«Материал для урока на тему «Геологический(большой) круговорот веществ в природе»

Круговорот веществ в природе

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.
Устойчивость биосферы поддерживается благодаря круговороту веществ и энергии. В природе при помощи солнечной энергии происходят геологический (большой) и биологический (малый) круговороты веществ.
Большой круговорот веществ происходит при взаимодействии солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.
Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы. Символом круговорота веществ является спираль, а не круг. Это означает, что новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что со временем приводит к весьма значительным изменениям.
Наиболее легко проследить геологический круговорот веществ на примере воды.

Круговорот воды. С водной поверхности Земли воды испаряется гораздо больше, чем с суши. Осадков же выпадает больше над сушей, чем над водным пространством. Вода, попадая на землю, растворяет часть минеральных солей, выносит их в реки, озера и далее снова в океан, уравнивая количество испаренной влаги и выпавших осадков.
В круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. куб. км.
Благодаря круговороту воды происходит постепенное разрушение литосферы, компоненты которой переносятся в моря и океаны. Круговорот воды формирует природные условия на планете.
Цикл воды в биосфере до развития цивилизации был равновесным, океан получал от рек столько воды сколько расходовал ее при испарении. Если не менялся климат, то не мелели реки и не снижался уровень воды в озерах.
С развитием цивилизации этот цикл стал нарушаться, в результате полива сельскохозяйственных культур увеличилось испарение с суши. Реки южных районов обмелели, загрязнение океана и появление на его поверхности нефтяной плёнки уменьшило количество воды, испаряемой океаном. Всё это ухудшает водоснабжение биосферы. Более частыми становятся засухи, возникают очаги экологических бедствий, например, многолетняя катастрофическая засуха в зоне Сахеля.
Кроме того, и сама пресная вода, которая возвращается в океан и другие водоемы с суши, часто загрязнена. Практически непригодной для питья стала вода многих рек России.
Прежде неисчерпаемый ресурс пресная чистая вода становится исчерпаемым. Сегодня воды, пригодной для питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районах мира.
Весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн. лет.


Круговорот азота в биосфере ( Делвич, 1972)


Круговорот азота. Азот один из самых важных для жизнедеятельности организмов элементов. Атмосфера в основном состоит из азота (его доля составляет 78%), но этот газ инертный. Растения поглощать свободный азот из атмосферы не могут.
Атмосферный азот усваивают азотфиксирующие бактерии и водоросли. Соединения азота из почвы поступают в растения и используются для построения белков. Эти растительные белки используют животные. После отмирания живых организмов гнилостные бактерии разлагают органические остатки до аммиака.
Хемосинтезирующие бактерии превращают аммиак в азотистую, затем в азотную кислоту.
Некоторое количество азота, благодаря деятельности денитрифицирующих бактериий, поступает обратно в воздух. Часть азота оседает в глубоководных отложениях и на длительный срок выключается из круговорота; эта потеря компенсируется поступлением азота в воздух с вулканическими газами.
Человек нарушает равновесность цикла азота. При распашке земель резко (примерно в 5 раз) снижается активность фиксации азота микроорганизмами и, напротив, активизируется деятельность разрушающих азотные соединения микроорганизмов-денитрификаторов. В итоге уменьшается содержание азота в его основном хранилище - почве. Это ведет к снижению плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных экосистем.



Круговорот фосфора в бисфере ( Дювиньо, Танг, 1968)
Фосфор содержится в горных породах. В круговорот включается при естественном разрушении пород, либо при внесении на поля фосфорных удобрений. Растения поглощают фосфор из почвы, а животные, питающиеся этими растениями, накапливают его в своих тканях.
После смерти растений и животных микроорганизмы возвращают фосфор в почву. Однако не весь возвращенный в почву фосфор растения усваивают вновь. Часть его вымывается из почвы и по ручьям и рекам поступает в моря и океаны. Из этих хранилищ фосфор почти не возвращается, лишь нек
·оторую его часть выносят на сушу птицы, питающиеся рыбами. На птичьих базарах накапливается ценное фосфорное удобрение гуано (птичий помет). Некоторое количество фосфора возвращается на сушу при рыбном промысле. Вместе с выловом рыбы на сушу возвращается примерно 60 000 т элементарного фосфора, добывается же ежегодно 12 млн. т фосфорсодержащих пород.
В отличие от циклов воды, углерода и кислорода цикл фосфора открытый. С суши фосфор постоянно выносится в океан. Запасы фосфора в горных породах истощаются.
Таким образом, если ресурсы азота неисчерпаемы, запасы фосфора постоянно сокращаются. Возникает проблема дефицита фосфора и в результате снижение урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности естественных экосистем. Решение проблемы в устранении условий, ускоряющих вымывание фосфора. Главное это экономное расходование фосфорных удобрении и внесение удобрений такими способами, которые уменьшают их вымывание из почвы.


Круговорот серы в биосфере ( Рамад, 1981)
Сера входит в состав ряда аминокислот и также представляет собой жизненно важный элемент.
В наземных экосистемах сера поступает в растения из почвы в основном в виде сульфатов. В живых организмах сера содержится в белках, в виде ионов. После гибели живых организмов часть серы восстанавливается в почве микроорганизмами до Н2µ, другая часть окисляется до сульфатов и включается в круговорот. Образовавшийся сероводород улетучивается в атмосферу, там окисляется и возвращается в почву с осадками.
Сжигание человеком топлива приводит к накоплению в атмосфере сернистого газа µО2, который реагируя с парами воды, выпадает на землю в виде кислотных дождей.

Цикл кислорода. Кислород выделяют зеленые растения в результате фотосинтеза, а поглощают его все живые организмы при дыхании. До появления цивилизации этот цикл также был равновесным.
Сегодня кислород используется при сжигании горючего в двигателях автомобилей, в топках тепловых: электростанций, в двигателях самолетов и ракет и т. д. Это дополнительное расходование кислорода может нарушить равновесие его цикла.
Пока биосфера справляется с вмешательством человека в цикл кислорода, его потери компенсируются зелеными растениями. При дальнейшем уменьшении площади лесов и сжигании всё большего количества топлива содержание кислорода в атмосфере начнет уменьшаться.
Основная доля кислорода вырабатывается растениями суши - почти 3/4, остальная часть – фотосинтезирующими организмами Мирового океана. Скорость круговорота кислорода – около 2 тыс. лет.


Круговорот углерода в биосфере ( Дювиньо, Танг, 1968)


Круговорот углерода. Углерод входит в состав всех живых организмов. В процессе фотосинтеза зеленые растения используют углерод из атмосферы для синтеза органических соединений, а освободившийся кислород поступает в атмосферу. Им дышат различные животные и растения, а конечный продукт дыхания С02 выделяется в атмосферу.
Главным резервуаром углерода являются леса, они содержат до 500 млрд. т этого элемента, что составляет 2/3 его запаса на Земле.
Человек извлекает из подземных кладовых нефть, уголь, сланцы, газ. При сжигании топлива повышается содержание диоксида углерода в атмосфере. Пока это повышение незначительно, так как дополнительный диоксид углерода успевают использовать леса и фитопланктон океана. Если площадь лесов будет и дальше сокращаться, а океан загрязняться, то может произойти значительное увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере.
Кроме того, этот газ поглощается водой океана. Растворяясь в водах Мирового океана С02 с помощью живых организмов либо химических реакций соединяется с кальцием и образует мощные толщи карбонатных пород. и образующиеся соединения захораниваются на его дне. Здесь его накапливается в 4 раза больше, чем заложено в продуктах фотосинтеза.
Скорость круговорота СО2 , т.е. время, за которое весь углекислый газ атмосферы проходит через живое вещество, составляет около 300 лет.


Контрольные вопросы

1. В чём заключается главная функция биосферы.
2. Какие круговороты происходят в природе?
3. Какое значение имеет большой геологический круговорот веществ?
4. Что является источником энергии и жизни на Земле?
5. Что понимают под круговоротом веществ?
6. Какие круговороты веществ выделяют?
7. Опишите основные черты каждого из круговоротов веществ.







































15

Приложенные файлы


Добавить комментарий