Круговорот веществ в биосфере

2)Круговорот веществ в биосфере.Круговорот углерода.

Кругооборот веществ в биосфере.

Процессы фотосинтеза органических веществ продолжаются сотни миллионов лет. Но поскольку Земля конечное физическое тело, то любые химические элементы также физически конечны. За миллионы лет они должны, казалось бы, оказаться исчерпанными. Однако этого не происходит. Более того, человек постоянно интенсифицирует этот процесс, повышая продуктивность созданных им экосистем.

Все вещества на нашей планете находятся в процессе биохимического кругооборота веществ. Выделяют 2 основных кругооборота большой или геологический и малый или химический.

Большой кругооборот длится миллионы лет. Он заключается в том, что горные породы подвергаются разрушению, продукты разрушения сносятся потоками воды в Мировой океан или частично возвращаются на сушу вместе с осадками. Процессы опускания материков и поднятия морского дна в течении длительного времени приводят к возвращению на сушу этих веществ. И процессы начинаются вновь.

Малый кругооборот, являясь частью большого, происходит на уровне экосистемы и заключается в том, что питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и жизненные процессы. Продукты распада почвенной микрофлоры вновь разлагаются до минеральных компонентов, доступных растениям и вновь вовлекаются в поток вещества.

Кругооборот химических веществ из неорганической среды через растения и животные обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии химической реакций называется биохимическим циклом.

Содержание химических элементов в теле человека.

О-62,81%, С-19,37%, H-9,31%, N-5,14%, Ca-1,38%, Р-0,64%, S-0,63%, Na- 0,26%, К-0,22%, CI-0,18%, Mg-0,04%, F-0,009%, Fe - 0,005 %, Mn-0,0001%.

Микро и макро элементы.

Человек :

Макро: - С, Н, N, О, S, Р.

Микро: - Cu, Mn, Fe, Zn, Mo, F, I, Se.

Растения:

Микро для фотосинтеза - Mg, Fe, Zn, V, Cl.

1 .Кругооборот углерода.

Сложный механизм эволюции на Земле определяется химическим элементом «углерод». Углерод - составная часть скальных пород и в виде СО- часть атмосферного воздуха. Источники СО- вулканы, дыхание, лесные пожары, сжигание топлива, промышленность и др.

Атмосфера интенсивно обменивается СОс мировым океаном, где его в 60 раз больше, чем в атмосфере, т.к. СОхорошо растворяется в воде (чем ниже температура - тем выше растворимость, т.е. СОбольше в низких широтах). Океан действует как гигантский насос: поглощает СОв холодных областях и частично «выдувает» в тропиках.

Избыточное количество СО в океане соединяется с водой, образуя угольную кислоту. Соединяясь с Са, К, Na, образует стабильные соединения в виде карбонатов, которые оседают на дно.

Фитопланктон в океане в процессе фотосинтеза поглощает СО. Умирая, организмы попадают на дно и становятся частью осадочных пород. Это показывает взаимодействие большого и малого кругооборота веществ.

О2

Фотосинтез Глюкоза

СО2

СО

		Рост тканей

Заяц Лиса

НО

СО2

СО2

СО2

СО СО

Углерод С из молекулы СО2 в ходе фотосинтеза включается в состав глюкозы, а затем в состав более сложных соединений, из которых построены растения. В дальнейшем они переносятся по пищевым цепям и образуют ткани всех остальных живых организмов в экосистеме и возвращаются в окружающую среду в составе СО2.

Также углерод присутствует в нефти и угле. Сжигая топливо, человек также завершает цикл углерода, содержащегося в топливе - так возникает био- технический кругооборот углерода.

Оставшаяся масса углерода находится в карбонатных отложениях дна океана (1,3-10т), в кристаллических породах (1-10т), в угле и нефти (3,4- 10т). Этот углерод принимает участие в экологическом кругообороте. Жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживается относительно небольшим количеством углерода (5-10т).

Гипотеза о возможном изменении климата при увеличении концентрации СО2 возникла сравнительно давно – на рубеже 19-20 вв. Регулярные наблюдения за климатом планеты ведутся уже более 100 лет. Шведский ученый Сванте Аррениус, физик и химик, лауреат Нобелевской премии исследовал физическую природу парникового эффекта и некоторые свойства газов, сохраняющих тепло в атмосфере. В 1908 г. в своей книге «Образование миров» он указывал на то, что если бы содержание угольной кислоты (СО2) в воздухе удвоилось, то температура земной поверхности повысилась бы на 4 0С. Возможность данного изменения была предсказана и В. И. Вернадским в 1927 г. Он утверждал, что сжигание различных видов топлива приведет к повышению содержания в атмосфере углекислого газа и повлияет на климат.

Сущность парникового эффекта. Приходящая от солнца энергия в виде солнечной радиации рассеивается, отражается и поглощается земной атмосферой. До поверхности планеты доходит лишь ¼ часть этой энергии, при этом длинноволновое инфракрасное (теплое) излучение частично задерживается в атмосфере. Составляющие атмосферы азот и кислород не поглощают инфракрасное излучение. Парниковые газы – это газы, создающие в атмосфере экран, задерживающий инфракрасные лучи, которые в результате нагревают поверхность земли и нижний слой атмосферы. Парниковыми газами являются: СО2, СН4, NOх, водяной пар. Отраженная от поверхности Земли инфракрасная часть спектра поглощается данными соединениями, аккумулируясь в атмосфере, что способствует повышению ее температуры.

В журнале «Химия в России» в 2000 году опубликованы данные, отражающие долю влияния основных парниковых газов на глобальное потепление (табл. 8).

Таблица 8

Основные парниковые газы, их источники и доля влияния

Антропогенный парниковый эффект на 57 % обусловлен добычей и потреблением энергии, на 9 % - исчезновением лесов; на 14 % - с/хоз деятельностью и на 20 % - с остальным производством, не связанным с энергетическим циклом.

Возможные климатические последствия:

· Увеличение осадков, особенно в средних широтах в зимний период;

· Уменьшение поверхности морского льда и снежного покрова;

· Потепление полярных зим;

· Подъем уровня Мирового океана (на 10-30 см к 2030 г., и на 30-100 см к концу 21 века). В случае таяния Антарктического ледникового щита глобальный уровень моря поднимется на 5 м;

· Крупномасштабные наводнения;

· Понижение влагосодержания почвы в летний период за счет раннего окончания таяния снега и периодов дождей, → опустынивание;

· Распространение засухи до 50 % к 2050 гг. → нехватка продовольствия;

· Сокращение видового разнообразия, миграции, распространение болезней, смещение географических зон растительности, появление новых видов и др.