Биохимический круговорот веществ в биосфере. Присекиной Елены. Д-16-ФО

Биохимический круговорот веществ в биосфере
(2 слайд) Круговорот веществ – это повторяющиеся процессы превращения и перемещения
веществ в природе, имеющие более или менее циклический характер Воздушный 98,3%
02,Н2,N,С и др. Водный 1,7% Na, Mg, S, Cl, K.
(4 - 6 слайд) В биосфере нет более распространенного вещества. Его запасы в основном в
солено-горьком виде вод морей и океанов – это около 97%. Остальное пресные воды,
ледники и подземные и грунтовые воды.
Круговорот воды в биосфере условно начинается с ее испарения с поверхности водоемов и
листьев растений и составляет примерно 500 000 куб. км. Обратно она возвращается в виде
осадков, которые попадают либо непосредственно обратно в водоемы, либо, пройдя через
почву и подземные воды.
Роль воды в биосфере и истории ее эволюции такова, что вся жизнь с момента своего
появления, была полностью зависима от воды. В биосфере вода многократно через живые
организмы прошла циклы разложения и рождения.
Кругооборот воды имеет под собой в большей степени физический процесс. Однако,
животный и, особенно, растительный мир принимает в этом немаловажное участие.
Испарения воды с поверхностных участков листьев деревьев таков, что, например, гектар
леса испаряет в сутки до 50 тонн воды.
Если испарение воды с поверхностей водоемов естественно для ее кругооборота, то для
континентов с их лесными зонами, такой процесс – единственный и главный способ его
сохранения. Здесь кругооборот идет как бы в замкнутом цикле. Осадки образуются из
испарений с поверхностей почвы и растений.
В процессе фотосинтеза растения используют водород, содержащийся в молекуле воды, для
создания нового органического соединения и выделения кислорода. И, наоборот, в
процессе дыхания, живые организмы, происходит процесс окисления и вода образуется
снова.
Описывая кругооборот различный видов химических веществ, мы сталкиваемся с более
активным влиянием человека на эти процессы. В настоящее время природа, за счет
многомиллиардной истории своего выживания, справляется с регулированием и
восстановлением нарушенных балансов. Но первые симптомы «болезни» уже есть. И это
«парниковый эффект». Когда две энергии: солнечная и отраженная Землей, не защищают
живые организмы, а, наоборот, усиливают одна другую. В результате чего повышается
температура окружающей среды. Какие последствия такого повышения могут быть, кроме
ускоренного таяния ледников, испарения воды с поверхностей океана, суши и растений?
(7 слайд) Круговорот веществ Большой (геологический) Длится миллионы лет и
заключается в том, что горные породы подлежат разрушению, а продукты выносятся
потоками воды в мировой океан, где они образуют напластования. Гелиотектонические
изменения приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу и процесс
начинается снова. Малый ( биотический ) Происходит на уровне экосистем и заключается
в том, что питательные вещества, вода и углерод аккумулируются в растениях. Тратятся на
построение тела и на жизненные процессы самих растений и других организмов. Продукты
распада органического вещества под действием деструкторов и микроорганизмов снова
распадаются до минеральных компонентов, доступных растениям, которые вовлекаются
ими в потоки вещества.
(11 слайд) Круговорот азота в биосфере связан с образованием таких важнейших
органических соединений, как: белки, нуклеиновые кислоты, липопротеиды, АТФ,
хлорофилл и другие. Азот, в молекулярной форме, содержится в атмосфере. Вместе с
живыми организмами — это всего около 2% всего, имеющего на Земле азота. В таком виде
он может употребляться только бактериями и сине-зелёными водорослями. Для остального
растительного мира в молекулярной форме азот не может служить питанием, а может
перерабатываться лишь в виде неорганических соединений. Некоторые виды таких
соединений образуются во время гроз и с дождевыми осадками попадают в воду и почву.
Самыми активными «переработчиками» азота или азотофиксаторами являются
клубеньковые бактерии. Они поселяются в клетках корней бобовых и преобразовывают
молекулярный азот в его соединения, пригодные для растений. После их отмирания, азотом
обогащается и почва.
Гнилостные бактерии расщепляют азотосодержащие органические соединения до аммиака.
Часть его уходит в атмосферу, а другая иными видами бактерий окисляется до нитритов и
нитратов. Те, в свою очередь, поступают в качестве питания для растений и
нитрифицирующими бактериями восстанавливаются до оксидов и молекулярного азота.
Которые вновь попадают в атмосферу.
Таким образом, видно, что основную роль в кругообороте азота, играют различные виды
бактерий. И если уничтожить хотя бы 20 таких видов, то жизнь на планете прекратится. И
опять установленный кругооборот был разорван человеком. Он для целей увеличения
урожайности сельскохозяйственных культур, стал активно применять азотосодержащие
удобрения.
Содержание азота в различных веществах сопоставляют с содержанием там углерода.
Оборотные циклы этих двух элементов крепко связаны.
(10 слайд) Биологический круговорот – это многоразовое участие химических элементов в
процессах, происходящих в биосфере Круговорот химических веществ из неорганической
среды через растительные и животные организмы назад в неорганическую среду с
использованием солнечной энергии и энергии химических реакций называется
биогеохимическим циклом.
(13 слайд) Круговорот Нитрогена С участием микроорганизмов почвы 4 этапа:
-
- Денитрификация: NO2-, NO3-
(14 слайд) Круговорот углерода в биосфере неразрывно связан с кругооборотом кислорода
и азота.
В биосфере схема круговорота углерода базируется на жизнедеятельности зеленых
растений и их способности к превращению углекислого газа в кислород, то есть
фотосинтезе.
Углерод взаимодействует с другими элементами различными способами и входит в состав
практически всех классов органических соединений. Например, он входит в состав
углекислого газа, метана. Он растворен в воде, где его содержание значительно больше чем
в атмосфере.
Хотя по распространённости углерод не входит в десятку, но в живых организмах он
составляет от 18 до 45% сухой массы.
Мировой океан служит регулятором содержания углекислого газа. Как только его доля в
воздухе повышается, вода выравнивает положения, поглощая углекислый газ. Еще одним
потребителем углерода в океане являются морские организмы, которые используют его для
строительства раковин.
Круговорот углерода в биосфере основывается на наличии в атмосфере и гидросфере
углекислого газа, который является своеобразным обменным фондом. Пополняется он за
счет дыхания живых организмов. Бактерии, грибы и другие микроорганизмы,
принимающие участие в процессе разложения органических остатков в почве, также
участвуют в пополнении углекислым газом атмосферы.Углерод «консервируется» в
минерализованных неперегнивших органических остатках. В каменном и буром угле,
торфе, горючих сланцах и тому подобных отложениях. Но основным резервным фондом
углерода являются известняки и доломиты. Содержащийся в них углерод «надежно
спрятан» в глубине планеты и высвобождается лишь при тектонических сдвигах и выбросах
вулканических газов при извержениях.
Круговорот углерода в биосфереБлагодаря тому, что процесс дыхания с выделение
углерода и процесс фотосинтеза с его поглощением проходит через живые организмы очень
быстро, в кругообороте участвует лишь незначительная доля всего углерода планеты. Если
бы этот процесс был невзаимным, то растения только суши использовали весь углерод
всего в течение 4-5 лет.
В настоящее время, благодаря деятельности человека, растительный мир не имеет
недостатка с углекислым газом. Он пополняется сразу и одновременно из двух источников.
Путем сжигания кислорода при работе промышленности производств и транспорта, а также
в связи с использованием для работы этих видов человеческой деятельности тех
«консервов» — угля, торфа, сланцев и так далее. Отчего содержание углекислого газа в
атмосфере возросло на 25%.
(15 слайд) В биосфере происходит постоянный круговорот активных элементов, которые
переходят от одного организма к другому – это биогенная миграция атомов. Для нее
характерно накопление химических элементов в живых организмах, а также их
высвобождение в результате распада мертвых организмов. Биогенная миграция вызывается
тремя процессами: Обменом веществ в организмах, Ростом, Размножением Различают два
типа биогенной миграции – через микроорганизмы и через многоклеточные организмы.
(16 слайд) Поток энергии и круговорот биогенных элементов в экосистеме Через
экологические системы идет линейный поток энергии, а не ее круговорот, т.к. энергия не
полностью расходуется а часть ее рассеивается в виде тепла. Биотический компонент
Тепловая энергия Биогенные элементы Абиотический компонент.
(17 слайд) Факторы негативно влияющие на круговорот веществ в биосфере Применение
минеральных удобрений и ядохимикатов, Загрязнение среды с/х. промышленными и
коммунальными отходами, Попадание в природную среду энергетических загрязнений,
Эрозия почвенного покрова и увеличение твердого стока в океан, Добыча из недр
значительного количества руд, топливных и других ископаемых, Перераспределение солей
в почвах, грунтовых и речных водах под влиянием оросительного земледелия.
(18 слайд) Человечество превратилось в могучую геологическую силу Экологические
проблемы Ускорение круговоротов элементов Загрязнение Истощение и эрозия почва
Разрушение природных экосистем (вырубка лесов, распашка степей) Сокращение видового
разнообразия.
(19 слайд) Ускорение круговоротов До XVIII века – 12 химических элементов Сегодня –
вся таблица Менделеева Месторождения – млн. лет, разрабатываются за 10-летия + Новые
материалы (пластики…).
(20 слайд) В биосфере круговорот серы необходим для образования аминокислот. Он
создает трехмерную структуру белков. В нем участвуют бактерии и организмы,
потребляющие кислород для синтеза энергии. Они окисляют серу до сульфатов, а
одноклеточные доядерные живые организмы, восстанавливают сульфаты до сероводорода.
Кроме них, целые группы серобактерий, окисляют сероводород до серы и далее до
сульфатов. Растения могут потреблять из почвы лишь ион серы — SO2-4. Таким образом,
одни микроорганизмы являются окислителями, а другие восстановителями.
Местами накопления серы и ее производных в биосфере является океан и атмосфера. В
атмосферу сера поступает с выделением сероводорода из воды. Кроме того, сера попадает
в атмосферу в виде диоксида при сжигании на производствах и в бытовых нуждах горючего
ископаемого топлива. В первую очередь угля. Там она окисляется и, превращаясь в серную
кислоту в дождевой воде, с ней же выпадает на землю. Кислотные дожди сами по себе
наносят существенный вред всему растительному и животному миру, а кроме этого, с
ливневыми и талыми водами, попадают в реки. Реки несут ионы сульфатов серы в океан.
Содержится сера также в горных породах в виде сульфидов, в газообразном виде —
сероводород и сернистый газ. На дне морей имеются залежи самородной серы. Но это все
«резерв».
(21 слайд) Круговорот фосфора в биосфере неразрывно связан с синтезом таких
органических веществ, как: АТФ, ДНК, РНК и другие.
В почве и воде содержание фосфора очень мало. Основные его запасы в горных породах,
образовавшихся в далеком прошлом. С выветриванием этих пород начинается кругооборот
фосфора.
Растениями фосфор усваивается лишь в виде ионов ортофосфорной кислоты. В основном
это продукт переработки могильщиками органических остатков. Но если почвы имеют
повышенный щелочной или кислотный фактор, то фосфаты практически в них не
растворяются.
Фосфор является прекрасным питательным веществом для различного вида бактерий.
Особенно сине-зеленой водоросли, которая при увеличенном содержании фосфора бурно
развивается.Тем не менее большая часть фосфора уносится с речными и другими водами в
океан. Там он активно поедается фитопланктоном, а с ним морским птицам и другим видам
животных. Впоследствии фосфор попадает на океаническое дно и формирует осадочные
породы. То есть возвращается в землю, лишь под слоем морской воды.
Как видно кругооборот фосфора специфичен. Его трудно и назвать кругооборотом, так как
он не замкнут.