Кругообіг речовин в біосфері

Основою самопідтримки життя на Землі є біогеохімічні кругообіги. Всі хімічні елементи, які використовуються в процесах життєдіяльності організмів, з-вершать постійні переміщення, переходячи з живих тіл в з'єдн ?? ення неживої природи і назад. Можливість багато-кратного використання одних і тих самих атомів робить життя на Землі практично вічної за умови постійного притік-ка потрібної кількості енергії.

Типи круговоротов речовин. Біосфера Землі характеризують-ся определ ?? енним чином склалися кругообігом речовин і потоком енергіі.Круговорот речовин-многократ-ве участь речовин в процесах, що протікають в атмосфері, гідросфері і літосфері, в т.ч. в тих шарах, які входять до складу біосфери Землі. Кругообіг речовин здійснюється при безперервному надходженні (потоці) зовнішньої енергії Сонця і внутрішньої енергії Землі.

З огляду на залежність отдвіжущей сили, з определ ?? енной часткою умовності, всередині кругообігу речовин можна виділити гео-логічний, біологічний і антропогенний кругообіг. До виникнення людини на Землі здійснювалися тільки пер-ші два.

Геологічний кругообіг (великий круговорот речовин в при-роді) - круговорот речовин, рушійною силою якого є-ються екзогенні та ендогенні геологічні процеси.

Ендогенні процеси (процеси внутрішньої динаміки) про-виходять під впливом внутрішньої енергії Землі. Це енер-гія, що виділяється в результаті радіоактивного розпаду, хі-мічних реакцій освіти хв ?? Ераліев, кристалізації гірських порід і т. Д. До ендогенних процесів належать: тек-тонічні руху, землетрусу, магматизм, метамор-Фізмен. Екзогенні процеси (процеси зовнішньої динаміки) про-тека під впливом зовнішньої енергії Сонця. Екзогенні процеси включають вивітрювання гірських порід і хв ?? ера-лов, видалення продуктів руйнування з одних ділянок земної кори і перенесення їх на нові ділянки, відкладення і нагромадження-ня продуктів руйнування з утворенням осадових порід. До екзогенних процесів належать геологічна діяльність атмосфери, гідросфери (річок, тимчасових водотоків, підземних-них вод, морів і океанів, озер і боліт, льоду), а також живих організмів і людини.

Найбільші форми рельєфу (материки і океанічні западини) і великі форми (гори і рівнини) утворилися за рахунок ендогенних процесів, а середні і дрібні форми рельєфу (річкові долини, пагорби, яри, бархани і ін.), Подат-ковими на більш великі форми, - за рахунок екзогенних про-процесів. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, ендогенні і екзогенні процеси протилежні за своєю дією. Перші ведуть до образо-ванию великих форм рельєфу, другі - до їх згладжування.

Магматичні гірські породи в результаті вивітрювання перетворюються в осадові. У рухливих зонах земної кори вони занурюються вглиб Землі. Там під впливом високих температур і тисків вони переплавляються і утворюють маг-му, яка, піднімаючись на поверхню і застигаючи, утворює магматичні породи.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, геологічний круговорот речовин проте-кає без участі живих організмів і здійснює перерасп-рідшав ?? ення речовини між біосферою і більш глибокими сло-ями Землі.

Біологічний (біогеохімічний) круговорот (малий кругообіг речовин в біосфері) - круговорот речовин, рушійною силою якого є діяльність живих організмів. На відміну від великого геологічного малий біогеохімічес-кий круговорот речовин відбувається в межах біосфери. Головним джерелом енергії кругообігу є солнеч-ва радіація, яка породжує фотосинтез. В екосистемі органічні речовини синтезуються автотрофами з неорганічних речовин. Далі вони споживаються гетеротрофами. В результаті виділ ?? ення в процесі життєдіяльності або після загибелі організмів (як автотрофів, так і гетеротрофів) органічні речовини піддаються хв ?? ералізаціі, тобто перетворенню в неорганічні речовини. Ці неорганічних-етичні речовини бувають знову використані для синтезу автотрофами органічних речовин.

В біогеохімічних круговоротах слід розрізняти дві частини:

1) резервний фонд - це частина речовини, не пов'язана з жи-вими організмами;

2) обмінний фонд - значно менша частина речовини, яка пов'язана прямим обміном між організмами і їх безпосереднім оточенням. З огляду на залежність отрасположенія резервного фонду біогео-хімічні кругообіг можна розділити на два типи:

1) Кругообіг газового типу з резервним фондом речовин в атмосфері і гідросфері (кругообіг вуглецю, киць-лорода, азоту).

2) Кругообіг осадового типу з резервним фондом в зем-ної корі (кругообіг фосфору, кальцію, жел ?? еза і ін.).

Кругообіг газового типу більш досконалі, так як мають більший обмінним фондом, а значить, здатні до швидкої саморегуляції. Кругообіг осадового типу менш досконалі, вони більш ін ?? ертни, так як основна маса ве-щества міститься в резервному фонді земної кори в''недо-ступном'' живим організмам вигляді. Такі кругообіг легко порушуються від різного роду впливів, і частина обмени ваемого матеріалу виходить з кругообігу. Повернутися знову в круговорот вона може лише в результаті геологічних про- процесів або шляхом вилучення живим речовиною. При цьому через спричиняти потрібні живим організмам речовини із земної кори набагато складніше, ніж з атмосфери.

Інтенсивність біологічного кругообігу в першу оче-редь визначається температурою навколишнього середовища і коли-кість води. Так, наприклад, біологічний круговорот ін-інтенсивність протікає у вологих тропічних лісах, ніж в тундрі.

З появою людини виник антропогенний кругообіг, або обмін, веществ.Антропогенний круговорот (обмін) - круговорот (обмін) речовин, рушійною силою якого яв-ляется діяльність людини. У ньому можна виділити дві со-ставлять: біологічну, пов'язану з функционировани третьому людини як живого організму, і технічну, пов'язану з господарською діяльністю людей (техногенний кру-говорот).

Геологічний і біологічний кругообіг в значитель-ного ступеня замкнуті, чого не можна сказати про антропогенний кругообіг. З цієї причини часто говорять не про антропогенний кру-говороте, а про антропогенний обміні речовин. Незамкнутість антропогенного кругообігу речовин призводить до виснаження природних ресурсів і забруднення природного середовища - основних причин нд ?? ех екологічних проблем людства.

Кругообіг базових біогенних речовин і елементів. Рас-дивимося кругообіг найбільш значущих для живих орга-низмов речовин і елементів. Кругообіг води відноситься до великого геологічного, а кругообіг біогенних елементів (вуглецю, кисню, азота͵ фосфору, сірки та інших біогенних елементів) - до малого біогеохімічес-кому.

Кругообіг води між сушею і океаном через атмосферу відноситься до великого геологічного кругообігу. Вода ис-ширяючого з поверхні Світового океану і або переноситься на сушу, де випадає у вигляді опадів, які знову повер-щаются в океан у вигляді поверхневого і підземного стоку, або випадає у вигляді опадів на поверхню океану. У круго-комірі води на Землі щорічно бере участь більше 500 тис. Км 3 води. Кругообіг води в цілому відіграє основну роль в фор-мування природних умов на нашій планеті. З урахуванням транспірації води рослинами і поглинання її в біогеохі-номічному циклі весь запас води на Землі розпадається і вос-станавливаются за 2 млн. Років.

Кругообіг вуглецю. Продуценти вловлюють вуглекислий газ з атмосфери і переводять його в органічні речовини, консументи поглинають вуглець у вигляді органічних речовин з тілами продуцентів і консументів нижчих порядків, редуценти хв ?? ералізуют органічні речовини і повертають вуглець в атмосферу у вигляді вуглекислого газу. У Світовому оці-ане круговорот вуглецю ускладнений тим, що частина вуглецю, що міститься в мертвих організмах, опускається на дно і накопичується в осадових породах. Ця частина вуглецю вик-Лючано з біологічного кругообігу і надходить в геоло-ня круговорот речовин.

Головним резервуаром біологічно зв'язаного вуглецю є ліси, вони містять до 500 млрд. Т цього елемента͵чтосоставляет 2/3 його запасу в атмосфері. Втручання челове-ка в круговорот вуглецю (спалювання вугілля, нафти, газу, дегуміфікація) призводить до зростання вмісту СО2 в атмос-фере і розвитку парникового ефекту.

Швидкість кругообігу СО2. тобто час, за ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ весь вуглекислий газ атмосфери проходить через живу речовину, становить близько 300 років.

Кругообіг кисню. Головним чином кругообіг кисло-роду відбувається між атмосферою та живими організмами. В основному вільний кисень (0 ^) надходить в атмосферу в результаті фотосинтезу зел ?? ених рослин, а споживається в процесі дихання тваринами, рослинами і микроорганиз-мами і при хв ?? ералізаціі органічних залишків. Незначи-тельное кількість кисню утворюється з води і озону під впливом ультрафіолетової радіації. Велике кількістю-ство кисню витрачається на окислювальні процеси в зем-ної корі, при виверженні вулканів і т.д. Основна частка киць-лорода продукується рослинами суші - майже 3/4, осталь-ва частина - фотосинтезуючими організмами Світового океану. Швидкість кругообігу - близько 2 тис. Років.

Встановлено, що на промислові і побутові потреби еже-придатно витрачається 23% кисню, який утворюється в про-процесі фотосинтезу, і ця цифра постійно зростає.

Кругообіг азоту. Запас азоту (N2) в атмосфері величезний (78% від її обсягу). При цьому рослини поглинати вільний азот не можуть, а тільки в пов'язаної формі, в основному у вигляді NН4 + або NО3 -. Вільний азот з атмосфери пов'язують азотфиксирующие бактерії і переводять його в доступні рослин-ям форми. У рослинах азот закріплюється в органічному ве-вин (в білках, нуклеїнових кислотах і ін.) І передається по ланцюгах харчування. Після відмирання живих організмів реду-центи хв ?? ералізуют органічні речовини і перетворюють їх в амонійні з'єдн ?? ення, нітрати, нітрити, а також в сво-Бодня азот, який повертається в атмосферу.

Нітрати і нітрити добре розчинні у воді і можуть мить-рировать в підземні води і рослини і передаватися по пі-щевим ланцюгах. У разі якщо їх кількість надмірно велике, що часто спостерігається при неправильному застосуванні азотних добрива-ний, то відбувається забруднення вод і продуктів харчування, і викликає захворювання людини.

Кругообіг фосфору. Основна маса фосфору міститься в гірських породах, що утворилися в минулі геологічні епохи. У биогеохимический круговорот фосфор включається в результаті процесів вивітрювання гірських порід. У наземних екосистемах рослини витягають фосфор з грунту (в основному у формі РО4 3-) і включають його до складу органічних з'єдн ?? ень (білків, нуклеїнових кислот, фосфоліпідів і ін.) Або залишають в неорганічної формі. Так-леї фосфор передається по ланцюгах харчування. Після відмирання живих організмів і з їх виділ ?? еніямі фосфор повертається в грунт.

При неправильному застосуванні фосфорних добрив, водної та вітрової ерозії грунтів великі кількості фосфору видаляються з грунту. З одного боку, це призводить до пере-витраті фосфорних добрив і виснаження запасів фосфор-містять руд (фосфоритів, апатитів і ін.). З іншого сто-ку, надходження з грунту в водойми великих кількостей таких біогенних елементів, як фосфор, азот, сірка та ін. Ви-викликають бурхливий розвиток ціанобактерій та інших вод-них рослин (''цветеніе'' води) і евтрофікацію водойм. Але більша частина фосфору несеться в море.

У водних екосистемах фосфор засвоюється фітопланкто-ном і передається по трофічному ланцюгу аж до морських птахів. Їх екскременти або відразу потрапляють назад в море, або спочатку накопичуються на березі, а потім вс ?? е рав-но змиваються в море. З відмираючих морських тварин, особливо риб, фосфор знову потрапляє в море і в круговорот, але частина скеля ?? етов риб досягає великих глибин, і ув'язнений-ний в них фосфор знову потрапляє в осадові породи, тобто виключається з біогеохімічного кругообігу.

Кругообіг сірки. Основний резервний фонд сірки знаходить-ся в відкладеннях і грунті, але на відміну від фосфору є резервний фонд і в атмосфері. Головна роль в залученні сірки в біогеохімічний круговорот належить мікроор-організми. Одні з них відновники, інші - окислювачі.

У гірських породах сірка зустрічається у вигляді сульфідів (FeS2 і ін.), В розчинах - в формі іона (SO4 2-), в газоподібній фазі у вигляді сірководню (Н2 S) або сірчистого газу (SО2). У деяких організмах сірка накопичується в чистому вигляді і при їх відмирання на дні морів утворюються поклади само-рідний сірки.

За змістом в морському середовищі Сульфат-іон займає вто-роеместо після хлору і є основною доступною формою сірки, яка споживається автотрофами і включається до складу білків.

У наземних екосистемах сірка надходить в рослини з по-чви в основному у вигляді сульфатів. В живих організмах сірка міститься в білках, у вигляді іонів і т.д. Після загибелі живих організмів частина сірки відновлюється в грунті мікроорга-нізм до Н2 S, інша частина окислюється до сульфатів і знову включається в кругообіг. Утворився сірководень Уле-тучівается в атмосферу, там окислюється і повертається в по-ЧВУ з опадами.

Спалювання людиною викопного палива (особливо вугілля), а також викиди хімічної промисловості, призводять до накопичення в атмосфері сірчистого газу (SO2), який реа-Гіру з парами води, випадає на землю у вигляді кислотних дощів.

Біогеохімічні цикли не такі масштабні як геоло-ня і значною мірою схильні до впливу чоло-століття. Господарська діяльність порушує їх замкнутість, вони стають ациклічності.

Читайте також

Циркуляція хімічних елементів (речовин) в біосфері називається биогеохимическими циклами. Живі організми відіграють у цих процесах вирішальну роль. Необхідні для життя елементи умовно називають біогенними (вони дають життя) елементами, або поживними речовинами. [Читати далі].

Біосфера, як частина географічної оболонки Землі. Географічна оболонка Землі включає в себе: - літосферу - верхній кам'яний твердий шар Землі потужністю 30 ... 40 км на рівнинах;

50 км в горах; 3 ... 10 км в океанах і морях. Нижче літосфери лежать гранітний і. [Читати далі].

- складає основу біосфери. Цикли вуглецю, кисню, фосфору, азоту та води істотно відрізняються від простого фізичного перетворення енергії, яка деградує у вигляді тепла. У рік до Землі доходить 1 024 Дж енергії, правда 42% відбивається. Плюс теплота земних надр. [Читати далі].

Функції живої речовини. Властивості і функції живої речовини. Властивості біосфери. Як будь-яка система біосфера має низку властивостей. 1.Біосфера - відкрита система. Її існування не можливо без припливу енергії ззовні, тобто з. [Читати далі].

Всі речовини, що знаходяться на Землі, залучені у великій (геологічний) і малий (біотичний), процес кругообігу, причому малий є частиною великого. Великий триває сотні тисяч і мільйони років. Він полягає в наступному: гірські породи підлягають руйнуванню і. [Читати далі].

Енергетичний баланс біосфери - співвідношення між поглинається і випромінюється енергією. Визначається приходом енергії Сонця і космічних променів, яка засвоюється рослинами під час фотосинтезу, частина перетворюється в інші види енергії і ще частина розсіюється в. [Читати далі].