Круговорот важнейших химических элементов в природе

Содержание

Круговорот важнейших  химических элементов в природе.

Круговорот воды. 

Круговорот углерода. 

Круговорот азота. Круговорот серы.

Круговорот фосфора.

Биогеохимические  круговороты.

Антропогенные воздействия  на окружающую среду.  

        

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 учёных. 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 и не пригодных для утилизации. Это создаёт угрозу и существования 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.

Главная задача этой работы,  ознакомление с понятием экосистем  в экологии, факторами, влияющими  на них и проблемами их взаимосвязи  с человеком. Актуальность этой работы заключается в том, что именно сейчас необходимо задуматься о правильном использовании природы человеком, о том, что и как может повлиять на её дальнейшее состояние и развитие, ведь именно от природы зависит жизнь людей на всей планете.

 

 

 

 

Круговорот  важнейших химических элементов  в природе

Круговороты химических элементов  на Земле - повторяющиеся процессы превращения  и перемещения веществ в природе, имеющиеся более или менее циклический характер. Общий круговорот веществ складывается из отдельных процессов (круговорот воды, газов, химических элементов), которые не являются полностью обратимыми, т.к. происходит рассеивание вещества, изменение его состава и др.

С появлением жизни на Земле  огромную роль в круговороте веществ  играют живые организмы (круговорот кислорода, углерода, водорода, азота, кальция и др. биогенных элементов). Глобальное влияние на круговорот веществ и хим. элементов имеет деятельность человека, в результате которой возникают новые и изменяются сложившиеся в природе пути миграции веществ, появляются новые вещества и т.д.

Глубокое изучение превращений  веществ и энергии в природе  и учёт последствий деятельности человека – необходимое условие  сохранения окружающей среды.

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.

 

 

 

 

 

 

Круговорот  воды

Вода — самое  распространенное вещество в биосфере. Основные ее запасы (около 95%) сосредоточены  в виде солено-горькой воды морей  и океанов. Остальные воды — пресные. Воды ледников и вечных снегов (т.е. вода в твердом состоянии) и подземные  воды совместно составляют свыше 97% всех запасов пресной воды. Лишь незначительная часть пресных вод  заключена в озерах, реках, болотах  и атмосфере (в виде водяного пара).

Вода испаряется с поверхности морей и океанов  и переносится от них воздушными потоками на различные расстояния. Большая часть испарившейся воды возвращается в виде дождя в океан, а меньшая — на сушу. С суши вода в виде водяного пара теряется также вследствие процессов испарения  с ее поверхности и транспирации растениями. Вода переносится в атмосферу  и в виде осадков возвращается на сушу или в океан. Одновременно с континентов в моря и океаны поступает речной сток воды.

Как видим, основу глобального  круговорота воды в биосфере обеспечивают физические процессы, происходящие с  участием Мирового океана. Роль живого вещества в нем, казалось бы, невелика. Однако на континентах масса воды, испаряемая растениями и поверхностью почвы, играет главную роль в круговороте воды. Масса воды, транспирируемая растительным покровом, весьма существенна. Так, 1 га леса испаряет примерно 20— 50 т воды в сутки. Роль растительного покрова заключается также в удержании воды путем замедления ее стока, в поддержании постоянства уровня грунтовых вод и др. В результате такие зоны суши функционируют как бы на собственном замкнутом водном балансе.

 

 Круговорот воды

 

 

 

Круговорот  углерода

Основным  резервуаром углерода являются горные породы; в них, по существующим оценкам, его содержится примерно 75 квадриллионов тонн. Еще 5 триллионов тонн содержится в горючих полезных ископаемых — угле, нефти, газе и торфе. Примерно 150 млрд. т приходится на верхний слой донных океанических осадков. Эти запасы в обычных условиях недоступны для живых организмов. Для них важнее «оборотный пул» углерода, представленный на рисунке.

Главный источник углерода для живых организмов — это диоксид углерода (углекислый газ), содержащийся в атмосфере и растворенный в поверхностных водах. В процессе фотосинтеза зеленые растения, водоросли и цианобактерии превращают это неорганическое вещество в углеводы, из которых затем образуется углеродный скелет всех прочих органических молекул. Фотосинтетическая ассимиляция диоксида углерода компенсируется его выделением в процессе дыхания, что способствует поддержанию природного равновесия. Однако не весь фиксированный диоксид углерода возвращается в атмосферу за счет дыхания. В анаэробной среде, например в болотах или на слабо освещенном дне стоячих водоемов, минерализация органики идет очень медленно, и она накапливается в виде ила или торфа. В определенных условиях через длительный период времени эти осадки могут образовать залежи ископаемого топлива.

 

В океанах основными механизмами поглощения диоксида углерода из атмосферы является фотосинтез, главным образом фитопланктонный, и растворение в поверхностных водах. Значительная часть этого связанного диоксида углерода быстро возвращается назад — непосредственно из раствора или в результате дыхания. Однако, как и в наземных экосистемах, некоторая доля углерода надолго задерживается, например при погружении холодных поверхностных вод в глубину или в составе образуемых морскими организмами карбонатных структур (раковин, кораллов и т. д.), которые со временем превращаются в горные породы типа известняка.

Скорость  переноса углерода между его резервным и оборотным пулами может меняться из года в год в зависимости от климатических флуктуации. На этот баланс влияет также деятельность человека, особенно изменение землепользования (сведение леса или лесопосадки), использование ископаемого топлива и производство цемента. Судя по имеющимся данным, именно человек обусловливает значительный рост содержания диоксида углерода в атмосфере с эпохи промышленной революции.

Повышение скорости мобилизации углерода из его резервуаров типа ископаемого топлива и карбонатов (при производстве цемента) и потенциальное влияние этого ускорения на глобальный климат и экосистемы — весьма актуальные темы ведущихся сейчас экологических исследований и дебатов. Преобладает мнение, что сохранение нынешних темпов поступления в атмосферу диоксида углерода грозит весьма серьезными последствиями для всей планеты. Правительства предпринимают усилия к сокращению выбросов диоксида углерода промышленностью и масштабов использования ископаемого топлива в целом за счет более широкого применения альтернативных видов энергии, например солнечной и ветровой.

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.

 Круговорот углерода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

Круговорот азота- процесс, начинающийся с поступления в экосистему азотистых соединений с осадками, с фиксации азота микроорганизмами почвы (см. азот фиксация), поступления азота в растения, а затем продвижение его по трофическим каналам экосистемы, вплоть до редуцентов, чаще уже в почве. Там же происходит образование нитритов и нитратов. В почве находятся основные запасы азота экосистем (хотя их сумма порядка лишь 0,06%). Отсюда азот снова поступает в организмы растений и так далее по внутренним каналам круговорота. Часть азота после денитрификации по внешнему кругу поступает в атмосферу и т. д.

Круговорот азота

 

 

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.

Круговорот серы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.