Биогеохимические циклы (стр. 2 из 4)

вивітрювання

Мал. 1. Кругообіг углерода в процесах фотосинтеза і аеробного дихання.

Розчинюється

в дощовій

воді

Мал. 2. Колообіг вуглеця.

За останні 200 років відбулися значні зміни в континентальних екосистемах в результаті збільшуючогося антропогенного впливу. Коли землі, зайняті лісами та трав’янистими спільнотами, пертворюються в сільськогосподарські угіддя, органічна речовина, тобто жива речовина рослин і мертва органічна речовина грунтів, окислюється і потрапляє до атмосфери у вигляді . Деяка кількість елементарного вуглеця може також захоронюватись в грунті у вигляді древесного вугілля (як продукт, що залишився від спалювання лісу) і, таким чином, вилучається зі швидкого обігу в вуглецевому циклі. Вміст вуглецю в різних компонентах екосистем змінюється, оскільки поновлення органічної речовини залежить від географічної широти та типа рослинності.

Були проведені численні дослідження, що мали своєю метою розв'язати існуючу невизначеність в оцінці змін запасів вуглецю в континентальних екосистемах. Базуючись на даних цих досліджень, можна прийти до висновку, що надходження до атмосфери з 1860 по 1990 рік склало г С і що в 1990 році біотичний викид вуглецю був рівний г С /рік. Крім того, можливий вплив зростаючих атмосферних концентрацій та викидів забруднюючих речовин, таких як і , на інтенсивність фотосинтезу органічної речовини континентальних екосистем. По видимому, інтенсивність фотосинтезу зростає із збільшенням концентрації в атмосфері. Найбільш імовірно, що це зростання характерне для сільськогосподарських культур, а в природних континентальних еко-системах підвищення ефективності використання води могло б призвести до прискорення утворення органічної речовини.

4. Колообіг кисня.

В кількісному відношенні головною складовою живої матерії є кисень, кругообіг якого ускладнений його здатністю вступати в різні хімічні реакції, головним чином реакції окислення. В результаті виникає безліч локальних циклів, що відбуваються між атмосферою, гідросферою та літосферою, які в свою чергу можуть бути порушені антропогенним фактором. Кисень, що міститься в атмосфері і в поверхевих мінералах (осадові кальцити, залізні руди), має биогенное походження і повинно розглядатися як продукт фотосинтезу. Цей процес протилежний процесу споживання кисня при диханні, який супроводжується руйнуванням органічних молекул, взаємодією кисня із водородом (отщепленим від субстрата) та утворенням води. В деякому відношенні кругообіг кисня нагадує зворотний кругообіг вуглекислого газу. В основному він відбувається між атмосферою та живими організмами. Споживання атмосферного кисня та його відшкодування рослинами в процесі фотосинтезу здійснюється досить швидко. Розрахунки показують, що для повного поновлення всього атмосферного кисня вимагається біля двох тисяч років. З іншого боку, для того, щоб всі молекули води гідросфери були підвержені фотолизу і знов синтезовані живими організмами, необхідно два мільйони років. Більша частина кисня, що виробляється на протязі геологічних епох, не залишалася в атмосфері, а фіксувалася літосферою у вигляді карбонатів, сульфатів, оксидів заліза, і її маса складає 5,9*10¹⁶ т. Маса кисня, що циркулює в біосфері у вигляді газу або сульфатів, розчинених в океанських та континентальних водах, в декілька разів менша (0,4*10¹⁶ т).

Відзначимо, що, починаючи з певної концентрації, кисень дуже токсичний для клітин і тканин (навіть у аеробних організмів). А живий анаеробний організм не може витримати ( це було доведене ще в минулому сторіччі Л. Пастером) концентрацію кисня, що перевищує атмосферну на 1%.

5. Кругообіг азоту.

Газоподібний азот виникає в результаті реакції окислення аміаку, який утворюється при виверженні вулканів та розкладені біологічних відходів: 4 NH₃ + 3 O₂ ® 2 N₂ + 6 H₂O.

Кругообіг азоту – один з самих складних, але водночас самих ідеальних кругообігів. Незважючи на те, що азот складає біля 80% атмосферного повітря, в більшості випадків він не може бути

безпосередньо використаний рослинами, так як вони не засвоюють газоподібний азот. Втручання живих істот у кругообіг азоту підпорядковане суворій иєрархії: лише певні категорії організмів можуть виявляти вплив на окремі фази цього циклу. Газоподібний азот беззупинно надходить до атмосфери в результаті роботи деяких бактерій, тоді як інші бактерії – фіксатори (разом з синьо-зеленими водоростями) постійно поглинають його, преобразуючи в нітрати. Неорганічним шляхом нітрати утворюються й в атмосфері в результаті електричних розрядів під час гроз. Найбільш активні споживачі азоту – бактерії на кореневій системі рослин сімейства бобових. Кожному виду цих рослин притаманні свої особливі бактерії, що перетворюють азот в нітрати. В процесі біологічного циклу нітрат – іони (NO₃^-) та іони амонію (NH₄⁺), поглинаємі рослинами з грунтової вологи, перетворюються у білки, нуклеїнові кислоти і так далі. Потім утворяться відходи у вигляді загиблих організмів, що є об'єктами життєдіяльності інших бактерій та грибів, перетворюючих їх в аміак. Так виникає новий цикл кругообіга. Існують організми, здатні перетворювати аміак у нітріти, нітрати і в газоподібний азот. Основні ланки кругообіга азоту в біосфері представлені схемою на мал. 3. Біологічна активність організмів доповнюється промисловими засобами отримання азотомістящих органічних та неорганічних речовин, багато з яких застосовуються в якості добрив для підвищення продуктивності та росту рослин. Антропогенний вплив на кругообіг азоту визначається наступними процесами:

1. Спалювання палива призводить до утворення оксида азоту, а після цього до реакцій:

2NO + O2 ® 2NO2 ,

4NO2 + 2H2O.+ O2 ® 4HNO3, сприяючи випаданню кислотних дощів;

2. В результаті впливу деяких бактерій на добрива і відходи тваринництва утворюється оксид азото – один з компонентів, утворюючих парниковий ефект;

3. Видобуток корисних копалин, містящих нітрат – іони і іони аммонія, для виробництва мінеральних добрив;

4. При збиранні врожая з почви виносяться нітрат – іони і іони аммонія;

5. Стоки з полей, ферм та каналізацій збільшують кількість нітрат – іонів і іонів аммонія в водных екосистемах, що присорює рост водоростей і інших рослин; при розкладанні яких розходується кислород, що в кінцевому рахунку призводить до загибелі риб.

Азот

(в атмосфері)

Блискавки

Денітрифіцируючі

Азотофіксуючі бактерії

бактерії

Синьо – зелені

Бактерії Опади водорості