Кругообіг речовин в природі

1. біогенні елементи
2. виникнення круговоротов
3. Структура природного циклу
4. геологічний кругообіг
5. малий кругообіг
6. Основні відмінності круговоротов
7. вплив людини

Кругообіг речовин в природі забезпечує можливість життя як такого, бо за рахунок нього стає можливим видалення речовини з системи або нього надходження в систему, при цьому дана система може тривалий час перебувати в стані рівноваги.

біогенні елементи

Частина земної оболонки, зайнята рослинними і тваринними організмами утворює біосферу. В процесі діяльності живих організмів в біосфері утворюються мінерали і різні природні речовини. Для повноцінного функціонування біосфери і підтримки безперервності її процесів, всередині неї повинні постійно здійснюватися обміни біогенних речовин, все елементи яких важливі для життя як такого. У організми живих істот входять ті ж складові, що і в повітря , Воду, грунт і мінерали. Відомо близько 90 хімічних елементів в складі земної кори. У складі живих організмів виявлено близько 70 хімічних елементів періодичної системи. Відмінність тільки в тому, що молекули неживої природи прості і однотипні, а живі організми складаються з безлічі атомів різних типів. Хімічні елементи, що знаходяться в живому організмі і володіють вираженою біологічною роллю - називаються біогенними елементами.

Біогенні елементи - це хімічні елементи, що постійно входять до складу організмів і необхідні їм для життєдіяльності. У живих клітинах зазвичай виявляються сліди майже всіх хімічних. елементів, присутніх в навколишньому середовищі, однак для життя необхідні близько 20.

Найважливіші біогенні елементи - кисень (становить бл. 70% маси організмів), вуглець (18%), водень (10%), азот, кальцій, калій, фосфор, магній, сірка, хлор, натрій.

виникнення круговоротов

Біологічна активність живої речовини і енергія випромінювання Сонця виступають рушійними силами цього процесу. Вони перерозподіляють, концентрують і переміщують величезна кількість життєво необхідних речовин між рослинами, їх кореневими системами і всіма істотами на планеті.

Рух речовини відбувається у внутрішніх оболонках землі , Їх підйом в результаті висхідних тектонічних рухів і вулканізму, перенесення речовин по горизонталі в зовнішніх оболонках і акумуляція, занурення в результаті низхідних тектонічних рухів. На великій глибині відбувається метаморфізм, плавлення речовини з утворенням магми і метаморфічних гірських порід.

Структура природного циклу

Все життя на нашій планеті слід законам глобального кругообігу речовин, який можна розділити на дві основні складові. Вони відрізняються характером і механізмом відбуваються в них процесах. Розрізняють два основних цикли:

1. Великий (геологічний)
2. Малий (біогеохімічний)

Розглянемо їх докладніше:

геологічний кругообіг

Цей вид також називають кругообігом води в природі, де рідина постійно циркулює між сушею і океаном. Основну роль у створенні географічної оболонки нашої планети грає круговорот води.

Вода є найбільш поширеним і дуже важливим хімічною сполукою, тому круговорот речовин в природі ми самим докладним чином розглянемо на прикладі кругообігу води . Додатково зазначимо, що вода фактично формує все біогеохімічні цикли в природі, вона міститься у всіх компонентах біосфери - в атмосфері , гідросфері , Літосфері і в складі всіх організмів. При втраті організмом 10% води настає його самоотруєння. Нагрівання води, її випаровування і конденсація представляють собою другу після фотосинтезу форму накопичення і перерозподілу сонячної енергії на Землі і в біосфері.

Кругообіг води умовно починається з надходження її на поверхню Землі у вигляді опадів (дощу або снігу), які утворюються в результаті конденсації водяної пари, що виникли за рахунок випаровування води рослинами, тваринами, а також поверхнею водойм. «Осадова» вода поповнює води водойм, потрапляє в рослини і в організми тварин, знову піддається випаровуванню. Інша частина опадів проникає в підземні води за рахунок процесів фільтрації, зі стоками річок вода надходить в Світовий океан . Кількість випаровується води залежить від місцевих умов. Так, з одиниці поверхні Землі, зайнятої лісом, випаровується більше води, ніж з такою ж поверхні океану. Кількість опадів залежить від географічної зони, від широти і довготи місцевості, від висоти над рівнем моря і пори року. вітрами хмари , Що представляють собою водний туман, переносяться з однієї ділянки планети на інший.

Зменшення площі рослинного покриву призводить до зменшення процесів транспірації (випаровування) води на ділянках суші, що в свою чергу знижує кількість опадів на даній території. Вода бере участь у кругообігу речовин і через її входження до складу організмів, і через виділення в навколишнє середовище після загибелі цих організмів. Потрапляючи до складу осадових порід в складі розклалися речовини, вода видаляється з кругообігу на тривалий геологічний час, коли ці речовини можуть виявитися на поверхні і за рахунок горотворних процесів піддатися перетворенням. Завдяки круговороту води реалізується частково круговорот двох найважливіших хімічних елементів - водню і кисню. Велика роль води і як реагенту в процесах фотосинтезу , Що є однією зі складових частин процесів кругообігу води.

Світовий баланс води в історико-геологічному масштабі досить сталий, а окремо взяті локальні водні баланси (для конкретного регіону) можуть значно коливатися. В геологічному масштабі часу виявлені часті порушення рівноваги балансу океанічних і континентальних вод, з чим пов'язані значні зміни клімату планети. У режимі континентального зволоження існує цикл 1800-2000 років. В даний час (на думку ряду вчених) планета знаходиться в перехідному стані від дуже вологою континентальної фази до сухішою, що передбачає тенденцію передачі води від континентів океану. Спостереження останніх 80 років показують, що рівень океанічних вод щорічно збільшується на 1,2 мм.

Велика роль води в життєдіяльності людини, який є і водокористувачем, і водоспоживачів.

Водокористування - це таке використання води, при якому вона залишається в водоймах (наприклад, як транспортний засіб - річковий і морський транспорт, лісосплав; як механічний джерело енергії - гідроенергетика).

Водоспоживання - використання води, при якому вона витягується з водойм. Їм є застосування води в сільському і житлово-комунальному господарстві, різних галузях промисловості, атомної та теплоенергетиці. В процесі водоспоживання утворюються стічні води, які без належної очистки забруднюють природні води. Водокористування також супроводжується забрудненням природних вод за рахунок попадання в них різних сполук, що використовуються у водному транспорті, і відходів транспорту та гідроенергетики.

Водоспоживання вимагає прісної води певної якості. Велику роль для людини відіграє питна вода, до властивостей якої пред'являються особливі вимоги, тому природні води піддаються спеціальній водопідготовці. На Землі прісні води становлять 2% від загальних запасів води (1,5 х 109 км3 - загальний запас води), а в доступній для використання людиною формі - тільки 0,01% від загальних запасів води на планеті.

Нераціональне використання води, її забруднення за рахунок неправильного водокористування та порушення кругообігу води загрожує людству екологічною катастрофою.

Порушення людиною природних процесів кругообігу води пов'язане зі знищенням лісів, зростанням міст, інтенсивної іригації і меліорацією, збільшенням пилу і газів, що забруднюють повітря і викликають різні ефекти (тепличний, похолодання і ін.), Теплове та інші види фізичних забруднень.

малий кругообіг

Він являє собою обмін корисними речовинами в межах всієї біосфери Землі з компонентами речовин з літосфери, атмосфери і гідросфери. Малий кругообіг - біотичний, частина великого кругообігу, відбувається на рівні біоценозу (неорганічні речовини беруть участь в утворенні органічних), являє собою перенесення речовини з трофічних (харчових) ланцюжків . У ньому беруть участь:

• продуценти
• Гетеротрофи
• редуценти

Продуценти перетворять прості неорганічні речовини в складні органічні сполуки. Гетеротрофи модифікують або виробляють ще більше більш складні з'єднання. Редуценти виділяють біологічні речовини, які розкладають складну органіку і звільнені речовини знову включаються в оборот.

Кругообіг кисню. Цей необхідний для життя газ міститься в атмосфері, виробляється рослинами в результаті фотосинтезу. З повітря кисень надходить через дихальні шляхи в організм живих істот, звільняється і знову надходить в атмосферу.

Кругообіг азоту. Азотні сполуки виділяються при розпаді речовин, вбираються в грунт, надходять в рослини, а потім виділяються з них у вигляді аміаку або іонів амонію.

Розглянемо більш докладно малий кругообіг на прикладі вуглецю. Продуценти вловлюють вуглекислий газ з атмосфери і переводять його в органічні речовини, консументи поглинають вуглець у вигляді органічних речовин з тілами продуцентів і консументів нижчих порядків, редуценти минерализуют органічні речовини і повертають вуглець в атмосферу у вигляді вуглекислого газу. У Світовому океані круговорот вуглецю ускладнений тим, що частина вуглецю, що міститься в мертвих організмах, опускається на дно і накопичується в осадових породах. Ця частина вуглецю виключається з біологічного кругообігу і надходить в геологічний кругообіг речовин.

Основні відмінності круговоротов

Великий кругообіг - це кругообіг води між сушею і океаном через атмосферу. Волога, що випарувалася з поверхні Світового океану (на що витрачається майже половина надходить до поверхні Землі сонячної енергії), переноситься на сушу, де випадає у вигляді опадів, які знову повертаються в океан у вигляді поверхневого і підземного стоку.

Великий кругообіг обумовлений сонячною енергією, він забезпечує перерозподіл речовини між біосферою і глибокими горизонтами Землі. Гірські породи, неорганічні речовини, все переноситься водою, але процеси тривають мільйони років. Гірські породи підлягають руйнуванню, вивітрювання, а продукти вивітрювання, в тому числі розчинні у воді поживні речовини, зносяться потоками води у Світовий океан. Межі геологічного кругообігу значно ширше кордонів біосфери і в його процесах живі організми відіграють другорядну роль. Тепло землі і радіація сонця - основні двигуни геологічного кругообігу.

Малий кругообіг речовин в біосфері, на відміну від великого, відбувається лише в межах біосфери. Сутність його в утворенні живої речовини з неорганічних сполук в процесі фотосинтезу і в перетворенні органічної речовини при розкладанні знову в неорганічні сполуки. Цей круговорот для життя біосфери - головний, і він сам є породженням життя.

Кругообіг того чи іншого хімічного речовини з неорганічного середовища через рослинні і тваринні організми і назад в неорганічне середовище з використанням енергії Сонця і хімічних реакцій називається біогеохімічним циклом. Біохімічний цикл є частиною біологічного кругообігу.

Змінюючись, народжуючись і вмираючи, жива речовина підтримує життя на нашій планеті, забезпечуючи биогеохимический круговорот речовин. Головним джерелом енергії малого кругообігу є сонячна радіація, яка породжує фотосинтез.

вплив людини

Людина, як частина біосистеми, безпосередньо втягнутий в круговорот речовин. Однак нам все важче дотримуватися балансу і забезпечувати невтручання в основні природні процеси. Безконтрольно витрачаючи ресурси планети, заповнюючи трудноразлагаемих відходами її атмосферу і біосферу, людина несприятливо впливає на природний круговорот. В першу чергу, таким ставленням, людство завдає шкоди самому собі. Так, надлишки азотних добрив, якими люди щедро удобрюють ґрунт для підвищення врожайності, вбираються в глибокі шари грунту і змиваються дощами з полів, потрапляючи в річки і озера і далі в Світовий океан. Так чи інакше, нітрати потрапляють в організм людини через їжу і воду, викликаючи рак та інші порушення в процесах життєдіяльності.

Важливо усвідомлювати, що всі процеси на Землі пов'язані між собою. Для гармонійного і безперервного розвитку потрібно підтримувати баланс речовин в природі, своєчасно вирішувати виникаючі екологічні проблеми , Враховувати особливості природного кругообігу.