- •Введение
- •1. Химические основы экологических взаимодействий
- •1.1. Экологические факторы среды
- •Значения рН для пресноводных рыб Европы (по р.Дажо, 1975)
- •1.2. Химические экорегуляторы
- •I. Вещества, участвующие в межвидовых (аллелохимических) взаимодействиях
- •II. Вещества, участвующие во внутривидовых взаимодействиях
- •2. Химический этап эволюции биосферы
- •Химические гипотезы возникновения жизни
- •Химический состав межзвездного пространства (Raymand, Talbot, 1980)
- •Обнаруженные межзвездные молекулы (Raymand, Talbot, 1980)
- •3. Структура биосферы. Понятие экосистемы
- •Классификация экосистем
- •4. Химические элементы в биосфере
- •4.1. Круговорот углерода
- •4.2. Круговорот азота
- •4.3. Круговорот фосфора
- •4.4. Круговорот биогенных элементов
- •Ежегодный вынос из почвы веществ (кг/га) при средних урожаях
- •Вынос веществ (кг/га) при вырубке лесов 100-летнего возраста
- •4.5. Антропогенный круговорот вещества. Ресурсный цикл
- •5. Токсиканты окружающей среды
- •5.1. Неорганические токсиканты
- •Примеры соединений ртути
- •5.2. Диоксины и родственные им соединения
- •6. Стандарты качества окружающей среды
- •6.1. Нормирование атмосферных загрязнений
- •6.2. Нормирование загрязняющих веществ в водных объектах
- •6.3. Нормирование содержания вредных веществ в почве
- •7. Экологическая химия атмосферы
- •7.1. Состав атмосферы
- •Состав воздуха в приземном слое
- •7.2. Фотодиссоциация
- •Реакции, происходящие в верхних слоях атмосферы
- •7.3. Реакции атмосферных ионов
- •7.4. Источники загрязнения атмосферы
- •Масса загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу (тонн/год, по данным юнеско, 1996)
- •Выбросы в атмосферу главных загрязнителей в мире (1990 г.) и в России (1991 г.)
- •8. Экологическая химия гидросферы
- •Запасы воды в гидросфере Земли
- •Источники загрязнения нефтью мировых водоемов на начало восьмидесятых годов. Общее количество 2 - 5 млн. Тонн в год (по данным Ревелль н., Ревелль ч., 1995)
- •9. Экологическая химия литосферы
- •Химический состав земной коры на глубинах 10 - 20 км
- •Классификация природных вод (почвенных растворов) в зависимости от их минерализованности
- •Биологическое усиление ддт (по п. Ревелль, ч. Ревелль, 1995)
- •10. Экологический мониторинг
- •Система наземного мониторинга окружающей среды (по и.П. Герасимову, 1975)
- •Заключение
- •Примерный перечень вопросов для самостоятельной работы по курсу «Экологическая химия»
- •236041, Г. Калининград, ул. А. Невского, 14
4.3. Круговорот фосфора
Фосфор совершает круговорот в наземных экосистемах в качестве важной и необходимой составной части цитоплазмы: биоредуценты минерализуют органические соединения фосфора из отмерших организмов в фосфаты, которые вновь потребляют корни растений. Громадные запасы фосфора, накопившиеся за прошлые геологические эпохи, содержат горные породы; в процессе разрушения эти породы отдают фосфаты наземным экосистемам; однако значительные количества фосфатов оказываются вовлеченными в круговорот воды, когда происходит их выщелачивание водой и вынос в моря и океаны. Здесь они обогащают соленые воды, питают фитопланктоны и связанные с ним пищевые цепи. Затем вместе с отмершими остатками фосфаты погружаются в океанические глубины, часть теряется в глубинных отложениях, часть возвращается на землю с помощью морских птиц. Здесь имеется в виду гуано, огромные залежи которого на побережье Перу указывают на то, что некогда морские птицы играли бульшую роль в его накоплении, чем теперь. Возврат фосфора возможен еще и благодаря рыболовству. Рыбу во всем мире используют в качестве удобрения (рыбная мука), в том числе под посевы риса. Считают, что каждый год таким образом возвращается в круговорот 60 тыс. тонн фосфора, что далеко не компенсирует расход тех 2 млн. тонн фосфатов, которые ежегодно добываются из залежей и быстро выщелачиваются при использовании в качестве удобрений.
Рано или поздно, это становится тревожным и опасным. Фосфор - это слабое звено в жизненной цепи, обеспечивающей существование человека.
Рис. 4.2. Круговорот азота
4.4. Круговорот биогенных элементов
Нам известно, что углерод, азот, водород, кислород, фосфор, сера формируют живые организмы. Однако эти организмы не смогут жить без достаточного количества многих других элементов - катионов металлов.
Среди них калий, кальций, магний (иногда натрий) относятся к группе макроэлементов, так как они необходимы в больших количествах (выражающихся в сотых долях сухого вещества); однако такие элементы, как железо, бор, цинк, медь, марганец, молибден, кобальт, анион хлора, относятся к микроэлементам и нужны лишь в малых количествах (выражающихся в миллионных долях сухого вещества).
На суше главным источником биогенных элементов (катионов) служит почва, которая получает их в процессе разрушения материнских пород. Катионы абсорбируются корнями, распределяются различными органами растений, накапливаются в листве, т.е. входят в корм растительноядных потребителей последующих порядков в цепи питания.
Минерализация погибших организмов возвращает биогенные катионы в почву, создается впечатление, что цикл способен продолжаться беспрерывно. Однако почва выщелачивается дождями, дождевые воды переносят катионы в систему подземного стока, а также и в поверхностный сток: в реки, моря, иногда в значительных количествах.
Выщелачивание - автокаталитический процесс: чем больше оно прогрессирует, тем больше деградируют почвенные коллоиды. Положение становится особенно тяжелым в тропических местностях: ливневые дожди, низкая абсорбируемость почвенного комплекса (малое количество гумуса), истощение почв монокультурами сахарного тростника, кофе, какао, кукурузы, арахиса.
Когда вырубаются или выжигаются леса под сельское хозяйство, то минерализованный таким путем запас биогенных веществ быстро выщелачивается дождями и почва утрачивает свое плодородие. Если на ней временно прекратить посевы, то она вновь может дать жизнь лесу, но уже вторичному, с менее ценой биомассой, чем у первоначального сообщества. После повторения подобных операций почва будет покрываться все более и более скудной растительностью с уменьшающейся продукцией биомассы. Сначала образуется саванна, затем степь, наконец, пустыня. Значит, круговорот минеральных катионов сопровождает циклы углерода и азота. В умеренных широтах последствия выщелачивания не так резки, но все-таки в результате вырубок (сплошных под корень), при корчевке пней и снятия дерна разрушается гумус - ресурс питательных веществ. Следовательно, нарушается круговорот, его полнота: переход к пустоши или лугу, со скудной растительностью и меньшим запасом биомассы.
Рис. 4.3. Упрощенная схема круговорота фосфора
Истощение почвы возможно не только вследствие снятия растительного покрова, но и через сельскохозяйственные культуры. Есть такие культуры, как свекла, картофель, масличные культуры, уносящие ежегодно от 300 до 700 кг минеральных веществ на 1 га.
Таблица 4.1