§ 4. Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ

открытая библиотека учебной информации

§ 4. Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ

Наиболее жизненно важными можно считать вещества, из которых в основном состоят белковые молекулы. К ним относятся углерод, азот, кислород, фосфор, сера.

Биогеохимические циклы углерода, азота и кислорода(рис. 6.9) наиболее совершенны. Благодаря большим атмосферным резервам, они способны к быстрой саморегуляции.

В круговороте углерода, а точнее – наиболее подвижной его формы – СО2, четко прослеживается трофическая цепь: продуценты, улавливающие углерод из атмосферы при фотосинтезе, консументы – поглощающие углерод вместе с телами продуцентов и консументов низших порядков, редуцентов – возвращающих углерод вновь в круговорот.

Скорость оборота СО, составляет порядка 300 лет (полная его замена в атмосфере) (рис. 6.10).

В Мировом океане трофическая цепь: продуценты (фитопланктон) – консументы (зоопланктон, рыбы) – редуценты (микроорганизмы) – осложняется тем, что некоторая часть углерода мертвого организма, опускаясь на дно, «уходит» в осадочные породы и принимает участие уже не в биологическом, а в геологическом круговороте вещества.

Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса, они содержат до 500 млрд т этого элемента͵ что составляет 2/3 его запаса в атмосфере. Вмешательство человека в круговорот углерода приводит к возрастанию содержания С02 в атмосфере.

Скорость круговорота кислорода – 2 тыс. лет (рис. 6.10), именно за это время весь кислород атмосферы проходит через живое вещество. Основной поставщик кислорода на Земле – зелœеные растения. Ежегодно они производят на суше 53-Ю9 т кислорода, а в океанах – 414-109 т.

Главный потребитель кислорода – животные, почвенные организмы и растения, использующие его в процессе дыхания. Процесс круговорота кислорода в биосфере весьма сложен, так как он содержится в очень многих химических соединœениях.

Подсчитано, что на промышленные и бытовые нужды ежегодно расходуется 23% кислорода, который освобождается в процессе фотосинтеза.

Предполагается, что в ближайшее время весь продуцированный кислород будет сгорать в топках, а следовательно, крайне важно значительное усиление фотосинтеза и другие радикальные меры.

Биогеохимический круговорот азота не менее сложен, чем углерода и кислорода, и охватывает всœе области биосферы. Поглощение его растениями ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединœения его с водородом и кислородом.

И это при том, что запасы азота в атмосфере неисчерпаемы (78% от ее объема). Редуценты (деструкторы), а конкретно почвенные бактерии, постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединœения, нитраты и нитриты.

Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды и загрязняет их.

Опасность заключается также и в том, что азот в виде нитратов и нитритов усваивается растениями и может передаваться по пищевым (трофическим) цепям.

Азот возращается в атмосферу вновь с выделœенными при гниении газами. Роль бактерий в цикле азота такова, что если будет уничтожено только 12 их видов, участвующих в круговороте азота͵ жизнь на Земле прекратится. Так считают американские ученые.

Биогеохимический круговорот в биосфере, помимо кислорода, углерода и азота͵ совершают и многие другие элементы, входящие в состав органических веществ, – сера, фосфор, желœезо и др.

Биогеохимические циклы фосфора и серы,важнейших биогенных элементов, значительно менее совершенны, так как основная их масса содержится в резервном фонде земной коры, в «недоступном» фонде.

Круговорот серы и фосфора – типичный осадочный биогеохимический цикл. Такие циклы легко нарушаются от различного рода воздействий и часть обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться опять в круговорот она может лишь в результате геологических процессов или путем извлечения живым веществом биофильных компонентов.

Фосфор содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический круговорот (рис. 6.11) он может попасть в случае подъема этих пород из глубины земной коры на поверхность суши, в зону выветривания. Эрозионными процессами он выносится в море в виде широко известного минœерала – апатита.

Общий круговорот фосфора можно разделить на две части – водную и наземную. В водных экосистемах он усваивается фитопланктоном и передается по трофической цепи вплоть до консументов третьего порядка – морских птиц. Их экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают в круговорот, либо накапливаются на берегу и смываются в море.

Из отмирающих морских животных, особенно рыб, фосфор снова попадает в море и в круговорот, но часть скелœетов рыб достигает больших глубин и заключенный в них фосфор снова попадает в осадочные породы.

В наземных экосистемах фосфор извлекают растения из почв и далее он распространяется по трофической сети. Возвращается в почву после отмирания животных и растений и с их экскрементами.

Теряется фосфор из почв в результате их водной эрозии. Повышенное содержание фосфора на водных путях его переноса вызывает бурное увеличение биомассы водных растений, «цветение» водоемов и их эвтрофикацию.

Большая же часть фосфора уносится в море и там теряется безвозвратно.

Последнее обстоятельство может привести к истощению запасов фосфорсодержащих руд (фосфоритов, апатитов и др.). Следовательно, нужно стремиться избежать этих потерь и не ожидать того времени, когда Земля вернет на сушу «потерянные отложения».

Сера также имеет основной резервный фонд в отложениях и почве, но в отличие от фосфора имеет резервный фонд и в атмосфере (рис. 6.12). В обменном фонде главная роль принадлежит микроорганизмам. Одни из них восстановители, другие – окислители.

В горных породах сера встречается в виде сульфидов (FeS2 и др.), в растворах – в форме иона (SO42-), в газообразной фазе в виде сероводорода (H2S) или сернистого газа (S02). В некоторых организмах сера накапливается в чистом виде (S2) и при их отмирании на дне морей образуются залежи самородной серы.

В морской среде сульфат-ион занимает второе место по содержанию после хлора и является основной доступной формой серы, которая восстанавливается автотрофами и включается в состав аминокислот.

Круговорот серы, хотя ее требуется организмам в небольших количествах, является ключевым в общем процессе продукции и разложения (Ю. Одум, 1986). К примеру, при образовании сульфидов желœеза фосфор переходит в растворимую форму, доступную для организмов.

В наземных экосистемах сера возвращается в почву при отмирании растений, захватывается микроорганизмами, которые восстанавливают ее до H2S. Другие организмы и воздействие самого кислорода приводят к окислению этих продуктов. Образовавшиеся сульфаты растворяются и поглощаются растениями из перовых растворов почвы – так продолжается круговорот.

При этом круговорот серы, так же как и азота͵ может быть нарушен вмешательством человека (рис. 6.12). Виной тому прежде всœего сжигание ископаемого топлива, а особенно угля. Сернистый газ (SO2T) нарушает процессы фотосинтеза и приводит к гибели растительности.

Биогеохимические циклы легко нарушаются человеком. Так, добывая минœеральные удобрения, он загрязняет воду и воздушную среду. В воду попадает фосфор, вызывая эвтрофикацию, азотистые высокотоксичные соединœения и др.

Иными словами, круговорот становится не циклическим, а ациклическим. Охрана природных ресурсов должна быть, в частности, направлена на то, чтобы ациклические биогеохимические процессы превратить в циклические.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, всœеобщий гомеостаз биосферы зависит от стабильности биогеохимического круговорота веществ в природе. Но являясь планетарной экосистемой, она состоит из экосистем всœех уровней, в связи с этим первоочередное значение для ее гомеостаза имеют целостность и устойчивость природных экосистем.

Контрольные вопросы

1. Что такое биосфера и чем она отличается от других оболочек Земли?

2. Из чего состоят абиотическая и биотическая части биосферы как глобальной экосистемы (экосферы)?

3. Что понимал В. И. Вернадский под живым веществом и какие биохимические принципы лежат в основе биогенной миграции?

4. Как происходит большой круговорот веществ и воды в природе?

5. Как и какие важнейшие функции живого вещества обеспечиваются посредством малого круговорота веществ в природе?

6. Из каких частей состоит биогеохимический круговорот веществ?

7. В чем особенности биогеохимических циклов базовых биогенных элементов?

ГЛАВА 7

Источник: http://oplib.ru/random/view/1205270

Биогеохимические циклы углерода, азота, фосфора — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс)

§ 4. Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ

Циркуляция химических элементов (веществ) в биосфере называется биогеохимическими циклами.

Обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой называют биогеохимическим круговоротом, или биогеохимическим циклом.

Живые организмы играют в этих процессах решающую роль.
Необходимые для жизни элементы условно называют биогенными (дающими жизнь) элементами, или питательными веществами. Различают две группы питательных веществ:

  • к макротрофным веществам относятся элементы, которые составляют химическую основу тканей живых организмов. Это углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера.
  • Микротрофные вещества включают в себя элементы и их соединения, также необходимые для существования живых систем, но в исключительно малых количествах. Такие вещества часто называют микроэлементами. Это железо, марганец, медь, цинк, бор, натрий, молибден, хлор, ванадий и кобальт. Недостаток микроэлементов может оказывать сильное влияние на живые организмы (в частности, ограничивать рост растений), так же как и нехватка биогенных элементов.

Биогенные элементы благодаря участию в круговороте могут использоваться неоднократно. Запасы биогенных элементов непостоянны: некоторая их часть связана и входит в состав живой биомассы, что снижает количество, остающееся в среде экосистемы.

И если бы растения и другие организмы в конечном счёте не разлагались, запас питательных веществ исчерпался бы, и жизнь на Земле прекратилась.

Отсюда можно сделать вывод, что активность гетеротрофных организмов, в первую очередь редуцентов, — решающий фактор поддержания круговорота биогенных элементов и сохранения жизни.

Биогеохимический цикл углерода

Рассмотрим биогеохимический цикл углерода. Естественным источником углерода, используемого растениями для синтеза органического вещества, служит углекислый газ, входящий в состав атмосферы или находящийся в растворённом состоянии в воде. Основные звенья круговорота углерода показаны на рисунке.

В процессе фотосинтеза углекислый газ превращается растениями в органическое вещество, служащее пищей животным.

Дыхание, брожение и сгорание топлива возвращают углекислый газ в атмосферу.
Запасы углерода в атмосфере оцениваются в \(700\) млрд т, а в гидросфере — в \(50\) \(000\) млрд т. Согласно расчётам, за год в результате фотосинтеза прирост растительной массы на суше и в воде равен соответственно \(50\) и \(180\) млрд т.

Биогеохимический цикл азота

Циркуляция биогенных элементов обычно сопровождается их химическими превращениями.

Нитратный азот, например, может превращаться в белковый, затем переходить в мочевину, превращаться в аммиак и вновь синтезироваться в нитратную форму под влиянием микроорганизмов.

В биохимическом цикле азота действуют различные механизмы, как биологические, так и химические. Схема циркуляции азота в биосфере представлена на рисунке.

Биогеохимический цикл фосфора

Одним из наиболее простых циклов является цикл фосфора. Основные запасы фосфора содержат различные горные породы, которые постепенно (в результате разрушения и эрозии) отдают свои фосфаты наземным экосистемам. Фосфаты потребляют растения и используют их для синтеза органических веществ.

При разложении трупов животных микроорганизмами фосфаты возвращаются в почву и затем снова используются растениями. Помимо этого часть фосфатов выносится с током воды в море. Это обеспечивает развитие фитопланктона и всех пищевых цепей с участием фосфора. Часть фосфора, содержащаяся в морской воде, может вновь вернуться на сушу в виде гуано — экскрементов морских птиц.

Там, где они образуют большие колонии, гуано добывают как очень ценное удобрение.

Некоторые организмы могут играть исключительно важную роль в круговороте фосфора. Моллюски, например, фильтруя воду и извлекая оттуда мелкие организмы, их остатки, захватывают и удерживают большое количество фосфора.

Несмотря на то что роль моллюсков в пищевых цепях прибрежных морских сообществ невелика (они не образуют плотных скоплений с высокой биомассой, их пищевая ценность невысока), эти организмы имеют первостепенное значение как фактор, позволяющий сохранить плодородие той зоны моря, где они обитают.

Популяции моллюсков подобны природным аккумуляторам, только вместо электроэнергии они накапливают и удерживают фосфор, необходимый для поддержания жизни в прибрежных зонах морей. Иначе говоря, популяция этих организмов более важна для экосистемы как «посредник» в обмене веществом между живой и неживой природой (сообществом и биотопом).

Этот пример — хорошая иллюстрация того, что ценность вида в природе не всегда зависит от таких показателей, как его обилие или сырьевые качества. Эта ценность может проявляться лишь косвенно и не всегда обнаруживается при поверхностном исследовании.

Источники:

Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.

http://900igr.net

http://www.studmed.ru/view/lekcii-ekologiya_b85c352111d.html

Источник: https://www.yaklass.ru/p/biologia/obschie-biologicheskie-zakonomernosti/osnovy-ekologii-13908/biosfera-13976/re-683557c9-1a09-4354-8161-cfd820615fb7

Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ

§ 4. Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ

Наиболее жизненно важными можно считать вещества, из которых, в основном, состоят белковые молекулы. К ним относятся углерод, азот, кислород, фосфор, сера.

В Мировом океане трофическая цепь: продуценты (фитопланктон) — консументы (зоопланктон, рыбы) — редуценты (микроорганизмы) — осложняется тем, что некоторая часть углерода мертвого организма, опускаясь на дно, «уходит» в осадочные породы и участвует уже не в биологическом, а в геологическом круговороте вещества.

Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса, они содержат до 500 млрд т этого элемента, что составляет 2/3 его запаса в атмосфере. Вмешательство человека в круговорот углерода приводит к возрастанию содержания С02 в атмосфере.

Главный потребитель кислорода — животные, почвенные организмы и растения, использующие его в процессе дыхания. Процесс круговорота кислорода в биосфере весьма сложен, так как он содержится в очень многих химических соединениях.

Подсчитано, что на промышленные и бытовые нужды ежегодно расходуется 23% кислорода, который высвобождается в процессе фотосинтеза.

Предполагается, что в ближайшее время весь продуцированный кислород будет сгорать в топках, а следовательно, необходимо значительное усиление фотосинтеза и другие радикальные меры.

Биогеохимический круговорот азота не менее сложен, чем углерода и кислорода, и охватывает все области биосферы. Поглощение его растениями ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединения его с водородом и кислородом.

И это при том, что запасы азота в атмосфере неисчерпаемы (78% от ее объема). Редуценты (деструкторы), а конкретно почвенные бактерии, постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты.

Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды и загрязняет их.

Опасность заключается также и в том, что азот в виде нитратов и нитритов усваивается растениями и может передаваться по пищевым (трофическим) цепям.

Азот возвращается в атмосферу вновь с выделенными при гниении газами. Роль бактерий в цикле азота такова, что, если будет уничтожено только 12 их видов, участвующих в круговороте азота, жизнь на Земле прекратится. Так считают американские ученые.

Биогеохимический круговорот в биосфере, помимо кислорода, углерода и азота, совершают и многие другие элементы, входящие в состав органических веществ, — сера, фосфор, железо и др.

Биосфера и человек: структура биосферы.

Не могло не изменить естественных процессов массовое истребление человеком растений и животных. К примеру, плиоценовое исчезновение крупных животных, по всей вероятности, происходило не только из-за прямого преследования, но и в результате нарушения цепей питания, в целом пищевых сетей, что вело к преобразованию экосистем.

Современное уничтожение видов, которое идет намного быстрее, чем во времена плиоценового перепромысла, должно вести и ведет к процессам, обратным к названным Э.И. Колчинским – снижается биомасса, продуктивность и информационность биосферы, меняется характер аккумуляции солнечной энергии в поверхностных оболочках планеты и т.п.

Отсюда закономерности эволюции биосферы необходимо рассматривать как в прогрессивном, так и в регрессивном плане.

Эволюция живого началась с возникновения форм преджизни, а в дальнейшем и праорганизмов.

С этого геологического времени начал действовать принцип Реди: живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница, несмотря на то что имеется постоянное взаимодействие. В дальнейшем данное обобщение было заново сформулировано В. И. Вернадским в 1924 г.

Именно этот принцип служит подосновой сложения экосистем в рамках таких закономерностей, как разграничение между живым и неживым. Взаимосвязь между ними формирует дополнительность и соответствие внутри биотического сообщества и связь биотоп-биоценоз.

В реальной эволюции принцип Реди проявляется весьма многообразно – способы видообразования, сложения био-, экобио- и экосистем многочисленны, хотя и подчиняются общим законам биологической микро- и макроэволюции, а также экогенез.

На разных этапах развития биосферы процессы в ней не были одинаковыми, несмотря на то что шли по аналогичным схемам.

Наличие ярко выраженного круговорота веществ, согласно закону глобального замыкания биогеохимического круговорота, является обязательным свойством биосферы любого этапа ее развития. Вероятно, это непреложный закон ее существования.

Следует особо обратить внимание на увеличение доли биологического, а не геохимического, компонента в замыкании биогеохимического круговорота веществ.

Ныне существующий тип биогеохимического обмена, состоящий из автотрофов-процудентов, гетеротрофов-консументов и гетеротрофов-редуцентов со все большим ростом управляющего значения среднего звена, практически сложился в середине мелового периода.

Если на первых этапах эволюции преобладал общебиосферный цикл – большой биосферный круг обмена (сначала только в пределах водной среды, а затем разделенный на два подцикла – суши и океана), то в дальнейшем он стал дробиться. Вместо относительно гомогенной биоты появились и все глубже дифференцировались экосистемы различного уровня иерархии и географической дислокации. Приобрели важное значение малые, биогеоценотические, обменные круги. Возник так называемый “обмен обменов” – стройная система биогеохимических круговоротов с высочайшим значением биотической составляющей.

Деятельность человека ведет к гомогенизациисистем биосферы. Все больше “стираются” элементарные экосистемы, превращаясь в “монотонные” агросистемы, однообразные по биогеохимическим характеристикам культурные ландшафты. При этом снижается степень замкнутости биогеохимических циклов.

Вероятно, в этом заключается секрет накопления в биосфере, и в первую очередь в атмосфере, малых газовых примесей, выброса тех веществ, которые, естественно, образуются в меньшем количестве и обычно ранее утилизировались биотой практически полностью.

Чем больше организмы воздействовали на среду биосферы, тем интенсивнее шла эволюция. Этот принцип максимума эффекта внешней работы, закон саморазвития биосистем или закон исторического развития биологических систем, был сформулирован в 1935 г. Э.

Бауэром: развитие биологических систем является результатом увеличения их внешней работы – воздействия этих систем на окружающую среду.

Антропогенное воздействие на окружающую среду оказалось деструктивным.

Эволюция вынуждена идти экстенсивно, под воздействием внешних факторов, с темпом, диктуемым не ходом естественных явлений, а трансформацией природы человеком.

Закон исторического развития биосистем работает не в полной мере или совсем не работает в силу того, что роль биотического воздействия на среду относительно снизилась. Преобладает преобразующая деятельность человека.

Источник: https://studopedia.net/4_44240_biogeohimicheskie-tsikli-naibolee-zhiznenno-vazhnih-biogennih-veshchestv.html

Лекция 10. Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ

§ 4. Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ

Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ.

1.Биогеохимические процессы в биосфере. Типы миграции вещества

2.Круговороты газообразного и осадочного циклов

3.Круговороты макро- и микроэлементов. Круговорот воды

4.Круговорт углерода, азота, фосфора и серы

Литература

1.Акимова Т.А,,Хаксин В.В.Экология.М.,2000.

2.Вернадский В.И. Живое вешество.М.,1978

1.Маврищев В.В, Основы экологии.Минск.,2007.

2.Одум Ю. Экология: В 2т. Пер.с.англ.М.,1986.

Количество неорганических веществ, из которых автотрофы создают органические вещества в биосфере конечно, но оно приобрело свойство бесконечности через круговороты веществ.

Круговорот веществ – многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере, литосфере в том числе и в тех их частях, которые входят в состав биосферы.

Основных круговоротов веществ в природе 2: большой (геологический) и малый (биохимический).

Большой (геологический) круговорот веществ в природе обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.

Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму – источник новых магматических пород.

После поднятия этих пород на поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы (рис. 6.7. стр. 162). Процесс происходит по спирали, т.е.

новый цикл круговорота не повторяет в точности предыдущий, а вносит что-то новое, что со временем приводит к значительным изменениям.

К большому круговороту относится и круговорот воды между сушей и океаном, через атмосферу.

Малый (биохимический) круговорот веществ в природе, в отличие от большого, совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.

Данный круговорот для жизни биосферы главный. Он является порождением жизни и поддерживается живым веществом.

Главным источником энергии круговорота является солнечный свет, который обеспечивает фотосинтез. Эта энергия неравномерно распределяется по поверхности земного шара. Например, на экваторе, количество тепла на единицу поверхности в 3 раза больше, чем на архипелаге Шпицберген (800 с.ш.). В зависимости от типа переноса вещества и энергии в экосистемах выделяют 2 вида малого круговорота.

1. Биологический – перенос вещества и энергии осуществляется преимущественно посредством трофических связей (пищевых цепей) (рис. 5.1. стр. 119).

Он предполагает замкнутый цикл веществ, многократно используемых трофической цепью и имеет место в водных экосистемах, особенно в планктоне с его активным метаболизмом. Но в наземных экосистемах он невозможен, за исключением дождевых тропических лесов, где может быть обеспечена передача питательных веществ от растения к растению.

В масштабах биосферы такой круговорот невозможен. Здесь действует другой круговорот.

2.Биогеохимический – обмен микро- и макроэлементов и простых неорганических веществ (СО2, Н2О) с веществом атмосферы, гидросферы и литосферы.

Круговорот отдельных веществ В.И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами.

Суть цикла в том, что химические элементы, поглощенные организмом, впоследствии его покидают, уходят в абиотическую среду, затем, через какое-то время, снова попадают в живой организм и т.д.

Такие элементы называются биофильными (биогенными). Данные элементы или их соединения необходимы для жизнедеятельности организмов, их роста, размножения.

Элементы, необходимые организмам в больших количествах носят название макробиогенные элементы. Это основные – С, N, O, H, и не основные – Ca, Mg, Na, Cl, K.

Остальные элементы называются микробиогенными. Это Fe, Co, I, F, CU, Br, Se, Si, B и др. Отсутствие или недостаток микробиогенных элементов ведет к заболеваниям организмов.

Большинство элементов на Земле находятся в таком состоянии, что они не могут использоваться живыми организмами прямо, но в процессе круговорота происходит преобразование их в те формы, которые могут быть использованы живыми организмами.

Соединения биогенных элементов, необходимых организму называются питательными веществами. Это:

· органические вещества (белки, жиры, углеводы, витамины);

· неорганические вещества (вода, минеральные соли, СО2).

Наибольшее значение имеют круговороты воды, углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора и серы.

Круговороты газообразного и осадочного циклов

Все биогеохимические круговороты подразделяют на 2 основных типа: круговорот газообразных веществ и осадочные циклы.

Круговорот газообразных веществ – заключается в перемещении питательных веществ из атмосферы и гидросферы в живые организмы и обратно; они быстротечны и длятся от нескольких часов до нескольких дней.

Осадочные циклы включают движение питательных веществ между земной корой (почва, горные породы), гидросферой и живыми организмами. Элементы в этих циклах перемещаются значительно медленнее, чем в газообразных циклах. ряде случаев период их обращения достигает нескольких тысяч лет; в осадочных циклах участвуют более 35 химических элементов (Р, Са, S, Fe и др.)

Круговоротом в целом обеспечиваются важнейшие функции живого вещества. В.И. Вернадский выделил 5 таких функций:

1. газовая – основные газы атмосферы земли, азот и кислород биогенного происхождения, как и все подземные газы – продукт разложения отмершей органики;

2. концентрационная – организмы накапливают в своих телах многие химические элементы, среди которых на первом месте стоит С – среди неметаллов, Са – среди металлов. Концентраторами Si являются диатомовые водоросли, I – морские водоросли (ламинария), Р – скелеты позвоночных животных;

3. окислительно-восстановительная – организмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или же осаждения ряда металлов (V, Mn, Fe) и неметаллов (S) с переменной валентностью;

4. биохимическая – размножение, рост, и перемещение в пространстве(«расползание») живого вещества;

5. биогеохимическая деятельность человека – охватывает все разрастающееся количество веществ земной коры, в том числе таких концентраторов С, как уголь, нефть, газ, и др., для хозяйственных и бытовых нужд.

В биогеохимических круговоротах следует различать две части:

1. резервный фонд – огромная масса движущихся веществ, не связанных с организмами;

2. обменный фонд – значительно меньший, но весьма активный, обусловленный прямым обменом биогенным веществом между организмами и их непосредственным окружением.

Следует отметить лишь один-единственный на Земле процесс, который не тратит, а запасает, связывает солнечную энергию – это создание органического вещества в результате фотосинтеза. В связывании и запасании солнечной энергии и заключается основная планетарная функция живого вещества на земле.

Кругообороты воды, углерода, азота, фосфора и серы.

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 |

28

| 29 | 30 | 31 | 32 | 33 |

Источник: https://studall.org/all-53263.html

Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ — allRefs.net

§ 4. Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ

Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ – Лекция, раздел Экология, Раздел первый. Теоретические основы экологии Углерод, Азот И Кислород Относятся К Наиболее Жизненно Важным Биогенным Элеме…

Углерод, азот и кислород относятся к наиболее жизненно важным биогенным элементам, из которых в основном состоят белковые молекулы. Фосфор и сера не менее важны, чем углерод, азот и кислород, для ряда белковых молекул и тоже относятся к важнейшим биогенным элементам.

Биогеохимические циклы углерода, азота и кислорода наиболее совершенны и способны к быстрой саморегуляции благодаря большим запасам этих газов в атмосфере.

В круговороте углерода (СО2) (скорость оборота порядка 300 лет) четко прослеживается трофическая цепь: продуценты, улавливающие углерод из атмосферы при фотосинтезе, консументы – поглощающие углерод вместе с телами жертв, редуценты – возвращающие углерод вновь в круговорот.

В Мировом океане часть углерода мертвого организма «уходит» в осадочные породы и участвует уже в геологическом круговороте. Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса: 500 млрд. т – 2/3 от его запаса в атмосфере.

Вмешательство человека в круговорот этого элемента приводит к возрастанию содержания СО2 в атмосфере.

Скорость круговорота кислорода – две тысячи лет, именно за это время весь кислород атмосферы проходит через живое вещество. Основной поставщик кислорода на Земле – зеленые растения. С круговоротом кислорода тесно связано образование в высоких слоях атмосферы озона.

Главный потребитель кислорода – животные и растения, расходующие его на дыхание. Но и на промышленные и бытовые нужды ежегодно расходуется 23 % кислорода, образовавшегося в процессе фотосинтеза. Предполагается, что к 2010 г.

весь продуцированный кислород будет сгорать в топках, а следовательно, необходимы усиление фотосинтеза и другие радикальные меры.

Биогеохимический круговорот азота не менее сложен. Растениями он усваивается только в форме соединения его с водородом и кислородом. Редуценты, а конкретно, почвенные бактерии, постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты.

Азот в виде нитратов и нитритов усваивается растениями и может передаваться по трофическим цепям, отравляя консументов. Часть нитратов в процессе круговорота загрязняет подземные воды. Азот возвращается в атмосферу вновь с выделенными при гниении газами.

Роль бактерий в цикле азота такова, что если будет уничтожено только двенадцать их видов, участвующих в круговороте азота, жизнь на Земле прекратится.

Биогеохимнческие циклы фосфора и серы значительно менее совершенны, чем циклы указанных выше веществ, так как это типичный осадочный биогеохимический цикл. Возвратиться опять в круговорот эти биогены могут лишь в результате геологических процессов или путем извлечения их из окружающей среды живым веществом.

Фосфор содержится в горных породах и может попасть в круговорот в случае выветривания этих пород. В его круговороте выделяют две части – водную и наземную. В водных экосистемах он усваивается фитопланктоном и передается по трофической цепи вплоть до консументов третьего порядка – морских птиц.

С их экскрементами (гуано) фосфор снова попадает в море и вступает в круговорот, туда же он возвращается и из отмирающих морских животных, но часть их скелетов достигает дна и он снова попадает в осадочные породы.

В наземных экосистемах растения извлекают фосфор из почв, возвращается он в почву после отмирания организмов и с их экскрементами, а теряется из нее в результате водной эрозии.

Сера не является лимитирующим биогеном, так как ее природные ресурсы достаточно велики. Она, как и фосфор, имеет основной резервный фонд в породах и почве, но, кроме того, имеет резервный фонд и в атмосфере.

В горных породах сера встречается в виде сульфидов (FeS2 и др.), в растворах – в форме иона (SO42-), в газообразной фазе – в виде сероводорода (H2S) или сернистого газа (SO2). В морской среде сульфат-ион является основной доступной формой серы для автотрофов.

В наземных экосистемах сера возвращается в почву при отмирании растений, окисляется, и возникшие сульфаты поглощаются растениями из почвенных растворов- так продолжается круговорот. Круговорот серы является ключевым при продуцирований и разложении (Ю. Одум, 1986).

Например, при образовании сульфидов железа растворим фосфор и доступен организмам.

Однако круговорот серы может быть нарушен вмешательством человека: сернистый газ (S02), являющийся продуктом сжигания топлива, нарушает процессы фотосинтеза и приводит к гибели растительности. Биогеохимические циклы легко нарушаются человеком и становятся ациклическими.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Раздел первый. Теоретические основы экологии

Лекция экология как наука и история ее развития.. план лекции предмет экологии ее структура задачи экологии..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ

Источник: http://allrefs.net/c54/45dhk/p18/

6.4 Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ

§ 4. Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ

Наиболеежизненно важными можно считать веществаиз которых в основном состоят белковыемолекулы. К ним отно­сятся углерод,азот, кислород, фосфор, сера.

Биогеохимическиециклы углерода, азота и кислорода(рис.6.12)наиболее совершенны.

В кру­говоротовуглерода,а точнее— наиболееподвижной его фор­мы— СО2,четко прослеживается трофическая цепь:продуцен­ты,улавливающие углерод из атмосферы прифотосинтезе, консументыпоглощающие углерод вместе с теламипроду­центов и консументов низшихпорядков, редуцентоввозвра­щающих углерод вновь вкруговорот. Скорость оборота СО2составляет порядка300 лет(полная его замена в атмосфере) (рис.6.11). ВМировом океане трофическая цепь:продуценты (фито­планктон)— консументы(зоопланктон,рыбы)— редуценты(микроорганизмы)— осложняетсятем, что некоторая часть уг­леродамертвого организма, опускаясь на дно,«уходит» в оса­дочные породы и участвуетуже не в биологическом, а в геоло­гическомкруговороте вещества.

Резервуаромбиологически связанного углеродаяв­ляются леса, они содержат до500 млрд тэтого элемента, что составляет2/3 егозапаса в атмосфере. Вмешательствочелове­ка в круговорот этого элементаприводит к возрастанию содер­жанияСО2в атмосфере.

Рис.6.8 Схемабиогеохимического круговорота веществ на суше

Скоростькруговоротакислорода2тыс. лет (рис.6.9), именноза это время весь кислород атмосферыпроходит через живое вещество. Основнойпоставщик кислорода на Земле— зеленыерастения. Ежегодно они производят насуше 53-109т кислорода, а в океанах— 414-109т.

Рис.6.9. Темпыциркуляции веществ

Главныйпотребитель кислорода— животные,почвенные организмы и растения,использующие его в процессе дыхания.Процесс круговорота кислорода в биосферевесьма сложен, так как он содержится вочень многих химических соединениях.

Подсчитано,что на промышленные и бытовые нуждыеже­годно расходуется23% кислорода,который освобождается в процессефотосинтеза.

Биогеохимическийкруговоротазота неменее сложен, чем углерода и кислорода,и охватывает все области биосферы.По­глощение его растениями ограничено,так как они усваивают азот только вформе соединения его с водородом икислоро­дом.

Редуценты, а конкретнопочвенные бактерии, постепенно разлагаютбелковые вещест­ва отмерших организмови превращают их в аммонийные со­единения,нитраты и нитриты. Часть нитратовпопадает в про­цессе круговорота вподземные воды и загрязняет их.

Опасностьзаключается также и в том, что азот ввиде нит­ратов и нитритов усваиваетсярастениями и может передавать­ся попищевым цепям. Азот возвращается ватмосферу вновь с выделенными пригниении газами. Роль бактерий в циклеазота такова, что если будет уничтоженотолько двенадцать их видов, участвующихв круговороте азота, жизнь на Землепрекратится. Так считают американскиеученые.

Биогеохимическийкруговорот в биосфере, помимо кисло­рода,углерода и азота, совершают и многиедругие элементы, входящие в составорганических веществ,— сера,фосфор, же­лезо и др.

Биогеохимическиециклы фосфора и серы,важней­ших биогенных элементов,значительно менее совершенны, так какосновная их масса содержится в резервномфонде зем­ной коры.

Круговоротсеры и фосфора— осадочныйбио­геохимический цикл.Такие циклы легко нарушаются отраз­личного рода воздействий и частьобмениваемого материала выходит изкруговорота. Возвратиться опять вкруговорот она может лишь в результатегеологических процессов или путемизвлечения живым веществом.

Фосфорсодержится в горных породах, образовавшихсяв прошлые геологические эпохи. Вбиогеохимический кругово­рот он можетпопасть в случае подъема этих пород изглубины земной коры на поверхностьсуши, в зону вывет­ривания. Эрозионнымипроцессами он выносится в море в виде минерала— апатита.

Общийкруговорот фосфора можно разделить надве час­ти— воднуюи наземную. В водных экосистемах онусваива­ется фитопланктоном ипередается по трофической цепи вплотьдо консументов третьего порядка— морскихптиц.

Вназемных экосистемах фосфор извлекаютрастения из почв и далее он распространяетсяпо трофической сети. Воз­вращается впочву после отмирания животных и растенийи с их экскрементами.

Теряется фосфориз почв в результате эрозии. Повышенноесодержание фосфора на водных вызываетбурное увеличение биомассы вод­ныхрастений, «цветение» водоемов.

Боль­шаяже часть фосфора уносится в море и тамтеряется без­возвратно.

Сератакже имеет основной резервный фонд вотложени­ях и почве, но в отличие отфосфора имеет резервный фонд и в атмосфере(рис.6.15). Вобменном фонде главная роль при­надлежитмикроорганизмам. Одни из них восстановители,другие— окислители.

Вгорных породах сера встречается в видесульфидов (FeS2и др.), в растворах— в формеиона (SO42-),в газообразной фазе в виде сероводорода(H2S)или сернистого газа (50д). В некото­рыхорганизмах сера накапливается чистомвиде (S2)и при их отмирании на дне морей образуютсязалежи самородной серы.

Рис.6.10. Круговоротсеры

Вморской среде сульфат-ион занимаетвторое место по со­держанию послехлора и является основной доступнойформой серы, которая восстанавливаетсяавтотрофами и включается в составаминокислот.

«Кольцо» в центре схемыиллюстрирует процесс окисления (О) ивосстановление (R),благодаря которым происходит обменсеры между фондом доступ­ного сульфата(SO4,)и фондом сульфидов железа, находящихсяглубоко в почве и в осадках вернет насушу «потерян­ные отложения».

Круговоротсеры,содержится в организмах в неболь­шихколичествах, но является ключевым вобщем процессе про­дукции и разложения.

В наземных экосистемах сера возвращаетсяв почву при от­мирании растений,захватывается микроорганизмами, которыевосстанавливают ее до H2S.Другие организмы и воздействие самогокислорода приводят к окислениюэтих продуктов.

Об­разовавшиеся сульфаты растворяютсяи поглощаются растения­ми из поровыхрастворов почвы— такпродолжается кругово­рот.

Однакокруговорот серы, так же как и азота,может быть нарушен вмешательствомчеловека.Причиной тому пре­жде всего сжиганиеископаемого топлива, а особенно угля.Сер­нистый газ(SO2)нарушает процессы фотосинтеза и приводитк гибели растительности.

Биогеохимическиециклы легко нарушаются человеком. Так,добывая полезные ископаемые человек, загрязняет воду и воздушную среду и др.Круговорот становится не циклическим,а ацикличе­ским.Охрана природных ресурсов должна быть,в частности, направлена на то, чтобыациклические биогеохимические про­цессыпревратить в циклические.

Контрольныевопросы

1.Чтотакое биосфера и чем она отличается отдругих обо­лочек Земли?

2.Изчего состоят абиотическая и биотическаячасти био­сферы как глобальнойэкосистемы?

3.Чтопонимал В. И. Вернадский под живымвеществом и какие биохимические принципылежат в основе биогенной миграции?

4.Какпроисходит большой круговорот веществи воды в природе?

5.Каки какие важнейшие функции живого веществаобеспе­чиваются посредством малогокруговорота веществ в при­роде?

6.Изкаких частей состоит биогеохимическийкруговорот веществ?

7.Вчем особенности биогеохимических цикловосновных биогенных элементов?

Тестыдля самоконтроля:

1. Биологическийкруговорот веществ есть:

а)обмен веществом и энергией междуразличными компонентами биосферы,который обусловлен приливами и отливами

b)обмен веществом и энергией междуразличными компонентами биосферы,который обусловлен деятельностьюживотных

c)обмен веществом и энергией междуразличными компонентами биосферы,который обусловлен жизнедеятельностьюбактерий

d)обмен веществом и энергией междуразличными компонентами биосферы,который обусловлен жизнедеятельностьюмногообразия видов живых существ иносит циклический характер

2.Живое вещество находится в настоящихвзаимодействии их с окружающей средой,основные виды которых:

а) вещественные,энергетические, информационные

b)вещественные, химические, физические

c)физические, химические, пространственные

d)вещественные, молекулярные, генетические

3. Живое веществобиосферы образовано совокупностьюособей:

а) всех видовживотных, включая человека

b)всех видов растений и животных

c)всех организмов, населяющих биосферу,включая человека

d)всех видов растений, включая человека

4.Для живого вещества биосфере наиболееважны следующие характеристики

а)продуктивность природной зоны, природноесообщество химический состав

b)разнообразие, продуктивность биомассы,химический состав, участие в круговоротевеществ

c)разнообразие, продуктивность, численностьособей, природная зона

d)продуктивность, круговорот веществ,химический состав, пространство

5. Что являетсядоказательством того, что человечествостановится мощной геологической силой

а) изменение климата

b)загрязнение атмосферы

c)истощение водных ресурсов

d)ухудшение здоровья населения

e)разрушение природных систем жизнеобеспечения

Источник: https://studfile.net/preview/5566125/page:17/

Биогеохимические циклы наиболее важных биогенных элементов

§ 4. Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ

Контрольная работа

Выполнил:

студент гр. №4ЭН01з Кочелабова В. И.

Проверил:

доцент, кандидат химических наук

Осипова В. Ю.

№зач.книжки 0814538

Казань, 2017г.

Введение
1. Биогеохимические круговороты: азота, кислорода, фосфора, углерода.
1. 1 Биогеохимические циклы наиболее важных биогенных элементов.
1. 2 Круговорот кислорода
1. 3 Биогеохимический круговорот азота
1.4 Биогеохимические циклы фосфора
2. Экологическая экспертиза проектов. Цель и задачи экологической экспертизы.
3. Задача. Вариант №9
Заключение
Список использованной литературы

Введение

C тех пор, как человек существует на Земле, он непрерывно взаимодействует с окружающей его природой. Взаимодействие это носит как непосредственный характер, так и опосредованный.

Основу непосредственного взаимодействия человека с окружающей его природной средой составляет общий для всех организмов биологический обмен веществ в процессе питания, дыхания и отравления различных выделительных функций.

Однако наиболее специфическим и значимым для людей как социальных существ является опосредованный способ взаимодействия с природой благодаря применению различных технических приспособлений, начиная с едва отесанного каменного зубила и кончая современным атомным реактором.

При таком взаимодействии также происходит обмен веществ между человеком и природой, но темпы его развития и наращивание масштабов существенно отличаются от непосредственного обмена, поскольку нарастание его не ограничивается естественными размерами тел организмов, а обусловлено развитием знаний и соответственным совершенствованием технических приспособлений, применяемых людьми.

Таким образом, взаимодействие в этом случае развивается по принципу положительной обратной связи. Чём более совершенствуются техника и технологии, тем большие массы природного вещества приводятся ими в движение, и этот процесс может идти с непрерывным нарастанием, пока не возникнет какое-либо внешнее непреодолимое препятствие.

Экологическая экспертиза расценивается многими специалистами как один из важных и эффективных правовых инструментов, который предотвращает нанесение вреда окружающей природной среде.

В настоящее время уже никто не сможет отрицать, что негативное воздействие людей на окружающую природную среду с целью удовлетворить различные, прежде всего, материальные потребности человека.

Из-за этого вот отрицательного воздействия на природу люди уже давно живут в экологическом кризисе.

Об этом говорит нарушение равновесия в экологических системах и в отношениях человеческого общества с природой

Составляющие этого кризиса многогранны. Это и состояние земель: активно идет усиление процессов эрозии почвы, загрязнение её тяжелыми металлами и радионуклидами, увеличение площадей с сильно кислыми почвами и пр.

Неблагоприятны условия существования лесов – достаточно информации, например, о таких проблемах как их чрезмерной вырубке, ущербе от лесных пожаров и повреждения вредителями и кислыми дождями.

Вызывает тревогу и состояние водных источников – загрязнение пресных вод, отсутствие или неэффективность систем очистки, что приводит к сокращению запасов и уловов ценных видов рыб.

«По некоторым оценкам, предотвращение загрязнения природной среды обходится в четыре – пять раз дешевле, чем ликвидация негативных последствий экологически необоснованных решений»

Биогеохимические круговороты: азота, кислорода, фосфора, углерода.

Биогеохимические циклы наиболее важных биогенных элементов.

К ним можно отнести вещества, из которых состоят белковые молекулы. К ним относятся углерод, фосфор, азот, кислород.

В круговороте углерода, а точнее – наиболее подвижной его формы – СО2,четко прослеживается трофическая цепь: продуценты, улавливающие углерод из атмосферы при фотосинтезе, консументы – поглощающие углерод вместе с телами продуцентов и консументов низших порядков, редуцентов – возвращающих углерод вновь в круговорот. Скорость оборота СО2составляет порядка 300 лет (полная замена его в атмосфере).

В мировом океане трофическая цепь: продуценты (фитопланктон) – консументы (зоопланктон, рыбы) – редуценты (микроорганизмы) – осложняется тем, что некоторая часть углерода мертвого организма, опускаясь на дно, «уходит» в осадочные породы и участвует уже не в биологическом, а в геологическом круговороте.

Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса, они содержат до 500 млрд т этого элемента, что составляет 2/3 его запаса в атмосфере.(1) В биомассе лесов содержится в 1,5 раза, а в гумусе, содержащемся в почве, в 4 раза больше СО2, чем в атмосфере.

Фотосинтезирующий «зеленый пояс» Земли и карбонатная система моря поддерживают постоянный уровень СО2 в атмосфере.

Однако стремительное увеличение потребления горючих ископаемых, а также уменьшение поглотительной способности «зеленой пояса» приводят к тому, что содержание СО2 в атмосфере постепенно растет.

Предполагают, что если уровень СО2 в атмосфере будет превышен вдвое (до начала активного влияния человека на окружающую среду он составлял 0,29%), то не исключено повышение глобальной температуры на 1,54,5°С.

Это может привести к таянию ледников и как следствие – к повышению уровня Мирового океана, а также к неблагоприятным последствиям в сельском хозяйстве. В настоящее время в развитых государствах существует национальная научноисследовательская программа по ведению сельского хозяйства на случай потепления или похолодания климата.

С наступлением научнотехнического прогресса сбалансированные прежде потоки углерода между атмосферой, материками и океанами начинают поступать в атмосферу в количестве, которое не полностью может связаться растениями.

Помимо СО2 в атмосфере в небольших количествах присутствуют оксид углерода СО – 0,1 части на миллион и метан СН4 1,6 части на миллион. Они образуются при неполном или аэробном разложении органического вещества и в атмосфере окисляются до СО2.

Накопление СО в глобальном масштабе не представляется реальным, но в городах, где воздух застаивается, имеет место повышение концентрации этого соединения, что негативно влияет на здоровье людей.

Круговорот кислорода.

Скорость его – 2 тыс. лет. Именно за это время весь кислород атмосферы проходит через живое вещество. Основной его поставщик на Земле – зеленые растения. Ежегодно они производят на суше 53*10 т кислорода, а в океанах – 414*10 т.

Главный потребитель кислорода – животные, почвенные организмы и растения, использующие его в процессе дыхания. Процесс круговорота кислорода в биосфере весьма сложен, так как он содержится в очень многих химических соединениях.

Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе. Вырубка лесов, эрозия почв, различные горные выработки на поверхности уменьшают общую массу фотосинтеза и снижают круговорот на значительных территориях.

Наряду с этим, мощным источником кислорода является, по-видимому, фотохимическое разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца. Подсчитано, что на промышленные и бытовые нужды ежегодно расходуется 23% кислорода, который высвобождается в процессе фотосинтеза.

Предполагается, что в ближайшее время весь продуцированный кислород будет сгорать в топках, а следовательно, необходимо значительное усиление фотосинтеза и другие радикальные меры.

Таким образом, в природе непрерывно совершается круговорот кислорода, поддерживающий постоянство состава атмосферного воздуха.

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Источник: https://megalektsii.ru/s23843t8.html

Book for ucheba
Добавить комментарий