биогеохимические циклы отдельных элементов
Самый значительный по переносимым массам круговорот — планетарный гидрологический цикл. На осуществление круговорота воды расходуется 23% поступающей к поверхности Земли солнечной энергии. Данный круговорот включает: 1) перенос водных масс; 2) фазовое превращение воды из одного агрегатного состояния в другое; 3) образование растворов и взвесей; 4) выпадение осадков; 5) кристаллизация; 6) участие в процессах фотосинтеза; 7) разнообразные химические реакции. Вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает малый и большой круговороты. Малый круговорот: испарение воды с поверхности океана и пресноводных систем, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков без переноса воздушными массами. Большой круговорот отличается тем, что часть осадков испаряется и поступает обратно, а другая часть переносится воздушными течениями на сушу, выпадает в виде осадков и возвращается в океан с речными или подземными стоками. Над океанами выпадают 7/9 всех осадков, над континентами 2/9. Вода, выпавшая на сушу, в процессе фильтрации через почвы обогащается минеральными и органическими веществами, образуя подземные воды.
Биогеохимический цикл любого элемента можно рассматривать по следующему плану: ® Значение элемента для живых организмов; ® Источники поступления элемента; ® Формы потребления; ® Антропогенное вмешательство в биохимический цикл. Биогеохимические циклы углерода, фосфора, серы и других можно встретить во многих учебниках (например, в Коробкине-Передельском). Рассмотрим менее известные циклы. Пример: биогеохимический цикл азота и кальция. Азот представляет жизненно важный элемент для всех организмов. Основная масса сосредоточена в атмосфере (75% от общего количества), где он преобладает в молекулярной форме (N2) и в незначительных количествах в виде окислов азота(NO, NO2) и аммиака (NH3). Годовой баланс азота в природе.
Живые организмы (прежде всего растения) получают из почвы азот в виде аммиака и солей азотной кислоты, а не в молекулярной форме. Связывание молекулярного азота осуществляется некоторыми микроорганизмами, водорослями и лишайниками, в почвах — бобовыми растениями, с помощью азотфиксирующих бактерий. После их отмирания происходят процессы минерализации: ® Аммонификации — превращение в соединения аммиака; ® Денитрификация — превращение в окислы азота. Часть образовавшихся нитратов захватывается растениями, часть закрепляется в гумусе, остальной азот вымывается из почв, так как соли аммония и азотной кислоты легко растворимы. В составе почвенного гумуса обычно содержится 3,5% азота, редко до 10%. За время существования биосферы накопилось более 150*10 9 тонн связанного азота, наибольшее количество сосредоточено в почвах, меньше в растениях, еще меньше в биомассе животных. Почвы практически всегда испытывают недостаток в азоте, что требует значительных количеств минеральных удобрении. Сейчас годовое производство азотных удобрений, получаемых путем индустриальной фиксации молекулярного азота из атмосферы, составляют практически 1/3 от всего поступления. Вымывание из почв нитратов и аммиака ведет к загрязнению водоемов. Далеко не все количество может быть преобразовано денитрифицирующими микроорганизмами, что ведет к усилению загрязнения среды и возникновение различных заболеваний у человека и животных. Во второй половине ХХ века резко усилилось вмешательство человека в цикл азота. За счет сгорания нефти, газа, угля, торфа и сланцев увеличились выбросы в атмосферу окислов азота и аммиака. Взаимодействуя с парами воды, соединения азота вызывают кислотные дожди, которые попадают на поверхность суши и океана. В результате концентрация нитратов в природных водах начинает превышать ПДК = 45мг/л в десятки и сотни раз до токсических концентраций в 1000мг/л. Биогеохимический цикл Са. Основным источником кальция, поступающего в биотический круговорот, является литосфера и прежде всего разрушение силикатов Са. Кальций обладает высокой миграционной способностью, но в зависимости от рН среды и химического состава почв и вод ведет себя по-разному. В гумидном климате он подвергается выносу в реки, озера, моря, океаны, где в больших количествах потребляется морскими организмами, после отмирания которых накапливается в виде коралловых рифов и в донных карбонатных отложениях. В аридном (засушливом) климате Са выпадает из растворов в виде карбонатов, часто формируя мощные карбонатные горизонты. Кальций активно участвует в почвообразовании, входит в состав гумуса и влияет на его свойства. Степные почвы в отличии от почв влажного климата почти всегда богаты Са. Са является основным цементирующим веществом в водоупорных почвенных структурах. У животных совместно с кремнием этот элемент образует панцири беспозвоночных животных и скелеты у позвоночных. Подсчитано, что на европейской части России растениями вовлекается в биотический круговорот 12-13 млн.т. кальция в год. В наибольшем количестве потребляется широколиственной и травянистой лесостепной растительностью 50 кг/га, лесными и степными травами 30-37 кг/га, тундровой растительностью 8-9 кг/га. Сельскохозяйственные растения различных зон в биотический круговорот вовлекают 30-50 кг/га, в полученную биомассу переходит около половины Са. Кальций активно участвует в геологическом круговороте поверхностными и подземными водами. Только с Европейской части выносится 25 млн.т. кальция — вдвое больше, чем вовлекается в биотический круговорот. Круговороты Са сильно нарушаются по техногенным причинам. Карбонатные породы (мел, известняк) интенсивно извлекаются из недр Земли, используются в качестве строительных материалов, удобрений в сельском хозяйстве на кислых почвах, в металлургии в качестве получения флюсов при выплавке стали.
Вопросы к семинарам. 1. Определения экосистем 2. Отличительные особенности экосистем 3. Соотношение экосистем и биогеоценозов 4. Классификация экосистем: а) по размерам б) по Тэнсли и Одуму в) по степени хозяйственного воздействия г) по продуктивности д) энергетическая классификация. 5. Соотношение экосистем и ландшафтов 6. Продуцирование в экосистемах 7. Разложение в экосистемах 8. Биоаккумуляция в экосистемах 9. Самоочищение в экосистемах 10. Энергия в экосистемах 11. Качество энергии в экосистемах. Фотосинтетически активная радиация 12. Трофическая структура экосистем 13. Пищевые цепи и трофические уровни 14. Экологические пирамиды численности, биомассы и энергии 15. Развитие экосистем в истории Земли. Эволюция экосистем 16. Циклические и поступательные изменения в экосистемах 17. Процесс и формы сукцессий 18. Изменения в экосистемах по ходу сукцессий 19. Устойчивость, стабильность и уязвимость экосистем.
|
