Круговорот веществ в природе
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,
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.