Реферат
на тему: "Круговорот
веществ
в природе."
- 1 - Деятельность живых организмов сопровождается извле- чением из окружающей их неживой природы больших ко- личеств 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 атмо- сферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.Приведём некоторые примеры.
Круговорот воды. Под действием энергии Солнца вода
испаряется с поверхности водоёмов и воздушными течени- ями переносятся на большие расстояния. Выпадая на по-
верхность суши в виде осадков, она способствует разруше- нию горных пород и делает составляющие их минералы до-
ступными для растений, микроорганизмов и животных. Она
размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с рас-
творёнными в ней химическими соединениями и взвешен-ными органическими и неорганическими частицами в моря и океаны. Циркуляция воды между океаном и сушей -
важнейшее звено в поддержании жизни на Земле.
Растения участвуют в круговороте воды двояким спо-собом: извлекают её из почвы и испаряют в атмосферу; часть воды в клетках растений расщепляется в процессе фотосинтеза. При этом водород фиксируется в виде органи-
ческих соединений, а кислород поступает в атмосферу.
Животные потребляют воду для поддержания осмоти-ческого и солевого равновесия в организме и выделяют её во внешнюю среду вместе с продуктами обмена веществ.
Круговорот углерода. Углерод поступает в биосферу в
результате фиксации его в процессе фотосинтеза. Коли-чество углерода, ежегодно связываемого растениями, оце-
нивается в 46 млрд. т. Часть его поступает в тело животных
и освобождается в результате дыхания в виде СО2, который
вновь поступает в атмосферу. Кроме того, запасы углерода
в атмосфере пополняются за счёт вулканической деятельно-сти и сжигания человеком горючих ископаемых. Хотя
основная часть поступающего в атмосферу диоксида угле-рода поглощается океаном и откладывается в виде карбона-
тов, содержание СО2 в воздухе медленно, но неуклонно по-
вышается.
- 2 - Круговорот азота. Азот - один из основных биогенных
элементов - в громадных количествах содержится в атмо-сфере, где составляет 80% от общей массы её газообразных
компонентов. Однако в молекулярной форме он не может
использоваться ни высшими растениями, ни животными.
В форму, пригодную для использования, атмосферный азот
переводят электрические разряды (при которых образуются
оксиды азота, в соединении с водой дающие азотистую и азотную кислоты), азотфиксирующие бактерии и синезелё-ные водоросли. Одновременно образуется аммиак, который
другие хемосинтезирующие бактерии последовательно пере-
водят в нитриты и нитраты. Последние наиболее усвояемы для растений. Биологическая фиксация азота на суше со-
ставляет примерно 1 г/м2, а в плодородных областях дости-
гает 20 г/м2.
После отмирания организмов гнилостные бактерии раз-лагают азотсодержащие соединения до аммиака. Часть его
уходит в атмосферу, часть восстанавливается денитрифици-
рующими бактериями до молекулярного азота, но основная
масса окисляется до нитритов и нитратов и вновь использу-ется. Некоторое количество соединений азота оседает в глу-
боководных отложениях и надолго (миллионы лет) выклю-
чается из круговорота. Эти потери компенсируются поступ-
лением азота в атмосферу с вулканическими газами.
Круговорот серы. Сера входит в состав белков и также
представляет собой жизненно важный элемент. В виде со-
единений с металлами - сульфидов - она залегает в виде руд
на суше и входит в состав глубоководных отложений. В до-
ступную для усвоения растворимую форму эти соединения
переводятся хемосинтезирующими бактериями, способными
получать энергию путём окисления восстановленных соеди-
нений серы. В результате образуются сульфаты, которые
используются растениями. Глубоко залегающие сульфаты
вовлекаются в круговорот другой группой микроорганиз-мов, восстанавливающих сульфаты до сероводорода.
- 3 - Круговорот фосфора. Резервуаром фосфора служат за-
лежи его соединений в горных породах. Вследствие вымыва-
ния он попадает в речные системы и частью используется растениями, а частью уносится в море, где оседает в глубо-
ководных отложениях. Кроме того, в мире ежегодно добы-
вается от 1 до 2 млн.т. фосфорсодержащих пород. Большая
часть этого фосфора также вымывается и исключается из
круговорота. Благодаря лову рыбы часть фосфора возвра-
щается на сушу в небольших размерах (около 60 тыс.т. эле-
ментарного фосфора в год).
Из приведённых примеров видно, какую значительную
роль в эволюции неживой природы играют живые орга-низмы. Их деятельность существенно влияет на формиро-вание 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 коли-чествах вносят в почву с удобрениями, применяемыми в сельском хозяйстве. Поэтому азот и фосфор оказались глав-
ной причиной ускоренной эвтрофизации озёр в странах с интенсивным земледелием. Эвтрофизация - это процесс обо-
гащения водоёмов питательными веществами. Она пред-
ставляет собой естественное явление в озёрах, так как реки
приносят питательные вещества с окружающих дренажных
площадей. Однако этот процесс обычно идёт очень медлен-но, в течение тысяч лет.
- 4 - 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, обога-щены 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 жи-вых 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 ме-
ханизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первона-чально происходят из абиотического компонента системы,
в который в конце концов и возвращаются либо в качестве
отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разруше-ния организмов. Таким образом, в экосистеме происходит
постоянный круговорот питательных веществ, в котором
участвуют и живой и неживой компоненты. Такие кругово-роты называются биогеохимическими циклами.
Поток энергии и круговороты биогенных элементов в
экосистеме.
Энергия Биотический Тепловая
света компонент энергия
Солнце Биогенные
элементы
Абиотический
компонент Поток энергии
Круговорот биогенных элементов
- 5 - На глубине в десятки километров горные породы и ми-нералы подвергаются воздействию высоких давлений и тем-
ператур. В результате происходит метаморфизм (изменение) их структуры, минерального, а иногда и химического соста-
ва, что приводит к образованию метаморфических пород.
Опускаясь ещё дальше в глубь Земли, метаморфические по-
роды 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. Орга-низмы интенсивно поглощают химические элементы из поч-вы, 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 зам-кнут.
- 6 - Часть элементов-"путешественников" уносится за его пределы с поверхностными и грунтовыми водами, часть - на разное время "выключается" из круговорота и задерживает-ся 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 эле-
менты поступают только с атмосферными осадками, а выно-сятся вниз и с водою, и под действием силы тяжести. Расход вещества преобладает над поступлением, о чём говорит са-мо название ландшафтов водоразделов - элювиальные.
На склонах жизнь химических элементов изменяется. Скорость их передвижения резко увеличивается, и они "про
езжают" склоны, как пассажиры, удобно устроившиеся в ку-пе поезда. Ландшафты склонов так и называются - транзит-ными.
"Отдохнуть" от дороги химическим элементам удаётся лишь в аккумулятивных (накапливающих) ландшафтах, рас-
положенных 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 эле-ментов вмешался человек. С начала ХХ столетия деятель-ность человека стала главным способом их путешествия. При добыче полезных ископаемых огромное количество веществ изымается из земной коры. Их промышленная пере
работка сопровождается выбросами химических элементов с отходами производства в атмосферу, воды, почвы. Это за-грязняет среду обитания живых организмов. На земле появ-ляются 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.
Создав биогеохимические "свалки",природа, возможно, хотела предостеречь человека от непродуманной, безнравст-венной деятельности, показать ему на наглядном примере, к чему приводит нарушение распределения химических эле-ментов в земной коре и на её поверхности.
ч. 1
ansya.ru
Реферат
на тему: КРУГОВОРОТ веществ В ПРИРОДЕ
Выполнила:ученица 8-Б класса
ОДЕССА
2003
Содержание.
Лист.
1. Биогеохимические круговороты.
3
2. Круговорот веществ в биосфере.
6
3. Круговорот кислорода.
7
4. Круговорот воды.
8
5. Антропогенные воздействия на окружающую среду.
9
Использованная литература.
11
1. Биогеохимические круговороты. В отличие от энергии, которая однажды использованная организмом, превращается в тепло и теряется для экосистемы, вещества циркулируют в биосфере, что и называется биогеохимическими круговоротами. Из 90 с лишним элементов, встречающихся в природе, около 40 нужны живым организмам. Наиболее важные для них и требующиеся в больших количествах: углерод, 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.
2. Круговорот веществ в биосфере. Процессы фотосинтеза органического вещества из неорганических компонентов продолжается миллионы лет, и за такое время химические элементы должны были перейти из одной формы в другую. Однако этого не происходит благодаря их круговороту в биосфере. Ежегодно фотосинтезирующие организмы усваивают около 350 млрд т углекислого газа, выделяют в атмосферу около 250 млрд т кислорода и расщепляют 140 млрд т воды, образуя более 230 млрд т органического вещества (в пересчёте на сухой вес).
Громадные количества воды проходят через растения и водоросли в процессе обеспечения транспортной функции и испарения. Это приводит к тому, что вода поверхностного слоя океана фильтруется планктоном за 40 дней, а вся остальная вода океана – приблизительно за год. Весь углекислый газ атмосферы обновляется за несколько сотен лет, а кислород за несколько тысяч лет. Ежегодно фотосинтезом в круговорот включается 6 млрд т азота, 210 млрд т фосфора и большое количество других элементов (калий, натрий, кальций, магний, сера, железо и др.). существование этих круговоротов придаёт экосистеме определённую устойчивость.
Различают два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).
Большой круговорот, 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 круговорот (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.
Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций называется биогеохимическим циклом. В такие циклы вовлечены практически все химические элементы и прежде всего те, которые участвуют в построении живой клетки. Так, тело человека 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.
3. Круговорот кислорода. 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 и в поверхностных минералах (осадочные кальциты, железные руды), имеет биогенное происхождение и должно рассматриваться как продукт фотосинтеза. Этот процесс противоположен процессу потребления кислорода при дыхании, который сопровождается разрушением органических молекул, взаимодействием кислорода с водородом (отщеплённым от субстрата) и образованием воды. В некотором отношении круговорот кислорода напоминает обратный круговорот углекислого газа. В основном он происходит между атмосферой и живыми организмами.
Потребление атмосферного кислорода и его возмещение растениями в процессе фотосинтеза осуществляется довольно быстро. Расчёты показывают, что для полного обновления всего атмосферного кислорода требуется около двух тысяч лет. С другой стороны, для того, чтобы все молекулы воды гидросферы были подвергнуты фотолизу и вновь синтезированы живыми организмами, необходимо два миллиона лет. Большая часть кислорода, вырабатываемого в течение геологических эпох, не оставалась в атмосфере, а фиксировалась литосферой в виде карбонатов, сульфатов, оксидов железа, и её масса составляет 5,9*1016 т. Масса кислорода, циркулирующего в биосфере в виде газа или сульфатов, растворённых в океанических и континентальных водах, в несколько раз меньше (0,4*1016 т).
Отметим, что, начиная с определённой концентрации, кислород очень токсичен для клеток и тканей (даже у аэробных организмов). А живой анаэробный организм не может выдержать (это было доказано ещё в прошлом веке Л. Пастером) концентрацию кислорода, превышающую атмосферную на 1%.
4. Круговорот воды.
Вода, как и воздух, — основной компонент, необходимый для жизни. В количественном отношении это самая распространённая неорганическая составляющая живой материи. Семена растений, в которых содержание воды не превышает 10%, относятся к формам замедленной жизни. Такое же явление (ангидробиоз) наблюдается у некоторых видов животных, которые при неблагоприятных внешних условиях могут терять большую часть воды в своих тканях.
Вода в трёх агрегатных состояниях присутствует во всех составных частях биосферы: атмосфере, гидросфере и литосфере. Если воду, находящуюся в различных гидрогеологических формах, равномерно распределить по соответствующим областям земного шара, то образуются слои следующей толщины: для Мирового океана 2700 м, для ледников 100 м, для подземных вод 15 м, для поверхностных пресных вод 0,4 м, для атмосферной влаги 0,03 м.
Основную роль в циркуляции и биогеохимическом круговороте воды играет атмосферная влага, несмотря на относительно малую толщину её слоя. Атмосферная влага распределена по Земле неравномерно, что обуславливает большие различия в количестве осадков в разных районах биосферы. Среднее содержание водяного пара в атмосфере изменяется в зависимости от географической широты. Например, на Северном полюсе оно равно 2,5 мм (в столбе воздуха с поперечным сечением 1 см2), на экваторе — 45 мм.
О механизме гидрогеологического цикла было сказано выше – в разделе касающемся описания особенностей гидросферы. Вода, выпавшая на сушу, затем расходуется на просачивание (или инфильтрацию), испарение и сток. Просачивание особенно важно для наземных экосистем, так как способствует снабжению почвы водой. В процессе инфильтрации вода поступает в водоносные горизонты и подземные реки. Испарение с поверхности почвы также играет важную роль в водном режиме местности, но более значительное количество воды выделяют сами растения своей листвой. Причём количество воды, выделяемое растениями, тем больше, чем лучше они ею снабжаются. Растения, производящие одну тонну растительной массы, поглощают как минимум 100 т воды.
Главную роль в круговороте воды на континентах играет суммарное испарение (деревья и почва).
Последняя составляющая круговорота воды на суше – сток. Поверхностный сток и ресурсы подземных водоносных слоёв обеспечивают питание водных потоков. Вместе с тем при уменьшении плотности растительного покрова сток становится основной причиной эрозии почвы.
Как уже отмечалось, вода участвует и в биологическом цикле, являясь источником кислорода и водорода. Однако фотолиз её при фотосинтезе не играет существенной роли в процессе круговорота.
5. Антропогенные воздействия на окружающую среду.
Проблемы народонаселения и ресурсов биосферы тесно связаны с реакциями окружающей природной среды на антропогенные воздействия. Естественное экологически сбалансированное состояние окружающей среды обычно называют нормальным. Это состояние, при котором отдельные группы организмов биосферы взаимодействуют друг с другом и с абиотической средой без нарушения равновесия круговоротов веществ и потоков энергии в пределах определённого геологического периода, обусловлено нормальным протеканием природных процессов во всех геосферах.
Природные процессы могут иметь катастрофический характер, например извержения вулканов, землетрясения, наводнения, что, однако, также составляет «норму» природы. Эти и другие природные процессы постепенно, с геологической скоростью, эволюционируют и в то же время в течение тысячелетий (на протяжении одного геологического периода) остаются в квазистатическом сбалансированном состоянии. При этом квазистатически протекают малый (биологический) и большой (геологический) круговороты веществ и устанавливаются квазистатические энергетические балансы между различными геосферами и космосом, что объединяет природу в единое целое. Круговороты веществ и энергии в биосфере характеризуются определёнными количественными параметрами, которые квазистатичны и специфичны для данного геологического периода и для каждого элемента земной поверхности в соответствии с их географией.
Обычно в качестве основных параметров, характеризующих состояние окружающей природной среды, выделяют следующие:
Энергетический:
Е = Е0+ Е,
где Е0– запас энергии в системе в момент времени t0;
Е – энергетический баланс системы за время t, т.е. в период от t = t0до t = t0+ t .
Водный:
W = W0+ W,
где W0– запас воды в системе в момент времени t0;
W – водный баланс системы за время t, т.е. в период от t = t0до t = t0+ t .
Биологический:
В = В0+ Вв — Вm,
где B0– начальная биомасса;
Вв – биологическая продуктивность;
Вm – минерализация органики за время t .
Биогеохимический:
G = G0+ Gв — Gg,
где G0– запас химических элементов в системе;
Gв и Gg – изменение запаса химических элементов вследствие биологического и геологического круговоротов веществ.
Эти параметры состояния окружающей среды могут быть количественно определены экспериментальным путём для каждой точки, района, крупного региона, природной зоны или ландшафтно-географического пояса, наконец, для земного шара в целом; они количественно характеризуют состояние и пространственную неоднородность среды.
Геохимический параметр состояния окружающей среды также существенно изменился, особенно в отношении биологического и геологического круговоротов. Под влиянием человеческой деятельности происходят большие изменения в распределении химических элементов в биосфере, природная и антропогенная трансформация веществ, а также переход химических элементов из одних соединений в другие. Природный биологический круговорот веществ нарушен человеком на площади, достигающей почти половины всей поверхности суши: антропогенные пустыни, индустриальные и городские земли, пашни, сады, вторичные низкопродуктивные леса, истощённые пастбища и т.д.
Нарушению геологического круговорота веществ способствовали такие факторы:
Эрозия почвенного покрова и возрастания твёрдого стока в океан;
Перемещение огромных масс земной коры;
Извлечение из недр значительных количеств руд, горючих и других ископаемых;
Перераспределение солей в почвах, грунтовых и речных водах под влиянием орошаемого земледелия;
Применение минеральных удобрений и ядохимикатов;
Загрязнение среды сельскохозяйственными, промышленными и коммунальными отходами;
Поступление в природную среду энергетических загрязнений.
Таким образом, исследование изменений параметров состояния окружающей природной среды (хотя и на качественном уровне) позволяет сделать вывод об отсутствии в настоящее время глобального экологического кризиса. В то же время есть все основания считать теперешнее состояние биосферы нарушенным и аномальным. Такое состояние может перейти в кризисное, если человечество не проведёт специальные мероприятия по оздоровлению окружающей его среды.
Использованная литература.
М.Д. Гольдфейн, Н.В. Кожевников, А.В. Трубников, С.Я. Шулов – «Проблемы жизни в окружающей среде. Учебное пособие». Химия. 1996г, №16.
А.А. Горелов. «Структура и функции экосистем». Экология. 1998г.
www.ronl.ru
Рассмотрим два основных круговорота веществ в природе: большой (геологический) и малый (биогеохимический).
Геологический круговорот обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли. Он осуществляет перераспределение вещества между поверхностным слоем и более глубокими горизонтами Земли. К большому кругообороту можно отнести круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу.
Биогеохимический круговорот совершается лишь в пределах биосферы. Сущность этого круговорота в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.
Движущей силой этих круговоротов служит энергия Солнца: фотосинтезирующие организмы непосредственно используют энергию солнечного света и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергии и питательных веществ через экосистему.
Энергия может существовать в виде различных взаимопре-вращаемых форм, таких как механическая, химическая, тепловая или электрическая энергия. Переход одной формы в другую, называемый преобразованием энергии, подчиняется законам термодинамики.
Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии) гласит, что энергия может превращаться из одной формы в другую, но не может быть создана или уничтожена.
Второй закон утверждает, что при совершении работы энергия не может быть использована на все 100 % и часть ее неизбежно превращается в тепло. Тепло есть результат случайного движения молекул, тогда как работа всегда означает неслучайное, упорядоченное использование энергии. Понятие работы применимо к любому процессу, протекающему в живой системе с потреблением энергии, начиная от процессов на клеточном уровне и кончая процессами на уровне целого организма (рост, развитие, размножение и др. ).
Таким образом, живые организмы — это преобразователи энергии, и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла.
В итоге вся энергия, поступающая в биотический компонент экосистемы, рассеивается в виде тепла. Однако процесс, производящий тепло, требует больше энергии, чем может быть возвращено путем вторичного использования этого тепла. Поэтому в целом происходит потеря энергии в системе.
Фактически живые организмы не используют тепло как источник энергии. Для совершения работы им необходимы свет и химическая энергия.
Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Солнце — звезда, излучающая в космос огромное количество энергии. Энергия распространяется в космическом пространстве в виде электромагнитных волн, и небольшая часть ее, составляющая примерно 10, 5 • 106 кДж/м2 в год, захватывается Землей. Около 40 % этого количества сразу отражается от облаков, атмосферной пыли и поверхности Земли без какого бы то ни было теплового эффекта. Еще 15 % поглощается атмосферой (в частности, озоновым слоем в ее верхних частях) и превращается в тепловую энергию или расходуется на испарение воды. Лишь оставшиеся 45 % поглощаются растениями или земной поверхностью. Большая часть энергии повторно излучается земной поверхностью и нагревает атмосферу. Приблизительно две трети энергии поступает в атмосферу этим путем. И только небольшая часть пришедшей от Солнца энергии усваивается биотическим компонентом экосистемы в процессе фотосинтеза.
Фотосинтез — единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению свободной энергии биосферы за счет внешнего источника (Солнца) и обеспечивающий существование как растений, так и всех гетеротрофных организмов, в том числе и человека.
Процесс фотосинтеза заключается в том, что солнечные лучи поглощаются пигментом растений — хлорофиллом (он и придает листьям зеленый цвет), а затем растения, используя воду из почвы и углекислый газ из атмосферы, образуют углеводороды — сахар (глюкозу), крахмал и целлюлозу, выделяя при этом кислород:
6СО2 + 6Н2О + Энергия света → С6Н12О6 + 6О2
(Углекислый газ + Вода + Солнечная энергия → Глюкоза + Кислород)
Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле образуется 150 млрд т органического вещества и выделяется около 200 млрд т свободного кислорода.
Химическая энергия, накопленная в глюкозе и других углеводах, используется продуцентами, консументами и редуцентами для поддержания жизнедеятельности, что является частью одностороннего движения энергии через организм в экосистеме. Аэробные (кислородопотребляющие) организмы преобразуют часть глюкозы и другие сложные органические соединения, которые они синтезируют (продуценты), используют в качестве пищи (консументы) и разлагают (редуценты) на углекислый газ и воду с выделением энергии. Эти процессы происходят с потреблением кислорода и называются клеточным дыханием:
С6Н, 2О6 + 6О2→6СО2 + 6Н2О + Энергия
(Глюкоза + Кислород → Углекислый газ + Вода)
Наиболее совершенны биогеохимические циклы углерода, азота, кислорода. Кругооборот кислорода, углерода и других элементов, вовлекаемых в фотосинтез, создал и поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для жизни на Земле. Фотосинтез препятствует увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере, предотвращая перегрев Земли (вследствие так называемого парникового эффекта). Кислород фотосинтеза необходим не только для жизнедеятельности организмов, но и для защиты живого от губительного коротковолнового ультрафиолетового излучения (кислородно-озоновый экран атмосферы).
Круговорот азота представлен на рис. 1. Поглощение азота растениями ограниченно, хотя содержание его в атмосфере велико (около 78 %). Редуценты разлагают органическое вещество умерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Азот возвращается в атмосферу вместе с выделяющимися при гниении органических остатков газами. Биогеохимический круговорот в биосфере помимо кислорода, азота, углерода совершают и другие элементы, входящие в состав органических веществ, — сера, фосфор, железо и др.
Запасенная в продуктах фотосинтеза энергия (в виде различных видов топлива) является основным источником энергии для человечества. Предполагается, что в энергетике будущего фотосинтез может занять одно из первых мест в качестве неиссякаемого и не загрязняющего среду источника энергии (создание «энергетических плантаций» быстрорастущих растений с последующим использованием растительной массы для получения тепловой энергии или переработки в высококачественное топливо — спирт).
Рис. 1. Схема круговорота азота
Не менее важна роль фотосинтеза как основы получения продовольствия, кормов, технического сырья. Несмотря на высокую эффективность начальных фотофизических и фотохимических стадий (около 95 %), в урожай переходит лишь менее 1—2 % солнечной энергии. Потери обусловлены неполным поглощением света.
Принципиальное различие между потоками вещества и энергии в экосистеме заключается в том, что биогенные элементы, составляющие органическое вещество, могут многократно участвовать в круговороте веществ, тогда как поток энергии однонаправлен и необратим. Каждая порция энергии используется только однократно. В соответствии со вторым законом термодинамики на каждом этапе трансформации энергии значительная ее часть неизбежно теряется, рассеивается в виде теплоты.
Используемая литература: Графкина М. В., Михайлов В. Л., Иванов К. С. Экология и экологическая безопасность автомобиля : учебник / М. В. Графкина, В. А. Михайлов, К. С. Иванов. — М. : ФОРУМ, 2009. — 320 с. — (Высшее образование).
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ
privetstudent.com
Реферат
на тему: "Круговорот
веществ
в природе."
- 1 - Деятельность живых организмов сопровождается извле- чением из окружающей их неживой природы больших ко- личеств 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 атмо- сферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.Приведём некоторые примеры.
Круговорот воды. Под действием энергии Солнца вода
испаряется с поверхности водоёмов и воздушными течени- ями переносятся на большие расстояния. Выпадая на по-
верхность суши в виде осадков, она способствует разруше- нию горных пород и делает составляющие их минералы до-
ступными для растений, микроорганизмов и животных. Она
размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с рас-
творёнными в ней химическими соединениями и взвешен-ными органическими и неорганическими частицами в моря и океаны. Циркуляция воды между океаном и сушей -
важнейшее звено в поддержании жизни на Земле.
Растения участвуют в круговороте воды двояким спо-собом: извлекают её из почвы и испаряют в атмосферу; часть воды в клетках растений расщепляется в процессе фотосинтеза. При этом водород фиксируется в виде органи-
ческих соединений, а кислород поступает в атмосферу.
Животные потребляют воду для поддержания осмоти-ческого и солевого равновесия в организме и выделяют её во внешнюю среду вместе с продуктами обмена веществ.
Круговорот углерода. Углерод поступает в биосферу в
результате фиксации его в процессе фотосинтеза. Коли-чество углерода, ежегодно связываемого растениями, оце-
нивается в 46 млрд. т. Часть его поступает в тело животных
и освобождается в результате дыхания в виде СО2, который
вновь поступает в атмосферу. Кроме того, запасы углерода
в атмосфере пополняются за счёт вулканической деятельно-сти и сжигания человеком горючих ископаемых. Хотя
основная часть поступающего в атмосферу диоксида угле-рода поглощается океаном и откладывается в виде карбона-
тов, содержание СО2 в воздухе медленно, но неуклонно по-
вышается.
- 2 - Круговорот азота. Азот - один из основных биогенных
элементов - в громадных количествах содержится в атмо-сфере, где составляет 80% от общей массы её газообразных
компонентов. Однако в молекулярной форме он не может
использоваться ни высшими растениями, ни животными.
В форму, пригодную для использования, атмосферный азот
переводят электрические разряды (при которых образуются
оксиды азота, в соединении с водой дающие азотистую и азотную кислоты), азотфиксирующие бактерии и синезелё-ные водоросли. Одновременно образуется аммиак, который
другие хемосинтезирующие бактерии последовательно пере-
водят в нитриты и нитраты. Последние наиболее усвояемы для растений. Биологическая фиксация азота на суше со-
ставляет примерно 1 г/м2, а в плодородных областях дости-
гает 20 г/м2.
После отмирания организмов гнилостные бактерии раз-лагают азотсодержащие соединения до аммиака. Часть его
уходит в атмосферу, часть восстанавливается денитрифици-
рующими бактериями до молекулярного азота, но основная
масса окисляется до нитритов и нитратов и вновь использу-ется. Некоторое количество соединений азота оседает в глу-
боководных отложениях и надолго (миллионы лет) выклю-
чается из круговорота. Эти потери компенсируются поступ-
лением азота в атмосферу с вулканическими газами.
Круговорот серы. Сера входит в состав белков и также
представляет собой жизненно важный элемент. В виде со-
единений с металлами - сульфидов - она залегает в виде руд
на суше и входит в состав глубоководных отложений. В до-
ступную для усвоения растворимую форму эти соединения
переводятся хемосинтезирующими бактериями, способными
получать энергию путём окисления восстановленных соеди-
нений серы. В результате образуются сульфаты, которые
используются растениями. Глубоко залегающие сульфаты
вовлекаются в круговорот другой группой микроорганиз-мов, восстанавливающих сульфаты до сероводорода.
- 3 - Круговорот фосфора. Резервуаром фосфора служат за-
лежи его соединений в горных породах. Вследствие вымыва-
ния он попадает в речные системы и частью используется растениями, а частью уносится в море, где оседает в глубо-
ководных отложениях. Кроме того, в мире ежегодно добы-
вается от 1 до 2 млн.т. фосфорсодержащих пород. Большая
часть этого фосфора также вымывается и исключается из
круговорота. Благодаря лову рыбы часть фосфора возвра-
щается на сушу в небольших размерах (около 60 тыс.т. эле-
ментарного фосфора в год).
Из приведённых примеров видно, какую значительную
роль в эволюции неживой природы играют живые орга-низмы. Их деятельность существенно влияет на формиро-вание 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 коли-чествах вносят в почву с удобрениями, применяемыми в сельском хозяйстве. Поэтому азот и фосфор оказались глав-
ной причиной ускоренной эвтрофизации озёр в странах с интенсивным земледелием. Эвтрофизация - это процесс обо-
гащения водоёмов питательными веществами. Она пред-
ставляет собой естественное явление в озёрах, так как реки
приносят питательные вещества с окружающих дренажных
площадей. Однако этот процесс обычно идёт очень медлен-но, в течение тысяч лет.
- 4 - 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, обога-щены 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 жи-вых 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 ме-
ханизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первона-чально происходят из абиотического компонента системы,
в который в конце концов и возвращаются либо в качестве
отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разруше-ния организмов. Таким образом, в экосистеме происходит
постоянный круговорот питательных веществ, в котором
участвуют и живой и неживой компоненты. Такие кругово-роты называются биогеохимическими циклами.
Поток энергии и круговороты биогенных элементов в
экосистеме.
Энергия Биотический Тепловая
света компонент энергия
Солнце Биогенные
элементы
Абиотический
компонент Поток энергии
Круговорот биогенных элементов
- 5 - На глубине в десятки километров горные породы и ми-нералы подвергаются воздействию высоких давлений и тем-
ператур. В результате происходит метаморфизм (изменение) их структуры, минерального, а иногда и химического соста-
ва, что приводит к образованию метаморфических пород.
Опускаясь ещё дальше в глубь Земли, метаморфические по-
роды 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. Орга-низмы интенсивно поглощают химические элементы из поч-вы, 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 зам-кнут.
- 6 - Часть элементов-"путешественников" уносится за его пределы с поверхностными и грунтовыми водами, часть - на разное время "выключается" из круговорота и задерживает-ся 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 эле-
менты поступают только с атмосферными осадками, а выно-сятся вниз и с водою, и под действием силы тяжести. Расход вещества преобладает над поступлением, о чём говорит са-мо название ландшафтов водоразделов - элювиальные.
На склонах жизнь химических элементов изменяется. Скорость их передвижения резко увеличивается, и они "про
езжают" склоны, как пассажиры, удобно устроившиеся в ку-пе поезда. Ландшафты склонов так и называются - транзит-ными.
"Отдохнуть" от дороги химическим элементам удаётся лишь в аккумулятивных (накапливающих) ландшафтах, рас-
положенных 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 эле-ментов вмешался человек. С начала ХХ столетия деятель-ность человека стала главным способом их путешествия. При добыче полезных ископаемых огромное количество веществ изымается из земной коры. Их промышленная пере
работка сопровождается выбросами химических элементов с отходами производства в атмосферу, воды, почвы. Это за-грязняет среду обитания живых организмов. На земле появ-ляются 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.
Создав биогеохимические "свалки",природа, возможно, хотела предостеречь человека от непродуманной, безнравст-венной деятельности, показать ему на наглядном примере, к чему приводит нарушение распределения химических эле-ментов в земной коре и на её поверхности.
ekollog.ru
Реферат
на тему:"Круговорот
веществ
в природе."- 1 -Деятельность живых организмов сопровождается извле- чением из окружающей их неживой природы больших ко- личеств 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 атмо- сферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.
Приведём некоторые примеры.
Круговорот воды. Под действием энергии Солнца вода
испаряется с поверхности водоёмов и воздушными течени- ями переносятся на большие расстояния. Выпадая на по-
верхность суши в виде осадков, она способствует разруше- нию горных пород и делает составляющие их минералы до-
ступными для растений, микроорганизмов и животных. Она
размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с рас-
творёнными в ней химическими соединениями и взвешен-ными органическими и неорганическими частицами в моря и океаны. Циркуляция воды между океаном и сушей -
важнейшее звено в поддержании жизни на Земле.
Растения участвуют в круговороте воды двояким спо-собом: извлекают её из почвы и испаряют в атмосферу; часть воды в клетках растений расщепляется в процессе фотосинтеза. При этом водород фиксируется в виде органи-
ческих соединений, а кислород поступает в атмосферу.
Животные потребляют воду для поддержания осмоти-ческого и солевого равновесия в организме и выделяют её во внешнюю среду вместе с продуктами обмена веществ.
Круговорот углерода. Углерод поступает в биосферу в
результате фиксации его в процессе фотосинтеза. Коли-чество углерода, ежегодно связываемого растениями, оце-
нивается в 46 млрд. т. Часть его поступает в тело животных
и освобождается в результате дыхания в виде СО2, который
вновь поступает в атмосферу. Кроме того, запасы углерода
в атмосфере пополняются за счёт вулканической деятельно-сти и сжигания человеком горючих ископаемых. Хотя
основная часть поступающего в атмосферу диоксида угле-рода поглощается океаном и откладывается в виде карбона-
тов, содержание СО2 в воздухе медленно, но неуклонно по-
вышается.
- 2 -Круговорот азота. Азот - один из основных биогенных
элементов - в громадных количествах содержится в атмо-сфере, где составляет 80% от общей массы её газообразных
компонентов. Однако в молекулярной форме он не может
использоваться ни высшими растениями, ни животными.
В форму, пригодную для использования, атмосферный азот
переводят электрические разряды (при которых образуются
оксиды азота, в соединении с водой дающие азотистую и азотную кислоты), азотфиксирующие бактерии и синезелё-ные водоросли. Одновременно образуется аммиак, который
другие хемосинтезирующие бактерии последовательно пере-
водят в нитриты и нитраты. Последние наиболее усвояемы для растений. Биологическая фиксация азота на суше со-
ставляет примерно 1 г/м2, а в плодородных областях дости-
гает 20 г/м2.
После отмирания организмов гнилостные бактерии раз-лагают азотсодержащие соединения до аммиака. Часть его
уходит в атмосферу, часть восстанавливается денитрифици-
рующими бактериями до молекулярного азота, но основная
масса окисляется до нитритов и нитратов и вновь использу-ется. Некоторое количество соединений азота оседает в глу-
боководных отложениях и надолго (миллионы лет) выклю-
чается из круговорота. Эти потери компенсируются поступ-
лением азота в атмосферу с вулканическими газами.
Круговорот серы. Сера входит в состав белков и также
представляет собой жизненно важный элемент. В виде со-
единений с металлами - сульфидов - она залегает в виде руд
на суше и входит в состав глубоководных отложений. В до-
ступную для усвоения растворимую форму эти соединения
переводятся хемосинтезирующими бактериями, способными
получать энергию путём окисления восстановленных соеди-
нений серы. В результате образуются сульфаты, которые
используются растениями. Глубоко залегающие сульфаты
вовлекаются в круговорот другой группой микроорганиз-мов, восстанавливающих сульфаты до сероводорода.
- 3 -Круговорот фосфора. Резервуаром фосфора служат за-
лежи его соединений в горных породах. Вследствие вымыва-
ния он попадает в речные системы и частью используется растениями, а частью уносится в море, где оседает в глубо-
ководных отложениях. Кроме того, в мире ежегодно добы-
вается от 1 до 2 млн.т. фосфорсодержащих пород. Большая
часть этого фосфора также вымывается и исключается из
круговорота. Благодаря лову рыбы часть фосфора возвра-
щается на сушу в небольших размерах (около 60 тыс.т. эле-
ментарного фосфора в год).
Из приведённых примеров видно, какую значительную
роль в эволюции неживой природы играют живые орга-низмы. Их деятельность существенно влияет на формиро-вание 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 коли-чествах вносят в почву с удобрениями, применяемыми в сельском хозяйстве. Поэтому азот и фосфор оказались глав-
ной причиной ускоренной эвтрофизации озёр в странах с интенсивным земледелием. Эвтрофизация - это процесс обо-
гащения водоёмов питательными веществами. Она пред-
ставляет собой естественное явление в озёрах, так как реки
приносят питательные вещества с окружающих дренажных
площадей. Однако этот процесс обычно идёт очень медлен-но, в течение тысяч лет.
- 4 -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, обога-щены 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 жи-вых 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 ме-
ханизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первона-чально происходят из абиотического компонента системы,
в который в конце концов и возвращаются либо в качестве
отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разруше-ния организмов. Таким образом, в экосистеме происходит
постоянный круговорот питательных веществ, в котором
участвуют и живой и неживой компоненты. Такие кругово-роты называются биогеохимическими циклами.
Поток энергии и круговороты биогенных элементов в
экосистеме.
Энергия Биотический Тепловая
света компонент энергия
Солнце Биогенные
элементы
Абиотический
компонентПоток энергии
Круговорот биогенных элементов
- 5 -На глубине в десятки километров горные породы и ми-нералы подвергаются воздействию высоких давлений и тем-
ператур. В результате происходит метаморфизм (изменение) их структуры, минерального, а иногда и химического соста-
ва, что приводит к образованию метаморфических пород.
Опускаясь ещё дальше в глубь Земли, метаморфические по-
роды 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. Орга-низмы интенсивно поглощают химические элементы из поч-вы, 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 зам-кнут.
- 6 -Часть элементов-"путешественников" уносится за его пределы с поверхностными и грунтовыми водами, часть - на разное время "выключается" из круговорота и задерживает-ся 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 эле-
менты поступают только с атмосферными осадками, а выно-сятся вниз и с водою, и под действием силы тяжести. Расход вещества преобладает над поступлением, о чём говорит са-мо название ландшафтов водоразделов - элювиальные.
На склонах жизнь химических элементов изменяется. Скорость их передвижения резко увеличивается, и они "про
езжают" склоны, как пассажиры, удобно устроившиеся в ку-пе поезда. Ландшафты склонов так и называются - транзит-ными.
"Отдохнуть" от дороги химическим элементам удаётся лишь в аккумулятивных (накапливающих) ландшафтах, рас-
положенных 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 эле-ментов вмешался человек. С начала ХХ столетия деятель-ность человека стала главным способом их путешествия. При добыче полезных ископаемых огромное количество веществ изымается из земной коры. Их промышленная пере
работка сопровождается выбросами химических элементов с отходами производства в атмосферу, воды, почвы. Это за-грязняет среду обитания живых организмов. На земле появ-ляются 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.
Создав биогеохимические "свалки",природа, возможно, хотела предостеречь человека от непродуманной, безнравст-венной деятельности, показать ему на наглядном примере, к чему приводит нарушение распределения химических эле-ментов в земной коре и на её поверхности.
100-bal.ru
