• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Кругообіг речовин у біосфері.

Завдяки сонячній енергії, внутрішній енергії Землі в природі відбуваються безперервні процеси утворення, трансформації та розкладу багатьох хімічних сполук, а також: переносу речовин у межах планети. Сукупність таких явищ В.І. Вернадський назвав геохімічними процесами. Одні й ті самі хімічні елементи в межах історичного минулого Землі входили до складу пев­них сполук, що зазнавали змін, перетворень та переносу. Цей закономірний процес багаторазової участі хімічних елементів та речовин в явищах, що відбуваються в атмосфері, гідросфері та літосфері, називають кругообігами речовин.

Залежно від того, чи беруть участь у кругообігах живі орга­нізми чи ні, розрізняють абіотичнийта біотичний кругообіги.

Абіотичний кругообіг. Абіотичний (великий, або геологіч­ний) кругообіг речовин існує в межах геологічних оболонок Землі і здійснюється за рахунок безпосереднього впливу соняч­ної енергії та енергії Землі на речовини. Нерівномірний розпо­діл енергії в оболонках Землі спричиняє перенесення речовин, їхню циркуляцію. Розтріскування гірських порід внаслідок нагрівання та охолодження, течії повітря та води, перенесення цими течіями різних речовин, вивітрювання, вимивання водою різних хімічних елементів — усе це складові частини великого кругообігу речовин у природі. Найяскравішим прикладом абі­отичного кругообігу є циркуляція води в природі (випарову­вання води, перенесення повітряними течіями водяної пари, конденсація її та атмосферні опади). Зрозуміло, що абіотичний кругообіг існував задовго до виникнення життя на нашій пла­неті та утворення біосфери.

Біотичний кругообіг.З виникненням життя на Землі та з утворенням у межах її геологічних оболонок біосфери на пла­неті кругообіг речовин прискорився внаслідок життєдіяльності живих організмів. Завдяки створеним трофічним ланцюгам та мережам виник біотичний кругообіг речовин.

Біотичний кругообіг — це явище безперервного, цикліч­ного, але нерівномірного в часі та просторі закономірного перерозподілу речовини, енергії та інформації в межах еколо­гічних систем різного рівня організації — від біогеоценозу до біосфери.

Біотичний кругообіг речовин називають ще біосферним, або малим, через те що він відбувається ще в меншому про­сторі, ніж абіотичний, — у біосфері. Час, необхідний для проходження повного циклу обігу речовин у біотичному круго­обігу, набагато менший, ніж; в абіотичному.

Живі організми в біотичному кругообігу виступають своє­рідними каталізаторами, які швидко синтезують нові, транс­формують та руйнують наявні органічні сполуки.

Через біотичний кругообіг проходить велика кількість речовин та хімічних елементів. Але найбільш важливими є біогенні елементи (С, Н, О, N. Р, S),з яких синтезуються орга­нічні сполуки. Кругообіги С0₂ та Н₂0 в глобальному масштабі є, мабуть, чи не найбільш важливими для людства. Для обох кругообігів характерним є наявність невеликої, але рухомої частки цих речовин в атмосфері, зміна вмісту яких впливає на погоду та атмосферу. їхній вміст може змінюватися і в резуль­таті діяльності людини.

Кругообіг вуглецю (карбону). Основним депо вуглецю в глобальному кругообігу є гідросфера та літосфера (вапняки, викопне паливо тощо). В атмосфері його частка, порівняно з названими геологічними оболонками Землі, невелика. Але для зелених фотосинтезуючих рослин вуглець доступний тільки в газоподібному стані у вигляді С0₂ (в атмосфері чи розчинений у воді).

Природні пожежі (самозаймання, блискавка) та вивер­ження вулканів додають С0₂ в атмосферу.

Людина в результаті своєї господарської діяльності щорічно теж додає велику кількість вуглецю до атмосфери, видобува­ючи та спалюючи викопне паливо (вугілля, торф, нафта, при­родний газ, горючі сланці тощо).

Часті оранки землі сприяють вивільненню вуглецю з ґрунту (окислення гумусу, дихання ґрунту). Сільськогосподарські культури, більшість яких активна лише частину року, фіксу­ючи С0₂, не можуть компенсувати втрати С0₂ з ґрунту.

Знищення лісів сприяє вивільненню вуглецю, що накопи­чився в деревині, особливо якщо вона тут же спалюється.

Водно-болотні угіддя, особливо болота та торфовища, є надійними пастками для атмосферного вуглецю. Вуглець у складі торфу накопичується в великій кількості та вилуча­ється з кругообігу, причому на досить великий період часу (про­цес перетворення торфу на буре та кам'яне вугілля). Осушення боліт та торфовищ з подальшим використанням мулу та торфу для удобрювання сільськогосподарських угідь сприяє швид­кому вивільненню вуглецю. «Живе» торфовище накопичує вуг­лець, а «мертве» (осушене), навпаки, повертає його назад до атмосфери (процеси окислення), особливо, коли на них вини­кають пожежі.

В океанічному циклі глобального кругообігу вуглецю також існує пастка, що сприяє його вилученню з обігу та захороненню. Це відклади вапнякових скелетів, стулок та мушель відмерлих безхребетних тварин.

Окрім С0₂, в атмосфері наявні в невеликій кількості ще дві вуглецеві сполуки: чадний газ СО (0,0001%) та метан СН₄ (0,0016%). Як і С0₂, ці сполуки знаходяться в швидкому круго­обігу і тому мають невеликий час перебування в атмосфері — близько 0,1 року для СО, 3,6 року для СН₄ та 4 роки для С0₂. І чадний газ, і метан утворюються при неповному або анаероб­ному розкладанні органічних сполук, а в атмосфері обидва окислюються до С0₂.

При неповному згоранні викопного палива, особливо з вихлопними газами, зараз до атмосфери надходить така ж кількість СО, як і в результаті природного розкладу органіки.

Накопичення СО (смертельної отрути для людини) в гло­бальних масштабах нічим не загрожує. Але в містах, де повітря застоюється, підвищення концентрації цього газу в повітрі починає бути загрозливим. Концентрації до 0,1% бувають у районах з напруженим автотранспортним рухом.

Метан, як вважають, виконує корисну функцію. Він підтри­мує стабільність озонового шару в верхній частині тропосфери, який захищає живі організми від смертельно небезпечного ультрафіолетового випромінювання Сонця. Метан у природі в основному утворюється у водно-болотних угіддях.

Кругообіг кисню (оксигену). Кисень є життєво необхідним елементом для біосфери. Завдяки йому існує більшість орга­нізмів нашої планети. Основним депо кисню є атмосфера, де він перебуває у вільному стані в кількості 1,18 -10¹⁵ тонн.

З атмосфери кисень вилучається для участі в таких проце­сах, як дихання (у тому числі аеробне бродіння та гниття), горіння, та інших хімічних перетвореннях. У результаті цих процесів утворюється С0₂, який засвоюється фотосинтезуючими організмами. Під час фотосинтезу виділяється кисень.

Фотосинтезуючі організми пов'язують кругообіг вуглецю з кругообігом кисню.

У своїй господарській діяльності людина використовує кисень для забезпечення окисних процесів у виробництві. Най­більше кисню витрачається на спалювання палива. Змен­шення площ лісів, зникнення рослинності в певних регіонах (спустелювання), з одного боку, та всезростаючий процес видо­бування викопного палива та його спалювання, спалювання промислових та побутових відходів, з іншого боку, призводять до все більшого вилучення кисню з атмосфери.

Кругообіг води.Основним депо води в природі є гідросфера. Крім того, що вона представлена в великій кількості у вигляді рідини і створює окрему геологічну оболонку Землі, вода є складовою частиною ще літосфери та атмосфери, де перебуває в твердому (лід) та газоподібному (водяна пара) агрегатному стані. Легкий перехід води з одного агрегатного стану в інший в глобальних масштабах зумовлює обмінні процеси та зв'язок між оболонками планети.

Починати розглядати кругообіг води потрібно з процесу випаровування. Водяна пара, випаровуючись з поверхні світо­вого океану, конденсується в атмосфері, що за певних умов призводить до опадів. Через нерівномірне прогрівання поверхні Землі повітряні течії, що виникають, переносять вологу та зумовлюють нерівномірний розподіл опадів у різні пори року. В сучасний період загальна сума опадів, що отримує уся поверхня земної кулі, приблизно дорівнює кількості випареної води, що становить 519 тис. км³.

Цикл замикається, коли вода, що випарувалася з поверхні океанів, повертається у вигляді опадів до них же. Такий цикл називають малим кругообігом води.

Великий кругообіг води в природі включає її циркуляцію і над суходолом. Світовий океан втрачає через випаровування більше води, ніж отримує її з опадами. Це означає, що значна частка опадів, які підтримують екосистеми суходолу, є водою з основного депо.

Опади над суходолом формують поверхневий стік, частина їх інфільтрується у ґрунти і формує підземний стік, а ще час­тина — може перехоплюватися кронами дерев.

Поверхневий стік залежить від рельєфу, складу ґрунту та наявності рослинного покриву на ґрунті. Більший ухил схилу сприяє більшому поверхневому стоку. Твердий, кам'янистий та глинистий ґрунти не дають воді просочуватися і теж сприяють формуванню поверхневого стоку. Пухкий та піщаний ґрунти сприяють просочуванню {інфільтрація) води всередину. Інфіль­трації також сприяє наявність трав'янистого покриву на ґрунті.

Підземний стік формується завдяки інфільтрації води у ґрунти.

Завдяки поверхневому та підземному стокам існують струмки, річки, озера та інші наземні водно-болотні угіддя. Велику роль у запасанні води та її поступовій витраті відігра­ють водно-болотні угіддя. Вирівнювання малих і великих водо­стоків сприяє швидкому стіканню води по ним. Осушення боліт, до того ж, призводить до швидких витрат водних ресурсів і як наслідок — до обміління річок у посушливий період року.

Перехоплення води кронами дерев полягає в тому, що час­тина опадів завдяки великій сукупній поверхні листків випа­ровується з них, не доходячи до поверхні ґрунту. При невели­кому дрібному дощику під деревами завжди сухо. Завдяки явищу перехоплення в атмосферне повітря може надходити до 15% дощової води.

Вода опадів, що досягла ґрунту, може безпосередньо випа­ровуватися з його поверхні.

Важлива роль у процесах випаровування води на суходолі належить живим організмам. При диханні та просто з поверхні тіла більшість тварин виділяють велику кількість вологи.

Випаровуванню ґрунтової води сприяють рослини завдяки своїм надземним органам, насамперед листкам, через які від­бувається транспірація. Вода дає рослинам розчинені поживні мінеральні речовини. Вона необхідна для фотосин­тезу, в процесі якого водень йде на побудову вуглеводнів, а кисень виділяється у вільному стані. Так, відомо, що серед­нього віку липа за один літній день в середній смузі випаровує близько 200 л води.

Сумарну кількість вологи, що випаровується з поверхні ґрунту завдяки явищам перехоплення та транспірації, назива­ють евапотранспірацією. Таким чином, через евапотранспіра-цію повертається велика кількість вологи до атмосферного повітря. Однак, як би там що, вода великими та малими водо­стоками повертається до Світового океану.

Сукупність води, що стікає з суходолу до Світового океану та озер, називають світовим стоком. За рік річками вино­ситься приблизно до 43 тис. км³ води. Паралельно з рідким сто­ком відбувається твердий стік — стік розчинених речовин та твердих завислих часток, а також біостік (маса організмів, що виноситься в океан світовим стоком).

Завдяки світовому стоку з літосфери вимивається велика кількість солей, чим зумовлюється солоність океанічної та морської води.

Баланс води в основному депо позитивний. З кожним роком її надходить більше, ніж випаровується. Завдяки глобальному потеплінню льодовики та снігові шапки високих гір зменшу­ються за площею, віддаючи воду до поверхневого стоку. Крім того, зростають площі аридних районів. Таким чином, протя­гом XX століття рівень моря зріс на 12 см.

Кругообіг азоту (оксигену). Азот має важливе значення в житті живих організмів. Будь-який білок як хімічна органічна сполука включає в себе азот. Тому його синтез неможливий за відсутності азоту. Отже, азот має надзвичайно важливе зна­чення для життя як форми існування білкових тіл.

Основним депо азоту в природі є атмосфера, де він стано­вить за об'ємом 78,084%, а за масою 75,5%. Атмосферний азот (N2) здебільшого недоступний живим організмам, але в резуль­таті фотохімічних (під дією ультрафіолетового випроміню­вання) та електрохімічних (блискавки) процесів в атмосфері утворюються азотисті сполуки, що разом з опадами потрапля­ють до ґрунту. Такі атмосферні процеси в сукупності називають атмосферною фіксацією азоту.

Крім атмосферної, існує ще й біологічна фіксація азоту (біофіксація). Вона властива прокаріотам, без'ядерним, най­більш примітивним мікроорганізмам.

Властивість біофіксації азоту люди використовують у сіль­ському господарстві. Сівозміни з обов'язковою посадкою бобо­вих (напр., горох) сприяють підвищенню вмісту азоту в ґрунті. Зелені рослини, що мають великий вміст азоту в своїй масі (напр., люпин), навмисне посаджені та згодом прикопані (пере­орані на полі), відомі як зелені добрива.

Азот, який потрапив до ґрунту в формі радикалу N0₃ — стає доступним для зелених фотосинтезуючих рослин.У подальшому цей азот проходить в угрупованнях трофічними ланцюгами. В результаті білкового обміну тварини виділяють аміак, сечову кислоту та/або сечовину. Ці продукти білкового обміну, як і загиблі та мертві тварини, а також рослинні опади, потрапля­ють до ґрунту, а саме у підстилку, де перетворюються у гумус.

Гумус є найбільш насиченим азотом пластом ґрунту. Завдяки процесам гуміфікації та мінералізації азот стає знову доступним для зелених рослин. Розклад мікроорганізмами (бактерії, гриби, актиноміцети) речовин гумусу, які вміщують азот, має назву амоніфікації.

Аміак та амонійні солі завдяки бактеріям перетворюються в нітрити та нітрати, які легко засвоюються рослинами. Цей процес називають нітрифікацією.

Поряд з нітрифікацією в ґрунті відбуваються також про­цеси відновлення нітратів та нітритів до аміаку та вільного азоту, що відомо під назвою денитрифікації. Під час денітри­фікації з ґрунту виділяється газоподібний азот, який потра­пляє в атмосферу. Біотичний цикл азоту замикається цим процесом.

Баланс азоту, за підрахунками фахівців, у наш час майже нульовий. Це означає, що його вилучення з атмосфери та повернення назад врівноважені. Частина азоту, що захороню­ється на морських глибинах, можливо, врівноважується тією часткою азоту, що надходить до атмосфери внаслідок вивер­ження вулканів, спалювання викопного палива, викидів важ­кої промисловості та внесенням азотних добрив.

Кругообіг азоту все більше перебуває під впливом промис­лового забруднення. Оксиди азоту на відміну від нітратів, токсичні. Ці сполуки можуть виникати як проміжний продукт у процесі кругообігу цього елемента і в більшості біо­топів наявні в незначних концентраціях. Основне джерело N0₂ — вихлопні гази та інші промислові викиди. Оксиди азоту небезпечні для живого. Вони подразнюють дихальні шляхи вищих хребетних тварин та людини. Окрім того, вступаючи в реакцію з іншими забруднювачами, вони набувають ще біль­шої токсичної дії. Наприклад, під впливом ультрафіолетового випромінювання N0₂ реагує з продуктами неповного згорання вуглеводнів, у результаті чого виникає фотохімічний смог, що не лише подразнює очі, а й такий самий небезпечний, як паління цигарок.

Кругообіг фосфору.Фосфор є необхідним елементом орга­нічних сполук, без яких жодний живий організм не може існу­вати. Він входить до складу АТФ, АДФ та АМФ — речовин, перетворення яких забезпечує енергетичні процеси в клітинах.

При цьому фосфор є одним з досить рідкісних елементів щодо його доступності на поверхні Землі та доступних кількостей.

За структурою кругообіг фосфору в природі дещо прості­ший, ніж азоту, але він принципово відрізняється від попе­редніх схем кругообігу речовин. По-перше, його не можна назвати кругообігом. Хоча цей елемент багаторазово викорис­товується живими організмами, в глобальних масштабах цикл залишається незамкненим (фосфор не повертається в основне депо). Друга особливість — це те, що депо фосфору міститься в літосфері.

Гірські породи та інші поклади літосфери, що утворилися в минулі геологічні епохи, поступово піддаються дії ерозії, звіль­нюючи фосфати, які потрапляють до екосистем. Але більша частка їх потрапляє до моря, де вони відкладаються на мілко­воддях або захоронюються на великих глибинах.

Незамкнений кругообіг фосфору складається з ланцюга окремих невеликих циклів. Принаймні можна виділити три такі цикли: на суходолі, у водоймах та прибережний, що охоплює берег та море.

На суходолі фосфор проходить такий цикл: фосфати ґрунту — рослини — тварини — опад — мікроорганізми — фосфати ґрунту. Велика кількість фосфору вимивається з ґрунту у водойми.

У морських та прісних водоймах розчинені у воді сполуки фосфору поглинаються фітопланктоном та водяними росли­нами. Далі фосфор переходить до зоопланктону та рослиноїд­них тварин. Повертається він у воду з виділеннями тварин та через детрит (тільки на мілководдях). Частина фосфору захо­ронюється на дні водойм.

У прибережних регіонах фосфор переноситься з суходолу до моря, а потім з моря вилучається та потрапляє на береги. Виконують цю функцію численні морські птахи (баклани, різні види мартинів та крячків, кайри та ін.), що гніздяться на узбе­режжі, утворюючи численні колонії (пташині базари), а жив­ляться в основному рибою їхній послід, крім азоту, вміщує велику кількість фосфору. Послід змивається у воду. Таким чином, поблизу колоній птахів створюються сприятливі умови для розвитку морської біоти.

Кругообіг сірки.Сірка є вкрай необхідним біогенним елементом тому, що без неї неможливий синтез деяких амінокислот.

Основне депо сірки розміщується в літосфері. Аналогічно до нітратів та фосфатів, сірка може бути доступною тільки у вигляді сульфату SO_4.

Читайте також:

1. II. За зміною ступенів окиснення елементів, які входять до складу реагуючих речовин
2. IV. Запасні речовини
3. L2.T4. Транспортування рідких, твердих та газоподібних речовин.
4. L2.T4/1.Переміщення твердих речовин по території хімічного підприємства.
5. Аварії з викидом (загрозою викиду) сильнодіючих отруйних речовин на об'єктах економіки.
6. Аварії з викидом радіоактивних речовин у навколишнє середовище
7. Аварії з викидом радіоактивних речовин у навколишнє середовище
8. Аваріїз витоком сильнодіючих отруйних речовин.
9. Агрегатні стани речовини
10. АДАПТАЦІЯ ОБМІНУ РЕЧОВИН ДО М'ЯЗОВОЇ ДІЯЛЬНОСТІ
11. Азот, фосфор, біогенні елементи та їх сполуки, органічні речовини
12. Азотисті речовини

Переглядів: 8052