Биосфера является областью жизнедеятельности живого вещества. Ее границы определяются наличием условий, необходимых для жизни различных организмов. В биосферу входят часть атмосферы до высоты 25— 30 км (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км. число видов % биомасса, % животные 79 1 растения 21 99
фотосинтез • В течение миллиардов лет в ходе эволюции сформировались процессы и живые системы, выполняющие глобальную роль утилизации в больших масштабах солнечной радиации. Ежегодное поглощение • 2, 5 1021 Дж солнечной энергии, • 300 млрд. т СО 2, • 2 млрд. т азота. Образование • 150 млрд. т кислорода в атмосфере. • 150 млрд. т органических веществ растительной мас сы. Итогом глобальной деятельности растений явилось создание на Земле современной атмосферы и условий для развития жизни, в том числе и жизни человека.
Массообмен Замкнутость круговорота веществ, используемых биосферой, обеспечивает стабильность химического состава окружающей среды. Импорт вещества и энергии в ходе хозяйственной деятельности может привести к нарушению замкнутости биогеохимического цикла и соответственно вызвать нежелательные изменения окружающей среды. Наибольшую опасность представляет изменение концентрации тех или иных веществ. Радиоактивные в ва в природе рассеяны. Утилизация концентрированных в в затруднена
Основные пулы и потоки углерода в биосфере Из соображений удобства соотношение размеров кружков, обозначающих пулы, не выдержано. Так, океанический пул на самом деле в 50 раз превышает атмосферный. Все оценки пулов приведены в миллиардах тонн, или иначе — гигатоннах. Углерод, связанный в известняках и доломитах (долговременных «хранилищах» ), не показан.
Источники и резервы углерода. Океан Диоксид углерода присутствует в воде, где он легко растворяется, образуя слабую угольную кислоту Н 2 СО 3. Эта кислота вступает в реакции с кальцием и другими элементами, образуя минералы, называемые карбонатами. Карбонатные породы, например известняк, находятся в равновесии с диоксидом углерода, который содержится в контактирующей с ними воде. Аналогичным образом количество СО 2, растворенного в океанах и пресных водах, определяется его концентрацией в атмосфере. Общее количество растворенных и осадочных углеродсодержащих веществ оценивается примерно в 1, 8 трлн. т. Атмосфера В течение многих миллионов лет концентрация СО 2 в атмосфере, по видимому, существенно не менялась, составляя ок. 0, 03% веса сухого воздуха на уровне моря. Хотя доля СО 2 невелика, его абсолютное количество поистине огромно ок. 760 млрд. т. В атмосфере СО 2 переносится ветрами как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.
Почва Органическое вещество почвы имеет несколько источников происхождения • растительный опад, включающий отмершие ткани листьев, стеблей, и всей ризосферы (то есть корней и связанных с ними микоризных грибов), • древесный уголь (остатки былых пожаров), • «корневые выделения» (прижизненные выделение корнями органического вещества), • продукты метаболизма почвенных бактерий. Устойчивость органического вещества в почве объясняется в значительной мере условиями, препятствующими его разложению. В частности, важную роль играет чисто физическая разобщенность компонентов, необходимых для того, чтобы шло разложение (например, отсутствие в нужном месте микроорганизмов или выделяемых в среду ферментов); процессы сорбции и десорбции — образование и разрушение органо минеральных комплексов; а также процессы замораживания и оттаивания почвы
Живые организмы • • Углерод в соединении с водородом и другими элементами является одним из основных компонентов клеток растений и животных. Например, в организме человека он составляет ок. 18% массы тела. Многочисленность и очень широкое распространение живых организмов не позволяют удовлетворительно оценить общее содержание в них углерода. Можно, однако, приблизительно оценить суммарное количество углерода, связываемого растениями, а также выделяемого в процессе дыхания растений, животных и микроорганизмов. Установлено, что зеленые растения поглощают в год ок. 220 млрд. т CO 2. Почти такое же количество этого вещества выделяется в неорганическую среду в процессе дыхания всех живых организмов, а также в результате разложения и сгорания органических веществ. При определенных условиях разложения и сгорания созданных живыми организмами веществ не происходит, что ведет к накоплению углеродсодержащих соединений. Так, например, древесина живых деревьев может быть на 3 4 тысячелетия надежно защищена от микробного разложения и от пожара корой, способной противостоять действию микробов и огня. Древесина же, попавшая в торфяное болото, сохраняется еще дольше. В обоих случаях связанный в ней углерод оказывается как бы в ловушке и надолго выводится из круговорота. В условиях, когда органическое вещество оказывается захороненным и изолированным от воздействия воздуха, оно разлагается только частично и содержащийся в нем углерод сохраняется. Если впоследствии в течение миллионов лет эти органические остатки подвергаются давлению вышележащих отложений и нагреванию за счет земного тепла, значительная часть его превращается в ископаемое топливо, например в каменный уголь или нефть.
Круговорот воды Гидрологический цикл– это непрерывное движение воды из гидросферы и с земной поверхности в атмосферу, и обратно. Движение обеспечивается четырьмя процессами: испарением, конденсацией, выпадением осадков и стоком вод. Выпавшие осадки частично снова испаряются и конденсируются, частично пополняют водоемы (или создают новые), а частично уходят под землю, образуя грунтовые воды. В результате этих процессов происходит очищение воды.
• Мировой океан содержит 97% всего запаса воды, льды и снег – 2%, грунтовые воды – около 1% и атмосфера– 0, 001% (или 2– 3 см сконденсированной влаги).
Энергообмен Схематическая диаграмма потоков энергии в геофизической системе при годовом осреднении потоков
Уравнение радиационного баланса • На границе почвы и атмосферы основные направления движения энергии характеризуются уравнением радиационного (теплового) баланса: R=P+LE+BП+BФ+Ф, • • где R поступающий поток энергии (точнее плотность потока, в Вт/м 2) коротковолновое ( =0, 3 3 мкм) излучение Солнца, рассеянное излучение неба, длинноволновое ( =3 100 мкм) излучение атмосферы; P –турбулентный поток тепла в атмосферу; LE – поток тепла на фазовые превращения воды (испарение, конденсация, плавление, кристаллизация), например, Е – испарение (в кг/(м 2 с) или мм/час), L – удельная теплота испарения (в соответствующих единицах); BП – поток тепла в почвы; BФ – нагрев фитомассы; Ф – фотосинтез. Большая часть поступающей энергии расходуется на испарение: над океаном LE=0, 9 R, над сушей LE=0, 5 R. Вид покрова Р/LE Хвойные леса 0, 5 0, 7 Лиственные леса 0, 2 0, 5 Луговая растительность 0, 3 0, 8 Сухая растительность 2 7
Скачать презентацию Биосфера является областью жизнедеятельности живого вещества Ее границы
Процессы в биосфере.ppt