Сообщение на тему круговорот веществ в природе

Обновлено: 04.07.2024

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.

Круговорот веществ в природе обеспечивает возможность жизни как таковой, ибо за счет него становится возможным удаление вещества из системы или него поступление в систему, при этом данная система может длительное время находиться в равновесном состоянии.

Биогенные элементы

Часть земной оболочки, занятая растительными и животными организмами образует биосферу. В процессе деятельности живых организмов в биосфере образуются минералы и различные природные вещества. Для полноценного функционирования биосферы и поддержания непрерывности ее процессов, внутри нее должны постоянно осуществляться обмены биогенных веществ, все элементы которых важны для жизни как таковой. В организмы живых существ входят те же составляющие, что и в воздух, воду, почву и минералы. Известно около 90 химических элементов в составе земной коры. В составе живых организмов обнаружено около 70 химических элементов периодической системы. Отличие только в том, что молекулы неживой природы просты и однотипны, а живые организмы состоят из множества атомов разных типов. Химические элементы, находящиеся в живом организме и обладающие выраженной биологической ролью – называются биогенными элементами.

Биогенные элементы — это химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и необходимые им для жизнедеятельности. В живых клетках обычно обнаруживаются следы почти всех химич. элементов, присутствующих в окружающей среде, однако для жизни необходимы около 20.

Важнейшие биогенные элементы — кислород (составляет ок. 70% массы организмов), углерод (18%), водород (10%), азот, кальций, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий.

Возникновение круговоротов

Биологическая активность живого вещества и энергия излучения Солнца выступают движущими силами этого процесса. Они перераспределяют, концентрируют и перемещают огромное количество жизненно необходимых веществ между растениями, их корневыми системами и всеми существами на планете.

Движение вещества происходит во внутренних оболочках земли, их подъём в результате восходящих тектонических движений и вулканизма, перенос веществ по горизонтали во внешних оболочках и аккумуляция, погружение в результате нисходящих тектонических движений. На большой глубине происходит метаморфизм, плавление вещества с образованием магмы и метаморфических горных пород.

Структура природного цикла

Вся жизнь на нашей планете следует законам глобального круговорота веществ, который можно разделить на две основные составляющие. Они отличаются характером и механизмом происходящих в них процессах. Различают два основных цикла:

Большой (геологический)
Малый (биогеохимический)

Рассмотрим их подробнее:

Геологический круговорот

Этот вид также называют круговоротом воды в природе, где жидкость постоянно циркулирует между сушей и океаном. Основополагающую роль в создании географической оболочки нашей планеты играет круговорот воды.

Вода является наиболее распространенным и очень важным химическим соединением, поэтому круговорот веществ в природе мы самым подробным образом рассмотрим на примере круговорота воды. Дополнительно отметим, что вода фактически формирует все биогеохимические циклы в природе, она содержится во всех компонентах биосферы — в атмосфере, гидросфере, литосфере и в составе всех организмов. При потере организмом 10% воды наступает его самоотравление. Нагревание воды, ее испарение и конденсация представляют собой вторую после фотосинтеза форму накопления и перераспределения солнечной энергии на Земле и в биосфере.

Уменьшение площади растительного покрова приводит к уменьшению процессов транспирации (испарения) воды на участках суши, что в свою очередь снижает количество осадков на данной территории. Вода участвует в круговороте веществ и через ее вхождение в состав организмов, и через выделение в окружающую среду после гибели этих организмов. Попадая в состав осадочных пород в составе неразложившегося вещества, вода удаляется из круговорота на длительное геологическое время, когда эти вещества могут оказаться на поверхности и за счет горообразовательных процессов подвергнуться превращениям. Благодаря круговороту воды реализуется частично круговорот двух важнейших химических элементов — водорода и кислорода. Велика роль воды и как реагента в процессах фотосинтеза, что является одной из составных частей процессов круговорота воды.

Мировой баланс воды в историко-геологическом масштабе достаточно постоянен, а отдельно взятые локальные водные балансы (для конкретного региона) могут значительно колебаться. В геологическом масштабе времени обнаружены частые нарушения равновесия баланса океанических и континентальных вод, с чем связаны значительные изменения климата планеты. В режиме континентального увлажнения существует цикл 1800-2000 лет. В настоящее время (по мнению ряда ученых) планета находится в переходном состоянии от очень влажной континентальной фазы к более сухой, что предполагает тенденцию передачи воды от континентов океану. Наблюдения последних 80 лет показывают, что уровень океанических вод ежегодно увеличивается на 1,2 мм.

Велика роль воды в жизнедеятельности человека, который является и водопользователем, и водопотребителем.

Водопользование — это такое использование воды, при котором она остается в водоемах (например, как транспортное средство — речной и морской транспорт, лесосплав; как механический источник энергии — гидроэнергетика).

Водопотребление — использование воды, при котором она извлекается из водоемов. Им является применение воды в сельском и жилищно-коммунальном хозяйстве, различных отраслях промышленности, атомной и теплоэнергетике. В процессе водопотребления образуются сточные воды, которые без должной очистки загрязняют природные воды. Водопользование также сопровождается загрязнением природных вод за счет попадания в них разных соединений, используемых в водном транспорте, и отходов транспорта и гидроэнергетики.

Водопотребление требует пресной воды определенного качества. Большую роль для человека играет питьевая вода, к свойствам которой предъявляются особые требования, поэтому природные воды подвергаются специальной водоподготовке. На Земле пресные воды составляют 2% от общих запасов воды (1,5 х 109 км 3 — общий запас воды), а в доступной для использования человеком форме — только 0,01% от общих запасов воды на планете.

Нерациональное использование воды, ее загрязнение за счет неправильного водопользования и нарушение круговорота воды грозит человечеству экологической катастрофой.

Нарушение человеком естественных процессов круговорота воды связано с уничтожением лесов, ростом городов, интенсивной ирригацией и мелиорацией, увеличением пыли и газов, загрязняющих воздух и вызывающих различные эффекты (тепличный, похолодания и др.), тепловое и другие виды физических загрязнений.

Малый круговорот

Он представляет собой обмен полезными веществами в пределах всей биосферы Земли с компонентами веществ из литосферы, атмосферы и гидросферы. Малый круговорот — биотический, часть большого круговорота, происходит на уровне биоценоза (неорганические вещества участвуют в образовании органических), представляет собой перенос вещества по трофическим (пищевым) цепочкам. В нем участвуют:

Продуценты
Консументы
Редуценты

Продуценты преобразуют простые неорганические вещества в сложные органические соединения. Консументы модифицируют или производят еще более более сложные соединения. Редуценты выделяют биологические вещества, которые разлагают сложную органику и освобожденные вещества опять включаются в оборот.

Круговорот кислорода. Этот необходимый для жизни газ содержится в атмосфере, вырабатывается растениями в результате фотосинтеза. Из воздуха кислород поступает через дыхательные пути в организм живых существ, освобождается и снова поступает в атмосферу.

Круговорот азота. Азотные соединения выделяются при распаде веществ, впитываются в почву, поступают в растения, а затем выделяются из них в виде аммиака или ионов аммония.

Рассмотрим более подробно малый круговорот на примере углерода. Продуценты улавливают углекислый газ из атмосферы и переводят его в органические вещества, консументы поглощают углерод в виде органических веществ с телами продуцентов и консументов низших порядков, редуценты минерализуют органические вещества и возвращают углерод в атмосферу в виде углекислого газа. В Мировом океане круговорот углерода усложнен тем, что часть углерода, содержащегося в мертвых организмах, опускается на дно и накапливается в осадочных породах. Эта часть углерода выключается из биологического круговорота и поступает в геологический круговорот веществ.

Основные отличия круговоротов

Большой круговорот — это круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана (на что затрачивается почти половина поступающей к поверхности Земли солнечной энергии), переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока.

Большой круговорот обусловлен солнечной энергией, он обеспечивает перераспределение вещества между биосферой и глубокими горизонтами Земли. Горные породы, неорганические вещества, все переносится водой, но процессы длятся миллионы лет. Горные породы подвергаются разрушению, выветриванию, а продукты выветривания, в том числе растворимые в воде питательные вещества, сносятся потоками воды в Мировой океан. Границы геологического круговорота значительно шире границ биосферы и в его процессах живые организмы играют второстепенную роль. Тепло земли и радиация солнца — основные двигатели геологического круговорота.

Малый круговорот веществ в биосфере, в отличие от большого, совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения. Этот круговорот для жизни биосферы — главный, и он сам является порождением жизни.

Круговорот того или иного химического вещества из неорганической среды через растительные и животные организмы и обратно в неорганическую среду с использованием энергии Солнца и химических реакций называется биогеохимическим циклом. Биохимический цикл является частью биологического круговорота.

Изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество поддерживает жизнь на нашей планете, обеспечивая биогеохимический круговорот веществ. Главным источником энергии малого круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез.

Влияние человека

Человек, как часть биосистемы, непосредственно втянут в круговорот веществ. Однако нам все труднее соблюдать баланс и обеспечивать невмешательство в основные природные процессы. Бесконтрольно тратя ресурсы планеты, заполняя трудноразлагаемыми отходами ее атмосферу и биосферу, человек неблагоприятно влияет на естественный круговорот. В первую очередь, таким отношением, человечество наносит вред самому себе. Так, излишки азотных удобрений, которыми люди щедро удобряют почву для повышения урожайности, впитываются в глубокие слои почвы и смываются дождями с полей, попадая в реки и озера и далее в Мировой океан. Так или иначе, нитраты попадают в организм человека через пищу и воду, вызывая рак и другие нарушения в процессах жизнедеятельности.

Важно осознавать, что все процессы на Земле взаимосвязаны. Для гармоничного и непрерывного развития нужно поддерживать баланс веществ в природе, своевременно решать возникающие экологические проблемы, учитывать особенности естественного круговорота.

Круговорот веществ в природе - это взаимосвязанные биологические, химические, физиологические процессы движения и видоизменения соединений, которые имеют повторяющийся характер.

Биогенные элементы

Для благоприятного функционирования всей биосферы и непрерывности ее процессов, внутри нее должны постоянно осуществляться обмены биогенных веществ, все элементы которых важны для жизни как таковой. В организмы живых существ входят те же составляющие, что и в воздух, воду, почву и минералы. Отличие только в том, что молекулы неживой природы просты и однотипны, а живые организмы состоят из множества атомов разных типов.

водород
кислород
сера
фосфор
углерод
азот
железо

Важно! Все процессы на планете взаимосвязаны, и основным условием существования жизни на планете является непрерывный оборот биогеохимических веществ.

Возникновение круговоротов

Активность живого вещества и энергетические потоки Солнца выступают движущими силами этого процесса. Они перераспределяют, концентрируют и перемещают огромное количество жизненно необходимых веществ между растениями, их корневыми системами и всеми существами на планете.

Важно! Энергия заключена в химических связях органических веществ, которая поглощена продуцентом, вследствие чего она циркулирует в круговороте.

Возникает циклический оборот энергии потому, что действует закон ее сохранения. Она не исчезает бесследно, а расходуется для жизни биосферы Земли, переходя из одного состояния в другое.

Переходят в виде пищи от организма к организму;
Выделяются в окружающий мир;
Снова приобщаются автотрофами в процессы жизнедеятельности организмов.

Структура природного цикла

Большой либо геологический
Малый либо биологический

Геологический

Испарение влаги;
Ее передвижение с воздушными потоками в состоянии пара;
Формирование облаков;
Осадки;
Подземный и поверхностный сток воды в Мировой океан.

По поверхности земной коры . Сток наполняет материковые водоемы, чьи воды стекаются в океаны. Эта вода содержит в себе растворенные химические элементы, частички почвы и гумуса.

Важно! По причине неконтролируемой вырубки лесов и безответственной деятельности человека в отношении ресурсов Земли, количество вод поверхностного стока растет с каждым годом. Это стало причиной многих экологических отклонений.

Оседает в верхних слоях земной коры . Вода впитывается и сохраняется на некоторое время в почвах для питания растений. Спустя время, переработанная в процессе фотосинтеза, она переходит в атмосферу в парообразном состоянии.
Проникает в более глубокие слои коры и образует подземные воды. Попадая в глубины Земли и заполняя ее трещины, вода вымывает растворенные минеральные вещества и доставляет их в океан.

Важно! Большой цикл круговорота никогда не повторяется в точности, как предыдущий, и проходит по спирали, а не по кругу.

Малый

Продуценты
Консументы
Запас энергии и полезных веществ
Редуценты

Все организмы вбирают в себя атомы биогенных веществ из гидросферы, литосферы и атмосферы;
В телах организмов проходят химические реакции с участием этих веществ;
После переработки микроэлементы выделяются в виде продуктов распада в окружающую среду;
Окружающий мир и все живые организмы планеты, черпая из него питательные вещества и выделяя их обратно в виде продуктов жизнедеятельности, создают общую экосистему.

Важно! Организованная таким образом жизнь на Земле продолжается уже миллионы лет. Если внести даже незначительные изменения в структуру, массу и в исходный химический состав живого вещества, можно необратимо повлиять на весь характер биологического цикла.

Восходящий поток образуется, благодаря взаимодействию окружающей среды с растениями. На этом этапе создается первичный продукт.
Нисходящий поток генерируется всеми уровнями экосистемы, которые преобразуют синтезированную продукцию в неорганические вещества.

Основные отличия круговоротов

Составляющими компонентами. В геологическом круговороте принимают участие химические вещества со всех уровней земной коры. Биологический - отличается взаимодействием только между биогенными элементами.
Длительностью . Цикл Малого оборота длится от года до сотни лет. Период Большого - тянется до сотен тысяч лет.
Движущей силой. Импульсом для геологического круговорота выступает вода, которая “путешествует” между сушей и водоемами. В Малом круговороте в этой роли выступают живые организмы, их продукты жизнедеятельности и питание.

Влияние человека

Человек, как существо биологическое, непосредственно втянут в круговорот веществ. Однако ему все труднее соблюдать баланс и кодекс невмешательства в основные природные процессы. Бесконтрольно потребляя ресурсы планеты, заполняя неперерабатываемыми отходами ее атмосферу и биосферу, человек неблагоприятно влияет на естественный круговорот. Таким образом он наносит вред себе в первую очередь. Так, излишки азотных удобрений, которыми люди щедро посыпают почвы, впитываются в глубокие слои почвы и смываются дождями с полей, попадая в воду. Так или иначе, нитраты попадают в организм человека через пищу и воду, вызывая рак и другие сбои в процессах жизнедеятельности. Необходимо помнить, что все на Земле взаимосвязано. Для гармоничной и продолжительной жизни нужно поддерживать баланс веществ в природе, учитывая особенности естественного круговорота. Для лучшего восприятия всей изложенной информации смотрите тематическое видео.

круговорот веществ — в природе, относительно повторяющиеся взаимосвязанные физические, химические и биологические процессы превращения и перемещения веществ в природе. До создания В. И. Вернадским учения о биосфере в науке бытовало представление о замкнутых К. в. и… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь

Круговорот веществ в природе

Озоновый слой(озоносфера) — слой атмосферы, отличающийся повышенной концентрацией озона и поглощающий ультрафиолетовое излучение, гибельное для организмов. Наибольшая плотность озоносферы на высоте 20-25 км. Предполагается, что глобальное загрязнение атмосферы некоторыми веществами может нарушить плотность озонового экрана.

2Азотфиксация — процесс химического превращения атмосферного газообразного азота в нитраты (NO3) или аммиак(NH3), которые могут использоваться растениями для синтеза аминокислот и других азотсодержащих органических молекул.

Видео по теме : Круговорот веществ в природе

Круговорот веществ в природе

Вода находится впостоянном движении. Испаряясь споверхности водоёмов, почвы, растений, воданакапливается в атмосфере и, рано или поздно,выпадает в виде осадков, пополняя запасы вокеанах, реках, озёрах и т.п. Таким образом,количество воды|воды на Земле не изменяется, онатолько меняет свои формы — это и есть круговоротводы|воды в природе. Из всех выпадающих осадков 80%попадает|попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольшийинтерес представляют оставшиеся 20%,выпадающие на суше, так как большинствоиспользуемых человеком источников воды|водыпополняется именно за счёт этого вида осадков.Упрощённо говоря, у воды|воды, выпавшей на суше, естьдва пути.

Либо она, собираясь в ручейки, речушки|речушки и реки|реки,попадает|попадает в результате в озера и водохранилища -так называемые открытые (или поверхностные)источники водозабора. Либо вода, просачиваясьчерез почву и подпочвенные слои, пополняетзапасы грунтовых|грунтовых вод. Поверхностные игрунтовые|грунтовые воды|воды и составляют два основныхисточника водоснабжения. Оба этих водных ресурсавзаимосвязаны и имеют как свои преимущества, таки недостатки в качестве источника питьевой воды|воды.

Круговорот воды|воды является одним из грандиозныхпроцессов на поверхности земного шара. Он играетглавную роль в связывании геологического ибиотического круговоротов. В биосфере вода,непрерывно переходя из одного состояния вдругое, совершает малый и большой круговороты.Испарение воды|воды с поверхности океана, конденсацияводяного пара в атмосфере и выпадение осадков наповерхность океана образуют малый круговорот.Если же водяной пар переносится воздушнымитечениями на сушу|сушу, круговорот становитсязначительно сложнее. В этом случае часть осадковиспаряется и поступает обратно в атмосферу,другая — питает реки|реки и водоёмы, но в итоге вновьвозвращается в океан речным и подземным стоком,завершая тем самым большой круговорот. Важноесвойство круговорота воды|воды заключается в том, чтоон, взаимодействуя с литосферой, атмосферой иживым веществом, связывает воедино всё|все частигидросферы: океан, реки|реки, почвенную влагу,подземные воды|воды и атмосферную влагу. Вода -важнейший компонент всего живого. Грунтовые|Грунтовыеводы|воды, проникая сквозь ткани растения в процессетранспирации, привносят минеральные соли|соли,необходимые для жизнедеятельности самихрастений. Наиболее замедленной частьюкруговорота воды|воды является деятельность полярныхледников|ледников, что отражают медленное движение искорейшее таяние ледниковых масс. Наибольшейактивностью обмена после атмосферной влагиотличаются речные воды|воды, которые сменяются всреднем каждые 11 дней. Чрезвычайно быстраявозобновляемость основных источников пресныхвод и опреснение вод в процессе круговоротаявляются отражением глобального процессадинамики вод на земном шаре.

Круговорот углерода

Углеродв биосфере часто представлен наиболееподвижной|подвижной формой — углекислым газом.Источником первичной углекислоты|углекислоты биосферыявляется вулканическая деятельность, связаннаяс вековой дегазацией мантии и нижних горизонтовземной коры. Миграция углекислого газа вбиосфере Земли|Земли протекает двумя путями. Первыйпуть заключается в поглощении его в процессефотосинтеза с образованием органических веществи в последующем захоронении их в литосфере в видеторфа, угля, горных сланцев, рассеянной органики,осадочных горных пород. Так, в далёкиегеологические эпохи сотни миллионов лет назадзначительная часть фотосинтезируемогоорганического вещества не использовалась никонсументами, ни редуцентами, а накапливалась ипостепенно погребалась под различнымиминеральными осадками. Находясь в породахмиллионы лет, этот детрит под действиемвысоких температур и давления (процессметаморфизации) превращался в нефть, природныйгаз и уголь, во что именно — зависело от исходногоматериала, продолжительности и условийпребывания в породах. Теперь мы в огромныхколичествах добываем это ископаемое топливо дляобеспечения потребностей в энергии, а сжигая его,в определённом смысле завершаем круговоротуглерода. Если бы ни этот процесс в историипланеты, вероятно, человечество имело бы сейчассовсем другие источники энергии, а может быть исовсем другое направление развития цивилизации.

По второму пути миграция углеродаосуществляется созданием карбонатнойсистемы в различных водоёмах, где CO2переходит в H2CO3, HCO31-, CO32-. Затем с помощьюрастворенного|растворённого в воде кальция (реже магния)происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным иабиогенным путями. Возникают мощные толщиизвестняков. Наряду с этим большим|большим круговоротомуглерода существует ещё ряд малых егокруговоротов на поверхности суши|суши и в океане. Впределах суши|суши, где имеется растительность,углекислый газ атмосферы поглощается в процессефотосинтеза в дневное время. В ночное время частьего выделяется растениями во внешнюю среду|среду. Сгибелью растений и животных на поверхностипроисходит окисление органических веществ собразованием CO2. Особое место в современномкруговороте веществ занимает массовоесжигание органических веществ ипостепенное возрастание содержания углекислогогаза в атмосфере, связанное с ростомпромышленного производства и транспорта.

Круговороткислорода

Кислород — наиболее активный газ. В пределахбиосферы происходит быстрый обмен кислородасреды|среды с живыми организмами или их остаткамипосле гибели. В составе земной атмосферыкислород занимает второе место после азота.Господствующей формой нахождения кислорода ватмосфере является молекула О2.Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен,поскольку он вступает во множество химическихсоединений минерального и органического миров.Свободный кислород современной земной атмосферыявляется побочным продуктом процессафотосинтеза зелёных растений и его общее|общееколичество отражает баланс междупродуцированием кислорода и процессамиокисления и гниения различных веществ. В историибиосферы Земли|Земли наступило такое время, когдаколичество свободного кислорода достиглоопределённого уровня и оказалосьсбалансированным таким образом, что количествовыделяемого кислорода стало равным количествупоглощаемого кислорода.

Круговорот азота

При гниении органическихвеществ значительная часть содержащегося вних азота превращается в аммиак, который подвлиянием живущих в почве трифицирующих бактерийокисляется затем в азотную кислоту. Последняя,вступая в реакцию с находящимися в почвекарбонатами, например с карбонатом кальцияСаСОз, образует нитраты:

2HN0з + СаСОз = Са(NОз)2 + СОС +Н0Н

Некоторая же часть азота всегда выделяется пригниении в свободном виде в атмосферу. Свободныйазот выделяется также при горении органическихвеществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа.Кроме того, существуют бактерии, которые при.недостаточном доступе воздуха могут отниматькислород от нитратов, разрушая их с выделениемсвободного азота. Деятельность этих де нитрифицирующих бактерий приводит к тому, чточасть азота из доступной для зелёных растенийформы (нитраты) переходит в недоступную(свободный азот). Таким образом, далеко не весьазот, входивший в состав погибших растений,возвращается обратно в почву; часть егопостепенно выделяется в свободном виде.

Непрерывная убыль минеральных азотныхсоединений давно должна была бы привести кполному прекращению жизни на Земле, если бы вприроде не существовали процессы, возмещающиепотери азота. К таким процессам относятся,прежде всего происходящие в атмосфереэлектрические разряды, при которых всегдаобразуется некоторое количество оксидов азота;последние с водой дают азотную кислоту,превращающуюся в почве в нитраты.

И все повторяется вновь. Например, весь кислород, существующий в биосфере, делает свой оборот за 2000 лет, а углекислый газ за 300. Такой кругооборот принято называть биогеохимическим циклом.

Пищевая цепь, резервный и обменный фонд

Таким образом, в биосфере круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов, можно разделить на две составляющие. Одна – резервный фонд – это часть вещества, которая не связана с деятельностью живых организмов и до времени в обороте не участвует. И вторая – это оборотный фонд. Он представляет собой лишь небольшую часть вещества, которая активно используется живыми организмами.

Атомы каких основных химических элементов столь необходимы для жизни на Земле? Это: кислород, углерод, азот, фосфор и некоторые другие. Из соединений, основным в кругообороте, можно назвать воду.

Кислород

Круговорот кислорода в биосфере следует начать с процесса фотосинтеза, в результате которого миллиарды лет назад он и появился. Он выделяется растениями из молекул воды под воздействием солнечной энергии. Кислород образуется также в верхних слоях атмосферы в ходе химических реакций в парах воды, где химические соединения разлагаются под воздействие электромагнитного излучения. Но это незначительный источник кислорода. Основным является фотосинтез. Кислород содержится и в воде. Хотя его там, в 21 раз меньше, чем в атмосфере.

Образовавшийся кислород используется живыми организмами для дыхания. Он также является окислителем для различных минеральных солей.

И человек является потребителем кислорода. Но с началом научно-технической революции, это потребление многократно возросло, так как кислород сжигается или связывается при работе многочисленных промышленных производств, транспорта, для удовлетворения бытовых и иных нужд в ходе жизнедеятельности людей. Существовавший до этого так называемый обменный фонд кислорода в атмосфере в размере 5% общего его объема, то есть вырабатывалось в процессе фотосинтеза столько кислорода, сколько его потреблялось. То теперь этого объема становиться катастрофически мало. Происходит потребление кислорода, так сказать, из неприкосновенного запаса. Оттуда, куда его уже некому добавить.

Незначительно смягчает эту проблему, что некоторая часть органических отходов не перерабатывается и не попадает под воздействие гнилостных бактерий, а остается в осадочных породах, образуя торф, уголь и тому подобные ископаемые.

Если результатом фотосинтеза является кислород, то его сырьем – углерод.

Круговорот азота в биосфере связан с образованием таких важнейших органических соединений, как: белки, нуклеиновые кислоты, липопротеиды, АТФ, хлорофилл и другие. Азот, в молекулярной форме, содержится в атмосфере. Вместе с живыми организмами — это всего около 2% всего, имеющего на Земле азота. В таком виде он может употребляться только бактериями и сине-зелёными водорослями. Для остального растительного мира в молекулярной форме азот не может служить питанием, а может перерабатываться лишь в виде неорганических соединений. Некоторые виды таких соединений образуются во время гроз и с дождевыми осадками попадают в воду и почву.

Гнилостные бактерии расщепляют азотосодержащие органические соединения до аммиака. Часть его уходит в атмосферу, а другая иными видами бактерий окисляется до нитритов и нитратов. Те, в свою очередь, поступают в качестве питания для растений и нитрифицирующими бактериями восстанавливаются до оксидов и молекулярного азота. Которые вновь попадают в атмосферу.

Таким образом, видно, что основную роль в кругообороте азота, играют различные виды бактерий. И если уничтожить хотя бы 20 таких видов, то жизнь на планете прекратится.

И опять установленный кругооборот был разорван человеком. Он для целей увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, стал активно применять азотосодержащие удобрения.

Содержание азота в различных веществах сопоставляют с содержанием там углерода. Оборотные циклы этих двух элементов крепко связаны.

Углерод

Круговорот углерода в биосфере неразрывно связан с кругооборотом кислорода и азота.

В биосфере схема круговорота углерода базируется на жизнедеятельности зеленых растений и их способности к превращению углекислого газа в кислород, то есть фотосинтезе.

Углерод взаимодействует с другими элементами различными способами и входит в состав практически всех классов органических соединений. Например, он входит в состав углекислого газа, метана. Он растворен в воде, где его содержание значительно больше чем в атмосфере.

Хотя по распространённости углерод не входит в десятку, но в живых организмах он составляет от 18 до 45% сухой массы.

Мировой океан служит регулятором содержания углекислого газа. Как только его доля в воздухе повышается, вода выравнивает положения, поглощая углекислый газ. Еще одним потребителем углерода в океане являются морские организмы, которые используют его для строительства раковин.

Благодаря тому, что процесс дыхания с выделение углерода и процесс фотосинтеза с его поглощением проходит через живые организмы очень быстро, в кругообороте участвует лишь незначительная доля всего углерода планеты. Если бы этот процесс был невзаимным, то растения только суши использовали весь углерод всего в течение 4-5 лет.

Фосфор

Круговорот фосфора в биосфере неразрывно связан с синтезом таких органических веществ, как: АТФ, ДНК, РНК и другие.

В почве и воде содержание фосфора очень мало. Основные его запасы в горных породах, образовавшихся в далеком прошлом. С выветриванием этих пород начинается кругооборот фосфора.

Растениями фосфор усваивается лишь в виде ионов ортофосфорной кислоты. В основном это продукт переработки могильщиками органических остатков. Но если почвы имеют повышенный щелочной или кислотный фактор, то фосфаты практически в них не растворяются.

Фосфор является прекрасным питательным веществом для различного вида бактерий. Особенно сине-зеленой водоросли, которая при увеличенном содержании фосфора бурно развивается.

Тем не менее большая часть фосфора уносится с речными и другими водами в океан. Там он активно поедается фитопланктоном, а с ним морским птицам и другим видам животных. Впоследствии фосфор попадает на океаническое дно и формирует осадочные породы. То есть возвращается в землю, лишь под слоем морской воды.

Как видно кругооборот фосфора специфичен. Его трудно и назвать кругооборотом, так как он не замкнут.

В биосфере круговорот серы необходим для образования аминокислот. Он создает трехмерную структуру белков. В нем участвуют бактерии и организмы, потребляющие кислород для синтеза энергии. Они окисляют серу до сульфатов, а одноклеточные доядерные живые организмы, восстанавливают сульфаты до сероводорода. Кроме них, целые группы серобактерий, окисляют сероводород до серы и далее до сульфатов. Растения могут потреблять из почвы лишь ион серы — SO 2- _4. Таким образом, одни микроорганизмы являются окислителями, а другие восстановителями.

Местами накопления серы и ее производных в биосфере является океан и атмосфера. В атмосферу сера поступает с выделением сероводорода из воды. Кроме того, сера попадает в атмосферу в виде диоксида при сжигании на производствах и в бытовых нуждах горючего ископаемого топлива. В первую очередь угля. Там она окисляется и, превращаясь в серную кислоту в дождевой воде, с ней же выпадает на землю. Кислотные дожди сами по себе наносят существенный вред всему растительному и животному миру, а кроме этого, с ливневыми и талыми водами, попадают в реки. Реки несут ионы сульфатов серы в океан.

В биосфере нет более распространенного вещества. Его запасы в основном в солено-горьком виде вод морей и океанов – это около 97%. Остальное пресные воды, ледники и подземные и грунтовые воды.

Круговорот воды в биосфере условно начинается с ее испарения с поверхности водоемов и листьев растений и составляет примерно 500 000 куб. км. Обратно она возвращается в виде осадков, которые попадают либо непосредственно обратно в водоемы, либо, пройдя через почву и подземные воды.

Роль воды в биосфере и истории ее эволюции такова, что вся жизнь с момента своего появления, была полностью зависима от воды. В биосфере вода многократно через живые организмы прошла циклы разложения и рождения.

Кругооборот воды имеет под собой в большей степени физический процесс. Однако, животный и, особенно, растительный мир принимает в этом немаловажное участие. Испарения воды с поверхностных участков листьев деревьев таков, что, например, гектар леса испаряет в сутки до 50 тонн воды.

Если испарение воды с поверхностей водоемов естественно для ее кругооборота, то для континентов с их лесными зонами, такой процесс – единственный и главный способ его сохранения. Здесь кругооборот идет как бы в замкнутом цикле. Осадки образуются из испарений с поверхностей почвы и растений.

В процессе фотосинтеза растения используют водород, содержащийся в молекуле воды, для создания нового органического соединения и выделения кислорода. И, наоборот, в процессе дыхания, живые организмы, происходит процесс окисления и вода образуется снова.

Читайте также: