Біогеохімічні кругообіги основних хімічних елементів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Біогеохімічні кругообіги основних хімічних елементів

Введення
Виникнення на Землі живої матерії обумовило можливість безперервної циркуляції в біосфері хімічних елементів, переходу їх із зовнішнього середовища в організми і назад. Ця циркуляція хімічних елементів і отримала назву біогеохімічних кругообігів. Біогеохімічний кругообіг представляє собою частину біотичного кругообігу, що включає обмінні цикли хімічних елементів абіотичного походження, без яких не може існувати жива речовина (вуглець, кисень, водень, азот, фосфор, сірка та багато інших). Зазвичай виділяють три основні типи біогеохімічних кругообігів: кругообіг води, кругообіг газоподібних речовин із резервним фондом в атмосфері або гідросфері (океан), осадові цикли хімічних елементів з резервним фондом в земній корі.

Кругообіг води
Вода - основний елемент, необхідний для життя. У кількісному відношенні це найбільш розповсюджена неорганічна складова живої матерії.
В океанах зосереджено 97% загальної маси води біосфери. Припускають, що сумарне випаровування врівноважується випаданням опадів. З океану випаровується більше води, ніж надходить до нього з опадами, на суші - навпаки. «Зайві» опади, що випадають на суші, потрапляють в крижані шапки і льодовики, поповнюють грунтові води (звідти рослини черпають воду для транспірації), нарешті, опиняються в озерах та річках, повертаючись поступово зі стоком в океан. В основному кругообіг води відбувається між атмосферою й океаном.
Наявність в атмосфері значного резервного фонду сприяє тому, що кругообіги деяких газоподібних речовин здатні до досить швидкої саморегуляції при різних локальних порушення рівноваги. Так, надлишок діоксиду вуглецю, який накопичився де-небудь у результаті посиленого окиснення або горіння, швидко розсіюється вітром; крім того, інтенсивне утворення діоксиду вуглецю компенсується великим його споживанням рослинами або перетворенням у карбонати. У кінцевому підсумку в результаті саморегуляції за типом негативного зворотного зв'язку кругообіги газоподібних речовин в глобальному масштабі щодо досконалі. Основними такими циклами є кругообіги вуглецю (у складі діоксиду вуглецю), азоту, кисню, фосфору, сірки та інших біогенних елементів.
Кругообіг вуглецю
На суші він починається з фіксації діоксиду вуглецю рослинами в процесі фотосинтезу з утворенням органічних речовин і побічним виділенням кисню. Частина зв'язаного вуглецю виділяється під час дихання рослин у складі СО2
Грунтові гриби залежно від швидкості росту виділяють від 200 до 2000 см 3 СО 2 на 1 г сухої маси. Чимало діоксиду вуглецю виділяють бактерії, які в перерахунку на живу масу дихають у 200 разів інтенсивніше людини. Діоксид вуглецю виділяється також корінням рослин і численними живими організмами. Мікроорганізми розкладають віджилі рослини і загиблих тварин, в результаті чого вуглець мертвої органічної речовини окислюється до діоксиду вуглецю і знову потрапляє в атмосферу.
Між суходолом і Світовим океаном постійно йдуть процеси міграції вуглецю, в яких переважає винос його у формі карбонатних і органічних сполук з суші в океан. З Світового океану на сушу вуглець надходить у незначних кількостях у формі СО2, що виділяється в атмосферу. Вуглекислий газ атмосфери і гідросфери обмінюється і оновлюється живими організмами за 395 років.
Кругообіг азоту
Так само, як кругообіг вуглецю та інші кругообіги, охоплює всі області біосфери. У круговерті сполук азоту ключове значення належить мікроорганізмам: азотфиксаторами, нитрификаторов і денітрифікатори. Інші ж організми впливають на кругообіг азоту лише після того, як він увійде до складу їх клітин. Як відомо, бобові й представники деяких пологів інших судинних рослин (наприклад, вільха, араукарія, лох) фіксують азот за допомогою бактерій-симбіонтів. Те ж спостерігається і в деяких лишайників, які фіксують азот за допомогою симбіотичних синьо-зелених водоростей. Очевидно, що біологічна фіксація молекулярного азоту свободноживущими і симбіотичних організмами відбувається і в автотрофних, і в гетеротрофне ланках екосистем.
З величезного запасу азоту в атмосфері і осадовій оболонці літосфери в круговороті його бере участь лише фіксований азот, засвоюваний живими організмами суші та океану. У категорію обмінного фонду цього елемента входять: азот річної продукції біомаси, азот біологічної фіксації бактеріями й іншими організмами, ювенільний (вулканогенні) азот, атмосферний (фіксований при грозах) та техногенний
Неважко помітити, що, за винятком рослинності тундри, де вміст азоту та зольних елементів приблизно однаково, в рослинності майже всіх інших типів маса азоту в 2 ... 3 рази менше маси зольних елементів. Кількість елементів, що обертаються протягом року (тобто місткість біологічного круговороту), найбільша в тропічних лісах, потім у чорноземних степах і широколистяних лісах помірного поясу (дібровах).
Кругообіг кисню
У кругообігу кисню чітко виражені активна геохімічна діяльність живої речовини, її першорядна роль у цьому процесі. Біогеохімічний цикл кисню є планетарним процесом, який пов'язує атмосферу і гідросферу із земною корою. Ключові ланки цього кругообігу: освіта вільного кисню при фотосинтезі в зелених рослинах, споживання його для здійснення дихальних функцій усіма живими організмами, для реакції окислення органічних залишків і неорганічних речовин (наприклад, спалювання палива) та інші хімічні перетворення, що ведуть до утворення таких окислених сполук, як діоксид вуглецю і вода, і подальшого залучення їх у новий цикл фотосинтетичних перетворень.
Слід також враховувати використання кисню для процесу горіння І інших видів антропогенної діяльності. Передбачається, що в осяжній перспективі щорічне сумарне споживання кисню досягне 210 ... 230 млрд. т. Тим часом щорічне продукування цього газу всій фітосферой становить 240 млрд. т.
Кругообіг фосфору
Кларк цього елемента в земній корі дорівнює 0,093%, що в кілька десятків разів більше Кларка азоту. Однак на відміну від останнього фосфор не грає ролі одного з головних елементів оболонок Землі. Тим не менш геохімічний цикл фосфору включає різноманітні шляхи міграції в земній корі, інтенсивний біологічний кругообіг і міграцію в гідросфері. Фосфор - один з головних органогенних елементів. Його органічні сполуки відіграють важливу роль у процесах життєдіяльності всіх рослин і тварин, входять до складу нуклеїнових кислот, складних білків, фосфоліпідів мембран, є основою біоенергетичних процесів. Фосфор концентрується живою речовиною, де його зміст майже в 10 разів вище, ніж у земній корі. На суші протікає інтенсивний круговорот фосфору в системі грунт-рослини-тварини-грунт.
Кругообіг сірки
У біосфері сформувався досить розвинений процес циклічних перетворень сірки та її сполук. Виділяються резервні фонди цього елемента в грунті та відкладеннях (досить великі), а також в атмосфері (невеликі). В обмінному фонді сірки основна роль належить спеціалізованим мікроорганізмам, одні види яких виконують реакцію окислення, інші - відновлення. На круговоротах азоту й сірки все більше позначається промислове забруднення повітря. Спалювання викопного палива істотно збільшує надходження в атмосферу (в. зрозуміло, вміст у ній) летючих оксидів азоту (NО і NО2,) і сірки (SO2), особливо в містах. Нинішня концентрація цих інгредієнтів вже стає небезпечною для біотичних компонентів екосистем.
Кругообіг калію
Калій, як відомо, бере участь у процесах фотосинтезу, впливає на вуглеводний, азотний і фосфорний обмін, істотно позначається на осмотичних властивості клітин. Він концентрується в плодах і насінні, в інтенсивно зростаючих тканинах і органах рослин.
Поки що маловивченим залишається кругообіг калію у водному середовищі. Щороку з водним стоком у Світовий океан надходить близько 90 млн т цього елемента. Якась частина поглинається водними організмами, але значна кількість ніде не фіксується, і наступне його переміщення невідомо.
Важливою складовою частиною кругообігів є іонний і твердий стік. Кругообіг хімічних елементів проходить, як правило, відразу в декількох суміжних оболонках Землі (атмосфері та гідросфері, гідросфері і педосфери) або у всіх трьох геосферах одночасно. Надійність і сталість здійснення кругообігів забезпечуються регулярним обміном речовин та енергією між геосферами. Такого роду спрямована зв'язок наочно проявляється на прикладі іонного стоку, що представляє собою процес виносу ріками з суші хімічних елементів в іонному розчиненому стані у Світовий океан. Надійшли в іонній формі хімічні елементи, як і на суші, у водному середовищі піддаються впливу живих організмів, продовжуючи кругообіг. Міграція хімічних елементів у розчиненому стані являє собою гігантський планетарний процес.
Тверда речовина поверхні Землі не залишається нерухомим. Воно також бере участь в міграції, переміщаючись поверхневими водами суші. Поверхневі води поряд з елементами, які мігрують у розчиненому стані або з колоїдними частинками, переносять величезні маси уламків гірських поров і мінералів, звані твердим стоком (за аналогією зі стоком води). Значна частина твердого стоку переміщається в межах суші, а й обсяги, які потрапляють у моря, достатньо великі. У Світовий океан з континентів надходить щороку 22130 млн т уламкового і глинистого матеріалу, що приблизно в 7 разів перевищує кількість виносяться розчинених речовин.
Біотехносфера і ноосфера
Своєрідність біогеохімічних циклів міграції. Біосфера - не тільки ідеально організована система, але своєрідний «механізм», в якому зв'язок і співвідношення між живим і відсталим речовиною підпорядковуються суворим закономірностям, таким же непорушним, як закони руху небесних світил. Геохимически ці функції життя здійснюються завдяки розмноженню організмів. Жива речовина долає опір середовища, прагнути поширитися на вільну територію.
Швидкість розмноження - це швидкість передачі в біосфері геохімічної енергії. Вона залежить не тільки від астрономічних параметрів, але і від швидкості розповсюдження сонячно променя в середовищі, від розмірів організмів, від укладеної в них геохімічної енергії.
Істотна особливість живої речовини - його відмінність від «кісткової» середовища по просторовим і тимчасовим характеристикам. Живому речовини відповідають особливі, тільки йому притаманні простір і час.
Час індивідуального буття живих організмів пов'язано з неухильно йде процесом старіння і смертю, що мають позитивне значення для еволюційного процесу, оскільки недовговічність живих істот забезпечує не тільки тривалий і безперервний кругообіг біогенного матеріалу, а й значну мінливість морфологічних форм.
Вплив людини на біосферу
Із зростанням масштабів використання природних ресурсів, обумовлених промисловою революцією, антропогенний вплив на біосферу та її компоненти об'єктивно збільшується. Закономірний і багатосторонній процес зростання продуктивних сил найістотнішим чином розширив спектр впливу людини на природу (в тому числі й негативного). Вернадський зазначав, що виробнича діяльність людини набуває масштабів, які можна порівняти з геологічними перетвореннями. Так, до відома лісів, розорювання цілинних земель, ерозії і засолення грунтів, зниження біорізноманіття додалися нові постійно діючі механічні та фізико-хімічні фактори, що збільшують екологічний ризик.
Людина експлуатує вже більше 55% суші, використовує близько 13% річкових вод, швидкість зведення лісів сягає 18 млн. га в рік.
Вплив на біосферу зводиться до чотирьох головних форм:
- Зміна структури земної поверхні (розорювання степів, вирубування лісів, меліорація, створення штучних озер і морів, інші зміни режиму поверхневих вод і т. д.):
-Зміни складу біосфери, кругообігу і балансу становлять її речовин (вилучення корисних копалин, освіта відвалів, викид різних речовин в атмосферу і в водні об'єкти, зміна влагооборота);
- Зміна енергетичного, зокрема теплового, балансу окремих районів земної кулі, небезпечне для всієї планети;
-Зміни, що вносяться у біоту (сукупність живих організмів) внаслідок винищення деяких видів, створення нових порід тварин і сортів рослин, переміщення їх на нові місця проживання.
Розглядаючи роль людини в еволюції біосфери, характеризують порушення людиною основних принципів природного пристрої біосфери.
1. Акумулюючи енергію у вигляді складних органічних сполук і розсіюючи її у вигляді тепла, природа створила еволюційно сформований тепловий баланс, який людина порушує. При видобутку енергоресурсів людина руйнує грунту, гине або деградує рослинний покрив, забруднюються водні об'єкти та атмосфера, формуються відвали порід, що призводить, зокрема, до підйому рівня грунтових віл і появи в навколишній місцевості контурного кільця з озер, боліт і т. д.
2. Біогеохімічсскіе цикл біогенних елементів, що беруть участь в природних круговоротах, відпрацьовані еволюційно і не призводять до накопичення відходів. Людина ж використовує речовина планети вкрай неефективно, при цьому утворюється величезна кількість відходів, багато з яких переводяться з пасивної форми, в якій вони перебували в природному середовищі, в активну, токсичну форму. У результаті біосфера «збагачується» невластивими їй сполуками, тобто порушується природне співвідношення хімічних елементів і речовин.
3. При величезному різноманітті видів конкурентні та хижацькі відносини між ними сприяють встановленню біологічної рівноваги. Шлях людства, на жаль, відзначений загибеллю багатьох представників флори і фауни. За деякими даними, на Землі зникає щодня один біологічний вид.
4. Діяльність людей призвела до порушення популяційної стабільності. Зростає кількість супутніх людині видів (щурів, тарганів і т. д.), а чисельність багатьох інших популяцій, навпаки, скорочується, причому іноді в катастрофічних розмірах, що ставить вид під загрозу повного зникнення.
5. Розширюючи господарську діяльність, люди в короткі терміни змінюють параметри екологічних факторів; багато види не встигають пристосуватися до таких швидких змін.
Комплекс антропогенних факторів, що впливають на стан біосфери, на здоров'я населення, виключно різноманітний.
Біотехносфера
Біотехносфера - це область пашів планети, в якій існують живе речовина і створені людиною урбан-технічні об'єкти і де проявляються їх взаємодію і вплив на зовнішнє середовище. Біотехносфера - складний конгломерат багатьох підсистем, якими управляє людина. Ці підсистеми не акумулюють, а витрачають енергію, біомасу і кисень біосфери.
Біотехносфера та складові її техногенні підсистеми розташовані в біосфері, але вони не мають більшістю властивостей і функцій, які притаманні природним екосистемам.
Поки існує людство, Біотехносфера буде розвиватися. Але бнотехносфера повинна перебувати в стані екологічного самозабезпечення, узгодженого з законами природи і задовольняє потреб людського суспільства. При цьому суспільство має цілеспрямовано і розумно впливати на сили природи.

Ноосфера
Ноосфера - вища стадія розвитку біосфери, що характеризується збереженням усіх природних закономірностей, притаманних біосфері (при високому рівні розвитку продуктивних сил, наукової організації впливу суспільства на природу), максимальними можливостями суспільства задовольняти матеріальні і культурні потреби людини.
Ноосфера-це новий стан біосфери, засноване на універсальній зв'язку природи і суспільства, коли подальша еволюція планети Землі стане спрямовується розумом.
Необхідність перекладу біосфери в ноосферу він розглядає як гаранта виживання сучасної людини.
Перехід до ноосфери - це непростий і нешвидкий процес вироблення принципів узгоджених дії, нової поведінки людей, зміна стандартів, перебудова всього буття. Людство повинно приступити до розумного регулювання своєї чисельності і істотно знизити негативний тиск на природу, а в подальшому розробити глибоко обгрунтовані технології побудови ноосфери на базі збереження біосфери як обов'язкової умови життя.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
34.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Періодична законність хімічних елементів
Періодична законність хімічних елементів 2
Роль мікроорганізмів у кругообігу хімічних елементів у природі
Періодичний закон і періодична система хімічних елементів Д І Менделєєва на основі уявлень
Вивчення основних закономірностей протікання хімічних реакцій
Принцип міжпредметних зв`язків при вирішенні хімічних задач Розбір основних способів вирішення розрахункових
Розробка основних елементів логістичної системи
Проект візки електровоза і розрахунок основних несучих елементів
Особливості формування елементів облікової політики для обліку основних засобів та формування
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru