Решение

Техногенные факторы представлены в цикле азота в биосфере (табл. П.3-11) следующими процессами:

- техногенная аккумуляция:

а) при сжигании топлива 22,8 млн т/год;

б) при производстве удобрений 41,8 млн т/год;

- антропогенные выбросы 15 млн т/год.

Общие запасы азота составляют: в атмосфере (38-40)∙10⁵ Гт (примем среднее значение 39∙10⁵ Гт или 39∙10¹⁴ т); в почве 280 Гт (280∙109 т); в фотическом слое океана 2800 Гт (2800∙10⁹ т); в глубинных слоях океана 36400 Гт или 36400∙10⁹ т.

Всего: 109(3900000 + 280 + 2800 + 36400) = 3,93948∙10¹⁵ т.

Рассчитаем поступление азота в круговорот в связанном виде и вывод из круговорота в виде N₂. В расчете потоков не учитываем атмосферную фиксацию, обмены, стоки.

Поступление азота в круговорот, млн т/год:

- производство удобрений 41,8;

- биофиксация на суше 20,3; в океане 10; атмосфере 40;

- лизис детрита в океане в фотическом слое 5, глубоком 7,8;

- антропогенные выбросы 15.

Всего: 139,9 млн т/год.

Вывод азота из круговорота в виде N₂, млн т/год:

- сжигание топлива 22,8;

- разложение организмов 42,2;

- жизнедеятельность организмов в океане 0,3, на суше 0,1;

- денитрификация на суше 4,0, в океане 3,6;

- выпадение в осадки 0,5.

Всего: 167,7 млн т/год.

Превышение расхода азота над поступлением:

167,7 – 139,9 = 27,8 млн т/год.

Поскольку запасы азота велики (3, 93948∙10¹⁵ т), то эта убыль не катастрофична, хотя и ведет к их расходу.

Техногенные факторы:

Поступление в круговорот, млн т/год – производство удобрений 41,8; антропогенные выбросы 15.

Пример выбросов – синтез аммиака:

N₂ (г) + 3Н₂ (г) 2NH₃ (г).

Всего: 56,8 млн т/год или общего поступления азота в цикл:

Вывод из круговорота – сжигание топлива, 22,8 млн т/год. Потери азота в цикле вызываются сгоранием топлива, например, фурана в жидкостном реактивном двигателе:

С₄Н₄О + 3,6 HNO₃ = 4СО₂ + 3,8Н₂О + 1,8N₂,

широким применением взрывчатых веществ, в частности амматола:

С₇Н_113,4N_57,2O_87,3Al_4,7 → 7CO₂+ 56,7H₂O + 28,6N₂ + 2,35Al₂O₃ + 4,77O₂.

Доля техногенных потерь в общих потерях:

Но эта доля существенно выше в величине превышения расхода азота над поступлением:

Вывод: Техногенное влияние на цикл азота в биосфере: ввод в круговорот 40,6 %; вывод 11,1 %. Вывод из круговорота в целом превышает поступление на 27,8 млн т и доля техногенной составляющей в нем 82,0 %. Поэтому, хотя запасы азота в биосфере велики (3, 93948∙10¹⁵ т), их убыль нежелательна, так как ведет к нарушению природных циклов, поэтому желательно вводить альтернативные источники энергии, уменьшив сжигание топлива.

Задача 6.1. Для заданной схемы круговорота дайте ответы на вопросы 1–3 или 4–6, согласно задания:

1. Значение данного процесса для биосферы.

2. Движущая сила круговорота.

3. Опишите основные переходы в круговороте.

4. Объясните механизм физико-химических или биохимических превращений.

5. Антропогенный фактор.

6. Задачи перед человеком, связанные с рассматриваемым процессом.

Вариант	Изучаемый круговорот	№ схемы по рис.П. 1–16	Номера вопросов для ответа
1	N2	1	1–3
2	N2	1	4–6
3	S	2	1–3
4	S	2	4–6
5	Hg	3	1–3
6	Hg	3	4–6
7	Pb	4	1–3
8	P	4	4–6
9	C	5	1–3
10	C	5	4–6
11	C, СО2+O2	6	1–3
12	C, O2	6	4–6
13	Al	7	1–3
14	Al	7	4–6
15	ДДТ	8	1–3
16	ДДТ	8	4–6
17	Sr90	9	1–3
18	Sr90	9	4–6
19	H2O	10	1–3
20	H2O	10	4–6
21	Биогенные элементы	11	1–3
22	Биогенные элементы	11	4–6
23	Биологический круговорот	12	1–3
24	Биологический круговорот	12	4–6
25	Токсичные вещества	13	1–3
26	Токсичные вещества	13	4–6
27	Ресурсный цикл	14	1–3
28	Ресурсный цикл	14	4–6
29	Отходы	15	1–3
30	Отходы	15	4–6

Задача 6.2. Рассчитайте долю данных по заданному вопросу в общем круговороте, дайте характеристику их роли в этом процессе (по табл. П. 3-11).

Вопросы:

1. Поступление в круговорот.

2. Биологическая фиксация.

3. Денитрификация.

4. Атмосферная фиксация.

5. Обмен между фотическим и глубинным слоями океана.

6. Техногенные факторы.

7. Поглощение наземной растительностью.

8. Участие в дыхании.

9. Процессы в гидросфере.

10. Выбросы в атмосферу.

11. Выпадение с осадками.

12. Выделение при разложении органического мертвого вещества.

13. Выделение при разложении детрита в океане.

14. Обменные процессы в океане.

15. Биологическое разложение и выделение SO .

16. Фотосинтез в океане и на суше.

17. Окисление органики техногенное.

18. Испарение воды за счет культурной растительности.

19. Безвозвратное водопотребление населением.

20. Суммарный водоотбор на промышленные нужды.

22. Транзит влаги через континенты.

23. Усвоение растительностью.

Вариант	Вещество	Номер таблицы	Номер вопроса
1	N2	1	1
2	N2	1	2
3	N2	1	3
4	N2	1	4
5	N2	1	5
6	N2	2	2
7	N2	2	3
8	C	3	6
9	C	3	7
10	C	3	8
11	C	3	9
12	S	4	10
13	S	4	11
14	S	4	5
15	S	4	12
16	S	4	13
17	S	4	2
18	S	5	11
19	S	5	14
20	S	6	15
21	O	7	16
22	O	7	6
23	O	7	17
24	P	8	23
25	P	8	5
26	H2O	9	20
27	H2O	9	21
28	H2O	9	22
29	H2O	9	18
30	H2O	9	19