Круговороты отдельных химических элементов

Для географической оболочки крайне важен круговорот отдельных биогенных элементов. Каждый химический элемент совершает свой круговорот в географической оболочке за счет солнечной энергии. Участвующие в круговоротах элементы переходят из органической формы в неорганическую и наоборот. При нарушении равновесия круговоротов этих элементов биогенные элементы или накапливаются в ландшафтах, или удаляются из них. Так, мертвый органический материал накапливается в отложениях озер, прибрежных болот и мелких морей, где анаэробные условия препятствуют его разложению микроорганизмами, что приводит к угле- или торфообразованию; эрозия почв, обусловленная нерациональным использованием земель (сведение лесов, неправильная распашка и т.д.), приводит к вымыванию богатых биогенными элементами почвенных слоев.
К основным биологическим циклам обычно относят круговороты таких важных для формирования живого вещества элементов, как углерод, кислород, азот, фосфор:

Круговорот углерода. Источников углерода достаточно много, но лишь углекислый газ (диоксид углерода), находящийся в атмосфере в газообразном состоянии или растворенный в воде гидросферы, перерабатывается в органическое вещество живых организмов. В процессе фотосинтеза он превращается в сахар, затем в протеиды, липиды и другие органические соединения. Весь ассимилированный в процессе фотосинтеза углерод включается в углеводы, служащие источником питания живых организмов. В процессе их дыхания около трети этого углерода превращается в углекислый газ и возвращается в атмосферу. Основные источники современного повышенного поступления углекислого газа — антропогенные. В настоящее время в процессе хозяйственной деятельности человека (сжигание топлива, металлургия и химическая промышленность) в атмосферу выбрасывается в 100-200 раз больше углекислого газа, чем его поступает из природных источников, а в результате уничтожения лесов, загрязнения морей и океанов и т.д. ослабевают процессы фотосинтеза, что также приводит к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере. Наблюдения за содержанием углекислого газа в атмосфере, осуществляемые с середины XIX в., показали, что за последние 10 лет оно возросло примерно на 10% его современной концентрации. Это создает так называемый парниковый эффект - углекислый газ задерживает длинноволновое тепловое излучение с поверхности Земли. В результате возможны повышение температуры воздуха и, как следствие, таяние ледников, подъем уровня Океана. Заметим, что изменение климата обусловливает и ряд других антропогенных факторов - загрязнение и запыление атмосферы, снижающее количество поступающей солнечной радиации на земную поверхность, сведение лесов и загрязнение поверхности Мирового океана нефтью, изменяющие альбедо производственные выбросы теплоты в атмосферу;

Круговорот кислорода. Кислород содержится в географической оболочке в разных формах. В атмосфере он находится в газообразной форме (в виде молекул кислорода и в составе молекул диоксида углерода СО2), в гидросфере - в растворенном виде, а также входит в состав воды. Больше всего кислорода находится в связанном состоянии в молекулах воды, в солях, оксидах твердых пород земной коры. Несвязанный кислород расходуется на дыхание животных и растений, а также на окисление веществ, образующихся при разложении органических веществ микроорганизмами. Основной источник атмосферного кислорода — зеленые растения. Ежегодно в процессе фотосинтеза высвобождается примерно 1/2500 его содержания в атмосфере, т.е. время круговорота кислорода в атмосфере составляет около 2500 лет. Деятельность человека привела к появлению новых видов потребления свободного кислорода: он требуется в производстве тепловой энергии, при сжигании горючих ископаемых, в металлургии, химическом производстве, расходуется в процессе коррозии металлов. Расход кислорода, связанный с производственной деятельностью человека, составляет 10-15% того количества, которое образуется в процессе фотосинтеза;

Круговорот азота. Основной источник азота — воздух, он содержит около 78% азота. Большая часть этого газа образуется в результате деятельности микроорганизмов - фиксаторов азота. Нитраты - соли азотной кислоты - из разнообразных источников поступают к корням растений; образовавшийся в результате биохимических реакций азот переносится в листья, где синтезируются протеины, служащие основой азотного питания животных. После отмирания живых организмов органическое вещество разлагается и азот переходит из органических в минеральные соединения под действием аммонифицирующих организмов, образующих аммиак, который входит в цикл нитрификации. Растения ежегодно образуют менее 1% активного фонда азота, т.е. общее время круговорота азота превышает 100 лет. При отмирании растений и животных азот под воздействием бактерий-денитрификатов переходит в атмосферу. Основной источник повышенного поступления азота в природный круговорот - современное сельское хозяйство, использующее азотные удобрения. Производство и применение азотных удобрений приводит к нарушению естественного соотношения между количеством газообразного азота, образующегося из органических соединений и поступающего в атмосферу, и количеством азота, приходящего из атмосферы в процессе его естественной фиксации;

Круговорот фосфора. Фосфор - один из важнейших элементов, участвующих в создании живого вещества. Содержание фосфора в биомассе географической оболочки значительно меньше, чем кислорода и углерода, но без него невозможен синтез белков и других высокомолекулярных соединений углерода. Основной источник фосфора в географической оболочке — апатиты. В миграции фосфора большую роль играет живое вещество: организмы извлекают фосфор из почв, водных растворов; он входит в многочисленные органические соединения, особенно много его в костных тканях. С гибелью организмов фосфор возвращается в почву и в илы морей и концентрируется в виде морских фосфатных конкреций (минеральных образований округлой формы), в скелетах рыб, млекопитающих, гуано (разложившемся в условиях сухого климата помете морских птиц). Это создает условия для образования богатых фосфором осадочных пород, которые в свою очередь являются источником фосфора в биогенном цикле. В настоящее время значительное влияние на запасы и распределение фосфора, как и азота, в географической оболочке, на скорость и замкнутость их круговоротов оказывают такие факторы, как уничтожение лесов, замена их травянистой и культурной растительностью.

Дата добавления: 2015-04-25