Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
ОРГАНИЗМЫ-КОНЦЕНТРАТОРЫ 1 page
Итак, одна из важнейших функций живого вещества
- концентрационная. При этом различают 2 разновид-ности концентрации химических элементов живым ве-ществом: I рода по отношению к тем 14 элементам, ко-торые встречаются в теле всех без исключения живых организмов (Н, С, N, О, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe), и
II рода - избирательная концентрация организмами определенных химических элементов. Организмы, кото-рые избирательно накапливают один или несколько химических элементов, называют организмами-концен- траторами.
В. И. Вернадский, изучая концентрацию II рода, раз-делил все живые организмы на три группы.
1. Организмы обычные (по элементу) - при концент-рации элемента организмом в пределах nxlO1 - пх10‘2 и ниже.
2. Организмы, богатые тем или иным элементом, - при увеличении более чем на 10 относительных процентов весового среднего содержания данного элемента в орга-низме по сравнению со средним содержанием его в ок-ружающей среде.
3. Организмы-концентраторы - при концентрации эле-мента в количестве, составляющем более 10% его веса или его атомного состава. Различают следующие орга-низмы-концентраторы: водородисто-кислородные и углеводородные, азотные и натровые, магниевые и алю-миниевые, кремниевые и фосфорные, серные и кальциевые, железистые. Известны растения-концентраторы тяжелых металлов - лишайники, мхи, некоторые другие представители растительного мира. К наиболее известным растениям-концентраторам относятся картофель и подсолнечник (по отношению к калию); бобовые - накапливают кальций; злаки - накапливают кремний; чай, плауны - накапливают алюминий; различные галофиты - натрий, хлор; мхи - поглощают железо; водоросли - концентрируют в себе йод.
Представители животного мира также могут концент-рировать в своих телах те или иные химические элемен-ты. Например, моллюски, кораллы, фораминиферы - отдают предпочтение кальцию; губки, диатомовые водо-росли, радиолярии - кремнию; раки, пауки - меди. Но особенно избирательно накапливают ряд химических элементов некоторые микроорганизмы, превышая тем самым в сотни раз содержание этих элементов в среде (серобактерии, железобактерии и т.д.).
9. Одна из наиболее сложных форм миграции, обусловленная совокупной жизнедеятельностью живых организмов, - биогенная миграция. Растительность и животные организмы удерживают в своих тканях миллиарды тонн минеральных веществ. Чем больше биогенное значение химических элементов, тем лучше они защищены от прямого выноса грунтовыми и речными водами. Поэтому элементы с высокой степенью биогенности (Р, Са, К, S, С, N) обладают меньшей миграционной способностью, чем элементы, не играющие существенной роли в химическом составе живого вещества (Cl, Na, Mg).
Химические элементы малой биогенности легко отбра-сываются или мало захватываются живыми организмами, поэтому они характеризуются высокой миграционной способностью и выносятся далеко за пределы ареала своего образования, участвуют в процессах солена- копления (карбонаты и бикарбонаты, сульфаты и хлориды натрия и магния).
Живое вещество активно влияет на геохимическую среду, дифференциацию, отток и задержание химических элементов через пищевые цепи, метаболиты, постмор- тальные остатки.
Кларки живого вещества впервые подсчитал В. И. Вер-надский, а уточнили А. П. Виноградов и В. В. Добровольский:
А. Воздушные мигранты (98,8%): О - 70; С - 18; Н
- 10,5; N-0,3
Б. Водные мигранты (1,2%)
Макроэлементы: Са - 0,5; К - 0,3; Si - 0,2; Mg - 0,04; Р - 0,07; S - 0,05; Na - 0,02; Cl - 0,02; Fe - 0,01%.
Микроэлементы: Mn - 9,6xl0~3, Al - 5 XlO"3, Zn - 2xl0'3, Sr - l,6xl0'3, Ti - 1,3xlO"3, В - lxlO'3, Ba - 9x10 4, Cu-3,2xl0\ Zr-3 хЮ\ Rb-2xl0\ Вг- 1,6хЮ\ F- 1,4х10Л РЬ - 1x10-4, Ni - 8хЮЛ Сг - 7х10Л V - 6х10-5, Li - 6х 10-*, Со - 4х ЮЛ Y - Зх ЮЛ La - ЗхЮ"5, Мо-2хЮЛ I- 1,2хЮЛ Sn - 1x10"5, As- 6х to-6, Be - 4хЮЛ Ga -2x10-е, Se -2х ЮЛ W -1 хЮЛ Ag -1,2х ЮЛ U - 8x10-7, Hg-5xlO-7,Sb-2xlO-7, Cd- 2х 107, Аи-1 х lO-8, Ra - пх 10-12
Элементы, обнаруженные в живом веществе, но не установлены их кларки: Не, Ne, Ar, Sc, Кг, Nb, Rh, Pd, In, Те, Xe, Та, Tl, Bi, Th.
He обнаружены в живом веществе (на сегодняшний день): Ru, Hf, Re, Os, Ir, Po, Ac, Tc, At, Fr (три последних элемента не найдены и в земной коре).
Из этих данных следует:
1. Кларки концентраций живого вещества уменьшаются с ростом атомной массы элементов.
2. Организмы - кислородные существа.
3. Главная особенность истории живого вещества - об-разование из газов и превращение после смерти в газы.
4. Подвижные в земной коре элементы активно зах-ватываются живым веществом, мало подвижные - слабо захватываются (яркий пример - алюминий, содержание которого в земной коре 8,05 - на 3-ем месте после О и Si, а в живых системах - это микроэлемент).
10. Биологический круговорот веществ представляет собой совокупность процессов поступления химических элементов из почвы и атмосферы в живые организмы, биохимического синтеза новых сложных соединений и возвращения элементов в почву и атмосферу с ежегодным опадом части органического вещества. Биологический круговорот веществ не является полностью компенсированным замкнутым циклом, поэтому в ходе его почва обогащается гумусом и азотом, элементами минерального питания (так на-зываемыми биогенными элементами), что создает благоприятную основу для существования растительных организмов.
Биологическое, биохимическое и геохимическое зна-чение процессов, осуществляемых в биологическом круговороте веществ, впервые показал В. В. Докучаев, создав учение о зонах природы. Далее оно было раскрыто в трудах В. И. Вернадского, Б. Б. Полыно- ва, Д. Н. Прянишникова, В. Н. Сукачева, Н. П. Ремезо- ва, Л. Е. Родина, Н. И. Базилевич, В. А. Ковды и других исследователей.
Международный союз биологических наук (Inter-national Union of Biological Sciences) осуществил ши-рокую программу исследований биологической продук-тивности биогеоценозов суши и водоемов. Для руковод-ства этими исследованиями была создана Международ-ная биологическая программа (International Biological Programme). С целью унификации применяемых в сов-ременной литературе терминов и понятий по Междуна-родной Биопрограмме была проведена определенная ра-бота. Прежде чем мы приступим к изучению природных биологических круговоротов веществ, необходимо дать пояснения к наиболее часто употребляемым терминам.
Биомасса - масса живого вещества, накопленная к данному моменту времени.
Биомасса растений (синоним - фитомасса) - масса живых и отмерших, но сохранивших свое анатомичес-кое строение к данному моменту организмов раститель-ных сообществ на любой площади.
Структура биомассы - соотношение подземной и надземной частей растений, а также однолетних и многолетних, фотосинтезирующих и нефотосинтезирующих частей растений.
Ветошь - отмершие части растений, сохранившие ме-ханическую связь с растением.
Опад - количество органического вещества растений, отмерших в надземных и подземных частях на единице площади за единицу времени.
Подстилка - масса многолетних отложений расти-тельных остатков разной степени минерализации.
Прирост - масса организма или сообщества организ-мов, накопленная на единице площади за единицу вре-мени.
Истинный прирост - отношение величины прироста к величине опада за единицу времени на единице площади.
Первичная продукция - масса живого вещества, со-здаваемая автотрофами (зелеными растениями) на еди-нице площади за единицу времени.
Вторичная продукция - масса органического веще-ства, создаваемая гетеротрофами на единице площади за единицу времени.
Емкость биологического круговорота - количество химических элементов, находящихся в составе массы зрелого биоценоза (фитоценоза).
Интенсивность биологического круговорота - ко-личество химических элементов, содержащихся в приросте фитоценоза на единице площади в единицу времени.
Скорость биологического круговорота - промежуток времени, в течение которого элемент проходит путь от поглощения его живым веществом до выхода из состава живого вещества. Определяют с помощью меченых атомов.
По Л. Е. Родину, Н. И. Базилевич (1965), полный цикл биологического круговорота элементов слагается из следующих составляющих.
1. Поглощение ассимилирующей поверхностью расте-ний из атмосферы углерода, а корневыми системами из почвы - азота, зольных элементов и воды, закрепление их в телах растительных организмов, поступление в почву с отмершими растениями или их частями, разложение опада и высвобождение заключенных в них элементов.
2. Отчуждение частей растений питающимися ими жи-вотными, превращение их в телах животных в новые органические соединения и закрепление части из них в животных организмах, последующее поступление их в почву с экскрементами животных или с их трупами, раз-ложение и тех и других и высвобождение заключенных в них элементов.
3. Газообмен между ассимилирующей поверхностью растений и атмосферой, между корневой системой и по-чвенным воздухом.
4. Прижизненные выделения надземными органами растений и в особенности корневыми системами неко-торых элементов непосредственно в почву.
Для познания круговорота веществ в рамках биогео-ценоза необходимо охватить исследованиями все груп-пы организмов: растения, животных, микрофлору и мик-рофауну. Не все составляющие биологического круго-ворота изучены в равной степени, наиболее полно исследованы динамика органического вещества и биологический круговорот азота и зольных элементов, осуществляемый растительным покровом.
11. Скорость биологического круговорота - промежуток времени, в течение которого элемент проходит путь от поглощения его живым веществом до выхода из состава живого вещества. Определяют с помощью меченых атомов. Емкость биологического круговорота - количество химических элементов, находящихся в составе массы зрелого биоценоза (фитоценоза).Интенсивность биологического круговорота - количество химических элементов, содержащихся в приросте фитоценоза на единице площади в единицу времени. Главные составляющие элементы живого вещ-ва по массе: О – 65-70% H – 10% C N Ca – 1-10% S P K Si – 0,2-1% Fe Na Cl Al Mg – 0,x-0,0x. По Л. Е. Родину, Н. И. Базилевич (1965), полный цикл биологического круговорота элементов слагается из следующих составляющих.
1. Поглощение ассимилирующей поверхностью растений из атмосферы углерода, а корневыми системами из почвы - азота, зольных элементов и воды, закрепление их в телах растительных организмов, поступление в почву с отмершими растениями или их частями, разложение опада и высвобождение заключенных в них элементов.
2. Отчуждение частей растений питающимися ими животными, превращение их в телах животных в новые органические соединения и закрепление части из них в животных организмах, последующее поступление их в почву с экскрементами животных или с их трупами, разложение и тех и других и высвобождение заключенных в них элементов.
3. Газообмен между ассимилирующей поверхностью растений и атмосферой, между корневой системой и почвенным воздухом.
4. Прижизненные выделения надземными органами растений и в особенности корневыми системами некоторых элементов непосредственно в почву.
12. Нам известно, что углерод, азот, водород, кислород, фосфор, сера формируют живые организмы. Однако эти организмы не смогут жить без достаточного количества многих других элементов - катионов металлов.
Среди них калий, кальций, магний (иногда натрий) относятся к группе макроэлементов, так как они необходимы в больших количествах (выражающихся в сотых долях сухого вещества); однако такие элементы, как железо, бор, цинк, медь, марганец, молибден, кобальт, анион хлора, относятся к микроэлементам и нужны лишь в малых количествах (выражающихся в миллионных долях сухого вещества).
На суше главным источником биогенных элементов (катионов) служит почва, которая получает их в процессе разрушения материнских пород. Катионы абсорбируются корнями, распределяются различными органами растений, накапливаются в листве, т.е. входят в корм растительноядных потребителей последующих порядков в цепи питания.
Минерализация погибших организмов возвращает биогенные катионы в почву, создается впечатление, что цикл способен продолжаться беспрерывно. Однако почва выщелачивается дождями, дождевые воды переносят катионы в систему подземного стока, а также и в поверхностный сток: в реки, моря, иногда в значительных количествах.
Выщелачивание - автокаталитический процесс: чем больше оно прогрессирует, тем больше деградируют почвенные коллоиды. Положение становится особенно тяжелым в тропических местностях: ливневые дожди, низкая абсорбируемость почвенного комплекса (малое количество гумуса), истощение почв монокультурами сахарного тростника, кофе, какао, кукурузы, арахиса.
Когда вырубаются или выжигаются леса под сельское хозяйство, то минерализованный таким путем запас биогенных веществ быстро выщелачивается дождями и почва утрачивает свое плодородие. Если на ней временно прекратить посевы, то она вновь может дать жизнь лесу, но уже вторичному, с менее ценой биомассой, чем у первоначального сообщества. После повторения подобных операций почва будет покрываться все более и более скудной растительностью с уменьшающейся продукцией биомассы. Сначала образуется саванна, затем степь, наконец, пустыня. Значит, круговорот минеральных катионов сопровождает циклы углерода и азота. В умеренных широтах последствия выщелачивания не так резки, но все-таки в результате вырубок (сплошных под корень), при корчевке пней и снятия дерна разрушается гумус - ресурс питательных веществ. Следовательно, нарушается круговорот, его полнота: переход к пустоши или лугу, со скудной растительностью и меньшим запасом биомассы.
В своей работе «Об участии живого вещества в создании почв» Вернадский впервые обосновал фундаментальную идею об органогенном парагенезисе, которая имеет большое прикладное значение. Еще в 1909 г. он ввел в науку понятие о парагенезисе химических элементов в земной коре. Явлением органогенного парагенезиса Вернадский объяснил накопительную и распылительную в отношении химических элементов функцию живого вещества.
13. Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и стока, получил название круговорота воды в природе. Атмосферные осадки частично испаряются, частично образуют временные и постоянные водостоки и водоемы, частично — просачиваются в землю и образуют подземные воды. Физические свойства воды 1). Молекулы воды осуществляют переходы из одного состояния в другое (фазовые переходы). Испарение - Конденсация - Замерзание - Таяние,. Возгонка - из льда в пар (испарение с поверхности льда)- поглощение тепла. Сублимация - из пара в лед (конденсация в твердую фазу), например, иней - выделение тепла.
2). При нормальном давлении температура плавления льда и замерзания воды равна 0°С. 3). С увеличением солености понижается температура замерзания воды 4). Плотность воды в твердом состоянии меньше, чем в жидком. 5). В диапазоне температуры воды от 0 до 4°С плотность воды увеличивается. 6). С увеличением температуры от 0 до 4°С объём химически чистой воды уменьшается 7). Высокая удельная теплоемкость воды (ср). ср при 15°С = 4190 Дж/кгС0. ср минимальна при температуре равной 33 8). Очень малая теплопроводность 9). Вязкость воды невелика, поэтому вода подвижна. 10). Очень высокое поверхностное натяжение. Поэтому происходит: размыв грунтов водой; очень большая разрушительная деятельность дождевых капель; перемещение воды по порам и капиллярам в земной коре. 11). Свет частично поглощается и преломляется, поэтому проникает лишь на небольшую глубин.12). Вода хорошо проводит звук (в 4-5 раз больше, чем в воздухе). 13). Низкая электропроводность, которая увеличивается при повышении минерализации количества ионов хлора и калия. Химические свойства воды
1). Вода - слабый электролит. 2). Вода - универсальный растворитель. В зависимости от размера частиц образуются чистые и коллоидныерастворы. Природные воды содержат 45 главных химических элементов. Все вещества, входящие в состав воды делятся на 6 групп:• Растворимые газы (О2, N2, СО2, ионы Н). • Главнейшие ионы. Их восемь: четыре положительных (катионы) и четыре отрицательных (анионы).Катионы - Na, Ca, Mg, К;Анионы - С1 (хлорит), SO4 (сульфат), СО3 (карбонат), НСО3 (гидрокарбонат).• Биогенные вещества - N2, P, Si; • Микроэлементы - Вг, Си, В и т.д.; тяжелые металлы - Li,Ba,Fe,Ni, Zn, Co, Pb, Hg, Ra;• Органические вещества - углеводороды, белки, липиды, гуминовые вещества идр.;• Загрязнители - нефтепродукты, ядохимикаты, удобрения, ПАВ, Pb, Hg, Zn. Совокупность проявления химических и некоторых физических свойств определяет качество воды.
Вода играет уникальную роль как вещество, определяющее возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле. Она выполняет роль универсального растворителя, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов. Уникальность воды состоит в том, что она достаточно хорошо растворяет как органические, так и неорганические вещества, обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций и в то же время — достаточную сложность образующихся комплексных соединений. Благодаря водородной связи, вода остаётся жидкой в широком диапазоне температур, причём именно в том, который широко представлен на планете Земля в настоящее время.
Гипотеза советского академика А. П. Виноградова исходит из того, что первоисточником воды на Земле являются глубинные воды, образующиеся за счет дифференциации вещества внутри планеты, выделения и миграции из глубин легкоплавких и легколетучих компонентов, содержащих в своем составе молекулы Н20. Современное изучение состава магмы, извергаемой вулканами из глубин, подтверждает, что последняя действительно содержит от 5 до 12 % воды.По данным А. П. Виноградова, объем воды мантии Земли составляет 20 млрд. км3, или в 15 раз больше общего объема гидросферы. Если учесть, что наша планета первоначально представляла собой газообразное и жидкое тело, то указанного количества воды было достаточно для образования водной оболочки Земли.За счет определенных термодинамических условий и физико-химических процессов происходило образование молекул воды, которая, пробиваясь на поверхность, формировалась в Мировой океан. Испаряясь с поверхности океана, вода в виде облаков попадала в атмосферу, а затем, конденсируясь, выпадала в виде осадков на поверхность Земли, образуя таким образом общий круговорот. Так, по мнению ученых, формировалась земная гидросфера.
Общий объем (единовременный запас) водных ресурсов составляет 1390 млн.куб.км, из них около 1340 млн.куб.км — воды Мирового океана. Менее 3 % составляют пресные воды, из них технически доступны для использования — всего 0,3 %.
В индустриально развитой стране на одного человека в год расходуется обычно 1,2-1,5 тыс. м3 воды. Для нужд промышленности за тот же срок необходимо не менее 500 млн. м3. Немало идет воды на орошаемое земледелие.
Рациональное использование водных ресурсов – сегодня важнейшая проблема. Разработка и внедрение систем использования воды по замкнутому циклу – основной путь ее решения. Это означает: комплексную переработку сырья, замену многостадийных процессов одностадийными, извлечение ценных веществ из сточных вод, переход технологических процессов переработки из жидкой фазы в газовую, использование вместо воды других растворителей. Защитить водоемы от загрязнения можно и с помощью локальных очистных сооружений.
14. Содержание углерода в атмосфере Земли составляет 0,046% в форме двуокиси углерода и 0,00012% в форме метана. В земной коре его содержится 0,35%, а в живом веществе около 18% (Виноградов, 1964). С углеродом связан процесс возникновения и развития биосферы, именно углерод обусловливает огромное разнообразие и сложность строения веществ, так как этот элемент способен соединяться с большинством из элементов самыми разнообразными способами. Роль углерода в биосфере лучше всего иллюстрируется схемой его круговорота (см. рис. 9). Схема составлена В. А. Ковдой по данным Ничипоровича и Дювиньо. Из этой схемы следует, что в биосфере растения, используя механизм фотосинтеза, выполняют функцию продуцента кислорода и основного потребителя углекислого газа.
Хранители углерода - живая биомасса, гумус, известковые осадочные породы и каустобиолиты. В этой схеме учтено, что естественными источниками С02 в природе, кроме вулканических эксгаляций, являются процессы разложения органического вещества, дыхание, окисление ОВ в почве и других природных средах. Т.е. жизнь в почвах и разложение ОВ - главный источник углекислоты, поступающей в атмосферу. Техногенная углекислота, составляет 20 х109 т, что намного меньше, чем природные поступления, и ее роль незначительна в этом круговороте. За геологический период с момента появления жизни на Земле углерод атмосферы и гидросферы неоднократно прошел через живые организмы. В течение 3-4 лет растения усваивают столько углерода, сколько его содержится в атмосфере. Следовательно, за четыре года может обновиться углеродный состав атмосферы, и условно можно считать, что углерод атмосферы за этот срок завершает свой цикл (Гришина, 1976). Цикл оборота углерода гумосферы охватывает 300-400 лет. Однако цикл биологического круговорота углерода не замкнут: этот элемент часто выходит из круговорота на длительный срок в виде карбонатов, торфов, сап- ропелей, углей, гумуса. С другой стороны, нарушение цикла происходит и благодаря поступлению в атмосферу глубинного углекислого газа и окиси углерода.
Для прогнозирования поведения углерода в биосфере необходимы массовые сведения по содержанию углекислоты в атмосфере разных регионов и на разных уровнях, сведения о влиянии изменения концентрации ее в атмосфере на первичную продуктивность. В пределах одного и того же региона накопление, трансформация и миграция углерода различны в элювиальном, транзитном и аккумулятивном ландшафтах, в естественных биоценозах и в агроценозах (табл. 31). Л. А. Гришина отмечает, что ельник- кисличник из сравниваемых биогеоценозов находится в наиболее благоприятных условиях, приуроченный к дерново-подзолистым легкосуглинистым почвам на смешанной морене, он характеризуется наиболее высокой продуктивностью и самым мощным потоком углерода. За ним по убывающей следуют сосняк-зеленомошник, развивающийся на слабоподзолистых почвах озов, и на последнем месте сосняк сфагновый на торфяном болоте. Агроценоз по продуктивности занимает промежуточное место между ельником и сосняком, но имеет, естественно, другое качество продукции и иной ритм потока углерода. Хозяйственная деятельность человека интенсифицирует биологический круговорот углерода и может способствовать повышению первичной и, следовательно, вторичной продуктивности. Но дальнейшая интенсивность этой деятельности может сопровождаться повышением концентрации двуокиси углерода в атмосфере. Повышение концентрации углекислоты до 0,07% резко ухудшает условия дыхания человека и животных. Расчеты показывают, что при условии сохранения современного уровня добычи и использования горючих ископаемых потребуется чуть более 200 лет для достижения такой концентрации в атмосфере Земли. Локально в отдельных крупных городах эта угроза вполне реальна уже в настоящее время.
15. Кислород - самый распространенный элемент земной коры: его кларк равен 47. Еще выше концентрация кислорода в мировом океане - 85,7% и в живом веществе - 70%. Благодаря исключительно высокой химической активности, кислород играет особо важную роль в земной коре. Он определяет окислительно-восстановительные и щелочно-кислотные условия растворов и расплавов, формирование геохимических объектов. Для него характерна как ионная, так и не ионная форма миграции в растворах.
Эволюция процессов на Земном шаре сопровождается увеличением содержания кислорода. Наличие органического вещества установлено в древних осадочных отложениях, возраст которых исчисляется в 3,8 млрд. лет. Следовательно, выделение кислорода в процессе фотосинтеза продолжается миллиарды лет. В настоящее время количество кислорода в атмосфере равно 1,185 х 1015 тонн. Масштабы продуцирования кислорода таковы, что указанное количество при сохранении скорости могло бы быть удвоено примерно за 4 ООО лет. Но этого не происходит, так как в течение года различными путями разлагается примерно такое же количество органического вещества, какое образуется в ходе фотосинтеза, и при этом поглощается почти весь выделившийся кислород. Тем не менее, благодаря сохранению части органического вещества, свободный кислород постепенно накапливается в атмосфере.
В биосфере в результате непрерывно протекающих процессов биологического круговорота наблюдается резкая дифференциация его содержания в различных природных оболочках. Если в живом веществе кларк концентрации кислорода составляет 1,5%, в гидросфере - 1,8, то в изверженных породах земной коры только 0,8- 1,03, а в антраците всего 0,02%.
Реакции образования кислорода в земной коре весьма разнообразны, но главная «фабрика» по его производству - зеленые растения. Именно в процессе фотосинтеза высвобождается основная масса свободного кислорода, обладающего чрезвычайно высокой химической активностью.
Второй миграционный цикл свободного кислорода связан с массообменом в системе природные воды - тропосфера. В воде океана находится от 3 х 109 до 10 х 109 кубических метров растворенного кислорода. Холодная вода высоких широт поглощает кислород, поступая с океаническими течениями в тропический пояс, она выделяет кислород. Поглощение и выделение кислорода происходят и при смене сезонов года, сопровождающихся изменением температуры воды. По расчетам А. П. Виноградова (1967), в годовой оборот между тропосферой и океаном вовлекается примерно 5900 х 109 тонн кислорода.
Кислород расходуется в громадном количестве окислительных реакций, большинство из которых имеет биохимическую природу. В этих реакциях высвобождается энергия, поглощенная в ходе фотосинтеза. В почвах, илах, водоносных горизонтах развиваются микроорганизмы, использующие кислород для окисления органических соединений. Запасы кислорода на планете огром минералов и высвобождается из них живым веществом.
Таким образом, общая схема круговорота кислорода в биосфере складывается из двух основных ветвей:
- образование свободного кислорода при фотосинтезе;
- поглощение кислорода в окислительных реакциях.
Согласно расчетам Дж. Уолкера (1980), основные
составляющие глобального цикла кислорода следующие:
* Выделение растительностью мировой суши - 150 х 1015 тонн в год;
* Выделение фотосинтезирующими организмами океана - 120 х 10'5 тонн в год;
* Поглощение процессами аэробного дыхания -
210 х 10'5 тонн в год;
* Биологическая нитрификации и др. процессы - 70 х 1 О*5 тонн в год.
В биогеохимическом круговороте можно выделить потоки кислорода, четко выраженные между отдельными компонентами биосферы (рис. 10).
В современных условиях установившиеся в биосфере потоки кислорода и кислородсодержащих соединений нарушаются техногенными миграциями. Химические соединения, сброшенные предприятиями в природные воды, связывают растворенный в воде кислород, нарушая природные потоки этого элемента. В атмосферу выбрасывается большое количество углекислого газа, различных аэрозолей, что также ухудшает кислородный обмен. Загрязнение почв, вырубка лесов, опустынивание земель на огромных территориях уменьшают обмен кислородом и углекислым газом между атмосферой и сушей. Огромное количество атмосферного кислорода расходуется при сжигании топлива. В некоторых промышленно развитых странах кислорода сжигают больше, чем его образуется за счет фотосинтеза.
16. Д. Н. Прянишников (1945) показал исключительное значение азота и его соединений для растений. Азот и его соединения играют в жизни биосферы и всей планеты, в формировании почвенного покрова и плодородия экосистем такую же важную и незаменимую роль, как и углерод. Биофильность азота сравнима с био- фильностью углерода: индекс биогенного обогащения почв по отношению к земной коре, а растений по отношению к почвам составляет для углерода 100 и 1000 соответственно, а для азота - 1000 и 10000 соответственно (Ковда, 1985). Из других биофильных элементов только фосфор характеризуется таким же высоким индексом концентрации в биомассе (1000-10000; Speidel, Agnew, 1982).
Около 80% запасов азота сосредоточено в атмосфере планеты, что связано с направлением биогеохимических потоков соединений азота, образующихся при денитрификации. Первично азот в атмосфере был, вероятно, результатом процессов дегазации верхней мантии, магмы и вулканических выделений. Электрические и фотохимические реакции в высоких слоях атмосферы приводят к заметному поступлению соединений азота на сушу и в океан с атмосферными осадками (3-8 кг/га аммонийного азота в год и 1,5-6,0 кг/га нитратного - Goldschmidt, 1954). Этот азот включается в общий биогеохимический поток растворенных соединений, мигрирующих с водными массами, участвует в почвообразовательных процессах и в формировании биомассы растений.
Date: 2015-09-17; view: 3105; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА... |