Круговорот вещества

Круговорот веществ

Лекции по экологии Каф.ХиЭ ТТИ ЮФУ Доц.,к.х.н. Е.В.Воробьев

Круговорот веществ - повторяющиеся процессы превращения и перемещения

вещества в природе, имеющие более или менее выраженный циклический характер. Имеют поступательное движение - не происходит полного повторения циклов, всегда имеются те или иные изменения в количестве и составе образующихся веществ.

Разделение вещества

5 млрд. лет назад произошла дифференциация вещества Земли, разделение его на ряд геосфер: атмосферу, гидросферу, земную кору, гранитную, базальтовую и др. Между всеми геосферами и внутри каждой продолжался обмен веществом. Вначале наиболее существенную роль играл вынос вещества из недр Земли на поверхность в результате процессов выплавления легкоплавкого вещества Земли и дегазации.

Продолжительность цикла

Продолжительность того пли иного цикла можно условно оценить по тому времени, которое было бы необходимо, чтобы вся масса данного вещества могла обернуться один раз на Земле в том или ином процессе. Время, достаточное для полного оборота вещества:

Углерод

Углерод — основной биогенный элемент; играет важнейшую роль в образовании живого вещества биосферы. СO2 из атмосферы в процессе фотосинтеза ассимилируется и превращается в органические соединения растений. Растительные организмы, особенно низшие микроорганизмы, морской фитопланктон, благодаря исключительной скорости размножения продуцируют в год около 1,5·1011 т углерода в виде органической массы, что соответствует 5,86·1020дж (1,4·1020кал) энергии.

Круговорот углерода

Азот

Источником азота на Земле был вулканогенный NH3, окисленный O2. Основная масса азота - в виде газа N2 в атмосфере. Пути его вовлечения в биогенный круговорот: 1) процессы электрического (в тихом разряде) и фотохимического окисления азота воздуха, дающие разные окислы азота, которые растворяются в дождевой воде и вносятся т. о. в почвы, воду океана (30мг нитратов на 1 кв.м. в год); 2) биологическая фиксация N2 клубеньковыми бактериями, свободными азотфиксаторами и др. микроорганизмами. (100мг нитратов на 1 кв.м. в год). Значение азота в обмене веществ - входит в состав белков и их разнообразных производных.

Круговорот азота

Фосфор

Источник фосфора в биосфере – апатит (в магматических породах). В превращениях фосфора большую роль играет живое вещество. Организмы извлекают фосфор из почв, водных растворов. Фосфор входит в состав белков, нуклеиновых кислот, лецитинов, фитина и др. органических соединений; особенно много фосфора в костях животных. С гибелью организмов фосфор возвращается в почву и в донные отложения. Он концентрируется в виде морских фосфатных конкреций, отложений костей рыб, гуано, что создаёт условия для образования богатых фосфором пород, которые, в свою очередь, служат источниками фосфора в биогенном цикле.

Круговорот фосфора

Круговорот воды

Круговорот кальция

Известняки (как и др. породы) на континенте разрушаются - растворимые соли кальция реками сносятся в море (ежегодно около 5·108 т кальция. В тёплых морях углекислый кальций интенсивно потребляется низшими организмами — фораминиферами, кораллами и др. — на постройку своих скелетов. После гибели этих организмов их скелеты из углекислого кальция образуют осадки на дне морей - формируется порода — известняк. При регрессии моря известняк обнажается, оказывается на суше и начинается процесс его разрушения. Но состав вновь образующегося известняка несколько иной. Так, оказалось, что палеозойские известняки более богаты углекислым магнием, известняки же более молодые — беднее углекислым магнием. При излиянии лавы известняки частично могут быть ею ассимилированы, т. е. войти в большой круговорот веществ.

Круговорот серы

Сера в виде трёхокиси (SO3), двуокиси (SO2), сероводорода (H2S) и главным образом элементарной серы выбрасывается вулканами. В природе - сульфиды металлов: железа, свинца, цинка и др. Сульфидная сера окисляется в биосфере при участии микроорганизмов до сульфатной серы (SO''4) почв и водоёмов. Сульфаты поглощаются растениями. В организмах сера входит в состав аминокислот и белков. Процессы разрушения остатков организмов в почвах и в илах морей сопровождаются очень сложными превращениями серы. При разрушении белков с участием микроорганизмов образуется сероводород, который далее окисляется до элементарной серы или до сульфатов. Сероводород может вновь образовать «вторичные» сульфиды, а сульфатная сера — залежи гипса. Сульфиды и гипс вновь подвергаются разрушению, и сера возобновляет свою миграцию.

Задание:

Самостоятельно предложить схему круговорота с участием конкретных организмов и факторов неживой природы для: Кислорода Железа Углерода Азота