа - 200 л, а 1 га леса - от 20 до 50 тыс. л. Один гектар березняка, масса листвы которого составляет лишь 4940 кг, испаряет 47 л воды в день, тогда как 1 га ельника, масса хвои которого равна 31 тыс. кг, транспирирует лишь 43 тыс. л воды в день. Один гектар пшеницы использует за период развития 3750 т воды, что соответствует 375 мм осадков, а продуцирует 12,5 т (сухой вес) растительного вещества.

Коэффициент транспирации - это количество воды, транспирируемой для создания 1 кг сухого вещества за сезон. Этот коэффициент очень велик и колеблется от 300 до 1000 в зависимости от вида растений. Например, для продуцирования 1 т (сухого веса) зерна требуется от 250 до 550 т воды (= 25-55 мм осадков).

Различия, главным образом, зависят от климата: растения в аридных зонах для продуцирования одинаковых количеств сухого вещества потребляют в два раза больше воды, чем во влажных областях. Согласно “правилу Вальтера”, в семиаридных зонах, где величина годовых осадков ниже 30 см, продуктивность растительного покрова пропорциональна количеству осадков; там создается 1 т сухого вещества на каждые 10 см осадков.

Испарение - хорошо изучено метеорологами; величина его под растительным покровом намного ниже, чем на открытом воздухе, что объясняется экранизирующей ролью растений; оно оценивается в средней Европе в 1 тыс. т на 1 га в год.

Величину эвапотранспирации, которая представляет суммарное количество воды, транспирируемое растениями и испаряемое почвой, можно, следовательно, считать в средней Европе равной 3-7 тыс. т на 1 га в год.

Отличие циклов углерода и азота от круговорота воды состоит в том, что в экосистеме два названных элемента накапливаются и связываются, вода же проходит через нее почти без потерь. Экосистема ежегодно использует на формирование биомассы лишь около 1% воды, выпадающей в виде осадков.

4. Круговорот фосфора

Описываемый круговорот представляет собой пример очень простого незамкнутого цикла.

Фосфор совершает круговорот в наземных экосистемах в качестве важной и необходимой составной части цитоплазмы; биоредуценты минерализуют органические соединения фосфора отмерших организмов в фосфаты, которые вновь потребляются корнями растений. Громадные запасы фосфора, накопившиеся за прошлые геологические эпохи, содержат горные породы; в процессе разрушения эти породы отдают наземные фосфаты экосистемам; однако значительные количества фосфатов оказываются вовлеченными в круговорот воды, выщелачиваются и увлекаются в море. Здесь они обогащают соленые воды, питают фитопланктон и связанные с ним пищевые цепи. Затем вместе с отмершими остатками фосфаты погружаются в океанические глубины. Часть их, отлагающаяся в пределах досягаемости морских экосистем, используется ими, часть же теряется в глубинных отложениях. Частичный возврат фосфатов на землю возможен с помощью морских птиц (имеется в виду гуано, огромные залежи которого на побережье Перу указывают на то, что некогда морские птицы играли большую роль в его накоплении, чем теперь) и благодаря рыболовству (рыбу используют в качестве удобрения под посевы риса).

Считают, что каждый год, таким образом, возвращается в круговорот 60 тыс. т фосфора, что далеко не компенсирует расход тех 2 млн. т фосфатов, которые ежегодно добываются из залежей и быстро выщелачиваются при использовании в качестве удобрений.

Рано или поздно положение может стать тревожным, так как “фосфор - это слабое звено в жизненной цепи, обеспечивающей существование человека”.

5. Круговорот серы

Находящаяся в почве сера представляет собой продукт разложения материнских горных пород, содержащих пириты (серый колчедан FeS) и халькопириты (медный колчедан CuFeS2), а также продукт разложения органических веществ растительного происхождения. Животные органические вещества содержат очень мало серы.

Корни абсорбируют почвенную серу, которая входит в создаваемые растениями серные аминокислоты (цистин, цистеин, метионин).

После отмирания растений сера возвращается в почву. Это осуществляют многочисленные микроорганизмы; некоторые из них восстанавливают органическую серу в H2S и минеральную серу, между тем как другие окисляют эти продукты разложения в сульфаты. Последние поглощаются корнями растений, и, таким образом, обеспечивается продолжение круговорота.

Помимо серы органического происхождения, растения могут вводить в цикл значительные количества серы, переносимой воздушными массами и дождевой водой из промышленных районов (дымы). (Этот источник обеспечивает от 2,7 до 260 кг серы на 1 га в год).

Нами сделан обзор круговорота химических элементов (углерода, азота, водорода, кислорода, фосфора, серы), которые, казалось бы, и формируют полностью живые организмы. Однако эти организмы не смогут жить, если не будут содержать в достаточных количествах некоторые катионы - калий, кальций, магний (и иногда натрий), которые относятся к группе макроэлементов, так как они необходимы в больших количествах (выражающихся в сотых долях сухого вещества), между тем как железо, бор, цинк, медь, марганец, молибден и анион хлора, которые нужны лишь в малых количествах (выражающихся в миллионных долях сухого вещества), относятся к микро- или олигоэлементам.

Абсолютная концентрация этих элементов в почве, а также их относительная концентрация (количество одних в отношении к другим), характеризующая явления антагонизма, играет важную роль в определении состава растительного покрова.

На суше главным источником биогенных катионов служит почва, которая получает их в процессе разрушения материнских пород, но нельзя пренебрегать и приносом их атмосферными осадками, если учесть развитие эпифитов, которые бывают иногда обильны. Катионы абсорбируются корнями, а затем распределяются по различным органам растений, но в наибольших количествах накапливаются в листве. Таким образом они входят в корм растительноядных и потребителей следующих порядков в цепи питания.

Минерализация экскрементов и трупов возвращает биогенные катионы в почву на уровень расположения корней; создается впечатление, что цикл способен продолжаться беспрерывно, хотя в лесах может происходить временное замедление, вызванное накоплением катионов в древесине и, в особенности, в коре деревьев.

В то же время во влажном климате цикл может быть глубоко противоречивым вследствие того, что почва выщелачивается дождями; дождевые воды переносят катионы в систему подземного стока; оттуда они попадают в поверхностный сток и, наконец, в море, порой в очень значительных количествах. Такое выщелачивание приводит, во-первых, к деградации коллоидального абсорбирующего комплекса, а во-вторых, к ослаблению корневой системы, вследствие чего вторичная абсорбция протекает не так быстро, как нужно. Выщелачивание - автокаталитический процесс: чем больше оно прогрессирует, тем больше деградируют почвенные коллоиды; в областях умеренного климата оно приводит к оподзоливанию, а в тропических - к латеритизации.

Почвы с деградировавшими коллоидами еще более выщелачиваются, а растительность на них все более и более оскудевает; такие условия не мешают, однако, этой скудной растительности быть в некоторых случаях пышной.

Положение может стать особенно тяжелым в тропических местностях, где в силу интенсивного выщелачивания особенно трудно поддерживать природное равновесие; причины этого - ливневые дожди и низкая активность абсорбирующего почвенного комплекса (малое количество гумуса, каолинит). Монокультуры сахарного тростника, кофе, какао, кукурузы, арахиса и пр., переводимые с истощенных почв на более богатые, разрушают продуктивные лесные экосистемы и оставляют после себя экосистемы с очень низкой продуктивностью.

1. Андерсон Дж.М. Экология и наука об окружающей среде: биосфера, экосистема, человек: Пер. с англ. Л., 1985.

2. Вернадский В.И. Биосфера. М., 1967.

3. Одум Ю. Экология в 2 т. М., 1986.

4. Радкевич В.А. Экология: Учебник. М., 1997.

5. Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы). М., 1994.

C тех пор, как человек существует на Земле, он непрерывно взаимодействует с окружающей его природой. Взаимодействие это носит как непосредственный характер, так и опосредованный. Основу непосредственного взаимодействия человека с окружающей его природной средой составляет общий для всех организмов биологический обмен веществ в процессе питания, дыхания и отравления различных выделительных функций. Однако наиболее специфическим и значимым для людей как социальных существ является опосредованный способ взаимодействия с природой благодаря применению различных технических приспособлений, начиная с едва отесанного каменного зубила и кончая современным атомным реактором. При таком взаимодействии также происходит обмен веществ между человеком и природой, но темпы его развития и наращивание масштабов существенно отличаются от непосредственного обмена, поскольку нарастание его не ограничивается естественными размерами тел организмов, а обусловлено развитием знаний и соответственным совершенствованием технических приспособлений, применяемых людьми. Таким образом, взаимодействие в этом случае развивается по принципу положительной обратной связи. Чём более совершенствуются техника и технологии, тем большие массы природного вещества приводятся ими в движение, и этот процесс может идти с непрерывным нарастанием, пока не возникнет какое-либо внешнее непреодолимое препятствие.

Оно возникло лишь недавно, и им стали ограниченные естественные возможности биосферы, в которой существуют человек и вся порожденная им техническая инфраструктура. Человек никогда не находился в полной гармонии с природой и не довольствовался только лишь приспособлением к ней. Это всего-навсего религиозный миф о первобытном рае, в котором жили Адам и Ева. Почему-то миф этот перекочевал даже в научную литературу по экологическим проблемам. Если бы наши предки ограничивали свою деятельность только приспособлением к природе и присвоением ее готовых продуктов, то они никогда не вышли бы из животного состояния, в котором находились изначально.

В этой курсовой работе рассмотрены структура и основные типы биохимических круговоротов, а также влияние различных факторов на состояние этих круговоротов.

1. Структура биохимических кругооборотов

1.1 Биохимические кругообороты

В отличие от энергии, которая используется организмом, превращается в тепло и теряется для экосистемы, вещества циркулируют в биосфере, это и называется биохимическими круговоротами. Из 90 с лишним элементов, которые встречаются в природе, только 40 нужны живым организмам. Наиболее важные для них и нужные в больших количествах: углерод, водород, кислород, азот. Кислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза и используется организмами при дыхании. Азот вытягивается из атмосферы благодаря деятельности азотофиксирующих бактерий и возвращается в нее другими бактериями.

Кругооборот элементов и веществ осуществляется за счет саморегулирующихся процессов, в которых принимают участие все составные экосистем. Эти процессы являются безвыходными. В природе нет ничего напрасного или вредного, даже от вулканических извержений есть польза, так как с вулканическими газами в воздух поступают нужные элементы, например, азот. Существует закон глобального замыкания биохимического кругооборота в биосфере, действующий на всех этапах ее развития, как и правило увеличения замкнутости биохимического кругооборота в походке сукцессии. В процессе эволюции биосферы увеличивается роль биологических компонентов в замыкании биохимического кругооборота. Еще большую роль в биохимическом кругообороте проявляет человек. Но ее роль осуществляется в противоположном направлении. Человек усиливает кругооборот веществ, который уже сложился, и в этом сказывается его геологическая сила, разрушительная по отношению к биосфере на сегодняшний день.

Таким образом, следует говорить не об изменении человеком того, что не должно изменяться, а скорее о влиянии человека на скорость и направление изменений и на распространение их границ, которая поднимает правило меры преобразования природы. Последнее формулируется таким образом: в процессе эксплуатации естественных систем нельзя превышать некоторые границы, которые разрешают этим системам сохранять равновесие.

1.2 Кругооборот веществ в биосфере

Процессы фотосинтеза органического вещества из неорганических компонентов длятся миллионы лет и за такое время химические элементы должны были перейти из одной формы в другую. Однако этого не происходит благодаря их кругообороту в биосфере. Ежегодно фотосинтезирующие организмы усваивают почти 350 млрд. тонн углекислого газа , выделяют в атмосферу около 250 млрд. тонн кислорода и расщепляют 140 млрд. тонн воды, образовывая свыше 230 млрд. тонн органического вещества (в перерасчете на сухой вес).

Огромные количества воды проходят через растения и водоросли в процессе обеспечения транспортной функции и выпаривания. Это приводит к тому, что вода поверхностного пласта океана фильтруется планктоном за 40 суток, а вся другая вода океана — приблизительно, чем год. Весь углекислый газ атмосферы возобновляется за несколько сотен лет, а кислород за несколько тысяч лет. Ежегодно фотосинтезом в кругооборот включается 6 млрд. тонн азота, 210 млрд. тонн фосфора и большое количество других элементов (калий, натрий, кальций, магний, сера, железо и др.). Существование этих кругооборотов придает экосистемам определенную продолжительность.

Различают два основных кругооборота: большой (геологический) и маленький (биологический).

Большой кругооборот, длится миллионы лет и состоит в том, что горные породы подлежат разрушению, а продукты выветривания (в том числе растворимые в воде питательные вещества) сносятся потоками воды в Мировой океан, где они образуют морские напластования и лишь частично возвращаются на сушу с осадками. Геотектонические изменения, процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещения морей и океанов на протяжении продолжительного времени приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу и процесс начинается снова.

Маленький кругооборот (часть большого) происходит на уровне экосистемы и состоит в том, что питательные вещества, вода и углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и на жизненные процессы как самых этих растений, так и других организмов (как правило животных), которые съедают эти растения (консументы). Продукты распада органического вещества под действием деструкторов и микроорганизмов (бактерии, грибы, черви) снова разлагаются к минеральным компонентам, доступных растениям и что втягиваются ими в потоки вещества. Кругооборот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы назад в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций называется биохимическим циклом. В такие циклы втянуты практически все химические элементы и прежде всего те, что принимают участие в построении живой клетки. Так, тело человека состоит из кислорода (62.8%), углерода (19.37%), водорода (9.31%), азота (5.14%), кальция (1.38%), фосфора (0.64%) и еще приблизительно 30 элементов.

2. Основные типы биохимических кругооборотов

2.1 Круговорот воды

Вода находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы — это и есть круговорот воды в природе. Из всех выпадающих осадков 80% попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. Упрощенно говоря, у воды, выпавшей на суше, есть два пути. Либо она, собираясь в ручейки, речушки и реки, попадает в результате в озера и водохранилища — так называемые открытые (или поверхностные) источники водозабора. Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения. Оба этих водных ресурса взаимосвязаны и имеют как свои преимущества, так и недостатки в качестве источника питьевой воды.

Круговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара. Он играет главную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает малый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. Если же водяной пар переносится воздушными течениями на сушу, круговорот становится значительно сложнее.

В этом случае часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая — питает реки и водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая тем самым большой круговорот. Важное свойство круговорота воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу. Вода — важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды, проникая сквозь ткани растения в процессе транспирации, привносят минеральные соли, необходимые для жизнедеятельности самих растений.

Наиболее замедленной частью круговорота воды является деятельность полярных ледников, что отражают медленное движение и скорейшее таяние ледниковых масс. Наибольшей активностью обмена после атмосферной влаги отличаются речные воды, которые сменяются в среднем каждые 11 дней. Чрезвычайно быстрая возобновляемость основных источников пресных вод и опреснение вод в процессе круговорота являются отражением глобального процесса динамики вод на земном шаре.

2.2 Круговорот углерода

Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой — углекислым газом. Источником первичной углекислоты биосферы является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних горизонтов земной коры.

Миграция углекислого газа в биосфере Земли протекает двумя путями. Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцев, рассеянной органики, осадочных горных пород. Так, в далекие геологические эпохи сотни миллионов лет назад значительная часть фотосинтезируемого органического вещества не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в породах миллионы лет, этот детрит под действием высоких температур и давления (процесс метаморфизации) превращался в нефть, природный газ и уголь, во что именно — зависело от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в породах. Теперь мы в огромных количествах добываем это ископаемое топливо для обеспечения потребностей в энергии, а сжигая его, в определенном смысле завершаем круговорот углерода. Если бы ни этот процесс в истории планеты, вероятно, человечество имело бы сейчас совсем другие источники энергии, а может быть и совсем другое направление развития цивилизации.

По второму пути миграция углерода осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO2 переходит в H2CO3, HCO31-, CO32-. Затем с помощью растворенного в воде кальция (реже магния) происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями. Возникают мощные толщи известняков. Наряду с этим большим круговоротом углерода существует еще ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане.

В пределах суши, где имеется растительность, углекислый газ атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием CO2. Особое место в современном круговороте веществ занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание содержания углекислого газа в атмосфере, связанное с ростом промышленного производства и транспорта.

2.3 Круговорот кислорода

Кислород — наиболее активный газ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели.

В составе земной атмосферы кислород занимает второе место после азота. Господствующей формой нахождения кислорода в атмосфере является молекула О2. Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального и органического миров.

Свободный кислород современной земной атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений и его общее количество отражает баланс между продуцированием кислорода и процессами окисления и гниения различных веществ. В истории биосферы Земли наступило такое время, когда количество свободного кислорода достигло определенного уровня и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода.

2.4 Круговорот азота

При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве нитрифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция СаСОз, образует нитраты:

2HN0з + СаСОз = Са(NОз)2 + СОС + Н0Н

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих нитрифицирующих бактерий приводит к тому , что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде.

Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений.

2.5.Круговорот фосфора

Фосфор входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В различных минералах фосфор содержится в виде неорганического фосфатиона (PO43-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают PO43- из водного раствора и включают фосфор в состав различных органических соединений, где он выступает в форме так называемого органического фосфата. По пищевым цепям фосфор переходит от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе велика вероятность окисления содержащего фосфор соединения в процессе клеточного дыхания для получения организмом энергии. Когда это происходит, фосфат в составе мочи или ее аналога вновь поступает в окружающую среду, после чего снова может поглощаться растениями и начинать новый цикл.

2.6 Круговорот серы

Сера является важным составным элементом живого вещества. Большая часть ее в живых организмах находится в виде органических соединений. Кроме того, сера входит в состав некоторых биологически активных веществ: витаминов, а также ряда веществ, выступающих в качестве катализаторов окислительно-восстановительных процессов в организме и активизирующих некоторые ферменты.

Сера представляет собой исключительно активный химический элемент биосферы и мигрирует в разных валентных состояниях в зависимости от окислительно-восстановительных условий среды. Среднее содержание серы в земной коре оценивается в 0,047 %. В природе этот элемент образует свыше 420 минералов.

В изверженных породах сера находится преимущественно в виде сульфидных минералов: пирита, пирронита, халькопирита, в осадочных породах содержится в глинах в виде гипсов, в ископаемых углях — в виде примесей серного колчедана и реже в виде сульфатов. Сера в почве находится преимущественно в форме сульфатов; в нефти встречаются ее органические соединения.

В связи с окислением сульфидных минералов в процессе выветривания сера в виде сульфатиона переносится природными водами в Мировой океан. Сера поглощается морскими организмами, которые богаче ее неорганическими соединениями, чем пресноводные и наземные.

3. Антропогенное влияние на окружающую среду

Проблемы народонаселения и ресурсов биосферы тесно связаны с реакциями окружающей естественной среды на антропогенное влияние. Естественное экологически сбалансированное состояние окружающей среды часто называют нормальным. Это состояние, при котором отдельные группы организмов биосферы взаимодействуют один с другим и с абиотичной средой без нарушения равновесия кругооборота веществ и потоков энергии в границах определенного геологического периода, обусловленное нормальным протеканием естественных процессов во всей геосфере. Естественные процессы могут иметь катастрофический характер, например извержения вулканов, землетрясение, наводнение, которое, однако, также составляет “норму” природы. Эти и прочие естественные процессы постепенно, с геологической скоростью, эволюционируют и в то же время на протяжении тысячелетий (на протяжении одного геологического периода) остаются в сбалансированном состоянии. При этом протекают маленький (биологический) и большой (геологический) кругооборот веществ и устанавливаются энергетические балансы между разнообразными геосферами и космосом, который объединяет природу в единое целое. Кругооборот веществ и энергии в биосфере характеризуются определенными количественными параметрами, которые специфичны для данного геологического периода и для каждого элемента земной поверхности в соответствии с их географией. Зачастую в качестве основных параметров, которые характеризуют состояние окружающей естественной среды, выделяют следующие:

Читайте также: