Головна |
Кругообіг вуглекислого газу, азоту, кисню і воднюВуглекислий газ входить до складу всіх органічних речовин, а тому його кругообіг найбільш поширений в природі. Він здійснюється за допомогою трьох груп організмів: продуцентів, консументів, редуцентов. Органічне речовина синтезується зеленими рослинами в процесі фотосинтезу з вуглекислого газу атмосфери, вміст якого дорівнює лише 0,03-0,04%. У гідросфері СО2 розчинений у воді, і загальне його зміст набагато перевищує атмосферний. Океан служить потужним буфером регуляції СО2 в атмосфері: при підвищенні в повітрі його концентрації збільшується поглинання вуглекислого газу водою. Вуглекислий газ атмосфери і гідросфери є обмінний фонд у кругообігу вуглецю, звідки його черпають наземні рослини і водорості. Фотосинтез лежить в основі всіх біологічних кругообігів на Землі. Вивільнення фіксованого вуглецю відбувається в ході дихальної активності самих фотосинтезирующих організмів і всіх гетеротрофів - бактерій, грибів, тварин, що включаються в ланцюзі харчування за рахунок живого або мертвого органічної речовини. Рис.3 Кругообіг вуглецю в біосфері (по Б. Боліну, 1972) Особливо активно відбувається повернення в атмосферу СО2 з грунту, де зосереджена діяльність численних груп деструкторов і редуцентов і здійснюється дихання кореневих систем рослин. Цей інтегральний процес позначається як «грунтову дихання» і вносить істотний внесок в поповнення обмінного фонду СО2 в повітрі. Паралельно з процесами мінералізації органічної речовини в грунтах утворюється гумус - багатий вуглецем складний і стійкий молекулярний комплекс. Гумус є носієм ґрунтової родючості, оскільки руйнується певними групами мікроорганізмів повільно і поступово, забезпечуючи рівномірне живлення рослин. Гумус грунтів є одним з важливих резервуарів вуглецю на суші. У тих умовах, де діяльність деструкторів гальмується факторами зовнішнього середовища (наприклад, при виникненні анаеробного режиму в грунтах і на дні водойм), органічна речовина, накопичене рослинністю, не розкладається, перетворюючись з часом в такі породи, як кам'яний або буре вугілля, торф, сапропелі, горючі сланці та інші, багаті накопиченої сонячною енергією. Вони поповнюють собою резервний фонд вуглецю. У біологічному кругообігу беруть участь лише частки відсотка вуглецю від загального його кількості на Землі. Вуглець атмосфери та гідросфери багаторазово проходить через живі організми. Рослини суші здатні вичерпати його запаси в повітрі за 4-5 років, запаси в грунтовому гумусі - за 300-400 років. Основний повернення вуглецю в обмінний фонд відбувається за рахунок діяльності живих організмів, і лише невелика частина його (тисячні частки відсотка) компенсується виділенням з надр Землі в складі вулканічних газів. В даний час потужним фактором перекладу вуглецю з резервного в обмінний фонд біосфери стає видобуток і спалювання величезних запасів горючих копалин. Завдяки збільшенню згоряння горючих речовин вміст вуглекислого газу в атмосфері подвоїться. Такі швидкі зміни вмісту вуглекислого газу в атмосфері, внаслідок якого відбувається так званий парниковий ефект (нагрівання атмосфери інфрачервоними променями, завдяки вмісту в ній СО2), Може привести до перегріву географічної оболонки. Наслідки чого для долі людського суспільства посилено обговорюються і вимагають науково обґрунтованого прогнозування. Азот, який є уособленням білкового життя в біосфері в основному зосереджений в атмосфері, де його частина становить близько 78%. Тобто на 1 га поверхні Землі припадає товща повітря з приблизно 80 тис. Т азоту. Однак в такому вигляді він недоступний рослинам. У вирі сполук азоту дуже велике значення відводиться мікроорганізмам і азотофіксаторів. Тільки завдяки їм елементарний азот з повітря надходить в грунт. Найбільшу роль в цих процесах відіграють пухирчасті бактерії, які тісно співпрацюють з бобовими рослинами. При високому врожаї цих рослин можна збагатити грунт близько 400 кг азоту на 1 га. Якщо навіть урожай цих рослин буде вивезено з поля, значна частина азоту залишиться з корінням в грунті. Кількість азоту, пов'язаного біологічнимкруговоротом, є неоднаковим у різних екосистемах. Наприклад, на проораних землі - 7-28 кг / га за рік, на сінокосах з участю злакових трав і бобових - 73-865, а в лісах - 58-594 кг / га за рік. Подібним чином деякі лишайники фіксують азот за допомогою симбіотичних синьо-зелених водоростей. Рис.4 Кругообіг азоту в біосфері (по К. Делвічу, 1972) Відомо, що Ю. Лібіх (1843) сформулював твердження, згідно з яким рослини можуть повністю забезпечити свої потреби азотом, який надходить в землю разом з атмосферними опадами (27 кг / га). Однак уже через кілька років В. І. Лавеса і І. Г. Гільберт, вивчивши баланс азоту в плодоношенні, довели, що додатковий внесок азоту в грунт є необхідним, що визнав і сам Ю. Лібіх. Виникнення в атмосфері окисів азоту пов'язано з газовими електричними розрядами. Ці кислоти разом з атмосферними опадами потрапляють у грунт. Кількість азоту, яке вона отримує, є дуже різним і залежить, перш за все, від кліматичних умов, особливо від кількості і частоти опадів, пори року, температури і ін. У помірному кліматі ця кількість становить кілька кілограмів за рік, а в тропічному, де спостерігається часті бурі, його значно більше, але в середньому не більше 10 кг. В атмосферу азот в певних кількостях надходить з грунтів. Це відбувається за участю мікроорганізмів під час мінералізації органічної матерії, коли в процесі аммонификации виділяється аміак. Біологічна фіксація молекулярного азоту мікроорганізмами, як тими, що вільно пересуваються, так і симбионтами (пузирчастими), відбувається в автотрофних і гетеротрофних блоках біогеоценозів. Для кругообігу азоту необхідними є молібден, який в окремих випадках виступає як фактор, що лімітує. Незважаючи на величезні запаси цього елемента в атмосфері і в осадової оболонці літосфери, в круговерті бере участь тільки фіксований мікроорганізмами азот. У великій круговорот весь час надходить частина азоту у вигляді різних сполук, які річками виносяться в моря. Азотовмісні сполуки використовуються водоростями для синтезу органічних речовин і надходить в кругообіг океану, частина поступово осідає на дно. Тобто винос азоту на суші не збільшує його концентрації в морській воді. У біомасі Світового океану цих елементів в 1000 разів менше. Якщо розглядати кругообіг азоту в масштабах біосфери, то завдяки саморегулюючим механізмам і зворотного зв'язку він вважається досить ідеальним. Частина азоту, який виробляється в густонаселених районах, в прісній воді і мілководних морях, виноситься в глибоководні океанічні відкладення і залишається там, виключити на мільйони років з кругообігу. Ці втрати компенсуються надходженням азоту в повітря з вулканічними газами. Сучасна промисловість добрив фіксує азот атмосфери в розмірах, що перевищують природну азотфіксацию з метою збільшення продукції сільськогосподарських рослин. Високі дози азотних добрив призводять, однак, до вимивання нітратів в грунтові води, водойми і в кінцевому рахунку - питну воду, а також до надлишку їх в продуктах харчування, що є небезпечним для людини. Таким же джерелом забруднень служать стічні води з високим вмістом амонію. На його окислення до нітратів витрачається розчинений у воді кисень, що часто буває згубно для гідробіонтів. Таким чином, діяльність людини все сильніше впливає на кругообіг азоту, в основному в бік перевищення перекладу його в пов'язані форми над процесами повернення в молекулярне стан. Кисень і водень входять до складу всіх органічних сполук. Вони поглинаються продуцентами в складі води і вуглекислого газу в процесі фотосинтезу, всіма іншими організмами, з органічною речовиною, створеним продуцентами, під час дихання (з атмосфери або водного розчину) і споживання питної води. як кінцеві продукти біологічного кругообігу, водень і частина кисню повертається в неживу середу так само у вигляді води, а кисень, крім того, виділяється в молекулярній формі в атмосферу рослинами-продуцентами як один з кінцевих продуктів фотосинтезу. Накопичення кисню в атмосфері і гідросфері відбувається в геологічній історії в результаті неповної замкнутості циклу вуглецю. На повне розкладання органічної речовини, створюваного рослинами, потрібно точно така ж кількість кисню, яка виділилася при фотосинтезі. Поховання органіки в осадових породах, вугіллі, торфу послужило основою підтримки обмінного фонду кисню в атмосфері. Весь наявний в ній кисень проходить повний цикл через живі організми приблизно за 2000 років. В даний час значна частина кисню атмосфери зв'язується в результаті роботи транспорту, промисловості та інших форм антропогенної діяльності. За розрахунками, людство витрачає вже більше 10 млрд. Т вільного кисню із загальної кількості в 430-470 млрд. Т поставляються процесами фотосинтезу. Якщо врахувати, що в обмінний фонд надходить лише невелика частина фотосинтетичного кисню, діяльність людей в цьому відношенні починає набувати загрозливих масштабів. Поняття про біосферу | Еволюція біосфери в ноосферу Вступ | Поняття і склад географічної оболонки | Етапи формування географічної оболонки | Етапи перетворення біосфери в техносферу | Концепція становлення ноогенеза і техногенеза. | |