Тема: «Биогеохимические циклы элементов»

Лекция № 3

Все вещества на нашей планете находятся в процессе круговорота. Выделяют большой (геологический) и малый круговороты (биологический) вещества.

При рассмотрении биогеохимического круговорота любого вещества необходимо выделять две части запаса этого вещества:

¾ обменный фонд – часть элемента, которая находится в круговороте, он составляет незначительную часть общего объема элемента;

¾ резервный фонд – часть элемента, которая не циркулирует, однако при необходимости может быть включена в круговорот.

Различают газообразный резервный фонд, который находится в атмосфере и является наиболее подвижным и доступным (N, C) и осадочный (P, S), который находится в литосфере или гидросфере и труднее включается в обменный фонд по двум причинам:

¾ он предварительно должен быть переведен в водорастворимое состояние, чтобы живые организмы могли его ассимилировать;

¾ он доступен не везде одинаково, потому что может находиться под Землей на разной глубине.

Биогеохимический круговорот азота. Азот имеет газообразный резервный фонд (рис. 1). Из резервного фонда азот включается в обменный фонд тремя путями:

1. Атмосферная фиксация. Под действием грозовых разрядов происходит превращение N₂ в NO₂ и NO₄, эти газы, взаимодействуя с водяным паром, выпадают на землю в виде азотной кислоты. Нитраты, которые в результате образуются в почве, поглощаются растениями и включаются в биологический круговорот.

2. Биологическая фиксация.Азот вовлекается в обменный фонд азотфиксирующими бактериями, которые переводят его в доступные для растений формы.

3. Промышленная фиксация. Человек научился превращать газообразный азот в минеральные азотные удобрения, которые после внесения в почву усваиваются растениями в аммиачной и нитратной форме.

Пополнение резервного фонда из обменного фонда происходит путем денитрификации, которую осуществляют денитрифицирующие бактерии.

Рис. 1. Биогеохимический круговорот азота

Вмешательство человека в круговорот азота заключается в следующем:

¾ в сжигании древесины и ископаемого топлива, что в свою очередь приводит к выбросу оксидов азота, которые при соединении с водяным паром превращаются в азотную кислоту (HNO₃). При выпадении таких осадков происходит увеличение кислотности почв и водоемов;

¾ в добыче полезных ископаемых для производства минеральных удобрений, при этом увеличивается оборот азота;

¾ вынос из почвы ионов при сборе урожая.

Биогеохимический круговорот углерода. Углерод имеет газообразный резервный фонд (рис. 2). В биологическом круговороте углерода выделяются три стадии:

¾ зеленые растения, поглощая углекислый газ из воздуха, создают органическое вещество;

¾ животные, питаясь растениями, продуцируют другие соединения, содержащие углекислый газ;

¾ микроорганизмы разрушают вещество мертвых организмов и освобождают углерод.

Источники углерода:

¾ естественные: углекислый газ, поступающий в атмосферу при дыхании растений в темное время суток, вулканы;

¾ антропогенные: промышленность, автомобильный транспорт, добыча и сжигание углеводородного топлива, вырубка лесов.

Рис. 2. Биогеохимический круговорот углерода

Биогеохимический круговорот фосфора. Фосфор имеет осадочный резервный фонд (Рис. 3). Пополнение обменного фонда за счет резервного происходит в результате выщелачивания горных пород, содержащих фосфор (в основном месторождений апатитов).

Из обменного фонда фосфор выводится в нерастворимой форме в составе костей скелета отмирающих животных, которые пополняют резервный фонд, и в виде растворимых фосфатов в составе мягких тканей, которые затем снова вовлекаются в обменный фонд.

Вмешательство человека в круговорот фосфора заключается в следующем:

¾ под влиянием хозяйственной деятельности человека резко увеличился поверхностный сток, выносящий фосфор в море. Здесь фосфор включается в мелководные отложения, откуда далее может как включаться в биологический круговорот, так и переходить в глубоководные отложения и вообще выводиться из биогеохимического круговорота;

¾ применение фосфорных удобрений, что в ряде случаев может вызвать загрязнение окружающей среды фосфором.

Рис. 3. Биогеохимический круговорот фосфора

Биогеохимический круговорот серы. Основное выделение серосодержащих составляющих происходить через:

¾ вулканы (H₂S, SO₂);

¾ болота (H₂S).

В биосфере сульфидная сера (SO₃) окисляется до сульфатной (SO₄) почв и водоемов. Сульфаты поглощаются растениями и входят в состав аминокислот, белков и эфирных масел. Поедая растения, серу получают животные. При разрушении белков с участием микроорганизмов образуется сероводород, который в дальнейшем окисляется либо до серы, либо до сульфатов. В первом случае формируются месторождения серы биогенного происхождения, во втором – залежи гипса.

Антропогенная деятельность привела к увеличению количества серы в круговороте веществ (из 100% круговорота серы 65% приходится на антропогенную составляющую).

Рис. 4. Биогеохимический круговорот серы

Дата добавления: 2014-01-20