Круговорот химических элементов

Этот инцидент стал еще одним подтверждением того,насколько были опасны в то время гонки,даже в каком-то смысле неорганизованными.Может пилоты были в то время храбрей современных гонщиков,но это никак не обеспечивало им безопасность.На том гран-при этот инцидент конечно же не остался незамеченным.Вольфганг Фон Трипс отказался участвовать в этом этапе после аварии.Ханс Херманн также пострадал во время пятничных тренировок,но отделался к счастью только легким испугом. «После длинной прямой шла шпилька перед которой следовало очень жесткое торможение.Тогда вместо отбойников были мешки с сеном,а перед тренировкой шёл ливень.Подходя к этоу повороту я уже понял,что не успею выторомозиться.Я оглянулся на лево,и увидел,что там толпы зрителей,значит мне нельзя было туда сворачивать.Тогда я поехал прямо,решив что мешки с сеном сделают своё дело,и я остановлюсь.Но из-за ливня эти мешки стали в два раза тяжелее,и по этому удар оказался тяжелее чем я думал.Именно в тот момент мне сыграло на руку отсутствие ремней безопасности.Меня выкинуло из машины на асфальт,а машина отлетела на 70 метров вперед.Когда я вставал, я еще не мог смириться с тем,что я жив.На мне даже не было ни одного синяка,и только когда пришел в себя,понял,что мне очень повезло.»-именно так сам Ханс Херманн описал свою аварию.

Конечно,грубая ошибка пилота или поломка автомобиля приводили к гибели,и этот этап не остался исключением.Гонка Формулы-1 должна была пройти в воскресение,а в субботу проводилась гонка поддержки,и один из самых выдающихся гонщиков того времени,Жан Бера,выступая на «Порше РСК» вылетел с этого поворота.Шансов выжить у него в принципе не было.Так как кирпич не очень ровный,по сравнению с асфалтом, на нем естественно труднее управлять болидом на большой скорости. Проходя этот поворот, «Порше» Жана Беры развернуло.Его вынесло на самый верх поворота,после чего он вылетел с этого поворота на огромной скорости,врезавшись в столб.Представьте, на сколько сильным должен был быть удар,что бы столб высотой около 130 метров,повалило просто на землю.Машина отлетела где-то на 100 метров и разбилась вдребезги,но это было уже совсем не важно,поскольку ремни безопасности тогда только стали применять,и на то время они были еще на столько слабые,что Беру выкинуло еще до столкновения со столбом.Конечно,ни о каком везении тут речи идти не может. Порше Жана Беры во время столкновения со столбом,но пилота на этот момент в автомобиле уже не было.

В биосфере, как и в каждой экосистеме, постоянно осуществляется круговорот углерода, азота, водорода, кислорода, фосфора, серы и других химических элементов.

Круговорот углерода. Углекислый газ поглощается растениями-продуцентами и в процессе фотосинтеза преобразуется в углеводы, белки, липиды и другие органические соединения. Эти вещества с пищей используют животные-консументы. Одновременно с этим в природе происходит обратный процесс. Все живые организмы дышат, выделяя углекислый газ, который поступает в атмосферу. Мертвые растительные и животные остатки и экскременты животных разлагаются (минерализуются) микроорганизмами-редуцентами. Конечный продукт минерализации — углекислый газ — выделяется из почвы или водоемов в атмосферу. Часть углерода накапливается в почве в виде органических соединений (рис. 107).

Рис. 107. Круговорот углерода

В морской воде углерод содержится в виде угольной кислоты и ее растворимых солей, но накапливается он в форме карбоната кальция СаС03 (мел, известняки, кораллы). Часть углерода в виде карбонатов надолго исключается из круговорота, образуя осадки на дне водоемов. Однако с течением времени в процессах горообразования осадочные массы поднимаются на поверхность в виде горных пород. В результате химических преобразований этих пород углерод карбонатов вновь вовлекается в круговорот. Углерод поступает в атмосферу также с выхлопными газами автомашин, с дымовыми выбросами заводов и фабрик.

В процессе круговорота углерода в биосфере образуются энергетические ресурсы — нефть, каменный уголь, горючие газы, торф и древесина, которые широко используются человеком. Все эти вещества произведены фотосинтезирующими растениями за разное время. Возраст лесов — десятки и сотни лет; торфяников — тысячи лет; угля, нефти, газов — сотни миллионов лет. Следует учитывать, что древесина и торф — восполнимые ресурсы, т. е. воспроизводящиеся за относительно короткие промежутки времени, а нефть, горючий газ и уголь — ресурсы невосполнимые. Ограниченность и невосполнимость органического топлива ставят перед человеком сложную задачу овладения новыми источниками энергии — тепловой энергией земных недр, энергией ветра и океанических приливов и, разумеется, энергией Солнца.

Круговорот азота. Азот — незаменимый элемент. Он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Круговорот азота тесно связан с круговоротом углерода. Частично азот поступает из атмосферы благодаря образованию оксида азота (IV) из азота и кислорода под действием электрических разрядов во время гроз. Однако основная масса азота поступает в воду и почву благодаря фиксации азота воздуха свободноживущими бактериями и бактериями-симбионтами растений.

В почве и воде живут фиксаторы азота — цианобактерии. Они обогащают почву азотом, когда их отмершие клетки минерализуются. Благодаря этому в почву ежегодно поступает около 25 кг азота на гектар. Самые эффективные фиксаторы азота — клубеньковые бактерии, живущие в корнях бобовых растений (рис. 108). Азот из разнообразных источников поступает к корням растений, поглощается ими и транспортируется в стебли и листья, где в процессе биосинтеза строятся белки.

Рис. 108. Круговорот азота

Белки растений служат основой азотного питания животных. После отмирания организмов белки под действием бактерий и грибов разлагаются с выделением аммиака. Аммиак частично потребляется растениями, а частично используется бактериями-редуцентами. В результате процессов жизнедеятельности некоторых бактерий аммиак превращается в нитраты. Нитраты, как и аммонийные ионы, потребляются растениями и микроорганизмами. Часть нитратов под действием особой группы бактерий восстанавливается до элементарного азота, выделяющегося в атмосферу. Так замыкается круговорот азота в природе.

Какова роль продуцентов, консументов и редуцентов в круговороте углерода?

Почему перед человечеством стоит проблема овладения новыми источниками энергии?

Как связаны организмы со средой в процессах круговорота азота?

Что произойдет, если в круговоротах углерода и азота редуценты перестанут функционировать?

Роль живых организмов в создании осадочных пород. Первым этапом образования осадочных пород является выветривание горных пород, которое всегда сопровождается процессами их растворения. Просачиваясь по трещинам скал, вода растворяет породы и уносит с собой растворенные элементы. Растворяющая способность природной воды зависит от ее газового и солевого составов. Содержание газов и солей в природных водах является результатом взаимодействия с живым веществом и почвами. Таким образом происходит растворение горных пород, которое косвенно определяется деятельностью живых организмов.

Живые организмы оказывают на породу и прямое разрушающее действие. Например, корни растений, проникая в трещины, раздвигают куски породы, что способствует проникновению воды и усилению процессов растворения горных пород. Лишайники, поселяющиеся на скалах, выделяют органические кислоты и разрушают минералы химически. Горные породы начинают крошиться и механически разрушаться. Таким образом образуется осадочная горная порода.

По своему происхождению все осадочные породы делятся на обломочные, химические и органические. Последние созданы живыми организмами. Из накоплений известковых скелетов организмов в водоемах образуются известняки. Ежегодно 108 т кальция отлагается в виде известняка на дне водоемов планеты. Эту громадную работу производят организмы, обитающие на всех глубинах и по всей площади морей и океанов. При жизни они накапливают кальций в скелетах, панцирях, раковинах, которые после гибели организмов опускаются на дно. Основные концентраторы (накопители) кремния — одноклеточные диатомовые водоросли и простейшие — радиолярии. Отложения панцирей этих организмов создают диатомовые и радиоляриевые илы, покрывающие сотни тысяч квадратных километров морского дна.

Таким образом, на геологические процессы формирования литосферы непосредственно влияет живое вещество биосферы.

Роль живых организмов в создании почвы. Почва — это особое природное тело, образующее верхнюю рыхлую оболочку земной коры и обладающее свойством плодородия. Почва образуется из продуктов разрушения поверхностных слоев горных пород под воздействием растений, микроорганизмов и животных. Растения, поглощая из атмосферы углекислый газ, а из почвы азот, калий и другие биологически важные элементы, строят сложные органические соединения. Растения частично поедаются животными, а в основной массе отмирают. В виде мертвых корней, надземных растительных остатков, трупов и экскрементов животных органические соединения поступают в почву. Вся масса отмерших остатков организмов, накопившаяся в результате жизнедеятельности растений и животных, служит источником существования микроорганизмов, населяющих почву.

Под действием микроорганизмов, осуществляющих окислительную функцию, органические вещества минерализуются, превращаясь в углекислый газ, воду, аммиак, органические кислоты и другие вещества. Органические соединения, образующиеся на первых стадиях минерализации, являются энергетическим материалом для других групп микроорганизмов. Так идет многоступенчатая реакция минерализации. Сами микроорганизмы с течением времени отмирают, их тела также либо полностью минерализуются, либо распадаются на соединения, содержащие азот. Из этих соединений и других промежуточных продуктов образуется особое органическое вещество почвы — гумус (перегной). Чем богаче почва гумусом, тем она плодороднее. Но и гумус со временем разрушается под действием микроорганизмов. Таким образом, живые организмы входят в состав почвы и управляют процессами, происходящими в ней.

В чем заключается биологическая роль живых организмов в создании почвы?

Как проявляется концентрационная функция живого вещества в образовании осадочных пород?

Какое влияние на создание современной атмосферы оказали живые организмы?

Человек — элемент биосферы. Все жизненные ресурсы — воздух, пищу, воду и значительную часть энергетических и строительных ресурсов — он получает из биосферы. В биосферу же человек сбрасывает отходы — бытовые и промышленные. Долгое время такой тип человеческой деятельности не нарушал равновесия биосферы. Однако в последние два столетия, расширяя промышленную деятельность, человечество активно вторглось в живой мир Земли.

Человек воздействует на биосферу локально — в сотнях миллионов мест выбрасываются загрязняющие вещества в реки и воздух, сносится плодородный слой почвы, вырубаются леса, разрушаются местообитания растений и животных. Однако биосфера — единая система, охваченная круговоротами веществ, и миллионы локальных воздействий, сливаясь и усиливая друг друга, вызывают глобальные изменения во всех компонентах биосферы. Реки текут в моря и океаны и вносят туда загрязнения, сброшенные промышленностью и сельским хозяйством на всем пути водотоков. Вырубка лесов и деградация почв ведут к климатическим изменениям, утрате почвенного плодородия и разрушению природных экосистем на всей планете. Загрязнения, выброшенные в воздух в одной точке, немедленно распространяются на тысячи километров.

Насколько быстро совершаются атмосферные переносы, человечество узнало на примере чернобыльской катастрофы. Во время взрыва реактора часть ядерного топлива была выброшена наружу. Взрыв освободил радиоактивные газы и твердые частицы, подняв их на высоту 6 км. Образовалось радиоактивное облако, которое в первый день после взрыва распространилось над территорией Украины и Белоруссии, а затем разделилось на два облака. Одно из них начало двигаться на северо-запад, достигло Польши и Швеции (второй — четвертый дни), затем повернуло на юго-восток, пересекло Европу (пятый — шестой дни) и достигло Греции, Турции, Ливана, Сирии (седьмой — десятый дни). Другое облако пересекло Европу к востоку, направляясь к Азии, прошло над Сибирью (пятый — шестой дни), Японией (двенадцатый день), северной частью Тихого океана, достигнув на восемнадцатый день после аварии Северной Америки.

Этот пример показывает, как быстро мощное локальное воздействие приводит к глобальному эффекту. И точно так же огромное количество мелких локальных воздействий приводит к глобальной деградации окружающей среды: истощению природных ресурсов, гибели ряда видов растений и животных, загрязнению и отравлению среды промышленными и бытовыми отходами, ядохимикатами, разрушению естественных экосистем (озер, лесов). Все неблагоприятные изменения в биосфере воздействуют как на животный и растительный мир, так и на человека.

Загрязнители попадают в почву и водоемы, накапливаются в тканях растений и животных, а через них — в организме человека. Различные химические вещества часто усиливают мутационный процесс у человека. Понятно, что это может приводить к возникновению различных врожденных и наследственных аномалий. Экологические проблемы на национальном и глобальном уровне тесно связаны с экономическими и социальными проблемами, являясь часто их следствием или причиной.

Дата добавления: 2015-06-04