Российский Государственный Университет
нефти и газа имени И.М. Губкина
РЕФЕРАТ
На тему:
«Круговорот кислорода, углерода,
азота, фосфора
и серы в биосфере»
Выполнил:
студент группы
АИ-96-7
Гринберг Яков
Москва, 1999
Содержание:
Круговорот кислорода
Круговорот углерода
Круговорот азота
Круговорот фосфора
Круговорот серы
Литература
КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА
Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле. В
морской воде содержится 85,82% кислорода, в атмосферном воздухе 23,15%
по весу или 20,93 по объему, а в земной коре 47,2% по весу. Главная
масса кислорода находится в связанном состоянии; количество
молекулярного кислорода в атмосфере оценивается в 1,5* 1015 m, что
составляет всего лишь 0,01% от общего содержания кислорода в земной
коре. В жизни природы кислород имеет исключительное значение. Кислород
входит в состав белков, жиров, углеводов, из которых «построены»
организмы; в человеческом организме, например, содержится около 65%
кислорода. Большинство организмов получают энергию, необходимую для
выполнения их жизненных функций, за счет окисления тех или иных веществ
с помощью кислорода. Присутствие кислорода в воздухе является
необходимым условием для жизненного акта –дыхания. При этом организм
получает извне кислород и выводит наружу продукты окисления –
углекислый газ и пары воды. Растения, используя энергию солнечных лучей,
ассимилируют двуокись углерода и выделяют кислород (фотосинтез). Убыль
кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения
возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе. Наряду с этим,
мощным источником кислорода является, по-видимому, фотохимическое
разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под влиянием
ультрафиолетовых лучей солнца. Таким образом, в природе непрерывно
совершается круговорот кислорода, поддерживающий постоянство состава
атмосферного воздуха.
КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА
Углерод по распространенности на Земле занимает шестнадцатое место
среди всех элементов и составляет приблизительно 0,027% массы земной
коры. В несвязанном состоянии он встречается в виде алмазов (наибольшие
месторождения в Южной Африке и Бразилии) и графита (наибольшие
месторождения в ФРГ, Шри-Ланка и СССР). Каменный уголь содержит до 90%
углерода. В связанном состоянии углерод входит также в разные горючие
ископаемые, в карбонатные минералы, например кальцит и доломит, а также
в состав всех биологических веществ. В форме доксида углерода он входит
в состав земной атмосферы, в которой на его долю приходится 0,046%
массы.
Углерод имеет исключительное значение для живого вещества (живым
веществом в геологии называют совокупность всех организмов, населяющих
Землю). Из углерода в биосфере создаются миллионы органических
соединений. Углекислота из атмосферы в процессе фотосинтеза,
осуществляемого зелеными растениями, ассимилируется и превращается в
разнообразные органические соединения растений. Растительные организмы,
особенно низшие микроорганизмы, морской фитопланктон, благодаря
исключительной скорости размножения, продуцируют в год около 1,5*1011m
углерода в виде органической массы. Растения частично поедаются
животными (при этом образуются пищевые цепи). В конечном счете,
органическая масса в результате дыхания, гниения и горения превращается
в углекислый газ или отлагается в виде сапропеля, гумуса, торфа,
которые, в свою очередь, дают начало многим другим соединениям –
каменным углям, нефти. В процессах распада органических веществ, их
минерализации, огромную роль играют бактерии (например, гнилостные), а
также многие грибы (например, плесневые). В активном круговороте
углекислый газ ( живое вещество участвует очень небольшая часть всей
массы углерода. Огромное количество углекислоты законсервировано в виде
ископаемых известняков и других пород.
Между углекислым газом атмосферы и водой океана существует подвижное
равновесие. Организмы поглощают углекислый кальций, создают свои
скелеты, а затем из них образуются пласты известняков. Атмосфера
пополняется углекислым газом благодаря процессам разложения органических
веществ, карбонатов и т.д. Особенно мощным источником являются вулканы,
газы которых состоят главным образом из паров воды и углекислого газа.
КРУГОВОРОТ АЗОТА
Азот входит в состав земной атмосферы в несвязанном виде в форме
двухатомных молекул. Приблизительно 78% всего объема атмосферы
приходится на долю азота. Кроме того, азот входит в состав растений и
животных организмов в форме белков. Растения синтезируют белки,
используя нитраты из почвы. Нитраты образуются там из атмосферного азота
и аммонийных соединений, имеющихся в почве. Процесс превращения
атмосферного азота в форму, усвояемую растениями и животными, называется
связыванием (или фиксацией) азота.
При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них
азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве
нитрифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя,
вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с
карбонатом кальция СаСОз, образует нитраты:
2HN0з + СаСОз = Са(NОз)2 + СОС + Н0Н
Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде
в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических
веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того,
существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут
отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного
азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что
часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит
в недоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот,
входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву;
часть его постепенно выделяется в свободном виде.
Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы
привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не
существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам
относятся, прежде всего, происходящие в атмосфере электрические разряды,
при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота;
последние с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в
нитраты. Другим источником пополнения азотных соединений почвы является
жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать
атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях
растений из семейства бобовых, вызывая образование характерных вздутий —
«клубеньков», почему они и получили название клубеньковых бактерий.
Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в
азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в
белки и другие сложные вещества.
Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота.
Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками
части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить
удобрения, возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений.
В основном используются нитрат кальция Ca(NO3)2, нитрат аммония NH4NO3,
нитрат натрия NANO3, и нитрат калия KNO3. Например, в Таиланде
используются листья лейкаены как органическое удобрение. Лейкаена
принадлежит к бобовым растениям и, как и все они, содержит очень много
азота. Поэтому ее можно использовать вместо химического удобрения.
В последнее время наблюдается повышения содержания нитратов в питьевой
воде, главным образом за счет усилившегося использования искусственных
азотных удобрений в сельском хозяйстве. Хотя сами нитраты не так уж
опасны для взрослых людей, в организме человека они могут превращаться в
нитриты. Кроме того, нитраты и нитриты используются для обработки и
консервирования многих пищевых продуктов, в том числе ветчины, бекона,
солонины, а также некоторых сортов сыра и рыбы. Отдельные ученые
полагают, что в организме человека нитраты могут превращаться в
нитрозамины :
Известно, что нитрозамины способны вызывать онкологические заболевания
у животных. Большинство из нас уже подвержено воздействию нитрозаминов,
которые в небольшом количестве находятся в загрязненном воздухе,
сигаретном дыму и некоторых пестицидах. Полагают, что нитрозамины могут
быть причиной 70-90% случаев онкологических заболеваний, возникновение
которых приписывают действию факторов окружающей среды.
КРУГОВОРОТ ФОСФОРА
Источником фосфора биосферы является главным образом апатит,
встречающийся во всех магматических породах. В превращениях фосфора
большую роль играет живое вещество. Организмы извлекают фосфор из почв,
водных растворов. Фосфор входит в многочисленные соединения в
организмах: белки, лецитины, фитин и другие соединения; особенно много
фосфора входит в состав костей. С гибелью организмов фосфор возвращается
в почву и в илы морей. Он концентрируется в виде морских фосфатных
конкреций, отложений костей рыб, что создает условия для создания
богатых фосфором пород, которые в свою очередь являются источником
фосфора в биогенном цикле.
Содержание фосфора в земной коре составляет 8*10-20 % (по весу). В
свободном состоянии фосфор в природе не встречается вследствие его
легкой окисляемости. В земной коре он находится в виде минералов
(фторапатит, хлорапатит, вивианит и др.), которые входят в состав
природных фосфатов – апатитов и фосфоритов. Фосфор имеет исключительное
значение для жизни животных и растений.
Так как растения уносят из почвы значительное количество фосфора, а
естественное пополнение фосфорными соединениями почвы крайне
незначительно, то внесение в почву фосфорных удобрений является одним из
важнейших мероприятий по повышению урожайности.
КРУГОВОРОТ СЕРЫ
Круговорот серы также тесно связан с живым веществом. Сера в виде SO2,
SO3, H2S и элементарной серы выбрасывается вулканами в атмосферу. С
другой стороны, в природе в большом количестве известны различные
сульфиды металлов: железа, свинца, цинка и др. Сульфидная сера
окисляется в биосфере при участи многочисленных микроорганизмов до
сульфатной серы SO42 почв и водоемов. Сульфаты поглощаются растениями. В
организмах сера входит в состав аминокислот и белков, а у растений,
кроме того, – в состав эфирных масел и т.д. Процессы разрушения остатков
организмов в почвах и в илах морей сопровождаются очень сложными
превращениями серы. При разрушении белков при участии микроорганизмов
образуется сероводород. Далее сероводород окисляется либо до
элементарной серы, либо до сульфатов. В этом процессе участвуют
разнообразные микроорганизмы, создающие многочисленные промежуточные
соединения серы. Известны месторождения серы биогенного происхождения.
Сероводород может вновь образовать «вторичные» сульфиды, а сульфатная
сера создает гипс. В свою очередь сульфиды и гипс вновь подвергаются
разрушению, и сера возобновляет свою миграцию.
ЛИТЕРАТУРА:
БСЭ, 1953
Стадницкий, Родионов. «Экология»
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
