Кругообіг фосфору, азоту, вуглецю в природі
Кругообіг речовин в природі
Зміст
Важливим властивістю біосфери є наявність в ній механізмів, обеспечівающіхкруговорот речовин і пов`язану з ним невичерпність окремих хіміческіхелементов, а також безперервність біосферних процесів.
Круговоротами називаються повторювані процеси перетворення і перемещеніявеществ в природі, що мають більш-менш виражений циклічний характер.
Кругообіг речовин і елементів відображають нерозривний зв`язок геологічних ібіологіческіх процесів в біосфері. Виділяють два основних кругообігу: великий (геологічний) і малий (біотичний).
Великій кругообіг відбувається протягом сотень тисяч або мільйонів років. Горниепороди піддаються руйнуванню і виветріванію- продукти вивітрювання, в цьому числі розчинені у воді мінеральні поживні речовини, зносяться потокаміводи в світовий океан. В океані ці речовини утворюють морські напластовиванія, атакож частково повертаються на сушу з атмосферними опадами і з жівиміорганізмамі. Великі повільні геотектонічні зміни, процеси опусканіяматеріков і підняття морського дна, призводять до повернення морських відкладень насушу, після чого процес проходить новий цикл.
Малий кругообіг є частиною великого кругообігу і являє собойпроцесс безперервного створення і деструкції органічної речовини в екосістемахв результаті взаємопов`язаного функціонування живих організмів (див. статьюо малому кругообігу води).
Закономірний круговорот хімічних сполук окремих елементів іздійснюється в ході спільної діяльності різних живих організмів. Онвключает введення хімічних елементів до складу живих клітин, хіміческіепревращенія речовин в процесах метаболізму, виведення в навколишнє середовище ідеструкцію органічних речовин з подальшою їх мінералізаціей.Висвобождающіеся мінеральні речовини знову включаються в біологічні цікли.Процесси кругообігу відбуваються в конкретних екосистемах, але в повному відереалізуются тільки на рівні біосфери в цілому.
Обмін речовин між живими і неживими компонентами біосфери вивчає біогеохімія.Круговороти хімічних елементів з неорганічного середовища через рослинні ітварин організми назад у неорганічне середовище з використанням солнечнойенергіі називаютьсябиогеохимическими циклами (Подробноеопісаніе біогеохімічних циклів винайдёте тут).
У кожному кругообігу виділяють дві частини: резервний фонд і рухливий (обмінний) фонд. До резервного фонду входять повільно рухаються речовини, в основномнебіологіческій компонент. Для обмінного фонду характерний швидкий обмін междуорганізмамі і навколишнім середовищем. Порівняльні обсяги рухомих і резервнихфондов мають значення з точки зору оцінки антропогенного навантаження на біосферу, так як зміни більш схильні до малооб`ємні фонди.
Біогеохімічні цикли поділяють на кругообіг газів з резервним фондом ватмосфері та гідросфері і осадові кругообіг з резервним фондом в земній корі.
Завдяки наявності великих атмосферних і океанічних фондів в круговоротахгазообразних речовин - вуглецю, азоту, кисню - досить бистрокомпенсіруются можливі порушення. Ці кругообіг «забуферени» і в етомотношеніі є саморегульованими системами. В осадових циклах (фосфор, залізо та ін.) Механізми саморегуляції працюють набагато гірше і легко порушуються, так як основна маса речовин в осадових циклах знаходиться в малоподвіжномрезервном фонді в земній корі.
Відео: Кругообіг вуглецю
Як приклади кругообігу речовин в біосфері нижче рассмотрімбіогеохіміческіе цикли найважливіших біогенних елементів: вуглецю, азоту, фосфору.
кругообіг вуглецю
Відео: Презентація Кругообіг вуглецю в природі
В основі біогенного круговороту вуглецю лежить неорганічне речовина - діоксідуглерода. У природі СО2 входітв склад атмосфери, а також знаходиться в розчиненому вигляді в гідросфері.
Включення вуглецю до складу органічної речовини відбувається в процессефотосінтеза, в результаті якого на основі вуглекислого газу і води образуютсясахара. Надалі, інші процеси біосинтезу перетворять їх в більш сложниеорганіческіе речовини. Ці сполуки формують тканини фотосінтезірующіхорганізмов і служать джерелом органічних речовин для тварин.
У процесі дихання все організми окислюють складні органічні речовини вконечном підсумку до СО2, которийвиводітся в зовнішнє середовище, де може знову втягуватися в процес фотосінтеза.Углеродсодержащіе органічні сполуки тканин живих організмів після іхсмерті піддаються біологічному руйнуванню організмами-редуцентамі, врезультаті чого вуглець у вигляді Н2СО3 вновьпоступает в круговорот.
При певних умовах розкладання накопичуються мертвих залишків в грунті ідетзамедленним темпом через освіту гумусу, мінералізація якого підвпливом грибів і бактерій відбувається з низькою швидкістю. У деякихвипадках ланцюг розкладання органічної речовини буває неповною. Зокрема, діяльність організмів-деструкторів може придушуватися нестачею кисню іліповишенной кислотністю. В цьому випадку органічні залишки накопичуються в відеторфа, карбон не вивільняється і круговорот призупиняється. Аналогічнимобразом в минулі геологічні епохи відбувалося утворення кам`яного вугілля інефті. Спалювання викопного палива в даний час повертає вуглець, вимкнений раніше з кругообігу, в атмосферу. У гідросфері пріостановкакруговорота вуглецю пов`язана з включенням СО2 всостав СаСО3 у вигляді вапняків. В цьому випадку вуглець вимикається з кругообігу на целиегеологіческіе епохи до підняття органогенних порід над рівнем моря. Тогдакруговорот поновлюється через вилуговування вапняків атмосферними опадами, а також біогенних шляхом під впливом лишайників, коренів рослин. Схемикруговорота вуглецю ви знайдете в етойстатье.
кругообіг азоту
Головне джерело азоту органічних сполук - газоподібний азот N2 всоставе атмосфери. Молекулярний азот не засвоюється живими організмами. Перехід в доступні живим організмам з`єднання (фіксація) може проісходітьнесколькімі шляхами. Фіксація азоту частково відбувається в атмосфері, де прігрозових розрядах утворюється оксид азоту (II), який окислюється до оксідаазота (IV), з подальшим утворенням азотної кислоти і нітратів, випадающіхна поверхню Землі з атмосферними опадами.
Найбільш важливою формою фіксації азоту є ферментативна фіксація впроцессе життєдіяльності порівняно небагатьох відоворганізмов-азотфиксаторов. Відмираючи, вони збагачують середу органічним азотом, який швидко минерализуется. Найбільш ефективна фіксація азоту, здійснювана бактеріями, що формують симбіотичні зв`язку з бобовимірастеніямі. В результаті їх діяльності в наземних і підземних органах рослин (наприклад, конюшини або люцерни) за рік накопичується азоту до 150-400 кг на 1 га. Азот пов`язують також свободноживущие азотфиксирующие грунтові бактерії, ав водному середовищі - синьо-зелені водорості (ціанобактерії). Все азотфіксаторивключают азот до складу аміаку (NH3), І він відразу ж використовується для утворення органічних речовин, в основному длясінтеза білків. Мінералізація азотовмісних органічних речовин редуцентаміпроісходіт в результаті процесів аммонификации і нітрифікації.Аммоніфіцірующіе бактерії в процесі біохімічного розкладання мертвогоорганіческого речовини переводять азот органічних сполук в аміак, которийв водному розчині утворює іони амонію (NH4+) .В Результаті діяльності нитрифицирующих бактерій в аеробного середовищі амміакокісляется в нітрити (NO2-), А потім в нітрати (NO3-).
Більшість рослин отримують азот з грунту у вигляді нітратів. Вступники врастітельную клітку нітрати відновлюються до нітритів, а потім до аміаку, після чого азот включається до складу амінокислот, складових білки. Частьазота рослинами засвоюється безпосередньо у вигляді іонів амонію з почвенногораствора.
Тварини отримують азот по харчових ланцюгах прямо або опосередковано від растеній.Екскрети і мертві організми, що становлять основу Детрітние харчових ланцюгів, розкладаються і минерализуются організмами-редуцентамі, що перетворюють органіческійазот в неорганічний.
Повернення азоту в атмосферу відбувається в результаті деятельностібактерій-денітрофікаторов, які здійснюють в анаеробної середовищі процес, обратнийнітріфікаціі, відновлюючи нітрати до вільного азоту.
Значна частина азоту, потрапляючи в океан (в основному зі стоком вод сконтінентов), використовується водними фотосинтезирующими організмами, перш всегофітопланктоном, а потім, потрапляючи в ланцюзі харчування тварин, частково возвращаютсяна сушу з продуктами морського промислу або птахами. Невелика частина азотапопадает в морські опади.
кругообіг фосфору
В круговороті фосфору, на відміну від кругообігів вуглецю і азоту, отсутствуетгазовая фаза. Фосфор в природі у великих кількостях міститься в мінералахгорних порід і потрапляє в наземні екосистеми в процесі їх разрушенія.Вищелачіваніе фосфору опадами призводить до вступу його в гідросферу івідповідно в водні екосистеми. Рослини поглинають фосфор в відерастворімих фосфатів з водного або ґрунтового розчину і включають його в составорганіческіх з`єднань - нуклеїнових кислот, систем перенесення енергії (АДФ, АТФ), до складу клітинних мембран. Інші організми отримують фосфор по піщевимцепям. В організмах тварин фосфор входить до складу кісткової тканини, дентину.
В процесі клітинного дихання відбувається окислення органічних сполук, що містять фосфор, при цьому органічні фосфати надходять в навколишнє середовище всоставе екськретов. Організми-редуценти минерализуют органічні речовини, що містять фосфор, в неорганічні фосфати, які знову можуть бутивикористані рослинами і, таким чином, знову втягуватися в круговорот.
Оскільки в круговороті фосфору відсутня газова фаза, фосфор як і другіебіогенние елементи ґрунту, циркулює в екосистемі лише в тому випадку, есліотходи життєдіяльності відкладаються в місцях поглинання даного елемента.Нарушеніе кругообігу фосфору може відбуватися, наприклад, в агроекосистемах, коли урожай разом з витягнутими з грунту биогенами перевозиться назначітельно відстані, і вони не повертаються в ґрунт в місцях споживання.
Після неодноразового споживання фосфору організмами на суші і у водному середовищі, вконечном підсумку він виводиться в донні опади у вигляді нерозчинних фосфатів. Послеподнятія осадових порід над рівнем моря в ході великого кругообігу вновьначінают діяти процеси вилуговування та бігенного руйнування.
Відео: Кругообіг води в природі
Внесення фосфорних добрив, що представляють собою продукти переработкіосадочних порід, дозволяє заповнити спожитий фосфор в регіонах сінтенсівним сільськогосподарським виробництвом. Однак, змив добрив з полів, а також надходження у водойми фосфатів з продуктами життєдіяльності тварин і людини може призводити до перенасичення водних екосистем фосфатами і нарушеніюв них екологічної рівноваги.
цикл азоту
цикл сірки
цикл фосфору
Див. також: нарушеніекруговорота речовин людиною
