1. 4. Біогеохімічні цикли деяких хімічних елементів
До формування на нашій планеті біосфери вуглець знаходився основному у вигляді графіту і алмазу у затверділій магмі і частково у вигляді легких вуглеводнів, карбіду і діоксиду вуглецю. В атмосфері переважав СО2 (91 %).
Формування біосфери різко змінило розподіл вуглецю. У наш час в атмосфері вуглець знаходиться теж у вигляді діоксиду вуглецю, вміст його не перевищує 0,03 %. У земній корі вуглецю міститься 0,35 %, і знаходиться він в основному у вигляді карбонатів і частково у вигляді графіту і алмазу. Найбільша кількість вуглецю сконцентрована у живій речовині – близько 18 % (див. табл. 1), Біофільність вуглецю (за Перельманом) складає 7800.
Таблиця 1
Розподіл кисню і вуглецю у природі
ОБ’ЄКТИ |
О2 (КІСЕНЬ) |
С (ВУГЛЕЦЬ) |
Літосфера |
47/1 |
(0,1 – 0,02)/1 |
Жива речовина |
70/1/5 |
18/(180 – 900) |
Грунт |
(50 - 60)/(1 – 1,3) |
(2 - 3)/(20 – 150) |
Атмосфера |
23/0,5 |
1,01/ (0,1 – 0,05) |
Примітка: У числівнику – проценти, у знаменнику – «коефіцієнт концентрації» (відношення вмісту елемента в об’єкті, що вивчається, до вмісту в літосфері).
Нагадаємо, що вуглець, як і азот, складає основу всіх форм життя. Вуглець атмосфери і гідросфери за період існування біосфери неодноразово пройшов через живі організми. Розраховано, що рослинний покрив суші засвоює весь вуглець атмосфери за 3 – 4 роки. За цей період відбувається повне оновлення вуглецю в атмосфері, тобто одиниця ритмічності біогеохімічного циклу вуглецю для атмосфери складає 3 – 4 роки, тоді як для гумусосфери (гумусовї оболонки Землі) вона дорівнює 300 – 400 рокам. Різниця в тривалості біогеохімічного циклу для атмосфери і гумусосфери пояснюється тим, що вуглець, який бере участь у фотосинтезі, надовго залишається в живих організмах і в органічних залишках, що надходять на поверхню ґрунту, де він включається в біогеохімічний цикл гумусосфери. Вміст вуглецю в гумусосфері складає 2 – 3 % від її маси, або (4,8 – 7,2) 1010 т.
1. 5. Біогеохімічні цикли азоту
Азот такий же суттєво важливий елемент, як і вуглець. Біофільність азоту (за Перельманом) дорівнює 160. Основна маса азоту (75 % від його загальної маси) зосереджена в атмосфері, де він здебільшого зустрічається в молекулярній формі (N2). У цьому полягає головна особливість біогеохімічний цикл кругообігу азоту – накопичуватися в атмосфері в молекулярній формі.
Живі організми, зокрема рослини, споживають з ґрунту азот у вигляді аміаку і солей азотної кислоти, тобто у вигляді сполук, а не у формі N2. Це друга особливість біогеохімічний кругообігу – запобігати накопиченню молекулярного азоту в атмосфері.
Зв’язування молекулярного азоту в сполуки здійснюється деякими мікроорганізмами, водоростями і лишайниками. Після їхнього відмирання відбуваються процеси мінералізації – амоніфікації і денітрифікації. Частина нітратів, що утворилася, захоплюється рослинами, частина закріплюється в гумусі (рис. 4). Решта азоту вимивається з ґрунтів, бо солі амонію і азотної кислоти легко розчинити. Тому ґрунти завжди збіднені азотом. У ґрунтовому гумусі азоту міститься звичайно 3 – 5, рідко 19 %.
За час існування біосфери на поверхні Землі, тобто у біосфері, накопичилося більше 150 109 т. зв’язаного азоту, однак розподілений він по компонентах біосфери нерівномірно. Найбільша кількість його (в тонах) зосереджена в органічних сполуках ґрунтів (1,5 1011), а менша в рослинах (1,1 109) і найменша в біомасі тварин (6,1 107).
За розрахунками В. Н. Кудеярова (1974 ) річна норма споживання азоту однією людиною становить 5 кг. Сумарне споживання азоту людством у 2000 році складало 32,5 109 т. Задовільнення потреб людей у азоті можна тільки шляхом збільшення урожайності сільськогосподарських культур, особливо багатих білком (пшениця, соя) та шляхом розвитку тваринництва. Вирішення цієї проблеми потребує внесення до ґрунту високих мінеральних добрив, особливо азотних.
NО2
Рис. 4. Схема біогеохімічного циклу азоту
Лекція № 2. ЗАГАЛЬНІ ПОНЯТТЯ ПРО РЕЖИМ ВОД СУШІ