Круговорот веществ в биосфере
Биогеохимические циклы
Бесплатная помощь с домашними заданиями
В экосистеме происходит постоянный круговорот элементов питания с участием биотического и абиотического компонентов. Движущей силов круговоротов служит солнечная энергия, которую используют непосредственно фотосинтезирующие организмы и затем передаю ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергии и питательных веществ через экосистему, который носит название биогеохимического цикла. Биогеохимические циклы — циркуляция в биосфере химических элементов и неорганических соединений по характерным путям из внешней среды в организмы, и из организмов во внешнюю среду. Такое перемещение элементов и неорганических соединений, необходимых для жизни, можно назвать круговоротом элементов питания. Такое разделение биогеохимических циклов основано на том, что некоторые круговороты, например те, в которых участвуют углерод, азот и кислород, из-за наличия крупных атмосферных или океанических фондов довольно быстро компенсируют нарушения. Так, накопленный в каком-либо месте избыток СО 2 обычно быстро рассеивается воздушными потоками, а увеличение его концентрации в атмосфере способствует большему потреблению растениями и превращению в карбонаты в море. В целом круговороты газообразных веществ в глобальном масштабе можно считать хорошо забуференными, так как их способность к саморегуляции и поддержанию определенных концентраций различных веществ достаточно велика. Следует отметить, что, хотя атмосфера и имеет большой резервный фонд и высокую способность к саморегуляции, все же они не беспредельны. Осадочный цикл, в котором принимаю участие такие химические элементы, как фосфор и железо, в меньшей степени способен к саморегуляции и поэтому легче нарушается. Это связано с тем, что основная часть химических веществ сосредоточена в относительно малоподвижном и малоактивном резервном фонде земной коры. Если изъятие химических элементов в этих циклах происходит быстрее, чем возврат, какая-то их часть может на длительное время выбывать из круговорота. Механизмы возвращения химических элементов в круговорот основаны главным образом на биологических процессах. Биогеохимический круговорот заштрихованное кольцо на фоне упрощенной схемы потока энергии по Ю. P g — валовая продукция; P n — чистая первичная продукция, которая может быть потреблена гетеротрофами в самой системе или же экспортирована; Р — вторичная продукция; R — дыхание. Схему биогеохимического цикла можно представить в сочетании с упрощенной схемой потока энергии, который приводит в движение круговорот веществ рис. В природе практически не наблюдается случаев, когда элементы равномерно распределены по всей экосистеме, к тому же они не всегда находятся в одной и той же форме. При изучении биогеохимических циклов изучают так называемый резервный фонд, то есть ту часть круговорота, которую условно можно считать отделенной физически или химически от организмов. Однако следует иметь в виду, что между доступными и недоступными фондами существует динамическое равновесие. Геологическая деятельность I рода — построение тела организмов и переваривание пищи, — конечно, является более значительной. Классическим стало функциональное определение жизни, данное Фридрихом Энгельсом: Сейчас появилась возможность вычислить скорость этого обмена. Так, по данным Л. Тюрюканова, в пшенице, например, полная смена атомов происходит для фосфора за 15 суток, а для кальция — в 10 раз быстрее: Собственно говоря, постоянный обмен веществ между живым организмом и внешней средой и обуславливает проявление большинства функций живого вещества в биосфере. По подсчетам биолога П. Гофмана-Кадошникова, в течение жизни человека через его тело проходит 75 т воды, 17 т углеродов, 2,5 т белков, 1,3 т жиров. Между тем по геохимическому эффекту своей физиологической деятельности человек отнюдь не самый важный вид разнородного живого вещества биосферы. Геохимический эффект физиологической деятельности организмов обратно пропорционален их размерам, и наиболее значимой оказывается деятельность прокариотов —бактерий и цианобактерий. Большое значение имеет также количество пропускаемого через организм вещества. В этом отношении максимальный геохимический эффект на суше имеют грунтоеды, а в океане — илоеды и фильтраторы. Таким образом, почвенный пласт мощностью в 1 м дождевые черви полностью пропускают через свой кишечник за лет. Достаточно 40 экземпляров полихет на 1 м 2 , чтобы поверхностный слой донных осадков мощностью в 20 — 30 см ежегодно проходил через их кишечник. Субстрат при этом существенно обогащается кальцием, железом, магнием, калием и фосфором по сравнению с исходными илами. Копролиты ископаемые остатки экспериментов известны в геологических отложениях, начиная с ордовика, однако бесспорно, что большинство их при геологических описаниях не учитывается. Происходит это из — за слабой изученности вопроса и из — за отсутствия диагностических признаков для определения копролитов. Между тем в донных отложениях современных водоемов фекальные комочки беспозвоночных распространены очень широко и нередко являются основной частью осадка. В южной Атлантике, например, илы почти нацело слагаются фекалиями планктонных ракообразных, а по берегам Северного моря донные осадки, образованные фекалиями мидий, имеют мощность до 8 м. Биогенная миграция атомов II рода — механическая — отчетливо проявляется в наземных экосистемах с хорошо развитым почвенным покровом, позволяющим животным создавать глубокие укрытия гнездовые камеры термитов, например, расположены на глубине 2 — 4 м от поверхности. Благодаря выбросам землероев, в верхние слои почвы попадают первичные невыветрившиеся минералы, которые, разлагаясь, вовлекаются в биологический круговорот. Недаром известный геолог Г. И на дне моря организмы строят себе укрытия, причем не только в мягком, но и в скальном грунте. Олигохеты и полихеты углубляются в грунт на 40 см и более. Двустворчатые моллюски закрываются обычно неглубоко, но некоторые из них — солениды и миа — роют норы, которым позавидует и сурок: В зоне прибоя и на перемываемом волнами песке — вот беда! Приходится сверлить скальные породы. Сверлят водоросли и губки, бактерии и моллюски, полихеты, морские ежи, рачки…. Сверлильщики появились в далеком геологическом прошлом. Источенные ими породы находят даже в докембрийских отложениях; и поныне они продолжают свою разрушительную работу. Сверлящая деятельность моллюсков фолад вызывает иногда катастрофические последствия. Когда в районе Сочи в результате непродуманного строительства берег обнажился от гальки, он начал отступать со скоростью до 4 м в год. Главным виновником разрушения были фолады, которые заселили каждый метр скального берега, сложенного глинистыми сланцами, и принялись дружно сверлить себе подводные норки. К счастью, был найден выход: В результате сверлильщики были уничтожены, движущаяся под ударами волн галька перемолола их. А в Западной Европе не менее опасную деятельность проводит случайно завезенный из Китая мохнаторукий краб — он проник во многие реки, и, строя свои норы, подрывает берега и разрушает плотины. К биогенной миграции II рода можно отнести и перемещение самого живого вещества. Сюда относятся сезонные перелеты птиц, перемещения животных в поисках корма, массовые миграции животных. Естественно, что все эти разнообразные формы движения живого вызывают и транспортировку небиогенного вещества. Вернадский, подразделял процессы, осуществляемые в биосфере живым веществом, по характеру самих процессов. Несколько иначе подошел к этому вопросу современник Владимира Ивановича Н. По существу, эту же мысль развивала на современном материале микробиолог Т. Она указала, что миграция атомов химических элементов может быть как прямым, так и косвенным результатом жизнедеятельности организмов в первую очередь бактерии. Для Вернадского I биогеохимический принцип был тесно связан со способностью живого вещества неограниченно размножаться в оптимальных условиях. Следствием этого и является максимальное проявление биогенной миграции атомов в биосфере. II биогеохимический принцип, по существу, затрагивает кардинальную проблему современной биологической теории — вопрос о направленности эволюции организмов. В качестве примеров рассмотрим круговороты азота, фосфора и серы. Азот и фосфор часто является лимитирующими элементами и могут контролировать численность организмов, а сера — это химический элемент, который может служить примером связи между воздухом, водой и земной корой, то есть ее круговороту присущи особенности круговоротов азота и фосфора. Это пример сложного и хорошо забуференного круговорота газообразных веществ. В круговороте азота ключевую роль играют микроорганизмы. Именно они осуществляют основные типы обмена между организмами и средой. Два способа изображения биогеохимического круговорота азота по Ю. А — циркуляция азота между микроорганизмами и окружающей средой при участии микроорганизмов, отвечающих за ряд ключевых этапов; Б — те же основные этапы, но расположенные таким образом, что соединения, богатые энергией, находятся вверху; это позволяет отличить этапы, требующие затрат энергии, от процессов, протекающих с высвобождением энергии. На схеме А показано, что азот протоплазмы переводится из органической в неорганическую форму в результате деятельности бактерий-редуцентов, каждый вид которых выполняет определенную работу. Часть азота в конечном счете переводится в аммиачную и нитратную формы, доступные для питания растений. Благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий азот постоянно поступает атмосферу, а под действием азотофиксирующих бактерий возвращается в круговорот. Схема Б иллюстрирует процессы, из которых складывается круговорот азота: Так как содержание N 2 в атмосфере резко не меняется, можно предположить, что приток т отток в целом уравновешивают друг друга. На схеме Б представлены энергетические взаимоотношения в круговороте азота. Ступенчатый процесс разложения белков до нитратов служит источником энергии для организмов, принимающих участие в его разложении, а для обратного процесса требуются другие источники энергии — органическое вещество или солнечный свет. Например, хемосинтезирующие бактерии Nitrosomonas , превращающие аммиак в нитрит, получают энергию за счет разложения, а денитрифицирующие и азотофиксирующие — используют другие источники. Однако ни животные, ни человек, ни растения потреблять молекулярный азот не могут. Огромное количество молекулярного азота в атмосфере в чрезвычайно малой степени затрагиваются биологическим круговоротом: Несмотря на громадное количество молекулярного азота в атмосфере, он является одним из наиболее лимитирующих биогенных элементов. Столб воздуха над одним гектаром земной поверхности составляет т молекулярного азота. Однако растения могут использовать только азот минеральных соединений. Из растений фиксировать азот могут только представители семейства бобовых, на корнях которых образуются клубеньки, состоящие из азотофиксирующих бактерий. Однако и среди бобовых далеко не все виды могут фиксировать атмосферный азот. Всего семейство бобовых насчитывает видов, а наличие клубеньковых бактерий обнаружено у Считается, что бактерии переводят в связанную форму приблизительно 1 млрд. Благодаря механизмам обратной связи, обеспечивающим саморегуляцию, круговорот азота можно считать относительно замкнутым, если рассматривать его в масштабе крупных площадей или всей биосферы. В современных условиях человек своей деятельностью оказывает значительное влияние на круговорот азота: В отличие от азота резервным фондом этого элемента служат горные породы и другие отложения, образовавиеся в прошлые геологические эпохи. По структуре круговорот фосфора проще, чем круговорот азота. Он циркулирует, постепенно переходя из органических соединений в фосфаты, которые снова могут использоваться растениями. Горные породы подвергаются воздействию выветривания, в результате чего фосфор высвобождается и становится доступным для растений. Под действием эрозионных процессов он попадает в море и на значительный промежуток времени высвобождается из круговорота. По всей вероятности, механизмы возврата фосфора в круговорот недостаточно эффективны и не возмещают его потерь. Перенос фосфора с морской воды на сушу не компенсирует его поток в море. Деятельность человека ведет к усиленной потере фосфора, что делает круговорот недостаточно замкнутым. Важность фосфора как элемента, обеспечивающего продуктивность биосферы, со временем будет возрастать, так как уже сейчас он причисляется к редким макроэлементам. Поэтому возврат фосфора в круговорот имеет важное значение для человечества. Основная доступная форма серы — SO 4 2— — восстанавливается автотрофами и включается в белки. Для растений серы требуется меньше, чем азота и фосфора, поэтому лимитирующим фактором она бывает реже. Тем не менее круговорот серы — ключевой в общем процессе продуцирования и разложения биомассы. Круговороты различных элементов могут оказывать взаимное влияние друг на друга. Например, при образовании в осадках сульфидов железа фосфоров из нерастворимых соединений переходит в растворимые. В последнее время на круговороты азота и серы все большее влияние оказывает промышленное загрязнение атмосферы. Особенно токсичны соединения азота в форме оксидов NO 2 и N 2 O и серы — в форме SO 2 которые являются промежуточными продуктами круговоротов этих элементов. В большинстве местообитаний их концентрация невелика, но в связи с неумеренным сжиганием топлива содержание в воздухе этих соединений, особенно в крупных промышленных центрах, увеличилось до такой степени, что они представляют опасность для важных биотических компонентов экосистемы. Основным источником соединений азота являются выхлопные газы и другие промышленные выбросы, сернистого газа — продукты сжигания угля. Особенно большой вред наносит SO 2 растениям. Попав на листовую поверхность, H 2 SO 4 вызывает химические ожоги, что снижает фотосинтезирующую поверхность растений. Оксиды азота раздражают дыхательные пути высших животных и человека. Также следует иметь в виду, что, реагируя с другими соединениями, они могут образовывать соединения с синергическим эффектом, когда взаимодействие продуктов реакции больше суммарного воздействия каждого из реагирующих веществ в отдельности. Например, под действием ультрафиолетового излучения солнца NO 2 вступает в реакцию с продуктами неполного сгорания углеводородов. В результате возникает фотохимический смог. В глобальном масштабе биохимические круговороты воды и углекислого газа имеют, на наш взгляд, самое важное значение для человечества. Для биохимических круговоротов характерно наличие в атмосфере небольших, но подвижных фондов. Атмосферный фонд СО 2 в круговороте, по сравнению с запасами углерода в океанах, ископаемом топливе и других резервуарах земной коры, относительно невелик. С наступлением научно-технического прогресса сбалансированные прежде потоки углерода между атмосферой, материками и океанами начинают поступать в атмосферу в количестве, которое не полностью может связаться растениями. Существуют разные оценки влияния деятельности человека на обогащение атмосферы СО 2 однако все авторы сходятся во мнении, что основными накопителями углерода являются леса, так как в биомассе лесов содержится в 1,5 раза, а в гумусе, содержащемся в почве — в 4 раза больше СО 2 , чем в атмосфере. Растения — хороший регулятор содержания СО 2 в атмосфере. Для большинства растений характерно увеличение интенсивности фотосинтеза при повышенном содержании диоксида углерода в воздухе. 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 США существует национальная научно-исследовательская программа по ведению сельского хозяйства на случай потепления или похолодания климата. Помимо СО 2 в атмосфере в небольших количествах присутствуют оксид углерода СО — 0,1 части на миллион и метан СН 4 — 1,6 части на миллион. Эти углеродные соединения активно включены в круговорот и поэтому имеют небольшое время пребывание в атмосфере: СО — около 0,1 года, СН 4 — 3,6 года, а СО 2 — 4 года. Оксид углерода и метан образуются при неполном или аэробном разложении органического вещества и в атмосфере окисляются до СО 2. 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. Метан образуется при разложении органического вещества в болотистых местностях и мелководных морях. По мнению некоторых ученых, метан выполняет полезную функцию — он поддерживает стабильность озонового слоя, который предохраняет все живое на Земле от гибельного воздействия ультрафиолетового излучения. А — круговорот диоксида углерода. Числа обозначают содержание СО 2 в миллиардах тонн; Б — круговорот воды. Содержание Н 2 О указано в геограммах 10 20 г по Ю. Фонд воды в атмосфере, как показано на рисунке 2. Как и на круговорот СО 2 , деятельность человека оказывает влияние на круговорот воды. С энергетической точки зрения можно выделить две части круговорота СО 2: В экологическом плане особое внимание следует обратить на два аспекта круговорота воды. Во-первых, море за счет испарения теряет больше воды, чем получает с осадками, то есть значительная часть осадков, поддерживающих экосистемы суши, в том числе и агроэкосистемы, состоит из воды, которая испарилась с поверхности моря. Во-вторых, в результате деятельности человека возрастает поверхностный сток и сокращается пополнение фонда грунтовых вод. Уже сейчас имеются территории, на которых используются грунтовые воды, накопившиеся в предыдущем столетии. Следовательно, в этом случае вода — невозобновимый ресурс. После истощения грунтовых вод ее будут доставлять с других территорий, что потребует вложения дополнительного количества энергии. Toggle navigation Start Bootstrap. Биогеохимические циклы В экосистеме происходит постоянный круговорот элементов питания с участием биотического и абиотического компонентов. При изучении круговорота удобно выделять две части, или два фактора: Для биосферы в целом можно выделить два основных типа биогеохимических циклов: P g — валовая продукция; P n — чистая первичная продукция, которая может быть потреблена гетеротрофами в самой системе или же экспортирована; Р — вторичная продукция; R — дыхание Схему биогеохимического цикла можно представить в сочетании с упрощенной схемой потока энергии, который приводит в движение круговорот веществ рис. Биогенная миграция химических элементов и биогеохимические принципы По Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух основных формах: Сверлят водоросли и губки, бактерии и моллюски, полихеты, морские ежи, рачки… Сверлильщики появились в далеком геологическом прошлом. Вернадского они звучат следующим образом: Круговороты азота, фосфора и серы Круговорот азота. А — циркуляция азота между микроорганизмами и окружающей средой при участии микроорганизмов, отвечающих за ряд ключевых этапов; Б — те же основные этапы, но расположенные таким образом, что соединения, богатые энергией, находятся вверху; это позволяет отличить этапы, требующие затрат энергии, от процессов, протекающих с высвобождением энергии На схеме А показано, что азот протоплазмы переводится из органической в неорганическую форму в результате деятельности бактерий-редуцентов, каждый вид которых выполняет определенную работу. Фиксировать азот могут следующие роды организмов: Круговорот серы имеет ряд характерных особенностей: В конечном счете, оксиды азота и серы, попадающие в атмосферу, ухудшают качество жизни. Одуму, Фонд воды в атмосфере, как показано на рисунке 2. Космос География Человек История Биология Психология.
Рецепты со слоеным тестомв мультиварке
Как составить план фхд бюджетного учреждения пример
Стиральные машины siltal инструкция
Расписание электричек выхино москвана завтра
Статья про медведей
Гайд анхоли дк дд