Круговорот кислорода

Биогеохимический круговорот.

Тепловая энергия (тепло).

Механическая энергия (работа),

Химическая энергия (энергия химических связей),

Солнечная энергия (свет),

Таким образом, на каждом этапе развития живого организма часть потенциальной (запасенной растениями в процессе фотосинтеза) химической энергии, получаемой им в результате питания, позволяет организму осуществлять свои жизненные функции и высвобождается в космическое пространство в виде тепла.

Биогеохимический круговорот – перемещение и превращение химических элементов через косную и органическую природу при активном участии живого вещества. Биогеохимический круговорот является важным показателем интенсивности биологического круговорота, отражая скорость обращения химических элементов.

Различают два типа биогеохимических циклов:

1. круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере.

2. осадочный цикл с резервным фондом в литосфере.

Атмосфера имеет большой резервный фонд и высокую способность к саморегуляции, в отличие от осадочного цикла, который легко нарушается. Это связано с тем, что основная часть химических веществ сосредоточена в относительно малоподвижном и малоактивном резервном фонде земной коры. Если изъятие химических элементов в этих циклах происходит быстрее, чем возврат, то какая-то их часть может выбыть из круговорота на длительное время. Механизмы возвращения химических элементов в круговорот основаны главным образом на биологических процессах.

Существенную роль в жизни биосферы играет круговорот биогенных химических элементов: углерода С, фосфора Р, кислорода О, азота N, серы S, водорода Н.

Одни из элементов требуются организмам в относительно больших количествах (макроэлементы), другие тоже жизненно необходимы, но в меньших количествах (микроэлементы).

Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле (58 %). В атмосферном воздухе содержится около 21 весовой % кислорода, в литосфере – 47 %, а в гидросфере – 32%. Кислород и его соединения незаменимы для поддержания жизни. Вследствие количественного преобладания и большой окислительной активности кислород предопределяет форму существования химических элементов на Земле. Известно свыше 1400 минералов, содержащих кислород. Энергетические процессы в живом организме основываются на окислительно-восстановительных реакциях. При этом лишь некоторые группы микроорганизмов осуществляют эти процессы без участия кислорода путем гликолиза и брожения. Абсолютное большинство живых организмов получают энергию благодаря аэробному окислению органических веществ. Этот путь энергетически более выгоден. Он связан с закономерными процессами газообмена: постоянным притоком О₂ и выносом СО₂, образующегося в результате окисления органических субстратов. При такой системе энергетического обеспечения жизнедеятельности организмов кислород приобретает роль важнейшего экологического фактора.

Механизм газообмена заключается в диффузии газов – кислорода и диоксида углерода – по градиенту концентрации. Основная масса кислорода находится в связанном состоянии; количество молекулярного кислорода в атмосфере оценивается в 1,5 •10¹⁵ т, что составляет всего лишь 0,01% от общего содержания кислорода в земной коре. Относительное постоянство концентрации кислорода в атмосфере поддерживается благодаря процессу фотосинтеза. В этом процессе зеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород.

У растений дыхание в отличие от фотосинтеза осуществляется всеми органами и тканями. Кислород проникает в растения через устьица, растворяется в жидкостях клеточных стенок и по градиенту парциального давления проникает в цитоплазму.

У животных диффузионный принцип газообмена лежал в основе формирования специализированных органов дыхания. Для крупных форм это связано с разделением общего процесса дыхания на внешнее (газообмен в дыхательных органах) и внутреннее (газообмен в клетках и тканях). При этом формируется транспортная система (гемолимфа, кровь), функционально объединяющая эти два процесса. Дыхание через поверхность тела без участия транспортной системы эффективно лишь для очень маленьких организмов.

В большинстве случаев у многоклеточных животных сформировались специальные органы внешнего дыхания, связанные транспортной системой со всеми клетками и тканями организма. Принцип таких органов достаточно однообразен: формируются открытые участки покровных эпителиальных тканей, густо снабженные системой кровеносных капилляров. Через эти участки осуществляется диффузия О₂ из внешней среды в кровь и СО₂ – в обратном направлении.

Кислород также играет важную роль в процессах обмена. Он входит в состав белков, жиров, углеводов, из которых состоят организмы. В человеческом организме содержится, например, около 65% кислорода.
Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе. За счет деятельности зеленых растений и бактерий ежегодно поглощается около 300 млрд. т СО₂, выделяется 200 млрд. т О₂, синтезируется 150 млрд. т органических веществ. При этом консервируется в форме химической энергии 45•10¹⁸ кДж солнечной энергии. Ежегодно потребляемая при фотосинтезе энергия Солнца во много раз превышает количество энергии, потребляемой человечеством. Вырубка лесов, эрозия почв, различные горные выработки на поверхности уменьшают общую массу фотосинтеза и снижают круговорот кислорода на значительных территориях. Мощным источником кислорода является также фотохимическое разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под влиянием УФ солнечных лучей.

Кроме описанного выше круговорота кислорода в несвязанном виде, этот элемент совершает еще и важнейший круговорот, входя в состав воды. Круговорот воды заключается в испарении ее с поверхности суши и водоемов, переносе ее воздушными массами и ветрами, конденсации паров и последующее выпадение осадков в виде дождя, снега, града, тумана.

Дата добавления: 2014-11-06