Биологический круговорот веществ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Биологический круговорот веществ

2. Круговорот воды

3. Круговорот углерода

4. Круговорот фосфора

5. Круговорот азота

6. Круговорот серы

Заключение

Рекомендуемая литература

Введение

Наша планета окружена тремя оболочками. Та, на которой мы все живем, -- твердая и называется литосферой. Реки, озера, моря, океаны образуют жидкую оболочку -- гидросферу, а окутывающий ее воздух -- газообразную атмосферу. Все три оболочки резко разграничены, хотя и проникают друг в друга. биосфера углерод азота сера

В XIX в. возникла идея существования совершенно особой оболочки, где зародились и ныне обитают живые существа. А так как они обитают и на суше, и в воде, и в воздухе, то биосфера (сфера жизни) не имеет четко очерченных границ, занимая верхние слои литосферы и гидросферы и нижний слой атмосферы. Согласно учению академика Владимира Ивановича Вернадского (1863-1945), биосфера состоит: 1) из живого вещества, то есть живых организмов; 2) из погибшего живого вещества; 3) из продуктов его переработки живыми организмами и распада горных пород.

Циркуляция веществ в биосфере между почвой, атмосферой, растениями, микроорганизмами и животными называется биологическим круговоротом. На Земле все начинается с растительности -- и ею же заканчивается.

1. Биологический круговорот веществ

Под биологическим круговоротом веществ понимают поступление веществ и химических элементов из почвы и атмосферы живых организмов, образование в этих телах новых сложных соединений и их возвращения организм мел или продуктов их разложения в почвы и атмосферы Биологический круговорот веществ - сложный процесс взаимосвязи и взаимодействия живых организмов как между собой, так и с окружающей средой Ви н состоит из циклов разной продолжительности, которые по-разному влияют на ландшафт Различают сезонные, годовые, многолетние и вековые циклы биологического круговорота Лучше выраженные годичные циклы круговорота состоящие из потребления элементов питания отдельными организмами или их формациями, а также постепенного возвращения вновь органических веществ в окружающую среду.

Главным источником энергии биологического круговорота является солнечная энергия Благодаря солнечному излучению в биосфере осуществляется один из самых грандиозных процессов - фотосинтез Растения поглощают энергию солнечного света, с ее помощью усваивают в своих листьях углекислоту и воду, раскладывая их на простые химические элементы При этом углерод и водород растения используют на построение своих органических тел, а кислород, главным образом, выделяется ими в атмосферу При участии кислорода происходит один из важнейших жизненных процессов - дыхание. Не меньшее значение имеет и другой процесс, в котором участвует кислород, - тление и гниение растений, расписание мертвых животных При этом сложные органические соединения превращаются в более простые (углекислый газ, воду, азот) так завершается биологический круговорот. Элементы, которые высвободились в процессе круговорота веществ, служат исходным материалом для следующего цикла круговорот.

2. Круговорот воды

От природного круговорота воды зависит существование жизни на нашей планете. Жизнь без воды не может существовать в принципе, так как без участия воды не могут протекать химические реакции органического характера. Это значит, что всему живому нужна чистая, в том числе питьевая вода.

В результате многих реакций вода загрязняется. Не смотря на это, природа способна обеспечить живые организмы практически нескончаемыми запасами чистой воды - это обеспечивается круговоротом воды в природе.

Процесс природного круговорота воды называется гидрологическим циклом. Он представляет собой непрерывное движение воды, которая из гидросферы и поверхности земли попадает в атмосферу, а потом обратно. Такая доставка воды зависит от четырех процессов: испарения, конденсации, выпадения осадков и стока вод. После выпадения часть осадков частично снова испаряется и конденсируется, часть пополняет или создает новые водоемы, часть уходит под землю, превращаясь в грунтовые воды.

Большой круговорот воды

В природе существует Большой круговорот (который также называется Мировым), а также два малых круговорота воды - континентальный и океанический. Осадки собираются над океанами, перемещаются ветрами на континенты, где они выпадают, после чего снова возвращаются в океаны с стоком. Таким образом в природе соленая вода превращается в пресную, из которой в том числе изготавливается и бутилированная вода.

Малый круговорот воды

Когда вода непрерывно испаряется, конденсируется и выпадает в океан в виде осадков - этот процесс называют малым океаническим круговоротом. Если все эти же процессы происходят над сушей, то такой круговорот воды называется малым континентальным.

Между прочим, в процессе круговорота из океана испаряется большее количество воды, чем выпадает осадков, тогда как на суше все наоборот - количество осадков превышает количество испаряемой воды. Все осадки, выпавшие на суше, рано или поздно возвращаются в океан.

Известно, что три четверти поверхности нашей планеты покрыты водой, большая часть которой является соленой. Вода может находиться в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Скорость движения воды, а, следовательно, и ее круговорота в природе, зависит от агрегатного состояния воды. Ветер быстро переносит водяной пар, который конденсируется, после чего выпадает на сушу или океан в виде осадком. Чтобы проделать такой путь, вода сначала должна испариться, а если это лед, то он должен растаять. Когда человек потребляет воду, в том числе делает заказ воды, можно сказать, что он также участвует в круговороте воды.

Скорость природного круговорота воды в разных местах не одинакова. Наиболее быстро обновление воды происходит в живых организмах. Человек восстанавливает запас чистой воды в своем организме в течение нескольких часов. Для хранения чистой воды современные люди используют различные емкости, в том числе кулер для воды. Для оперативного выполнения этой задачи предназначены почки и печень. Таким образом, самым быстрым круговоротом воды в природе является тот, который происходит в живых организмах.

Напротив, полное обновление ледников в полярных широтах происходит лишь раз за 9700 лет. Очищение воды, которая содержится в почве, происходит ежегодно, а содержащейся в облаках - в течение восьми дней. Полное обновление горного ледника происходит в течение 1600 лет. Для полного очищения Мирового океана понадобится 2700 лет - срок очень большой. Люди должны понимать, что чем больше вода загрязняется промышленными стоками, тем быстрее может наступить тотальный дефицит пресной чистой воды, так как природный круговорот воды может не справиться самостоятельно с очищением загрязненной воды.

3. Круговорот углерода

Углерод по распространенности на Земле занимает шестнадцатое место среди всех элементов и составляет приблизительно 0,027% массы земной коры. В несвязанном состоянии он встречается в виде алмазов (наибольшие месторождения в Южной Африке и Бразилии) и графита (наибольшие месторождения в ФРГ, Шри-Ланка и России). Каменный уголь содержит до 90% углерода. В связанном состоянии углерод входит также в разные горючие ископаемые, в карбонатные минералы, например, кальцит и доломит, а также в состав всех биологических веществ. В форме диоксиде углерода он входит в состав земной атмосферы, в которой на его долю приходится 0,046% массы.

Углерод имеет исключительное значение для живого вещества (живым веществом в геологии называют совокупность всех организмов, населяющих Землю). Из углерода в биосфере создаются миллионы органических соединений. Углекислота из атмосферы в процессе фотосинтеза, осуществляемого зелеными растениями, ассимилируется и превращается в разнообразные органические соединения растений. Растительные организмы, особенно низшие микроорганизмы, морской фитопланктон, благодаря исключительной скорости размножения, продуцируют в год около 1,5*1011m углерода в виде органической массы. Растения частично поедаются животными (при этом образуются пищевые цепи). В конечном счете, органическая масса в результате дыхания, гниения и горения превращается в углекислый газ или отлагается в виде сапропеля, гумуса, торфа, которые, в свою очередь, дают начало многим другим соединениям - каменным углям, нефти. В процессах распада органических веществ, их минерализации, огромную роль играют бактерии (например, гнилостные), а также многие грибы (например, плесневые). В активном круговороте углекислый газ (живое вещество участвует очень небольшая часть всей массы углерода. Огромное количество углекислоты законсервировано в виде ископаемых известняков и других пород.

Между углекислым газом атмосферы и водой океана существует подвижное равновесие. Организмы поглощают углекислый кальций, создают свои скелеты, а затем из них образуются пласты известняков. Атмосфера пополняется углекислым газом благодаря процессам разложения органических веществ, карбонатов и т.д. Особенно мощным источником являются вулканы, газы которых состоят главным образом из паров воды и углекислого газа.

4. Круговорот фосфора

Источником фосфора биосферы является главным образом апатит, встречающийся во всех магматических породах. В превращениях фосфора большую роль играет живое вещество. Организмы извлекают фосфор из почв, водных растворов. Усвоение фосфора растениями во многом зависит от кислотности почвы. Фосфор входит в многочисленные соединения в организмах: белки, нуклеиновые кислоты, костная ткань, лецитины, фитин и другие соединения; особенно много фосфора входит в состав костей. Фосфор жизненно необходим животным в процессах обмена веществ для накопления энергии.

С гибелью организмов фосфор возвращается в почву и в илы морей. Он концентрируется в виде морских фосфатных конкреций, отложений костей рыб, что создает условия для создания богатых фосфором пород, которые в свою очередь являются источником фосфора в биогенном цикле.

Содержание фосфора в земной коре составляет 8*10-20 % (по весу). В свободном состоянии фосфор в природе не встречается вследствие его легкой окисляемости. В земной коре он находится в виде минералов (фтор апатит, хлорапатит, вивианит и др.), которые входят в состав природных фосфатов - апатитов и фосфоритов. Фосфор имеет исключительное значение для жизни животных и растений.

Так как растения уносят из почвы значительное количество фосфора, а естественное пополнение фосфорными соединениями почвы крайне незначительно, то внесение в почву фосфорных удобрений является одним из важнейших мероприятий по повышению урожайности. Ежегодно в мире добывают приблизительно 125 млн. т. фосфатной руды. Большая ее часть расходуется на производство фосфатных удобрений.

5. Круговорот азота

Азот входит в состав земной атмосферы в несвязанном виде в форме

двухатомных молекул. Приблизительно 78% всего объема атмосферы приходится на долю азота. Кроме того, азот входит в состав растений и животных организмов в форме белков. Растения синтезируют белки, используя нитраты из почвы. Нитраты образуются там из атмосферного азота и аммонийных соединений, имеющихся в почве. Процесс превращения атмосферного азота в форму, усвояемую растениями и животными, называется связыванием (или фиксацией) азота.

При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве нитрифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например, с карбонатом кальция Соси, образует нитраты:

2HN0з + саза = Саж(Вози)2 + СОС + Н0Н

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде.

Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам относятся, прежде всего, происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. Другим источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образование характерных вздутий -- «клубеньков», почему они и получили название клубеньковых бактерий. Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества.

Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота.

Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например, зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений. В основном используются нитрат кальция Саз(NO3)2, нитрат аммония NH4NO3, нитрат натрия NANO3, и нитрат калия KNO3. Например, в Таиланде используются листья лейкозных как органическое удобрение. Лескена принадлежит к бобовым растениям и, как и все они, содержит очень много азота. Поэтому ее можно использовать вместо химического удобрения.

В последнее время наблюдается повышения содержания нитратов в питьевой воде, главным образом за счет усилившегося использования искусственных азотных удобрений в сельском хозяйстве. Хотя сами нитраты не так уж опасны для взрослых людей, в организме человека они могут превращаться в нитриты. Кроме того, нитраты и нитриты используются для обработки и консервирования многих пищевых продуктов, в том числе ветчины, бекона, солонины, а также некоторых сортов сыра и рыбы. Отдельные ученые полагают, что в организме человека нитраты могут превращаться в нитроз амины.

Известно, что нитроз амины способны вызывать онкологические заболевания у животных. Большинство из нас уже подвержено воздействию нитрозами нов, которые в небольшом количестве находятся в загрязненном воздухе, сигаретном дыму и некоторых пестицидах. Полагают, что нитроз амины могут быть причиной 70-90% случаев онкологических заболеваний, возникновение которых приписывают действию факторов окружающей среды.

6. Круговорот серы

Круговорот серы также тесно связан с живым веществом. Сера в виде SO2, SO3, H2S и элементарной серы выбрасывается вулканами в атмосферу. С другой стороны, в природе в большом количестве известны различные сульфиды металлов: железа, свинца, цинка и др. Сульфидная сера окисляется в биосфере при участи многочисленных микроорганизмов до сульфатной серы SO42 почв и водоемов. Сульфаты поглощаются растениями. В организмах сера входит в состав аминокислот и белков, а у растений, кроме того, - в состав эфирных масел и т.д. Процессы разрушения остатков организмов в почвах и в илах морей сопровождаются очень сложными превращениями серы. При разрушении белков при участии микроорганизмов образуется сероводород. Далее сероводород окисляется либо до элементарной серы, либо до сульфатов. В этом процессе участвуют разнообразные микроорганизмы, создающие многочисленные промежуточные соединения серы. Известны месторождения серы биогенного происхождения. Сероводород может вновь образовать «вторичные» сульфиды, а сульфатная сера создает гипс. В свою очередь сульфиды и гипс вновь подвергаются разрушению, и сера возобновляет свою миграцию.

Заключение

Человек, став мощным геологическим фактором, оказывает глобальное воздействие на биосферу. Биосфера, со своей стороны, через свои экологические законы, которые он вынужден соблюдать, чтобы выжить, в том числе и закон о биологической регуляции окружающей среды, воздействует на человека. Создаются условия, очень напоминающие сопряженную эволюцию или коэволюцию - человек-биосфера.

Продуктом такой коэволюции может стать так называемая «ноосфера», т. е. сфера разума, основоположником теории развития которой был Владимир Иванович Вернадский.

В качестве дополнительных средств защиты применяется различное очистное оборудование, к которому относятся аппараты и системы очистки газовых выбросов, сточных вод, глушители шума при сбросе газов в окружающую среду. Перечисленные мероприятия позволят снизить выброс вредных веществ в окружающую среду и тем самым более полно использовать природные ресурсы. Таким образом, рациональное использование ресурсов и обеспечение качества окружающей среды являются общей задачей, которую должны решать специалисты различных областей науки и отраслей техники.

Перечисленные выше особенности круговорота веществ, эволюции биосферы и понятие загрязнений окружающей среды это лишь некоторые, крайне важные аспекты предмета природопользования, как дисциплины и как науки, изучающей влияние человека на круговорот веществ и природное равновесие.

Представления всего человечества и мировой цивилизации о безграничной возможности самоочищения и самовосстановления природной среды являются ошибочными т. к. на сегодняшний день все экологи мира бьют тревогу об озоновых дырах, нехватке пресной питьевой воды, сырьевой проблеме, огромных объемах выхлопных газов, глобальном потеплении и многих других экологических проблемах, носящих общемировое, планетарное значение.

Список рекомендуемой литературы

1. Введенский, Б.А. БСЭ [Текст], 1953. 115 с.

2. Стадницкий, Г.В., Родионов А.И. Экология. [Текст]. - СПб, 1997. 141с.

3. Фримантл, М. «Химия в действии» [Текст]. - Москва. Мир, 1998. 78с.

4. Гольдфейн, М.Д., Кожевников Н.В., Трубников А.В., Шулов С.Я. «Проблемы жизни в окружающей среде. Учебное пособие» [Текст]. - Химия. 1996г, №16. 92с.

5. Горелов, А.А. «Структура и функции экосистем» [Текст]. - Экология. 1998г. 56с.

Размещено на Allbest.ru