Реферат: Круговорот кислорода, углерода, азота, фосфора и серы в биосфере

Российский ГосударственныйУниверситет нефти и газа имени И.М. ГубкинаРЕФЕРАТ

На тему:

«Круговорот кислорода, углерода,

азота, фосфора

и серы в биосфере»

Выполнил:

студент группы

АИ-96-7

Гринберг Яков

Москва, 1999

Содержание:

1.

Круговорот кислорода

2.

Круговорот углерода

3.

Круговорот азота

4.

Круговорот фосфора

5.

Круговорот серы

6.

ЛитератураКРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА

Кислородявляется наиболее распространенным элементом на Земле. В морской водесодержится 85,82% кислорода, в атмосферном воздухе 23,15% по весу или 20,93% пообъему, а в земной коре 47,2% по весу. Такая концентрация кислорода в атмосфереподдерживается постоянной благодаря процессу фотосинтеза. В этом процессезеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода иводу в углеводы и кислород. Главная масса кислорода находится в связанномсостоянии; количество молекулярного кислорода в атмосфере оценивается в 1,5* 1015m, что составляет всего лишь 0,01%от общего содержания кислорода в земной коре. В жизни природы кислород имеетисключительное значение. Кислород и его соединения незаменимы для поддержанияжизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхании. Кислородвходит в состав белков, жиров, углеводов, из которых «построены» организмы; вчеловеческом организме, например, содержится около 65% кислорода. Большинствоорганизмов получают энергию, необходимую для выполнения их жизненных функций,за счет окисления тех или иных веществ с помощью кислорода. Убыль кислорода ватмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещаетсякислородом, выделяющимся при фотосинтезе. Вырубка лесов, эрозия почв, различныегорные выработки на поверхности уменьшают общую массу фотосинтеза и снижаюткруговорот на значительных территориях. Наряду с этим, мощным источникомкислорода является, по-видимому, фотохимическое разложение водяного пара вверхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца. Такимобразом, в природе непрерывно совершается круговорот кислорода, поддерживающийпостоянство состава атмосферного воздуха.

Кромеописанного выше круговорота кислорода в несвязанном виде, этот элементсовершает еще и важнейший круговорот, входя в состав воды. Круговорот воды (H2O) заключается в испарении воды споверхности суши и моря, переносе ее воздушными массами и ветрами, конденсации парови последующее выпадение осадков в виде дождя, снега, града, тумана.

КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА

Углерод пораспространенности на Земле занимает шестнадцатое место среди всех элементов исоставляет приблизительно 0,027% массы земной коры. В несвязанном состоянии онвстречается в виде алмазов (наибольшие месторождения в Южной Африке и Бразилии)и графита (наибольшие месторождения в ФРГ, Шри-Ланка и СССР). Каменный угольсодержит до 90% углерода. В связанном состоянии углерод входит также в разныегорючие ископаемые, в карбонатные минералы, например кальцит и доломит, а такжев состав всех биологических веществ. В форме доксида углерода он входит всостав земной атмосферы, в которой на его долю приходится 0,046% массы.

Углерод имеет исключительное значение для живого вещества (живымвеществом в геологии называют совокупность всех организмов, населяющих Землю).Из углерода в биосфере создаются миллионы органических соединений. Углекислотаиз 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 частичнопоедаются животными (при этом образуются пищевые цепи). В конечном счете,органическая масса в результате дыхания, гниения и горения превращается вуглекислый газ или отлагается в виде сапропеля, гумуса, торфа, которые, в своюочередь, дают начало многим другим соединениям – каменным углям, нефти. Впроцессах распада органических веществ, их минерализации, огромную роль играютбактерии (например, гнилостные), а также многие грибы (например, плесневые). Вактивном круговороте углекислый газ Û

живое вещество участвует очень небольшая часть всеймассы углерода. Огромное количество углекислоты законсервировано в видеископаемых известняков и других пород.

Между углекислым газом атмосферы и водой океана существуетподвижное равновесие. Организмы поглощают углекислый кальций, создают своискелеты, а затем из них образуются пласты известняков. Атмосфера пополняетсяуглекислым газом благодаря процессам разложения органических веществ,карбонатов и т.д. Особенно мощным источником являются вулканы, газы которыхсостоят главным образом из паров воды и углекислого газа.

КРУГОВОРОТ АЗОТА

Азот входитв 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. Растениясинтезируют белки, используя нитраты из почвы. Нитраты образуются там изатмосферного азота и аммонийных соединений, имеющихся в почве. Процесспревращения атмосферного азота в форму, усвояемую растениями и животными,называется связыванием (или фиксацией) азота.

При гниенииорганических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращаетсяв аммиак, который под влиянием живущих в почве нитрифицирующих бактерийокисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию снаходящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция СаСОз, образуетнитраты:

2HN0з + СаСОз = Са(NОз)2 +СОС + Н0Н

Некоторая же часть азота всегдавыделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяетсятакже при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного угля,торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступевоздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделениемсвободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому,что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит внедоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший всостав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенновыделяется в свободном виде.

Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давнодолжна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природене существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессамотносятся, прежде всего, происходящие в атмосфере электрические разряды, прикоторых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водойдают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. Другим источникомпополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемыхазотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерийпоселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образованиехарактерных вздутий — «клубеньков», почему они и получили название клубеньковыхбактерий. Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают егов азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белкии другие сложные вещества.

Таким образом, в природе совершается непрерывныйкруговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатыебелками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вноситьудобрения, возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений. Восновном используются нитрат кальция Ca(NO3)2, нитрат аммония NH4NO3, нитрат натрияNANO3,и нитрат калия KNO3. Например,в Таиланде используются листья лейкаены как органическое удобрение. Лейкаенапринадлежит к бобовым растениям и, как и все они, содержит очень много азота.Поэтому ее можно использовать вместо химического удобрения.

В последнее время наблюдается повышения содержаниянитратов в питьевой воде, главным образом за счет усилившегося использованияискусственных азотных удобрений в сельском хозяйстве. Хотя сами нитраты не такуж опасны для взрослых людей, ворганизме человека они могут превращаться в нитриты. Кроме того, нитраты инитриты 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 превращатьсяв нитрозамины :

<img src="/cache/referats/2380/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1026">
Известно, что нитрозамины способнывызывать онкологические заболевания у животных. Большинство из нас ужеподвержено воздействию нитрозаминов, которые в небольшом количестве находятся взагрязненном воздухе, сигаретном дыму и некоторых пестицидах. Полагают, что нитрозаминымогут быть причиной 70-90% случаев онкологических заболеваний, возникновениекоторых приписывают действию факторов окружающей среды.

КРУГОВОРОТФОСФОРА

Источником фосфора биосферы являетсяглавным образом апатит, встречающийся во всех магматических породах. Впревращениях фосфора большую роль играет живое вещество. Организмы извлекаютфосфор из почв, водных растворов. Усвоение фосфора растениями во многом зависитот кислотности почвы. Фосфор входит в многочисленные соединения в организмах: белки,нуклеиновые кислоты, костная ткань, лецитины, фитин и другие соединения;особенно много фосфора входит в состав костей. Фосфор жизненно необходимживотным в процессах обмена веществ для накопления энергии. С гибельюорганизмов фосфор возвращается в почву и в илы морей. Он концентрируется в видеморских фосфатных конкреций, отложений костей рыб, что создает условия длясоздания богатых фосфором пород, которые в свою очередь являются источникомфосфора в биогенном цикле.

Содержаниефосфора в земной коре составляет 8*10-20 % (по весу). Всвободном состоянии фосфор в природе не встречается вследствие его легкойокисляемости. В земной коре он находится в виде минералов (фторапатит, хлорапатит,вивианит и др.), которые входят в состав природных фосфатов – апатитов ифосфоритов. Фосфор имеет исключительное значение для жизни животных и растений.

Таккак растения уносят из почвы значительное количество фосфора, а естественноепополнение фосфорными соединениями почвы крайне незначительно, то внесение впочву фосфорных удобрений является одним из важнейших мероприятий по повышениюурожайности. Ежегодно в мире добывают приблизительно 125 млн. т. фосфатнойруды. Большая ее часть расходуется на производство фосфатных удобрений.

КРУГОВОРОТ СЕРЫ

Круговоротсеры также тесно связан с живым веществом. Сера в виде SO2, SO3,H2Sи элементарнойсеры выбрасывается вулканами в атмосферу. С другой стороны, в природе в большомколичестве известны различные сульфиды металлов: железа, свинца, цинка и др.Сульфидная сера окисляется в биосфере при участи многочисленных микроорганизмовдо сульфатной серы SO42 почв иводоемов. Сульфаты поглощаются растениями. В организмах сера входит в составаминокислот и белков, а у растений, кроме того, — в состав эфирных масел и т.д.Процессы разрушения остатков организмов в почвах и в илах морей сопровождаютсяочень сложными превращениями серы. При разрушении белков при участиимикроорганизмов образуется сероводород. Далее сероводород окисляется либо доэлементарной серы, либо до сульфатов. В этом процессе участвуют разнообразныемикроорганизмы, создающие многочисленные промежуточные соединения серы.Известны месторождения серы биогенного происхождения. Сероводород может вновьобразовать «вторичные» сульфиды, а сульфатная сера создает гипс. В свою очередьсульфиды и гипс вновь подвергаются разрушению, и сера возобновляет своюмиграцию.

ЛИТЕРАТУРА:

1.

БСЭ, 1953

2.

Стадницкий, Родионов. «Экология»

3.

М. Фримантл «Химия в действии»

4.

Г. Рудзидис, Ф.Фельдман Химия 7-11.

еще рефераты

Еще работы по охране природы, экологии, природопользованию

Реферат по охране природы, экологии, природопользованию