Круговорот веществ Лекции по экологии Каф.ХиЭ ТТИ ЮФУ Доц.,к.х.н. Е.В.Воробьев

Круговорот веществ - повторяющиеся процессы превращения и перемещения вещества в природе, имеющие более или менее выраженный циклический характер. Имеют поступательное движение - не происходит полного повторения циклов, всегда имеются те или иные изменения в количестве и составе образующихся веществ.

Разделение вещества 5 млрд. лет назад произошла дифференциация вещества Земли, разделение его на ряд геосфер: атмосферу, гидросферу, земную кору, гранитную, базальтовую и др. Между всеми геосферами и внутри каждой продолжался обмен веществом. Вначале наиболее существенную роль играл вынос вещества из недр Земли на поверхность в результате процессов выплавления легкоплавкого вещества Земли и дегазации.

Продолжительность цикла Продолжительность того пли иного цикла можно условно оценить по тому времени, которое было бы необходимо, чтобы вся масса данного вещества могла обернуться один раз на Земле в том или ином процессе. Время, достаточное для полного оборота вещества: ВеществоВремя (годы) Углекислый газ атмосферы (через фотосинтез)300 Кислород атмосферы (через фотосинтез)2000 Вода океана (путём испарения) Азот атмосферы (путём окисления электрическими разрядами, фотохимическим путём и биологической фиксацией) Вещество континентов (путём денудации выветривания)

УГЛЕРОД Углерод основной биогенный элемент; играет важнейшую роль в образовании живого вещества биосферы. СO 2 из атмосферы в процессе фотосинтеза ассимилируется и превращается в органические соединения растений. Растительные организмы, особенно низшие микроорганизмы, морской фитопланктон, благодаря исключительной скорости размножения продуцируют в год около 1,5·10 11 т углерода в виде органической массы, что соответствует 5,86·1020дж (1,4·1020кал) энергии. Масса (т) Животные5*10 9 Растения5*10 11 Атмосфера6,4*10 11 Океан3,8*10 13 Массив.крист.породы1,7*10 14 Граниты2,9*10 15 Уголь, нефть и т.д.6,4*10 15 Крист.сланцы1*10 16 Карбонаты1,3*10 16 Итого3,2*10 16

Круговорот углерода

АЗОТ Источником азота на Земле был вулканогенный NH 3, окисленный O 2. Основная масса азота - в виде газа N 2 в атмосфере. Пути его вовлечения в биогенный круговорот: 1) процессы электрического (в тихом разряде) и фотохимического окисления азота воздуха, дающие разные окислы азота, которые растворяются в дождевой воде и вносятся т. о. в почвы, воду океана (30мг нитратов на 1 кв.м. в год); 2) биологическая фиксация N 2 клубеньковыми бактериями, свободными азотфиксаторами и др. микроорганизмами. (100мг нитратов на 1 кв.м. в год). Значение азота в обмене веществ - входит в состав белков и их разнообразных производных.

Круговорот азота

ФОСФОР Источник фосфора в биосфере – апатит (в магматических породах). В превращениях фосфора большую роль играет живое вещество. Организмы извлекают фосфор из почв, водных растворов. Фосфор входит в состав белков, нуклеиновых кислот, лецитинов, фитина и др. органических соединений; особенно много фосфора в костях животных. С гибелью организмов фосфор возвращается в почву и в донные отложения. Он концентрируется в виде морских фосфатных конкреций, отложений костей рыб, гуано, что создаёт условия для образования богатых фосфором пород, которые, в свою очередь, служат источниками фосфора в биогенном цикле.

Круговорот фосфора

Круговорот воды

круговорот кальция Известняки (как и др. породы) на континенте разрушаются - растворимые соли кальция реками сносятся в море (ежегодно около 5·10 8 т кальция. В тёплых морях углекислый кальций интенсивно потребляется низшими организмами фораминиферами, кораллами и др. на постройку своих скелетов. После гибели этих организмов их скелеты из углекислого кальция образуют осадки на дне морей - формируется порода известняк. При регрессии моря известняк обнажается, оказывается на суше и начинается процесс его разрушения. Но состав вновь образующегося известняка несколько иной. Так, оказалось, что палеозойские известняки более богаты углекислым магнием, известняки же более молодые беднее углекислым магнием. При излиянии лавы известняки частично могут быть ею ассимилированы, т. е. войти в большой круговорот веществ.

Круговорот серы Сера в виде трёхокиси (SO 3 ), двуокиси (SO 2 ), сероводорода (H 2 S) и главным образом элементарной серы выбрасывается вулканами. В природе - сульфиды металлов: железа, свинца, цинка и др. Сульфидная сера окисляется в биосфере при участии микроорганизмов до сульфатной серы (SO'' 4 ) почв и водоёмов. Сульфаты поглощаются растениями. В организмах сера входит в состав аминокислот и белков. Процессы разрушения остатков организмов в почвах и в илах морей сопровождаются очень сложными превращениями серы. При разрушении белков с участием микроорганизмов образуется сероводород, который далее окисляется до элементарной серы или до сульфатов. Сероводород может вновь образовать «вторичные» сульфиды, а сульфатная сера залежи гипса. Сульфиды и гипс вновь подвергаются разрушению, и сера возобновляет свою миграцию.

Задание: Самостоятельно предложить схему круговорота с участием конкретных организмов и факторов неживой природы для: 1. Кислорода 2. Железа 3. Углерода 4. Азота