Химия окружающей среды
Любая экологическая система как структурная часть биосферы представляет собой химическую среду обитания.
От соответствия химического состава биосферы требованиям живых организмов зависит их жизнедеятельность.
В биосфере происходят непрерывные физико-химические процессы, которые именуются биогеохимическими циклами.
Современное человечество является мощной геологической, геофизической, геохимической силой. Оно радикально меняет физико - химию биосферы.
Большинство специалистов связывают нынешние изменения физико – химии биосферы с процессами ее антропогенного загрязнения.
3.1. Круговорот веществ в биосфере
Единственный способ придать чему-то конечному свойства бесконечного ‑ это заставить конечное перемещаться по замкнутой траектории. т.е. вовлечь его в круговорот.
Все вещества на нашей планете находятся в процессе круговорота.
Выделяют два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).
Большой круговорот длится сотни тысяч и миллионы лет. Он заключается в том, что горные породы подвергаются выветриванию, а продукты выветривания, в том числе и растворимые в воде, сносятся ее потоками в Мировой океан. Здесь они образуют морские отложения. В процессах перемещения литосферных плит, занимающих многие миллионы лет, эти отложения образовали запасы тех полезных ископаемых которые доступны человечеству сейчас.
Малый круговорот, является частью большого круговорота. Он происходит на уровне биогеоценозов и заключается в том, что питательные вещества почвы, вода и углерод вначале аккумулируются в веществе растений и расходуются на построение их собственного тела и на осуществление жизненных процессов как в самих растениях, так и во всех остальных консументах, т.е. в растительноядных и плотоядных животных и т. д..
При этом отходы жизнедеятельности всех особей биогеоценозов перерабатываются мезофауной ( т.е. бактериями, грибами, червямии, моллюсками и т. д.) и продукты этой переработки вновь вовлекаются флорой в фотосинтез, обеспечивая круговорот биологически важных элементов.
Перемещение веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с расходованием энергии потока солнечных лучей носит название биогеохимического цикла.
В биогеохимические циклы вовлечены все основные жизненно- важные химические элементы, входящие в состав флоры и фауны.
3.1.1.Круговорот углерода
Круговорот углерода, как и любого другого элемента для построения живой материи совершается по большому и малому циклам. Большой (геологический) цикл круговорота углерода происходит по схеме: химическое выветривание, вынос в океан, образование карбонатных отложений, метаморфическое превращение с высвобождением диоксида углерода в атмосферу.
Рис.3.1 Большой круговорот углерода. По Р.Риклефсу, 1979.
Биотический круговорот углерода ( малый цикл ), является основной частью большого круговорота и связан с жизнедеятельностью организмов.
Углерод, содержащийся в виде СО2 в атмосфере (его количество там составляет примерно 23,5 х 1011 т), служит "сырьем" для фотосинтеза растений, а затем вместе с их веществом потребляется консументами разных трофических уровней.
При дыхании растений и животных, а также при функционировании деструктуров (редуцентов) мертвой органики в почве СО2, возвращается в атмосферу.
Часть продукции фотосинтетиков не потребляется перичными консументами и не разлагается деструкторами.
Она депонируется в литосфере в виде мертвой органики, переходя в ископаемое состояние. Залежи каменного угля или торфа ‑ это и есть депонированное органическое вещество ‑ продукт процесса фотосинтеза растений прошлых геологических эпох.
В связи с тем, что солнечную энергию, аккумулированную в ископаемом топливе, человек интенсивно высвобождает, сжигая это топливо, то возникает и так называемый биолого-технический круговорот углерода.
Основная масса ископаемого углерода в настоящее время аккумулирована в карбонатных отложениях дна океана (1,3 х 1016 т) и в кристаллических породах (1 х 1016 т). В каменном угле и в нефти запасы углерода составляют примерно 3,4 х 1015 т. Этот углерод принимает участие и в геологическом и в биотическом круговороте.
Жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживаются относительно небольшими количествами углерода, участвующего в малом круговороте и содержащегося в растительных тканях (5 х 1011 т) и в тканях животных (5 х 109 т).
В результате интенсивного сжигания энергоносителей содержание С02 в атмосфере за последнее столетие увеличилось на 10% от его предшествовавшей концентрации. В целом, в атмосфере задерживается только около половины "антропогенного" диоксида углерода, а остальное количество поглощается водами мирового океана и, отчасти, живыми организмами.
Считается, что наземные экосистемы ежегодно ассимилируют около 12% диоксида углерода, т.е. общее время его переноса в круговороте на Земле составляет 8 лет.