Какое значение имеет круговорот биогенных веществ в природе? Химические элементы в природе – круговорот и миграция Круговорот воды в природе
Биогеохимические круговороты основных химических элементов
Введение
Возникновение на Земле живой материи обусловило возможность беспрерывной циркуляции в биосфере химических элементов, перехода их из внешней среды в организмы и обратно. Эта циркуляция химических элементов и получила название биогеохимических круговоротов. Биогеохимический круговорот представляет собой часть биотического круговорота, включающую обменные циклы химических элементов абиотического происхождения, без которых не может существовать живое вещество (углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера и многие другие). Обычно выделяют три основных типа биогеохимических круговоротов: круговорот воды, круговороты газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан), осадочные циклы химических элементов с резервным фондом в земной коре.
Круговорот воды
Вода - основной элемент, необходимый для жизни. В количественном отношении это наиболее распространенная неорганическая составляющая живой материи.
В океанах сосредоточено 97 % общей массы воды биосферы. Предполагают, что суммарное испарение уравновешивается выпадением осадков. Из океана испаряется больше воды, чем поступает в него с осадками, на суше - наоборот. «Лишние» осадки, выпадающие на суше, попадают в ледяные шапки и ледники, пополняют грунтовые воды (оттуда растения черпают воду для транспирации), наконец, оказываются в озерах и реках, возвращаясь постепенно со стоком в океан. В основном круговорот воды происходит между атмосферой и океаном.
Наличие в атмосфере значительного резервного фонда благоприятствует тому, что круговороты некоторых газообразных веществ способны к достаточно быстрой саморегуляции при различных локальных нарушениях равновесия. Так, избыток диоксида углерода, накопившегося где-либо в результате усиленного окисления или горения, быстро рассеивается ветром; кроме того, интенсивное образование диоксида углерода компенсируется большим его потреблением растениями или превращением в карбонаты. В конечном итоге в результате саморегуляции по типу отрицательной обратной связи круговороты газообразных веществ в глобальном масштабе относительно совершенны. Основными такими циклами являются круговороты углерода (в составе диоксида углерода), азота, кислорода, фосфора, серы и других биогенных элементов.
Круговорот углерода
На суше он начинается с фиксации диоксида углерода растениями в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и побочным выделением кислорода. Часть связанного углерода выделяется во время дыхания растений в составе СО2
Почвенные грибы в зависимости от скорости роста выделяют от 200 до 2000 см3 СО2 на 1 г сухой массы. Немало диоксида углерода выделяют бактерии, которые в пересчете на живую массу дышат в 200 раз интенсивнее человека. Диоксид углерода выделяется также корнями растений и многочисленными живыми организмами. Микроорганизмы разлагают отжившие растения и погибших животных, в результате чего углерод мертвого органического вещества окисляется до диоксида углерода и снова попадает в атмосферу.
Между сушей и Мировым океаном постоянно идут процессы миграции углерода, в которых преобладает вынос его в форме карбонатных и органических соединений с суши в океан. Из Мирового океана на сушу углерод поступает в незначительных количествах в форме СО2, выделяемого в атмосферу. Углекислый газ атмосферы и гидросферы обменивается и обновляется живыми организмами за 395 лет.
Круговорот азота
Так же, как круговорот углерода и другие круговороты, охватывает все области биосферы. В круговороте соединений азота ключевое значение принадлежит микроорганизмам: азотфиксаторам, нитрификаторам и денитрификаторам. Другие же организмы оказывают влияние на круговорот азота лишь после того, как он войдет в состав их клеток. Как известно, бобовые и представители некоторых родов других сосудистых растений (например, ольха, араукария, лох) фиксируют азот с помощью бактерий-симбионтов. То же наблюдается и у некоторых лишайников, фиксирующих азот с помощью симбиотических сине-зеленых водорослей. Очевидно, что биологическая фиксация молекулярного азота свободноживущими и симбиотическими организмами происходит и в автотрофном, и в гетеротрофном звеньях экосистем.
Из огромного запаса азота в атмосфере и осадочной оболочке литосферы в круговороте его участвует только фиксированный азот, усваиваемый живыми организмами суши и океана. В категорию обменного фонда этого элемента входят: азот годичной продукции биомассы, азот биологической фиксации бактериями и другими организмами, ювенильный (вулканогенный) азот, атмосферный (фиксированный при грозах) и техногенный
Нетрудно заметить, что, за исключением растительности тундры, где содержание азота и зольных элементов примерно одинаково, в растительности почти всех других типов масса азота в 2… 3 раза меньше массы зольных элементов. Количество элементов, оборачивающихся в течение года (т.е. емкость биологического круговорота), наибольшее в тропических лесах, затем в черноземных степях и широколиственных лесах умеренного пояса (дубравах).
Круговорот кислорода
В круговороте кислорода отчетливо выражены активная геохимическая деятельность живого вещества, его первостепенная роль в этом процессе. Биогеохимический цикл кислорода является планетарным процессом, который связывает атмосферу и гидросферу с земной корой. Ключевые звенья этого круговорота: образование свободного кислорода при фотосинтезе в зеленых растениях, потребление его для осуществления дыхательных функций всеми живыми организмами, для реакции окисления органических остатков и неорганических веществ (например, сжигания топлива) и другие химические преобразования, ведущие к образованию таких окисленных соединений, как диоксид углерода и вода, и последующему вовлечению их в новый цикл фотосинтетических превращений.
Следует также учитывать использование кислорода для процесса горения И других видов антропогенной деятельности. Предполагается, что в обозримой перспективе ежегодное суммарное потребление кислорода достигнет 210...230 млрд. т. Между тем ежегодное продуцирование этого газа всей фитосферой составляет 240 млрд. т.
Круговорот фосфора
Кларк этого элемента в земной коре равен 0,093 %, что в несколько десятков раз больше кларка азота. Однако в отличие от последнего фосфор не играет роли одного из главных элементов оболочек Земли. Тем не менее геохимический цикл фосфора включает разнообразные пути миграции в земной коре, интенсивный биологический круговорот и миграцию в гидросфере. Фосфор - один из главных органогенных элементов. Его органические соединения играют важную роль в процессах жизнедеятельности всех растений и животных, входят в состав нуклеиновых кислот, сложных белков, фосфолипидов мембран, являются основой биоэнергетических процессов. Фосфор концентрируется живым веществом, где его содержание почти в 10 раз выше, чем в земной коре. На суше протекает интенсивный круговорот фосфора в системе почва-растения-животные-почва.
Круговорот серы
В биосфере сформировался достаточно развитый процесс циклических преобразований серы и ее соединений. Выделяются резервные фонды этого элемента в почве и отложениях (довольно обширные), а также в атмосфере (небольшие). В обменном фонде серы основная роль принадлежит специализированным микроорганизмам, одни виды которых выполняют реакцию окисления, другие - восстановления. На круговоротах азота и серы все больше сказывается промышленное загрязнение воздуха. Сжигание ископаемого топлива существенно увеличивает поступление в атмосферу (и. разумеется, содержание в ней) летучих окислов азота (NО и NО2,) и серы (SO2), особенно в городах. Нынешняя концентрация этих ингредиентов уже становится опасной для биотических компонентов экосистем.
Круговорот калия
Калий, как известно, принимает участие в процессах фотосинтеза, оказывает влияние на углеводный, азотный и фосфорный обмен, существенным образом сказывается на осмотических свойствах клеток. Он концентрируется в плодах и семенах, в интенсивно растущих тканях и органах растений.
Пока что малоизученным остается круговорот калия в водной среде. Каждый год с водным стоком в Мировой океан поступает около 90 млн т этого элемента. Какая-то часть поглощается водными организмами, но значительное количество нигде не фиксируется, и последующее его перемещение неизвестно.
Важной составной частью круговоротов является ионный и твердый сток. Круговорот химических элементов проходит, как правило, сразу в нескольких сопредельных оболочках Земли (атмосфере и гидросфере, гидросфере и педосфере) либо во всех трех геосферах одновременно. Надежность и постоянство осуществления круговоротов обеспечиваются регулярным обменом веществ и энергией между геосферами. Такого рода направленная связь наглядно проявляется на примере ионного стока, представляющего собой процесс выноса реками с суши химических элементов в ионном растворенном состоянии в Мировой океан. Поступившие в ионной форме химические элементы, как и на суше, в водной среде подвергаются воздействию живых организмов, продолжая круговорот. Миграция химических элементов в растворенном состоянии представляет собой гигантский планетарный процесс.
Твердое вещество поверхности Земли не остается неподвижным. Оно также участвует в миграции, перемещаясь поверхностными водами суши. Поверхностные воды наряду с элементами, мигрирующими в растворенном состоянии или с коллоидными частицами, переносят огромные массы обломков горных порол и минералов, называемые твердым стоком (по аналогии со стоком воды). Значительная часть твердого стока перемещается в пределах суши, но и объемы, попадающие в моря, достаточно велики. В Мировой океан с континентов поступает каждый год 22,13 млрд т обломочного и глинистого материала, что примерно в 7 раз превышает количество выносимых растворенных веществ.
Биотехносфера и ноосфера
Своеобразие биогеохимических циклов миграции. Биосфера - не только идеально организованная система, но своеобразный «механизм», в котором связь и соотношение между живым и косным веществом подчиняются строгим закономерностям, таким же непреложным, как законы движения небесных светил. Геохимически эти функции жизни осуществляются благодаря размножению организмов. Живое вещество преодолевает сопротивление среды, стремиться распространиться на свободную территорию.
Скорость размножения - это скорость передачи в биосфере геохимической энергии. Она зависит не только от астрономических параметров, но и от скорости распространения солнечно луча в среде, от размеров организмов, от заключенной в них геохимической энергии.
Существенная особенность живого вещества - его отличие от «косной» среды по пространственным и временным характеристикам. Живому веществу соответствуют особые, только ему присущие пространство и время.
Время индивидуального бытия живых организмов связано с неуклонно идущим процессом старения и смертью, имеющими положительное значение для эволюционного процесса, поскольку недолговечность живых существ обеспечивает не только длительный и непрерывный круговорот биогенного материала, но и значительную изменчивость морфологических форм.
Воздействие человека на биосферу
С ростом масштабов использования природных ресурсов, обусловленных промышленной революцией, антропогенное влияние на биосферу и ее компоненты объективно увеличивается. Закономерный и многосторонний процесс роста производительных сил существеннейшим образом расширил спектр воздействия человека на природу (в том числе и негативного). Вернадский отмечал, что производственная деятельность человека приобретает масштабы, сравнимые с геологическими преобразованиями. Так, к сведению лесов, распашке целинных земель, эрозии и засолению почв, снижению биоразнообразия добавились новые постоянно действующие механические и физико-химические факторы, усугубляющие экологический риск.
Человек эксплуатирует уже более 55 % суши, использует около 13 % речных вод, скорость сведения лесов достигает 18 млн. га в год.
Воздействие на биосферу сводится к четырем главным формам:
Изменение структуры земной поверхности (распашка степей, вырубка лесов, мелиорация, создание искусственных озер и морей, другие изменения режима поверхностных вод и т. д.):
Изменения состава биосферы, круговорота и баланса слагающих ее веществ (изъятие полезных ископаемых, образование отвалов, выброс различных веществ в атмосферу и в водные объекты, изменение влагооборота);
Изменение энергетического, в частности теплового, баланса отдельных районов земного шара, опасное для всей планеты;
Изменения, вносимые в биоту (совокупность живых организмов) в результате истребления некоторых видов, создания новых пород животных и сортов растений, перемещения их на новые места обитания.
Рассматривая роль человека в эволюции биосферы, характеризуют нарушение человеком основных принципов естественного устройства биосферы.
1. Аккумулируя энергию в виде сложных органических соединений и рассеивая ее в виде тепла, природа создала эволюционно сложившийся тепловой баланс, который человек нарушает. При добыче энергоресурсов человек разрушает почвы, гибнет или деградирует растительный покров, загрязняются водные объекты и атмосфера, формируются отвалы пород, что приводит, в частности, к подъему уровня грунтовых вол и появлению в окружающей местности контурного кольца из озер, болот и т. д.
2. Биогеохимичсские цыклы биогенных элементов, участвующих в природных круговоротах, отработаны эволюционно и не приводят к накоплению отходов. Человек же использует вещество планеты крайне неэффективно; при этом образуется огромное количество отходов, многие из которых переводятся из пассивной формы, в которой они находились в природной среде, в активную, токсичную форму. В результате биосфера «обогащается» несвойственными ей соединениями, т.е. нарушается естественное соотношение химических элементов и веществ.
3. При огромном многообразии видов конкурентные и хищнические отношения между ними способствуют установлению биологического равновесия. Путь человечества, к сожалению, отмечен гибелью многих представителей флоры и фауны. По некоторым данным, на Земле исчезает ежедневно один биологический вид.
4. Деятельность людей привела к нарушению популяционной стабильности. Растет количество сопутствующих человеку видов (крыс, тараканов и т. д.), а численность многих других популяций, напротив, сокращается, причем иногда в катастрофических размерах, что ставит вид под угрозу полного исчезновения.
5. Расширяя хозяйственную деятельность, люди в короткие сроки меняют параметры экологических факторов; многие виды не успевают приспособиться к таким быстрым изменениям.
Комплекс антропогенных факторов, влияющих на состояние биосферы, на здоровье населения, исключительно разнообразен.
Биотехносфера
Биотехносфера - это область пашей планеты, в которой существуют живое вещество и созданные человеком урбано-технические объекты и где проявляются их взаимодействие и влияние на внешнюю среду. Биотехносфера - сложный конгломерат многих подсистем, которыми управляет человек. Эти подсистемы не аккумулируют, а расходуют энергию, биомассу и кислород биосферы.
Биотехносфера и составляющие ее техногенные подсистемы расположены в биосфере, но они не обладают большинством свойств и функций, которые присущи природным экосистемам.
Пока существует человечество, биотехносфера будет развиваться. Но бнотехносфера должна пребывать в состоянии экологического самообеспечения, согласованного с законами природы и удовлетворяющего нуждам человеческого общества. При этом общество должно целенаправленно и разумно воздействовать на силы природы.
Ноосфера
Ноосфера - высшая стадия развития биосферы, характеризующаяся сохранением всех естественных закономерностей, присущих биосфере (при высоком уровне развития производительных сил, научной организации воздействия общества на природу), максимальными возможностями общества удовлетворять материальные и культурные потребности человека.
Ноосфера-это новое состояние биосферы, основанное на универсальной связи природы и общества, когда дальнейшая эволюция планеты Земли сделается направляемой разумом.
Необходимость перевода биосферы в ноосферу он рассматривает в качестве гаранта выживания современного человека.
Переход к ноосфере - это непростой и небыстрый процесс выработки принципов согласованных действии, нового поведения людей, смена стандартов, перестройка всего бытия. Человечество должно приступить к разумному регулированию своей численности и существенно снизить негативное давление на природу, а в последующем разработать глубоко обоснованные технологии построения ноосферы на базе сохранения биосферы как обязательного условия жизни.
Деятельность живых организмов в биосфере сопровождается извлечением из окружающей среды больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный (с участием живых организмов) круговорот веществ в природе, т. е. циркуляция веществ между литосферой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Под круговоротом веществ понимают повторяющийся процесс превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее выраженный циклический характер.
В круговороте веществ принимают участие все живые организмы, поглощающие из внешней среды одни вещества и выделяющие в нее другие. Так, растения потребляют из внешней среды углекислый газ, воду и минеральные соли и выделяют в нее кислород. Животные вдыхают кислород, выделенный растениями, а поедая их, усваивают синтезированные из воды и углекислого газа органические вещества и выделяют углекислый газ, воду и вещества непереваренной части пищи. При разложении бактериями и грибами отмерших растений и животных образуется дополнительное количество углекислого газа, а органические вещества превращаются в минеральные, которые попадают в почву и снова усваиваются растениями. Таким образом, атомы основных химических элементов постоянно совершают миграцию из одного организма в другой, из почвы, атмосферы и гидросферы - в живые организмы, а из них - в окружающую среду, пополняя таким образом неживое вещество биосферы. Эти процессы повторяются бесконечное число раз. Так, например, весь атмосферный кислород проходит через живое вещество за 2 тыс. лет, весь углекислый газ - за 200-300 лет.
Непрерывная циркуляция химических элементов в биосфере по более или менее замкнутым путям называется биогеохимическим циклом. Необходимость такой циркуляции объясняется ограниченностью их запасов на планете. Чтобы обеспечить бесконечность жизни, химические элементы должны совершать движение по кругу. Круговорот каждого химического элемента является частью общего грандиозного круговорота веществ на Земле, т. е. все круговороты тесно связаны между собой.
Круговорот веществ, как и все происходящие в природе процессы, требует постоянного притока энергии. Основой биогенного круговорота, обеспечивающего существование жизни, является солнечная энергия. Связанная в органических веществах энергия но ступеням пищевой цепи уменьшается, потому что большая ее часть поступает в окружающую среду в виде тепла или же тратится на осуществление процессов, происходящих в организмах, Поэтому в биосфере наблюдается поток энергии и ее преобразование. Таким образом, биосфера может быть устойчивой только при условии постоянного круговорота веществ и притока солнечной энергии.
Круговорот в природе
Деятельность живых организмов сопровождается извлечением из окружающей их неживой природы больших количеств минеральных веществ. После
смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный круговорот веществ в природе, т.е.
циркуляция веществ между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.
Приведём некоторые примеры.
Круговорот воды.
Под действием энергии Солнца вода испаряется с поверхности водоёмов и воздушными течениями переносятся на большие расстояния. Выпадая на
поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород и делает составляющие их минералы доступными для растений,
микроорганизмов и животных. Она размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворёнными в ней химическими соединениями и взвешенными
органическими и неорганическими частицами в моря и океаны. Циркуляция воды между океаном и сушей важнейшее звено в поддержании жизни на Земле.
Растения участвуют в круговороте воды двояким способом: извлекают её из почвы и испаряют в атмосферу; часть воды в клетках растений
расщепляется в процессе фотосинтеза. При этом водород фиксируется в виде органических соединений, а кислород поступает в атмосферу.
Животные потребляют воду для поддержания осмотического и солевого равновесия в организме и выделяют её во внешнюю среду вместе с продуктами
обмена веществ.
Круговорот углерода.
Углерод поступает в биосферу в результате фиксации его в процессе фотосинтеза. Количество углерода, ежегодно связываемого растениями,
оценивается в 46 млрд. т. Часть его поступает в тело животных и освобождается в результате дыхания в виде СО2, который вновь поступает в атмосферу.
Кроме того, запасы углерода в атмосфере пополняются за счёт вулканической деятельности и сжигания человеком горючих ископаемых. Хотя основная часть
поступающего в атмосферу диоксида углерода поглощается океаном и откладывается в виде карбонатов, содержание СО2 в воздухе медленно, но неуклонно
повышается.
Круговорот азота.
Азот один из основных биогенных элементов в громадных количествах содержится в атмосфере, где составляет 80% от общей массы её газообразных
компонентов. Однако в молекулярной форме он не может использоваться ни высшими растениями, ни животными.
В форму, пригодную для использования, атмосферный азот переводят электрические разряды (при которых образуются оксиды азота, в соединении с
водой дающие азотистую и азотную кислоты) , азотфиксирующие бактерии и синезелёные водоросли. Одновременно образуется аммиак, который другие
хемосинтезирующие бактерии последовательно переводят в нитриты и нитраты. Последние наиболее усвояемы для растений. Биологическая фиксация азота
на суше составляет примерно 1 г/м2, а в плодородных областях достигает 20 г/м2.
После отмирания организмов гнилостные бактерии разлагают азотсодержащие соединения до аммиака. Часть его уходит в атмосферу, часть
восстанавливается денитрифицирующими бактериями до молекулярного азота, но основная масса окисляется до нитритов и нитратов и вновь используется.
Некоторое количество соединений азота оседает в глубоководных отложениях и надолго (миллионы лет) выключается из круговорота. Эти потери
компенсируются поступлением азота в атмосферу с вулканическими газами.
Круговорот серы.
Сера входит в состав белков и также представляет собой жизненно важный элемент. В виде соединений с металлами сульфидов она залегает в виде руд
на суше и входит в состав глубоководных отложений. В доступную для усвоения растворимую форму эти соединения переводятся хемосинтезирующими
бактериями, способными получать энергию путём окисления восстановленных соединений серы. В результате образуются сульфаты, которые используются
растениями. Глубоко залегающие сульфаты вовлекаются в круговорот другой группой микроорганизмов, восстанавливающих сульфаты до сероводорода.
Круговорот фосфора.
Резервуаром фосфора служат залежи его соединений в горных породах. Вследствие вымывания он попадает в речные системы и частью используется
растениями, а частью уносится в море, где оседает в глубоководных отложениях. Кроме того, в мире ежегодно добывается от 1 до 2 млн. т. фосфорсодержащих
пород. Большая часть этого фосфора также вымывается и исключается из круговорота. Благодаря лову рыбы часть фосфора возвращается на сушу в небольших
размерах (около 60 тыс. т. элементарного фосфора в год) .
Из приведённых примеров видно, какую значительную роль в эволюции неживой природы играют живые организмы. Их деятельность существенно
влияет на формирование состава атмосферы и земной коры. Большой вклад в понимание взаимосвязей между живой и неживой природой внёс выдающийся
советский учёный В. И. Вернадский. Он выявил геологическую роль живых организмов и показал, что их деятельность представляет собой важнейший фактор
преобразования минеральных оболочек планеты.
Таким образом, живые организмы, испытывая на себе влияние факторов неживой природы, своей деятельностью изменяют условия окружающей
среды, т.е. среды своего обитания. Это приводит к изменению структуры всего сообщества биоценоза.
Установлено, что азот, фосфор и калий могут оказывать наибольшее положительное влияние на урожаи культурных растений, и потому эти три
элемента в наибольших количествах вносят в почву с удобрениями, применяемыми в сельском хозяйстве. Поэтому азот и фосфор оказались главной причиной
ускоренной эвтрофизации озёр в странах с интенсивным земледелием. Эвтрофизация это процесс обогащения водоёмов питательными веществами. Она
представляет собой естественное явление в озёрах, так как реки приносят питательные вещества с окружающих дренажных площадей. Однако этот процесс
обычно идёт очень медленно, в течение тысяч лет.
Неестественная эвтрофизация, ведущая к стремительному увеличению продуктивности озёр, происходит в результате стока с сельскохозяйственных
угодий, которые могут быть обогащены питательными веществами удобрений.
Существуют также два других важных источника фосфора сточные воды и моющие средства. Сточные воды, как в своём первоначальном виде, так и
обработанные, обогащены фосфатами. Бытовые детергенты содержат от 15% до 60% биологически разрушаемого фосфата. Кратко можно резюмировать, что
эвтрофизация в конце концов приводит к истощению ресурсов кислорода и к гибели большинства живых организмов в озёрах, а в крайних ситуациях и в
реках.
Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, и необходимо чётко разграничить эти два понятия. Всю экосистему
можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально
происходят из абиотического компонента системы, в который в конце концов и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели
и разрушения организмов. Таким образом, в экосистеме происходит постоянный круговорот питательных веществ, в котором участвуют и живой и неживой
компоненты. Такие круговороты называются биогеохимическими циклами.
На глубине в десятки километров горные породы и минералы подвергаются воздействию высоких давлений и температур. В результате происходит
метаморфизм (изменение) их структуры, минерального, а иногда и химического состава, что приводит к образованию метаморфических пород.
Опускаясь ещё дальше в глубь Земли, метаморфические породы могут расплавиться и образовать магму. Внутренняя энергия Земли (т.е. эндогенные
силы) поднимает магму к поверхности. С расплавленными горными породами, т.е. магмой, химические элементы выносятся на поверхность Земли во время
извержений вулканов, застывают в толще земной коры в виде интрузий. Процессы горообразования поднимают глубинные горные породы и минералы на
поверхность Земли. Здесь горные породы подвергаются воздействию солнца, воды, животных и растений, т.е. разрушаются, переносятся и отлагаются в виде
осадков в новом месте. В результате образуются осадочные горные породы. Они накапливаются в подвижных зонах земной коры и при пригибании снова
опускаются на большие глубины (свыше 10 км) .
Вновь начинаются процессы метаморфизма, переправления, кристаллизации, и химические элементы возвращаются на поверхность Земли. Такой
"маршрут" химических элементов называется большим геологическим круговоротом. Геологический круговорот не замкнут, т.к. часть химических элементов
выходит из круговорота: уносится в космос, закрепляется прочными связями на земной поверхности, а часть поступает извне, из космоса, с метеоритами.
Геологический круговорот это глобальное путешествие химических элементов внутри планеты. Более короткие путешествия они совершают на Земле в
пределах отдельных её участков. Главный инициатор живое вещество. Организмы интенсивно поглощают химические элементы из почвы, воздуха воды. Но
одновременно и возвращают их. Химические элементы вымываются из растений дождевыми водами, выделяются в атмосферу при дыхании и отлагаются в
почве после смерти организмов. Возвращённые химические элементы снова и снова вовлекаются живым веществом в "путешествия". Всё вместе и составляет
биологический, или малый, круговорот химических элементов. Он тоже не замкнут.
Часть элементов-"путешественников" уносится за его пределы с поверхностными и грунтовыми водами, часть на разное время "выключается" из
круговорота и задерживается в деревьях, почве, торфе.
Ещё один маршрут химических элементов проходит сверху вниз от вершин и водоразделов к долинам и руслам рек, впадинам, западинам. На
водоразделы химические элементы поступают только с атмосферными осадками, а выносятся вниз и с водою, и под действием силы тяжести. Расход вещества
преобладает над поступлением, о чём говорит само название ландшафтов водоразделов элювиальные.
На склонах жизнь химических элементов изменяется. Скорость их передвижения резко увеличивается, и они "проезжают" склоны, как пассажиры,
удобно устроившиеся в купе поезда. Ландшафты склонов так и называются транзитными.
"Отдохнуть" от дороги химическим элементам удаётся лишь в аккумулятивных (накапливающих) ландшафтах, расположенных в понижениях рельефа. В
этих местах они часто и остаются, создавая для растительности хорошие условия питания. В некоторых случаях растительности приходится бороться уже с
избытком химических элементов.
Уже много лет назад в распределение химических элементов вмешался человек. С начала ХХ столетия деятельность человека стала главным способом
их путешествия. При добыче полезных ископаемых огромное количество веществ изымается из земной коры. Их промышленная переработка сопровождается
выбросами химических элементов с отходами производства в атмосферу, воды, почвы. Это загрязняет среду обитания живых организмов. На земле
появляются новые участки с высокой концентрацией химических элементов рукотворные геохимические аномалии. Они распространены вокруг рудников
цветных металлов (меди, свинца) . Эти участки иногда напоминают лунные пейзажи, потому что практически лишены жизни из-за высоких содержании
вредных элементов в почвах и водах. Остановить научно-технический прогресс невозможно, но человек должен помнить, что существует порог в загрязнении
природной среды, переходить который нельзя, за которым неизбежны болезни людей и даже вымирание цивилизации.
Создав биогеохимические "свалки", природа, возможно, хотела предостеречь человека от непродуманной, безнравственной деятельности, показать ему
на наглядном примере, к чему приводит нарушение распределения химических элементов в земной коре и на её поверхности.
Содержание статьи
ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ПРИРОДЕ – КРУГОВОРОТ И МИГРАЦИЯ. Между литосферой , гидросферой, атмосферой и живыми организмами Земли постоянно происходит обмен химическими элементами. Этот процесс имеет циклический характер: переместившись из одной сферы в другую, элементы вновь возвращаются в первоначальное состояние. Круговорот элементов имел место в течение всей истории Земли, насчитывающей 4,5 млрд. лет.
Гигантские массы химических веществ переносятся водами Мирового океана. В первую очередь это относится к растворенным газам – диоксиду углерода, кислороду, азоту. Холодная вода высоких широт растворяет газы атмосферы. Поступая с океаническими течениями в тропический пояс, она их выделяет, так как растворимость газов при нагревании уменьшается. Поглощение и выделение газов происходит также при смене теплых и холодных сезонов года.
Огромное влияние на природные циклы некоторых элементов оказало появление жизни на планете. Это, в первую очередь, относится к круговороту главных элементов органического вещества – углерода, водорода и кислорода, а также таких жизненно важных элементов как азот , сера и фосфор . Живые организмы оказывают влияние и на круговорот многих металлических элементов. Несмотря на то, что суммарная масса живых организмов Земли меньше массы земной коры в миллионы раз, растения и животные играют важнейшую роль в перемещении химических элементов.
Деятельность человека также оказывает влияние на круговорот элементов. Особенно заметным оно стало в последнее столетие. При рассмотрении химических аспектов глобальных изменений в круговоротах химических элементов следует учитывать не только изменения в природных круговоротах за счет добавления или удаления присутствующих в них химических веществ в результате обычных циклических и/или вызванных человеком воздействий, но и поступление в окружающую среду химических веществ, ранее не существовавших в природе. Рассмотрим несколько наиболее важных примеров циклического перемещения и миграции химических элементов.
Углерод
– основной элемент жизни – содержится в атмосфере в виде диоксида углерода. В океане и пресных водах Земли углерод находится в двух главных формах: в составе органического вещества и в составе взаимосвязанных неорганических частиц: гидрокарбонат-иона НСО 3 – , карбонат иона СО 3 2– и растворенного диоксида углерода СО 2 . Большое количество углерода сосредоточено в виде органических соединений в животных и растениях. Много «неживого» органического вещества имеется в почве. Углерод литосферы содержится также в карбонатных минералах (известняк, доломит, мел, мрамор). Часть углерода входит в состав нефти, каменного угля и природного газа.
Связующим звеном в природном круговороте углерода является диоксид углерода (рис. 1).
Рис. 1. УПРОЩЕННАЯ СХЕМА глобального цикла углерода. Числа в рамках отражают размеры резервуаров в миллиардах тонн – гигатоннах (Гт). Стрелки показывают потоки, а связанные с ними числа выражены в Гт/год.
Самыми крупными резервуарами углерода являются морские отложения и осадочные породы на суше. Однако бoльшая часть этого вещества не взаимодействует с атмосферой, а подвергается круговороту через твердую часть Земли в геологических временных масштабах. Поэтому эти резервуары играют лишь второстепенную роль в сравнительно быстром цикле углерода, протекающем с участием атмосферы. Следующим по величине резервуаром является морская вода. Но и здесь глубинная часть океанов, где содержится основное количество углерода, не взаимодействует с атмосферой так быстро, как их поверхность. Самыми маленькими резервуарами являются биосфера суши и атмосфера. Именно небольшой размер последнего резервуара делает его чувствительным даже к незначительным изменениям процентного содержания углерода в других (больших) резервуарах, например, при сжигании ископаемых топлив.
Современный глобальный цикл углерода состоит из двух меньших циклов. Первый из них заключается в связывании диоксида углерода в ходе фотосинтеза и новом образовании его в процессе жизнедеятельности растений и животных, а также при разложении органических остатков. Второй цикл обусловлен взаимодействием диоксида углерода атмосферы и природных вод:
СО 2 + Н 2 О Н 2 СО 3
Н 2 СО 3 НСО 3 – + Н +
НСО 3 – СО 3 2– + Н +
СО 3 2– + Са 2+ = СаСО 3 Ї
В последнее столетие в углеродный цикл существенные изменения внесла хозяйственная деятельность человека. Сжигание ископаемого топлива – угля, нефти и газа – привело к увеличению поступления диоксида углерода в атмосферу. Это не очень сильно влияет на распределение масс углерода между оболочками Земли, но может иметь серьезные последствия из-за усиления парникового эффекта.
Кислород
на Земле содержится, в основном, в литосфере в виде диоксида кремния и силикатов. Кроме того, кислород есть в составе воды, образующей гидросферу. В атмосфере кислород находится в молекулярном виде. Он является продуктом процессов жизнедеятельности растений и в то же время одним из основных условий существования жизни на Земле. Образование свободного кислорода связано со световой энергией Солнца. Исходным сырьем для образования кислорода служит вода. Почти весь свободный кислород на Земле – это результат реакции фотосинтеза органического вещества из воды и диоксида углерода. Некоторое количество кислорода образуется при разложении воды в верхних слоях атмосферы. Кислород входит в состав многих органических соединений. Между живыми организмами и атмосферой происходит постоянный обмен кислородом.
Несмотря на выделение кислорода зелеными растениями, его содержание в атмосфере не увеличивается. Одновременно с фотосинтезом происходит разложение органического вещества, при этом поглощается практически весь выделившийся кислород. Часть кислорода расходуется на окисление неорганических веществ. Незначительное количество атмосферного кислорода участвует в цикле образования и разрушения озона.
Водород
на Земле находится, преимущественно, в гидросфере в составе воды. Содержание его в литосфере и атмосфере сравнительно невелико. Он входит также в состав органических веществ. Огромные массы водорода, наряду с кислородом, участвуют в круговороте воды – одном из наиболее мощных циклических процессов на планете.
Особенностью водорода является его способность (наряду с гелием) уходить из поля тяготения Земли благодаря своей малой атомной массе. Эти потери компенсируются выделением водорода из мантии. Молекулярный водород поступает в атмосферу Земли в результате вулканической деятельности, его выделяют также некоторые бактерии. После появления на нашей планете живых организмов водород стал связываться в органическом веществе.
Азот,
вследствие исключительной прочности молекулы N 2 , почти полностью сосредоточен в атмосфере. Часть газообразного азота растворена в природных водах, которые содержат и растворенные азотсодержащие органические вещества и неорганические ионы: катион аммония, нитрит-ион и нитрат-ион. Поскольку азот не образует нерастворимых солей, он только в редких случаях накапливается в литосфере. Так, в южноамериканской пустыне Атакама есть скопления нитрата натрия, который, несмотря на высокую растворимость в воде, сохраняется благодаря исключительно сухому климату.
Слово «азот» буквально означает «безжизненный», поскольку он не поддерживает дыхание. Однако этот элемент является обязательной составной частью белков. Поэтому азот в значительном количестве содержится в живых организмах и «мертвом» органическом веществе. Азот непрерывно перемещается между атмосферой, океаном, живыми организмами и почвой.
В атмосфере под действием электрических разрядов азот переходит сначала в монооксид азота, а затем в диоксид азота. Влага воздуха и кислород превращают диоксид азота в азотную кислоту
4NO 2 + 2H 2 O + O 2 = 4HNO 3
Соединения азота легко растворяются в атмосферных осадках и попадают на поверхность Земли.
Большое значение в связывании атмосферного азота имеет жизнедеятельность клубеньковых бактерий, обитающих на корнях бобовых растений. Ферменты этих бактерий превращают молекулярный азот в соединения, которые затем усваиваются растениями. Из растений связанный азот поступает в организмы животных, в основном, в виде аминокислот и белков. После гибели живых организмов органические вещества превращаются в неорганические соединения, снова усваиваемые растениями. Часть азота в почвах превращается в молекулярный азот и переходит в атмосферу. Молекулярный азот образуется также при полном окислении органических веществ.
Соединения азота попадают в атмосферу с выбросами промышленных предприятий и транспорта, а в природные воды – с бытовыми и промышленными отходами.
Слишком большое количество растворимых соединений азота в почве приводит к росту их содержания в продуктах питания и питьевой воде, это может стать причиной серьезных заболеваний. Соединения азота накапливаются в водоемах и вызывают зарастание озер и водохранилищ. Пока подобные явления наблюдаются лишь в отдельных районах, где в окружающую среду попадает много соединений азота. В целом же природа пока справляется с тем количеством связанного азота, которое производится человеком.
Сера
содержится в атмосфере в небольших количествах, в основном, в виде сероводорода и диоксида серы. Довольно много этого элемента (в виде сульфат-ионов) находится в гидросфере. В литосфере сера встречается в виде простого вещества (самородная сера) и в составе многочисленных минералов – сульфидов и сульфатов металлов. Кроме того, соединения серы есть в углях, сланцах, нефти, природном газе. Сера входит в состав многих белков, поэтому она всегда содержится в организмах животных и растений.
Выделяясь из глубин Земли, газообразные соединения серы (преимущественно диоксид серы и сероводород) растворяются в подземных водах. Здесь они образуют малорастворимые сульфиды (главным образом пирит – дисульфид железа FeS 2) и сульфаты (в частности, сульфат кальция CaSO 4). Образуется также самородная сера:
2H 2 S + SO 2 = 3S + 2H 2 O
Газообразные соединения серы попадают в почву, атмосферу и Мировой океан, где их поглощают серные бактерии. Поглощение соединений серы бактериями происходит и в почве.
Малорастворимые сульфиды, содержащиеся в горных породах, в результате жизнедеятельности некоторых бактерий частично окисляются, превращаясь в легко растворимые сульфаты:
FeS + 2O 2 = FeSO 4
Водорастворимые сульфаты выносятся с поверхности суши с речным стоком, поставляя сульфат-ионы в Мировой океан.
В результате активного связывания серы в земной коре, гидросфере и живых организмах, содержание сероводорода и диоксида серы в атмосфере мало и непостоянно. Под действием кислорода и озона эти вещества постепенно превращаются в серную кислоту:
2SO 2 + О 2 2SО 3
SO 2 + О 3 = SО 3 + О 2
SО 3 + H 2 О = H 2 SO 4
H 2 S + 2О 3 = H 2 SO 4 + О 2
Серная кислота возвращается на землю с атмосферными осадками
Хозяйственная деятельность людей приводит к увеличению содержания соединений серы в атмосфере и гидросфере. В результате изменений в методах животноводства и земледелия (выпас, вспашка, мелиорация) увеличились выбросы серосодержащих соединений в виде пыли. Еще больше серы попадает в атмосферу в форме диоксида серы при обжиге сульфидных руд. Это, в свою очередь, вызывает увеличение потока серы, попадающей из атмосферы в океаны и на поверхность суши. Природные воды загрязняются также удобрениями с полей и стоками промышленных предприятий.
Таким образом, человеческая деятельность существенно изменила круговорот серы между атмосферой, океанами и поверхностью суши. Эти изменения сильнее, чем воздействие человека на цикл углерода. Как и в случае глобального цикла углерода, техногенные выбросы серы в окружающую среду мало влияют на распределение масс этого элемента на поверхности Земли. Однако повышенное содержание серы в промышленных и бытовых отходах создают опасность для жизни на обширных территориях. Массированный выброс диоксида серы в атмосферу порождает кислотные дожди, которые могут выпадать далеко за пределами индустриальных районов. Загрязнение природных вод растворимыми соединениями серы несет угрозу живым организмам внутренних водоемов и прибрежных областей морей.
Фосфор
содержится в земной коре и живых организмах в небольших количествах; тем не менее, он имеет очень большое значение для растений и животных. Без этого элемента невозможен синтез белков. Кроме того, фосфор входит в состав костей и зубов. Именно недостаточное количество фосфора чаще всего ограничивает рост массы живого вещества. Значительная часть фосфора содержится в почвах. Фосфор образует многочисленные минералы (например, фосфориты), однако они не часто встречаются в горных породах в больших количествах. В атмосфере фосфор практически отсутствует.
В природных водах фосфор присутствует в составе органических соединений и взвешенных твердых частиц. Лишь небольшая его часть находится в растворе в виде ортофосфат-иона РО 4 3– и гидроортофосфат-иона НРО 4 2– .
В океане «органический» фосфор многократно переходит от одного живого организма к другому и медленно накапливается в донных отложениях в виде малорастворимых фосфатов. Эти потери фосфора компенсируются только из одного источника – выветривающихся горных пород суши, куда они попадают со дна океанов в результате длительных геологических процессов.
Деятельность человека нарушила природный круговорот фосфора. Соединения фосфора используются для производства удобрений и моющих средств. Это приводит к загрязнению водоемов соединениями фосфора. В таких условиях фосфор перестает быть элементом, ограничивающим рост массы живых существ, особенно водорослей и других водных растений.
Натрий
– один из главных элементов, аккумулированных в земной коре в процессе ее выплавления. Он легко освобождается из структур силикатов при выветривании кристаллических пород. Катион Na + переносится с континентальным стоком в океан. С «солеными ветрами» натрий частично возвращается на сушу. Существенно меньшее количество элемента выносится с поверхности суши в океан с ветровой пылью.
Натрий постоянно присутствует в почвах. Он принимает активное участие в засолении почв, в которых образует соли с хлорид- и сульфат-ионами.
В организмах соли натрия играют существенную роль. Хлорид натрия является обязательным компонентом жидких тканей животных и клеточного сока растений, поэтому он в больших количествах поглощается растительными и особенно животными организмами. Из растительных остатков соли натрия легко выщелачиваются. Натрий активно адсорбируется осадками морей, поэтому большая его масса содержится в осадочной оболочке.
Хлор,
в отличие от натрия, содержится в гранитном слое в небольших количествах. Он вовлекается в круговорот не за счет разрушения горных пород, а благодаря процессам дегазации мантии и выносу вулканических газов.
Этот элемент перемещается между оболочками Земли параллельно с натрием. Он аккумулируется в океанской воде в форме хлорид-ионов. Значительные массы хлора, так же как и натрия, многие миллионы лет мигрируют с поверхности суши в Мировой океан. Вторая особенность глобального геохимического цикла хлора, выраженная еще более сильно, чем в цикле натрия – активная миграция в атмосфере в составе аэрозолей и возврат значительных масс этого элемента на сушу. На территориях, где отсутствуют стоки, хлор вместе с натрием накапливается в почве и замкнутых водоемах.
Хлор имеет важное физиологическое значение. Он содержится в живых организмах в виде хлороводородной кислоты, ее солей (преимущественно хлорида натрия). Поэтому значительные массы хлора, наряду с натрием, участвуют в биологическом круговороте.
Кальций
относится к главным элементам земной коры. Содержание этого элемента уменьшается от глубин Земли к гранитному слою литосферы. Кальций в земной коре образует многочисленные минералы. При выветривании силикатов освобождается большое количество этого элемента. Его водорастворимые соединения, главным образом гидрокарбонат, поступают в природные воды и мигрируют с ними в океан. Хотя этот процесс развивается на протяжении более 2 млрд. лет, концентрация элемента в океанической воде всего лишь в 30 раз больше, чем в речных водах. Это обусловлено низкой растворимостью карбоната кальция, а главное – активным поглощением элемента планктонными организмами и выведением его в осадок. Данные процессы способствуют накоплению кальция в составе мощных толщ известняков, доломитов, известковых глин.
Кальций играет важную роль в физиологии организмов. В растениях он участвует в углеводном и азотном обмене, животным он необходим для построения костного скелета. Кальций участвует и во многих других биохимических процессах.
Таким образом, для процессов глобального массообмена кальция главное значение имеют биологический круговорот и водная миграция иона в системе суша – океан.
Калий
вместе с другими щелочными и щелочно-земельными химическими элементами аккумулировался в земной коре в процессе ее выплавления. Калий входит в состав наиболее распространенных силикатов. При их разрушении этот элемент, в основном, переходит в глинистые минералы. В то же время он частично высвобождается и вовлекается в водную миграцию. Ионы калия активно абсорбируются дисперсным минеральным веществом, а также поглощаются высшими растениями, поэтому калий более прочно удерживается в пределах суши, чем кальций и натрий. В океан некоторое количество калия выносится в виде ионов, однако большая масса элемента переносится в форме взвесей глинистых частиц. Калий активно мигрирует в системе поверхность океана – атмосфера – поверхность океана в составе аэрозолей.
Этот элемент играет важную роль в жизни растений и животных. Он принимает участие в фотосинтезе, влияет на обмен веществ, частично сохраняется в мертвом органическом веществе.
Широкое использование минеральных удобрений пока не оказывает заметного влияние на круговорот калия, однако миграция его сильно возросла в результате эрозии почв.
Кремний
– второй (после кислорода) по массе элемент земной коры. Он интенсивно накапливался в веществе литосферы в процессах его выплавления. Кремний в виде высокодисперсного кремнезема (SiO 2) повсеместно содержится в природных водах и используется многими морскими организмами для построения скелета. Биологический круговорот кремния в океане обусловлен преимущественно жизнедеятельностью диатомовых и радиоляриевых планктонных водорослей и последующим растворением их скелетов.
Для водной миграции кремния характерно преобладающее движение от суши к океану, которое не компенсируется в обратном направлении. Значительное количество кремния перемещается в виде растворимых соединений, однако в составе обломочного материала его выносится во много раз больше. .
Свинец
накапливается в земной коре не только за счет выплавления его из вещества мантии, но и в результате радиоактивного распада изотопов урана (238 U, 235 U) и тория (232 Th). При выветривании горных пород катионы свинца высвобождаются, большая часть их сорбируется высокодисперсными глинистыми частицами и гидроксидами железа, а меньшая поступает в грунтовые воды. В составе взвесей, а также в виде органических соединений, простых и комплексных ионов свинец выносится с речным стоком и осаждается преимущественно в дельтах и узкой прибрежной полосе шельфа. Небольшое количество свинца, попадающее в океан, выпадает в осадок благодаря биофильтрации морской воды организмами планктона. Таким образом, Мировой океан – глобальный аккумулятор растворимых форм свинца.
На суше свинец поглощается растениями. Во время лесных пожаров значительные массы элемента поступают в атмосферу (в виде дыма). Кроме того, свинец содержится в высокодисперсной минеральной пыли. «Время жизни» свинецсодержащих аэрозолей составляет около 7 суток.
Годовая добыча свинца значительно превышает и вынос растворимых форм, и годовой захват растительностью этого элемента. Техногенное рассеяние свинца, в отличие от рассеяния газообразных веществ, не распространяется на большие пространства, а сосредотачивается, в основном, вдоль автомагистралей, это связано с использованием тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора автомобильных бензинов.
Цинк
обычно сопутствует свинцу в земной коре, однако биосферная геохимия этих элементов существенно различается. В отличие от свинца, цинк – один из главных микроэлементов, он входит в состав многих ферментов, участвует в синтезе рибонуклеиновых кислот и хлорофилла. Большая часть цинка в растениях связана с легко разрушающимися тканями и быстро удаляется из растительных остатков (в отличие от свинца, который прочно фиксирован в растительных остатках). Водорастворимые формы цинка составляют очень небольшую часть от общей массы металла, однако они активно вовлекаются в водную миграцию. Цинк активно участвует в массообмене между сушей и атмосферой. С атмосферными осадками на поверхность суши водорорастворимых форм цинка выпадает значительно больше, чем захватывается ветром в атмосферу в виде минеральной пыли.
Из приведенных примеров круговоротов и миграции различных элементов видно, что глобальная система циклической миграции химических элементов обладает высокой способностью к саморегуляции, при этом огромную роль в круговороте химических элементов играет биосфера.
В то же время хозяйственная деятельность человека вызывает деформацию природных циклов массообмена и, следовательно, изменение состава окружающей среды. Эти изменения происходят значительно быстрее, чем совершаются процессы генетической адаптации организмов и видообразования. Зачастую хозяйственные действия настолько непродуманны или несовершенны, что создают острую экологическую опасность. Изучение процессов массообмена, связывающих в единое целое все оболочки Земли, должно помочь в создании системы контроля за эколого-геохимическим состоянием окружающей среды и разработке научно обоснованного прогноза экологических последствий хозяйственных действий и новых технологий.
Елена Савинкина
1. Круговорот веществ в биосфере Деятельность живых организмов в биосфере сопровождается извлечением из окружающей среды больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы биогенный (с участием живых организмов) круговорот веществ в природе , т. е. циркуляция веществ между литосферой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Под круговоротом веществ понимают повторяющийся процесс превращения и перемещения...
5126 Слова | 21 Стр.
Природа
тему: «Круговорот веществ в природe. Круговорот веществ в природе . Деятельность живых организмов сопровождается извлечением из окружающей их неживой природы больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный круговорот веществ в природе , т.е. циркуляция веществ между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами. Приведём некоторые примеры. Круговорот воды. Под...
1522 Слова | 7 Стр.
Круговорот фосфора
RКруговорот фосфора, азота, углерода в природе Круговорот веществ в природе Важным свойством биосферы является наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов , а также непрерывность биосферных процессов. Круговоротами называются повторяющиеся процессы превращения и перемещения веществ в природе , имеющие более или менее выраженный циклический характер. Круговороты веществ и элементов отражают неразрывную связь геологических...
2810 Слова | 12 Стр.
Круговорот воды
Тема: Круговороты веществ Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и малый, биологический (биотический), развивающийся на основе большого и состоящий в непрерывном, циклическом, но неравномерном во времени и пространстве, и сопровождающийся более или менее значительными потерями закономерного перераспределения вещества, энергии и информации в пределах экологических систем различного...
1353 Слова | 6 Стр.
Основные представления о круговороте веществ в биосфере. Влияние человеческой деятельности на круговорот веществ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА Кафедра инженерной экологии РЕФЕРАТ на тему: «Основные представления о круговороте веществ в биосфере. Влияние человеческой деятельности на круговорот веществ» Выполнила студентка гр. ПГС-21/з Романова Юлия Вячеславовна зач.книжка...
6165 Слова | 25 Стр.
Биогеохимический круговорот веществ в природе
химических элементов , перехода их из внешней среды в организмы и обратно. Эта циркуляция химических элементов и получила название биогеохимических круговоротов . Биогеохимический круговорот представляет собой часть биотического круговорота , включающую обменные циклы химических элементов абиотического происхождения, без которых не может существовать живое вещество (углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера и многие другие).Обычно выделяют три основных типа биогеохимических круговоротов : круговорот воды...
2584 Слова | 11 Стр.
Круговорот серы
циклы. Круговорот серы Выполнил: студент 1-ого курса гр. ФКС-61 Кожакин И.С. Принял: Профессор кафедры биологии и химии доктор биологических наук Смирнов Андрей Анатольевич Магадан 2016 Содержание - Введение - 1. Круговорот серы...
1514 Слова | 7 Стр.
Реферат по экологии на тему: «Круговорот веществ в биосфере» Выполнил: ст. группы НЗД-216 Шадрин Ю.В. Проверил: Златоуст 2010 г. СОДЕРЖАНИЕ: |Вода и ее круговорот |3 | |Естественные циклы основных биогенных веществ...
2366 Слова | 10 Стр.
Ноосфера,Заповедование, Горная промышленность, Круговорот веществ в природе
Ноосфера Огромное влияние человека на природу и масштабные последствия его деятельности послужили основой для создания учения о ноосфере. Термин «ноосфера» переводится буквально как сфера разума. Впервые его ввел в научный оборот в 1927 г. Французский ученый Э. Леруа. Вместе с Тейяром де Шарденом он рассматривал ноосферу как некое идеальное образование, вне биосферную оболочку мысли, окружающую Землю. Следует отметить, что учение о ноосфере не носит пока законченного канонического характера...
3199 Слова | 13 Стр.
Значение экологического образования. Круговороты веществ и их нарушение человеком.
Содержание 1.Введение 2.Значение экологического образования 3.Круговороты веществ и их нарушение человеком 4.Платежи за вредные выбросы и сбросы загрязняющих веществ в окружающую природную среду 5.Заключение 6. Список используемой литературы 1.Введение Что такое экология? Экология – это наука о взаимодействиях организмов друг с другом и с окружающей средой. Я считаю, что экология – это очень серьезное и многозначащее понятие. В наше время это понятие стало на одну ступень с...
2565 Слова | 11 Стр.
Модель круговорота азота в куйбышевском водохранилище
аппарата, а именно - математического моделирования. Круговорот биогенных элементов представляет собой ключевой механизм формирования качества воды. В числе биогенных элементов азот занимает главенствующее положение, и зачастую от количества и характера его соединений зависит общая продуктивность водоема. Отсюда вытекает насущная потребность в изучении круговорота азота с помощью математических методов. Сложность процессов круговорота приводит по необходимости к созданию сложных многокомпонентных...
2343 Слова | 10 Стр.
Геологический и биотический круговорот фосфора
биотический круговорот фосфора». Вариант № 5 Студент: Пинжакова Е. В. Группа: ЭА - 12 – З Преподаватель: Котенко О.В. Бронницы 2014 Оглавление Введение 3 1.Круговорот фосфора. 4 2.Геологический круговорот фосфора. 6 3.Биотический (биологический) круговорот фосфора. 14 Заключение 22 Список литературы: 24 Введение Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический круговорот веществ, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции...
3913 Слова | 16 Стр.
Круговорот веществ в природе
Содержание Введение 1. Биогеохимические круговороты 2. Круговорот веществ в биосфере 3. Круговорот углерода 4. Круговорот кислорода 5. Круговорот азота 6. Круговорот фосфора 7. Круговорот серы 8. Круговорот воды 9. Антропогенные воздействия на окружающую среду Заключение Использованная литература Введение Все вещества на нашей планете находятся в процессе биохимического кругооборота веществ. Выделяют 2 основных кругооборота большой или геологический и малый или химический. ...
4566 Слова | 19 Стр.
Круговорот воды в природе
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА На тему: «Круговорот воды в природе » СОДЕРЖАНИЕ Введение 3 1. Состояния воды 4 2. Круговорот воды в природе 5 3. Круговорот других веществ 9 Заключение 16 Список литературы 17 Введение Известно, что человеческий организм почти на 65% состоит из воды. Вода входит в состав тканей, без нее невозможно нормальное функционирование организма, осуществление процесса обмена, поддержание теплового баланса, удаление продуктов метаболизма и т.д. Потеря организмом...
2888 Слова | 12 Стр.
Круговороты веществ в биосфере
Круговороты веществ в биосфере Известно, что из более 90 химических элементов , встречающихся в природе , 30 – 40 необходимы живым организмам. Закон сохранения вещества: « атомы в химических реакциях никогда не исчезают, не образуются и не превращаются друг в друга; они только перегруппировываются с образованием различных молекул и соединений и выделением или поглощением энергии ». В силу этого атомы могут использоваться в самых различных соединениях и запас их никогда не истощается. Так происходит...
1537 Слова | 7 Стр.
Природа
Природа как объект философского осмысления История человеческого общества в определённом смысле являет картину его изменяющегося взаимодействия с природой . Но общество не существовало изначально. Являясь частью природы , человек в процессе труда и общения формировался как социальное существо. Этот процесс имеет своим началом выделение человека из животного мира. В силу вступает естественный и социальный отбор. Выживали те, кот подчинялись определённым социально значимым требованиям: сплоченности...
1605 Слова | 7 Стр.
Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере
КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В БИОСФЕРЕ. БИОГЕННАЯ МИГРАЦИЯ АТОМОВ. Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов , который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами. В природе существует теснейшая взаимосвязь между всеми живыми организмами: зелеными растениями, животными, бактериями, грибами. Эта взаимосвязь реализуется через потоки вещества и энергии и может быть представлена в виде схемы: Потоки...
625 Слова | 3 Стр.
Круговорот фосфора
Реферат на тему: КРУГОВОРОТ ФОСФОРА В ПРИРОДЕ Кемерово 2011 СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. Фосфорсодержащие соединения 2. Круговорот фосфора 3. Вмешательство человека в круговорот фосфора Заключение Список литературы ВВЕДЕНИЕ В настоящее время стихийное развитие взаимоотношений с природой представляет опасность для существования не...
3022 Слова | 13 Стр.
Человек является разумной частью живой природы
Человек является разумной частью живой природы , и поэтому именно ему необходимо заботиться о ней: сохранять и приумножать ее богатства (воду, почву, полезные ископаемые), а также заботиться о флоре и фауне. Но сейчас, в основном, человеческая деятельность направлена на потребление и разрушение того, что у нас есть. Современная молодежь не сажает деревья, а только их ломает, мусор бросает там, где им хочется, а природный запас воды, плодородной земли и других ресурсов используют очень расточительно...
11167 Слова | 45 Стр.
Анализ схем кругооборота основных веществ в природе на прелмет изменения их цели антропогенной деятельности
веществ в природе на предмет изменения их цепи антропогенной деятельности» Содержание 1. Вступление………………………………………………………..3 стр. 2. Биогеохимические круговороты …………………………….......4 стр. 3. Круговорот веществ в биосфере...……….………………….......5 стр. 4. Круговорот углерода……………………………………………..6 стр. 5. Круговорот кислорода……………………………………………6 стр. 6. Круговорот азота………………………………………………….7 стр. 7. Круговорот фосфора……………………………………………...8 стр. 8. Круговорот серы…………………………………………………..9 стр. 9. Круговорот воды………………………………………………...
2883 Слова | 12 Стр.
Круговорот фосфора в природе
Круговорот фосфора в природе История «путешествий» фосфора на Земле, или, как говорят ученые-геохимики, его миграция, очень интересна и поучительна. Атомы фосфора, как и всех других элементов , постоянно участвуют в великом природном круговороте веществ. Фосфор – относительно редкий элемент . По данным академика А.Е.Ферсмана, его весовой кларк (процентное содержание элемента в земле) равен всего 0,12%. Фосфор – элемент , редко накапливающийся в больших количествах, и потому его относят к числу рассеянных...
1211 Слова | 5 Стр.
Философия природы. Коэволюционный императив и экологические ценности современной цивилизации
Введение Природа – материальный мир Вселенной, в сущности - основной объект изучения естественных наук. В быту слово «природа » часто употребляется в значении естественная среда обитания (всё, что не создано человеком). В предельно широком смысле оно обозначает весь мир в целом как бесконечное многообразие его конкретных проявлений. Очевидно, что в этом смысле понятие природы совпадает в своем содержании с такими научными и философскими категориями как "бытие", "Универсум", "реальность", "Вселенная"...
3296 Слова | 14 Стр.
Круговорот ахота в природе
Профессиональное Общеобразовательное Учреждение «Колледж Подмосковья». Реферат По дисциплине «Экология и природопользование» На тему: «Круговорот азота в природе .» Выполнил студент Группы ТОР-30 Сахаров А.О. 2016 Содержание Введение 1. Круговорот азота 2. Влияние хозяйственной деятельности человека на круговорот азота Введение Азот – газ, молекула которого состоит из двух атомов. Он содержится в атмосфере – на его долю...
3322 Слова | 14 Стр.
Круговорот веществ в биосфере
Глава I. Круговороты веществ в биосфере. Ключевымzобъектомzизученияzэкологииzявляется биосфера. Создателем современного учения о биосфере является выдающийся русский ученый академик В.И. Вернадский. Биосфера - сложная наружная оболочка Земли, в которой содержится вся совокупность живых организмов и та часть вещества планеты, которая находится в процессе непрерывного обмена с этими организмами. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей...
5655 Слова | 23 Стр.
Круговорот воды
государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» Кафедра геоэкологии реферат По дисциплине – Экология мегаполисов и промышленных агломераций Тема: «Круговорот воды» Выполнила: 11 1 (подпись) (Ф.И.О) Проверил: 1 ...
3454 Слова | 14 Стр.
Круговорот азота
(технический университет) Кафедра геоэкологии Реферат По дисциплине: Экология мегаполисов и промагломераций Тема: «Круговорот азота» Выполнила: студентка гр. ИЗ-07-1 /Муравьева А.А./ Проверил: доцент /Исаков А.Е./ Санкт-Петербург 2009 г. Содержание Введение1. Круговорот азота2. Влияние хозяйственной деятельности человека на круговорот азотаСписок литературы Введение Азот – газ, молекула которого состоит из двух атомов. Он содержится в атмосфере...
3410 Слова | 14 Стр.
круговорот азота
ОГБПОУ «Рязанский медицинский колледж» Реферат По дисциплине: Биология Тема: «Круговорот азота» Выполнила студентка группы с/д 6201 Расторгуева Наталья Проверила: Пчелинцева Наталья Михайловна Рязань 2015 Содержание: Введение…………………………………………………………………………………………………………………3 1. Круговорот азота……………………………………………………………………………………….4-7 1.1 Азот и растения………………………………………………………………………………………..8-9...
4460 Слова | 18 Стр.
Философия природы
Минск 2011 Тема №24 Философия природы . Коэволюционный императив и экологические ценности современной цивилизации. План 1. Введение. 2. Понятие природы . Эволюция представлений о природе в философии и науке. Понятие естественной и искусственной среды обитания. 3. Самоорганизация и развитие природы . Понятие биосферы и ноосферы (В. И. Вернадский). 4. Коэволюционный...
4912 Слова | 20 Стр.
роль природы в становлении и развитии человечества
План: Введение Роль природы в жизни человека и общества Роль природы в развитии человека с исторической точки зрения Периоды взаимодействия природы и человека Отношение человека к природе в разные этапы его развития Современное осознание проблем взаимоотношений человека и природы Ошибочные тенденции в природопользовании Гармонизация отношений природы и человека. Ноосфера Заключение Список использованной литературы Введение...
2888 Слова | 12 Стр.
углерод в природе
существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. В настоящее время стихийное развитие взаимоотношений с природой представляет опасность для существования не только отдельных объектов, территорий, стран и т. п., но и для всего человечества. Это объясняется тем, что человек тесно связан с живой природой происхождением, материальными и духовными потребностями, но, в отличие от других организмов, эти связи приняли такие масштабы и формы, что это может привести...
3030 Слова | 13 Стр.
Сообщение о взаимодействии человека и природы
Природа – целостная система с множеством сбалансированных связей. Нарушение этих связей приводит к изменению установившихся в природе круговоротов веществ и энергии. Современным обществом в производство и потребление вовлекается такое количество вещества и энергии, которое в сотни раз превосходит биологические потребности человека, что и является основной причиной современного экологического кризиса (высокий уровень и быстрое нарастание антропогенной нагрузки на окружающую природную среду). Сегодня...
512 Слова | 3 Стр.
Философия природы
5. Сущность учения о ноосфере и его создатель. 6. “Глобальные проблемы” человечества. 7. Общие подходы к решению экологических проблем. Гармония между обществом и природой . 8. Список литературы 1. Определение культуры...
3129 Слова | 13 Стр.
Химический состав. Основные формы нахождения химических элементов в земной коре.
Западно-Казахстанский государственный университет им. М.Утемисова Реферат Химический состав. Основные формы нахождения химических элементов в земной коре. Подготовила: Студентка группы Эко-22 Кучкина А.А. Проверил: Чекалин С.Г. г. Уральск, 2016 год Содержание: Введение 1. Относительное содержание химических элементов в земной коре 2. Формы нахождения химических элементов в земной коре Выводы Литература Введение Земная кора – внешняя оболочка литосферы. Ее плотность примерно в два раза меньше...
2685 Слова | 11 Стр.
Роль животных в круговороте веществ в природе и жизни человека
животных в круговороте веществ в природе и жизни человека 2. Причины исчезновения видов Oхрана вымирающих видов. Законодательное обеспечение 3. природопользования и охраны окружающей среды в Приднестровской Молдавской Республике Список литературы 1. Роль животных в круговороте веществ в природе и жизни человека Животный мир представляет собой важную часть биосферы нашей планеты. Вместе с растениями животные играют исключительную роль в миграции химических элементов , которая...
3317 Слова | 14 Стр.
Вода в природе
на Земле, поэтому без воды не может существовать ни один из их видов. Велико значение воды и в повседневной практической деятельности человека. Важная роль воды всецело связана с её способностью растворять различные вещества, встречающиеся в природе , и образовывать сложные растворы солей, газов и органических веществ с разными свойствами. Перенос растворенных водой веществ ведет к образованию отложений в морях и бессточных бассейнах, способствует перераспределению солей на поверхности Земли....
739 Слова | 3 Стр.
Практическое значение биосферы и ее элементов
тему: Практичне значення біосфери та її елементів Виконала: Студентка гр. МУЕ-52 Бондаренко Світлана Перевірив: Попова М. О. Одеса, 2012 р. План Введение 3 1. Сущность биосферы и ее эволюция 5 2. Составляющие элементы биосферы 8 2.1 Атмосфера 8 2.2 Гидросфера 10 2.3 Литосфера 13 2.4 Живые организмы (живое вещество) 14 3. Процесс развития биосферы 18 4. Переход к ноосфере 20 Заключение 24 Список литературы 25 ...
4123 Слова | 17 Стр.
Виды и особенности антропогенных воздействий на природу.
МОСКОВСКИЙ ЭКОНОМИКО-ФИНАНСОВЫЙ ИНСТИТУТ Факультет: Банковское дело Дисциплина: Экология Курсовая работа Тема: Виды и особенности антропогенных воздействий на природу . Студент: Жучков Михаил Юрьевич Москва 2006 План 1. Введение. 2. Современное состояние природной среды. 3. Атмосфера – внешняя оболочка биосферы. Загрязнение атмосферы. 4. Почва – важная составляющая часть биосферы. Загрязнение почвы. 5. Вода – основа жизненных процессов в биосфере. Загрязнение...
6219 Слова | 25 Стр.
Экология природы
1. Действие абиотических факторов на уровне экосистемы. Природная среда включает в себя все элементы живой и неживой природы , в которой существуют организмы, популяции и природные сообщества. Отдельные факторы среды, оказывающие на их свойства и состояние прямое или косвенное влияние, называют экологическими факторами. В природе каждый вид в процессе эволюции приспосабливается к определённым изменениям экологических факторов и сам воздействует на окружающую...
2979 Слова | 12 Стр.
Основы экологии и охраны природы
ГБОУ ВПО «Нижегородская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения РФ» Кафедра гигиены Контрольная работа по ОСНОВАМ ЭКОЛОГИИ И ОХРАНЫ ПРИРОДЫ Среда обитания как фактор риска здоровью населения Выполнила: Студентка IV курса гр.43-з фармацевтического факультета Чертаганова (Лобанова) Н.Н. Н.Новгород 2015 ПЛАН: Введение………………………………………………………………………………..3 1. Экологический кризис, причины, характерные особенности……………... 3 2. Эколого-гигиеническая характеристика...
2982 Слова | 12 Стр.
Сохранение экологического равновесия в природе – важнейшая задача человечества.
области. Институт пищевых технологий и дизайна - ГБОУ ВПО Нижегородский государственный инженерно-экономический институт. Кафедра Математических и Естественно-научных дисциплин. Реферат на тему: Сохранение экологического равновесия в природе – важнейшая задача человечества. Выполнил: Студент группы ТВ-13 Палицына Дарья Владимировна. Проверил: Жадаев А.Ю., Преподаватель. Нижний Новгород 2013 Оглавление: стр. ...
4407 Слова | 18 Стр.
«Гидросфера как элемент биосферы и природный ресурс. Экологические проблемы мирового океана. Негативные последствия создания крупных
Университет Курс общей гигиены и экологии СРС На тему: «Гидросфера как элемент биосферы и природный ресурс. Экологические проблемы мирового океана. Негативные последствия создания крупных водохранилищ». Выполнила: ст.гр.1-076 ОМ Искакова Алия Проверила: доцент Коваленко Л. М. Караганда 2013 г. Содержание 1. Введение…………………………………………………………………….3 2. Характеристика гидросферы как одного из элементов биосферы...........4 3. Основные экологические проблемы гидросферы........
2814 Слова | 12 Стр.
Организация и самоорганизация в живой природе
совокупности действий, ведущих к созданию устойчивых, производственных и межличностных отношений в коллективе на основе свободного выбора принятых правил и процедур. Как явление самоорганизация представляет собой набор элементов , служащих для реализации программы или цели. К таким элементам относятся неформальные структуры управления, участники этого процесса, ресурсы и т.д. Самоорганизация может быть личной и коллективной. Личная самоорганизация реализуется: в планировании организации рабочего дня...
4058 Слова | 17 Стр.
Человек в гармонии с природой
Введение………………………………………………………………...................3 Глава 1.Природа – источник жизни, материального и духовного……………. 6 Глава 2.Концепции отношения общества к природе … ……..………..……9 Глава 3. Пути решения экологических проблем………………..………………9 Глава 4. Законы развития природы ………………………….………..…….17 Заключение…………………………………………………………………….....26 Список литературы………………………..……………………..........................28 Введение Я выбрала тему своего реферата: человек в гармонии с природой , для того чтобы выявить как люди должны...
5833 Слова | 24 Стр.
Современные проблемы экологического состояния природы
экологического состояния природы 2. Виды загрязнения окружающей среды 3. Мероприятия по защите окружающей среды 4. Правовые основы охраны окружающей среды Заключение Список литературы Введение Проблема охраны окружающей среды в конце XX столетия стала одной из острейших во всех государствах и достигла максимального пика в наиболее развитых странах, где прямое и косвенное воздействие на природу приобрело довольно широкие масштабы. Последствия вмешательства человека во все сферы природы нельзя игнорировать...
4092 Слова | 17 Стр.
Живые индикаторы загрязнения природы
Живые индикаторы загрязнений природы . Защита окружающей среды от промышленных загрязнений - «тема века». Этот вопрос не волнует сейчас разве только тех, кто не представляет, насколько загрязнения опасны для здоровья планеты. Чтобы поставить им надежный заслон, необходим чёткий контроль за состоянием окружающей среды, нужны приборы, которые вовремя подскажут нам о сдвигах экологического равновесия в природе . Физики и химики создали сейчас самые совершенные аналитические приборы. Многие из них...