Реферат: Круговорот веществ в природе
Реферат
на тему:
«Круговорот
веществ
в природе.»
- 1 -
Деятельность живых организмовсопровождается извле- чением из окружающей их неживой природы больших ко-личеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химическиеэлементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный круговоротвеществ в природе, т.е. циркуляция веществ между атмо- сферой, гидросферой,литосферой и живыми организмами.
Приведём некоторые примеры.
Круговорот воды. Под действием энергии Солнца вода
испаряетсяс поверхности водоёмов и воздушными течени- ями переносятся на большиерасстояния. Выпадая на по-
верхностьсуши в виде осадков, она способствует разруше- нию горных пород и делаетсоставляющие их минералы до-
ступнымидля растений, микроорганизмов и животных. Она
размываетверхний почвенный слой и уходит вместе с рас-
творённымив ней химическими соединениями и взвешен-ными органическими и неорганическими частицами в моря и океаны.Циркуляция воды между океаном и сушей -
важнейшеезвено в поддержании жизни на Земле.
Растения участвуют в круговороте водыдвояким спо-собом: извлекают её из почвы и испаряют в атмосферу; часть воды вклетках растений расщепляется в процессе фотосинтеза. При этом водородфиксируется в виде органи-
ческихсоединений, а кислород поступает в атмосферу.
Животные потребляют воду для поддержанияосмоти-ческого и солевого равновесия в организме и выделяют её во внешнюю средувместе с продуктами обмена веществ.
Круговорот углерода. Углерод поступает в биосферу в
результатефиксации его в процессе фотосинтеза. Коли-чество углерода, ежегодносвязываемого растениями, оце-
ниваетсяв 46 млрд. т. Часть его поступает в тело животных
иосвобождается в результате дыхания в виде СО2, который
вновьпоступает в атмосферу. Кроме того, запасы углерода
ватмосфере пополняются за счёт вулканической деятельно-сти и сжигания человекомгорючих ископаемых. Хотя
основнаячасть поступающего в атмосферу диоксида угле-рода поглощается океаном иоткладывается в виде карбона-
тов,содержание СО2 ввоздухе 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 общеймассы её газообразных
компонентов.Однако в молекулярной форме он не может
использоватьсяни высшими растениями, ни животными.
Вформу, пригодную для использования, атмосферный азот
переводятэлектрические разряды (при которых образуются
оксидыазота, в соединении с водой дающие азотистую и азотную кислоты),азотфиксирующие бактерии и синезелё-ные водоросли. Одновременно образуетсяаммиак, который
другиехемосинтезирующие бактерии последовательно пере-
водятв нитриты и нитраты. Последние наиболее усвояемы для растений. Биологическая фиксация азота насуше со-
ставляетпримерно 1 г/м2, а в плодородных областях дости-
гает20 г/м2.
После отмирания организмов гнилостныебактерии раз-лагают азотсодержащие соединения до аммиака. Часть его
уходитв атмосферу, часть восстанавливается денитрифици-
рующимибактериями до молекулярного азота, но основная
массаокисляется до нитритов и нитратов и вновь использу-ется. Некоторое количествосоединений азота оседает в глу-
боководныхотложениях и надолго (миллионы лет) выклю-
чаетсяиз круговорота. Эти потери компенсируются поступ-
лениемазота в атмосферу с вулканическими газами.
Круговорот серы. Сера входит в состав белков и также
представляетсобой жизненно важный элемент. В виде со-
единенийс металлами — сульфидов — она залегает в виде руд
насуше и входит в состав глубоководных отложений. В до-
ступнуюдля усвоения растворимую форму эти соединения
переводятсяхемосинтезирующими бактериями, способными
получатьэнергию путём окисления восстановленных соеди-
ненийсеры. В результате образуются сульфаты, которые
используютсярастениями. Глубоко залегающие сульфаты
вовлекаютсяв круговорот другой группой микроорганиз-мов, восстанавливающих сульфаты досероводорода.
- 3 -
Круговорот фосфора. Резервуаром фосфора служат за-
лежиего соединений в горных породах. Вследствие вымыва-
ния онпопадает в речные системы и частью используется растениями, а частью уносится вморе, где оседает в глубо-
ководныхотложениях. Кроме того, в мире ежегодно добы-
ваетсяот 1 до 2 млн.т. фосфорсодержащих пород. Большая
частьэтого фосфора также вымывается и исключается из
круговорота.Благодаря лову рыбы часть фосфора возвра-
щаетсяна сушу в небольших размерах (около 60 тыс.т. эле-
ментарногофосфора в год).
Из приведённых примеров видно, какуюзначительную
роль вэволюции неживой природы играют живые орга-низмы. Их деятельность существенновлияет на формиро-вание состава атмосферы и земной коры. Большой вклад в
пониманиевзаимосвязей между живой и неживой природой
внёсвыдающийся советский учёный В.И.Вернадский. Он
выявилгеологическую роль живых организмов и показал,
что ихдеятельность представляет собой важнейший фактор
преобразованияминеральных оболочек планеты.
Таким образом, живые организмы, испытываяна себе влияние факторов неживой природы, своей деятельностью
изменяютусловия окружающей среды, т.е. среды своего обитания. Это приводит к изменениюструктуры всего сообщества — биоценоза.
Установлено, что азот, фосфор и калиймогут оказывать наибольшее положительное влияние на урожаи культурных
растений,и потому эти три элемента в наибольших коли-чествах вносят в почву судобрениями, применяемыми в сельском хозяйстве. Поэтому азот и фосфор оказалисьглав-
нойпричиной ускоренной эвтрофизации озёр в странах с интенсивным земледелием.Эвтрофизация — это процесс обо-
гащенияводоёмов питательными веществами. Она пред-
ставляетсобой естественное явление в озёрах, так как реки
приносятпитательные вещества с окружающих дренажных
площадей.Однако этот процесс обычно идёт очень медлен-но, в течение тысяч лет.
- 4 -
Неестественная эвтрофизация, ведущая кстремительному увеличению продуктивности озёр, происходит в результате стока ссельскохозяйственных угодий, которые могут быть обогащены питательнымивеществами удобрений.
Существуюттакже два других важных источника фосфора — сточные воды и моющие средства.Сточные воды, как в своём первоначальном виде, так и обработанные, обога-щеныфосфатами. Бытовые детергенты содержат от 15% до 60% биологически разрушаемого фосфата. Кратко можно резюмировать, чтоэвтрофизация в конце концов приводит к истощению ресурсов кислорода и к гибелибольшинства жи-вых организмов в озёрах, а в крайних ситуациях — и в реках.
Организмы в экосистеме связаны общностьюэнергии и питательных веществ, и необходимо чётко разграничить эти
двапонятия. Всю экосистему можно уподобить единому ме-
ханизму,потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательныевещества первона-чально происходят из абиотического компонента системы,
вкоторый в конце концов и возвращаются либо в качестве
отходовжизнедеятельности, либо после гибели и разруше-ния организмов. Таким образом, вэкосистеме происходит
постоянныйкруговорот питательных веществ, в котором
участвуюти живой и неживой компоненты. Такие кругово-роты называются биогеохимическимициклами.
Поток энергии и круговороты биогенныхэлементов в
экосистеме.
Энергия Биотический Тепловая
света компонент энергия
Солнце Биогенные
элементы
Абиотический
компонент
Поток энергии
Круговоротбиогенных элементов
- 5 -
На глубине в десятки километров горныепороды и ми-нералы подвергаются воздействию высоких давлений и тем-
ператур.В результате происходит метаморфизм (изменение) их структуры, минерального, аиногда и химического соста-
ва,что приводит к образованию метаморфических пород.
Опускаясьещё дальше в глубь Земли, метаморфические по-
родымогут расплавиться и образовать магму. Внутренняя
энергияЗемли (т.е. эндогенные силы) поднимает магму к поверхности. С расплавленнымигорными породами, т.е. магмой, химические элементы выносятся на поверхностьЗемли во время извержений вулканов, застывают в толще земной коры в видеинтрузий. Процессы горообразования поднимают глубинные горные породы и минералына поверхность Земли. Здесь горные породы подвергаются воздействию солнца,воды, животных и растений, т.е. разрушаются, переносятся и отлагаются в видеосадков в новом месте. В результате образуются осадочные горные породы. Они накапливаютсяв подвижных зонах земной коры и при пригибании снова опускаются на большиеглубины (свыше 10 км).
Вновьначинаются процессы метаморфизма, переправления,
кристаллизации,и химические элементы возвращаются на поверхность Земли. Такой«маршрут» химических элементов называется большим геологическимкруговоротом. Геологический круговорот не замкнут, т.к. часть химическихэлементов выходит из круговорота: уносится в космос, закрепляется прочнымисвязями на земной поверхности, а часть поступает извне, из космоса, сметеоритами.
Геологический круговорот — это глобальноепутешествие химических элементов внутри планеты. Более короткие путешествия онисовершают на Земле в пределах отдельных
еёучастков. Главный инициатор — живое вещество. Орга-низмы интенсивно поглощаютхимические элементы из поч-вы, воздуха воды. Но одновременно и возвращают их.Химические элементы вымываются из растений дождевыми водами, выделяются ватмосферу 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 -
Частьэлементов-«путешественников» уносится за его пределы с поверхностнымии грунтовыми водами, часть — на разноевремя «выключается» из круговорота и задерживает-ся в деревьях,почве, торфе.
Ещё один маршрут химических элементовпроходит сверху вниз от вершин и водоразделов к долинам и руслам рек, впадинам,западинам. На водоразделы химические эле-
ментыпоступают только с атмосферными осадками, а выно-сятся вниз и с водою, и поддействием силы тяжести. Расход вещества преобладает над поступлением, о чёмговорит са-мо название ландшафтов водоразделов — элювиальные.
Насклонах жизнь химических элементов изменяется. Скорость их передвижения резкоувеличивается, и они «про
езжают»склоны, как пассажиры, удобно устроившиеся в ку-пе поезда. Ландшафты склоновтак и называются — транзит-ными.
«Отдохнуть» от дорогихимическим элементам удаётся лишь в аккумулятивных (накапливающих) ландшафтах,рас-
положенных в понижениях рельефа. В этих местах они часто иостаются, создавая для растительности хорошие условия питания. В некоторыхслучаях растительности приходится бороться уже с избытком химических элементов.
Ужемного лет назад в распределение химических эле-ментов вмешался человек. Сначала ХХ столетия деятель-ность человека стала главным способом ихпутешествия. При добыче полезных ископаемых огромное количество веществизымается из земной коры. Их промышленная пере
работкасопровождается выбросами химических элементов с отходами производства ватмосферу, воды, почвы. Это за-грязняет среду обитания живых организмов. На землепояв-ляются новые участки с высокой концентрацией химических
элементов- рукотворные геохимические аномалии. Они распространены вокруг рудниковцветных металлов (меди,
свинца).Эти участки иногда напоминают лунные пейзажи, потому что практически лишеныжизни из-за высоких содержании вредных элементов в почвах и водах. Остановитьнаучно-технический прогресс невозможно, но человек должен помнить, чтосуществует порог в загрязнении природной среды, переходить который нельзя, закоторым неизбежны болезни людей и даже вымирание цивилизации.
Создав биогеохимические «свалки», природа,возможно, хотела предостеречь человека от непродуманной, безнравст-веннойдеятельности, показать ему на наглядном примере, к чему приводит нарушениераспределения химических эле-ментов в земной коре и на её поверхности.