Тема 3 КРУГОВОРОТЫ ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДЕ

Тема № 3 КРУГОВОРОТЫ ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДЕ

Круговороты веществ Большой (геологический) Обусловлен взаимодействием солнечной энергии, лунного влияния и глубинной энергией Земли Функция перераспределение веществ между биосферой и более глубокими слоями Земли. Этот круговорот наиболее ярко проявляется в круговороте воды и циркуляции атмосферы. Малый (биологический) Обусловлен непрерывным циклическим, но неравномерным во времени и пространстве круговороте веществ Функция перераспределение веществ между живыми организмами, а также между живыми организмами и бисферой

Большой круговорот Осадочные породы Магматические породы выходят на поверхнсть с вулканами Магматически е породы Магма Метаморф ические породы Энергия радиоактивного

Круговороты основных веществ в биосфере Вещество Длительность круговорота, лет Кислород 2000 Углерод в форме СО 2 300 Вода 2 000 Формула круговорота основных веществ в природе (через растения – фотосинтез и через живые организмы - дыхание) дыхание 6 СО 2 + 6 Н 2 О + Q = C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

Биогеохимические циклы Все химические элементы циркулируют в биосфере по определенным путям: из внешней среды в организмы и обратно. Эти пути называют биогеохимическими циклами, а вещества, участвующие в них – биофильными.

Закон биогенной миграции атомов «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории» В. И. Вернадский

В биосфере можно выделить: 1. круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере; 2. осадочный цикл с резервом в земной коре.

Круговорот воды Каждую секунду в него вовлекается 16, 5 млн. куб. м воды и тратится на это более 40 млрд. Мега. Вт солнечной энергии Самый значительный по переносимым массам и затратам энергии круговорот на Земле

Большой круговорот Малый круговорот Воды= из воды в воду воды = из воды чз сушу в воду

Механизмы круговоротов воды: Малый круговорот • Испарение воды с поверхности океана, конденсация пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана • Цель: самоочищение воды • Регуляция водного режима, поддержание климата над океаном. Большой круговорот • Испарение воды, конденсация пара, выпадение осадков над сушей и попадание их в грунтовые воды, возвращение обратно через реки и озера в океан. При этом часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу. . • Цель: распределение веществ и энергии между сушей и морем. Регуляция водного режима и климата надо сушей и морем.

Над океанами выпадает 7/9 от общего количества осадков.

Пресной воды на Земле очень мало. Вместе с зоной активного водоснабжения подземными водами они составляют лишь 300 млн. куб. км (2, 5 – 3%), при этом 97% из них находится в ледниках Антарктиды, Гренландии, в полярных зонах и горах. Однако естественный круговорот воды гарантирует, что без воды Земля не останется при условии сохранения этих источников пресной воды.

Круговорот кислорода

Основным поставщиком доступного кислорода являются растения – этим объясняется его биогенное происхождение на планете. Животные являются его потребителями путем дыхания

Основные производители кислорода. Распределение функций. Ежегодно на суше растения производят 53*109 тонн кислорода, А в океане водоросли производят 414*109 тонн кислорода.

Почему в море кислорода вырабатывается больше, чем на суше? 1. В воде по объему больше растений за счет одноклеточных водорослей 2. В соленой воде кислород растворяется хуже, чем в пресной

На бытовые и промышленные нужды человека тратиться около 25 % всего доступного кислорода. Это очень много, ведь жизнь на планете не рассчитана на «лишний» кислород.

Круговорот кислорода

Круговорот кислорода тесно связан с круговоротами воды и углекислого газа. Реакция круговорота кислорода = реакция фотосинтеза и дыхания 6 СО 2 + 6 Н 2 О + Q = C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

В верхних слоях атмосферы при действии УФ-радиации на кислород образуется озон 03. Поглощает жесткие ультрафиолетовые лучи Участвует в создании парникового эффекта 3 CO+O 3=3 CO 2 КО 3 = 40 - 700 мкг/м 3 25 км КО 3 = 100 мкг/м 3

Круговорот углерода

Круговорот углерода • Самый интенсивный по скорости из всех биогеохимических циклов. • Циркулирующая форма: углекислый газ СО 2(двуокись углерода) • Общая масса углерода в биосфере 200 х1014 т , это в 1000 раз больше углерода, вовлеченного в круговорот.

Первичным источником СО 2 биосферы является вулканическая деятельность, в среднем 4, 5 х106 т/год. Вторичный источник углекислоты (по происхождению) - окисление и сжигание органических веществ с образованием углекислого газа Углерод биомассы обновляется за 12 лет, атмосферы - за 8 лет. В целом в биосфере весь углерод (СО 2) обновляется за 300 лет.

Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса; они содержат до 500 млрд. т этого элемента на Земле (2/3 запаса его в атмосфере).

Миграция СО 2 в биосфере протекает двумя путями: • 1 й путь – Большой: СО 2 в процессе отложения органических остатков переходит в различные карбонаты и с участием Са и Mg осаждается биогенным и абиогенным путем. Образуются мощные толщи известняков.

• 2 й путь - малый - наиболее интенсивный: заключается в поглощении СО 2 в процессе фотосинтеза с образованием глюкозы и других органических веществ. В дальнейшем они переносятся по пищевым цепям и образуют ткани всех остальных живых существ экосистемы

Парниковый эффект – естественное явление в биосфере, обеспечивающее постоянную положительную температуру (+15 С), при помощи парниковых газов (СО 2, СН 4 и др. ), задерживающих инфракрасное излучение.

Круговорот азота

Круговорот азота Азот является элементом, необходимым для существования животных и растений. Он входит в состав: белков (16 -18% по массе), аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. В составе живых клеток по числу атомов азота: около 2%, по массовой доле - около 2, 5% (четвертое место после водорода, углерода и кислорода).

В связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых организмах, «мёртвой органике» в морях и океанах. Это количество оценивается примерно в 1, 9*1011 тонн. В результате процессов разложения органических веществ могут образовываться природные залежи полезных ископаемых, содержащие азот, например, «чилийская селитра» (нитрат натрия с примесями других соединений), норвежская, индийская селитры

Механизм круговорота азота Преобладающая часть связанного азота перерабатывается денитрифицирующими бактериями в N 2 (газ) и вновь возвращается в атмосферу. Около 10% этого аота поглощается из почвы высшими растениями и оказывается в распоряжении многоклеточных представителей

• В целом среднее поступление азота абиотического происхождения при осаждении из атмосферы в почву не превышает 10 кг/га (год). • Поступление азота биологического происхождения в почву и пищевые цепи обеспечивается: • Свободными бактериями – 25 кг/га (год); • Симбиотические – 200 кг/га (год).

Круговорот фосфора Фосфор - это слабое звено в жизненной цепи, обеспечивающей существование человека

Круговорот фосфора Громадные запасы фосфора, накопившиеся за прошлые геологические эпохи, содержат горные породы; в процессе разрушения эти породы отдают фосфаты наземным экосистемам; Часть фосфора вымывается водой и попадает в океан, а часть погружается в глубь земли. Затем вместе с отмершими остатками фосфаты погружаются в океанические глубины, часть теряется в глубинных отложениях, часть возвращается на землю с помощью морских птиц. Здесь имеется в виду Гуано – помет морских птиц, огромные залежи которого на побережье Перу указывают на то, что некогда морские птицы играли большую роль в его накоплении, чем теперь.

Круговорот фосфора полностью не замкнут • Механизм возвращения фосфора из океанов на сушу в естественных условиях совершенно не способен компенсировать потери этого элемента на седиментацию (осаждение).

Круговорот фосфора В связи с тем, что запасы фосфора на Земле малы (содержание не превышает 1% в земной коре), то любые воздействия человека на биогеохимический круговорот фосфора несут опасность потери фосфора, что делает его круговорот менее замкнутым.

Дювинье (1967) подчеркивал, что «положение однажды окажется весьма угрожающим и … можно согласиться с Уэллсом, Хаксли и Уилсом (1939) в том, что … фосфор – наиболее слабое звено в жизненной цепи, которая обеспечивает существование человека» .

Круговорот фосфора • расход тех 2 млн. тонн фосфатов, которые ежегодно добываются человеком из залежей и быстро выщелачиваются при использовании в качестве удобрений не компенсируется. Рано или поздно, это становится тревожным и опасным.

Области применения фосфора его соединений

Вывод: Существование подобных круговоротов создает возможность для саморегуляции (гомеостаза) системы: постоянство процентного содержания различных элементов.

Пять основных биогеохимических функций живого вещества (По В. И. Вернадскому) 1 – газовая. Большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. Подземные горючие газы являются продуктами разложения органических веществ растительного происхождения, захороненных ранее в осадочных толщах. 2 – концентрационная. Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. 3 – окислительно-восстановительная. Организмы, обитающие в разных водоемах, в процессе своей деятельности и после гибели регулируют кислородный режим и тем самым создают условия, благоприятные для растворения или же осаждения ряда металлов с переменной валентностью (железо, марганец, ванадий). Пример: В норме р. Н артериальной крови составляет 7, 4, т. е. близок к нейтральному. … Изменение р. Н крови, выходящее за рамки интервала 6, 8 -7, 7, несовместимо с жизнью.

4 – биохимическая. Она связана с ростом, размножением и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов, «расползанию» живого вещества в разные географические области. 5 – биогеохимическая деятельность человечества, охватывающая все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства.

Все живое население нашей планеты – живое вещество – находится в постоянном круговороте биофильных химических элементов