КРУГООБІГ РЕЧОВИН.

1. Білявський Г. О. Основи екології: теорія та практикум : навч. посіб. [для студ. вищ. навч. закл.] / Г. О. Білявський, Л. І. Бутченко – К. : Лібра, 2004. – 368 с.

2. Ігнатюк О. А. Основні екологічні принципи та концепції: навч. посіб. [для студ. вищ. навч. закл.] / О. А. Ігнатюк – К. : НТУУ „КПІ”, 2006. – 268 с.

3.Гайнріх Д. Екологія dtv-Atlas : [довідкове видання] / Д. Гайнріх, М. Гергт – К.:Знання-Прес, 2001. – 288.

ЛЕКЦІЯ 7.

КРУГООБІГ РЕЧОВИН.

В процесі читання виділіть маркером або підкресліть значення біогенних елементів для живих організмів.

Давайте згадаємо, що таке речовина.

Природна речовина-- це хімічний елемент чи сполука, що виникають в ході спонтанно (природно) протікаючих хімічних реакцій та фізичних процесів.

Елемент -- (від лат.elementum -- стихія, первинна речовина) -- нерозкладний компонент матеріальних систем.

Хімічні елементи -- види атомів з однаковими зарядами ядер і однаковими електронними оболонками. взаємозв"язки і закономірності у властивостях хімічних елементів відображає періодична система елементів д.і.менделєєва. Відомо більше ста (107?) хімічних елементів; поступово відкривають нові.

Атом -- (грец. atomos -- неподільний) -- найдрібніша частина хімічного елемента.

Хімічна сполука -- хімічна речовина, в якій атоми одного або різних () елементів зв"язані між собою за допомогою певного типу хімічного зв"язку (наприклад, Н2 -- газ водень, О2 -- газ кисень; NaCl -- кухонна сіль). Відомо понад 5 мільйонів хімічних сполук.

Антропогенні речовини -- хімічні сполуки, що виникають на землі в результаті діяльності людини (наприклад, пластмаси).

Відомо чотири агрегатні стани речовини: тверде тіло (алмаз, граніт, цеглина, вугілля, перлина), рідина (вода, нафта, кров), газ (кисень, вуглекислий газ, озон), плазма (іонізований газ -- із нього складається Сонце; плазма заповнює іоносферу -- шар атмосфери вище 70 км).

Хімічний склад живих організмів істотно відрізняється від хімічного складу середовища, в якому проживають ці організми. Чому так відбувається? Організми не втягують у себе всі речовини підряд, які трапляються, а вибірково накопичують в собі, тобто концентрують, в основному ті речовини, що їм необхідні. Можна провести таку аналогію: ми з вами не купляємо в магазині все підряд, а вибираємо лише ті товари, що нам потрібні. Так і живі організми вибирають з оточуючого середовища у процесі живлення необхідні речовини та будують з них свої тіла. Непотрібні їм речовини вони або взагалі не споживають, або пропускають їх через травну систему транзитом, тобто не перетравлюють і не всмоктують. Здатність концентрувати (накопичувати) в своєму тілі певні хімічні елементи -- це концентраційна функція живої речовини (за Вернадським). (Функція-- від лат. functio -- виконання, звершення).

Понад 90% біомаси живих організмів нашої планети сконцентровано на суходолі, хоча суша займає лише третину земної поверхні, -- тобто концентрація живої речовини на суходолі в тридцять разів більша, ніж в океані! Причому 99% біомаси припадає на рослини. Це і величні секвойї американського континенту, і сибірська тайга, і карпатські ліси, і джунглі Амазонки, і водна рослинність водно-болотних угідь і т.д. Тому хімічний склад рослин найкраще характеризує хімічний склад живої речовини в цілому.

Хімічні елементи, що постійно входять до складу живих організмів та виконують життєво необхідні біологічні функції, називаються біогенними елементами (від грец. genos -- рід, походження; тобто біогенні елементи -- це такі елементи, що пов"язані з живими організмами). Вони поділяються на макроелементи та мікроелементи.

В найбільших кількостях у складі живої речовини зустрічаються такі біогенні елементи, як вуглець, кисень, водень, азот, сірка та інші. Через значну їх концентрацію в живих організмах вони називаються макроелементами. Кисень та водень, наприклад, утворюючи таку сполуку, як вода, тільки у формі води складають від 60 до 98% біомаси живих істот. А вони ж входять і до складу інших речовин в організмах.

Елементи, концентрація яких у живих організмах не перевищує 0,1% -- це мікроелементи. Найчастіше концентрація в організмах мікроелементів значно нижча -- 0,001 -- 0,000001% ваги організму. В основному мікроелементами є іони важких металів. (Важкі метали -- це метали з густиною понад 8000 кг/м3). Для нормального життя організмів необхідні як макроелементи, так і мікроелементи.

Разом з тим, якщо концентрація важких металів в організмі перевищує норму, вони згубно впливають на організм, тобто отруюють його. А як же здатність організмів до концентрації тільки потрібних речовин? На жаль, не все так просто. Можливо, сполуки важких металів на поверхні нашої планети завжди були представлені в мінімальних кількостях, і в процесі еволюції живі істоти не пристосувались до захисту від них. В усякому разі, якщо в оточуючому середовищі з"являється надлишок сполук важких металів порівняно з нормальною їх концентрацією, ці сполуки починають проникати в більшість живих організмів, що призводить до їх отруєння. Тому боротьба із антропогенним забрудненням оточуючого середовища важкими металами -- одна з найактуальніших проблем на сьогоднішній день.

Існує певна група організмів, які цілеспрямовано й активно концентрують у своїх тілах особливо велику кількість іонів важких металів, буквально витягуючи їх з оточуючого середовища. Так, за результатами досліджень групи київських вчених (Рильський та ін., 2009), біоплівка, що розвивалась на поверхні занурених вищих водних рослин виду Zannichellia palustris (заніхелія болотна), за дві години вилучала з водного середовища 70-90% іонів важких металів (хрому, кадмію, свинцю, цинку, нікелю і кобальту). Така біоплівка складається з мікроорганізмів, а також з дрібних організмів--гідробіонтів, що поселяються на поверхні вищих водних рослин: інфузорій, круглих та плоских червів та інших організмів. Для чого вони активно накопичують в собі ці токсичні речовини -- незрозуміло, але ця їх властивість відкриває можливості використання цих водних рослин для біологічного очищення природних та стічних вод від іонів важких металів.

Вибіркове поглинання біогенних елементів з абіотичного середовища могло б за мільйони років неминуче призвести до зменшення їх вмісту (до дефіциту, від лат. deficit -- не вистачає), якби не багаторазове використання їх в процесі кругообігу (за схемою середовище -- організм -- середовище). Це можна порівняти з дефіцитом валюти в обмінних пунктах, коли населення в паніці починає її скуповувати, і також тільки багаторазове використання грошей в процесі кругообігу дозволяє економіці функціонувати без додаткової емісії грошової маси.

Кругообіг речовин -- це закономірний процес багаторазової участі речовин в явищах, що протікають в атмосфері, гідросфері та літосфері, в тому числі в тих їх частинах, які входять в біосферу планети. Речовина, втягнута в кругообіг, не тільки переміщується, але й трансформується і часто змінює свій фізичний та хімічний стан. Особливо активну роль в прискоренні кругообігу і трансформації відіграють живі організми.

Обмін хімічними елементами між живими організмами та фізико-хімічним середовищем за схемою середовище-організм-середовище, називається біогеохімічним кругообігом або біогеохімічним циклом. (біо... -- від грец. bios -- життя; гео... -- від грец. ge -- земля; цикл -- від грец. kyklos -- коло).

Цикл кожної речовини має дві складові: резервний фонд -- це речовина, що не захоплюється організмами і знаходиться у відповідній геологічній оболонці, та обмінний фонд -- менший за об"ємом, але активніший, характеризується швидким обміном між організмами та їх безпосереднім оточенням. (фонд -- франц. fond, від лат. fundus -- дно, основа: кошти або матеріальні засоби, що становлять основні ресурси, запаси чого-небудь, наприклад, бібліотечні фонди).

Розрізняють цикл газоподібних речовин (вуглецю, кисню, азоту та ін.) з резервним фондом в атмосфері (атмосфера -- газова оболонка землі) або в гідросфері (гідросфера -- водна оболонка землі) та осадовий цикл (кремнію, металів та ін.) з резервним фондом у земній корі (земна кора -- верхня тверда оболонка Землі).

Інколи в межах цих кругообігів виділяють велике коло (абіотичний цикл, тобто не пов"язаний з участю живих організмів) та мале коло (біотичний цикл, тобто пов"язаний з участю живих організмів). Цей розділ досить умовний, бо в природі "все пов"язано з усім".

Рушіємбіогеохімічних перетворень є енергія Сонця. Кругообіги всіх елементів відбуваються одночасно.

Найпоширенішою неорганічною речовиною у складі живих організмів є вода (Н2О) -- на 60 -- 98% живі істоти складаються з води.

Гідрологічний цикл -- це цикл кругообігу води.

Резервний фонд – в льодовиках.

Найпростіше велике коло гідрологічного циклу -- випаровування води з поверхні океану, конденсація водяної пари в атмосфері та випадання опадів на поверхню океану.

Мале коло гідрологічного циклу пов"язане з життєдіяльністю організмів: рослина поглинає з грунту воду, з якої 90% випаровується, а 10% іде в метаболізм (метаболізм -- від грец. metabole -- зміна: обмін речовин, сукупність процесів біохімічних перетворень речовин і енергії в живих організмах). Випарувана вода в атмосфері конденсується та випадає дощем на грунт, де знову може бути поглинута рослиною.

Можливий інший варіант малого кола гідрологічного циклу: рослина поглинає з грунту воду, рослину споживає тварина, з сечею вода потрапляє на грунт, де може бути знову поглинута рослиною; при цьому і рослина, і тварина більшу частину води із своїх тіл випаровують.

Ще один варіант малого кола гідрологічного циклу: в пустелях живуть ящірки, які вміють поглинати воду як рослини -- не п"ють її, а заповзають в калюжу чи просто на вологу землю і вода по капілярах їхньої шкіри починає розтікатись по всьому тілу. Частину цієї води вони випаровують з поверхні шкіри, частина іде в метаболізм, частину з продуктами життєдіяльності залишають на грунті, звідки вона знову-таки випаровується, в атмосфері конденсується і випадає з дощем на грунт, де знову може бути всмоктана ящіркою. Таких прикладів можна навести дуже багато.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ПИТАННЯ ДЛЯ АУДИТОРНОГО КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ СТУДЕНТІВ З ОСОБЛИВИМИ ПОТРЕБАМИ	\|	Цикл вуглецю (C -- від лат. Carboneum).

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.03 сек.