Реферат на тему круговорот в природе
Обновлено: 15.05.2024
Бесплатные экскурсии в музей Пиявки!
Международный Центр Медицинской Пиявки приглашает посетить музей и узнать о пользе и вреде пиявок, их выращивании, гирудотерапии, лечебной косметике и многом другом. Подробнее >>>
Зимние учеты птиц России!
Приглашаем биологические кружки, профессиональных орнитологов и просто любителей птиц принять участие в программах зимних учетов птиц "Parus" и "Евроазиатские Рождественские учеты" в зимний сезон 2020-2021 годов. Подробнее >>>
Биологический кружок ВООП приглашает!
Биологический кружок при Государственном Дарвиновском музее г.Москвы (м.Академическая) приглашает школьников 5-10 классов на занятия в музее, экскурсии по вечерам, учебные выезды в природу по выходным и дальние полевые экспедиции в каникулы! Подробнее >>>
Соревнования по полевой ботанике "ВЕСЕННЯЯ ФЛОРА" пройдут в мае-июне 2020 года в онлайн-формате (определение растений по фотографиям). К участию в соревновании приглашаются школьники и взрослые любители природы, проживающие в средней полосе Европейской части России. Подробнее >>>
Здесь может быть бесплатно размещено Ваше объявление о проводимом Всероссийском конкурсе, Слёте, Олимпиаде, любом другом важном мероприятии, связанном с экологическим образованием детей или охраной и изучением природы. Подробнее >>>
Мы публикуем на нашем сайте авторские образовательные программы, статьи по экологическому образованию детей в природе, детские исследовательские работы (проекты), основанные на полевом изучении природы. Подробнее >>>
Круговороты веществ в природе
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.
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.
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.
Круговорот азота
При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция СаСОз, образует нитраты:
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 де ни трифицирующих 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.
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.
В отличие, например, от углекислого газа, который, где бы он ни выделялся в атмосферу, свободно переносится в ней воздушными потоками пока снова не усвоится растениями, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет свободного возврата в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Что-то может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень небольшая часть общего количества, оказывающаяся к тому же вблизи побережья. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет. Следовательно, фосфат и другие минеральные биогены почвы циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие их отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так в основном и происходит. Когда же в их функционирование вмешивается человек, он нарушает естественный круговорот, перевозя, например, урожай вместе с накопленными из почвы биогенами на большие расстояния к потребителям.
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.
Деятельность живых организмов сопровождается извле- чением из окружающей их неживой природы больших ко- личеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный круговорот веществ в природе, т.е. циркуляция веществ между атмо- сферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.
Приведём некоторые примеры.
Круговорот воды. Под действием энергии Солнца вода
испаряется с поверхности водоёмов и воздушными течени- ями переносятся на большие расстояния. Выпадая на по-
верхность суши в виде осадков, она способствует разруше- нию горных пород и делает составляющие их минералы до-
ступными для растений, микроорганизмов и животных. Она
размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с рас-
творёнными в ней химическими соединениями и взвешен-ными органическими и неорганическими частицами в моря и океаны. Циркуляция воды между океаном и сушей -
важнейшее звено в поддержании жизни на Земле.
Растения участвуют в круговороте воды двояким спо-собом: извлекают её из почвы и испаряют в атмосферу; часть воды в клетках растений расщепляется в процессе фотосинтеза. При этом водород фиксируется в виде органи-
ческих соединений, а кислород поступает в атмосферу.
Животные потребляют воду для поддержания осмоти-ческого и солевого равновесия в организме и выделяют её во внешнюю среду вместе с продуктами обмена веществ.
Круговорот углерода. Углерод поступает в биосферу в
результате фиксации его в процессе фотосинтеза. Коли-чество углерода, ежегодно связываемого растениями, оце-
нивается в 46 млрд. т. Часть его поступает в тело животных
и освобождается в результате дыхания в виде СО2, который
вновь поступает в атмосферу. Кроме того, запасы углерода
в атмосфере пополняются за счёт вулканической деятельно-сти и сжигания человеком горючих ископаемых. Хотя
основная часть поступающего в атмосферу диоксида угле-рода поглощается океаном и откладывается в виде карбона-
тов, содержание СО2 в воздухе медленно, но неуклонно по-
Круговорот азота. Азот - один из основных биогенных
элементов - в громадных количествах содержится в атмо-сфере, где составляет 80% от общей массы её газообразных
компонентов. Однако в молекулярной форме он не может
использоваться ни высшими растениями, ни животными.
В форму, пригодную для использования, атмосферный азот
переводят электрические разряды (при которых образуются
оксиды азота, в соединении с водой дающие азотистую и азотную кислоты), азотфиксирующие бактерии и синезелё-ные водоросли. Одновременно образуется аммиак, который
другие хемосинтезирующие бактерии последовательно пере-
водят в нитриты и нитраты. Последние наиболее усвояемы для растений. Биологическая фиксация азота на суше со-
ставляет примерно 1 г/м2, а в плодородных областях дости-
После отмирания организмов гнилостные бактерии раз-лагают азотсодержащие соединения до аммиака. Часть его
уходит в атмосферу, часть восстанавливается денитрифици-
рующими бактериями до молекулярного азота, но основная
масса окисляется до нитритов и нитратов и вновь использу-ется. Некоторое количество соединений азота оседает в глу-
боководных отложениях и надолго (миллионы лет) выклю-
чается из круговорота. Эти потери компенсируются поступ-
лением азота в атмосферу с вулканическими газами.
Круговорот серы. Сера входит в состав белков и также
представляет собой жизненно важный элемент. В виде со-
единений с металлами - сульфидов - она залегает в виде руд
на суше и входит в состав глубоководных отложений. В до-
ступную для усвоения растворимую форму эти соединения
переводятся хемосинтезирующими бактериями, способными
получать энергию путём окисления восстановленных соеди-
нений серы. В результате образуются сульфаты, которые
используются растениями. Глубоко залегающие сульфаты
вовлекаются в круговорот другой группой микроорганиз-мов, восстанавливающих сульфаты до сероводорода.
Круговорот фосфора. Резервуаром фосфора служат за-
лежи его соединений в горных породах. Вследствие вымыва-
ния он попадает в речные системы и частью используется растениями, а частью уносится в море, где оседает в глубо-
ководных отложениях. Кроме того, в мире ежегодно добы-
вается от 1 до 2 млн.т. фосфорсодержащих пород. Большая
часть этого фосфора также вымывается и исключается из
круговорота. Благодаря лову рыбы часть фосфора возвра-
щается на сушу в небольших размерах (около 60 тыс.т. эле-
ментарного фосфора в год).
Из приведённых примеров видно, какую значительную
роль в эволюции неживой природы играют живые орга-низмы. Их деятельность существенно влияет на формиро-вание состава атмосферы и земной коры. Большой вклад в
понимание взаимосвязей между живой и неживой природой
внёс выдающийся советский учёный В.И.Вернадский. Он
выявил геологическую роль живых организмов и показал,
что их деятельность представляет собой важнейший фактор
преобразования минеральных оболочек планеты.
Таким образом, живые организмы, испытывая на себе влияние факторов неживой природы, своей деятельностью
изменяют условия окружающей среды, т.е. среды своего обитания. Это приводит к изменению структуры всего сообщества - биоценоза.
Установлено, что азот, фосфор и калий могут оказывать наибольшее положительное влияние на урожаи культурных
растений, и потому эти три элемента в наибольших коли-чествах вносят в почву с удобрениями, применяемыми в сельском хозяйстве. Поэтому азот и фосфор оказались глав-
ной причиной ускоренной эвтрофизации озёр в странах с интенсивным земледелием. Эвтрофизация - это процесс обо-
гащения водоёмов питательными веществами. Она пред-
ставляет собой естественное явление в озёрах, так как реки
приносят питательные вещества с окружающих дренажных
площадей. Однако этот процесс обычно идёт очень медлен-но, в течение тысяч лет.
Неестественная эвтрофизация, ведущая к стремительному увеличению продуктивности озёр, происходит в результате стока с сельскохозяйственных угодий, которые могут быть обогащены питательными веществами удобрений.
Существуют также два других важных источника фосфора - сточные воды и моющие средства. Сточные воды, как в своём первоначальном виде, так и обработанные, обога-щены фосфатами. Бытовые детергенты содержат от 15% до 60% биологически разрушаемого фосфата. Кратко можно резюмировать, что эвтрофизация в конце концов приводит к истощению ресурсов кислорода и к гибели большинства жи-вых организмов в озёрах, а в крайних ситуациях - и в реках.
Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, и необходимо чётко разграничить эти
два понятия. Всю экосистему можно уподобить единому ме-
ханизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первона-чально происходят из абиотического компонента системы,
в который в конце концов и возвращаются либо в качестве
отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разруше-ния организмов. Таким образом, в экосистеме происходит
постоянный круговорот питательных веществ, в котором
участвуют и живой и неживой компоненты. Такие кругово-роты называются биогеохимическими циклами.
Поток энергии и круговороты биогенных элементов в
света компонент энергия
Круговорот биогенных элементов
На глубине в десятки километров горные породы и ми-нералы подвергаются воздействию высоких давлений и тем-
ператур. В результате происходит метаморфизм (изменение) их структуры, минерального, а иногда и химического соста-
ва, что приводит к образованию метаморфических пород.
Опускаясь ещё дальше в глубь Земли, метаморфические по-
роды могут расплавиться и образовать магму. Внутренняя
энергия Земли (т.е. эндогенные силы) поднимает магму к поверхности. С расплавленными горными породами, т.е. магмой, химические элементы выносятся на поверхность Земли во время извержений вулканов, застывают в толще земной коры в виде интрузий. Процессы горообразования поднимают глубинные горные породы и минералы на поверхность Земли. Здесь горные породы подвергаются воздействию солнца, воды, животных и растений, т.е. разрушаются, переносятся и отлагаются в виде осадков в новом месте. В результате образуются осадочные горные породы. Они накапливаются в подвижных зонах земной коры и при пригибании снова опускаются на большие глубины (свыше 10 км).
Вновь начинаются процессы метаморфизма, переправления,
кристаллизации, и химические элементы возвращаются на поверхность Земли. Такой "маршрут" химических элементов называется большим геологическим круговоротом. Геологический круговорот не замкнут, т.к. часть химических элементов выходит из круговорота: уносится в космос, закрепляется прочными связями на земной поверхности, а часть поступает извне, из космоса, с метеоритами.
Геологический круговорот - это глобальное путешествие химических элементов внутри планеты. Более короткие путешествия они совершают на Земле в пределах отдельных
её участков. Главный инициатор - живое вещество. Орга-низмы интенсивно поглощают химические элементы из поч-вы, воздуха воды. Но одновременно и возвращают их. Химические элементы вымываются из растений дождевыми водами, выделяются в атмосферу при дыхании и отлагаются в почве после смерти организмов. Возвращённые химические элементы снова и снова вовлекаются живым веществом в "путешествия". Всё вместе и составляет биологический, или малый, круговорот химических элементов. Он тоже не зам-кнут.
Часть элементов-"путешественников" уносится за его пределы с поверхностными и грунтовыми водами, часть - на разное время "выключается" из круговорота и задерживает-ся в деревьях, почве, торфе.
Ещё один маршрут химических элементов проходит сверху вниз от вершин и водоразделов к долинам и руслам рек, впадинам, западинам. На водоразделы химические эле-
менты поступают только с атмосферными осадками, а выно-сятся вниз и с водою, и под действием силы тяжести. Расход вещества преобладает над поступлением, о чём говорит са-мо название ландшафтов водоразделов - элювиальные.
На склонах жизнь химических элементов изменяется. Скорость их передвижения резко увеличивается, и они "про
езжают" склоны, как пассажиры, удобно устроившиеся в ку-пе поезда. Ландшафты склонов так и называются - транзит-ными.
"Отдохнуть" от дороги химическим элементам удаётся лишь в аккумулятивных (накапливающих) ландшафтах, рас-
положенных в понижениях рельефа. В этих местах они часто и остаются, создавая для растительности хорошие условия питания. В некоторых случаях растительности приходится бороться уже с избытком химических элементов.
Уже много лет назад в распределение химических эле-ментов вмешался человек. С начала ХХ столетия деятель-ность человека стала главным способом их путешествия. При добыче полезных ископаемых огромное количество веществ изымается из земной коры. Их промышленная пере
работка сопровождается выбросами химических элементов с отходами производства в атмосферу, воды, почвы. Это за-грязняет среду обитания живых организмов. На земле появ-ляются новые участки с высокой концентрацией химических
элементов - рукотворные геохимические аномалии. Они распространены вокруг рудников цветных металлов (меди,
свинца). Эти участки иногда напоминают лунные пейзажи, потому что практически лишены жизни из-за высоких содержании вредных элементов в почвах и водах. Остановить научно-технический прогресс невозможно, но человек должен помнить, что существует порог в загрязнении природной среды, переходить который нельзя, за которым неизбежны болезни людей и даже вымирание цивилизации.
Создав биогеохимические "свалки",природа, возможно, хотела предостеречь человека от непродуманной, безнравст-венной деятельности, показать ему на наглядном примере, к чему приводит нарушение распределения химических эле-ментов в земной коре и на её поверхности.
Читайте также: