Біологічні та геологічні колообіги речовин

 

Мал.3. Колообіг Фосфору в природі.

Мал.4. Колообіг Сульфуру в природі.

Таблиця 6.

Елемент	Характеристика колообігу
Процеси біологічного перетворення	Процеси антропогенного перетворення	Наслідки антропогенної діяльності на колообіг
Карбон(С)
Нітроген(N)
Сульфур(S)
Фосфор(P)

Інформаційний матеріал

Колообіг карбону.

Важлива роль у кругообігу Карбону належить оксиду карбону (IV), що входить до складу атмосфери Землі. Цей газ надходить в атмосферу внаслідок багатьох процесів: виверження вулканів, горіння палива, розкладання вапняку, дихання людини, тварин і рослин, процесів бродіння і гниття. З повітря СО₂ у значних кількостях поглинається наземними рослинами та фітопланктоном Світового океану. Процес поглинання СО₂ відбувається тільки на світлі — фотосинтез, внаслідок якого утворюються органічні сполуки, що містять Карбон. Із рослин, які поїдаються тваринами, Карбон переходить у тваринні організми. Тварини виділяють Карбон у вигляді вуглекислого газу під час дихання. Рослини і тварини з часом відмирають, починають гнити, окиснюватись і частково перетворюватись на СО₂, що повертається у повітря й знову поглинається рослинами. А частково рослинні та тваринні рештки у ґрунті перетворюються на горючі копалини — кам'яне вугілля, нафту, природний газ. Горючі копалини використовують як паливо, внаслідок згоряння якого СО₂ знову повертається в атмосферу.

Вуглекислий газ із атмосфери поглинається також водою Світового океану й реагує з гірськими породами під час їх руйнування. Відтак утворюються вапняки, доломіти та інші карбонати. Така різноманітність процесів забезпечує постійний кругообіг Карбону в природі.

Проте через різке збільшення спалювання різних видів палива вміст вуглекислого газу в атмосфері дедалі збільшується, а вміст кисню зменшується. Порушення рівноваги між вмістом кисню й вуглекислого газу в атмосфері може призвести до так званого «парникового ефекту» (шар СО₂ відіграє таку саму роль, як скло в теплиці). Це доволі загрозливе явище. Річ у тім, що вуглекислий газ вільно пропускає на Землю випромінювання Сонця, але сильно затримує теплове випромінювання Землі. Порушується нормальна тепловіддача Землі у космічний простір, а це спричинює потепління клімату.

Колообіг нітрогену.

Нітроген у вигляді газоподібних сполук перебуває в повітрі у вигляді органічних сполук — у тілах живих організмів, у ґрунті — у вигляді солей амонію, нітратів і нітритів. У колообіг азот залучається завдяки біологічній (бактерії, синьо-зелені водорості), промисловій (виробництво мінеральних добрив) і атмосферній (блискавка) азотфіксаціям. Завдяки цим процесам атмосферний азот перетворюється на нітрати, які можуть засвоюватися рослинами. Іншим джерелом Нітрогену для рослин є розкладання органічних решток, унаслідок чого утворюються сполуки амонію, сечовина, аміак, які завдяки діяльності особливих бактерій перетворюються на речовини, доступні для рослин.

Антропогенний вплив на колообіг азоту визначається наступними процесами:

1. Спалювання палива призводить до утворення нітроген(ІІ) оксиду, а після цього до реакцій: 2NO + O₂ = 2NO₂, 4NO₂ + 2H₂ O + O₂ = 4HNO₃, сприяючи випаданню кислотних дощів.

2. У результаті впливу деяких бактерій на добрива і відходитваринництва утворюється нітроген(ІV) оксид — один із компонентів, який спричинює парниковий ефект.

3. Видобуток корисних копалин, які містять нітрат-іони і йони амонію, для виробництва мінеральних добрив.

4. При збиранні врожаю з ґрунту виносяться нітрат-іони і йони амонію.

5. Стоки з полів, ферм та каналізації збільшують кількістьнітрат-іонів і йонів амонію у водних екосистемах, що прискорює ріст водоростей і інших рослин, при розкладанні яких витрачається кисень, що зрештою призводить до загибелі риб.

Це необхідно знати

ü Кожна екосистема здатна засвоїти певну кількість азоту, тоді рослини стануть рости швидше. Якщо внесено занадто багато добрив, це викликає подвійну негативну дію. При насиченні екосистеми аміак і нітрати змиваються у водойми і прибережні зони. Тут вони викликають сильний ріст рослин і морських водоростей (фітопланктону), в результаті чого життя у воді може згаснути, так як вміст кисню у воді буде зменшуватися через розкладання решток відмерлих продуцентів, на їх розкладання витрачається майже весь розчинений у воді кисень. Евтрофікаціяозер - найнеприємніша екологічна проблема, пов'язана з азотом. Крім того, при денітрифікації збільшується і виробляється більше закису азоту. Це збільшує парниковий ефект, а закис азоту, що досягає стратосфери, перетворюється в інші оксиди азоту, що сприяють виснаженню озонового шару.

ü Високий вміст нітратів у рослинах становить небезпеку для здоров’я людини і тварин, оскільки внаслідок споживання такої їжі нітрати перетворюються на нітрити, які, сполучаючись із гемоглобіном крові, перешкоджають перенесенню кисню кров’ю.

ü Нітрати та нітрити використовуються для обробки та консервування багатьох харчових продуктів, у тому числі шинки, бекону, солонини, а також деяких сортів сиру і риби

ü Окремі вчені вважають, що в організмі людини нітрати можуть перетворюватися на нітрозаміни. Вважають, що нітрозаміни можуть бути причиною 70-90% випадків онкологічних захворювань,виникнення яких приписують дії факторів навколишнього середовища.

Колообіг сульфуру.

Головним джерелом сульфуру є розчинені у воді продукти вивітрювання гірських порід (найчастіше сульфіди заліза, як основного компоненту колчеданів) або сірководень і сірчистий газ, які виділяються в атмосферу вулканами, гейзерами, гарячими джерелами. Сірководень, окиснений атмосферним киснем до сірчистого газу, розчиняється у водяній парі атмосфери і випадає з дощем на поверхню планети. Мікроорганізми продукують сірководень в основному двома шляхами: відновленням сульфатів і розкладом органічної речовини.

Рослини поглинають сірку у вигляді розчину сульфатів, включаючи її в білки. Потім сірка у складі рослинних білків ланцюгами живлення потрапляє до консументів і редуцентів. Подальший розклад тварин і рослин призводить до вивільнення сірчистого газу, який може бути окиснений до молекулярної сірки або до розчинних сульфатів і сульфідів. У такій формі сірка знову стає доступною для продуцентів.

Це цікаво знати

Дослідники звернули увагу, що SО₂ впливає на рослини, зокрема на процес фотосинтезу, більше, ніж будь-який інший забруднювач повітря. Польські екологи Т.Латинський і Г.Юрковська повідомляють, що ознаки отруєння рослин сіркою спостерігаються при вмісті SО₂ в повітрі 0,5 мг/м куб. Майже третина сірки, що циркулює в біосфері, потрапляє в атмосферу з димогазовими викидами заводів, фабрик і теплових електростанцій. Ця "зайва" сірка, розчиняючись в атмосфері з утворенням сірчаної та сірчистої кислот, випадає у вигляді кислотних дощів, які призводять до швидкої деградації багатьох екосистем.

Колообіг фосфору.

З родовищ на суші та відкладень на мілководдях морів він надходить до живих організмів, спочатку як живлення рослин, через них — до тварин, а потім знову повертається в мінеральний стан. Бактерії та інші мікроорганізми в колообігу Фосфору мають не таке визначальне значення, як у Нітрогену. Солі фосфору, звільняються при тривалому руйнуванні та вивітрюванні руди, розчиняються (ортофосфати розчиняються у в кислих розчинах, а гідроген- та дигідрогенортофосфати – воді) і поглинаються корінням рослин.

Тварини і людина одержують необхідний Фосфор з їжею. Значна частина його у вигляді екскрементів тварин, решток рослин тощо мінералізується і знову повертається в ґрунт, водойми, зрештою – на дно океану у вигляді нерозчинних ортофосфатних осадових порід. Частина Фосфору повертається з океану на сушу за рахунок рибальства та у вигляді гуано (посліду) – збагаченої Фосфором органічної маси екскрементів птахів, які живляться рибою (пелікани, баклани та ін.).

Цикл колообігу Фосфору в природі незамкнений, тому людина змушена постійно поповнювати його запаси в ґрунті, добавляючи ортофосфатні добрива.

Втручання людини у природний колообіг Фосфору полягає у:

• зростанні видобутку ортофосфатних руд для виробництва мінеральних добрив та інших продуктів;

• внесенні ортофосфатних добрив у ґрунт для вирощування сільськогосподарських рослин, що не завжди є раціональним і контрольованим;

• порушенні правил призводять до збільшення фосфат-іонів у водосховищах зберігання.

3. Виконайте задачу

Ліс площею 1 га в сонячний день поглинає з повітря 220–280 кг CO₂ і виділяє 180–220 кг O₂, а в похмурий день – 3/5 цієї кількості. Визначте, яку кількість газів поглинають і виділяють ліси нашої планети упродовж одного року за умови, що похмурі та сонячні дні бувають однаково часто, а процес фотосинтезу активно здійснюється упродовж 4,5 місяців (загальна площа лісів 9,8 млн га).

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Сформулюйте висновок, давши відповіді на питання:

1. Що таке «парниковий ефект»? Які заходи потрібні, щоб протидіяти цьому явищу? Відповідь мотивуйте.

2.Які найбільш давні спосіб засвоєння вуглекислого газу організмами?

3. Хто такі хемосинтетики?

4.До якого явища у водній екосистемі призводить зловживання фосфорними добривами на полях?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

ПРАКТИЧНА РОБОТА №5