Реферат: Біогеохімічні цикли: структура, загальна характеристика, цикли вуглецю, азоту, кисню, сірки

/>Індекс групи ___________________

ОрловськийОлександр Володимирович

м. БровариКиївської області

вул. Київська 300вкв. 51

Приватнийпідприємець

Контрольна робота

з Основ екології «Біогеохімічні цикли: структура, загальна характеристика, цикли вуглецю, азоту, кисню, сірки».

Викладач: професор Падун Алла Олексіївна

Київ 2006р.

        Зміст:

 

Поняття біогеохімічного циклу. 3

Кругообіг  речовин в біосфері 4

Кругообіг  вуглецю… 5

Кругообіг кисню… 8

Кругообіг азоту. 9

Кругообіг сірки. 10

Перелік використаної літератури. 12

            Поняттябіогеохімічного циклу

На відміну віденергії, котра використовувалася організмом, перетворилась у тепло і втрачаєтьсядля екосистеми, речовини циркулюють у біосфері, що і називаєтьсябіогеохімічними круговоротами або циклами. З 90 з зайвим елементів, щозустрічаються в природі, близько 40 потрібні живим організмам. Найбільш важливідля них і потрібні у великих кількостях: вуглець, водень, кисень, азот тасірка. Кисень надходить у атмосферу в результаті фотосинтезу та витрачуєтьсяорганізмами при диханні. Азот вилучається з атмосфери завдяки діяльності азотофіксуючихбактерій і повертається до неї іншими бактеріями.

Кругообігелементів і речовин здійснюються за рахунок саморегулюючих процесів, в якихберуть участь всі складові екосистем. Ці процеси є безвідходними. В природінемає нічого даремного або шкідливого, навіть від вулканічних вивержень єкористь, бо з вулканічними газами в повітря надходять потрібні елементи,наприклад, азот. Існує закон глобального замикання біогеохімічного кругообігу вбіосфері, діючий на всіх етапах її розвитку. В процесі еволюції біосферизбільшується роль біологічного компоненту в замиканні біогеохімічного кругообігу.Ще більшу роль в біогеохімічному кругообігу відіграє людина. Але її рольздійснюється в протилежному напрямку. Людина порушує кругообіг речовин, якийвже склався, і в цьому виявляється її геологічна сила, руйнівна по відношеннюдо біосфери на сьогоднішній день.

 Кругообіг  речовин вбіосфері

Процесифотосинтезу органічної речовини з неорганічних компонентів триває мільйонироків і за такий час хімічні елементи повинні були перейти з однієї форми віншу. Однак цього не відбувається завдяки їх кругообігу в біосфері. Щорічнофотосинтезуючі організми засвоюють майже 350 млрд. т. вуглекислого газу,виділяють до атмосфери біля 250 млрд. т. кисню і розщеплюють 140 млрд. т води,утворюючи понад 230 млрд. т органічної речовини (в перерахунку на суху вагу).

 Величезнікількості води проходять через рослини та водорості в процесі забезпеченнятранспортної функції та випаровування. Це призводить до того, що водаповерхневого шару океану фільтрується планктоном за 40 днів, а вся інша водаокеану – приблизно за рік. Весь вуглекислий газ атмосфери поновлюється задекілька сотень років, а кисень за декілька тисяч років. Щорічно фотосинтезомдо кругообігу включається 6 млрд. т азоту, 210 млрд. т фосфору та великакількість інших елементів (калій, натрій, кальцій, магній, сірка, залізо таін.). Існування цих кругообігів придає екосистемі певну тривалість.

Розрізняють дваосновних кругообігу: великий (геологічний) і малий (біотичний).

Великійкругообіг, триває мільйони років і полягає в тому, що гірські породи підлягаютьруйнуванню, а продукти вивітрювання (в тому числі розчинні у воді поживніречовини) зносяться потоками води у Світовий океан, де вони утворюють морськінапластування і лише частково повертаються на сушу із опадами. Геотектонічнізміни, процеси опускання материків і підняття морського дна, переміщення морівта океанів на протязі тривалого часу призводять до того, що ці напластуванняповертаються на сушу і процес починається знов.

 Малий кругообіг(частина великого) відбувається на рівні екосистеми і полягає в тому, щопоживні речовини, вода і вуглець акумулюються в речовині рослин, витрачаютьсяна побудову тіла і на життєві процеси як самих цих рослин, так і іншихорганізмів (як правило тварин), що з’їдають ці рослини. Продукти розпадуорганічної речовини під дією деструкторів та мікроорганізмів (бактерії, гриби,черві) знов розкладаються до мінеральних компонентів, доступних рослинам і щовтягуються ними у потоки речовини. Кругообіг хімічних речовин з неорганічногосередовища через рослинні та тваринні організми назад у неорганічне середовищез використанням сонячної енергії та енергії хімічних реакцій називаєтьсябіогеохімічним циклом. У такі цикли втягнуті практично всі хімічні елементи інасамперед ті, що беруть участь в побудові живої клітини. Так, тіло людинискладається з кисню (62.8%), вуглецю (19.37%), водню (9.31%), азоту (5.14%),кальцію (1.38%), фосфору (0.64%) та ще приблизно з 30 елементів.

Кругообіг вуглецю

Самий інтенсивнийбіогеохімічний цикл – кругообіг вуглецю. В природі вуглець існує в двохосновних формах – в карбонатах (вапняках) та вуглекислому газі. Вуглець береучасть в утворенні вуглеводів, жирів, білків та нуклеїнових кислот. Основнамаса акумульована в карбонатах на дні океану (1016 т), вкристалічних породах (1016 т), кам'яному вугіллі та нафті (1016т) що беруть участь в великому циклі. Основна ланка великого кругообігу вуглецю- взаємозв'язок процесів фотосинтезу і аеробного дихання (мал. 1). Інша ланкавеликого циклу кругообігу вуглецю уявляє собою анаеробне дихання (без доступукисню); різноманітні види анаеробних бактерій перетворюють органічні сполуки вметан та інші речовини (наприклад, в болотних екосистемах, на смітникахвідходів). В малому циклі кругообігу бере участь вуглець, що міститься врослинних тканинах та тканинах тваринних. Більш докладна схема кругообігу представлена на мал.2.

/> <td/>

Енергія сонця

 

/>

/>/>/>                                                   Спалювання і                 Тепло                                 Тепло

                                                вивітрювання

/>

Мал.1. Кругообіг вуглецю в процесах фотосинтезу і аеробного дихання.

/>

                                                                Розчинюється

/>                                                                   в дощовій

/>/>                                                                     воді

/> /> /> /> /> /> /> <td/> /> />
/>/>

/> 

/> /> /> /> /> <td/> /> /> /> />

Мал. 2. Кругообігвуглецю.

Кругообіг кисню

В кількісномувідношенні головною складовою живої матерії є кисень, кругообіг якого ускладнениййого здатністю вступати в різні хімічні реакції, головним чином реакціїокислення. В результаті виникає безліч локальних циклів, що відбуваються міжатмосферою, гідросферою та літосферою, які в свою чергу можуть бути порушеніантропогенним фактором. Кисень, що міститься в атмосфері і в поверхневихмінералах (осадові кальцити, залізні руди), має біогенне походження і повиненрозглядатися як продукт фотосинтезу. Цей процес протилежний процесу споживання киснюпри диханні, який супроводжується руйнуванням органічних молекул, взаємодією киснюіз воднем та утворенням води. В деякому відношенні кругообіг кисню нагадуєзворотний кругообіг вуглекислого газу. В основному він відбувається міжатмосферою та живими організмами. Споживання атмосферного кисню та його відновленнярослинами в процесі фотосинтезу здійснюється досить швидко. Розрахункипоказують, що для повного поновлення всього атмосферного кисню вимагається білядвох тисяч років. З іншого боку, для того, щоб всі молекули води гідросферибули підвержені фотолізу і знов синтезовані живими організмами, необхідно двамільйони років. Більша частина кисню, що виробляється на протязі геологічнихепох, не залишалася в атмосфері, а фіксувалася літосферою у вигляді карбонатів,сульфатів, оксидів заліза, і її маса складає 5,9*1016 т. Маса кисню,що циркулює в біосфері у вигляді газу або сульфатів, розчинених в океанських таконтинентальних водах, в декілька разів менша (0,4*1016 т).

 Відзначимо, що,починаючи з певної концентрації, кисень дуже токсичний для клітин і тканин(навіть у аеробних організмів). А живий анаеробний організм не може витримати (це було доведене ще в минулому сторіччі Л. Пастером) концентрацію кисню, щоперевищує атмосферну на 1%.

Кругообігазоту

Газоподібний азотвиникає в результаті реакції окислення аміаку, який утворюється при виверженнівулканів та розкладені біологічних відходів:   4 NH3 + 3 O2® 2 N2 + 6 H2O.

1.     Кругообігазоту – один з самих складних, але водночас самих ідеальних кругообігів.Незважаючи на те, що азот складає біля 80% атмосферного повітря, в більшостівипадків він не може бути безпосередньо використаний рослинами, так як вони не засвоюють газоподібний азот.Втручання живих істот у кругообіг азоту підпорядковане суворій ієрархії: лишепевні категорії організмів можуть виявляти вплив на окремі фази цього циклу.Газоподібний азот беззупинно надходить до атмосфери в результаті роботи деякихбактерій, тоді як інші бактерії – фіксатори (разом з синьо-зеленими водоростями)постійно поглинають його, перетворюючи в нітрати. Неорганічним шляхом нітратиутворюються й в атмосфері в результаті електричних розрядів під час гроз.Найбільш активні споживачі азоту – бактерії на кореневій системі рослинсімейства бобових. Кожному виду цих рослин притаманні свої особливі бактерії,що перетворюють азот в нітрати. В процесі біологічного циклу нітрат – іони  (NO3-)та іони амонію (NH4+), що поглинаються рослинами зґрунтової вологи, перетворюються у білки, нуклеїнові кислоти і так далі. Потімутворяться відходи у вигляді загиблих організмів, що є об'єктамижиттєдіяльності інших  бактерій та грибів, перетворюючих їх в аміак. Таквиникає новий цикл кругообігу. Існують організми, здатні перетворювати аміак унітрити, нітрати і в газоподібний азот. Основні ланки кругообігу азоту вбіосфері представлені схемою на мал.3. Біологічна активність організмівдоповнюється промисловими засобами отримання азотомістких органічних танеорганічних речовин, багато з яких застосовуються в якості добрив дляпідвищення продуктивності та росту рослин.

/> /> /> /> />

Оксиди азота (в атмосфері)

  <td/>

Азот

(в атмосфері)

 
Блискавки/>/>/>/>/>/>                                                                                    Денітрофікуючі

/>/>                       Азотофіксуючі                                         бактерії

                           бактерії

Синьо – зелені

Бактерії     Опади                         водорості

Аміак  і іони аммонія (в грунті

і воді)

                                                     

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> <td/> <td/> /> /> /> />
/>/>/>                                                                                        Бактерії

/>/>                                                                                        Бактерії

/>/>                                                                                        Бактерії

Мал. 3. Кругообіг азоту

Кругообігсірки

З природнихджерел сірка потрапляє до атмосфери у вигляді сірководню, двооксиду сірки ічасток сульфатних солей (мал. 4). Біля однієї третини сполук сірки і 99% двооксидусірки – антропогенного походження. В атмосфері протікають реакції, щопризводять до кислотних опадів:

2SO2+ O2 ® 2SO3 ,        SO3 + H2O ® H2SO4.

/>

                                                                              + O2

Атмосфера

/>

                                                                              + Н2О

/>

                                                                              

Вулкани і гарячі джерела

                                                                                + NH3

Туман и опади (дощ, сніг)

 

(NH4 )2SO4

                                                     

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> />

/>/>/>/>/>                                                   

                                                   *                                        *

/> /> /> /> /> /> /> <td/> /> />

/>/>

H2S

                                                                                               **/> /> /> /> /> /> <td/> />

                                              **

Мал. 4. Кругообіг сірки

Перелік використаної літератури:

1.  Болин Б. Круговорот углерода./Биосфера. – М.: Мир, 1972.-С. 91-104.

2.  Бондарев Л.Г. Роль растительностив миграции минеральных веществ в атмосфере. // Природа.,1981, № 3, С.86-90.

3.  Войткевич Г.В. Бактерии и составатмосферы. – М.: ИздательствоМГУ, 1984, 272с.

4.  Гаррелс Р.М. Круговорот углерода, кислорода и серы в течении геологическоговремени. – М.: Наука, 1975 — 48с.

5.  Делвич К. Круговоротазота. /Биосфера. – М.: Мир, 1972.-С.105-119.

6.  Добровольский В.В. Основыбиогеохимии. Учебн. пособие для геогр., биол., геолог., с-х спец. вузов. – М.:Высшая школа, 1998. –413с.

7.  Добродеев О.П., СуетоваИ.А. Живое вещество Земли. М.: Издательство МГУ, 1986.

8.  Заварзин Г.А. Бактерии и составатмосферы. — М.: Наука, 1984.-199с.

9.  Ковальский В.В.Геохимическая экология. – М.: Наука, 1974.- 289с.

10.           Ковда В.А.Биогеохимические циклы в природе и их нарушение человеком. /Биогеохимическиециклы в биосфере. — М.: Наука, 1976. – С.19-35.

11.           Лейн А.Ю., Иванов М.В.Глобальные биогеохимические циклы элементов и влияние на них деятельностичеловека. //Геохимия. 1976, № 8, С.1252-1277.

12.           Френд Дж.П. Циклы серы в природе. //Химия нижней атмосферы. //Под ред.С.Расула.- М.: Мир, 1976. –С. 223-251.