Круговорот азота

Рис. Круговорот азота в биосфере

Круговорот азота охватывает все области биосферы. Поглощение его растениями ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединения его с водородом и кислородом (N0^3- и NH₄). И это при том, что запасы азота в атмосфере неисчерпаемы (78% от ее объема). Редуценты (деструкторы), а точнее поч­венные бактерии, постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в ам­монийные соединения, нитраты и нитриты. Часть нит­ратов попадает в процессе круговорота в подземные воды и загрязняет их.

Азот возвращается в атмосферу вновь с выделен­ными при гниении газами. Правда, часть его окисля­ется в воздухе — во время грозовых разрядов — и поступает в почву с дождевой водой, но таким спо­собом его фиксируется в 10 раз меньше, чем с помо­щью бактерий.

Вмешательство человека в круговорот азота состоит в следующем:

• при сжигании ископаемого топлива в атмосферу выбрасываются большие количества оксида азота (NO). Оксид азота затем соединяется в атмосфере с кислородом и образуется диоксид азота (NO₂),который при взаимодействии с водяным паром может образовывать азотную кислоту (HNO₃). Эта кислота становится компонентом кислотных осадков.

• использование удобрений приводит к выделению в атмосферу «парникового газа» закиси азота (N₂O)

• увеличение количества нитратов и ионов аммония в водных экосистемах при смыве с удобрений с полей. Избыток питательных веществ приводит к быстрому росту водорослей, при разложении которых расходуется растворенный кислород, что приводит к массовым морам рыб.

Биохимические циклы фосфора и серы намного менее совершенны, т.К. Их основная масса содержится в резервном фонде земной коры, в «недоступном» резерве.

Круговорот серы и фосфора – это типичный осадочный биогеохимический цикл. Такие циклы легко нарушаются от различного рода воздействий и часть обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться снова в круговорот она может лишь в результате геологических процессов или путем извлечения живым веществом биофильных компонентов.

Круговорот фосфора

Рис. Круговорот фосфора в биосфере

Фосфор, главным образом в виде фосфат-ионов (РО^3- и НРО₄^2-), является важным питательным элементом как для растений, так и для животных. Он входит в со­став молекул ДНК, несущих генетическую информацию; молекул АТФ и АДФ, в которых запасается необходи­мая для организмов химическая энергия, используемая при клеточном дыхании; молекул жиров, образующих клеточные мембраны в растительных и животных клет­ках; а также веществ, входящих в состав костей и зу­бов.

Фосфор содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический круговорот он может попасть в случае подъема этих пород из глубины земной коры на поверхность суши, в зону выветривания. Эрозионными процессами он выносится в море в виде широко известного минерала – апатита.

Общий круговорот фосфора можно разделить на две части — водную и наземную.

В наземных экосистемах фос­фор, высвобождаемый при медленном разрушении (или выветривании) фосфатных руд, растворяется почвенной влагой и поглощается корнями растений.

Животные получают необходимый им фосфор, поедая растения или других растительноядных животных. Значительная часть этого фосфора в виде экскремен­тов животных и продуктов разложения мертвых жи­вотных и растений возвращается в почву, с эрозией - в реки, и, в конце концов, на дно океана в виде нерастворимых фосфатных осадочных пород.

В водных экосистемах фосфор усваивается фитопланктоном и передается по трофической цепи вплоть до консументов третьего порядка – морских птиц. Их экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают в круговорот, либо накапливаются на берегу и смываются в море. Т.о., часть фосфора возвращается на поверхность суши в виде гуано — обогащенной фосфором органической массы экскрементов питающихся рыбой птиц (пели­канов, олушей, бакланов и т. п.). Однако несравнимо большее количество фосфатов ежегодно смывается с поверхности суши в океан в результате природных процессов и антропогенной деятельности.

Вмешатель­ство человека в круговорот фосфора сводится в основ­ном к двум вариантам:

• добыча больших количеств фосфатных руд для производства 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. Избыток этих элементов способствует «взрывному» росту сине-зеленых водорослей и других водных растений, что нарушает жизненное равновесие в водных экосистемах.

Круговорот серы

Сера также имеет основной резервный фонд в отложениях и почве, но в отличие от фосфора имеет резервный фонд и в атмосфере.

В обменном фонде главная роль принадлежит микроорганизмам. Одни из них восстановители, другие – окислители.

В горных породах сера встречается в виде сульфидов (FeS2 и др.), в растворах – в форме иона (SO 4 -2), в газообразной фазе – в виде сероводорода (H2S) или сернистого газа (SO2). В некоторых организмах сера накапливается в чистом виде (S2) и при их отмирании на дне морей образуются залежи самородной серы.

В морской среде сульфат-ион занимает второе место по содержанию после хлора и является основной доступной формой серы, которая восстанавливается автотрофами и включается в состав аминокислот.

Круговорот серы, хотя ее требуется организмам в небольших количествах, является ключевым в общем процессе продукции и разложения.

В наземных экосистемах сера возвращается в почву при отмирании растений, захватывается микроорганизмами, которые восстанавливают ее до H2S. Другие организмы и воздействие самого кислорода приводят к окислению этих продуктов. Образовавшиеся сульфаты растворяются и поглощаются растениями из поровых растворов почвы – так продолжается круговорот.

Круговорот серы, так же как и азота, может быть нарушен вмешательством человека. Виной тому прежде всего сжигание ископаемого топлива, а особенно угля. Сернистый газ (SO2) нарушает процессы фотосинтеза и приводит к гибели растительности.

При нарушении биогеохимических циклов человеком круговорот веществ становится не циклическим, а ациклическим. Охрана природных ресурсов должна быть в частности направлена на то, чтобы ациклические биогеохимические процессы превратить в циклические.

8