Круговорот важнейших химических элементов в биосфере

 

 

 

 

 

 

 

 

Доклад

По экологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Круговорот важнейших  химических элементов в биосфере

Транспортная функция  живого вещества заключается не только в переносе вещества против силы тяжести или в горизонтальном направлении, но и в доставке элементов при миграции организмов.

В круговороте веществ  в биосфере 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. 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.

Большой круговорот веществ  в пределах верхних горизонтов земного  шара возникает под влиянием действия солнечной энергии и энергии распада радиоактивных веществ.

Магматическая порода, возникшая  при кристаллизации магмы, поступившей  из глубин Земли, на поверхности литосферы  подвергается разложению — выветриванию в материал различной степени измельчения.

Он сносится водами и другими  агентами в пониженные места рельефа и в большей части попадает в море, океан. За этот счет образуются мощные толщи осадочных горных пород, которые в ходе времени погружаются на большие глубины и в области повышенных температур и давлений подвергаются метаморфизму, переплавлению.

При переплавлении возникает  магма, которая в благоприятных  условиях может снова поступить  в верхние горизонты земной коры, где застывает в форме различных  интрузивных тел. Затем все повторяется  сначала.

Общий круговорот веществ  складывается из отдельных процессов, которые не являются полностью обратимыми, так как происходит рассеивание  вещества, изменение его состава  и т. д.

В пределах биосферы осуществляются геологические круговороты. Энергетической основой для них служит энергия  Солнца. Геологический круговорот наиболее четко проявляется в процессе непрерывного, взаимосвязанного перемещения  воды на Земле.

Под воздействием солнечной  энергии вода в биосфере непрерывно переходит из одного состояния в  другое. Испарение ее с поверхности  океана, подъем водяных паров в  атмосферу и выпадение на поверхность  океана в форме осадков образуют малый круговорот воды. Когда водяные  пары переносятся на сушу, круговорот усложняется. В виде осадков вода выпадает на поверхность суши, часть ее вновь испаряется и поступает в атмосферу.

Другая часть питает реки и озера, внутренними и поверхностными стоками вновь выносится в  океан. Этим завершается большой  круговорот воды. Важнейшее свойство круговорота воды заключается в  том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу.

С появлением живого вещества на основе геологических круговоротов возникли малые биологические круговороты — миграция элементов при помощи живых организмов. Химические элементы непрерывно циркулируют в биосфере, переходя из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Такая циркуляция веществ по более или менее замкнутым путям называется биогеохимическим циклом. Основными биогеохимическими циклами являются круговороты кислорода, углерода, водорода, азота, фосфора, серы и других биогенных элементов.

В экосистеме происходит постоянный круговорот элементов питания с участием биотического и абиотического компонентов. Движущей силой круговоротов служит солнечная энергия, которую используют непосредственно фотосинтезирующие организмы и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергии и питательных веществ через экосистему, который носит название биогеохимического цикла.

Биогеохимические циклы  — циркуляция в биосфере химических элементов и неорганических соединений по характерным путям из внешней  среды в организмы, и из организмов во внешнюю среду. Такое перемещение элементов и неорганических соединений, необходимых для жизни, можно назвать круговоротом элементов питания.

При изучении круговорота  удобно выделять две части, или два  фактора:

• резервный фонд — большая  масса медленно движущихся  веществ, в основном небиологический компонент;
• подвижный, или обменный, фонд, для которого характерен быстрый обмен между органической и неорганической средой.

Для биосферы в целом  можно выделить два основных типа биогеохимических циклов:

1)круговорот газообразных  веществ, с резервным фондом  в атмосфере или гидросфере;

2)осадочный цикл  с резервным фондом в земной  коре.

Такое разделение биогеохимических циклов основано на том, что некоторые  круговороты, например те, в которых  участвуют углерод, азот и кислород, из-за наличия крупных атмосферных  или океанических фондов довольно быстро компенсируют нарушения. Так, накопленный в каком-либо месте избыток СО₂обычно быстро рассеивается воздушными потоками, а увеличение его концентрации в атмосфере способствует большему потреблению растениями и превращению в карбонаты в море.

В целом круговороты  газообразных веществ в глобальном масштабе можно считать хорошо забуференными, так как их способность к саморегуляции  и поддержанию определенных концентраций различных веществ достаточно велика.

Следует отметить, что, хотя атмосфера и имеет большой  резервный фонд и высокую способность к саморегуляции, все же они не беспредельны.

 

Круговорот  азота в биосфере

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 сине-зеленые 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.