Давлетова Ш.К. Курс «Экология и устойчивое развитие»

Тема 4. Биогеохимический цикл элементов

Cодержаниe:

Биогеохимический цикл элементов

Два основных цикла биосферы

Круговорот углерода

Круговорот азота

Круговорот серы

Круговорот фосфора

Круговорот кислорода

Круговорот воды

Изменение климата

Биогеохимические циклы элементов

Биогеохимические циклы элементов – это путь, посредством которого химические элементы проходят через биотические (биосфера) и абиотические (литосфера, атмосфера, гидросфера) компоненты Земли.

Существуют два основных цикла в биосфере: геологический (долгосрочный) и биотический (краткосрочный) циклы.

Наиболее важные биогеохимические циклы включают круговорот углерода, азота, кислорода, фосфора, серы, а также водный цикл.

Круговорот углерода

Углерод является 4-ым самым распространенным элементом во Вселенной, жизнь на Земле состоит из углеродных форм жизни.

Углерод перемещается по всей Земле - между атмосферой, океанами, осадочными породами, почвой, растениями и животными - этот процесс называется круговоротом углерода.

Круговорот углерода проходит с помощью краткосрочных и долгосрочных циклов :

Геологический (долгосрочный) круговорот углерода происходит в течение сотен миллионов лет и включает в себя круговорот углерода через различные слои Земли.

Биотический (краткосрочный) круговорот углерода происходит от нескольких дней – до нескольких лет и включает в себя процессы aбсорбции, конверсии и респирации углерода живыми организмами. Первый шаг в биологическом круговороте углерода -преобразование неорганического углерода в атмосфере в биологическую форму в процессе фотосинтеза:

6H2O + 6CO2 ----------> C6H12O6+ 6O2

В растениях и животных углекислый газ СО2 возвращается в воздух с помощью респирации -дыхания.

Когда животные и растения умирают их соединений углерода служат источником энергии для микробов, которые питаются их останков и производят СО2 и метан СН4

Останки животных погружаются глубже в землю и на протяжении сотен миллионов лет, формируют соединения, углеводороды - основной компонент угля и нефти - ископаемое топливо.

Глобальный бюджет углерода

Большая часть накопленного глубоко в земле углерода было выброшено в атмосферу в течение последнего столетия

Углеводороды - нефть и уголь - были извлечены для использования в автомобилях и электростанций. Побочным продуктом этого сгорания является углекислый газ - CO2

Атмосферный уровень CO2 увеличился из-за вырубки лесов и уменьшая количества растений, которые поглощают его из атмосферы

Увеличение в атмосфере CO2 в результате деятельности человека привело к усилению парникового эффекта.

Глобальное высвобождение углерода вследствие деятельности человека увеличилось с 1 млрд тонн в год в 1940 году до 6,5 млрд. тонн в год в 2000 году.

Круговорот азота

Круговорот азота - сложным биогеохимический циклом, в котором азот превращается из инертной атмосферной молекулярной формы (N2) в форму, пригодную для биологических процессов.

Фиксация азота - инертная форма (N2) превращается в органическую или фиксированную форму с помощью азотфиксирующих бактерий

Аммонификация - азот в органическом веществе возвращается в почву, где он расщепляется с помощью микроорганизмов – разрушителей

Нитрификация – азот, усвоенный растениями, превра-щается бактериями из аммиака (NH4+) в нитриты (NO2-) и нитраты (NO3-)

Ассимиляция - соединения азота, полученные растениями из почвы, используется для формирования растительных и животных белков

Денитрификация – азот возвращается в атмосферу, когда нитраты (NO3-) превращаюется в газообразный азот (N2) с помощью денитрификацирующих бактерий