Тема № 3
Круговороты веществ Большой (геологический ) Обусловлен взаимодействием солнечной энергии, лунного влияния и глубинной энергией Земли Функция перераспределение веществ между биосферой и более глубокими слоями Земли. Этот круговорот наиболее ярко проявляется в круговороте воды и циркуляции атмосферы. Малый (биологический ) Обусловлен непрерывным циклическим, но неравномерным во времени и пространстве круговороте веществ Функция перераспределение веществ между живыми организмами, а также между живыми организмами и бисферой
Магматические породы выходят на поверхнсть с вулканами Магматические породы Осадочные породы Метаморфические породы Магма Энергия радиоактивного распада Большой круговорот
Вещество Длительность круговорота, лет Кислород 2000 Углерод в форме СО 2 300 Вода 2 000 000 Круговороты основных веществ в биосфере 6СО 2 + 6Н 2 О + Q = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Формула круговорота основных веществ в природе (через растения – фотосинтез и через живые организмы - дыхание )
Все химические элементы циркулируют в биосфере по определенным путям: из внешней среды в организмы и обратно. Эти пути называют биогеохимическими циклами, а вещества, участвующие в них – биофильными. Биогеохимические циклы
«Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества ( биогенная миграция ), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории» В.И. Вернадский
1. круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере; 2. осадочный цикл с резервом в земной коре.
Круговорот воды Самый значительный по переносимым массам и затратам энергии круговорот на Земле Каждую секунду в него вовлекается 16,5 млн. куб. м воды и тратится на это более 40 млрд. МегаВт солнечной энергии
Малый круговорот Воды= из воды в воду Большой круговорот воды = из воды чз сушу в воду
Малый круговорот Испарение воды с поверхности океана, конденсация пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана Цель : самоочищение воды Регуляция водного режима, поддержание климата над океаном. Большой круговорот Испарение воды, конденсация пара, выпадение осадков над сушей и попадание их в грунтовые воды, возвращение обратно через реки и озера в океан. При этом часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу.. Цель : распределение веществ и энергии между сушей и морем. Регуляция водного режима и климата надо сушей и морем.
Однако естественный круговорот воды гарантирует, что без воды Земля не останется при условии сохранения этих источников пресной воды. Пресной воды на Земле очень мало. Вместе с зоной активного водоснабжения подземными водами они составляют лишь 300 млн. куб. км (2,5 – 3%), при этом 97% из них находится в ледниках Антарктиды, Гренландии, в полярных зонах и горах.
Основным поставщиком доступного кислорода являются растения – этим объясняется его биогенное происхождение на планете. Животные являются его потребителями путем дыхания
Ежегодно на суше растения производят 53*10 9 тонн кислорода, А в океане водоросли производят 414*10 9 тонн кислорода. Основные производители кислорода. Распределение функций.
1. В воде по объему больше растений за счет одноклеточных водорослей 2. В соленой воде кислород растворяется хуже, чем в пресной
На бытовые и промышленные нужды человека тратиться около 25 % всего доступного кислорода. Это очень много, ведь жизнь на планете не рассчитана на « лишний » кислород.
6СО 2 + 6Н 2 О + Q = C 6 H 12 O 6 + 6O 2
К О 3 = 100 мкг/м3 К О 3 = 40 - 700 мкг/м3 25 км В верхних слоях атмосферы при действии УФ-радиации на кислород образуется озон 0 3. Поглощает жесткие ультрафиолетовые лучи Участвует в создании парникового эффекта 3CO+O3=3CO2
Самый интенсивный по скорости из всех биогеохимических циклов. Циркулирующая форма: углекислый газ СО 2 (двуокись углерода) Общая масса углерода в биосфере 200х10 14 т, это в 1000 раз больше углерода, вовлеченного в круговорот.
1й путь – Большой: СО 2 в процессе отложения органических остатков переходит в различные карбонаты и с участием Са и Mg осаждается биогенным и абиогенным путем. Образуются мощные толщи известняков.
2й путь - малый - наиболее интенсивный: заключается в поглощении СО 2 в процессе фотосинтеза с образованием глюкозы и других органических веществ. В дальнейшем они переносятся по пищевым цепям и образуют ткани всех остальных живых существ экосистемы
Азот является элементом, необходимым для существования животных и растений. Он входит в состав: белков (16-18% по массе), аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. В составе живых клеток по числу атомов азота: около 2%, по массовой доле - около 2,5% (четвертое место после водорода, углерода и кислорода).
В связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых организмах, «мёртвой органике» в морях и океанах. Это количество оценивается примерно в 1,9*10 11 тонн. В результате процессов разложения органических веществ могут образовываться природные залежи полезных ископаемых, содержащие азот, например, « чилийская селитра » (нитрат натрия с примесями других соединений), норвежская, индийская селитры
Преобладающая часть связанного азота перерабатывается денитрифицирующими бактериями в N 2 (газ) и вновь возвращается в атмосферу. Ок оло 10% этого аота поглощается из почвы высшими растениями и оказывается в распоряжении многоклеточных представителей Механизм круговорота азота
В целом среднее поступление азота абиотического происхождения при осаждении из атмосферы в почву не превышает 10 кг/га (год). Поступление азота биологического происхождения в почву и пищевые цепи обеспечивается: С вободными бактериями – 25 кг/га (год) ; Симбиотические – 200 кг/га (год).
Фосфор - это слабое звено в жизненной цепи, обеспечивающей существование человека Круговорот фосфора
Громадные запасы фосфора, накопившиеся за прошлые геологические эпохи, содержат горные породы; в процессе разрушения эти породы отдают фосфаты наземным экосистемам; Часть фосфора вымывается водой и попадает в океан, а часть погружается в глубь земли. Затем вместе с отмершими остатками фосфаты погружаются в океанические глубины, часть теряется в глубинных отложениях, часть возвращается на землю с помощью морских птиц. Здесь имеется в виду Круговорот фосфора Гуано – помет морских птиц, огромные залежи которого на побережье Перу указывают на то, что некогда морские птицы играли большую роль в его накоплении, чем теперь.
Круговорот фосфора полностью не замкнут Механизм возвращения фосфора из океанов на сушу в естественных условиях совершенно не способен компенсировать потери этого элемента на седиментацию (осаждение).
В связи с тем, что запасы фосфора на Земле малы (содержание не превышает 1% в земной коре), то любые воздействия человека на биогеохимический круговорот фосфора несут опасность потери фосфора, что делает его круговорот менее замкнутым.
расход тех 2 млн. тонн фосфатов, которые ежегодно добываются человеком из залежей и быстро выщелачиваются при использовании в качестве удобрений не компенсируется. Рано или поздно, это становится тревожным и опасным. Круговорот фосфора
Существование подобных круговоротов создает возможность для саморегуляции (гомеостаза) системы: постоянство процентного содержания различных элементов.
1 – газовая. Большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. Подземные горючие газы являются продуктами разложения органических веществ растительного происхождения, захороненных ранее в осадочных толщах. 2 – концентрационная. Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. 3 – окислительно-восстановительная. Организмы, обитающие в разных водоемах, в процессе своей деятельности и после гибели регулируют кислородный режим и тем самым создают условия, благоприятные для растворения или же осаждения ряда металлов с переменной валентностью (железо, марганец, ванадий). Пример: В норме рН артериальной крови составляет 7,4, т.е. близок к нейтральному. … Изменение рН крови, выходящее за рамки интервала 6,8-7,7, несовместимо с жизнью.
4 – биохимическая. Она связана с ростом, размножением и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов, «расползанию» живого вещества в разные географические области. 5 – биогеохимическая деятельность человечества, охватывающая все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства.
Все живое население нашей планеты – живое вещество – находится в постоянном круговороте биофильных химических элементов
