Круговорот важнейших химических элементов в природе

 Содержание

 Введение

 1 Круговорот  важнейших химических элементов  в природе

 1.1 Круговорот  воды.

 1.2. Круговорот углерода.

 1.3. Круговорот азота

 1.4. Круговорот серы.

 1.5. Круговорот фосфора

 2 Экологические  фактора и их описание.

 2.1. Среда обитания и классификация  экологических факторов.

 3 Экологическая  роль основных абиотических факторов

 3.1. Солнечное излучение

 3.2. Температура. 

 3.3.Влажность. 

 3.4. Воздушно-газовый режим

 4 Основные  законы действия абиотических  факторов

 4.1. Понятие об оптимуме

 4.2. Понятие о толерантности

 Заключение.

 Список  литературы 

 Введение 

 Человек всегда использовал окружающую среду  в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного  времени его деятельность не оказывала  заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменения  биосферы под влиянием хозяйственной  деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего  века эти изменения нарастали  и в настоящее время лавиной  обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий  своей жизни, человек постоянно  наращивает темпы материального  производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая  часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто  ядовитых или непригодных для  утилизации. Это создает угрозу и  существованию биосферы, и самого человека.  

 Целью данной работы является анализ темы экосистемы в экологии, а именно: исследование важнейших химических элементов  в природе и их круговорот, ознакомление с факторами окружающей среды  и с основными законами экологии.  

 Главной задачей создания данной работы я  считаю, ознакомление с понятием экосистем  в экологии, факторами, влияющими  на них и проблемами их взаимосвязи  с человеком. Актуальность моей работы я вижу в том, что именно сейчас необходимо задуматься о правильном использовании природы человеком, о том, что и как может повлиять на ее дальнейшее состояние и развитие, ведь именно от природы и зависит  жизнь людей на всей планете.

 1. Круговорот  важнейших химических элементов  в природе. 

 Каждое  животное или растение является звеном в цепях питания своей экосистемы, обменивается веществами с неживой  природой, а следовательно -- включено в круговорот веществ биосферы. Химические элементы в составе различных  соединений циркулируют между живыми организмами, атмосферой и почвой, гидросферой  и литосферой. Начавшись в одних  экосистемах, круговорот заканчивается  в других. Вся биомасса планеты  участвует в круговороте веществ, это придает биосфере целостность  и устойчивость. Живые организмы существенно влияют на перемещение и превращение многих соединений. В биологическом круговороте задействованы, прежде всего, элементы, входящие в состав органических веществ: С, N, S, Р, О, Н, а также ряд металлов (Fe, Ca, Mg и др.). 

 Циркуляция  соединений осуществляется в основном за счет энергии Солнца. Зеленые  растения, аккумулируя его энергию  и потребляя из почвы минеральные  соединения, синтезируют органические вещества. Органика распространяется в биосфере по цепям питания. Редуценты  разрушают растительную и животную органику до минеральных соединений, замыкая биологический цикл. 

 В верхних  слоях океана и на поверхности  суши преобладает образование органического  вещества, а в почве и глубинах моря -- его минерализация. Миграция птиц, рыб, насекомых способствует и  переносу накопленных ими элементов. Существенно на круговорот элементов  влияет деятельность человека.

 1.1 Круговорот  воды.  

 Нагреваемые солнцем воды планеты испаряются. Выпадающая живительным дождем влага  возвращается обратно в океан  в качестве речных вод или очищенных  фильтрацией грунтовых вод, перенося огромное количество неорганических и  органических соединений. Живые организмы  активно участвуют в круговороте  воды, являющейся необходимым компонентом  процессов метаболизма (о биологической  роли воды см. § 1). На суше большая часть  вод испаряется растениями, уменьшая водосток и препятствуя эрозии почвы. Поэтому при вырубке лесов  поверхностный сток увеличивается  сразу в несколько раз и  вызывает интенсивный размыв почвенного покрова. Лес замедляет таяние снега, и талая вода, постепенно стекая, хорошо увлажняет поля. Уровень грунтовых  вод повышается, а весенние наводнения редко бывают разрушительными. 

 Влажные тропические леса смягчают жаркий экваториальный климат, задерживая и постепенно испаряя  воду (это явление называют транспирацией). Вырубка тропических лесов вызывает в близлежащих районах катастрофические засухи. Хищническое уничтожение  лесов способно превратить в пустыни  целые страны, как это уже случилось  в северной Африке. Круговорот воды, регулируемый растительностью, -- важнейшее  условие поддержания жизни на Земле.

 1.2. Круговорот углерода. 

 В процессе фотосинтеза растения поглощают  углерод в составе углекислого  газа. Продуцируемые ими органические вещества содержат значительное количество углерода, распространяющегося в  экосистеме по цепям питания. В процессе дыхания организмы выделяют углекислый газ. Органические остатки в море и на суше минерализуются редуцентами. Один из продуктов минерализации -- углекислый газ -- возвращается в атмосферу, замыкая цикл. 

 В течение 6-8 лет живые существа пропускают через себя весь углерод атмосферы. Ежегодно в процесс фотосинтеза  вовлекается до 50 млрд. т углерода. Часть его накапливается в  почве и на дне океанов -- в скелетах водорослей и моллюсков, коралловых рифах. Существенный запас углерода содержится в составе осадочных  пород. На основе ископаемых растений и планктонных организмов сформированы месторождения каменного угля, органогенного  известняка и торфа, природного газа и, возможно, нефти (некоторые ученые предполагают абиогенное происхождение  нефти). Природное топливо при  сгорании пополняет количество атмосферного углерода. Ежегодно содержание углерода в атмосфере увеличивается на 3 млрд. т и может нарушить устойчивость биосферы. Если темп прироста сохранится, то интенсивное таяние полярных льдов, вызванное парниковым эффектом углекислого газа, приведет к затоплению обширных прибрежных территорий по всему миру. 

 1.3. Круговорот азота.  

 Значение  азота для живых организмов определяется в основном его содержанием в  белках и нуклеиновых кислотах. Азот, как и углерод, входит в состав органических соединений, круговороты  этих элементов тесно связаны. Главный  источник азота -- атмосферный воздух. Благодаря фиксации живыми организмами  азот поступает из воздуха в почву  и воду. Ежегодно синезеленые связывают  около 25 кг/га азота. Эффективно фиксируют  азот и клубеньковые бактерии. 

 Растения  поглощают соединения азота из почвы  и синтезируют органические вещества. Органика распространяется по цепям  питания вплоть до редуцентов, разлагающих  белки с выделением аммиака, преобразующегося далее другими бактериями до нитритов и нитратов. Аналогичная циркуляция азота происходит между организмами  бентоса и планктона. Денитрифицирующие  бактерии восстанавливают азот до свободных  молекул, возвращающихся в атмосферу. Небольшое количество азота фиксируется  в виде оксидов молниевыми разрядами  и попадает в почву с атмосферными осадками, а также поступает от вулканической деятельности, компенсируя  убыль в глубоководные отложения. Азот поступает в почву также  в виде удобрений после промышленной фиксации из воздуха атмосферы. 

 Круговорот  азота -- более замкнутый цикл, нежели круговорот углерода. Лишь незначительное его количество вымывается реками или  уходит в атмосферу, покидая границы  экосистем.

 1.4. Круговорот серы.  

 Сера  входит в состав ряда аминокислот  и белков. Соединения серы поступают  в круговорот в основном в виде сульфидов из продуктов выветривания пород суши и морского дна. Ряд  микроорганизмов (например, хемосинтезирующие  бактерии) способны переводить сульфиды в доступную для растений форму -- сульфаты. Растения и животные отмирают, минерализация их остатков редуцентами  возвращает соединения серы в почву. Так, серобактерии окисляют до сульфатов  образующийся при разложении белков сероводород. Сульфаты способствуют переводу труднорастворимых соединений фосфора  в растворимые. Количество минеральных  соединений, доступных растениям, возрастает, улучшаются условия для их питания. 

 Ресурсы серосодержащих полезных ископаемых весьма значительны, а избыток этого  элемента в атмосфере, приводящий к  кислотным дождям и нарушающий процессы фотосинтеза вблизи промышленных предприятий, уже беспокоит ученых. Количество серы в атмосфере существенно  увеличивается при сжигании природного топлива.

 1.5. Круговорот фосфора. 

 Этот  элемент содержится в ряде жизненно важных молекул. Его круговорот начинается вымыванием фосфорсодержащих соединений из горных пород и поступлением их в почву. Часть фосфора уносится в реки и моря, другая -- усваивается  растениями. Биогенный круговорот фосфора  происходит по общей схеме: редуценты.®консументы®продуценты 

 Значительные  количества фосфора вносятся на поля с удобрениями. Около 60 тыс. т фосфора  ежегодно возвращается на материк с  выловом рыбы. В белковом рационе  человека рыба составляет от 20% до 80%, некоторые  малоценные сорта рыб перерабатываются на удобрения, богатые полезными  элементами, в т. ч. фосфором. 

 Ежегодная добыча фосфорсодержащих пород составляет 1-2 млн. т. Ресурсы фосфорсодержащих пород пока велики, но в будущем  человечеству, вероятно, придется решать проблему возвращения фосфора в  биогенный круговорот. 

 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.