3. Круговорот углерода в биосфере

Круговорот углерода в биосфере можно представить следующей схемой:

ископаемое СаСО3

вещество породы б и о м а с с а осадочные породы

почвенный и водный гумус, растворенное и взвешенное

органическое вещество, донные отложения

Общие запасы ископаемого углерода оцениваются в 1,25 .1016 т.

Скорость накопления органического углерода в осадках оценивается величиной (1,4-3,0).107 т/год.Цикл углерода можно рассматривать в двух различных временных шкалах.

Отложение в осадочных породах и окисление органической материи составляют по геологической временной шкале 100 млн. лет, тогда как время жизни атмосферного - всего 22 года.

4. Кислород в биосфере. Фотосинтез. Осн хим процессы и катализаторы

В настоящее время О2 в атмосфере содержится 1,2.1015 т, в результате фотосинтеза ежегодно образуется 2,5.1011 т О2. Почти все это количество кислорода используется в процессе дыхания и ферментации органического вещества. При этом в атмосферу возвращается углекислый газ.

Ц икл кислорода можно представить простой схемой:

В биологическом круговороте кислорода, воды и углерода основная роль

принадлежит фотохимическим процессам. В природе обнаружены два основных вида фотосинтезирующих организмов.

Первый – фотосинтезирующие бактерии (пурпурные и зеленые), которые

Восстанавливают СО2 , но не способны окислять воду до О2 .

В качестве донора водорода они используют не только Н2О, но и

органические и сернистые соединения (уксусную и пировиноградную кислоты, тиосульфаты, ) и запасают относительно мало энергии.

Второй – зеленые растения и водоросли (красные, зеленые, сине-зеленые и др.), которые наряду с восстановлением СО2 окисляют воду до О2.

К лючевым процессом поглощения и накопления солнечной энергии является окисление воды.

Известны три молекулы ( ), способные к образованию химических соединений, богатых свободной энергией в результате реакций фотолиза.

Наиболее вероятными являются следующие превращения:

В каждой фотосинтезирующей реакции вода участвует как восстановительный агент – донор водорода.

Фотосинтез – это реакция восстановления СО2

под действием солнечного света.

Природный процесс фотосинтеза протекает в два этапа:

1. (световая стадия) – образование О2 при поглощении четырех квантов света:

2. (темновая стадия) – синтез органического вещества:

Необходимым условием фотосинтеза - наличие определенного набора фотосинтезирующих пигментов, в которых основным компонентом является хлорофилл.

Функция фотосинтезирующих пигментов заключается в сборе квантов поглощаемого света и переносе энергии в реакционный центр, где происходит первичный перенос электронов, сопровождающийся разделением зарядов. На каждый реакционный центр приходится 300 молекул пигмента.

Если фотосинтезирующие организмы растут в отсутствие ионов Mn , то они теряют способность к выделению О2.

Встраивание Mn в дефективные клетки возвращает им эту способность. Максимальная активность достигается при включении одного иона на 30-100 молекул хлорофилла.

Как любая реакция процесс фотосинтеза зависит от концентрации участвующих в нем веществ.

Реакция протекает интенсивно при увеличении парциального давления (рСО2); скорость процесса уменьшается с ростом парциального давления кислорода (рО2).

При неизменных значениях рСО2 и рО2 скорость реакции зависит от интенсивности освещения и температуры.

Интенсивность света в ясный и пасмурный день различается

примерно в 5 раз, но скорость фотосинтеза при этом снижается

только наполовину.

Образование органического вещества из неорганической материи

представляет собой первичную продукцию фотосинтеза.

Ежегодно в процесс фотосинтеза на нашей планете вовлекается 38

км3 воды.

Часть органического вещества, синтезированного в процессе фотосинтеза, окисляется молекулярным кислородом с участием ферментов в качестве катализаторов.

Энергия, выделяющаяся в этом процессе, расходуется на синтез разнообразных органических соединений.

Тем самым система фотосинтез-окисление преобразует энергию солнечного излучения в химическую энергию процессов жизнедеятельности аэробных организмов.

Среди всех живых организмов на Земле 90% приходится на долю фотосинтезирующих.

Сферой обитания их в первую очередь являются леса, затем фитопланктон океана и почвенные микроорганизмы – бактерии, грибы, микроводоросли.