Углекислый газ при участии воды фиксируется растениями в процессе фотосинтеза, при этом образуются органические вещества – углеводы и кислород. Далее фиксированный растениями в органических веществах углерод потребляется человеком, животными, микроорганизмами и снова выделяется в атмосферу при дыхании организмов и при их разложении после гибели. В результате антропогенной деятельности и огромного количества сжигаемого человеком для получения энергии органического топлива (нефть, газ, уголь) в атмосферу привносится значительная дополнительная масса двуокиси углерода, которая не полностью поглощается растениями и компонентами океана. Это приводит к негативным явлениям – глобальному потеплению, изменению климата, «парниковому эффекту». Масса углерода, заключенная в каменном угле и нефти, оценивается экологами в 0,34 * 10 16 т.
Круговорот кислорода. Кислород на Земле – первый по распространенности элемент. Биотический круговорот кислорода составляет 250 Гт в год, а общее его количество в биосфере – 1014 т. Свободный кислород выделяется в атмосферу в процессе фотосинтеза растений. Он потребляется при дыхании человека, животных и растений, используется в реакциях окисления (в том числе сжигания топлива).
Круговорот азота. Круговорот азота охватывает все области биосферы. Азот входит в структуру аминокислот и белков, без которых невозможнга жизнь, а также молекул нуклеиновых кислот – носителей наследственной информации, пигмента хлорофилла, необходимого для улавливания солнечной энергии в процессе фотосинтеза, ростовых веществ, минеральных солей и других. Азот – наиболее лимитирующий фактор из всех биогенных элементов.
Азот, которого очень много в атмосфере (78%), не может усваиваться растениями в молекулярной форме (N2). Энергия химической связи в молекуле азота очень велика. Поэтому соединение азота с другими элементами – кислородом и водородом (процесс азотфиксации) требует больших затрат энергии. Промышленная фиксация азота идет в присутствии катализаторов – ускорителей химических реакций при температуре 500оС и давлении 300 атмосфер. В биосфере же фиксация азота осуществляется преимущественно несколькими группами анаэробных бактерий (Rhizobium, Azotobacter) и цианобактерий при нормальной температуре и давлении, благодаря высокой эффективности биологического катализа – катализа реакций фиксации молекулярного азота атмосферы с помощью ферментных систем (биокатализаторов) клубеньковых бактерий. Считают, что бактерии переводят в связанную форму около 1 млрд т азота в год (для сравнения: мировой объем промышленной фиксации азота составляет только 90 млн т в год). Азот усваивается растительными организмами только после соединения его с водородом и кислородом.
Круговорот азота начинается с фиксации его из воздуха почвенными микроорганизмами. Возможна и небиологическая фиксация азота в атмосфере под действием космических лучей и в результате промышленной деятельности человека. Растения потребляют азот в нитратной (NO3-) и аммиачной (NH4+) формах и преобразуют их в органические соединения – аминокислоты, белки и другие вещества. После разложения отмершего органического вещества образуется аммиак (NH3). Часть соединений азота не подвергается окончательному разложению и сохраняется в виде гумуса и осадочных пород. Нитрифицирующие бактерии превращают аммиак в почве в нитраты (NO3-) и нитриты (NO2-). Часть азота благодаря денитрифицирующим бактериям вновь поступает в атмосферу. На круговорот азота значительное влияние оказывает деятельность человека, который вносит азотные удобрения в почву. Установлено, что только 1/10 часть внесенного азота используется растениями, а остальная часть с поверхностным стоком и грунтовыми водами переходит в морские отложения. Избыточный азот создает проблему эвтрофирования (зарастания) водоемов, а также накопления избытка нитратов, нитритов, нитрозоаминов в пищевой продукции, что неблагоприятно сказывается на состоянии здоровья населения (канцерогенный эффект, анемия и др.). Широкое использование сельскохозяйственной техники для обработки почвы приводит к усилению поверхностного стока и увеличению выноса азота – эрозии. За последние 100 лет биологическая фиксация азота уменьшилась в 20-30 раз.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.