Круговорот веществ в биосфере

Круговорот веществ в биосфере

Круговорот веществ в биосфере

Осуществление функций живого вещества связано с миграцией атомов в процессе круговорота веществ в биосфере. В ней постоянно длится круговорот воды и всех химических элементов, которые входят в состав живых организмов. Но часть миграции химических элементов, которая происходит при участии живых организмов, называется биогенной, а поза ими - абиогенной.

Круговорот оксигена. Оксиген является самым распространенным элементом в биосфере и главной составляющей живого вещества. В теле человека содержится 62,8% оксигену и 19,4% карбону. Круговорот оксигену усложняется из-за его способности образовывать многочисленные химические соединения. В результате возникает много циклов между атмосферой, литосферой и гидросферой.

Атмосферный кислород и оксиген, который содержится в многочисленных поверхностных минералах (железные руды, осадку кальциты), имеют биогенное происхождение. Сначала в атмосфере Земли кислорода не было. Его начал производить автотроф.

Формирование в атмосфере озонового экрана, способного задерживать солнечную радиацию, состоялись при содержимом кислорода в атмосфере, который представлял 1% современного. Это содействовало интенсивному развитию автотрофных организмов в верхних горизонтах воды, интенсифицировало фотосинтез и соответственно образование кислорода. Круговорот кислорода происходит в основном между атмосферой и живыми организмами. Частично кислород образуется путем диссоциации озона под действием солнечной радиации в верхних слоях атмосферы. Свободный кислород регенерируется в процессе фотосинтеза зеленых растений.

Источником кислорода является вода и углекислый газ, его образование происходит с помощью солнечной энергии. Процесс продуцирования и выделения кислороду в процессе фотосинтеза противоположен процессу его потребления гетеротрофами во время дыхания.

Для полного возобновления всего атмосферного кислорода нужно 2000 лет. Если не учитывать антропогенную деятельность, в наше время процессы фотосинтеза и дыхания уравновешены. Поэтому накопления кислорода в атмосфере не происходит и его содержимое остается постоянным. Оксиген, фиксированный литосферой в виде алюминосиликатов, кремнезема, карбонатов, сульфатов, оксидов ферума и тому подобное, представляет 590х1014 т. В биосфере циркулирует 39х1014 т. O2 в виде газа или сульфатов, растворенных в океанических и континентальных водах.

Круговорот карбона. В атмосфере содержится углекислый газ, оксид карбона ( ІІ ), как малые компоненты - углеводороды, в частности, метан и другие органические соединения. Карбон - основной химический элемент живого вещества, поскольку входит в состав разнообразных органических веществ. Соединения карбона (в виде полезных ископаемых и карбонатов, а также алмаза и графита) находятся в литосфере. В воде содержатся растворимые соли карбона, на дне - карбонатные мулы, образованные в результате накопления мертвых остатков организмов, которые строят свое тело из карбоната кальция.

Соединения карбона в почве - это остатки организмов, продукты их метаболизма и углекислый газ, который выделяется во время дыхания организмов и разложения органических веществ в аэробных условиях. Углекислый газ растения поглощают листьями и корневой системой для синтеза органических веществ, которые по пищевым цепям переходят к телу животных. После гибели организмов благодаря деятельности редуцентов соединения карбона возвращаются в биосферу в форме углекислого газа. В почве очень часто круговорот карбона тормозится.

Органические остатки минерализируются частично, превращаясь в новое органическое вещество - гумус. Часть органического вещества, которое полностью не раскладались, накапливается в осадочных породах. Огромные залежи угля, нефти, известняков в водной среде являются примером этого явления .Человеческая деятельность значительно влияет на круговорот этого биофильного элемента.

Соединения карбона в виде оксидов попадают в атмосферу при сжигании горючих полезных ископаемых, углеводороды - во время нефтедобычи и нефтепереработки, многочисленные органические соединения образуются в процессе органического синтеза.

Круговорот нитрогена. Нитроген в виде газообразных соединений находится в воздухе, в виде органических соединений - в телах живых организмов, в почве - в виде солей аммонию, нитратов и нитритов. В круговорот азот привлекается благодаря биологической (бактерии, сине-зеленые водоросли), промышленной (производство минеральных удобрений) и атмосферной (молния) азотфиксация. Благодаря этим процессам атмосферный азот превращается в нитраты, которые могут усваиваться растениями.

Другим источником нитрогена для растений является разложение органических остатков, в результате чего образуются соединения аммонию, мочевина, аммиак, которые благодаря деятельности особенных бактерий превращаются в вещества, доступные для растений. Возвращение азота в атмосферу происходит в результате разложения соединений, которые содержат нитраты, к свободному азоту и кислороду особенными грунтовыми бактериями. Человек своей деятельностью осуществляет значительное влияние на круговорот нитрогена.

Систематическое применение азотных удобрений предопределяет увеличение концентрации соединений нитрогена в почвах, водах, продуктах питания. Высокое содержание нитратов в растениях представляет опасность для здоровья человека и животных, поскольку в результате потребления такой еды нитраты превращаются на нитриты, которые, сообщаясь с гемоглобином крови, препятствуют переносу кислорода кровью.

Круговорот фосфора. Особенностью круговорота фосфора является то, что он имеет лишь одно газообразное соединение - фосфин, который образуется во время гниения органических остатков. Большинство фосфатов не растворимое в воде. Минералами являются апатит и фосфорити. В почве фосфор входит в состав остатков мертвых организмов. Распространенным фосфоровместимые удобрением является гуано - помет морских птиц. Редуценты минерализируют органические соединения фосфора из отмерших организмов в фосфаты, которые опять потребляются корнями растений.

Соединения фосфора накапливаются на дне водоемов и в прибрежной зоне моров и океанов в виде остатков живых организмов и фосфатов. На суходол попадают с рыбой и во время добычи полезных ископаемых. Кислотные дожди убыстряют миграцию фосфора благодаря растворению фосфатов. Для повышения плодородия почв на поля вносят удобрения, в частности, и фосфорные. Смыв их в водоемы вызывает эвтрофикацию водоемов (повышение биологической производительности экосистемы в результате нагромождения биогенных элементов, главным образом, нитрогена и фосфору).

Круговорот сульфура. Этот химический элемент образует газообразные соединения: гидрогеносульфур и оксиды сульфура (IV, VI). Большинство сульфатов растворимое в воде, тогда как сульфиды большинства металлов малорастворимые. Сульфура в составе органических соединений содержится в живых организмах, горючих полезных ископаемых. Сера, которая находится в почве, является продуктом разложения материнских горных пород, которые содержат пирит и халькопириты, а также продуктом разложения органических веществ.

В почве действуют многочисленные микроорганизмы, которые превращают сульфиды в сульфаты и серу и наоборот. Корни растений поглощают соединения сульфура, которые входят в создаваемые растениями органические вещества. После отмирания растений соединения сульфура возвращаются в почву. Таким образом, поддерживается круговорот сульфура в природе. Человек своей деятельностью значительно увеличивает концентрацию соединений сульфура в окружающей среде.