Введение. Одно из замечательных открытий геохимии заключается в установлении того, что движение многих химических элементов осуществляется в виде круговых процессов - круговоротов. Именно эти элементы слагают земную кору, жидкую и газовую оболочки нашей планеты. Их круговороты могут происходить на ограниченном пространстве и на протяжении небольших отрезков времени, а может охватывать всю наружную часть планеты и огромные периоды. При этом малые круговороты входят в более крупные, которые в своей совокупности складываются в колоссальные биогеохимические круговороты. Они тесно связаны с окружающей средой.

В биосфере, как и в каждой экосистеме, постоянно осуществляется круговорот углерода, азота, кислорода, фосфора, серы и других химических элементов. Энергия поступает в экосистемы во время фотосинтеза, а рассеивается главным образом в виде тепла, когда организмы используют ее для своей жизнедеятельности. Вследствие непрерывно происходящих потерь энергии необходимо, чтобы она столь же непрерывно поступала в экосистемы в виде энергии солнечного света. В отличие от этого вода и элементы питания совершают непрерывный круговорот.

Энергия протекает через биосферу, происходит непрекращающийся обмен энергией между Землей и космосом. Однако веществом Земля и космос не обмениваются. Различают два круговорота - большой, или геологический и малый (биологический). Причем только малый круговорот совершается в пределах биосферы. Очень важным элементом круговорота является живое вещество, а "мотором", который "раскручивает колесо круговорота", является энергия Солнца.

Никогда новый цикл круговорота не является точным повторением старого, но обязательно имеет что-то новое пусть и очень малозаметное. Эти различия, постепенно накапливаясь с каждым новым циклом, приводят к заметным изменениям. Таким образом и происходит развитие биосферы.

Биотические круговороты.

Устойчивое функционирование экосистем и выполнение ими разнообразных функций возможно только при условии соблюдения закона постоянства вещества и энергии, который реализуется в биотических круговоротах. Глобальные циклы миграции химических элементов в биосфере связывают наружные оболочки нашей планеты (атмосферу, гидросферу и литосферу) в единое целое, обеспечивая, с одной стороны, ее устойчивость, а с другой - непрерывную эволюцию ее состава.

К. Бэр установил закон бережливости. Вернадский очень образно формулирует этот закон. Закон бережливости: атомы, вошедшие в какую-нибудь форму живого вещества, захваченные единичным жизненным вихрем, с трудом возвращаются, а может быть, и не возвращаются назад, в косную материю биосферы.

Благодаря "закону бережливости" можно говорить об атомах, остающихся в пределах живой материи в течение геологических периодов, все время находящихся в движении и миграции, но не выходящих назад в косную материю. Иными словами, основу функционирования живого вещества составляет биотический круговорот веществ. Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов: 1) продуцентов - зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных к хемосинтезу; они создают первичное органическое вещество; 2) консументов, потребляющих органическое вещество; это растительноядные и хищные животные; 3) редуцентов, разлагающих мертвое органическое вещество до минерального; это в основном бактерии, грибы и простейшие животные .

На восходящей ветви биотического круговорота, основанного на выполнении энергетической функции зелеными растениями, происходит накопление солнечной энергии в виде органических веществ, синтезируемых растениями из неорганических соединений - углекислого газа, воды, азота, зольных элементов питания. Нисходящая ветвь биотического круговорота связана с потерями органического вещества. Важнейший процесс - дыхание растений, при котором до половины ассимилированного при фотосинтезе органического вещества окисляется до СО2 и возвращается в атмосферу. Второй существенный процесс расходования органического вещества и накопленной в нем энергии - это потребление растений животными. Запасаемая с пищей энергия также в значительной мере расходуется на дыхание, жизнедеятельность, размножение, выделяется с экскрементами.

Таким образом, биотический круговорот представляет собой непрерывный процесс создания и деструкции (разрушения) органического вещества. Он реализуется при участии представителей всех трех групп организмов: без продуцентов невозможна жизнь, поскольку лишь они производят основу жизни - первичное органическое вещество; консументы разных порядков, потребляя первичную и вторичную продукцию и переводя органическое вещество из одной формы в другую, способствуют возрастанию многообразия форм жизни на Земле; наконец, редуценты, разлагая органическое вещество до минерального, возвращают его к началу круговорота.

В биотическом круговороте помимо образующих органическое вещество элементов (кислород, углерод, водород) принимают участие большое число биологически важных элементов (азот, кальций, натрий, калий, кремний, фосфор, сера), а также микроэлементы (бром, йод, молибден, медь, магний, свинец, кобальт, никель). Список элементов, поглощающихся живым веществом, можно значительно расширить, причем в него входят даже ядовитые элементы (ртуть, селен, мышьяк) и радиоактивные. Глобальные циклы миграции химических элементов не только связывают три наружные оболочки нашей планеты в единое целое, но и обусловливают непрерывную эволюцию ее состава.

Отметив циклический характер массоэнергообмена, ответим на вопрос о скорости круговорота различных веществ в биосфере. Все живое вещество биосферы обновляется в среднем за 8 лет. В океане циркуляция идет во много раз быстрее: вся масса живого вещества обновляется за 33 дня, а масса фитопланктона - каждый день. В атмосфере смена кислорода происходит за 2000 лет, углекислого газа - за 6,3 года. Процесс полной смены вод в гидросфере осуществляется за 2800 лет, а время, необходимое для фотосинтетического разложения всей массы воды, исчисляется 5-6 млн. лет.

Первичный биотический круговорот по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину (1994) состоял из примитивных одноклеточных продуцентов и редуцентов-деструкторов. Микроорганизмы способны быстро размножаться и приспосабливаться к разным условиям, например, использовать в своем питании всевозможные субстраты — источники углерода. Высшие организмы такими способностями не обладают. В целостных экосистемах они могут существовать в виде надстройки на фундаменте микроорганизмов.

Вначале развиваются многоклеточные растения — высшие продуценты. Вместе с одноклеточными они создают в процессе фотосинтеза органическое вещество, используя энергию солнечного излучения.

В дальнейшем подключаются первичные консументы — растительноядные животные, а затем и плотоядные консументы.

Все организмы занимают определенное место в биотическом круговороте и выполняют свои функции по трансформации достающихся им ветвей потока энергии и по передаче биомассы.

Всех объединяет, обезличивает их вещества и замыкает общий круг система одноклеточных редуцентов (деструкторов). В абиотическую среду биосферы они возвращают все элементы, необходимые для новых и новых оборотов.

Следует подчеркнуть наиболее важные особенности биотического круговорота. Фотосинтез относится к мощному естественному процессу, вовлекающему ежегодно в круговорот огромные массы вещества биосферы и определяющему ее высокий кислородный потенциал. Он выступает регулятором основных геохимических процессов в биосфере и фактором, определяющим наличие свободной энергии верхних оболочек земного шара. Фотосинтез представляет собой химическую реакцию, которая протекает, как известно, за счет солнечной энергии при участии хлорофилла зеленых растений.

За счет углекислоты и воды синтезируется органическое вещество и выделяется свободный кислород. Прямыми продуктами фотосинтеза являются различные органические соединения, а в целом процесс фотосинтеза носит довольно сложный характер.Глюкоза является простейшим продуктом фотосинтеза. Помимо фотосинтеза с участием кислорода (так называемый кислородный фотосинтез) следует остановиться и на бескислородном фотосинтезе, или хемосинтезе . К хемосинтезирующим организмам относятся нитрификаторы, карбоксидобактерии, серобактерии, тионовые железобактерии, водородные бактерии. Они называются так по субстратам окисления, которыми могут быть Nh4, NO2, CO, h3S, S, Fe2+, h3. Некоторые виды — облигатные хемолитоавтотрофы, другие — факультативные. К последним относятся карбоксидобактерии и водородные бактерии. Хемосинтез характерен для глубоководных гидротермальных источников.

Деятельность живых организмов сопровождается извлечением из окружающей их неживой природы больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный круговорот веществ в природе, т.е. циркуляция веществ между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.

Вода находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы - это и есть круговорот воды в природе. Из всех выпадающих осадков 80% попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. Упрощенно говоря, у воды, выпавшей на суше, есть два пути. Либо она, собираясь в ручейки, речушки и реки, попадает в результате в озера и водохранилища - так называемые открытые (или поверхностные) источники водозабора. Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод.

Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения. Оба этих водных ресурса взаимосвязаны и имеют как свои преимущества, так и недостатки в качестве источника питьевой воды.

Круговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара. Он играет главную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает малый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. Если же водяной пар переносится воздушными течениями на сушу, круговорот становится значительно сложнее. В этом случае часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая - питает реки и водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая тем самым большой круговорот. Важное свойство круговорота воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу. Вода - важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды, проникая сквозь ткани растения в процессе транспирации, привносят минеральные соли, необходимые для жизнедеятельности самих растений.

Наиболее замедленной частью круговорота воды является деятельность полярных ледников, что отражают медленное движение и скорейшее таяние ледниковых масс. Наибольшей активностью обмена после атмосферной влаги отличаются речные воды, которые сменяются в среднем каждые 11 дней. Чрезвычайно быстрая возобновляемость основных источников пресных вод и опреснение вод в процессе круговорота являются отражением глобального процесса динамики вод на земном шаре.

Круговорот углерода. Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой - углекислым газом. Источником первичной углекислоты биосферы является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних горизонтов земной коры.

Миграция углекислого газа в биосфере Земли протекает двумя путями. Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцев, рассеянной органики, осадочных горных пород. Так, в далекие геологические эпохи сотни миллионов лет назад значительная часть фотосинтезируемого органического вещества не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в породах миллионы лет, этот детрит под действием высоких температур и давления (процесс метаморфизации) превращался в нефть, природный газ и уголь, во что именно - зависело от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в породах. Теперь мы в огромных количествах добываем это ископаемое топливо для обеспечения потребностей в энергии, а сжигая его, в определенном смысле завершаем круговорот углерода. Если бы ни этот процесс в истории планеты, вероятно, человечество имело бы сейчас совсем другие источники энергии, а может быть и совсем другое направление развития цивилизации.

yaneuch.ru

Биотические круговороты. Биотические круговороты - реферат

Читать реферат по экологии: "Биотические круговороты"

(Назад) скачать (Cкачать работу)

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Содержание

Введение

Биотические круговороты

Заключение

Список литературы

Введение Жизнедеятельность биогеоценоза возможна только при условии постоянного притока энергии и круговорота веществ в нем (биотического круговорота). Однако, поскольку в жизнедеятельности биогеоценоза наряду с живыми организмами большое значение имеют химические и геологические факторы, рассматривать круговорот веществ в биогеоценозе следует с позиции биогеохимического цикла, что не тождественно биотическому круговороту, подразумевающему извлечение живыми организмами из окружающей их неживой природы больших количеств минеральных веществ и возвращение после своей смерти в окружающую среду их химических элементов, т.е. циркуляции веществ между гидросферой, литосферой, атмосферой и живыми организмами.

Круговорот веществ никогда не бывает полностью замкнутым в круг, т.к. часть органических и неорганических веществ выносится за пределы биогеоценоза и в то же время их запасы могут пополняться за счет притока извне. Неполная замкнутость циклов в масштабах геологического времени приводит к накоплению элементов в различных природных сферах Земли. Таким образом, накапливаются полезные ископаемые - уголь, нефть, газ, известняки и т.п.

Постоянный приток энергии в экосистему происходит за счет солнечного излучения, которое фотосинтезирующими организмами переводится в энергию химических связей органических соединений.

Передача энергии по пищевым цепям подчиняется второму закону термодинамики: преобразование одного вида энергии в другой идет с потерей части энергии. При этом ее перераспределение подчиняется строгой закономерности: энергия, получаемая экосистемой и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и т.д. порядков, а затем редуцентам с падением потока энергии на каждом трофическом уровне. В связи с этим круговорота энергии не бывает.

О круговороте веществ можно говорить только в очень узком смысле биотического круговорота: поступления биогенных элементов (углерода, кислорода, азота и пр.) к живым организмам и возвращение этих же биогенных элементов в окружающую среду (т.е. потребление и возврат биогенных элементов происходит по кругу).

В биогеоценозе круговорот веществ происходит как между геосферами (атмосферой, гидросферой, земной корой, гранитной, базальтовой и другими сферами) в пределах 10-20 км (местами 50-60 км) от поверхности Земли, так и между некоторыми геосферами и живыми организмами. Непосредственно непрерывный круговорот веществ наблюдается в атмосфере, гидросфере, верхней части твёрдой литосферы и в биосфере. К геологической силе в этом круговороте в настоящее время добавилась деятельность человека.

Биотические круговороты

Различают два основных биотических круговорота:

- большой (геологический) - продолжающийся миллионы лет, заключается в том, что горные породы подвергаются разрушению, а продукты выветривания (в том числе растворимые в воде питательные вещества) сносятся потоками воды в Мировой океан, где они образуют морские напластования и лишь частично возвращаются на сушу с осадками. Геотектонические изменения, процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещения морей и океанов в течение длительного времени приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу и процесс начинается вновь.

- малый (биотический) - (часть большого), происходит на уровне экосистемы и состоит в том, что питательные вещества, вода и углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и на жизненные процессы как самих этих растений, так и других организмов (как правило животных), которые поедают эти растения (консументы). Продукты распада органического вещества под действием деструкторов и микроорганизмов (бактерии, грибы, черви) вновь разлагаются до минеральных компонентов, доступных растениям и вовлекаемых ими в потоки вещества.

Которые в совокупности называются биогеохимическим циклом. В такие циклы вовлечены практически все химические элементы и прежде всего те, которые участвуют в построении живой клетки, например, тела человека, которое состоит из кислорода (62,8%), углерода (19,37%), водорода (9,31%), азота (5,14%), кальция (1,38%), фосфора (0,64%) и ещё примерно из 30 элементов.

Круговорот углерода - самый интенсивный биогеохимический цикл. В природе углерод существует в двух основных формах - в карбонатах (известняк, мел, мрамор [CaCO3]) и органических полезных ископаемых (нефть, уголь, природный газ). Все эти вещества обладают низкой химической активностью и потому лишь в очень незначительной степени используются живыми организмами. В биотическом круговороте участвуют преимущественно лишь те части углерода, которые находятся в атмосфере, гидросфере и живых организмах.

В атмосферном воздухе углерод содержится в виде углекислого газа, на долю которого приходится 0,03%. Последний поглощается растениями и идет на образование органического вещества в процессе фотосинтеза.

Растения поедаются растительноядными животными, в организме которых углерод в составе органических соединений проходит по цепи обменных реакций. Часть его накапливается в их организме, часть удаляется с продуктами жизнедеятельности.

Углекислый газ выделяется в процессе дыхания животных и растений. Погибшие растения и животные подвергаются воздействию микроорганизмов-редуцентов (бактерии, грибы), которые разлагая их, переводят углеродсодержащие вещества в углекислый газ, который вновь возвращается в атмосферу. При этом в биотический круговорот возвращается метан (СН4), вода и соединения азота (Nh5, CO(Nh3)2, NO2, NO3). Огромное количество метана выделяют метановые бактерии, которые обитают в почве и болотах. Кроме того, запасы углерода в атмосфере пополняются за счет вулканической деятельности и сжигания человеком горючих ископаемых.

Основная часть поступающего в атмосферу диоксида углерода поглощается океанами и морями (поскольку он хорошо растворяется в воде) СО2 + Н20 -> Н2СО3 -> Н+ + НСО3 и откладывается в виде нерастворимого в воде карбоната кальция после соединения карбонат-иона (НСО3- ) с кальцием Са2+ + НСО3- -> Са2СО3 + Н+.

Карбонат кальция выпадает в донные отложения водоемов. Он также поглощается водными организмами и используется ими для постройки раковинок (моллюски) или внешних покровов тела (ракообразные). Обыкновенный мел образован слежавшимися остатками раковинок ископаемых моллюсков. Таким образом доля излишнего СО2 поглощается Мировым океаном и выводится из биотическогo круговорота. Однако способность Мирового океана к поглощению избытка СО2 не безгранична и, как считается, в настоящее время близка к исчерпанию. Соответственно атмосферная часть СО2 медленно, но неуклонно повышается. По данным расчетов в 2025 году в атмосферу Земли будет выпущено 26 млрд. тонн углерода в составе углекислого газа, что соответствует ежегодному приросту 3,4%.

Круговорот кислорода тесно взаимосвязан с круговоротом углерода поскольку оба элемента входят в состав углекислого газа и являются важнейшими компонентами всех органических соединений - углеводов, жиров и белков, нуклеиновых кислот, макроэргических соединений.

В количественном отношении главной составляющей живой материи является кислород, круговорот которого осложнён его способностью вступать в различные химические реакции, главным образом реакции окисления. В результате возникает множество локальных циклов, происходящих между атмосферой, гидросферой и литосферой.

Кислород, содержащийся в атмосфере, имеет биогенное происхождение и рассматривается как продукт фотосинтеза, который поддерживает его содержание в атмосфере около 21% Кроме того, большое количество кислорода содержится в самых распространенных минералах земной коры - песчаных породах (SiO2), железных (Fe2O3) и алюминиевых (Al2O3) рудах, которое, однако, не участвует в биотическом круговороте, т.к. эти вещества обладают низкой химической активностью и потому лишь в очень незначительной степени используются живыми организмами. В биотическом круговороте участвуют преимущественно лишь те части кислорода, которые, как и углерод, находятся в атмосфере, гидросфере и живых организмах.

referat.co

Биотический круговорот — реферат

По второму пути миграция углерода осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO2 переходит в h3CO3, HCO31-, CO32-. Затем с помощью растворенного в воде кальция (реже магния) происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями. Возникают мощные толщи известняков. Наряду с этим большим круговоротом углерода существует еще ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане.

В пределах суши, где имеется растительность, углекислый газ атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием CO2. Особое место в современном круговороте веществ занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание содержания углекислого газа в атмосфере, связанное с ростом промышленного производства и транспорта.

Круговорот кислорода. Кислород - наиболее активный газ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели.

В составе земной атмосферы кислород занимает второе место после азота. Господствующей формой нахождения кислорода в атмосфере является молекула О2. Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального и органического миров.

Свободный кислород современной земной атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений и его общее количество отражает баланс между продуцированием кислорода и процессами окисления и гниения различных веществ. В истории биосферы Земли наступило такое время, когда количество свободного кислорода достигло определенного уровня и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода.

Круговорот азота. При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция СаСОз, образует нитраты:

2HN0з + СаСОз = Са(NОз)2 + СОС + Н0Н

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при .недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих де ни трифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот).

Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде.

Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам относятся, прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. Другим источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образование характерных вздутий — «клубеньков», почему они и получили название клубеньковых бактерий. Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества.

Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно.

Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений.

Круговорот фосфора. Фосфор входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В различных минералах фосфор содержится в виде неорганического фосфатиона (PO43-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают PO43- из водного раствора и включают фосфор в состав различных органических соединений, где он выступает в форме так называемого органического фосфата. По пищевым цепям фосфор переходит от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе велика вероятность окисления содержащего фосфор соединения в процессе клеточного дыхания для получения организмом энергии.

Когда это происходит, фосфат в составе мочи или ее аналога вновь поступает в окружающую среду, после чего снова может поглощаться растениями и начинать новый цикл.

В отличие, например, от углекислого газа, который, где бы он ни выделялся в атмосферу, свободно переносится в ней воздушными потоками пока снова не усвоится растениями, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет "свободного возврата" в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Что-то может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень небольшая часть общего количества, оказывающаяся к тому же вблизи побережья. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет.

Следовательно, фосфат и другие минеральные биогены почвы циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие их "отходы" жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так в основном и происходит. Когда же в их функционирование вмешивается человек, он нарушает естественный круговорот, перевозя, например, урожай вместе с накопленными из почвы биогенами на большие расстояния к потребителям.

Круговорот серы. Сера является важным составным элементом живого вещества. Большая часть ее в живых организмах находится в виде органических соединений. Кроме того, сера входит в состав некоторых биологически активных веществ: витаминов, а также ряда веществ, выступающих в качестве катализаторов окислительно-восстановительных процессов в организме и активизирующих некоторые ферменты.

Сера представляет собой исключительно активный химический элемент биосферы и мигрирует в разных валентных состояниях в зависимости от окислительно-восстановительных условий среды. Среднее содержание серы в земной коре оценивается в 0,047 %. В природе этот элемент образует свыше 420 минералов.

В изверженных породах сера находится преимущественно в виде сульфидных минералов: пирита , пирронита , халькопирита , в осадочных породах содержится в глинах в виде гипсов, в ископаемых углях - в виде примесей серного колчедана и реже в виде сульфатов. Сера в почве находится преимущественно в форме сульфатов; в нефти встречаются ее органические соединения.

В связи с окислением сульфидных минералов в процессе выветривания сера в виде сульфатиона переносится природными водами в Мировой океан. Сера поглощается морскими организмами, которые богаче ее неорганическими соединениями, чем пресноводные и наземные.

Вывод. Из приведённых примеров видно, какую значительную роль в эволюции неживой природы играют живые организмы. Их деятельность существенно влияет на формирование состава атмосферы и земной коры. Большой вклад в понимание взаимосвязей между живой и неживой природой внёс выдающийся советский учёный В. И. Вернадский. Он выявил геологическую роль живых организмов и показал, что их деятельность представляет собой важнейший фактор преобразования минеральных оболочек планеты.

Таким образом, живые организмы, испытывая на себе влияние факторов неживой природы, своей деятельностью изменяют условия окружающей среды, т.е. среды своего обитания. Это приводит к изменению структуры всего сообщества биоценоза.

Установлено, что азот, фосфор и калий могут оказывать наибольшее положительное влияние на урожаи культурных растений, и потому эти три элемента в наибольших количествах вносят в почву с удобрениями, применяемыми в сельском хозяйстве. Поэтому азот и фосфор оказались главной причиной ускоренной эвтрофизации озёр в странах с интенсивным земледелием. Эвтрофизация это процесс обогащения водоёмов питательными веществами. Она представляет собой естественное явление в озёрах, так как реки приносят питательные вещества с окружающих дренажных площадей. Однако этот процесс обычно идёт очень медленно, в течение тысяч лет.

Неестественная эвтрофизация, ведущая к стремительному увеличению продуктивности озёр, происходит в результате стока с сельскохозяйственных угодий, которые могут быть обогащены питательными веществами удобрений.

Существуют также два других важных источника фосфора сточные воды и моющие средства. Сточные воды, как в своём первоначальном виде, так и обработанные, обогащены фосфатами. Бытовые детергенты содержат от 15% до 60% биологически разрушаемого фосфата. Кратко можно резюмировать, что эвтрофизация в конце концов приводит к истощению ресурсов кислорода и к гибели большинства живых организмов в озёрах, а в крайних ситуациях и в реках.

Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, и необходимо чётко разграничить эти два понятия. Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который в конце концов и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. Таким образом, в экосистеме происходит постоянный круговорот питательных веществ, в котором участвуют и живой и неживой компоненты. Такие круговороты называются биогеохимическими циклами.

На глубине в десятки километров горные породы и минералы подвергаются воздействию высоких давлений и температур. В результате происходит метаморфизм (изменение) их структуры, минерального, а иногда и химического состава, что приводит к образованию метаморфических пород.

Опускаясь ещё дальше в глубь Земли, метаморфические породы могут расплавиться и образовать магму. Внутренняя энергия Земли (т.е. эндогенные силы) поднимает магму к поверхности. С расплавленными горными породами, т.е. магмой, химические элементы выносятся на поверхность Земли во время извержений вулканов, застывают в толще земной коры в виде интрузий. Процессы горообразования поднимают глубинные горные породы и минералы на поверхность Земли. Здесь горные породы подвергаются воздействию солнца, воды, животных и растений, т.е. разрушаются, переносятся и отлагаются в виде осадков в новом месте. В результате образуются осадочные горные породы. Они накапливаются в подвижных зонах земной коры и при пригибании снова опускаются на большие глубины (свыше 10 км) .

Вновь начинаются процессы метаморфизма, переправления, кристаллизации, и химические элементы возвращаются на поверхность Земли. Такой "маршрут" химических элементов называется большим геологическим круговоротом. Геологический круговорот не замкнут, т.к. часть химических элементов выходит из круговорота: уносится в космос, закрепляется прочными связями на земной поверхности, а часть поступает извне, из космоса, с метеоритами.

Геологический круговорот это глобальное путешествие химических элементов внутри планеты. Более короткие путешествия они совершают на Земле в пределах отдельных её участков. Главный инициатор живое вещество. Организмы интенсивно поглощают химические элементы из почвы, воздуха воды. Но одновременно и возвращают их. Химические элементы вымываются из растений дождевыми водами, выделяются в атмосферу при дыхании и отлагаются в почве после смерти организмов. Возвращённые химические элементы снова и снова вовлекаются живым веществом в "путешествия". Всё вместе и составляет биологический, или малый, круговорот химических элементов. Он тоже не замкнут.

Часть элементов-"путешественников" уносится за его пределы с поверхностными и грунтовыми водами, часть на разное время "выключается" из круговорота и задерживается в деревьях, почве, торфе.

Ещё один маршрут химических элементов проходит сверху вниз от вершин и водоразделов к долинам и руслам рек, впадинам, западинам.

На водоразделы химические элементы поступают только с атмосферными осадками, а выносятся вниз и с водою, и под действием силы тяжести. Расход вещества преобладает над поступлением, о чём говорит само название ландшафтов водоразделов элювиальные.

На склонах жизнь химических элементов изменяется. Скорость их передвижения резко увеличивается, и они "проезжают" склоны, как пассажиры, удобно устроившиеся в купе поезда. Ландшафты склонов так и называются транзитными.

"Отдохнуть" от дороги химическим элементам удаётся лишь в аккумулятивных (накапливающих) ландшафтах, расположенных в понижениях рельефа. В этих местах они часто и остаются, создавая для растительности хорошие условия питания. В некоторых случаях растительности приходится бороться уже с избытком химических элементов.

Уже много лет назад в распределение химических элементов вмешался человек. С начала ХХ столетия деятельность человека стала главным способом их путешествия. При добыче полезных ископаемых огромное количество веществ изымается из земной коры. Их промышленная переработка сопровождается выбросами химических элементов с отходами производства в атмосферу, воды, почвы. Это загрязняет среду обитания живых организмов. На земле появляются новые участки с высокой концентрацией химических элементов рукотворные геохимические аномалии. Они распространены вокруг рудников цветных металлов (меди, свинца) . Эти участки иногда напоминают лунные пейзажи, потому что практически лишены жизни из-за высоких содержании вредных элементов в почвах и водах. Остановить научно-технический прогресс невозможно, но человек должен помнить, что существует порог в загрязнении природной среды, переходить который нельзя, за которым неизбежны болезни людей и даже вымирание цивилизации.

yaneuch.ru

43.Круговороты веществ. Биотический круговорот.

Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота: большой (геологический) и малый (биологический). Оба круговорота взаимно связаны и представляют как бы единый процесс. Подсчитано, что весь кислород, содержащийся в атмосфере, оборачивается через организмы (связывается при дыхании и высвобождается при фотосинтезе) за 2 тыс. лет , углекислота атмосферы совершает круговорот в обратном направлении за 300лет, а все воды на земле разлагаются и воссоздаются путем фотосинтеза и дыхания за 2млн. лет.

Взаимодействие абиотических факторов и живых организмов экосистемы сопровождается непрерывным круговоротом вещества между биотопом и биоценозом в виде чередующихся то органических, то минеральных соединений.

Общая масса биосферы составляет, примерно, 1,8*10^8 тонн живого вещества. Если это количество органического вещества распределить равномерно по земной поверхности, то оно ее покроет толщиной в 1см. Плотность биомассы, в пределах земной поверхности, изменяется в широких пределах от 45кг/м^2 в океанических водах.

Биотический круговорот - явление непрерывного, циклического, закономерного, но неравномерного во времени и пространстве перераспределения веществ. Круговорот вещества в масштабах всей биосферы называют большим кругом, а в пределах конкретного биогеоценоза – малым кругом биотического обмена. Обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой, различные стадии которого происходят внутри экосистемы, называют биогеохимическим круговоротом, или биогеохимическим циклом. Некоторое количество вещества может на время выбывать из биологического круговорота (осаждаться на дне океана, морей и т.п.). Однако, в результате протекания тектонических и геологических процессов (вулканической деятельности, подъем и опускание земной коры и т. п.) осадочные породы вновь включаются в круговорот, называемый геологическим циклом.

44.Круговорот биогенных элементов.

Продуценты, консументы, детритофаги и редуценты экосистемы, поглощая и выделяя различные вещества, взаимодействуют между собой четко и согласовано. Органические вещества и кислород, образуемые фотосинтезирующими растениями, - важнейшие продукты питания и дыхания консументов. В то же время выделяемые консументами диоксид углерода и минеральные вещества навоза и мочи являются биогенами, столь необходимыми продуцентам. Поэтому вещества в экосистемах совершают практически полный круговорот, попадая сначала в живые организмы, затем в абиотическую среду и вновь возвращаясь в живое. К числу наиболее важных и распространенных биогенных элементов относятся кислород, углерод, азот и фосфор.

45.Круговорот углерода.

Углерод достаточно широко распространен в природе. В атмосфере Земли содержится приблизительно 0,34% углекислого газа, в меньших количествах углерод присутствует в других газах. Газообразные соединения углерода выделяются в процессе вулканической деятельности. В виде различных углекислых солей углерод содержится в отложениях, в известняках, в почве. При выветривании освобождается углекислый газ. В меньшем количестве углерод содержится в природном топливе (уголь, нефть, природный газ). В виде растворенных углекислых солей, окиси углерода и других соединений углерод содержится в воде, а из воды выделяется в виде углекислого газа. Все это можно отнести к неживой природе, к геохимическим процессам.

Углерод является основным элементом всех органических веществ. В виде углекислого газа углерод из атмосферы в процессе фотосинтеза попадает в тела растений, в виде различных органических веществ проходит по пищевым цепям, а в процессе дыхания всех организмов выделяется в виде СО2. Подобным же образом СО2 выделяется в процессе разложения – тления, гниения. Это биохимические процессы.

Соединения углерода (органические вещества) переносятся водой и становятся составной частью осадков на дне моря, которые благодаря горообразовательным процессам вновь возвращаются на поверхность, а затем выветриваются. Подобным же образом осаждаются и нерастворимые известковые соединения, которые при определенных условиях выветриваются, и при этом в атмосферу выделяется СО2.

Геохимические и биохимические процессы, обеспечивающие круговорот углерода в природе, долгое время находились в равновесии, и тем самым общее количество СО2 в атмосфере на протяжении десятков миллионов лет поддерживалось на постоянном уровне.

В настоящее время под воздействием хозяйственной деятельности человека количество СО2 в атмосфере заметно увеличивается: интенсивная хозяйственная деятельность ускоряет процессы выветривания земной поверхности (почвы), добыча и сжигание природного топлива способствует концентрации углекислого газа в атмосфере.

studfiles.net

Круговороты — реферат

водород, кислород, азот. Кислород поступает в атмосферу в результате

фотосинтеза и расходуется организмами при дыхании. Азот извлекается из

атмосферы благодаря деятельности азотофиксирующих бактерий и возвращается в

неё другими бактериями.

Круговороты элементов и веществ осуществляются за счёт

саморегулирующих процессов, в которых участвуют все составные части

экосистем. Эти процессы являются безотходными. В природе нет ничего

бесполезного или вредного, даже от вулканических извержений есть польза,

так как с вулканическими газами в воздух поступают нужные элементы,

например, азот.

Существует закон глобального замыкания биогеохимического круговорота в

биосфере, действующий на всех этапах её развития, как и правило увеличения

замкнутости биогеохимического круговорота в ходе сукцессии. В процессе

эволюции биосферы увеличивается роль биологического компонента в замыкании

биогеохимического круговорота. Ещё большую роль на биогеохимический

круговорот оказывает человек. Но его роль осуществляется в противоположном

направлении. Человек нарушает сложившиеся круговороты веществ, и в этом

проявляется его геологическая сила, разрушительная по отношению к биосфере

на сегодняшний день.

Когда 2 млрд. лет тому назад на Земле появилась жизнь, атмосфера

состояла из вулканических газов. В ней было много углекислого газа и мало

кислорода (если вообще был), и первые организмы были анаэробными. Так как

продукция в среднем превосходила дыхание, за геологическое время в

атмосфере накапливался кислород и уменьшалось содержание углекислого газа.

Сейчас содержание углекислого газа в атмосфере увеличивается в результате

сжигания больших количеств горючих ископаемых и уменьшения поглотительной

способности «зелёного пояса». Последнее является результатом уменьшения

количества самих зелёных растений, а также связано с тем, что пыль и

загрязняющие частицы в атмосфере отражают поступающие в атмосферу лучи.

В результате антропогенной деятельности степень замкнутости

биогеохимических круговоротов уменьшается. Хотя она довольно высока (для

различных элементов и веществ она не одинакова), но тем не менее не

абсолютна, что и показывает пример возникновения кислородной атмосферы.

Иначе невозможна была бы эволюция (наивысшая степень замкнутости

биогеохимических круговоротов наблюдается в тропических экосистемах –

наиболее древних и консервативных).

Таким образом, следует говорить не об изменении человеком того, что не

должно меняться, а скорее о влиянии человека на скорость и направление

изменений и на расширение их границ, нарушающее правило меры преобразования

природы. Последнее формулируется следующим образом: в ходе эксплуатации

природных систем нельзя превышать некоторые пределы, позволяющие этим

системам сохранять свойства самоподдержания. Нарушение меры как в сторону

увеличения, так и в сторону уменьшения приводит к отрицательным

результатам. Например, избыток вносимых удобрений столь же вреден, сколь и

недостаток. Это чувство меры утеряно современным человеком, считающим, что

в биосфере ему всё позволено.

Надежды на преодоление экологических трудностей связывают, в

частности, с разработкой и введением в эксплуатацию замкнутых

технологических циклов. Создаваемые человеком циклы превращения материалов

считается желательным устраивать так, чтобы они были подобны естественным

циклам круговорота веществ. Тогда одновременно решались бы проблемы

обеспечения человечества невосполнимыми ресурсами и проблема охраны

природной среды от загрязнения, поскольку ныне только 1 – 2% веса природных

ресурсов утилизируется в конечном продукте.

Теоретически замкнутые циклы превращения вещества возможны. Однако

полная и окончательная перестройка индустрии по принципу круговорота

вещества в природе не реальна. Хотя бы временное нарушение замкнутости

технологического цикла практически неизбежно, например, при создании

синтетического материала с новыми, неизвестными природе свойствами. Такое

вещество вначале всесторонне апробируется на практике, и только потом могут

быть разработаны способы его разложения с целью внедрения составных частей

в природные круговороты.

Рассмотрим современный техногенный круговорот веществ

Из 120 Гт ископаемых материалов и биомассы, мобилизуемых за год мировой экономикой, только 9 Гт (7,5 %) преобразуется в процессе производства в материальную продукцию. Более 80 % этого количества возвращается в основные фонды производства. Только 1,6 Гт составляют личное потребление людей, причем 2/3 этой массы относится к нетто-потреблению продуктов питания.

Из окружающей среды все люди потребляют 3,6 Гт питьевой воды и 1,2 Гт кислорода. В атмосферу возвращается 1,6 Гт выдыхаемых углекислого газа и паров воды; при этом выделяется 18 ЭДж теплоты. В водоемы и на поверхность Земли поступает 4 Гт жидких и 0,8 Гт твердых отходов. Материальный нетто-баланс человечества как биологического вида (без современного общественного производства) необычайно велик и во много раз превосходит материальный бюджет любого другого вида животных, но в целом почти вписывается в глобальный биотический круговорот и создает лишь часть современных экологических проблем. Надо помнить также, что человек контролирует большую массу растений и животных многих видов, которые вне человеческого хозяйства либо вообще не могли бы существовать, либо вносили бы незначительный вклад в экосферный обмен веществ. Наиболее серьезные проблемы связаны с потреблением биоресурсов, энергетикой и промышленным производством.

Два вида круговорота вещества (малый и большой) в биосфере

Под круговоротом в биосфере понимают повторяющиеся процессы превращений и пространственных перемещений веществ, имеющие определенное поступательное движение, выражающееся в качественных и количественных различиях отдельных циклов.

Выделяют 2 круговорота – большой (геологический) и малый (биотический).

Большой (геологический) круговорот веществ протекает от нескольких тысяч до нескольких миллионов лет, включая в себя такие процессы, как круговорот воды и денудация суши.

Большой(геологический)обусловлен взаимод-ем солнечной энергии с энергией земли ; осуществляет распределение вещ-ва между биосферой и более глубок. Горизонтами земли.

Заключ в том, что горные породы разруш-ся ы выветриваются. Продукты выветр и смываются в миров океан, где образ-ся морские платы. Лишь часть вещ возвращ на сушу вместе с осадками, которые извлек-ся из воды расст-ми и живыми организмами.

ДУНУДАЦИЯ суши складывается из общего изъятия вещества суши (52990 млн.т/год), общего приноса вещества на сушу (4043 млн.т/год) и составляет 48947 млн.т/год. Антропогенное вмешательство ведет к ускорению денудации, приводя, например, к землетрясениям в зонах водохранилищ, построенных в сейсмоактивных районах.

МАЛЫЙ (биотический) круговорот веществ происходит на уровне биогеоценоза или биогеохимического цикла и заключается в том, что питательные вещества почвы, воды и углерода усваивается растениями с образованием органического вещества, которое поставлено в трофическую цепь.

Малый(биогеохимический) часть большого, происх. на уровне биогеоценоза и заключаются в том, что питательные вещества почвы, воды и усваиваются растениями с образованием орг. вещ-в , котор постав-ся в трофич цепь.

Продукты распада всех уровней переробатыванием редуцентами вновь до минеральных соединений.

myunivercity.ru

Биотический круговорот — доклад

Биотический круговорот веществ как замкнутая система отработан в процессе эволюции за несколько миллиардов лет. Мертвых животных и растения перерабатывают насекомые, простейшие, грибы, бактерии и другие деструкторы ( редуценты), которые разрушают их, превращая в минеральные или простейшие органические соединения, поступающие в почву и вновь потребляемые растениями. Непрерывность, замкнутость этого процесса обеспечиваются распадом и разложением конечных продуктов.

Под влиянием биотического круговорота веществ концентрация фосфора в почве заметно выше ( в среднем 0 1 - 0 3 %), чем в земной коре. Гумусовые горизонты ненарушенных почв богаты фосфором, в лесной подстилке иногда содержится до 100 кг / га этого элемента. Большое количество фосфора ( 106 - 107т) удерживается в веществе биосферы. Содержание данного элемента в фитомассе природных ( естественных) луговых степей достигает 30 кг / га. Для диких травоядных млекопитающих такой уровень фосфора в кормовых растениях вполне достаточен.

Энергетический принцип изучения биотического круговорота веществ отражает фундаментальное положение о том, что энергия, в отличие от вещества, в цепи трофических ( пищевых) превращений не исчезает, а переходит из одной формы в другую.

Энергия Солнца трансформируется в процессе биотического круговорота веществ на каждом его этапе и уровне. Непосредственно потребляют солнечную энергию только зеленые растения в процессе фотосинтеза. Они создают органическое вещество из диоксида углерода ( СО2) и воды, как бы аккумулируя энергию.

В определенные экологически специфические периоды сбалансированность биотического круговорота веществ нарушалась: из него выводились излишки, которые депонировались ( откладывались) в виде нефти, каменного угля, газа, известняков и других минералов органического происхождения. При сжигании каменного угля в топках или нефти в моторах освобождается и используется солнечная энергия, запасенная былыми биосферами сотни миллионов лет назад. Важно отметить, что эти депонированные в прошлом, выведенные из биотического круговорота излишки не засоряли биосферу и не оказывали вредного влияния на сам процесс.

Разнообразие животных чрезвычайно важно прежде всего для основного процесса - биотического круговорота веществ и энергии. Один вид не способен в любом биогеоценозе расщепить органическое вещество растений до конечных продуктов. Каждый вид использует лишь часть растений и некоторые содержащиеся в них органические вещества. Так складываются цепи и сети питания, последовательно извлекающие вещества и энергию из фотосинте-зирующих растений.

Таким образом, атмосфера в биоценозе играет огромную роль в поддержании биотического круговорота вещества и энергии и обеспечении водного баланса.

Экосистема - совокупность в биосфере организмов и неорганических компонентов, в которой осуществляется биотический круговорот веществ. Понятие, часто употребляемое вместо термина биогеоценоз, но более общее, безразмерное.

При этом загрязнитель разлагается до форм, усваиваемых живыми организмами и вовлекаемых далее в биотический круговорот веществ. Оно основано на поглощении и разложении загрязнителей главным образом микроорганизмами и зависит от их количества и физиологической активности. Длительность процесса самоочищения резко меняется в зависимости от географического места, например, на севере оно идет медленно. Способность почвы к самоочищению имеет огромное значение для проживающих в ней организмов и связанных с ними других компонентов биосферы.

Итак, получая беспрерывный поток солнечной энергии, растения создают первичную продукцию из неорганической материи. В дальнейших звеньях биотического круговорота веществ происходит лишь расходование этого запаса с трансформацией и потерей энергии. Консументы, редуценты потребляют живое вещество первичной продукции. Животные, сами создавая новое живое вещество, расходуют для этого в десятки раз больше живого вещества предыдущего трофического уровня, тем самым уменьшая и общие запасы потока энергии.

Оба круговорота взаимосвязаны и представляют собой как бы единый процесс. Втягивая в свои многочисленные орбиты косную среду, биотический круговорот веществ обеспечивает воспроизводство живого вещества и оказывает активное влияние на облик биосферы.

Жизнь не только возникает из мертвой ( косной) материи, но и оказывает на нее существенное воздействие. Главнейшая роль живого сводится к осуществлению так называемого биотического круговорота веществ или биогеохимического цикла. Все вещества, участвующие в жизненных процессах, физически конечны, и за миллионы лет их аккумуляции в органическом веществе они могли бы уже быть исчерпанными.

В общем комплексе мер, направленных на повышение продуктивности прудов, улучшения зоогигиенических условий, большое значение имеют агромелиоративные работы. Важным биологическим процессом, происходящим в водоемах и определяющим во многом эффективность ведения рыбоводства, является процесс биотического круговорота веществ.

Они весьма разнообразны как по своему составу, так и по биологической деятельности. Микроорганизмы в почве исчисляются миллиардами на 1 га. Они принимают участие в биотическом круговороте вещества, разлагают сложные органические и минеральные вещества на более простые. Последние утилизируются как самими микроорганизмами, так и высшими растениями.

Огромное значение в осуществлении этих процессов в почве имеют микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, низшие грибы, одноклеточные водоросли, вирусы и др.), весьма разнообразные как по своему составу, так и по биологической деятельности. Микроорганизмы в почве исчисляются миллиардами на 1 га. Они принимают участие в биотическом круговороте веществ, разлагают сложные органические и минеральные вещества на более простые. Последние утилизируются как самими микроорганизмами, так и высшими растениями. Органическое вещество почвы, образовавшееся в ней при разной степени разложения растительных и животных остатков, получило название гумус или перегной.

Для создания высокопродуктивной и устойчивой экосистемы необходимо поддерживать максимально возможное многообразие биогеоценозов, создавая оптимальный ландшафт. Агроценозы должны быть разнообразны и содержать такие компоненты, как лесные полосы, перелески, живые изгороди. Все неудобные земли рекомендуют использовать под зеленые насаждения, парки. Среди высокопродуктивных агроценозов следует сохранять как можно больше природных участков различного масштаба с нетронутыми естественными биогеоценозами с их богатым биологическим разнообразием, где с максимальной полнотой осуществляется биотический круговорот веществ и охраняется ценный генофонд.

Жизнь на Земле возникла 4 - 5 млрд лет назад - задолго до образования кислородной атмосферы. Вероятно, первые организмы и фотосинтезирующие растения появились в воде, где жизнь лучше защищена от ультрафиолетового излучения, пока не образовался озоновый экран. Видимо, с момента возникновения первых организмов до появления кислорода в атмосфере прошло не менее 1 млрд лет. Атмосфера с высоким содержанием кислорода сформировалась 500 - 600 млн лет назад, когда окончательно сложился современный биотический круговорот веществ.

^ Круговорот веществ в биосфере Главная функция биосферы заключается в осуществлении круговорота химических элементов. Глобальный биотический круговорот совершается при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов. В круговороте веществ, как в многократном участии веществ в процессах, протекающих в атмосфере, литосфере, гидросфере, различают малый круг биотического обмена (био-геоценотический) и большой (биосферный). ^ Большой круг биотического обмена — это безостановочный планетарный процесс циклического, неравномерного во времени и пространстве перераспределения вещества, энергии и информации, многократно входящих в непрерывно обновляющиеся экологические системы биосферы. Большой круг биотического обмена наиболее ярко проявляется в круговороте воды и циркуляции атмосферы. ^ Малый биотический круговорот происходит на основе большого и заключается в циркуляции веществ между растениями, животными и микроорганизмами. Оба круговорота взаимосвязаны и представляют собой как бы единый процесс. Втягивая в свои многочисленные орбиты косную среду, биотический круговорот веществ обеспечивает воспроизводство живого вещества и оказывает активное влияние на облик биосферы. В основе круговорота веществ лежит наличие в биосфере двух основных типов питания: аутотрофного и гетеротрофного. Аутотрофы извлекают необходимые для жизни химические вещества из окружающей среды и при помощи солнечной энергии включают их в органическое вещество. Гетеротрофы разлагают органическое вещество до углекислого газа, воды и минеральных солей и возвращают их в окружающую среду. Этим обеспечивается круговорот веществ, который возник в процессе эволюции как необходимое условие существование жизни. При этом световая энергия солнца трансформируется живыми организмами в другие формы энергии — химическую, механическую, тепловую. Определенная часть солнечной энергии рассеивается в виде тепла. Деятельность и взаимоотношения всех живых существ в природе основываются на односторонне направленном потоке энергии и круговороте веществ. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии солнца создают органические вещества, которые другими живыми существами (гетеротрофами — потребителями и деструкторами) разрушаются с тем, чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы для новых органических синтезов. Важная роль в глобальном круговороте веществ принадлежит воде, ее циркуляции между океаном, атмосферой и верхним слоем литосферы. Вода испаряется и воздушными течениями переносится на огромные расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делая их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в океаны и моря. Подсчитано, что с поверхности Земли за минуту испаряется около 1 млрд. тонн воды. На образование 1 г водяного пара затрачивается 2,248 кДж энергии, которая возвращается в атмосферу. Циркуляция воды между океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании биотического круговорота и жизни на Земле, а так же является важнейшим условием взаимодействия растений и животных с неживой природой. Благодаря этому процессу происходит постепенное разрушение литосферы, перенос компонентов в глубины Мирового океана. Энергия биотического круговорота невелика по сравнению с энергией, расходуемой в абиотических биогеохимических процессах. Благодаря ей осуществляется значительный объем работы по перемещению химических элементов. Примерами биотического круговорота могут служить круговорот углерода и азота в биосфере. Круговорот азота также охватывает все области биосферы. Хотя его запасы в атмосфере практически неисчерпаемы, высшие растения могут использовать азот только после его соединения с водородом или кислородом. Важнейшую роль при этом играют азотфиксирующие бактерии. Азот вовлекается в биогенный круговорот двумя путями: 1) путем растворения разных оксидов азота в дождевой воде и поступления его таким образом в почвы, воду и океан; 2) путем биологической фиксации азота клубеньковыми бактериями, свободными азотфиксирующими микроорганизмами. Азот в живых организмах занимает очень важное место, он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Молекулярный азот атмосферы могут усваивать лишь некоторые микроорганизмы и сине-зеленые водоросли, переводя его в азотистые соединения. Азотфиксация является важнейшим биологическим процессом, играющим важную роль в круговороте азота в природе и обогащающим почву и водоемы связанным азотом. Остатки организмов на поверхности Земли и погребенные в толще пород подвергаются разрушению при участии многочисленных микроорганизмов. В этих процессах органический азот подвергается многочисленным превращениям. В результате процесса денитрификации при участии бактерий вновь образуется элементарный азот, возвращающийся непосредственно в атмосферу. При разложении белков образуются также аммиак и его производные, попадающие также в воздух и воду океана. В биосфере в результате нитрификации — окисления аммиака и других азотсодержащих органических соединений при участии бактерий — образуются различные оксиды азота, которые являются основой образования азотной кислоты. Азотная кислота, соединяясь с металлами, дает соли. В результате деятельности денитрофицирующих бактерий соли азотной кислоты восстанавливаются до азотистой кислоты и далее до свободного азота.

Биосфера как живая самоорганизующаяся система.

Совокупность всех биогеоценозов на поверхности Земли, связанных обменом вещества, энергии и информации, называется биосферой. Биосфера – это целостная самоорганизующаяся система, состоящая из различных компонентов (экологических систем, биоценозов, популяций, организмов и т. п.), которые в свою очередь могут рассматриваться как самостоятельные самоорганизующиеся системы. Биосфера охватывает часть атмосферы, гидросферу, верхнюю часть литосферы. Верхняя граница биосферы располагается примерно в 30 км над поверхностью Земли, нижняя – до 10 м в земной коре. При этом некоторые живые организмы обнаружены на глубине до 11 км. Температурные интервалы, в которых может существовать жизнь, также ограничены: от -2520до +180оС. Живые существа на поверхности Земли защищены от ультрафиолетовых лучей озоновым слоем. Биосферу рассматривают как единую систему, в которой масса живого вещества, несмотря на все изменения и переходы из одного состояния в другое, сохраняется на одном уровне. Структура, состав и энергия биосферы определяются прошлой и настоящей деятельностью всех живых организмов, в том числе и человека. В современном представлении о биосфере подчеркиваются взаимозависимость и взаимовлияние живой и неживой природы; биосфера – это живые организмы и среда их обитания. Качественные преобразования биосферы уже не раз случались на протяжении геологической и биологической эволюции, что сопровождалось исчезновением одних биологических видов и появлением других.

Термин «биосфера» был впервые использован в 1875 г. австрийским ученым Э. Зюссом, который понимал под биосферой «совокупность организмов, ограниченную в пространстве и времени и обитающую на поверхности Земли». Таким образом, первоначально понятием «биосфера» обозначалась совокупность только живых организмов. Связь живой и неживой природы трактовалась односторонне: отмечалась зависимость живых организмов от химических, физических, геологических и т. п. факторов, однако обратное воздействие оставалось вне поля зрения ученых. Изменил представление о биосфере русский ученый и философ В.И. Вернадский.

Центральной идеей В.И. Вернадского стало представление о живом веществе – совокупности всех живых организмов на планете. В процессе жизнедеятельности организмы получают из окружающей среды необходимые химические вещества, а после смерти они возвращают их обратно, таким образом, живое и неживое находятся в постоянном взаимодействии. В.И. Вернадский подчеркивает активное влияние живых организмов на косную материю. По его мнению, живое вещество составляет незначительную по объему и весу часть биосферы, однако оно является ее определяющим компонентом. Живые организмы – та геохимическая сила, которая играет ведущую роль в формировании облика нашей планеты.

В ходе геологической эволюции воздействие живого вещества на косное только возрастает, что выражается, как пишет В.И. Вернадский, «в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно». Русский ученый подчеркивал целостность и гармоничность биосферы: «Можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом в механизме биосферы^ все учитывается и все приспособляется с той же точностью, с той же механичностью и с тем же подчинением мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях небесных светил и начинаем видеть в системах атомов вещества и атомов энергии».

Человечество наряду с растениями и животными является частью живого вещества. Однако в отличие от других элементов биосферы человечество оказывает интенсивное влияние не только на неживую материю, но и на само живое вещество, создавая новые виды растений и животных. С появлением на нашей планете одаренного разумом живого существа, писал В.И. Вернадский, планета вступает в качественно новую стадию своей истории. Ступень развития биосферы, связанная с появлением человека, называется ноосферой. Слово «ноосфера» происходит от греческого noos – разум. Понятие ноосферы введено французским ученым Э. Леруа в 1927 г. Ноосфера – это сфера разума, сфера взаимодействия человека и природы, в которой главным фактором эволюции выступает разумная деятельность.

yaneuch.ru

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..

43.Круговороты веществ. Биотический круговорот. Биотический круговорот реферат

Биотический круговорот — реферат

Биотические круговороты.

Биотические круговороты. Биотические круговороты - реферат

Похожие главы из других работ:

Биотические факторы и их действие

Глава 3. Геохимические циклы, круговороты кислорода, углекислого газа, азота

2. Биотические факторы среды и экосистемы

1.2 Биотические факторы

2. Виды антропогенного воздействия на биотические сообщества

2.2.2 Биотические факторы

1. Биогеохимические круговороты

2.1 Круговороты веществ

4. Биологический и геологический круговороты веществ

2.2 Биотические связи организмов. Параллельные сообщества

1.1 Круговороты химических элементов в биосфере

1.2 Биогеохимические круговороты углерода: ландшафтный, малый и биосферный

Глава 3. Биотические факторы среды

1.3 Биотические факторы

1. Биотические факторы среды

Читать реферат по экологии: "Биотические круговороты"

Биотический круговорот — реферат

43.Круговороты веществ. Биотический круговорот.

44.Круговорот биогенных элементов.

45.Круговорот углерода.

Круговороты — реферат

Биотический круговорот — доклад

Смотрите также