Circulația substanțelor din biosferă

Procesele de fotosinteza a materiei organice din componente anorganice continuă timp de milioane de ani, iar în acest timp elementele chimice au fost de a trece de la o formă la alta. Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă din cauza circulației lor în biosferă (Figura 1).

Circulația substanțelor din biosferă

Fig.1. Circulația substanțelor din biosferă

Anual despre organismele fotosintetice metabolizeze 350mlrd tone de dioxid de carbon eliberate în atmosferă în jurul 250mlrd tone de oxigen si digerat 140mlrd tone de apă, formând o substanță organică T 230mlrd (în ceea ce privește greutatea uscată).

Cantități uriașe de apă trec prin plante și alge în procesul de evaporare și funcția de transport. Aceasta conduce la faptul că apa a stratului de suprafață a oceanului este filtrat plancton timp de 40 de zile, iar restul apei oceanului - aproximativ un an. Toată atmosfera de dioxid de carbon este actualizat de câteva sute de ani, și oxigen, timp de mai multe mii de ani. Anual, în ciclul de fotosinteză a inclus un număr mare de elemente, cum ar fi potasiu, sodiu, calciu, magneziu, sulf, fier etc. Existența acestor cicluri conferă o anumită stabilitate a ecosistemului ..

Există două principale de circulație: mare (geologice) și mici (biotici).

mare ciclu, care dureaza de milioane de ani, este faptul că rocile sunt distruse, iar produsele de alterare (inclusiv nutrienți solubili în apă) sunt transportate de fluxuri de apă în oceane, în cazul în care acestea formează un așternut mare și doar parțial întors în țara de ploaie . schimbarea geotectonice, coborârea și ridicarea proceselor continente mișcarea pe fundul mării a mărilor și oceanelor în timp duce la faptul că aceste straturi sunt returnate la suprafață, iar procesul începe din nou.

Ciclul mic (o parte mare) are loc la nivelul ecosistemului și faptul că nutrienți, apa și carbonul se acumulează într-un plante mijlocii, cheltuită pentru construcția corpului și asupra proceselor vitale, cum ar fi în cadrul acestor plante și a altor organisme (de obicei animale ) care mănâncă aceste plante (consuments). Produsele de descompunere a materiei organice prin acțiunea decomposers și microorganisme (bacterii, fungi, viermi) se descompun din nou la componente minerale disponibile pentru plante și le implică în esență fluxuri.

Circulația substanțelor chimice anorganice din mediu prin plante și animale organisme înapoi în mediu anorganic cu energie solară, energie chimica numita cicluri biogeochimice. În astfel de cicluri implicate aproape toate elementele chimice, și mai presus de toate cei care sunt implicați în construirea unei celule vii. Astfel, corpul uman constă dintr-un atom de oxigen (62,8%), carbon (19,37%), hidrogen (9,31%), azot (5,14%), calciu (1,38%), fosfor (0, 64%) și încă de aproximativ 30 de elemente.

Durata unui ciclu de foc poate fi estimată aproximativ în momentul în care ar fi necesar ca întreaga masă de material ar putea avea ca rezultat un timp în lume, într-un anumit proces (vezi. Tabelul. 1).

Suficient timp pentru a finaliza substanță revoluție

Mare (geologice) ciclul carbonului poate fi reprezentat prin schema (Fig. 2).

Fig. 2. Transformarea și utilizarea CO2 în natură

ciclism carbon biotica face parte dintr-un tiraj mare în legătură cu funcțiile vitale ale organismelor. Dioxid de carbon, sau CO2. situate în atmosferă (23,5 x 10 11 tone), fie într-o stare dizolvată în apă este o materie primă pentru fotosinteza plantelor și carbonului în prelucrarea materialului organic a ființelor vii, adică în timpul fotosintezei este convertit la zaharuri, apoi convertite la proteine, lipide etc. Aceste substanțe sunt nutriție carbohidrați la animale și plante terestre, adică, pus la dispoziția consumatorilor la diferite niveluri, și mai mult - agenți de descompunere.

Atunci când respirația organismelor de CO2 este returnat în atmosferă. O anumită parte a carbonului acumulat sub formă de materie organică moartă și devine stat fosili. Când se produce moartea, saprophagous și bioredutsenty două tipuri descompuse și corpurile mineralizate care formează circuitul de putere, după care carbonul intră adesea în circulația sub formă de dioxid de carbon ( „respirația solului“).

microorganisme saprofaticheskie saprophagous care trăiesc în sol și animal, este convertit în reziduurile acumulate în formarea de noi materii organice, un strat mai mult sau mai puțin gros de mase sau brun negru - humus.

Uneori, din cauza lipsei de aer sau de lanț ridicat de aciditate este incompletă sau scurtă, adică, reziduuri organice se acumulează sub formă de turbă, formând turbării. In unele turbării putere strat atinge 20 m sau mai mult. Aici și suspendat ciclu natural (biologic). Depozite de cărbune sau de turbă - procesul de fotosinteză în produs plante de epoci geologice trecute.

Cu toate acestea, energia solară, acumulată în combustibilul fosil, persoana care eliberează arderea intensă a combustibilului, CO2 emis în atmosferă.

Cea mai mare parte a carbonului acumulat în carbonatului sedimente fundul oceanului biosferă (calcar și coral): 1,3 10 16 t, roci cristaline - 1,0 10 16 t cărbune și petrol - 3,4 10 15 T E .. acest atom de carbon este implicat într-un ciclu geologic lent. Viața pe Pământ și o atmosferă de gaz se menține echilibrul cantitatea de carbon conținută în instalație (5 · 10 11 tone) și animale (5 x 10 9 m) țesuturi (tabelul 2).

În prezent, cu toate acestea, persoana care se închide rapid ciclul de substanțe, inclusiv de carbon. De exemplu, se estimează că biomasa totală a tuturor animalelor de companie depășește biomasa tuturor animalelor sălbatice terestre. decupajul pătrat mai aproape de zonele de biogeocenosis naturale, și multe dintre ecosistemului cultural al plantelor în eficiența lor naturală cu mult superioară.

Atmosfera este întârziat cu aproximativ jumătate din totalul de CO2 „uman“. restul este absorbit de oceane. Se crede că ecosistemele (terestre) asimilează aproximativ 12% CO2. timpul total al transferului său - 8 ani.

acumularea de CO2 în atmosferă din întreaga lume sunt acum asociate cu așa-numitul „efect de seră“ (aceasta contribuie, de asemenea, la acumularea de CH4. SFCl2. N2 O). Dioxidul de carbon nu absoarbe regiunea vizibilă și aproape UV a radiației solare și pe de altă parte, radiația infraroșu de la pământ, în atmosferă de CO2 absorbit, nu a trecut în spațiu.

Păstrarea căldurii în apropierea suprafeței Pământului - procesul este foarte important pentru viața de pe Pământ, sau temperatura medie ar fi de 33 ° C mai mică decât cea existentă. Dar perspectivele pentru o creștere rapidă, în t C a Pământului este foarte periculos, deoarece acestea conduc la o creștere a nivelului mării. Mulți consideră climatologia pe termen lung a căldurii în 1988 în emisfera nordică, consecințele „efectului de seră“.

Oxigenul este elementul cel mai abundent pe Pământ. Seawater conține 85,82% oxigen în aer, 23,15% în greutate sau 20,93% în volum, la fel ca în crusta de 47,2% în greutate. Această concentrație de oxigen în atmosferă este menținută constantă prin procesul de fotosinteză. In acest proces, plantele verzi sub acțiunea luminii solare transformat în bioxid de carbon și apă în carbohidrați și oxigen.

Masa Pagina principală de oxigen este într-o stare de legat; cantitatea de oxigen molecular în atmosferă este de numai 0,01% din conținutul total de oxigen din crusta. In viata, natura oxigenului este de o importanță capitală. Oxigen și compușii săi sunt indispensabile pentru a sustine viata. Acestea joacă un rol important în procesele metabolice și de respirație. Oxigenul este o parte din proteine, grăsimi, carbohidrați, din care „construit“ organisme. În corpul uman, de exemplu, conține circa 65% oxigen.

Majoritatea organismelor dobândi energie necesară pentru îndeplinirea funcțiilor vitale datorită oxidării diferitelor substanțe prin oxigen. Scăderea oxigenului în atmosferă, ca urmare a proceselor de respirație putrefacție și arderea compensată de oxigen eliberat in timpul fotosintezei. Defrișarea, eroziunea solului, diverse lucrări miniere la suprafață reduce proporția totală de fotosinteză și de a reduce ciclismul pe zone întinse. În același timp, sursa puternica

Obținerea oxigenului este aparent descompunerea fotochimică a vaporilor de apă din atmosfera superioară sub influența razelor ultraviolete ale soarelui. Astfel, în natura oxigenului are loc un ciclu continuu constanță de susținere exterioară compoziției (Figura 3).

Pe lângă circulația descrisă mai sus a oxigenului sub forma nelegată a acestui element face, de asemenea, un ciclu major, apa care intră în compoziția. Circulația apei (H2O) este evaporarea apei de la suprafața mării și terenurilor, transferarea maselor de aer și vânturile sale, condensarea vaporilor, urmată de precipitații sub formă de ploaie ploaie, zăpadă, grindină, ceață.

Fig. 3. Circulația oxigenului

Azotul este un element necesar pentru existența animalelor și plantelor, este inclus în compoziția de proteine, aminoacizi, acizi nucleici, clorofila, hem, și altele. În acest sens, un număr semnificativ de azot legat conținut în organisme „materia organică moartă“ și mărilor sub formă de particule de materie vie și oceane.

În ciuda cea mai mare complexitate, ciclul azotului se realizează rapid și fără probleme. Aerul care conține 78% azot și servește simultan ca un recipient și sistem de mare supapă de siguranță. El în mod continuu și în diferite forme de azot alimentează ciclul.

Ciclul azotului este după cum urmează. Rolul său principal este că aceasta este o parte a structurilor vitale ale organismului - proteine ​​aminoacizi și acizi nucleici. În organisme vii conținut circa 3% din Fondul de azot activ. Plantele consumă aproximativ 1% azot; în timpul ciclului său de 100 de ani.

Din producătoare plante sunt transferate compus conținând azot al consumatorului, care după scindarea de azotul aminic din compuși organici eliberați sub formă de amoniac sau uree, iar ureea este apoi de asemenea, transformate în amoniac (datorită hidrolizei).

Ulterior azotati capabil asimilat de rădăcinile plantelor sunt formate în oxidarea azotului amoniac (nitrificare). O parte din nitriți și nitrați în procesul de denitrificare este redus la intrarea în atmosferă de azot molecular. Toate aceste transformări chimice sunt posibile ca urmare a activității vitale a microorganismelor din sol. Aceste bacterii uimitoare - încuietori de azot - sunt capabili de a utiliza energia respirației pentru asimilarea directă a azotului atmosferic și a sintetiza proteine. În acest fel, introduse anual în sol aproximativ 25 kg de azot pe 1 ha.

Dar cele mai eficiente bacterii trăiesc în simbioză cu plante leguminoase din noduli care dezvoltă pe rădăcinile plantelor. În prezența molibden, care servește drept catalizator și forma particulară a hemoglobinei (cazul unic de plante), aceste bacterii (Rhizobium) asimila cantitatea mare de azot. Formată (conectat), azotul diffuses continuu în rizosfera (a solului), atunci când rupe noduli. Dar mai mult de azot intră în partea de la sol a plantei. Datorită acestei extrem de leguminoase sunt bogate în proteine ​​și foarte nutritiv pentru ierbivore. astfel, stocul anual acumulat în culturile de trifoi și lucernă este de 150-140 kg / ha.

In afara de leguminoase astfel de bacterii care trăiesc pe frunzele plantelor (la tropice) din familia Rublaceae și actinomicete - pe rădăcini de arin, fixa azotul. În mediul acvatic - algele albastre.

Astfel, azotul dintr-o varietate de surse este furnizat la rădăcinile sub formă de nitrat, acesta este absorbit de către rădăcinile și frunzele sunt transformate în sinteza proteinelor. Proteinele sunt baza de nutriție azot animalelor și hrană a unor bacterii (paraziți). Organisme de descompunere a materiei organice după moarte, convertit de compuși organici cu azot în minerale. Fiecare bioredutsentov grup specializat în oricare dintre link-ul în acest proces. Lanțul se termină activitatea aminoobrazuyuschih organismele care formează amoniac (NH3), care este în continuare inclusă în ciclul nitrificare: Nitrosomonas oxidează la nitriți și Nitrobarter oxideaza nitrit în nitrat.

Pe de altă parte, denitrifiers-bacteriile descompun nitrați, N2 liber. care se evaporă în atmosferă. Dar acest proces este foarte periculos, deoarece se descompune aproximativ 20% din azotul total, iar apoi numai în soluri foarte fertilizate cu gunoi de grajd (aproximativ 50-60 kg N ha 1). Total diagrama ciclului de azot este prezentat în risunke4.

Figura 4. Schema ciclu azot.

Este important de a studia și de a monitoriza ciclul de azot, în special în biocenoza de om, pentru că o eroare mică în orice parte a ciclului poate duce la consecințe grave: contaminarea chimică puternică a solurilor, eutrofizarea și poluarea produselor de descompunere a materiei moarte organice (amoniac, amine, și altele. ), conținut ridicat de compuși cu azot solubili în apă potabilă.

Ciclul azotului este în prezent sub influența puternică de către om.

În primul rând, fluxul de oxizi de azot în atmosferă prin arderea combustibilului în stația de energie termică, transport, plante ( „vulpe-coadă“). În zonele industriale, concentrația acestora în aerul devine foarte periculos. Sub influența radiațiilor, reacțiile organice (hidrocarburi) cu oxizii de azot pentru a forma compuși foarte toxici și cancerigeni. Și, de asemenea, apar ploi acide - un fenomen care se observă la scăderea ploii și zăpezii pH-ului datorită oxizilor de acid poluarea aerului (de exemplu, oxizi de azot). Chimia acestui fenomen este după cum urmează. Pentru arderea combustibililor fosili în motoarele cu ardere internă și cazane sunt alimentate cu aer sau cu un amestec de combustibil și aer. Aproape 4/5 aerul este format din azot gazos și la 1/5 - de oxigen. La temperaturi ridicate, generate în interiorul echipamentului se produce în mod inevitabil, o reacție de azot cu oxigen și oxidul de azot se formează:

Această reacție este endotermă și are loc in vivo prin descărcări electrice, dar, de asemenea, însoțește alte efecte magnetice similare asupra atmosferei. In zilele noastre oameni ca urmare a activității sale crește foarte mult acumularea de oxid de azot (II) de pe planeta. Oxidul nitric (II) este oxidat rapid la oxid de azot (IV) au în condiții normale:

Apoi, oxidul de azot reacționează cu apa pentru a forma acizi atmosferic:

azotic format și acid azotos. Picăturile de apă atmosferici, acești acizi sunt disociate pentru a forma, respectiv, ionii de nitrați și nitriți, iar ionii cad ploi acide în sol.

În al doilea rând, producția de masă de îngrășământ cu azot (nitrat de amoniu) și utilizarea lor duce la acumularea excesivă de nitrați. Azotul este furnizat în câmpul ca îngrășământ, se pierde din cauza levigare și denitrificare.

În cele din urmă, deversarea apelor reziduale, standardele sanitare de eșec (câine de mers pe jos, aruncarea necontrolată a deșeurilor organice, proasta funcționare a sistemelor de canalizare, și altele.) Duce la o creștere a nivelului de contaminare biologică. Ca o consecință solul este contaminat cu amoniac, săruri de amoniu, uree, indol, mercaptani și alte produse de descompunere organice. Solul este format dintr-o cantitate suplimentară de amoniac, care este apoi procesat de bacterii la nitrat.