Круговорот в природе

Инженерно-технический  факультет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине: экология

на тему: Круговорот в природе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент группы ТГВ – 05

Иванова А.В.

Проверил:

Свинобоев

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2010 г.

Содержание

 

Введение…………………………………………………………3

Глава 1. Функционирование экосистем……………………….5

Глава 2. Круговорот веществ…………………………………..8

2.1. Круговорот воды……………………………………..10

2.2. Круговорот углерода  ……………………………….. 11

2.3. Круговорот фосфора…………………………………13

Заключение……………………………………………………..14

Использованная литература…………………………………...16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Экосистемы существуют везде – в воде и на земле, в сухих и влажных районах, в холодных и жарких местностях. Они по-разному выглядят, включают различные виды растений и животных. Однако в «поведении» всех экосистем имеются и общие аспекты, связанные с принципиальным сходством энергетических процессов, протекающих в них. Одним из фундаментальных правил, которым подчиняются все экологические системы, является принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивости равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. При изучении экосистем анализируют прежде всего поток энергии и круговорот веществ между соответствующими биотопом и биоценозом. Экосистемный подход учитывает общность организации всех сообществ независимо от местообитания. Это подтверждает сходство структуры и функционирования наземной и водной экосистем.

Экологическая система (экосистема) – совокупность популяций различных видов растений, животных, и микробов, взаимодействующих между собой и окружающей их средой таким образом, что эта совокупность сохраняется неопределенно долгое время. Примеры экологических систем: луг, лес, озеро, океан [1].

 «Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляют собой экологическую систему, или экосистему» (Ю. Одум, 1986) [2].

Главным предметом исследования при экосистемном подходе в экологии становятся процессы трансформации  вещества и энергии между биотой и физической средой, т.е. возникающий биогеохимический круговорот веществ в экосистеме в целом. Это позволяет дать обобщенную интегрированную оценку результатов жизнедеятельности сразу многих отдельных организмов многих видов, так как по биогеохимическим функциям, т.е. по характеру осуществляемых в природе процессов превращения вещества и энергии, организмы более однообразны, чем по своим морфологическим признакам и строению. Например, все высшие растения потребляют одни и те же вещества, все они используют свет и благодаря фотосинтезу, образуют близкие по составу органические вещества и выделяют кислород.

Биосфера (греч. bios – жизнь, sphaira – шар, сфера) – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека [2].

Академик В.И. Вернадский первым постулировал тезис о важнейшей  роли живых организмов («живого вещества») в формировании и поддержании  основных физико-химических свойств оболочек Земли. В его концепции биосфера рассматривается не просто как пространство, занятое жизнью, а как целостная функциональная система, на уровне которой реализуется неразрывная связь геологических и биологических процессов. \основные свойства жизни, обеспечивающие эту связь, - высокая химическая активность живых организмов, их подвижность и способность к самовоспроизведению и эволюции. Биологическое разнообразие – основа формирования устойчивых биогеохимических циклов вещества и энергии в биосфере Земли [3].

 

 

 

 

 

Глава 1. Функционирование экосистем

 

«Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы, действенная его  энергия огромна. Живое вещество есть самая мощная геологическая  сила, растущая с ходом времени»

В.И.Вернадский [4]

 

Совместная деятельность различных живых организмов определяет закономерный круговорот отдельных  элементов и химических соединений, включающий введение их в состав живых  клеток, преобразования химических веществ  в процессах метаболизма, выведение в окружающую среду и деструкцию органических веществ, в результате которой высвобождаются минеральные вещества, вновь включающиеся в биологические циклы. Процессы круговорота происходят в конкретных экосистемах, но в полном виде биогеохимические циклы реализуются лишь на уровне биосферы в целом [3].

В концепции биосферы выявляется целостность функциональной системы в пространстве, занятой  жизнью, где реализуется единство геологических и биологических  сил на нашей планете. Основные свойства жизни реализуются за счет высокой химической активности живых организмов, их подвижности и способностях к самовоспроизведению и эволюции. В подержании жизни как планетарного явления важнейшее значение имеет биоразнообразие, множество форм жизни, которые отличаются набором потребляемых веществ и выделяемых в среду продуктов жизнедеятельности. Биоразнообразие – основа устойчивости (самоподдерживающего) функционирования биосферы, которая создает биогеохимические циклы вещества, превращение энергии и использование информации [4].

Из почти 100 химических элементов, которые встречаются  в природной среде, почти 40 необходимы для функционирования живых организмов. Из этих химических элементов N (азот), C (углерод), H (водород), O (кислород), P (фосфор), S (сера) (в том числе и в катионной форме) относятся к главным биогенам, которые требуются в значимых объемах. Химические элементы циркулируют в биосфере по различным путям биологического круговорота: поглощаются живым веществом, «заряжаются» энергией, затем покидают живое вещество, отдавая накопленную энергию во внешнюю среду [4].

Сложные межвидовые взаимоотношения, определяющие функциональную целостность  экосистем, отличаются относительной  «свободой» структурных связей между  отдельными компонентами. Виды в составе  конкретных биоценозов могут замещаться биологически сходными видами. Нестабильность абиотических факторов экосистем является причиной колебаний состава и функциональных связей  в биоценозах. Динамичность – одно из фундаментальных свойств экосистем, которое отражает не только зависимость последних от комплекса факторов, но и адаптивную (приспособительную) реакцию всей системы на эти факторы.

Масштабы времени, в  которых выражается динамика экосистем, различны. Изменения могут иметь  суточную или сезонную ритмичность, продолжаться несколько лет или охватывать целые геологические эпохи, влияя на развитие глобальной экосистемы Земли.

На стадии зарождения жизни на Земле бурно шли разнообразные  химические реакции. Синтезировались  и вступали в последующие реакции  одни вещества, другие разлагались, преобразовывались в иные соединения, причем считают, что весь процесс был мало упорядочен и хаотичен. С возникновением жизни химические процессы постепенно стали подчиняться определенным закономерностям и упорядочились. Атомы, входящие в состав органических соединений живой ткани, стали передаваться по пищевой цепи от одного звена к другому и в конце концов возвращаться в неорганическую природу.

Академик В.И. Вернадский установил  закономерность, сформулированную как  закон биогенной миграции атомов: миграция химических элементов во всех экосистемах, включая биосферу в целом, либо осуществляется при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), либо протекает в среде, геохимические особенности которой (O₂ , CO₂, H₂ и т.д.) обусловлены живым веществом, как населяющим на Земле в течение всей геологической истории.

Разнообразие  организмов, существующих во всевозможных экосистемах планеты, по образному выражению В.И. Вернадского, образует «живое вещество» Земли. Главной геохимической особенностью живого вещества является то, что оно пропускает через себя атомы химических элементов, осуществляя в процессе жизнедеятельности их закономерную сортировку и дифференциацию. Завершив свой жизненный цикл, организмы возвращают природе все, что взяли от нее в течение жизни.

 Малые миграционные потоки  химических элементов, как между  взаимосвязанными, так и между  организмами и окружающей их  средой складываются в более  крупные циклы – круговороты.  Продолжительность и постоянство  существования жизни поддерживают именно круговороты, потому что без них даже в масштабах Земли запасы необходимых элементов были бы очень скоро исчерпаны [1].

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Круговорот веществ

 

Круговорот биологический (биотический) – явление прерывного, циклического, закономерного, но неравномерного во времени и пространстве перераспределения вещества, энергии и информации в пределах экологических систем различного иерархического уровня организации – от биогеоценоза до биосферы.

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический). Круговорот веществ в масштабах всей биосферы называют большим кругом (геологический), а в пределах конкретного биогеоценоза – малым кругом биотического обмена (биогеохимический) [1].

1. Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляется перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.

Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружается в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму – источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы. Символом круговорота веществ является спираль, а не круг. Это означает, что новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что со временем приводит к весьма значительным изменениям [2].

Большой круговорот наиболее четко  проявляется в циркуляции воздушных  масс и воды.

В основе большого геологического круговорота  лежит процесс переноса веществ, в основном минеральных соединений, из одного места в другое в масштабе планеты.

Около 30% падающей на Землю лучистой энергии расходуется на перемещение  воздуха, испарение воды, выветривания горных пород, растворение минералов и т.п. Движение воды и ветра, в свою очередь,, перераспределению, осаждению и накоплению механических и химических осадков на суше и в океане. В течение длительного времени образующиеся в море напластования могут возвращаться на поверхность суши, и процессы возобновляются. К этим циклам подключаются вулканическая деятельность, землетрясение и движение океанических плит в земной коре [5].

2. На базе большого геологического круговорота возникает круговорот органических веществ, или малый, биологический (биотический) круговорот. В 1972 г. советский ученый В.Р. Вильямс писал: «Из большого, абиотического, круговорота веществ на земном шаре вырывается ряд элементов, которые, постоянно увлекаемые в новый, малый, по сравнению с большим, биологический круговорот, надолго, если не навсегда, вырываются из большого круговорота и вращаются непрерывно расширяющейся спиралью в одном направлении в малом, биологическом, круговороте» [5].

Малый круговорот веществ, в отличие от большого, совершается  лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении  органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.

Этот круговорот для  жизни биосферы – главный, и он сам является порождением жизни. Изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество поддерживает жизнь на нашей планете, обеспечивая биогеохимический круговорот веществ [2].

Главным источником энергии  круговорота является солнечная  радиация, которая порождает фотосинтез. В отличие от геологического, биологический круговорот характеризуется ничтожным количеством энергии. На создание органического вещества, как уже упоминалось, затрачивается всего около 1% падающей на Землю лучистой энергии. Однако эта энергия, вовлеченная в биологический круговорот, совершает огромную работу по созиданию живого вещества. Чтобы жизнь продолжала существовать, химические элементы должны постоянно циркулировать из внешней среды в живые организмы и обратно, переходя из протоплазмы одних организмов в усвояемую для других организмов форму. Все химические элементы участвуют и в большом, и в малом круговороте веществ, перемещаясь из неживой среды в живые организмы и обратно, образуя биогеохимические циклы.