Здавалка
Главная | Обратная связь

Біогеохімічні кругообіги



Сонячна енергія забезпечує на Землі два кругообіги речовин: великий, або геологічний (абіотичний), та малийабо біологічний. В основі великого кругообігу речовин лежить процес переносу мінеральних сполук з одного місця в інше в масштабі планети. Біля половини сонячної енергії, що надходить на Землю, витрачається на переміщення повітря, вивітрювання гірських порід, випаровування води, розчинення мінералів, тощо.

Поряд з великим кругообігом речовин діє малий біологічний кругообіг. В основі цього кругообігу лежать процеси синтезу та розкладення органічних сполук, які вже були розглянуті вище. Ці два процеси забезпечують життя і складають одну з головних його особливостей. На відміну від геологічного біологічний кругообіг характеризується дуже малою кількістю енергії. Проте, ця енергія здійснює величезну роботу із створення живої речовини. Щоб життя продовжувало існувати, хімічні елементи повинні постійно циркулювати із зовнішнього середовища в живі організми та навпаки.

Всі планетарні циркуляції речовин тісно переплетені і утворюють загальний глобальний кругообіг, що розподіляє енергію, яка надходить від Сонця. Іншими словами, всі хімічні елементи приймають участь і в великому і в малому кругообізі речовин.

Замкнуті шляхи руху хімічних елементів називаються біогеохімічними кругообігами.

Кругообіг вуглецю. Джерела сполук вуглецю в природі багаточисленні та різноманітні. Окрім процесів, зв’язаних з синтезом органіки, її розкладом, утворенням ґрунтових сполук, суттєве місце в природному середовищі займають процеси, що обумовлюють відкладення карбонатів (хімічне і біогенне, кількість вуглецю в них оцінюється в 9,6·1013 т), вулканічні викиди вуглекислого газу в атмосферу та його надходження внаслідок спалювання горючих корисних копалин. Найважливіша роль у всіх цих процесах належить вуглекислому газу. Треба відзначити, що процес фотосинтезу можливий або з участю вуглекислого газу в наземних екосистемах, або бікарбонат-іону в водних екосистемах. Протікає процес фотосинтезу на фоні малого вмісту вуглекислоти в повітрі(0,03%).

Взагалі ж обмінні процеси циклу вуглецю характеризуються високою активністю. Достатньо сказати, що весь вуглекислий газ атмосферного повітря за 300 років проходить крізь рівень рослин. Проте є ланки в циклі вуглецю, де швидкість протікання процесів уповільнюється. В такому середовищі як ґрунт, органічні речовини не мінералізуються повністю і нагромаджуються, при цьому деяка їх частина може бути виключена з циклічних процесів на деякий (іноді на протязі цілого геологічного періоду) час. Це призвело до утворення покладів вугілля, нафти і інших копалин. Розвідані запаси горючих копалин (вугілля, нафта, сланці, бітуми, торф, газ) вміщують біля 1·1013т вуглецю. Зараз також протікає процес торфоутворення.

З деякого часу людина стала активно впливати на природний цикл вуглецю за рахунок викидів в атмосферу щорічно 2·1010т со2, який утворюється при спалюванні горючих копалин – труби заводів та теплоелектростанцій, а також автомобільний транспорт є його постачальниками. Вуглекислий газ прозорий для ультрафіолетового та видимого випромінювання Сонця, але він екранує зворотнє теплове випромінювання з поверхні Землі, внаслідок чого температура приземного шару атмосфери повинна підвищуватися, що сприяє виникненню так званого “парникового ефекту”, наслідки якого можуть бути катастрофічними для планети. Проте розрахунки вмісту вуглекислого газу в атмосфері дозволили зробити висновок, що його кількість зростає значно повільніше, ніж цього треба було чекати з величин щорічних викидів в атмосферу цього газу з антропогенних джерел. Пояснити це можна поглинанням надлишку вуглекислого газу, який утворюється в атмосфері, поверхнею Світового океану. В воді вуглекислий газ розчинюється в 35 разів краще, ніж кисень, і вступає в дуже складну взаємодію з карбонатно-кальцієвими комплексами. Рослини, які в процесі фотосинтезу використовують розчинений у воді вуглекислий газ, викликають осадження карбонатів. Внаслідок цього на дні Світового океану, а також внутрішніх водоймищ відкладення карбонатів можуть досягати значної товщини.

Кругообіг оксигену. Оксиген з’явився в атмосфері планети десь біля 2 млрд. років тому, коли на Землі виникли перші хлорофілоносні рослини. Сучасна атмосфера вміщує приблизно одну двадцяту частину всього оксигену, що є в біосфері. Головні запаси оксигену вміщені в карбонатах, деяких органічних речовинах, рудах. В атмосфері кисню вміщено 21(20,9)% і ця концентрація сформувалася біля 20 млн. років тому. Кругообіг оксигену дуже складний, тому що в біосфері до нього приєднується велика кількість органічних і неорганічних речовин, а також водень, з яким він утворює воду. Розчинений у воді оксиген також відіграє велику роль – він визначає зростання водної рослинності на глибині, де йде процес фотосинтез-дихання водних рослин. В океані рівень цей розташований на глибині 50-100 м.

Кругообіг нітрогену. Нітроген є частиною білкових речовин організмів і його міграція у біологічному кругообігу речовин тісно з ними зв’язана. Атмосфера містить понад 78% молекулярного нітрогену, але в такому стані він зовсім недоступний для зелених рослин. Для свого живлення рослини можуть використовувати лише солі азотної та азотистої кислот, дещо гірше – сполуки аміаку. У ґрунті живуть азотфіксуючи бактерії, здатні засвоювати молекулярний нітроген з повітря. Вони збагачують ґрунт на сполуки нітрогену і тому їх значення надзвичайно велике. До них належать аеробні азотобактерії, бульбочкові бактерії, що живуть на корінцях квіткових рослин, переважно бобових. За рік усі азотфіксуючи бактерії можуть запасати в ґрунті в доступному для рослин вигляді до 20-30 кг нітрогену на 1 га. Перетворення нітрогену в ґрунті відбувається за участю ряду бактерій і мають протилежні напрямки. Групи нітрифікуючих бактерій перетворюють аміак на солі азотної кислоти, а денітрифікуючи бактерії розкладають ці солі, перетворюючи їх на аміак і навіть молекулярний нітроген. Початковий стан біохімічного циклу нітрогену пов’язаний з фіксацією його молекулярної форми бактеріями:

Процес нітрифікації має наступний вигляд – нітратні бактерії окислюють аміак до азотистої кислоти:

нітратні бактерії доокислюють останню до азотної кислоти за рівнянням:

Ці кислоти в процесі обмінних реакцій в ґрунтовому розчині утворюють солі, які й споживаються рослинами.

У рослинах сполуки нітрогену беруть участь у синтезі білкових сполук, які пізніше в ланцюгах живлення передаються від організму до організму. Продукти виділення (сечовина), трупи рослин і тварин за допомогою редуцентів мінералізуються, білкові речовини перетворюються на солі азотної кислоти. останні денітрифікуючими бактеріями вивільнюються в атмосферу у вигляді аміаку і молекулярного нітрогену:

У великий геологічний кругообіг весь час надходить частина нітрогену у вигляді різних сполук, які річками виносяться в моря. Вміст сполук нітрогену найбільший у районах впадіння великих рік, найменший – в центральних частинах океанів. Азотвміщуючі сполуки використовуються водоростями для синтезу органічних речовин, частина поступово осідає на дно, отже винесення нітрогену з суші не збільшує його концентрації у морській воді.

Кругообіг води. Вода присутня у всій біосфері – не тільки в водоймищах, але й у повітрі, ґрунті і в усіх живих організмах. Вода, більша частина якої вміщена в морях і океанах, утворилася внаслідок процесу кристалізації гранітної магми, яка була вивержена під час вулканічної діяльності в доісторичні часи. Біосфера вміщує ту кількість води, яку вона одержала внаслідок кристалізації магми й охолодження земної кори. Правда, на поверхні Землі знайдені незначні запаси води, винесені термальними джерелами в загальний кругообіг води земної кулі. Ці води утворюються з кисню та водню, що вивільнюється з магми. Уся вода, що існує зараз на поверхні Землі , має в основному одне походження, а океани – це її резервуари.

З виникненням життя на Землі кругообіг води став відносно складним, тому що до простого явища фізичного випаровування додався набагато більш складний процес біологічного випаровування - транспірації, зв’язаний з життєдіяльністю рослин. До того ж, роль людини стає все більш значною в цьому кругообізі. Можна відзначити, що людину завжди цікавила вода і він оселювався або поблизу від морських берегів, або поблизу інших джерел води: річок, ставків, озер. Це свідчить, що в житті людини вода відіграє дуже важливу роль. Кругообіг води можна охарактеризувати наступним чином: вода надходить на поверхню Землі у вигляді опадів, що утворюються головним образом з водяної пари, яка надходить в атмосферу внаслідок випаровування води рослинами - транспірації – і випаровування з поверхні морів і океанів. Частина її знов випаровується, частина ж живить підземні води, а частина разом з річним стоком досягає океану і звідси вже знов випаровується.

Кількість води, що випаровується внаслідок транспірації або випаровування з поверхні моря, змінюється залежно від місцевих умов. Так, з одиниці площі в лісній місцевості, яка віддалена від моря, випаровується значно більше води, ніж з поверхні моря. Із зменшенням рослинного покрову зменшується і транспірація, а також і кількість опадів. Середня транспірація складає в 2000-6000 м3 води за рік з 1 га площі рослинного покрову. Зростанню рослинного матеріалу в середньому на 1 т за рік відповідає зростання опадів на 100 мм. Отже, рослинний покров відіграє найважливішу роль в рівновазі кругообігу води в природі.

Транспірація це процес, вкрай необхідний для життєдіяльності рослин. По-перше, випаровування води з поверхні листя зберігає тепловий баланс його і не дає перегріватися. По-друге, великі маси води, які випаровуються рослинністю в повітря, були необхідні для ґрунтового харчування рослин речовинами, що розчинюються у воді. Так, для утворення 1 г сухої речовини рослині треба підняти з ґрунту і транспірувати 500 г води, а для засвоєння 1 г вуглекислого газу – 100 г води.







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.