1. 3.1.4. Круговорот кислорода

Основная масса кислорода на Земле находится в связанном состоянии в молекулах воды, оксидах, солях и других твердых соединениях и непосредственно для использования в экосистеме недоступна. Доступный для фото­синтеза кислород содержится в атмосфере (приблизительно 1,1 х 10¹⁵ т) и проходит через растительные компоненты биосферы в течение 2,5 тысяч лет. В процессе фотосинтеза СО₂ превращается в органическое вещество с выделением свободного кислорода. Специфика процесса состоит в том, что образующаяся при фотосинтезе молекула О₂ один из своих атомов получает от СО₂, а другой - от воды. При дыхании потребляемая молекула О₂ один из своих атомов отдает воде, а другой - диоксиду углерода.

0. 3.1.5. Круговорот серы

Ключевым звеном этого круговорота являются процессы аэробного окисления сульфида (сероводорода) до сульфата и анаэробного восстановления сульфата до сульфида. Эти реакции осуществляются соответствующими группами бактерий. Благодаря окислительно-восстановительным процессам происходит обмен серы между фондом доступного сульфата в аэробной зоне почвы и фондом сульфидов железа, расположенным глубоко в почве и в осадках (в анаэробной зоне). В результате микробного восстановления глубоководных отложений к поверхности воды движется сероводород, что, например, типично для Черного моря. Выделяющийся из воды сульфид окисляется до сульфата атмосферным кислородом. Круговорот серы находится под сильным влиянием антропогенной деятельности, в первую очередь, в результате сжигания ископаемого топлива. Выделяющийся при этом диоксид серы может реагировать с водяными парами атмосферы с образованием сернистой кислоты, и в сильной степени подавлять про­цесс фотосинтеза вплоть до полной гибели растений.

Вмешательство человека во многих случаях нарушает процессы круговорота биологически важных элементов на планете. Например, вырубка лесов или повреждение ассимиляционного аппарата растений промышленными выбросами приводит к снижению интенсивности усвоения углерода. Избыток органических элементов в воде вследствие поступления в нее промышленных стоков приводит к эвтрофикации водоемов и перерасходу растворенного в воде кислорода, что исключает возможность существования здесь аэробных организмов. Сжигая ископаемое топливо, фиксируя атмосферный азот в продуктах производства, связывая фосфор в детергентах, человек как бы замыкает на себя круговорот элементов, что нередко вынуждает его полностью управлять химией окружающей среды.

0. 3.2. Ресурсный цикл как антропогенный круговорот вещества

Для того чтобы создать необходимую продукцию, получить энергию, сырье, человек находит и добывает природные ресурсы, перевозит их к местам переработки, производит из них предметы, которые в итоге поступают в его пользование или в виде средств производства или в виде готовых изделий. Таким образом, человек вовлекает природные ресурсы в ресурсный цикл.

Под ресурсным циклом понимают совокупность превращений и простран­ственных перемещений определенного вещества или группы веществ на всех этапах использования его человеком. Слово "цикл" предполагает замкнутость процесса. Однако, ресурсный цикл, который иногда называют антропогенным круговоротом вещества, фактически незамкнут, т.к. использованные ресурсы не возвращаются в места изъятия.

На каждом этапе ресурсного цикла (добыча, заготовка, транспортировка, переработка) неизбежны потери либо из-за особенностей технологии, либо из-за субъективных причин. При добыче сырья его часть остается в местах залегания, а в отвалы идет так называемая "пустая порода". Если ресурс (например, каменный уголь) используется как топливо, то при его сгорании образуется большое количество золы, шлаков, оксидов, выбрасываемых в атмосферу или в отвалы на поверхность Земли (например, терриконы, открытые карьеры).

Таким образом, получается, что загрязнение среды образуют природные ресурсы. Не случайно существует афоризм ‑ загрязнение среды - это природные ресурсы, оказавшиеся не на своем месте. Не умея пока использовать ресурсы полностью или многократно, человек вынужден их добывать и перерабатывать в убыстряющемся темпе, создавая проблему исчерпаемости этих ресурсов. Считается, что на всех этапах ресурсного цикла в окружающей среде рассеивается в среднем около 90% добываемого сырья. При этом темпы прироста объема образующихся отхо­дов составляют в настоящее время 5 - 10 % в год.

На каждую тонну производимого калийного удобрения образуется 3 - 4 т галитовых отходов, содержащих хлорид натрия. На каждую тонну экстракционной фосфорной кислоты получается 4 - 5,5 т отходов в виде фосфогипса. Количество отходов на каждую тонну добываемого сырья составляет: нефть – 1тонна, железная руда – 6тонн, угля – 7тонн, бокситы - 7 тонн.

Тепловые электростанции дают десятки миллионов тонн золы и шлаков в год. Так, Приднепровская ГРЭС выдает в отвалы 1 млн. т золы и 130 тыс. т шлаков ежегодно, для их складирования отведена площадь в 300 га, в настоящее время в отвалах скопилось более 30 млн. т золошлаков.

В настоящее время усилия ученых направлены на то, чтобы сделать ресурсный цикл замкнутым, т.е. с одной стороны, разрабатываются и совершенствуются процессы, связанные с извлечением и переработкой необходимых ресурсов, а с другой - обусловливается возвращение их в измененном виде, в производство для повторного и неоднократного использования.