Круговорот ртути
Этот редко встречаемый химический элемент очень токсичен. Сильной токсичностью обладают и соединения ртути. В природе ртуть рассеяна в земной коре и очень редко встречается в таких минералах, как киноварь, где она содержится в концентрированном виде. Ртуть участвует в круговороте веществ, мигрируя в газообразном состоянии и в водных растворах.
В атмосферу ртуть поступает из гидросферы при испарении, вместе с вулканическими газами и газами из термальных источников. Часть газообразной ртути переходит в твердую фазу и удаляется из воздушной среды. Выпавшая вместе с атмосферными осадками ртуть поглощается почвенными растворами и глинистыми породами. Ртуть в небольших количествах содержится в нефти и каменном угле (до 1 мг/кг). В водной массе океанов ее количество составляет около 1,6 млрд. т., в донных осадках заключено около 500 млрд. т., а в планктонных организмах находится до 2 млн. т. ртути и ее соединений. Речными водами ежегодно с суши выносится около 40 тыс. т. ртути, что на порядок меньше, чем поступает в атмосферу при испарении.
В результате усилившихся техногенных выбросов в атмосферу и гидросферу ртуть из естественного компонента природной среды, участвующего во всех круговоротах, превратилась в весьма опасный компонент для здоровья человека и живого вещества. Ртуть применяют в металлургической, химической, электротехнической, электронной, целлюлозно-бумажной и фармацевтической промышленности, используют для производства взрывчатых веществ, люминесцентных ламп, лаков и красок. Промышленные стоки и атмосферные выбросы, горно-обогатительные фабрики при ртутных рудниках, теплоэнергетические установки, использующие минеральное топливо, являются главными источниками загрязнения биосферы этим токсичным компонентом. Кроме того, ртуть входит в состав некоторых пестицидов, которые используют в сельском хозяйстве для протравливания семян и защиты их от вредителей. В организм человека ртуть и ее соединения поступают вместе с пищей.
Какую роль играет в биосфере
В организме человека более 1,5 кг фосфора (1,4 кг в костях, 130 г в мышечных и 12 г в нервных тканях). Суточная потребность взрослого человека в фосфоре от 1 до 1,2 г. Детям нужно больше фосфора. Очень много фосфора в зубах (в дентине — 13%, а в зубной эмали — 17%). При недостатке фосфора у животных появляется заболевание костей.
При разложении содержащих фосфор органических соединений зачастую образуются газообразные и жидкие вещества, например, ядовитый прозрачный газ с запахом чеснока — фосфористый водород, или фосфин, . Его получают в лаборатории химии кипячением белого фосфора с едким калием или действием соляной кислотой на фосфид кальция.
Схема реакции выглядит следующим образом:
Значение таких процессов в природе относительно мало. Наоборот, образование различного рода фосфатов происходит в очень больших масштабах.
В наземный этап круговорота фосфора, ввиду законов биологии, вмешивается человек, которому фосфор необходим для многих целей. К примеру, обеспечивать спичечную отрасль промышленности. Лучшая нержавеющая сталь получается в процессе фосфатирования — покрытия тонким слоем фосфатов, устойчивых к атмосферной коррозии. Аналогично обрабатывают изделия из цинка, алюминия и их сплавов. Из соединений фосфора изготавливается масса лекарственных веществ.
Фосфорное удобрение производится побочным продуктом при переработке обогащенного фосфором чугуна в сталь при томасовском процессе.
Главнейшие процессы, характеризующие круговорот фосфора в природе, изображены на рисунке.
Слайд 22Для растений наиболее доступным является фосфор неспецифических органических соединений и гумуса
и именно он играет главную роль в малом (локальном) биологическом цикле фосфора.Животные являются еще большими концентраторами фосфора, чем растения. Многие из них накапливают фосфор в составе тканей мозга, скелета, панцирей.. Есть несколько способов усвоения фосфора организмами-консументами. Во-первых, прямое усвоение из растений в процессе питания. Во-вторых, водные организмы-фильтраторы извлекают фосфор из органических взвесей. В-третьих, органические соединения фосфора усваиваются организмами-илоедами при переработке ими биогенных илов.Возврат фосфора в окружающую среду происходит при разложении органического вещества. Но возврат этот оказывается далеко не полным. В восстановительной среде образуются соединения фосфора с двухвалентным железом, что тоже способствует выносу фосфора из почвы.Миграция фосфора возможна и за счет водной и ветровой эрозии. Поэтому биогеохимический цикл фосфора значительно менее замкнут и менее обратим, чем циклы углерода и азота, а загрязнение фосфором окружающей среды особенно опасно .
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.
Круговорот углерода в биосфере основывается на наличии в атмосфере и гидросфере углекислого газа, который является своеобразным обменным фондом. Пополняется он за счет дыхания живых организмов. Бактерии, грибы и другие микроорганизмы, принимающие участие в процессе разложения органических остатков в почве, также участвуют в пополнении углекислым газом а в минерализованных неперегнивших органических остатках. В каменном и буром угле, торфе, горючих сланцах и тому подобных отложениях. Но основным резервным фондом углерода являются известняки и доломиты. Содержащийся в них углерод «надежно спрятан» в глубине планеты и высвобождается лишь при тектонических сдвигах и выбросах вулканических газов при извержениях.
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.
В настоящее время, благодаря деятельности человека, растительный мир не имеет недостатка с углекислым газом. Он пополняется сразу и одновременно из двух источников. Путем сжигания кислорода при работе промышленности производств и транспорта, а также в связи с использованием для работы этих видов человеческой деятельности тех «консервов» — угля, торфа, сланцев и так далее. Отчего содержание углекислого газа в атмосфере возросло на 25%.
Вода
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
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.
Описывая кругооборот различный видов химических веществ, мы сталкиваемся с более активным влиянием человека на эти процессы. В настоящее время природа, за счет многомиллиардной истории своего выживания, справляется с регулированием и восстановлением нарушенных балансов. Но первые симптомы «болезни» уже есть. И это «парниковый эффект». Когда две энергии: солнечная и отраженная Землей, не защищают живые организмы, а, наоборот, усиливают одна другую. В результате чего повышается температура окружающей среды. Какие последствия такого повышения могут быть, кроме ускоренного таяния ледников, испарения воды с поверхностей океана, суши и растений?
Круговорот азота
Океан воздуха, окружающий Землю, содержит 78% азота. Однако большинство организмов неспособны непосредственно усваивать атмосферный азот. Они используют в основном связанный азот: нитраты, аммонийный и амидный азот.
Круговорот азота состоит из следующих процессов: получение связанного азота, использование его живыми организмами, преобразование соединений азота в свободный азот.
Варианты получения связанного азота (млн т/год): синтез оксидов азота в атмосфере грозовыми разрядами — 7,6; фиксирование атмосферного азота микроорганизмами — 30, бобовыми — 14, синезелеными водорослями — 10; синтез азотных удобрений человеком — 30. Всего около 92 млн т/год связанного азота.
Круговорот связанного азота в биосфере. Азот в форме нитратов используется растениями для синтеза протеинов, являющихся составной частью всех клеток растительных и животных организмов. Содержание азота в тканях около 3%. Протеины при отмирании служат питанием целой цепи почвенных организмов. Они, разлагая органическое вещество, переводят органический азот в аммиак. Другие бактерии переводят аммиак в нитраты. Последние снова используют растения, и цикл превращений азота в пищевой цепи повторяется.
Окисление азота аммиака до нитритов осуществляется с участием бактерий Nitrosomonos (реакция нитрификации):
NH3 + 1,5O2 — HNO2 + H2O + 273 кДж/моль. (1.2)
Выделяющейся при этом энергии вполне достаточно для существования этих бактерий. Это исключительный случай в живой природе, который позволяет поддерживать существование живых организмов без энергии Солнца. Они не потребляют энергию, запасенную в органических веществах, а используют энергию окисления неорганических веществ. Другие микроорганизмы способствуют окислению нитритов дальше до нитратов с выделением энергии в 71 кДж/моль, что позволяет им выживать, так же как и вышеуказанным бактериям.
Аммиак почвы может усваиваться растениями и без его нитрификации. При этом он включается в аминокислоты и становится частью белка растения, а после поедания растений переходит в животные белки. Белок возвращается в почву, где он распадается на аминокислоты, которые окисляются при участии бактерий до СО2, Н2О, NH3. И цикл повторяется.
Связанный азот в количестве 2-3 млн т/год в виде растворимых соединений попадает с водой в океан и надолго теряется для биосферы в донных отложениях. Эти потери в основном компенсируются соединениями азота из вулканических газов.
Что такое круговорот фосфора и серы в природе
Атомы фосфора, как и всех других элементов, в том числе серы, непрерывно участвуют в круговороте веществ природы.
Большой круговорот, длящийся миллионы лет: горные породы разрушаются (выветриваются), продукты выветривания сносятся поверхностными водами в Мировой океан и лишь частично возвращаются на сушу с осадками. Геотектонические изменения, процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещения морей и океанов в течение длительного времени приводят вещества на сушу и процесс начинается вновь.
Малый круговорот (часть большого) питательные вещества, вода и углерод аккумулируются в веществе растений, расходуется на построение тела и на жизненные процессы растений и поедающих их животных (консументов). Продукты разложения органики — минеральные вещества, произведенные деструкторами (черви, членистоногое, бактерии, грибы), вновь вовлекаются в круговороты.
Какую роль играет в биосфере
Фосфор является обязательным компонентом живой ткани. В человеческом организме элемент обнаруживается в мышцах, костях, нервах, мозговых оболочках. Его соединения принимают активное участие в обмене энергии.
Растения также находятся в прямой зависимости от наличия фосфорсодержащих соединений. Элемент способствует:
- делению клеток;
- фотосинтезу;
- обмену веществ;
- размножению;
- выработке аденозинтрифосфорной кислоты — основного активатора энергетического обмена.
Животным фосфор необходим не меньше, чем человеку. Он входит в состав углеводов, жиров, сложных белков, опорной ткани, обеспечивает выведение кальция, сокращение мышц, эффективное использование пищи организмом.
Значение серы
В животных организмах сера является важным компонентом клеток, входит в состав нервных волокон, костей, хрящей, определяет состояние кожных покровов, ногтей, волос. Соединения на основе элемента способствуют работе мозге, принимают участие в процессе свертываемости крови, регулируют содержание холестерина.
Для растений сера — одно из 17 незаменимых питательных веществ. Она способствует образованию хлорофилла, производству белка, синтезу масел. Недостаток серы становится причиной торможения роста растения, изменения окраса листьев.
Слайд 3В каждом круговороте различают два фонда: резервный, включающий большую массу движущихся
веществ, в основном небиологических компонентов, и подвижный, или обменный, фонд – по характеру более активный, но менее продолжительный, отличительной особенностью которого является быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.Биогеохимические циклы можно подразделять на два типа: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан); 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.Из 90 с лишним элементом, встречающихся в природе, 30-40 необходимы для живых организмов. Человек уникален не только тем, что его организм нуждается в 40 элементах, но и тем, что в своей деятельности использует почти все другие имеющиеся в природе элементы.
Презентация на тему: » Круговорот фосфора в природе » — Транскрипт:
1
Круговорот фосфора в природе Презентацию подготовила Строжанова Катя,10 б
2
Круговорот веществ в природе — повторяющийся циклический процесс превращения и перемещения отдельных химических элементов и их соединений. Происходил в течение всей истории развития Земли и продолжается в настоящее время. С живым веществом связаны круговороты кислорода, воды, углерода, фосфора, серы и многих других элементов.
3
Круговорот фосфора Фосфор – один из важнейших химических элементов, участвующих в развитии живых организмов. Он входит в состав протоплазмы и большинства животных и растительных белков. Человеку фосфор жизненно необходим для полноценного развития органов и тканей, а также для обеспечения нормальной работы мозга. Недаром академик А. Е. Ферсман назвал его элементом жизни и мысли
4
Водоросли и наземные растения содержат 0,01-0,1% фосфора, животные — от 0,1% до нескольких процентов. В организмах фосфор входит в состав орто — и пирофосфорных кислот, а также многочисленных органических соединений. Нуклеиновые кислоты, содержащие фосфор, участвуют в процессах передачи наследственности. Круговорот фосфора — пример осадочного цикла с резервным фондом в земной коре. Фосфор — важный и необходимый элемент протоплазмы. Он циркулирует, переходя из органических соединений в фосфаты, которые снова могут использоваться растениями.
5
Фосфор содержится в горных породах. Разрушаясь и подвергаясь эрозии, он поступает в почву, оттуда используются растениями. Деятельность организмов — редуцентов снова возвращает его в почву. Часть соединений фосфора смывается дождями в реки, а оттуда — в моря и океаны и используется водорослями. Но, в конце концов, в составе мертвого органического вещества он оседает на дно и снова включается в состав горных пород.
6
Круговорот фосфора ( по П. Дювиньо и М. Тангу )
7
Общий круговорот фосфора состоит из двух частей — морской и наземной. В горных породах фосфор сосредоточен главным образом в фосфоритах и апатитах ( а всего известно 190 минералов, содержащих фосфор ). В процессе выветривания ( разрушение минералов и горных пород под действием физических и химических атмосферных факторов ) и перемещения продуктов выветривания горных пород водой, ветром, льдом или под воздействием силы тяжести с более высоких уровней на более низкие фосфор переносится природными водами в Мировой океан. В соленых морских водах фосфор переходит в состав фитопланктона, который служит пищей другим организмам моря, с последующим накоплением в тканях морских животных, в частности рыб. Определенное количество фосфора переносится на сушу морскими птицами и благодаря рыболовству. Птицы выделяют фосфор на островах и побережьях в виде гуано.
Что такое круговорот фосфора и серы в природе
Определение
Фосфор — химический элемент, составляющий 0,9% массы земной коры
По важности для растительных организмов занимает второе место после азота. Содержится в животных тканях, входит в состав белков, является элементом жизни. Основные запасы фосфора хранятся в горных породах, сформировавшихся в прошлые геологические периоды
В биосферу элемент попадает при подъеме этих пород на поверхность земли и последующем выветривании. В море фосфор переносится посредством эрозионных процессов в составе апатитов
Основные запасы фосфора хранятся в горных породах, сформировавшихся в прошлые геологические периоды. В биосферу элемент попадает при подъеме этих пород на поверхность земли и последующем выветривании. В море фосфор переносится посредством эрозионных процессов в составе апатитов.
Постоянный круговорот в природе обеспечивается и за счет жизнедеятельности водорослей, животных, растений: в этих процессах вещество играет одну из главных ролей.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут. Определение
Определение
Сера — это химический элемент с важными биогенными свойствами. Входит в состав аминокислот, формирует дисульфидные мостики в третичной структуре белка, участвует в бактериальном фотосинтезе, является источником энергии в хемосинтезе.
Круговорот серы в природной среде схож с круговоротом фосфора: растворимые соединения перемещаются при выветривании коры из литосферы в гидросферу. Однако есть и различия: в почве процессам обмена содействуют бактерии, растения. Кроме того, сера способна существовать в составе газообразных соединений.
Примечание
В каждом килограмме массы человека содержится от 1,8 до 2 граммов серы.
Слайд 5Биогеохимический цикл кислорода Кислород – самый распространенный элемент. В настоящее время его
количество в атмосфере составляет 1,2х1015 тонн. Масштабы продуцирования кислорода зелеными растениями таковы, что это количество могло быть удвоено за 4000 лет. Но этого не происходит, так как в течение года разлагается примерно такое же количество органического вещества, которое образуется в результате фотосинтеза. При этом поглощается почти весь выделившийся кислород. Но благодаря незамкнутости биогеохимического круговорота в связи с тем, что часть органического вещества сохраняется и свободный кислород постепенно накапливается в атмосфере.Главная «фабрика» по производству кислорода на нашей планете – зеленые растения, хотя в земной коре также протекают разнообразные химические реакции в результате которых выделяется свободный кислород.Еще один миграционный цикл свободного кислорода связан с массобменом в системе природные воды – тропосфера. В воде океана находится от 3х109 до 10х109 м3растворенного кислорода. Холодная вода высоких широт поглощает кислород, а, поступая с океаническими течениями в тропики – выделяет его в атмосферу. Поглощение и выделение кислорода происходит и при смене сезонов года, сопровождающихся изменением температуры воды.Кислород расходуется в громадном количестве окислительных реакций, большинство из которых имеет биохимическую природу. В этих реакциях высвобождается энергия, поглощенная в ходе фотосинтеза. В почвах, илах, водоносных горизонтах развиваются микроорганизмы, использующие кислород для окисления органических соединений. Запасы кислорода на нашей планете огромны. Он входит в состав кристаллических решеток минералов и высвобождается из них живым веществом.
Роль серы в биосфере
Сера также участвует в образовании серосодержащих соединений, таких как глутатион, которые играют роль в механизмах защиты организма от окислительного стресса. Она также включена в состав ферментов, которые участвуют в метаболических процессах дыхания и переваривания пищи.
Кроме того, сера играет важную роль в углеродном и серном круговороте. Она является неизбежным компонентом при газообразных реакциях в загрязненных атмосферах, таких как смог или кислотные дожди. Сера может потом оседать на поверхности земли в виде осадков, где ее поглощают растения. Затем сера тропическими и другими растениями возвращается в атмосферу путем процессов дыхания и сгорания.
Таким образом, сера является важным элементом биосферы, участвуя в образовании живых организмов, регуляции окислительно-восстановительного баланса и участвуя в углеродном и серном круговороте.
Что такое фосфор
Ещё с детства многие люди знакомы с одним фокусом – если отнести в темную комнату игрушку или емкость, наполненную фосфором, то она будет светиться. Такой эффект получается из-за реакции окисления этого элемента с кислородом.
В XVII веке вещество называли «холодным огнём», а получали его из человеческой мочи. Позже его переименовали в фосфор от древнегреческих слов «свет» и «несу». Он является простым веществом, которое существует в нескольких формах или модификациях. Основные формы: белый, красный, черный и металлический фосфор.
В виде различных соединений данный элемент присутствует в земной коре и входит в состав больше 190 минералов. Он содержится в морской воде и в фосфолипидах. Вместе с углеродом, азотом, железом, кислородом и другими веществами он назван элементом жизни, так как без него не обходятся ни растения, ни животные.
Фосфор находится в составе самых важных органических соединений – ДНК и АТФ. В виде фосфата кальция он содержится в костях, делая их более твердыми. Присутствие фосфора в мышцах помогает их сокращениям, а его химические превращения в нервной ткани способствуют мозговой активности.
Слайд 10Биогеохимический цикл углерода.Циклические процессы массообмена углерода имеют особо важное значение для
биосферы. В атмосфере находится 2450*10 9 т углерода. Такое же количество освобождается в процессах дыхания и деструкции. Период обновления углерода в биосфере 60 лет (для биомассы 10 лет). В океане углерод (помимо его содержания в живых организмах) присутствует в двух главных формах: в составе органического вещества и в составе взаимосвязанных ионов НСО-3, СО2-3 и СО2.С углеродом тесно связан весь процесс возникновения и развития биосферы, т.к. именно углерод является основой белковой жизни на нашей планете, т.е. углерод является важнейшим химическим компонентом живого вещества. Именно этот химический элемент, благодаря своей способности образовывать прочные связи между своими атомами, является основой всех органических соединений.Из атмосферы углерод усваивается автотрофными организмами-продуцентами (растениями, бактериями, цианобионтами) в процессе фотосинтеза, в результате которого, на основе взаимодействия с водой, формируются органические соединения – углеводы. Далее, в результате процессов метаболизма, с участием веществ, поступающих с водными растворами, в организмах синтезируются и более сложные органические вещества. Они не только используются для формирования растительных тканей, но также служат источником питания для организмов, занимающих очередные звенья трофической пирамиды – консументов. Таким образом, по трофическим цепям, углерод переходит в организмы различных животных.
Типы биогеохимических циклов
Биогеохимические циклы в основном делятся на два типа:
- Газовые циклы – включают циклы углерода, кислорода, азота и воды
- Осадочные циклы – включают циклы серы, фосфора, горных пород и т. д.
Давайте кратко рассмотрим каждый из этих биогеохимических циклов:
Круговорот воды
Схема круговорота воды в природе
Вода из разных водоемов испаряется, охлаждается, конденсируется и снова падает на землю в виде дождя.
Этот биогеохимический цикл отвечает за поддержание погодных условий. Вода в различных формах взаимодействует с окружающей средой и изменяет температуру и давление атмосферы.
Есть еще один процесс, называемый эвапотранспирацией (т. е. пар, производимый листьями), который помогает круговороту воды. Это испарение воды из листьев, почвы и водоемов в атмосферу, которая снова конденсируется и выпадает в виде осадков.
Углеродный цикл
Схема круговорота углерода показывает количество углерода в атмосфере, гидросфере и геосфере Земли, а также годовой перенос углерода между ними. Все величины в гигатоннах (миллиардах тонн). В результате сжигания ископаемого топлива, человечество ежегодно добавляет 5,5 гигатонн углерода в атмосферу. Изображение: Wikimedia Commons
Это один из биогеохимических циклов, в котором углерод обменивается между биосферой, геосферой, гидросферой, атмосферой и педосферой.
Все зеленые растения используют углекислый газ и солнечный свет для фотосинтеза. Таким образом, углерод накапливается в растении. Умершие растения разлагаются и выделяют углекислый газ обратно в атмосферу.
Кроме того, животные, потребляющие растения в пищу, получают хранящийся в них углерод. Этот углерод возвращается в атмосферу после смерти животных. Углерод также возвращается в окружающую среду через клеточное дыхание животных.
Огромное количество углерода запасено в ископаемом топливе (уголь, нефть и т. п.) Когда заводы и фабрики используют это топливо в своей деятельность, при его сгорании углекислый газ попадает в атмосферу.
Азотный цикл
Схема круговорота азота в природе. Изображение: Translated by Stefan Parviainen, based on image by Johann Dréo (User:Nojhan) / Wikimedia Commons
Это биогеохимический цикл азота, в ходе которого азот преобразуется в несколько форм и циркулирует в атмосфере и различных экосистемах, таких как наземные и морские экосистемы.
Азот – важный элемент жизни. Азот из атмосферы фиксируется азотфиксирующими бактериями, присутствующими в корневых клубеньках бобовых, и поступает в почву и растения.
Бактерии, присутствующие в корнях растений, превращают этот газообразный азот в полезное соединение, называемое аммиаком. Аммиак также поступает в растения в виде удобрений. Этот аммиак превращается в нитриты и нитраты. Денитрифицирующие бактерии превращают нитраты в азот и возвращают его в атмосферу.
Кислородный цикл
Схема круговорота кислорода. Изображение: Eme Chicano / Wikimedia Commons
Биогеохимический цикл кислорода проходит через атмосферу, литосферу и биосферу. Кислород – это распространенный элемент на Земле. До 21% атмосферы состоит из кислорода.
Кислород выделяется растениями во время фотосинтеза. Люди и другие животные вдыхают кислород, выдыхают углекислый газ, который снова поглощается растениями. Они используют этот углекислый газ в фотосинтезе для производства кислорода, и цикл продолжается.
Цикл фосфора
Схема цикла фосфора. Изображение: Bonniemf / Wikimedia Commons
В этом биогеохимическом цикле фосфор перемещается через гидросферу, литосферу и биосферу. Фосфор выветривается из горных пород. Из-за дождей и эрозии фосфор попадает в почву и водоемы. Растения и животные получают этот фосфор из почвы и воды. Микроорганизмам также необходим фосфор для своего роста. Когда растения и животные умирают, они разлагаются, а накопленный фосфор возвращается в почву и водоемы, которые снова потребляются растениями и животными, и цикл продолжается.
Цикл серы
Схема цикла серы. Изображение: Pashute / Wikimedia Commons
Этот биогеохимический цикл проходит через горные породы, водоемы и живые системы. Сера выбрасывается в атмосферу в результате выветривания горных пород и превращается в сульфаты. Эти сульфаты поглощаются микроорганизмами и растениями и превращаются в органические формы. Органическая сера потребляется животными с пищей. Когда животные умирают и разлагаются, сера возвращается в почву, которую снова используют растения и микробы, и цикл продолжается.
Мне нравится3Не нравится
Слайд 6Схема биогеохимического цикла кислородаОбщая схема круговорота кислорода в биосфере складывается из
двух ветвей:образование свободного кислорода при фотосинтезе;поглощение кислорода в окислительных реакциях.В современных условиях установившиеся в биосфере потоки кислорода нарушаются техногенными миграциями. Многие химические соединения, сбрасываемые промышленными предприятиями в природные воды, связывают растворенный в воде кислород. В атмосферу выбрасывается все большее количество углекислого газа и различных аэрозолей. Загрязнение почв и, особенно, вырубка лесов, а также опустынивание земель на огромных территориях уменьшают производство кислорода растениями суши. Огромное количество атмосферного кислорода расходуется при сжигании топлива. В некоторых промышленно развитых странах кислорода сжигают больше, чем образуется его за счет фотосинтеза.
Круговорот фосфора
Циркуляция фосфора начинается с большого круговорота. Основным резервуаром для этого элемента являются горные породы. В малый биогеохимический круговорот он попадает, когда содержащие его породы поднимаются в верхние слои земной коры.
Отсюда круговорот фосфора происходит двумя путями. В первом случае, его усваивают наземные растения, распространяя далее по пищевой цепочке. Разлагаясь, организмы возвращают его обратно в грунт.
Второй происходит благодаря выветриванию и вымыванию его из почв и переноса в Мировой океан. Там названное вещество используют водоросли и фитопланктон, передавая другим водным организмам, вплоть до морских птиц. Отмирание организмов высвобождает фосфор обратно в воду.
При этом часть его оседает на глубине, формируя осадочные породы. Это замедляет круговорот фосфора на долгие годы, пока элемент снова не поднимется на поверхность земной коры.
Возможные причины нарушения круговорота
Основной причиной нарушения круговорота фосфора является аграрная деятельность человека. Истории известны ситуации, когда урожай извлекался из почвы вместе с биогенами и перевозился на большие расстояния. Поскольку газовая составляющая в круговороте фосфора отсутствует, естественное восстановление содержания элемента в обедненных почвах является невозможным.
Кроме того, извлекая вещество из фосфатных руд и используя в качестве удобрения, человек постепенно истощает запасы элемента: из плодородного грунта фосфор вымывается дождевыми потоками, перемещается со сточными водами в океан, где в критически больших объемах оседает на дне.
Изучение проблемы подтолкнуло ученых к формулированию проблемы истощения запасов фосфора в природе. По их подсчетам, запасы элемента в горных породах закончатся через 40 лет.
В случае с серой причиной нарушения круговорота также является деятельность людей. Переработка сульфидных руд, сжигание ископаемого топлива приводят к повышению содержания оксида серы в атмосфере. Как результат, окисляется почва, угнетаются процессы фотосинтеза, понижается биологическая продуктивность.
Описания последствий кислотных дождей содержат свидетельства о гибели рыб в пресных водоемах, вымирании хвойных лесов, изменениях состава почв — возрастании концентрации и подвижности токсичных минералов.
Значение и суть циклов
Биогеохимический цикл – это сложный комплекс перемещения различных веществ в биосфере и других геологических оболочках. Такие циклы обеспечивают постоянство биосферы, дают возможность для ее саморегуляции.
Любой подобный цикл не замкнут полностью – обратимость основных химических элементов составляет примерно 95%. Несбалансированный круговорот веществ – одна основных особенностей подобных циклов, которая имеет планетарное значение.
Солнце – главный источник энергии, обеспечивающий круговорот веществ. Это основная движущая сила биогеохимических циклов.
Большой круговорот перераспределяет элементы между биосферой и глубокими слоями планеты. Он связан с вулканической активностью, перемещением огромных воздушных и водных масс, процессами разрушения пород.
Важнейшим фактором, влияющим на перемещение веществ и превращение энергии, являются живые организмы.
Растения-автотрофы, используя энергию фотосинтеза, превращают неорганические соединения в органические, которые затем используют консументы и деструкторы. Биологический круговорот приводит к перемещению и перераспределению огромного количества химических веществ.
За миллиарды лет эволюции живые организмы существенно изменили облик планеты. Они насытили атмосферу кислородом и азотом, создали огромные осадочные отложения, изменили ландшафты, образовали почву.