Круговорот в природе

Биогеохимические циклы  – это более или менее замкнутые  движения химических элементов в  живых организмах («био»), в твердых  породах, воздухе и воде («гео»). В  круговороте элементов различают  две части: резервный фонд («недоступный») – большая небиологическая часть, медленно движущихся веществ и обменный фонд («доступный») – меньшая, но более подвижная часть, которая быстро обменивается между организмами и окружающей их средой. Следует иметь в виду, что циклы с малым объемом резервного фонда более подвержены воздействию человека. Биогеохимические циклы делятся на два типа: газообразные циклы (например круговорот углерода) с резервным фондом химического элемента в атмосфере и гидросфере и осадочные циклы (например круговорот фосфора) с резервным фондом в земной коре [4].

Ниже рассматриваются  наиболее значимые элементы круговорота  веществ. 

 

2.1. Круговорот воды

Вода – необходимое  вещество в составе любых живых  организмов. Основная масса воды сосредоточена в гидросфере[3]. Круговорот воды, включающий ее переход из жидкого в газообразное и твердое состояние и обратно, - один из главных компонентов абиотической циркуляции веществ. В процессе гидрологического цикла происходят перераспределения и очистка планетарного запаса воды [5].

В круговороте воды можно  выделить так называемые большой  и малый. При малом круговороте  вода, испарившаяся с поверхности океана, вновь возвращается в него в виде атмосферных осадков. При большом круговороте часть испарившейся с водной поверхности влаги выпадает не только в океан, но и на сушу, где питает реки и другие водоемы, но в конечном счете с подземным или поверхностным стоком возвращается в океан [4]. 

Значимую роль в процессе круговорота воды играет эвапотранспирация  – это суммарная отдача воды из экосистемы в атмосферу. Она включает как физически испаряемую воду, так и влагу, транспирируемую растениями. Уровень транспирации различен для разных видов и в разных ландшафтно-климатических зонах [3].

Таким образом, для круговорота воды в пределах экосистем наиболее важны процессы эвапотранспирации, инфильтрации и стока. В целом круговорот воды характеризуется тем, что в отличие от углерода, азота и других элементов вода не накапливается и не связывается в живых организмах, а проходит через экосистемы почти без потерь; на формирование биомассы экосистемы используется лишь около 1% воды, выпадающей с осадками.

 

2.2. Круговорот углерода

 

Углерод встречается  на нашей планете в чрезвычайно  разнообразных соединениях, начиная  с нахождения в виде чистого углерода (графит, уголь и т.д.) вплоть до высокомолекулярных органических соединений. Неорганическое вещество, лежащее в основе биогенного круговорота этого элемента - диоксид углерода (углекислый газ CO₂). Диоксид углерода является одним из главных составляющих компонентов атмосферы, а также находится в гидросфере в растворенном состоянии [4].

В ходе фотосинтеза атомы углерода переходят из состава углекислого газа в состав глюкозы и других органических веществ растительных клеток

В дальнейшем другие процессы биосинтеза преобразуют эти углеводы в более сложные. Все эти соединения не только формируют ткани фотосинтезирующих организмов, но и служат источником органических веществ ля животных и незеленых растений. В процессе дыхания все организмы окисляют сложные органические вещества; конечный продукт этого процесса, CO₂, выводится во внешнюю среду, где вновь может вовлекаться в процесс фотосинтеза [3].

Так же, углерод возвращается в атмосферу при сжигании любых органических соединений, например древесины, сухой травы или листьев, а также ископаемого топлива [5].

Вывод части углерода естественного круговорота экосистемы и «резервирования» в виде ископаемых запасов органического вещества в недрах Земли является важной особенностью рассматриваемого процесса. После завершения жизненного цикла – гибели (смерти) организма его ткани подвергаются биологическому разложению под воздействием редуцентов, что также приводит к поступлению диоксида углерода в атмосферу. Этот процесс приурочен к почвенным горизонтам и определяет сущность почвенного дыхания [4].

В водных экосистемах  прерывание круговорота углерода связано  с включением диоксида углерода в  состав известняков, мела, кораллов в  виде CaCO₃. При этом углерод исключается из круговорота на целые геологические эпохи. Лишь поднятие органогенных пород над уровнем моря приводит к возобновлению круговорота через выщелачивание известняков атмосферными осадками, а также биогенным путем – действием лишайников, корней растений [3].

 

 

 

Круговорот фосфора

 

Из всех микроэлементов фосфор – один из самых редких в доступных резервуарах на поверхности Земли. В природе фосфор в больших количествах содержится в ряде горных пород. В процессе разрушения этих пород он попадает в наземные экосистемы или выщелачивается осадками и в конце концов оказывается в гидросфере. В обоих случаях этот элемент вступает в пищевые цепи [3].

По пищевым цепям  фосфор последовательно переходит от растений к организмам всех трофических уровней, и аналогично углероду в каждом из организмов велика вероятность окисления при клеточном дыхании фосфорсодержащего соединения с целью получения необходимой для жизнедеятельности энергии. Если это происходит, то фосфат в составе мочи или ее аналогов выводится из организма в окружающую среду, где может снова быть поглощен растениями и вновь запущен в круговорот [1].

В океане часть фосфатов с отмершими органическими остатками попадает в глубинные осадки и накапливается там, выключаясь из круговорота. За исключением небольшого количества в виде помета рыбоядных птиц, который откладывается на побережье [4].  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение 

 

Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощенные организмом в последствии его покидают, уходя в абиотическую среду, затем, через какое-то время, снова попадают в живой организм, и т.д. Такие элементы называют биофильными. Этими циклами и круговоротом в целом обеспечиваются важнейшие функции живого вещества в биосфере. В.И. Вернадский выделяет пять таких функций [2]:

- первая функция –  газовая – основные газы атмосферы  Земли, азот и кислород, биогенного происхождения, как и все подземные газы – продукт разложения отмершей органики;

- вторая функция –  концентрационная – организмы  накапливают в своих телах  многие химические элементы, среди  которых на первом месте стоит  углерод, среди металлов – первый кальций, концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, йода – водоросли (ламинария), фосфора – скелеты позвоночных животных;

- третья функция –  окислительно-восстановительная –  организмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или же осаждения ряда металлов (V, Mn, Fe) и неметаллов (S) с переменной валентностью;

- четвертая функция – биохимическая – размножение, рост и перемещение в пространстве («расползание») живого вещества;

- пятая функция – биогеохимическая деятельность человека – охватывает все разрастающееся количество веществ земной коры, в том числе таких концентраторов углерода, как уголь, нефть, газ и другие, для хозяйственных и бытовых нужд человека.

Одним из основных направлений специальности «Теплогазоснабжения и вентиляция» является газоснабжение. Например, происхождение углеводородных газов тоже определяются приведенными функциям круговорота В.И. Вернадского и связана главным образом с биохимическими процессами, в результате которых происходило разложение и преобразование органических веществ, состоявших из остатков обмерших животных организмов и растительности.

Различают 3 стадии преобразования [6]:

- 1 стадия – интенсивное  разложение органического вещества, протекавшее под влиянием бактерий (биохимическое);

- 2 стадия – период  после захоронения и погружения  органического осадка, когда на  процессе его преобразования  начинают оказывать влияние повышенная температура и давление (диагенетическая);

- 3 стадия – период, когда осадок попадает в условия еще более высоких температур и давлений (в результате дальнейшего опускания земной коры на глубину, измеряемую километрами) (метаформическая).

Таким образом, все в  природе взаимосвязано и взаимозависимо. Основные месторождения газа в Якутии расположены на левобережной стороне реки Лены, т.к. известно, что в Вилюйской низменности находилась море, насыщенное органическими веществами. Согласно 5-ой функции, газопроводы тянутся к местам, где нет газа.

Природа Якутии очень  ранимая, долго восстанавливаемая, поэтому человеческая деятельность должна быть бережной по отношению к природе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использованная литература

 

1. Экология: Учеб. для вузов / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. – 5-е изд., испр. и доп. – М.: Дрофа, 2006. 0- 622 с.
2. Экология. Изд. 5-е, доп. и переработ. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2003. – 576 с.
3. Экология: Учеб. для биол. и мед. спец. вузов / И.А. Шилов. – 4-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2003. – 512 с.
4. Экология: Учебник / А.Д. Потапов. – 20е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 2004. – 528 с.
5. Экология: Учебник для технических вузов / Л.И. Цветкова, М.И. Алексеева и др.; Под ред. Л.И. Цветковой. – М.: Изд-во АСВ, СПб.: Химиздат, 2001. – 552 с.
6. Газоснабжение: Учеб. для вузов / А.А. Ионин – М.: Стройиздат, 1987.