Характеристика большого и малого круговоротов

Круговорот веществ проявляется в многократном участия веществ в процессах, происходящих в атмосфере, гидросфере, литосфере и в том числе в тех их слоях, входящих в состав биосферы Различают дв ва основных круговороты веществ: большой (геологический) и малый (биологический, или биотический), которые охватывают всю планету.

Геологический (большой) круговорот - это обмен веществами между сушей и Мировым океаном Прежде происходит глобальная циркуляция воды, т.е. сначала выпадения атмосферных осадков, затем - поверхностный и подземный сток, инфильтрация, испарение и наконец - конденсация, затем снова выпадают осадки На круговорот воды расходуется почти треть всей солнечной энергии, поступающей к Земле Разо м с водой движутся огромные массы растворенных в ней химических веществ, которые в океане осидаються на дно в виде делювиальных отложений или осадка Вода - основной элемент, необходимый для жизни Количественно это наиболее распространенная неорганическая составляющая живой материи Большой круговорот веществ не является замкнутым: определенное количество веществ изымается из круговорота и сохраняется в осадочных породах в виде известняков, торфа, нефти и других пород и минералов Этим забезпечует ться поступательное развитие земной коры и биосферы Согласно концепции великого круговорота веществ и энергии в биосфере, изверженные глубинные породы мантийного происхождения (например, базальты) тектонические ими процессами выводятся из недр Земли в биосферу Под влиянием солнечной энергии и живого вещества они выветриваются, переносятся, вновь откладываются, превращаясь при этом в разнообразные осадочные пор оды В осадочных породах концентрируется и запасается солнечная энергия (например, из изверженных минералов образуются глины, а вулканические газы переходят в уголь, нефть

Малым, или биологическим, круговоротом веществ называют обмен химическими элементами между живыми организмами и неживыми (косного) компонентами биосферы - атмосферой, гидросферой и литосферой Иными словам мы, это две стороны единого процесса - образования живого вещества и его расписание Этот круговорот характеризуется тем, что сначала живое вещество заряжается энергией, а затем в процессе разложения органических концов ок энергия возвращается в окружающую среду Биологический круговорот - это циркуляция веществ между почвой, растениями, животными и микроорганизмами (рис 42) Эта циркуляция происходит в такой помет вности: сначала минеральные вещества и энергия поглощаются из окружающей среды и включаются в состав растительных организмов, затем от растений через трофические цепи они переходят в организм и животных и других консументов и далее через звено редуцентов возвращаются обратно в почву или атмосферосферу.

Геологический и биологический круговороты тесно взаимосвязаны, взаимодействуют между собой, иногда сливаясь воедино Но все же структурно и функционально они существенно отличаются биологическом круговороте в присущи следующие характерные особенности по сравнению с геологическимм:

его действие происходит, как правило, в пределах биогеоценоза, тогда как геологический происходит на больших территориях - материках и прилегающих к ним частях океана;

- главной причиной и движущей силой биологического круговорота является различный характер питания продуцентов, консументов и редуцентов, а геологического - круговорот воды между океаном и сушей; в малом круговороте участвуют только биогенные элементы, тогда как в большом - все химические элементы, которые есть в земной коре

- продолжительность циклов химических элементов в биологическом круговороте является кратковременной (год, несколько лет, десятки и сотни лет), а длительность цикла в геологическом составляет десятки и даже сотни тысяч Роки.

Круговорот азота

Азот (от греч. azoos - безжизненный). Газообразный азот, составляющий 78 % объёма земной атмосферы, не может непосредственно использоваться живыми организмами. В свободном состоянии он обладает химической инертностью, а соединяясь с другими элементами, весьма активен. Организмы нуждаются в различных химических формах азота для образования белков и генетически важных нуклеиновых кислот (ДНК"). Большинству зеленых растений требуется азот в форме нитрат - ионов (N0₃^-) и ионов аммония (NН₄⁺). Но он может преобразовываться в растворимые в воде соединения, содержащие ионы N0₃^- и NН₄⁺, которые и усваиваются корнями растений (рис.2.2).

В результате деятельности человека в круговорот включается азот, образующийся при сжигании топлива, выделяемый при добыче полезных ископаемых для производства минеральных удобрении, попадающий в окружающую среду со стоками животноводческих ферм и при удобрении сельскохозяйственных полей и др.

Соединения азота с кислородом называются оксидами азота. Известны N₂0, NO,N₂0₃, N0₂ (и егодимер N₂0), N₂G₅.. Для окружающее среды наибольшую опасность представляет диоксид азота N0₂, который при взаимодействии с вотдой образует азотную кислоту и оксид азота, что является причиной образования кислотных дождей:

3N0₂ + Н₂0 = 2 НN0₃ + NO

Диоксид азота, взаимодействуя со щелочами, образует нитрит'.' п нитраты.

Азот вовлекается в биогенный круговорот двумя путями:

1 - путем растворения разных оксидов азота в дождевой воде и внесения их таким образом в почву и океан;

2 - путем биологической фиксации N₂ клубеньковыми бактериями бобовых растений и микроорганизмами.

Значительные запасы азота сосредоточены в почве в виде минеральных и органических соединений. У животных большая часть азота выводится из организма, у растений обмен азота замкнут. Поступивший в них азот возвращается в почву с самими растениями. Остатки организмов, погребенные в толщах земли, под действием микроорганизмов подвергаются денитрификации, при которой элементарный азот возвращается в атмосферу.

Нитраты при несоблюдении норм могут накапливаться в продуктах, питания, питьевой воде и вызывать тяжелые отравления, а также нарушения кислородного обмена в организме человека, называемого метаглобинемией.

Рис.2.2. Упрощенная диаграмма круговорота азота

13. Круговорот углерода

Углерод является основным строительным материалом молекул белков, жиров, нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и других важных для жизни органических соединений. Схема круговорота углерода приведена на рис. 2.4. Растения поглощают диоксид углерода IV (СО₂) из атмосферы и под действием солнечного света с помощью хлорофилла осуществляют фотосинтез сложных органических соединений, например сахаров.

В процессе клеточного метаболизма молекулы сахара преобразуются в протеины, липиды и т.д. Эти различные вещества служат углеводным питанием животным и человеку. Для животных этот процесс осложняется необходимостью переваривания съеденной пищи, в процессе которого сложные молекулы, содержащие углерод, разлагаются до простых.

С другой стороны, все организмы осуществляют клеточное дыхание-процесс обратный фотосинтезу, то есть выбрасывают в атмосферу С0₂.