Біогеохімічні цикли: структура, загальна характеристика, цикли вуглецю, азоту, кисню, сірки
Поняття біогеохімічного циклу. Кругообіг речовин в біосфері. Кругообіг вуглецю. Кругообіг кисню. Кругообіг азоту. Кругообіг сірки. Роль біологічного компоненту в замиканні біогеохімічного кругообігу.
| Рубрика | Химия |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 21.09.2007 |
| Размер файла | 23,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
11
Індекс групи ___________________
Орловський Олександр Володимирович
м. Бровари Київської області
вул. Київська 300в кв. 51
Приватний підприємець
Контрольна робота
з Основ екології «Біогеохімічні цикли: структура, загальна характеристика, цикли вуглецю, азоту, кисню, сірки».
Викладач: професор Падун Алла Олексіївна
Київ 2006р.
Зміст:
- Поняття біогеохімічного циклу 3
- Кругообіг речовин в біосфері 4
- Кругообіг вуглецю 5
- Кругообіг кисню 8
- Кругообіг азоту 9
- Кругообіг сірки 10
- Перелік використаної літератури 12
Поняття біогеохімічного циклу
На відміну від енергії, котра використовувалася організмом, перетворилась у тепло і втрачається для екосистеми, речовини циркулюють у біосфері, що і називається біогеохімічними круговоротами або циклами. З 90 з зайвим елементів, що зустрічаються в природі, близько 40 потрібні живим організмам. Найбільш важливі для них і потрібні у великих кількостях: вуглець, водень, кисень, азот та сірка. Кисень надходить у атмосферу в результаті фотосинтезу та витрачується організмами при диханні. Азот вилучається з атмосфери завдяки діяльності азотофіксуючих бактерій і повертається до неї іншими бактеріями.
Кругообіг елементів і речовин здійснюються за рахунок саморегулюючих процесів, в яких беруть участь всі складові екосистем. Ці процеси є безвідходними. В природі немає нічого даремного або шкідливого, навіть від вулканічних вивержень є користь, бо з вулканічними газами в повітря надходять потрібні елементи, наприклад, азот. Існує закон глобального замикання біогеохімічного кругообігу в біосфері, діючий на всіх етапах її розвитку. В процесі еволюції біосфери збільшується роль біологічного компоненту в замиканні біогеохімічного кругообігу. Ще більшу роль в біогеохімічному кругообігу відіграє людина. Але її роль здійснюється в протилежному напрямку. Людина порушує кругообіг речовин, який вже склався, і в цьому виявляється її геологічна сила, руйнівна по відношенню до біосфери на сьогоднішній день.
Кругообіг речовин в біосфері
Процеси фотосинтезу органічної речовини з неорганічних компонентів триває мільйони років і за такий час хімічні елементи повинні були перейти з однієї форми в іншу. Однак цього не відбувається завдяки їх кругообігу в біосфері. Щорічно фотосинтезуючі організми засвоюють майже 350 млрд. т. вуглекислого газу, виділяють до атмосфери біля 250 млрд. т. кисню і розщеплюють 140 млрд. т води, утворюючи понад 230 млрд. т органічної речовини (в перерахунку на суху вагу).
Величезні кількості води проходять через рослини та водорості в процесі забезпечення транспортної функції та випаровування. Це призводить до того, що вода поверхневого шару океану фільтрується планктоном за 40 днів, а вся інша вода океану - приблизно за рік. Весь вуглекислий газ атмосфери поновлюється за декілька сотень років, а кисень за декілька тисяч років. Щорічно фотосинтезом до кругообігу включається 6 млрд. т азоту, 210 млрд. т фосфору та велика кількість інших елементів (калій, натрій, кальцій, магній, сірка, залізо та ін.). Існування цих кругообігів придає екосистемі певну тривалість.
Розрізняють два основних кругообігу: великий (геологічний) і малий (біотичний).
Великій кругообіг, триває мільйони років і полягає в тому, що гірські породи підлягають руйнуванню, а продукти вивітрювання (в тому числі розчинні у воді поживні речовини) зносяться потоками води у Світовий океан, де вони утворюють морські напластування і лише частково повертаються на сушу із опадами. Геотектонічні зміни, процеси опускання материків і підняття морського дна, переміщення морів та океанів на протязі тривалого часу призводять до того, що ці напластування повертаються на сушу і процес починається знов.
Малий кругообіг (частина великого) відбувається на рівні екосистеми і полягає в тому, що поживні речовини, вода і вуглець акумулюються в речовині рослин, витрачаються на побудову тіла і на життєві процеси як самих цих рослин, так і інших організмів (як правило тварин), що з'їдають ці рослини. Продукти розпаду органічної речовини під дією деструкторів та мікроорганізмів (бактерії, гриби, черві) знов розкладаються до мінеральних компонентів, доступних рослинам і що втягуються ними у потоки речовини. Кругообіг хімічних речовин з неорганічного середовища через рослинні та тваринні організми назад у неорганічне середовище з використанням сонячної енергії та енергії хімічних реакцій називається біогеохімічним циклом. У такі цикли втягнуті практично всі хімічні елементи і насамперед ті, що беруть участь в побудові живої клітини. Так, тіло людини складається з кисню (62.8%), вуглецю (19.37%), водню (9.31%), азоту (5.14%), кальцію (1.38%), фосфору (0.64%) та ще приблизно з 30 елементів.
Кругообіг вуглецю
Самий інтенсивний біогеохімічний цикл - кругообіг вуглецю. В природі вуглець існує в двох основних формах - в карбонатах (вапняках) та вуглекислому газі. Вуглець бере участь в утворенні вуглеводів, жирів, білків та нуклеїнових кислот. Основна маса акумульована в карбонатах на дні океану (1016 т), в кристалічних породах (1016 т), кам'яному вугіллі та нафті (1016 т) що беруть участь в великому циклі. Основна ланка великого кругообігу вуглецю - взаємозв'язок процесів фотосинтезу і аеробного дихання (мал. 1). Інша ланка великого циклу кругообігу вуглецю уявляє собою анаеробне дихання (без доступу кисню); різноманітні види анаеробних бактерій перетворюють органічні сполуки в метан та інші речовини (наприклад, в болотних екосистемах, на смітниках відходів). В малому циклі кругообігу бере участь вуглець, що міститься в рослинних тканинах та тканинах тваринних. Більш докладна схема кругообігу представлена на мал.2.
Спалювання і Тепло Тепло
вивітрювання
Мал. 1. Кругообіг вуглецю в процесах фотосинтезу і аеробного дихання.
Розчинюється
в дощовій
воді
Мал. 2. Кругообіг вуглецю.
Кругообіг кисню
В кількісному відношенні головною складовою живої матерії є кисень, кругообіг якого ускладнений його здатністю вступати в різні хімічні реакції, головним чином реакції окислення. В результаті виникає безліч локальних циклів, що відбуваються між атмосферою, гідросферою та літосферою, які в свою чергу можуть бути порушені антропогенним фактором. Кисень, що міститься в атмосфері і в поверхневих мінералах (осадові кальцити, залізні руди), має біогенне походження і повинен розглядатися як продукт фотосинтезу. Цей процес протилежний процесу споживання кисню при диханні, який супроводжується руйнуванням органічних молекул, взаємодією кисню із воднем та утворенням води. В деякому відношенні кругообіг кисню нагадує зворотний кругообіг вуглекислого газу. В основному він відбувається між атмосферою та живими організмами. Споживання атмосферного кисню та його відновлення рослинами в процесі фотосинтезу здійснюється досить швидко. Розрахунки показують, що для повного поновлення всього атмосферного кисню вимагається біля двох тисяч років. З іншого боку, для того, щоб всі молекули води гідросфери були підвержені фотолізу і знов синтезовані живими організмами, необхідно два мільйони років. Більша частина кисню, що виробляється на протязі геологічних епох, не залишалася в атмосфері, а фіксувалася літосферою у вигляді карбонатів, сульфатів, оксидів заліза, і її маса складає 5,9*1016 т. Маса кисню, що циркулює в біосфері у вигляді газу або сульфатів, розчинених в океанських та континентальних водах, в декілька разів менша (0,4*1016 т).
Відзначимо, що, починаючи з певної концентрації, кисень дуже токсичний для клітин і тканин (навіть у аеробних організмів). А живий анаеробний організм не може витримати ( це було доведене ще в минулому сторіччі Л. Пастером) концентрацію кисню, що перевищує атмосферну на 1%.
Кругообіг азоту
Газоподібний азот виникає в результаті реакції окислення аміаку, який утворюється при виверженні вулканів та розкладені біологічних відходів: 4 NH3 + 3 O2 2 N2 + 6 H2O.
1. Кругообіг азоту - один з самих складних, але водночас самих ідеальних кругообігів. Незважаючи на те, що азот складає біля 80% атмосферного повітря, в більшості випадків він не може бути безпосередньо використаний рослинами, так як вони не засвоюють газоподібний азот. Втручання живих істот у кругообіг азоту підпорядковане суворій ієрархії: лише певні категорії організмів можуть виявляти вплив на окремі фази цього циклу. Газоподібний азот беззупинно надходить до атмосфери в результаті роботи деяких бактерій, тоді як інші бактерії - фіксатори (разом з синьо-зеленими водоростями) постійно поглинають його, перетворюючи в нітрати. Неорганічним шляхом нітрати утворюються й в атмосфері в результаті електричних розрядів під час гроз. Найбільш активні споживачі азоту - бактерії на кореневій системі рослин сімейства бобових. Кожному виду цих рослин притаманні свої особливі бактерії, що перетворюють азот в нітрати. В процесі біологічного циклу нітрат - іони (NO3-) та іони амонію (NH4+), що поглинаються рослинами з ґрунтової вологи, перетворюються у білки, нуклеїнові кислоти і так далі. Потім утворяться відходи у вигляді загиблих організмів, що є об'єктами життєдіяльності інших бактерій та грибів, перетворюючих їх в аміак. Так виникає новий цикл кругообігу. Існують організми, здатні перетворювати аміак у нітрити, нітрати і в газоподібний азот. Основні ланки кругообігу азоту в біосфері представлені схемою на мал.3. Біологічна активність організмів доповнюється промисловими засобами отримання азотомістких органічних та неорганічних речовин, багато з яких застосовуються в якості добрив для підвищення продуктивності та росту рослин.
Блискавки
Денітрофікуючі
Азотофіксуючі бактерії
бактерії
Синьо - зелені
Бактерії Опади водорості
Бактерії
Бактерії
Бактерії
Мал. 3. Кругообіг азоту
Кругообіг сірки
З природних джерел сірка потрапляє до атмосфери у вигляді сірководню, двооксиду сірки і часток сульфатних солей (мал. 4). Біля однієї третини сполук сірки і 99% двооксиду сірки - антропогенного походження. В атмосфері протікають реакції, що призводять до кислотних опадів:
2SO2 + O2 2SO3 , SO3 + H2O H2SO4 .
+ O2
Атмосфера
+ Н2О
+ NH3
* *
**
**
Мал. 4. Кругообіг сірки
Перелік використаної літератури:
1. Болин Б. Круговорот углерода. /Биосфера. - М.:Мир, 1972.-С. 91-104.
2. Бондарев Л.Г. Роль растительности в миграции минеральных веществ в атмосфере. // Природа.,1981, № 3, С.86-90.
3. Войткевич Г.В. Бактерии и состав атмосферы. - М.: Издательство МГУ, 1984, 272с.
4. Гаррелс Р.М. Круговорот углерода, кислорода и серы в течении геологического времени. - М.: Наука, 1975 - 48с.
5. Делвич К. Круговорот азота. /Биосфера. - М.:Мир, 1972.-С. 105-119.
6. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. Учебн. пособие для геогр., биол., геолог., с-х спец. вузов. - М.: Высшая школа, 1998. -413с.
7. Добродеев О.П., Суетова И.А. Живое вещество Земли. М.: Издательство МГУ, 1986.
8. Заварзин Г.А. Бактерии и состав атмосферы. - М.: Наука, 1984.- 199с.
9. Ковальский В.В. Геохимическая экология. - М.: Наука, 1974.- 289с.
10. Ковда В.А. Биогеохимические циклы в природе и их нарушение человеком. /Биогеохимические циклы в биосфере. - М.: Наука, 1976. - С.19-35.
11. Лейн А.Ю., Иванов М.В. Глобальные биогеохимические циклы элементов и влияние на них деятельности человека. //Геохимия. 1976, № 8, С.1252-1277.
12. Френд Дж.П. Циклы серы в природе. //Химия нижней атмосферы. //Под ред. С.Расула.- М.: Мир, 1976. -С. 223-251.
Подобные документы
Форми перебування магнію в природі. Роль магнію для живих організмів. Схема біогеохімічного циклу магнію. Розрахунок балансу хімічного елементу у фітоценозі. Вплив антропогенних факторів на зміну біогеохімічного циклу хімічного елементу.
курсовая работа [225,1 K], добавлен 22.01.2003Аналіз методів очищення газів від оксиду вуглецю (ІV). Фізико-хімічні основи моноетаноламінового очищення синтез-газу від оксиду вуглецю (ІV). Технологічна схема очищення від оксиду вуглецю. Обґрунтування типу абсорбера при моноетаноламінному очищенні.
курсовая работа [5,3 M], добавлен 22.10.2011Основні методи очищення газів від органічної сірки. Каталізатори на основі заліза, кобальту, нікелю, молібдену, міді, цинку для процесу гідрування сіркоорганічних сполук. Матеріальний баланс процесу гідрування. Конверсія природного газу та окису вуглецю.
контрольная работа [181,3 K], добавлен 02.04.2011Кисень - історія відкриття. Поширення в природі, одержання. Фізичні і хімічні властивості. Застосування кисню. Біологічна роль кисню. Сірка - хімічні властивості. Оксиди сульфуру. Сульфатна кислота. Чесна сірка і нечиста сила. Чорний порох.
реферат [64,8 K], добавлен 11.01.2007Характеристика процесу отримання азотної кислоти шляхом окислювання аміаку повітрям з наступною переробкою окислів азоту. Технологічні розрахунки основних стадій процесів. Особливості окислювання окису азоту, абсорбції оксидів та очищення викидних газів.
контрольная работа [114,4 K], добавлен 05.04.2011Обґрунтування вибору методу виробництва сірчаної кислоти. Вивчення фізико-хімічних закономірностей проведення окремих технологічних стадій та методів керування їх ефективністю. Розрахунок матеріального та теплового балансу процесу окисного випалу сірки.
контрольная работа [126,2 K], добавлен 28.04.2011Опис ранніх моделей виділення фуллеренов з інших алотропних модифікацій вуглецю. Синтез кластерів за допомогою іонної хроматографії. Кінематичні та термодинамічні аспекти газофазових реакцій. Топологія і стабільність, структура і властивості фулеренів.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.12.2010Характеристика сировини, готової продукції та вимоги до них. Сучасні дослідження в області виробництва каталізаторів парової конверсії СО. Вирішення проблеми сірки в технології залізохромового каталізатора. Тепловий та матеріальний розрахунок реактора.
курсовая работа [151,0 K], добавлен 09.11.2014Причини виникнення та наслідки кислотних опадів, що утворюються внаслідок роботи транспорту, промислових та сільськогосподарських підприємств. Перетворення діоксиду сірки при взаємодії з водяною парою атмосфери в аерозолі сірчаної та сірчистої кислот.
доклад [96,3 K], добавлен 20.10.2013Понятие и сущность соединений. Описание и характеристика ароматических гетероциклических соединений. Получение и образование соединений. Реакции по атомному азоту, электрофильного замечания и нуклеинового замещения. Окисление и восстановление. Хинолин.
лекция [289,7 K], добавлен 03.02.2009
