KollokEco
.docxТема: "Круговороты основных биогенных элементов. Воздействие антропогенных факторов на круговороты веществ."
На планете все вещества находятся в процессе постоянного круговорота. Для биосферы характерны замкнутые круговороты веществ, источником энергии для которых является солнечный свет. Он вызывает на Земле два круговорота веществ: большой (геологический, биосферный) и малый (биологический).
Геологический круговорот веществ в природе перераспределяет вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли и обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли.
Биогеохимический
круговорот веществ в биосфере совершается
только в пределах биосферы. Сущность
его – в образовании живого вещества из
неорганического в процессе фотосинтеза
и в превращении органического вещества
при разложении вновь в неорганические
соединения.
[
Биотический круговорот — круговорот биогенных элементов и вовлекаемых им других веществ в экосистемах, в биосфере между их биотическими и абиотическими компонентами.
1]. Хамзина Ш.Ш., Жумабекова Б. К., Экология и устойчивое развитие. - А.: 2015.
Подробнее рассмотрим отдельные круговороты основных биогенных элементов.
Углерод
В ходе химических и физических процессов в земной биосфере постоянно проходит круговорот углерода. Круговорот углерода – это один из важнейших круговоротов, определяющий энергетику биосферы. Источники углерода в природе столь же многочисленны, сколь и разнообразны. Содержание углерода в земной коре невелико (0,1-0,02 %), но его соединения являются основой всех форм жизни. Углерод существует в природе во многих формах, начиная с нахождения в виде чистого углерода (графит,
уголь), вплоть до высокомолекулярных органических соединений. Он образует молекулярный остов любого органического вещества, т.е. является одним из основных биогенных элементов. Основные запасы углерода на Земле находятся в виде содержащегося в атмосфере и растворенного в Мировом океане диоксида углерода, то есть углекислого газа (CO2).
Рассмотрим молекулы углекислого газа, находящиеся в атмосфере. Растения поглощают эти молекулы, в процессе фотосинтеза атом углерода превращается в органические соединения и таким образом включается в структуру растений. Далее возможно несколько вариантов:
углерод может оставаться в растениях, пока растения не погибнут. Тогда их молекулы пойдут в пищу редуцентам. В конце концов углерод вернется в атмосферу в качестве CO2;
растения могут быть съедены травоядными животными. В этом случае углерод либо вернется в атмосферу, либо травоядные животные будут съедены плотоядными;
растения могут погибнуть и оказаться под землей. Тогда в конечном итоге они превратятся в ископаемое топливо — например, в уголь.
В случае же растворения исходной молекулы CO2 в морской воде также возможно несколько вариантов:
углекислый газ может просто вернуться в атмосферу;
углерод может войти в ткани морских растений или животных. Тогда он будет постепенно накапливаться в виде отложений на дне Мирового океана и в конце концов превратится в известняк или из отложений вновь перейдет в морскую воду.
Если
углерод вошел в состав осадочных
отложений или ископаемого топлива, он
изымается из атмосферы. На протяжении
существования Земли изъятый таким
образом углерод замещался углекислым
газом, попадавшим
в атмосферу при вулканических извержениях
и других геотермальных процессах. В
современных условиях к этим природным
факторам добавляются также выбросы при
сжигании человеком ископаемого топлива.
В связи с влиянием CO2 на парниковый
эффект исследование
круговорота углерода стало важной
задачей для ученых, занимающихся
изучением атмосферы.
[2]. Элементы (Электронный ресурс) URL: https://elementy.ru/trefil/21107/Krugovorot_ugleroda_v_prirode
Сера
Сера появляется на Земле в результате вулканической деятельности в виде SO2, SO3, H2S. Также воды некоторых источников содержат сероводород. Основную роль в круговороте серы играют биологические процессы, вызываемые микроорганизмами при разложении растительных и животных остатков. При гниении белков, в составе которых имеются содержащие серу аминокислоты, и разложении растительных эфирных масел образуется сероводород и немного меркаптана. Сероводород образуется также при восстановлении солей серной, сернистой и серноватистой кислот сульфатвосстанавливающими бактериями.
Сероводород сам по себе не усваивается растениями, а следовательно, и животными, потому что он ядовит для них. Особая группа серобактерий окисляет сероводород. В результате этого окисления образуются сернокислые соли. Сернокислые соли хорошо усваиваются растениями. В растениях сера этих солей вновь идет на синтез соединений, содержащих серу.
Таким образом, в круговороте серы принимают участие, с одной стороны, аммонифицирующие бактерии и сульфатредуцирующие бактерии, освобождающие сероводород из соединений, и, с другой стороны, серобактерии, окисляющие сероводород.
Серобактерии разделяются на две группы: бесцветные и окрашенные пурпурные. Все они автотрофы. Образующуюся серу они откладывают внутри клетки. В природных условиях они находятся только там, где постоянно образуется сероводород и имеется свободный доступ кислорода. Для развития серобактерий наиболее благоприятное давление кислорода соответствует 15 мм рт. ст. (давление воздуха 75 мм рт. ст.), а давление сероводорода 0,8 мм рт. ст. Поэтому они развиваются не на поверхности воды, а на некоторой глубине, где образуется так называемая бактериальная пластинка, в которой происходит движение этих бактерий вверх для получения кислорода и вниз для получения сероводорода. В Черном море такой слой бактерий расположен на глубине 200 м.
Серобактерии
широко распространены в природе, они
находятся в серных источниках, в спокойных
застойных водах, в почве, илах. Серобактерии
- автотрофы, ассимилируют СО2, используя
энергию окисления восстановленных
соединений серы. Восстановительные
процессы, вызываемые серобактериями,
могут достигать в природе огромных
размеров. Так, например, вода Черного
моря на глубине ниже 200 м содержит столь
значительное количество сероводорода,
возрастающее с глубиной, что жизнь
глубже 200 м совсем прекращается. Если
накопление сероводорода будет происходить
в залитой водой почве, то жизнь растений
и животных на ней станет невозможной.
[3].biologylib (Электронная библиотека) URl: http://biologylib.ru/books/item/f00/s00/z0000000/st033.shtml
[4]. booksite.ru (Электронный ресурс) URL: https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/066/661.htm
Азот
Круговорот
азота в биосфере носит весьма своеобразный
и замедленный характер. Фиксация азота
в живом веществе осуществляется
ограниченным количеством живых существ.
Отдельные микроорганизмы, содержащиеся
в почве и верхних слоях Мирового океана,
способны расщеплять молекулярный азот
(N2) и использовать его атомы для построения
аминогрупп белков (-NH2) и других органических
соединений. Атмосферный азот поглощается
азотфиксирующими бактериями, некоторыми
видами сине-зеленых водорослей. Они
синтезируют нитраты, которые становятся
доступными для использования другими
растениями биосферы. Биофиксация азота
осуществляется некоторыми бактериями
в симбиозе с высшими растениями в почвах
(например, клубеньковыми бактериями,
живущими на корнях бобовых растений).
После своей гибели растения и животные
возвращают азот в почву, откуда он
поступает в состав новых поколений
растений и животных.
Круговорот азота - это пример саморегулирующегося цикла с большим резервным фондом в атмосфере.
Определенная часть азота в виде молекул возвращается в атмосферу. В почвах происходит процесс нитрификации, который состоит из цепи реакций, когда при участии микроорганизмов происходит окисление иона аммония (NH4+) до нитрита (NO2-) или нитрита до нитрата (NO3-). Восстановление нитритов и нитратов до газообразного соединения молекулярного азота (N2) или оксидов азота (NxOy) составляют сущность процесса денитрификации.
[5]. ЭКОЛОГИЯ СООБЩЕСТВ (Электронный ресурс) URL: http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/0aa16c08-ad07-4cf2-b53b-047d0bf26d18/Metod_mat/help/sin_eco/str21.htm
Антропогенное воздействие на круговороты веществ
Антропогенные факторы - совокупность факторов окружающей среды, обусловленных случайной или преднамеренной деятельностью человека за период его существования.
Подразделяют следующие виды антропогенных факторов:
физические
химические
биологические
социальные
Обычно в качестве основных параметров, характеризующих состояние окружающей природной среды, выделяют следующие:
1. Энергетический:
2. Водный:
3. Биологический:
4. Биогеохимический:
Геохимический параметр состояния окружающей среды существенно изменился, особенно в отношении биологического и геологического круговоротов. Под влиянием человеческой деятельности происходят большие изменения в распределении химических элементов в биосфере, природная и антропогенная трансформация веществ, а также переход химических элементов из одних соединений в другие. Природный биологический круговорот веществ нарушен человеком на площади, достигающей почти половины всей поверхности суши: антропогенные пустыни, индустриальные и городские земли, пашни, сады, вторичные низко продуктивные леса, истощённые пастбища и т.д.
Нарушению геологического круговорота веществ способствовали такие факторы:
1. Эрозия почвенного покрова и возрастания твёрдого стока в океан;
2. Перемещение огромных масс земной коры;
3. Извлечение из недр значительных количеств руд, горючих и других ископаемых;
4. Перераспределение солей из-за орошаемого земледелия
5. Применение минеральных удобрений и ядохимикатов;
6. Загрязнение среды сельскохозяйственными, промышленными и коммунальными от-ходами;
7. Поступление в природную среду энергетических загрязнений.
Круговорот углерода Углерод является основным "строительным материалом" молекул углеводов, жиров, белков, нуклеиновых кислот (таких как ДНК и РНК) и других важных для жизни органических соединений. Вмешательство человека в круговорот углерода резко возрастает, особенно начиная с 1950-х годов, из-за быстрого роста населения и использования ресурсов, и происходит оно в основном двумя способами:
- Сведение лесов и другой растительности без достаточных лесовосстановительных работ, в связи с чем уменьшается общее количество растительности, способной поглощать СО2.
Сжигание углеродосодержащих ископаемых видов топлива и древесины. Образующийся при этом углекислый газ попадает в атмосферу.
Круговорот азота.
Вмешательство человека в круговорот азота состоит в следующем:
- Сжигание древесины или ископаемого топлива (NO). Оксид азота затем соединяется в атмосфере с кислородом и образует диоксид азота (NO2), который при взаимодействии с водяным паром может образовывать азотную кислоту (HNO3).
- Производство азотных удобрений и их широкое применение.
- Увеличение количества нитрат-ионов и ионов аммония в водных экосистемах при попадании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей азотных удобрений, а также очищенных и неочищенных коммунально-бытовых канализационных стоков.
Круговорот фосфора. Вмешательство человека в круговорот фосфора сводится в основном к двум вариантам:
- Добыча больших количеств фосфатных руд для производств минеральных удобрений и моющих средств.
- Увеличение избытка фосфат-ионов в водных экосистемах при попадании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей фосфатных удобрений, а также очищенных и неочищенных коммунально-бытовых стоков.
Круговорот серы.
Около трети всех соединений серы и 99% диоксида серы, попадающих в атмосферу, имеют антропогенное происхождение. Сжигание серосодержащих углей и нефти для производства электроэнергии дает примерно две трети всех антропогенных выбросов диоксида серы в атмосферу. Оставшаяся треть выделяется во время таких технологических процессов, как переработка нефти, выплавка металлов из серосодержащих медных, свинцовых и цинковых руд.
Вывод
Рассмотрев Круговороты основных биогенных элементов и Воздействие антропогенных факторов на круговороты веществ мы можем увидеть насколько велико влияние человека на природу. Люди должны беречь природу. Государство должно усилить своё внимание к проблеме низкого уровня экологии в ряду областей.
[6]. (Электронный ресурс) http://k3111.narod.ru/gos/216.html