Большой геохимический и малый биохимический круговороты веществ

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

<<Нижегородский государственный  архитектурно – строительный  университет>>

 

 

 

 

 

 

Общетехнический факультет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доклад

Большой геохимический  и малый биохимический круговороты  веществ

(вариант №7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подготовил                                                       

Студент группы 1214                                                                    Монастырский М.В.

 

Проверил

Преподаватель                                                                                   Фирсов А.И.

 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород

2012

Содержание

 

       Введение                                                                                                            3

   Круговороты воды, углерода, азота, фосфора, серы и их особенности        4

1. Круговорот и особенности воды                                                                        4

2. Круговорот и особенности  углерода                                                                 5

3. Круговорот и особенности азота                                                                       6

4. Круговорот и особенности  фосфора                                                                 7

5. Круговорот и особенности  серы                                                                      8

       Заключение

       Список  литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

Круговороты воды, углерода, азота, фосфора, серы и их особенности     

1. Круговорот и особенности воды

 

   Наряду с биологическим  круговоротом атомов в биосфере  протекает и другой

грандиозный круговорот – воды. Это  и водообмен океаны-материки, когда  вода,

испаряясь с поверхности океана, переносится ветрами на континенты и с речным

стоком снова возвращается в  океан, и маленькие круговороты  отдельного

ландшафта, когда испарение воды в теплую погоду приводит к облачности и

выпадению осадков. С энергетической точки зрения здесь во всех случаях  имеет

место одна и та же последовательность: солнечная энергия, затраченная на

испарение воды, заряжает ее молекулы энергией, которая после конденсации

паров воды и выпадения осадков  на земную поверхность реализуется  в

кинетической энергии рек и  ручьев. Так же, как и для отдельного живого

организма, геологический эффект деятельности каждой дождевой капли,

небольшого ручья – ничтожны, но, суммируясь, эти капли и ручьи  дают могучие

реки, которые за геологические  периоды разрушают горные хребты.

   Круговорот воды до известной степени можно сравнивать с биологическим

круговоротом, так как источником энергии в обоих случаях служит излучение

Солнца. Только круговорот воды –  главный агент механической работы, а

биологический – химической. Правда, вода тоже выполняет химическую работу

(растворение, выветривание и  т.д.), но она осуществляется при  участии живого

вещества: или за счет организмов, находящихся в водах, или за счет продуктов их

жизнедеятельности – CO2, гумуса и других химически активных веществ.

   Круговорот воды в геологическом времени не замкнут. Большие массы воды

поступают в биосферу при вулканических  извержениях, а также из зоны

метаморфизма в результате отжатия  воды при уплотнении глинистых пород,

превращения их в сланцы.

   С другой стороны, в  биосфере протекают многочисленные процессы гидратации,

связывающие воду в составе различных  глинистых и прочих минералов. При

прогибании земной коры в геосинклинальных зона эти гидратированные толщи

оказываются на больших глубинах вне  биосферы, и воды надолго изымаются  из

круговорота.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

2. Круговорот и особенности  углерода

 

   Биосфера представляет оболочку  жизни – область существования  живого вещества.

Весь ее углерод им захвачен. Все углеродистые соединения, находящиеся и

образующиеся  в ней, с ним каким-нибудь образом связаны. Все фреатические

углеродистые  минералы, попадающие в нее в результате геологических процессов,

происходят  в своей основе из живого вещества, представляют метаморфизованные

продукты  вадозных минералов, когда-то связанных  с жизнью.

   CO2 – единственный ювенильный и фреатический минерал углерода,

проникающий в большом количестве в биосферу.

Важно отметить, что на земной поверхности существует большое количество

химических  процессов, связанных с синтезом угольной кислоты. Эти процессы

находятся в очевидной связи с живым веществом, так как они все образуются под

влиянием  свободного кислорода.

   Свободный  кислород окисляет углеродистую, даже графитовую, пыль, большие

количества угольной кислоты образуются в среде самого живого вещества под

влиянием процессов дыхания.

   Углеводороды (главным образом  метан), которые, несомненно, приходят  из

глубоких слоев земной коры, только отчасти ювенильного происхождения. Большая

часть их массы образуется в вадозных областях: таковы газы болот

(биохимический продукт). Другая создается в стратисфере, например газы,

выделяющиеся в каменноугольных  копях.

   Но такое объяснение, едва  ли приложимо целиком к газовым  струям

углеводородов, огромная масса которых  непрерывно сейчас выделяется бурением и

в меньшем количестве извека выделяется в природных условиях.

   Часть их в значительной  мере генетически связана с  нефтяными месторождениями.

Это газовая фаза нефтей. Другая должна быть увязана с рассеянным органическим

веществом осадочных пород, т.е. в  значительной мере имеет сложное

происхождение, выражаемое схемой:

Морская жизнь → морской ил →  осадочные породы → газы.

Переход в газы должен происходить  в процессах биохимического и  безжизненного

изменения в бескислородной среде.

   Но все же часть метана  может быть связана с магматическими очагами и является

составной частью глубоких подземных  атмосфер состава H2O-CH4

 

   Генезис этих атмосфер должен быть сложный, и пары воды и углеводороды могут

быть разного происхождения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

3. Круговорот и особенности  азота

 

   В фотической зоне небольших  озер фиксация азота происходит  со скоростью 1-50

мкг/ л в  день; высокая интенсивность фиксации отмечена также в некоторых

загрязненных  озерах с множеством сине-зеленых  водорослей. В океане, где

продуктивность  ниже, интенсивность фиксации азота в расчете на 1 м2 меньше,

чем на суше, однако общее количество фиксированного азота является

значительным  и весьма важным для глобального  круговорота.

   В  круговороте азота из огромного  запаса этого элемента в атмосфере  и

осадочной оболочке литосферы принимает участие только фиксированный азот,

усваиваемый живыми организмами суши и океана. В эту категорию азота обменного

фонда входят: азот годичной продукции биомассы, азот биологической фиксации

бактериями и другими организмами, ювенильный (вулканогенный) азот,

атмосферный (фиксированный при  грозах) и техногенный.

   На огромных массивах, где  деятельность человека почти  отсутствует, растения

берут необходимый им азот из вносимого  в почву азота извне (нитратов с

дождями, аммиака из воздуха), из возвращаемого  в почву азота (остатков

животных, растений, экскрементов животных), а также из разнообразных

азотфиксирующих организмов. Особое внимание привлекают несимбиотические

свободноживущие так называемые олигонитрофильные микроорганизмы, способные

расти при ничтожно малом содержании связанного азота в среде. Многие

исследователи находят их в почве  и ризосфере в довольно больших  количествах.

   Например, в почве и ризосфере  растительных сообществ сухопутной и пустынно-

степной подзон Центрального Казахстана и МНР содержится достаточно много

олигонитрофильных микроорганизмов. При анализе почв создается впечатление  о

значительном преобладании олигонитрофильных  бактерий над другими в засушливые

периоды, что свидетельствует о высокой устойчивости их к недостатку влаги.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 
4. Круговорот и особенности фосфора

 

Геохимический цикл фосфора в большой  мере отличается от циклов углерода и

азота. Кларк этого элемента в  земной коре равен 0,093%. Это в несколько

десятков раз больше кларка азота, но в отличие от последнего фосфор не играет

роли одного из главных элементов  оболочек Земли. Тем не менее его

геохимический цикл включает в себя разнообразные пути миграции в земной коре,

интенсивный биологический круговорот и миграцию в гидросфере.

   Фосфор является одним  из главных органогенных элементов.  Органические

соединения фосфора играют важную роль в процессах жизнедеятельности  всех

растений и животных, входят в  состав нуклеиновых кислот, сложных  белков,

фосфолипидов мембран, являются основой  биоэнергетических процессов. Фосфор

концентрируется живым веществом, где его содержание примерно в 10 раз больше,

чем в земной коре.

   На поверхности суши протекает  интенсивный круговорот фосфора  в системе почва

→ растения → животные → почва. В связи с тем, что

минеральные соединения фосфора труднорастворимы и содержащийся в них элемент

почти недоступен растениям, последние  преимущественно используют его

легкорастворимые формы, образующиеся при разложении органических остатков.

   Круговорот фосфора происходит  и в системе суша → Мировой  океан, основой

которого является вынос фосфатов с речным стоком, взаимодействие их с

кальцием, образование фосфоритов, залежи которых со временем выходят  на

поверхность и снова включаются в миграционные процессы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 
5. Круговорот и особенности серы

 

   Здесь хорошо видны многие  основные черты круговорота, например, обширный

резервный фонд в почве и отложениях и меньший – в атмосфере. Основную роль в

обменном фонде серы играют специализированные микроорганизмы, каждый вид

которых выполняет определенную реакцию  окисления или восстановления. На схеме

представлена также микробная  регенерация серы из глубоководных  отложений, в

результате которой к поверхности  перемещается сероводород (H2S);

взаимодействие геохимических  и метеорологических процессов (эрозия,

осадкообразование, выщелачивание, дождь, адсорбция, десорбция и т.д.);

биологические процессы (продукция  биомассы и ее разложение); взаимосвязь

воздуха, воды и почвы в регуляции круговорота серы в глобальном масштабе.

   Сульфат (SO2-4) аналогично  нитрату и фосфату – основная доступная форма серы, которая восстанавливается автотрофами и включается в белки (сера входит в состав ряда аминокислот).

На круговоротах азота и серы все больше сказывается промышленное загрязнение

воздуха. Сжигание ископаемого топлива  значительно увеличило содержание

летучих окислов азота (NO и NO2) и  серы (SO2) в воздухе, особенно в городах;

концентрации их уже становятся опасными для биотических компонентов

экосистем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 
Список используемой литературы

 

1. ЯНДЕКС/Значение большого круговорота для биосферных процессов

/ http:/ /works.tarefer.ru/ 98/100506/index.html

2.       Вернадский В.  И. Биосфера. – М.: Мысль, 1967.

3.       Перельман А.  И. Геохимия биосферы. – М.: Наука, 1973.

4.       Бургеля Н.  К., Мырлян Н. Ф. Геохимия и  окружающая среда. – М.:Штиинца, 1985.

5.     ЯНДЕКС/значение  круговоротов для природы/http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_geo/6548/круговорот

6.     Акимова, Т.А., Хаскин, В.В. Экология. - М.:ЮНИТИ, 2001.

7.     Алексеев, В. П. Очерки экологии человека.- М.: «Наука»,1993