На головну

Біогеохімічні цикли речовин

  1.  A. Вільна енергія дорівнює 0, зміна ентропії прагне до мінімально можливого значення, спостерігаються потоки енергії і речовини в навколишнє середовище і назад.
  2.  D. АТ називається перехід речовин крізь мембрану, що протікає з витратами хімічної енергії.
  3.  F05 Делирий, не обумовлений алкоголем і іншими психоактивними речовинами.
  4.  F55 Зловживання речовинами, що не викликають залежності.
  5.  XII. Транспортування вибухопожежонебезпечних та пожежонебезпечних речовин і матеріалів
  6.  А) Оксиди. Оксидами називаються складні речовини, що складаються з двох елементів, один з яких кисень.
  7.  Аварії з викидом радіоактивних речовин

Між живим і відсталим речовиною біосфері під дією променевої енергії Сонця відбувається постійний обмін хімічними елементами. Якби все речовина на Землі не було б залучено в круговорот, життя швидко вичерпала би себе: всі доступні живій природі речовини перейшли б в масу мертвої органіки.

наука біогеохімія вивчає процеси взаємодії живих організмів з неорганічним речовиною, що призводять до руйнування гірських порід, утворення морських пластів і іншим подібним процесам, підсумком яких є закономірне розподіл хімічних елементів в біосфері.

Речовини, що знаходяться в кругообігу, переміщаються в просторі, входячи послідовно до складу різних компонентів біосфери. Активну роль в процесах переміщення і перетворення речовин грають живі організми біосфери.

Шляхи, якими рухаються хімічні елементи, називаються биогеохимическими циклами (Від слів «біо» - життя, живі організми і «гео» - неорганічна природа) або биогеохимическими круговоротами речовин.

Подання про біогеохімічних циклах ввів в науку В. І. Вернадський, який бачив в них основу організованості біосфери. Особливу увагу Вернадський приділяв ролі живих організмів в біогеохімічних круговоротах. Він сформулював наступний закон міграції: «Міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється або за безпосередньої участі живої речовини (біогенна міграція) або ж вона протікає в середовищі, геохімічні особливості якої обумовлені живою речовиною, як тим, що в даний час населяє біосферу, так і тим, яке діяло на Землі протягом усієї геологічної історії ».

Біогеохімічні цикли є обов'язковою умовою стійкості природних екосистем, обумовлюючи сталість хімічного складу різних елементів біосфери.

Повний биогеохимический круговорот багатьох елементів триває сотні тисяч і мільйони років, так як включає в себе повільні процеси руйнування гірських порід, вивітрювання продуктів руйнування і знесення їх потоками в світовий океан, утворення відкладень на дні океану, які частково повертаються на сушу з атмосферними опадами і з вилучаються на сушу водними організмами. Крім того, в біогеохімічний цикл входять постійно йдуть дуже повільні процеси опускання морського дна і підняття материків. Повний цикл кругообігу води становить приблизно 2 млн. Років, кисню - 2000 років, вуглекислого газу - 300 років.

Взагалі все речовини в біогеохімічному кругообігу рухаються по спіралі, новий виток якої не повторює повністю попередній. В результаті цього постійно змінюється вся геологічна оболонка Землі.

Як приклад розглянемо биогеохимический цикл води, на який витрачається більше третини надходить на Землю сонячної енергії. В ході кругообігу вода переходить з рідкого в газоподібний стан і знову в рідке в ході процесів випаровування з поверхні Землі (водойм і грунту) і транспірації.

Транспірація - це процес біологічного випаровування води через листя рослин.


Підраховано, що в круговерті речовин на Землі беруть участь понад 500 тис. Км3 води в рік (500 · 1027 тонн).

Особливістю кругообігу води є те, що з поверхні океану випаровується води більше, ніж повертається з опадами. Кількість води, що випарувалася з суші, навпаки, менше, ніж обсяг опадів, що випали. Ця вода надходить в екосистеми суші, а її надлишок повертається в океан з грунтовими водами і поверховим стоком. Кругообіг води відіграє важливу роль у формуванні клімату Землі.

У межах єдиного біогеохімічного кругообігу будь-якого елементу можна виділити його частину, пов'язану з діяльністю живих організмів. Це так званий малий або біологічний круговорот цього елемента.

В основі малого кругообігу лежать процеси синтезу і руйнування органічних сполук, що входять до складу живих клітин. Ці два взаємопов'язані процеси забезпечують життя на Землі і складають одну з її головних особливостей. До подібних процесів в першу чергу відносяться фотосинтез, хемосинтез і дихання. В ході малого кругообігу сполуки вуглецю, вода і поживні речовини грунту накопичуються в рослинах, утворюючи різні органічні речовини. Синтезовані речовини частково витрачаються на життєві процеси рослин, а потім в процесі харчування переходять до тварин. Утворені відходи життєдіяльності і продукти розпаду органічних сполук розкладаються мікроорганізмами до простих мінеральних речовин і знову втягуються в круговорот.

У складі малого кругообігу можна виділити чотири основних складових: запаси мінеральних речовин у воді та грунті, продуценти, консументи, редуценти.

продуценти створюють первинне органічна речовина, продукуючи його з неорганічного. До них відносяться рослини і деякі мікроорганізми.

Гетеротрофи харчуються створеним продуцентами органічною речовиною, але не доводять його розкладання до простих мінеральних компонентів. Це тварини, риби, птиці, а також людина.

редуценти переробляють відходи життєдіяльності продуцентів і консументів, утворюючи замкнутий цикл органічної речовини. Редуцентамі є деякі мікроорганізми і комахи (личинки комах, черв'яки), а також гриби.

Маса речовини, що входить до складу живих організмів, становить 0.01% від загальної маси біосфери або 0,0001% від ваги земної кори. Однак речовини переміщається по малому кругообігу з дуже великою швидкістю, в сотні тисяч і мільйони разів перевищує швидкість речовин у великому круговороті. Це пояснюється тим, що всі процеси в живих організмах прискорюються особливими біологічними каталізаторами - ферментами. У кожній живій клітині є сотні ферментів, за допомогою яких при відносно низьких температурах здійснюються складні органічні перетворення. Сукупність каталізуються ферментами хімічних реакцій становить основу обміну речовин в живих організмах.

При розгляді потоків речовини і енергії в біосфері необхідно врахувати, що в природі хімічні елементи розподілені нерівномірно. У будь-якій екосистемі і біосфері в цілому розрізняють резервний и обмінний фонди елементів.

Резервний фонд становить значну частину речовини, в основному не пов'язаного з живими організмами і знаходиться в стані повільного геологічного кругообігу. Ця речовина гірських порід, нижніх шарів грунту, велика частина газоподібних речовин в атмосфері, глибинні відкладення на дні океану і т. Д.

Залежно від місцезнаходження основного резерву хімічного елемента виділяють два типи кругообігу речовин.

1) Кругообіг газоподібних речовин з основним резервним фондом в атмосфері (рідше в гідросфері).


Мал. 1 Принципова схема кругообігу газоподібних речовин

До цього типу належать кругообіг азоту, кисню.

Кругообіг газоподібних речовин з резервним фондом в атмосфері зазвичай найбільш налагоджені і краще піддаються саморегуляції. Це обумовлено більшою рухливістю повітряних мас і більшою швидкістю обміну речовин в атмосфері.

2) осадові цикли з резервним фондом в літосфері (в основному у вигляді мінеральних відкладень в земній корі).


Мал. 2 Принципова схема осадових циклів

Прикладами є кругообіг сірки, фосфору, заліза.

Осадові цикли менш стабільні, так як речовина літосфери менш рухомий, ніж речовина атмосфери. Тому кругообіг речовин з резервом в літосфері більше схильні до змін ззовні. Велика маса речовини, що знаходиться в резервному фонді, може вийти з кругообігу і перейти в більш глибокі відкладення, недоступні живим організмам.

На відміну від резервного обмінний фонд є порівняно невелика кількість речовини, для якого характерний швидкий обмін між живими організмами і навколишнім середовищем. В обмінному фонді знаходяться в основному біогенні елементи, що входять до складу живих організмів.

Кругообіг речовин, що знаходяться в обмінному фонді, забезпечуються живими організмами або живим речовиною, за визначенням В. І. Вернадського. Він виділив п'ять функцій живої речовини, що забезпечують його залучення в малий кругообіг:

1) газова функція - Утворення різних газів при розкладанні органічної речовини; саме таким шляхом утворені основні гази сучасної атмосфери;

2) концентрационная функція - Полягає в тому, що живі організми накопичують (концентрують) в своїх тілах багато хімічні елементи (вуглець, кальцій, водорості - кремній і йод, хребетні - фосфор);

3) окислювально-відновна функція - Зміна ступеня окислення організмів і перехід їх з однієї форми в іншу;

4) біохімічна функція - Збільшення кількості живої речовини і переміщення його по планеті;

5) биогеохимическая діяльність людини - Змінює кругообіг більшості елементів.

Кругообіг речовин є обов'язковою умовою саморегуляції природних екосистем. Чим краще організовані кругообіг хімічних елементів в системі, тим вона стабільніше. Стабільні екосистеми мають здатність поглинати елементи з навколишнього середовища і зберігати їх в обмінному фонді.

Основним джерелом енергії для здійснення кругообігу всіх елементів служить Сонце. Кожен елемент рухається в біосфері за своїм особливим шляхом, але кругообіг всіх речовин взаємопов'язані і часто перетинаються. Кругообіг речовин на Землі пов'язаний з космічним кругообігом. Утворені на Землі легкі гази (водень, гелій) потрапляють в космічний простір. З іншого боку, з космосу з космічним пилом, метеоритами, сонячним вітром на Землю надходить велика кількість хімічних елементів.

В даний час чоловік робить сильний вплив на кругообіг багатьох елементів. При видобутку природних ресурсів виснажуються резервні фонди елементів в літосфері. При цьому велика частина речовини виходить з кругообігу. В результаті діяльності людини кругообіг багатьох елементів втрачають циклічність, що веде до зниження стійкості всієї біосфери в цілому. Сама людина, будучи компонентом біосфери, також відчуває негативний наслідок своєї діяльності: в одних месах виникає брак природних ресурсів, а в інших - надлишок продуктів їх переробки, що веде до забруднення середовища.

Однією з основних завдань охорони природи є повернення речовин в круговорот і повернення циклічності природних процесів.

 




 П Про Е К О Л О Г І Ї |  Розділ 2. Конспект лекцій з екології |  Лекція. |  Екосистемою називається безрозмірна стійка система живих і неживих компонентів природи, в якій здійснюється зовнішній і внутрішній кругообіг речовин і енергії. |  Термодинаміка процесів живої природи. Негентропії. |  Гомеостаз і стійкість екологічних систем. Сукцесія. |  Екологічний фактор - це будь-яка умова середовища, здатне надавати прямий або непрямий вплив на живі організми. |  Біотичні фактори являють собою сукупність впливу життєдіяльності живих організмів на інші живі організми і на навколишнє середовище. |  Адаптації. Життєві форми. |  Природні ресурси і їх класифікація. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати