Однако в настоящее время нет непосредственных признаков нарушения цикла кислорода. Запасы кислорода достаточно велики: на 1 м2 земной поверхности приходится около 60000 моль О2, расход на дыхание всего 8 моль/1 м2 поверхности в год. Если мы сожжем все известные запасы ископаемого топлива, то используем всего лишь 3% имеющегося О2. Проблемы могут возникнуть из-за тех последствий антропогенной деятельности, которая сопровождается уничтожение лесов, разрушение почвенного покрова, гибели фитопланктона из-за загрязнения океанических вод нефтепродуктами.
Круговорот азота
Азот в той или иной форме присутствует во всей биосфере. Это важнейший биогенный элемент, входящий в состав биомолекул живых организмов – белков (где его доля до 16-18%), нуклеиновых кислот, хлорофилла, гемоглобина. Азот – основной компонент биосферы (его содержание ~ 79 %) В гидросфере содержание азота во всех химических формах в среднем 5*10-5 моль/л.
Газообразный N2 служит основным резервом для круговорота азота. При этом в глобальном биогеохимическом цикле азота ведущая роль принадлежит массообмену между атмосферой и почвой, где азот связан с живым органическим веществом, органическим остатком или гумусом. Большинство биологических форм не усваивает молекулярный азот, для того чтобы свободный азот атмосферы мог быть использован в биологических процессах, он должен быть превращен в органические (карбамид, аминокислоты, белки) или неорганические соединения (NH3, аммонийные соли, нитраты), т.е. химически связан в какие то соединения. Это химическое связывание (фиксация) возможно физико-химическим способом (1) либо биологически путем (2) причем биологический способ играет главную роль в вовлечении свободного азота в круговорот.
1) небиологическая
фиксация N2 (N
N) в
естественных условиях происходит:
а) в основном при электрических разрядах в атмосфере. Электрический разряд инициирует распад молекулы N2 на атомы (это происходит в само канале молнии где температура достигает тысячи градусов)
и ряд последующих процессов, приводящих к образованию оксидов азота.
технические процессы:
б) Образование оксидов азота из азота воздуха происходит так же в технологических процессах при высоких температурах (в двигателях внутреннего сгорания, при сжигании топлива)
в) еще один химический способ связывания азота – целенаправленный технический процесс производства NH3 при взаимодействии N2 и H2, широко используемый в промышленности азотных удобрений
2) Биологический путь фиксации молекулярного азота – химическое связывание так называемыми клубеньковыми бактериями, свободно обитающими либо симбиотически связанными с некоторыми видами растений, обитающими в корнях некоторых наземных растений семейства бобовых (клевер, горох, люцерна и т.д.), а в гидросфере – сине-зелеными водорослями (известно что растения семейства бобовых значительно обогащают почву легкоусваиваимыми соединениями азота – клевер например дает до 150 кг связанного азота в год)
Фиксация азота клубеньковыми бактериями – восстановительный ферментативный процесс, катализатором которого служит фермент нитрогеназа, содержащийся в клетках бактерий. Нитрогеназа – сложный белковый комплекс из 2-х белков (ММ=230 тыс. и 60 тыс.) в состав которого входят атомы Мо и Fe
Фиксация осуществляется по схеме:
|
|
|
 |
Переносчикам электронов в окислительно-восстановительном процессе являются атомы Мо и Fe, легко меняющие степени окисления.
В результате фиксации растения получают азот в доступной для них форме. Другой вид автотрофных бактерий (автотрофы – синтезирующие их простых неорганических соединений сложные органические) способен окислять азот в аммиаке – осуществлять процесс нитрификации (образование нитритов и нитратов) - то происходит довольно быстро в почвах и водных экосистемах
-
процесс при участии бактерий – нитрозомоназ и нитробактер
-
бактерии азобактер
Связанный азот в аммонийной и или нитратной форме усваивается растениями и используется в синтезе азотсодержащих органических соединений - аминокислот (структурные единицы белков) и белков растений (причем аммонийный азот является предпочтительной формой доступного азота)
Растительные белки служат пищей для животных, в организме которых они превращаются в живые белки, либо выводятся из организма.
После гибели организма бактерии (микроорганизмы) других типом
В могут расщеплять белки до аминокислот и преобразовывать азот, входящий в состав аминокислот, в NH3 в результате процесса аммонификации - составная часть цикла.
Пример – микробиологическое разрушение глицина
При этом NH3 (а в кислой среде ион NH4+) возвращается в цикл, помогая восстановлению равновесия (в балансе азота)
Кроме того в природе постоянно протекают процессы денитрификации – преобразование NO2- или NO3- в газообразный азот (преимущественно) или N2O, выделяющийся по схеме.
Эти процессы под действие динитрифицирущих бактерий и распространены в почвах и водных системах с низким содержанием кислорода, т.е. в анаэробном окружении.
-
в этих условиях безазотные органические вещества окисляются за счет нитратов
и нитритов. Последние восстанавливаются до газообразного азота
Процессы денитрификации являются важными составными частями круговорота азота – они завершают круговорот возвращая в него фиксированный ранее азот. Таким образом при нормальных условиях полное количествоо фиксированного азота, возвращенного в окружающею среду равно полному количеству газообразного азота, возвращенного в окружающую среду
Схема цикла азота в биосфере может быть представлена следующей схемой:
Естественный круговорот азота характеризуется очень малой скоростью и сильно подвергается антропогенному воздействию. Оно состоит в значительном (во включении в цикл больших количеств) пополнении цикла азота прежде всего неорганических соединений азота в нитратной и аммонийной формах за счет использования азотных минеральных удобрений – искусственно синтезированных или извлеченных из природных залежей (азот, который выключен из круговорота)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.