Что такое биогеохимический круговорот
Что такое биогеохимический цикл? Какие виды круговорота веществ существуют в природе?
Биогеохимический цикл (круговорот веществ) описывает круговорот питательных и других веществ между биотическими (биосфера) и абиотическими (литосфера, атмосфера и гидросфера) частями Земли.
Материя на Земле сохраняется и присутствует в виде атомов. Поскольку материю нельзя ни создать, ни разрушить, она перерабатывается в земной системе в различных формах.
Земля получает энергию от Солнца, которая излучается обратно в виде тепла, в то время как все остальные элементы присутствуют в замкнутой системе. Основные элементы включают в себя:
Эти элементы перерабатываются биотическими и абиотическими компонентами экосистемы. Атмосфера, гидросфера и литосфера являются абиотическими компонентами экосистемы.
Типы биогеохимических циклов
Биогеохимические циклы в основном делятся на два типа:
Давайте кратко рассмотрим каждый из этих биогеохимических циклов:
Круговорот воды
Вода из разных водоемов испаряется, охлаждается, конденсируется и снова падает на землю в виде дождя.
Этот биогеохимический цикл отвечает за поддержание погодных условий. Вода в различных формах взаимодействует с окружающей средой и изменяет температуру и давление атмосферы.
Есть еще один процесс, называемый эвапотранспирацией (т. е. пар, производимый листьями), который помогает круговороту воды. Это испарение воды из листьев, почвы и водоемов в атмосферу, которая снова конденсируется и выпадает в виде осадков.
Углеродный цикл
Это один из биогеохимических циклов, в котором углерод обменивается между биосферой, геосферой, гидросферой, атмосферой и педосферой.
Все зеленые растения используют углекислый газ и солнечный свет для фотосинтеза. Таким образом, углерод накапливается в растении. Умершие растения разлагаются и выделяют углекислый газ обратно в атмосферу.
Кроме того, животные, потребляющие растения в пищу, получают хранящийся в них углерод. Этот углерод возвращается в атмосферу после смерти животных. Углерод также возвращается в окружающую среду через клеточное дыхание животных.
Огромное количество углерода запасено в ископаемом топливе (уголь, нефть и т. п.) Когда заводы и фабрики используют это топливо в своей деятельность, при его сгорании углекислый газ попадает в атмосферу.
Азотный цикл
Это биогеохимический цикл азота, в ходе которого азот преобразуется в несколько форм и циркулирует в атмосфере и различных экосистемах, таких как наземные и морские экосистемы.
Азот – важный элемент жизни. Азот из атмосферы фиксируется азотфиксирующими бактериями, присутствующими в корневых клубеньках бобовых, и поступает в почву и растения.
Бактерии, присутствующие в корнях растений, превращают этот газообразный азот в полезное соединение, называемое аммиаком. Аммиак также поступает в растения в виде удобрений. Этот аммиак превращается в нитриты и нитраты. Денитрифицирующие бактерии превращают нитраты в азот и возвращают его в атмосферу.
Кислородный цикл
Биогеохимический цикл кислорода проходит через атмосферу, литосферу и биосферу. Кислород – это распространенный элемент на Земле. До 21% атмосферы состоит из кислорода.
Кислород выделяется растениями во время фотосинтеза. Люди и другие животные вдыхают кислород, выдыхают углекислый газ, который снова поглощается растениями. Они используют этот углекислый газ в фотосинтезе для производства кислорода, и цикл продолжается.
Цикл фосфора
В этом биогеохимическом цикле фосфор перемещается через гидросферу, литосферу и биосферу. Фосфор выветривается из горных пород. Из-за дождей и эрозии фосфор попадает в почву и водоемы. Растения и животные получают этот фосфор из почвы и воды. Микроорганизмам также необходим фосфор для своего роста. Когда растения и животные умирают, они разлагаются, а накопленный фосфор возвращается в почву и водоемы, которые снова потребляются растениями и животными, и цикл продолжается.
Цикл серы
Этот биогеохимический цикл проходит через горные породы, водоемы и живые системы. Сера выбрасывается в атмосферу в результате выветривания горных пород и превращается в сульфаты. Эти сульфаты поглощаются микроорганизмами и растениями и превращаются в органические формы. Органическая сера потребляется животными с пищей. Когда животные умирают и разлагаются, сера возвращается в почву, которую снова используют растения и микробы, и цикл продолжается.
БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ
Смотреть что такое «БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ» в других словарях:
биогеохимический круговорот — biogeocheminis ciklas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Pagrindinių cheminių elementų (anglies, vandenilio, deguonies, azoto, fosforo, kalio, sieros, kalcio) judėjimas ratu iš aplinkos į organizmą ir iš organizmo į aplinką.… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
биогеохимический круговорот — biogeocheminė apytaka statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Ekosistemos medžiagų apytaka – į neorganines molekules susijungę cheminiai elementai migruoja ekosistemose (dirvožemyje, vandenyje, atmosferoje), o susijungę į organines… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ химических элементов — циклические процессы перемещения и трансформации химических элементов в пределах биосферы, происходящие между ее (био)хорологическими подразделениями: биогеоценозами, ландшафтами и т.п. Ср. Биологический круговорот веществ и Геологический… … Экологический словарь
КРУГОВОРОТ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ — часть биологического круговорота, составленная обменными циклами химических веществ; круговорот химических элементов в природе при активном участии живых организмов. См. также Биогеохимические принципы Вернадского, Круговорот веществ.… … Экологический словарь
КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ — закономерный процесс многократного участия веществ (абиогенных и биогенных) в явлениях, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех их частях, которые входят в биосферу планеты. Вещество, вовлеченное в круговорот, не только … Экологический словарь
БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ — круговорот химических веществ из неорганической природы через живые организмы обратно в неорганическую природу. Эта биогенная миграция атомов совершается с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций и проявляется в процессе… … Экологический словарь
БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ — Круговорот химических веществ из неорганической природы через живые организмы обратно в неорганическую природу. Эта биогенная миграция атомов совершается с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций и проявляется в процессе… … Словарь бизнес-терминов
круговорот азота — Биогеохимический процесс в биосфере, в котором участвуют организмы редуценты, а также нитрифицирующие и клубеньковые бактерии [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN nitrogen cycle … Справочник технического переводчика
Круговорот азота — Схематическое представление прохождения азота через биосферу. Ключевым элементом цикла являются разные виды бактерий (англ.) Круговорот азота био … Википедия
ЦИКЛ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ — круговорот химических веществ (из неорганической природы через живые организмы обратно в неорганическую среду). Совершается с использованием солнечной энергии и отчасти энергии химических реакций. Впервые в концептуальном аспекте биогеохимические … Экологический словарь
Биогеохимические круговороты: принципы и значения
Биогеохимический круговорот веществ в биосфере – это важнейший природный процесс непрерывного обмена различных элементов между неживой средой и организмами (животными, растениями и т. д.) В основе всего лежат их принципиальные характеристики. К наиболее важным можно отнести способность к обмену веществ, к размножению, к передаче наследственных свойств.
Биогеохимический круговорот азота
Вам будет интересно: Какими типами земной коры образована Тихоокеанская плита? Строение земной коры океанического типа
Молекулярный азот из атмосферы связывают азотфиксирующие микроорганизмы и способствуют его накоплению в почве в виде аммиака. Другие используют азот мертвых организмов. Также они способствуют накоплению аммиака. Он превращается в нитраты, активно используемые растениями. Таковы в общих чертах особенности биогеохимического круговорота азота. Рассмотрим также процесс обмена других природных веществ.
Особенности биогеохимического круговорота углерода, серы и фосфора
Вам будет интересно: История Ингушетии. Ингушетия в составе Российской империи. Осетино-ингушский конфликт 1992 года. Ингушетия сегодня
Данные химические элементы необходимы каждому живому организму. Однако их жизненные потребности этим не исчерпываются. Поэтому в малом биологическом круговороте участвуют макроэлементы (потребность организмов в них довольно велика): калий, магний, натрий; а также микроэлементы: бор, марганец, хлор и др.
Они поступают в растения из почвы, хотя нередко и с атмосферными осадками. В составе фитомассы углерод, сера, фосфор потребляются растительноядными консументами и таким образом поступают в трофические цепи. Впрочем, некоторые животные удовлетворяют потребность в этих элементах, минуя растения. Копытные посещают солонцы, выгрызая почву, или поедают экскременты, старые кости. Морские животные поглощают соли непосредственно из воды. В процессе минерализации мертвых остатков микроорганизмы возвращают химические элементы в почву и в воду. Таким образом их деятельность способствует обогащению окружающей среды биогенными элементами.
Сбалансированность экосистемы
В малом биогеохимическом круговороте в биосфере важным обстоятельством является его полнота. В экосистеме приход и расход элементов сбалансирован, при этом сложности возникают в основном с элементами, резервирующимися в почве.
При этом как изъятие энергии из среды, так и ее трансформация не приводит к образованию отходов.
Влияние деятельности людей на биосферные процессы
Вмешательство человека в биогеохимические круговороты осуществляется различными путями. Прежде всего, это разрушение биокомпонента экосистемы (уничтожение растений или изменение территории при добыче энергоносителей). При сжигании органического вещества энергия из концентрированного состояния переходит в рассеянное, что приводит к тепловому загрязнению аэрозолями и газообразными продуктами сгорания. В естественной экосистеме многократно используются атомы, участвующие в биогеохимических циклах. Этому способствует участие в круговоротах легких биогенных элементов, из которых состоит жизненное вещество.
Вмешательство человека влечет за собой привнесение в окружающую среду не только дополнительного количества свойственных ей элементов, но и новые химические соединения, в том числе и синтезированные человеком. Многие из них поглощаются растениями и затем поступают в цепи питания.
Примером могут служить свинец, соединения ртути, мышьяка и др. Поступление таких веществ нарушает естественный круговорот, изменяя баланс элементов, или приводит к их накоплению в живых организмах, снижая их продуктивность или вызывая гибель. Особенно сильное деструктивное воздействие оказывают пестициды и тяжелые металлы. Таким образом, устойчивость экосистемы, ее гомеостатичность может нарушаться прямо или косвенно деятельностью человека.
Экологическая пирамида
Обратимся к важнейшим закономерностям функционирования экосистемы и биогеохимических круговоротов. Воспользуемся для этого принципом экологической пирамиды. Она строится на основе биологической массы трофических уравнений. Площадь любой части такой пирамиды примерно равна массе вещества. Так как организмы строят свой уровень, используя предшествующий, эта площадь постепенно должна сокращаться. Такое уменьшение каждого уровня может быть десятикратным.
Перевернутая пирамида
Возьмем экосистему водоемов. Пирамида, построенная для них, может выглядеть несколько иначе. Она имеет вид перевернутой. Дело в том, что недолго живущие водоросли очень быстро размножаются, но столь же интенсивно потребляются консументами. Поэтому одномоментно учтенная биомасса в этом случае не отражает интенсивность продукционного процесса в благоприятный период года. Если же учесть, что крупные консументы (рыбы, ракообразные) медленнее накапливаются и поедаются, суммарная масса консументов оказывается более высокой.
Продукционный процесс в экосистеме дает возможность их успешного функционирования. Он определяет характер потока энергии в биосфере. Как известно, живые организмы являются ее потребителями. Попадающая от солнца световая энергия используется зелеными растениями и приводит к образованию органических молекул, где она запасается в виде химических связей. Часть ее освобождается в процессе дыхания растений и используется ими для роста, поглощения и передвижения веществ. Так осуществляется биогеохимический круговорот.
Обмен энергией
Как известно, существуют законы термодинамики. Часть энергии теряется, отдавая тепло. В этом проявляется действие одного из законов. Он утверждает обязательность потери энергии в процессе ее превращения из одного вида в другой. При накоплении в растительном веществе она используется животными.
Расщепление молекул сопровождается высвобождением энергии. Значительная часть ее используется в процессе жизнедеятельности животных, переходя при этом из одной формы в другую. Это процессы биосинтеза и скапливания энергии новых связей. Это механическая, электрическая, тепловая и иные виды энергии. При ее преобразовании часть вновь теряется, отдавая тепло. Энергия постепенно переходит на другой уровень. При этом ее потеря происходит также при выбрасывании части не переваренной пищи (экскрементов) и в органических отходах метаболизма (экскретах).
Процесс использования энергии
В природе редко встречается хаос, обычно все упорядочено. Обратим внимание на некоторые количественные закономерности процесса использования и превращения энергии. На первом этапе растения используют в среднем около 1% ее поступлений. Иногда этот показатель достигает 2%. В наименее благоприятных условиях он снижается до 0,1%. При переходе энергии от продуцентов к консументам первого порядка эффективность достигает 10%.
Плотоядные, как видим, более эффективно усваивают пищу. Это связано с особенностями химического состава пищи и легкостью ее переваривания животными. И тем не менее уже на уровне консументов третьего порядка количество поступающей энергии весьма невелико и характеризуется тысячными долями от первоначальных значений.
Биогеохимические круговороты веществ в природе
Характеристика большого и малого круговоротов
Все вещества на нашей планете находятся в процессе круговорота. Солнечная энергия вызывает на Земле два круговорота веществ:
Большой, геологический круговорот в биосфере характеризуется двумя важными моментами:
а) осуществляется на протяжении всего геологического развития Земли;
б) представляет собой современный планетарный процесс, принимающий ведущее участие в дальнейшем развитии биосферы.
Настоящее и будущее нашей планеты зависит от участия живых организмов в функционировании биосферы. В круговороте веществ живое вещество, или биомасса, выполняет биогеохимические функции: газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную и биохимическую.
Биологический круговорот происходит при участии живых организмов и заключается в воспроизводстве органического вещества из неорганического и разложении этого органического до неорганического посредством пищевой трофической цепи. Интенсивность продукционных и деструкционных процессов в биологическом круговороте зависит от количества тепла и влаги. Например, низкая скорость разложения органического вещества полярных районов зависит от дефицита тепла.
Поток элементов (азота, фосфора, серы) через микроорганизмы на порядок выше, чем через растения и животных. Биологический круговорот не является полностью обратимым, он тесно связан с биогеохимическим круговоротом. Химические элементы циркулируют в биосфере по различным путям биологического круговорота:
Эти циклы бывают двух типов: круговорот газообразных веществ; осадочный цикл (резерв в земной коре).
Сами круговороты состоят из двух частей:
Круговороты делят на:
Круговороты также можно разделить на:
Энергетической основой существования биологических круговоротов на Земле и их начальным звеном является процесс фотосинтеза. Каждый новый цикл круговорота не является точным повторением предыдущего. Например, в ходе эволюции биосферы часть процессов имела необратимый характер, в результате чего происходило образование и накопление биогенных осадков, увеличение количества кислорода в атмосфере, изменение количественных соотношений изотопов ряда элементов и т.д.
Круговорот воды
Таким образом, глобальный гидрологический цикл имеет четыре основных потока: осадки, испарение, влагоперенос, транспирация.
Общее количество свободной несвязанной воды (доля океанов и морей, где жидкая соленая вода), приходится от 86 до 98 %. Остальное количество воды (пресная вода) хранится в полярных шапках и ледниках и образует водные бассейны и ее грунтовые воды. Выпадающие на поверхность суши, покрытой растительностью, осадки частично задерживаются листовой поверхностью и в дальнейшем испаряются в атмосферу. Влага, достигшая почвы, может присоединиться к поверхностному стоку или поглотиться почвой. Полностью поглотившись почвой (это зависит от типа почв, особенности горных пород и растительного покрова), избыток осадка может просочиться вглубь, к грунтовым водам. Если количество выпавших осадков превышает влагоемкость верхних слоев почвы, начинается поверхностный сток, скорость которого зависит от состояния почвы, крутизны склона, продолжительности осадков и характера растительности (растительность может предохранить почву от водной эрозии). Вода, задержавшаяся в почве, может испаряться с ее поверхности или, после поглощения корнями растений, транспирироваться (испаряться) в атмосферу через листья.
Круговорот углерода
От свойств и особенностей углерода зависит все многообразие органических веществ, биохимических процессов и жизненных форм на Земле. Содержание углерода в большинстве живых организмов составляет около 45 % от сухой их биомассы. В круговороте органического вещества и всего углерода Земли участвует все живое вещество планеты, которое непрерывно возникает, видоизменяется, погибает, разлагается и в такой последовательности происходит перенос углерода с одного органического вещества на построение другого по цепи питания. Кроме того, все живое дышит, выделяя углекислый газ.
Океан выполняет роль основного регулятора содержания углекислого газа в атмосфере. Между океаном и атмосферой происходит интенсивный обмен углекислого газа. Воды океана имеют большую растворяющую способность и буферную емкость. Система, состоящая из угольной кислоты и ее солей (карбонатов) является своеобразным депо углекислоты, связана с атмосферой через диффузию СО ₂ из воды в атмосферу и обратно.
В природе некоторое количество органического вещества не подвергается минерализации в результате недостатка кислорода, большой кислотности среды, специфических условий захоронения и т.д. Часть углерода выходит из биологического круговорота в виде неорганических (известняки, мел, кораллы) и органических (сланцы, нефть, уголь) отложений.
Круговорот кислорода
Кислород является обязательным условием существования жизни на Земле. Он входит практически во все биологические соединения, участвует в биохимических реакциях окисления органических веществ, обеспечивающих энергией все процессы жизнедеятельности организмов биосферы. Кислород обеспечивает дыхание животных, растений и микроорганизмов в атмосфере, почве, воде, участвует в химических реакциях окисления, происходящих в горных породах, почвах, илах, водоносных горизонтах.
Основные ветви круговорота кислорода:
Круговорот азота
Азот входит в состав биологически важных органических веществ всех живых организмов: белков, нуклеиновых кислот, липопротеидов, ферментов, хлорофилла и т.д. Несмотря на содержание азот (79 %) в составе воздуха, он является дефицитным для живых организмов.
Промышленная фиксация происходит в результате хозяйственной деятельности человека. Атмосфера загрязняется соединениями азота заводами, производящими азотные соединения. Горячие выбросы ТЭЦ, заводов, космических аппаратов, сверхзвуковых самолетов окисляют азот воздуха. Оксиды азота, взаимодействуя с парами воды воздуха с осадками возвращаются на землю, попадают в почву в ионной форме.
Эти бактерии (Rizobium) используют энергию растения-хозяина для фиксации азота, в то же время снабжая наземные органы хозяина доступными ему соединениями азота. Усваивая соединения азота из почвы в нитратной и аммонийной формах, растения строят необходимые азотсодержащие соединения своего тела (нитратный азот в клетках растений предварительно восстанавливается). Растения-продуценты снабжают азотистыми веществами весь животный мир и человечество. Погибшие растения используются, согласно трофической цепи, биоредуцентами.
Аммонифицирующие микроорганизмы разлагают органические вещества, содержащие азот (аминокислоты, мочевину), с образованием аммиака. Часть органического азота в почве не минерализуется, а превращается в гумусовые вещества, битумы и компоненты осадочных пород.
Аммиак (в виде аммонийного иона) может поступить в корневую систему растений, или использоваться в процессах нитрификации.
Нитрифицирующие микроорганизмы являются хемосинтетиками, используют энергию окисления аммиака до нитратов и нитритов до нитратов для обеспечения всех процессов жизнедеятельности. За счет этой энергии нитрификаторы восстанавливают углекислый газ и строят органические вещества своего тела. Окисление аммиака при нитрификации протекает по реакциям:
NH ₃ + 3O ₂ → 2HNO ₂ + 2H ₂ O + 600 кДж (148 ккал).
HNO ₃ + O ₂ → 2HNO ₃ + 198 кДж (48 ккал).
Нитраты, образовавшиеся в процессах нитрификации, вновь поступают в биологический круговорот, поглощаются из почвы корнями растений или после поступления с водным стоком в водные бассейны- фитопланктоном и фитобентосом.
Наряду с организмами, фиксирующими атмосферный азот и нитрифицирующие его, в биосфере существуют микроорганизмы, способные восстанавливать нитраты или нитриты до молекулярного азота. Такие микроорганизмы, называемые денитрификаторами, при недостатке свободного кислорода в водах или почве используют кислород нитратов для окисления органических веществ:
C ₆ H ₁₂ O ₆ (глюкоза) + 24KNO ₃ → 24KHCO ₃ + 6CO ₂ + 12N ₂ + 18H ₂ O + энергия
Освобождающаяся при этом энергия служит основой всей жизнедеятельности денитрифицирующих микроорганизмов.
Таким образом, во всех звеньях круговорота исключительную роль играют живые вещества.
В настоящее время все большую роль в азотном балансе почв и, следовательно, во всем круговороте азота в биосфере играет промышленная фиксация атмосферного азота человеком.
Круговорот фосфора
Углерод, кислород, водород и азот легче и быстрее мигрируют в атмосфере, так как находятся в газообразной форме, образуя в биологических круговоротах газообразные соединения. Для всех остальных элементов, кроме серы необходимых для существования живого вещества, в биологических круговоротах нехарактерно образование газообразных соединений. Эти элементы мигрируют в основном в виде ионов и молекул, растворенных в воде.
Фосфор, усваиваемый растениями в виде ионов ортофосфорной кислоты принимает большое участие в жизнедеятельности всех живых организмов. Он входит в состав АДФ, АТФ, ДНК, РНК и др. соединения.
Большое количество фосфатов содержат горные породы литосферы. Часть их постепенно переходит в почву, часть разрабатывается человеком для производства фосфорных удобрений, большая часть выщелачивается и вымывается в гидросферу. Там они используются фитопланктоном и связанными с ними организмами, находящимися на разных трофических уровнях сложных пищевых цепей.
В Мировом океане потери фосфатов из биологического круговорота происходят за счет отложений остатков растений и животных на больших глубинах. Поскольку фосфор перемещается, в основном, из литосферы в гидросферу с водой, то в литосферу он мигрирует биологическим путем (поедание рыб морскими птицами, использование бентосных водорослей и рыбной муки в качестве удобрения и т.д.).
Из всех элементов минерального питания растений фосфор можно считать дефицитным.
Круговорот серы
Для живых организмов сера играет большое значение, т. к. она входит в состав серосодержащих аминокислот (цистина, цистеина, метионина и др.). Находясь в составе белков, серосодержащие аминокислоты поддерживают необходимую трехмерную структуру белковых молекул.
В аэробных условиях некоторые микроорганизмы окисляют органическую серу до сульфатов. Сульфатные ионы, абсорбируясь корнями растений, вновь включаются в биологический круговорот. Часть сульфатов может включаться в водную миграцию и выноситься из почвы. В почвах, богатых гумусовыми веществами, значительное количество серы находится в органических соединениях, что препятствует ее вымыванию.
В анаэробных условиях при разложении органических соединений серы образуется сероводород. Если сульфаты и органические вещества находятся в бескислородной среде, то активируется деятельность сульфатредуцирующих бактерий. Они используют кислород сульфатов для окисления органических веществ и получают таким образом необходимую для своего существования энергию.
Сульфатредуцирующие бактерии распространены в подземных водах, в илах и застойных морских водах. Сероводород является ядом для большинства живых организмов, поэтому его накопление в залитой водой почве, озерах, лиманах и т.д. значительно снижает или даже полностью прекращает жизненные процессы. Такое явление наблюдается в Черном море на глубине ниже 200 м от его поверхности.
Бесцветные серобактерии являются хемосинтетиками : они используют энергию, получаемую при окислении кислородом сероводорода до элементарной серы и при дальнейшем ее окислении до сульфатов.
СО ₂ + 2H ₂ S свет → (CH ₂ O)+ H ₂ O +2S.
Тионовые бактерии окисляют за счет свободного кислорода элементарную серу и ее различные восстановленные соединения до сульфатов, возвращая ее снова в основное русло биологического круговорота.
В процессах биологического круговорота, где происходит превращение серы, огромную роль играют живые организмы, особенно микроорганизмы.
Круговорот неорганических катионов
При отмирании живых организмов неорганические катионы в процессе минерализации органических веществ возвращаются в почву. Потери этих компонентов из почвы происходят в результате выщелачивания и выноса катионов металлов с дождевыми водами, отторжения и выноса органического вещества человеком при возделывании сельскохозяйственных растений, рубке леса, скашивании трав на корм скоту и т.д.
Рациональное применение минеральных удобрений, мелиорация почв, внесение органических удобрений, правильная агротехника помогут восстановить и поддержать баланс неорганических катионов в биоценозах биосферы.
Антропогенный круговорот: круговорот ксенобиотиков (ртути, свинца, хрома)
Человечество является частью природы и может существовать только в постоянном взаимодействии с ней.
Существуют сходства и противоречия между естественным и антропогенным круговоротом веществ и энергии, совершающихся в биосфере.
Естественный (биогеохимический) круговорот жизни имеет следующие особенности:
В природе нет ничего бесполезного или вредного, даже от вулканических извержений есть польза, т. к. с вулканическими газами в воздух поступают нужные элементы (например, азот).
Антропогенный круговорот не ограничивается энергией солнечного света, улавливаемой зелеными растениями планеты. Человечество использует энергию топлива, гидро- и атомных станций.
Можно утверждать, что антропогенная деятельность на современном этапе представляет собой огромную разрушительную для биосферы силу.
Ртуть из естественного компонента природной среды превратилась в один из наиболее опасных для здоровья человека техногенных выбросов в биосферу. Она широко применяется в металлургии, в химической, электротехнической, электронной, целлюлозно-бумажной и фармацевтической промышленности и используется для производства взрывчатых веществ, лаков и красок, а также в медицине. Промышленные стоки и атмосферные выбросы, наряду с ртутными рудниками, заводами по производству ртути и теплоэнергетическими предприятиями (ТЭЦ и котельные), использующими уголь, нефть и нефтепродукты, являются основными источниками загрязнения биосферы этим токсичным компонентом. Кроме того, ртуть входит в состав ртутьорганических пестицидов, используемых в сельском хозяйстве для протравливания семян и защиты культур от вредителей. В организм человека попадает с продуктами питания (яйца, протравленное зерно, мясо животных и птиц, молоко, рыба).
Ртуть в воде и донных отложениях рек. Установлено, что около 80 % ртути, поступающей в природные водоемы, находится в растворенной форме, что в конечном итоге способствует ее распространению на большие расстояния вместе с потоками воды. Чистый элемент не токсичен.
Ртуть содержится в воде придонного ила чаще в относительно безвредных концентрациях. Неорганические соединения ртути превращаются в токсичные органические соединения ртути, такие как метилртуть CH ₃ Hg и этилртуть C ₂ H ₅ Hg, благодаря бактериям, живущим в детритах и осадках, в донном иле озер и рек, в слизи, покрывающей тела рыб, а также в слизи рыбьего желудка. Эти соединения легко растворимы, подвижны и очень ядовиты. Химической основой агрессивного действия ртути является ее сродство с серой, в частности с сероводородной группой в белках. Эти молекулы связываются с хромосомами и клетками головного мозга. Рыбы и моллюски могут накапливать их до концентраций опасных для человека, употребляющего их в пищу, вызывая болезнь «Минамата».
Известно, что в морских анаэробных условиях в отложениях отмерших водорослей ртуть присоединяет водород и переходит в летучие соединения.
При участии микроорганизмов может метилироваться в две стадии металлическая ртуть:
Метилртуть в окружающей среде появляется практически только при метилировании неорганической ртути.
Биологический период полувыведения ртути велик, он составляет для большинства тканей организма человека 70-80 дней.
Известно, что в начале пищевой цепочки происходит загрязнение ртутью крупных рыб, например меч-рыбы, тунца. Не безинтересно при этом отметить, что в еще большей степени, чем в рыбах, ртуть накапливается (аккумулируется) в устрицах.
Ртуть попадает в организм человека при дыхании, с пищей и через кожу по следующей схеме:
Металлическая ртуть, применяемая в термометрах, и ее неорганические соли (например, хлорид) выводятся из организма сравнительно быстро.
Основным источником загрязнения биосферы свинцом являются бензиновые двигатели, выхлопные газы которых содержат триэтилсвинец, теплоэнергетические предприятия, сжигающие каменный уголь, горнодобывающая, металлургическая и химическая промышленность. Значительное количество свинца вносится в почву вместе со сточными водами, используемыми в качестве удобрения. Для тушения горящего реактора Чернобыльской АЭС также использовался свинец, который поступил в воздушный бассейн и рассеялся на обширных территориях. При увеличении загрязнения окружающей среды свинцом возрастает его отложение в костях, волосах, печени.
Природные круговороты веществ являются практически замкнутыми. В естественных экосистемах вещество и энергия расходуются экономно и отходы одних организмов служат важным условием существования других. Антропогенный круговорот веществ сопровождается огромным расходом природных ресурсов и большим количеством отходов, вызывающих загрязнение окружающей среды. Создание даже самых совершенных очистных сооружений, не решает проблему, поэтому необходимо разрабатывать мало- и безотходные технологии, позволяющие сделать как можно более замкнутым антропогенный круговорот. Теоретически можно создать безотходную технологию, однако реальны малоотходные технологии.
Адаптация к природным явлениям
К основным факторам, развивающим процесс адаптации относятся: наследственность, изменчивость, естественный (и искусственный) отбор.
Чем шире диапазон экологического фактора, в пределах которого данный организм может жить, тем больше его экологическая пластичность. По степени пластичности выделяют два типа организмов: стенобионтные (стеноэки) и эврибионтные (эвриэки). Таким образом, стенобионты экологически непластичны (например, камбала живет только в соленой воде, а карась только в пресной), т.е. маловыносливы, а эврибионты экологически пластичны, т.е. более выносливы (например, трехиглая колюшка может жить как в пресных, так и в соленых водах).
Адаптации многомерны, так как организм должен одновременно соответствовать многим различным факторам окружающей среды.
Организмы адаптировались к суточной, сезонной, приливно-отливной ритмикам, ритмам солнечной активности, лунным фазам и другим строго периодичным явлениям. Так, сезонную адаптацию различают как сезонность в природе и состояние зимнего покоя.
Биоритмы. У каждого вида в процессе эволюции выработался характерный годичный цикл интенсивного роста и развития, размножения, подготовки к зиме и зимовки. Это явление получило название биологического ритма. Совпадение каждого периода жизненного цикла с соответствующим временем года имеет решающее значение для существования вида. Примерами биологических ритмов являются: ритмичность в делении клеток, синтез ДНК и РНК, секреции гормонов, суточное движение листьев и лепестков в сторону Солнца, осенние листопады, сезонное одревеснение зимующих побегов, сезонные миграции птиц и млекопитающих и т.д.
Главным фактором регуляции сезонных циклов у большинства растений и животных является изменение продолжительности дня.
Биоритмы бывают:
В свою очередь эндогенные делятся на:
Ритмичность имеют процессы синтеза ДНК, РНК, белков, деление клеток, биение сердца, дыхание и т.д. Внешние воздействия могут сдвигать фазы этих ритмов и менять их амплитуду.
Физическое и психологическое состояние человека также имеет ритмический характер. Нарушенный ритм труда и отдыха снижает работоспособность и оказывает неблагоприятное влияние на здоровье человека. Состояние человека в экстремальных условиях будет зависеть от степени подготовленности его к этим условиям, поскольку времени на адаптацию и восстановление практически нет.
Литература
С.С. Нуркеев, У.Ш. Мусина «Экология»: Учебное пособие для технических вузов. Алматы, 2005. 490 стр.
Вронский В.А. Прикладная экология: Учеб. пособие. Ростов н/Д.: Феникс, 1996. 512 с.
Козлова Т.А., Сухова Т.С., Сивоглазов В.И. Экология: Кн. для учителя. М.: Школа-пресс, 1996. 192 с.
Воронков Н.А. Основы общей экологии: Учеб. пособие. М.: Агар, 1997. 87 с.
Алексеев В.А. 300 вопросов и ответов по экологии. Ярославль: Академия развития, 1998. 240 с.
Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособие для вузов. М., 1998. 320 с.
Экология: Краткий справочник школьника. М.: Дрофа, 1997. 112 с.
Реймерс Н.Ф. Экология: Теория, законы, правила, принципы и гипотезы. М.: Молодая гвардия, 1994. 367 с.
Авторские права на материалы принадлежат Всероссийскому Экологическому порталу, за исключением тех, где указан автор или источник. При полном или частичном цитировании всех материалов активная гиперссылка на Всероссийский Экологический портал (ecoportal.su) обязательна.
Мнение редакции может не совпадать с мнением авторов новостных и других материалов, публикуемых на сайте. Сайт, для обеспечения работоспособности, использует файлы cookie. Продолжая пользоваться сайтом, вы соглашаетесь с их использованием.
Все предложения по работе сайта отправляйте на электронный ящик, опубликованный в разделе контакты.