2. Биогеохимические процессы в Биосфере. Круговорот углерода, азота, кислорода, серы, фосфора, их антропогенное изменение. Техногенная миграция х.Э. И их роль в культурных ландшафтах.

В биосфере имеет место биогенная миграция атомов (связана с деятельностью живых организмов). Она стремиться к максимальному проявлению (скорость размножения организмов) – одно из проявлений геохимической активности живого вещества. Биогенная миграция атомов – основа биологического круговорота. Составляющими биологического круговорота являются следующие процессы: 1) поглощение зелёными растениями из атмосферы углерода (некоторыми растениями и азота), корневыми системами из почвы азота, воды, зольных элементов с закреплением их в телах растительных организмов в виде сложных соединений (образование первичной продукции при фотосинтезе); 2) газообмен и водообмен между надземными частями растений и атмосферным воздухом, между корнями и почвенным воздухом; 3) прижизненные выделения надземными органами растений органических и минеральных веществ; выделение корневыми системами некоторых соединений и химических элементов в почву и атмосферу; 4) отчуждение животными частей растений, превращение пищи в организме животных и закрепление её в виде новых органических соединений; последующее поступление органических и минеральных веществ в почву и атмосферу с прижизненными выделениями животных и с их трупами; 5) отмирание отдельных надземных и подземных частей растений при их жизни, отмирание растений целиком; 6) разложение органических остатков микроорганизмами, их ресинтез в виде микробиальной массы; выделение части элементов в атмосферу и почву; 7) синтез органического вещества почвы и его распад с выделением освобождающихся элементов в почву и атмосферу. Подобные процессы характерны и для водных экосистем. Таким образом, живое вещество определяет химизм океана, поверхностных вод, участвует в осадко- и почвообразовании, образование илов, кор выветривания, водоносных горизонтов.

Все биогены совершают круговороты – биогеохимические циклы – задействовано живое вещество и неживые оболочки. Все бгх циклы связаны в единый глобальный круговорот. Регуляция происходит за счёт процессов синтеза – разложения. Круговороты любых биогенов являются разомкнутыми. Стремятся к замкнутости, автономности. Чем важнее биоген, тем > замкнут его круговорот. Однако разомкнутость круговорота способствует развитию ЭС.

Круговорот углерода. Суша: СО2 используется растениями на ФС, выделяется в процессе дыхания. Р отмирают или потребляются Ж (потеря СО2 при дыхании). Останки Р. и Ж. разлагаются в почве, при этом часть С уходит в атмосферу (распад органики), часть запасается в форме торфа, угля, нефти, газа. При их сжигании С выделяется в атмосферу. Т.о., С может запасаться в живой и мертвой органике, их соотношение в разных ЭС различно. Во влаж троп лесах в живой органике 87%, из почвы всё вымывается ливнями. Океан: СО2→фитопланктон (потеря СО2 при дыхании)→животные (потеря СО2 при дыхании). Ж→донные осадки, которые при разложении являются источником СО2, который поднимаясь со дна, не выбрасывается в атмосферу, а поглощается фитопланктоном. Круговорот С в океане называется карбонатной системой океана, она достаточно автономна.

Круговорот килорода упрощённая схема: Р→О2 в атмосферу→потребление Р, Ж, Ч(хоз деятельность). Концентрация О2 должна быть постоянной, изменение на сотые доли % => к массовому вымиранию. Человек сжигает большое количество О2, но концентрация не меняется. Не все так просто, как на схеме. Остаются неизвестные звенья в круговороте кислорода. Поступление О2 в результате ФС + фотолиз воды (незначительная часть) + извержение ультраабиссальных вулканов (по Бгатову, 1985). Расходуется на дыхание и разложение органики. Биоте принадлежит важная роль в регуляции круговорота. Нарушения: сведение лесов, … продуцентов океана, потребление промышленностью. По-видимому, антропогенное нарушение действует как абиогенное, «привычный» фактор по отношению к биоте.

Круговорот азота. Свободный азот (N2)~79% газового состава атмосферы, плохо усваивается живыми организмами. Микроорганизмы, грибы, водоросли могут усваивать свободный азот, но необходимо много энергии, поэтому образуют симбиотические отношения. По пищевым цепям→в ЭС. Денитрификация на последней стадии => возврат в круговорот. Необходимо сохранять N в почве, в усвояемом виде (в виде нитритов, нитратов, солей аммония). В тропических лесах ливни вымывают соединения азота из почвы, поэтому там много симбионтов. Азот может поступать в ЭС во время грозы (разряды молнии разрывают тройную связь в молекуле N2), во время дождя образуется азотная и азотистая кислота. В океане N поступает в составе NO2, NO3 со дна. Выбрасывается с вулканическими газами. Человек вмешивается в круговорот со стороны с/х. Внесение азотных удобрений, они мигрируют с дождём, талыми водами в водоёмы + стоки с животноводческих хозяйств→ «цветение» воды→деградация ЭС.

Круговорот фосфора. ЭС Земли может испытывать фосфорное голодание. Источники Р: водорастворимые соли. Могут усваиваться корнями растений без посредников. Но этого источника не достаточно. В круговороте участвуют почвенные грибы – симбионты растений. Вулканические газы – но это лишь дополнительный источник. Р не долго существует в газообразной форме. Проблема – захоронение Р на дне океана. Мигрирует туда в больших количествах, поднимается в меньших (по пищевым цепям выносится на сушу, конечное звено – птицы). Загрязнение океана, прямое или косвенное уничтожение птичьих базаров нарушает миграцию Р со дна на сушу. Человек усугубляет проблему. Фосфорные удобрения с гидрохимическим стоком попадают в реки→океан. Скоро придётся добывать Р со дна океана.

Круговорот серы. Источник – литосфера (сульфаты, сульфиды, в соединениях с железом, кальцием). Усваивается с помощью серобактерий. По пищевым цепям →в почву в виде мёртвой органики. Недостатка серы не наблюдается (как N, P). Человек вызывает нарушения, связанные с поступлением оксидов в атмосферу (SO2, SO3), при сжигании органического топлива, особенно угля. SOx+H2O→сернистая и серная кислота→кислотные дожди (способны перемещаться на большие расстояния, ущерб тропическим лесам, вымирание организмов озёр).

Техногенная миграция х.э. В результате эволюции биосферы появилась качественно новая форма биогенной миграции атомов, не связаная с прохождением хим элементов через тело. Наибольшего развития она достигла в связи с деятельностью и потребностями человека. Техногенная миграция атомов – результат техногенеза. Техногенез – совокупность геохимических и геофизических процессов, вызванных производственной деятельностью человека. Процессы: 1)извлечение химических элементов из среды (литосферы, атмосферы, гидросферы) и их концентрация; 2) перегруппировка х. э., изменение химического состава соединений, создание новых химических веществ; 3) рассеяние вовлеченных в техногенез элементов в окружающей среде. Рассеяние: побочное и преднамеренное: внесение удобрений, мелиорантов, орошение сточными водами, ядохимикаты. Отрицательное последствие техногенеза заключается в загрязнении экосистем.

Существует две группы процессов техногенеза: 1) унаследованные от биосферы; 2) находятся в резком противоречии с природными условиями (изготавливаются соединения, чуждые природе).

Роль х.э. в культурных ландшафтах. Химические элементы, вырвавшиеся из техногенных потоков, включаются в воздушные, водные, биогенные миграционные потоки, испытывают превращения, усиливающие или уменьшающие их подвижность. Часть веществ накапливаются на геохимических барьерах, вызывая техногенные геохимические аномалии. Пр.: локальные аномалии, связанные с рассеиваним в атмосфере выбросов промышленных предприятий, автотрасс.

Урбо- ЭС. Пыль, содержащаяся в городской атмосфере, существенно влияет на температуру воздуха и режим выпадения осадков. Города – аномалии полиэлементного состава. Образуются особые геохимические туманы – смоги, которые затрудняют проникновение солнечной радиации. Спектр накапливающихся элементов очень широк. Сокращение биоразнообразия. Формируются новые почвы и почвоподобные тела. Агроэкосистемы: химизация (N P K – удобрения и микроэлементы). Избыток биогенов вызывает загрязнение почвы, в водоёмах вызывает эвтрофикацию. Проблемы, связанные с глобальным изменением геохимических циклов химических элементов приводит к изменению параметров функционированию агроэкосистем. Загрязнение грунтовых вод различными химическими соединениями. Одно из проявлений миграции химических элементов – эрозия почвы. Поступление химических элементов в пищевые цепи животных и человека.