Биосфера

Попадая в клетку зеленого листа углекислый газ присоединяется к акцептору, с которым продолжает дальнейшие движения и превращения. Благодаря ферменту альдолязы образуется простой сахар – глюкоза, а из него – сахароза и крахмал. Часть синтезированного вещества в этом процессе переходит снова в акцептор – так образуется саморегулированный цикличный процесс. Далее с участием других ферментов сахар

а превращаются в белки, жиры и другие органические вещества, необходимые для жизни растений.

Основа реакции фотосинтеза имеет такой вид: 6СО2+6Н2О+С6Н12О6+6О2+, СО2+Н2О+СН2О+О2.

За год растения суши и океана усваивают почти 51010 т углерода, разлагают 1,31011 т воды, выделяют 1,21011 т молекулярного кислорода и запасают 41017 ккал энергии продуктов фотосинтеза, что в 100 раз превышает производство энергии всеми электростанциями мира.

Годовой круговорот массы СО2 на суше определяется как массой складывающих его звеньев биосферы, так и количеством, которое захватывает каждое звено (т/год):

Суммарный захват фотосинтезом 60109

Возвращение от дыхания 48109

Поступления в гумосферу и консервация в многогодовых

фитоценозах 10109

Захоронение в осадочной толще литосферы, включая реакцию СО2 1109

Поступление от сгорания топлива 9109

В гидросфере круговорот СО2 значительно сложнее, чем на суше. Решительную роль тут играет Мировой океан, который аккумулирует вынесенный реками с суши углерод в форме карбонатных и органических соединений. Возвращение углерода с океана или суши происходит с большим дефицитом, главным образом, воздушными потоками в виде СО2. Наличие углекислого газа в гидросфере зависит от поступления кислорода в верхние слои как из атмосферы, так и из нижних слоев воды. В общем выражении годовой круговорот массы углерода в Мировом океане почти вдвое меньше, чем на суше:

Суммарный захват в процессе фотосинтеза 30109

Возврат в водную среду от дыхания и распада

органического вещества 26109

Выпадение в донный осадок 1,5109

Поступление из атмосферы от сгорания топлива 1109

То же с речным стоком 0,6109

Переход в растворе органического соединения 10,9109

Много углерода изымается с биологического круговорота вещества и попадает в океан в виде углекислых солей. Эти соли, особенно САСО3, тратятся на построение панцирей животных, очень много их и в морской воде. Если в атмосфере возрастает содержание СО2, часть его растворяется в воде, вступает в реакцию с карбонатом кальция, образуя растворенный в воде бикарбонат кальция. И, наоборот, при снижении содержания углекислого газа в атмосфере бикарбонаты, которые всегда содержаться в морской воде, превращаются в карбонаты кальция, которые выпадают с раствора, используются организмами для построения скелетов или панцирей, оседают на морское дно. Реакция имеет такой вид: Са(НСО3)2=СаСО3+Н2О+СО2.

Суммарное количество углекислого газа на планете составляет не меньше 2,31012 т, тогда как содержание его в Мировом океане оценивает в 1,31012 т. В литосфере в связанном состоянии находится 21017 т углекислого газа. В живом веществе биосферы содержится около 1,51017 т (почти столько, сколько во всей атмосфере). Углекислый газ атмосферы и гидросферы обменивается и обрабатывается живыми организмами за 300 лет (рис.)

3.2. Круговорот азота

Азот, который является олицетворением белковой жизни в биосфере в основном сосредоточенный в атмосфере, где его часть составляет около 78%. То есть на 1 га поверхности Земли приходится толща воздуха с приблизительно 80 тыс. т азота. Однако в таком виде он недоступен растениям. В круговороте соединений азота очень большое значение отводится микроорганизмам и азотофиксаторам. Только благодаря им элементарный азот с воздуха поступает в почву.

Наибольшую роль в этих процессах играют пузырчатые бактерии, которые тесно сотрудничают с бобовыми растениями. При высоком урожае этих растений можно обогатить почву около 400 кг азота на 1 га. Если даже урожай этих растений будет вывезен с поля, значительная часть азота останется с корнями в почве.

Количество азота, свзанного биологическим круговоротом, является неодинаковым в разных экосистемах. Например, на пропаханной земле – 7-28 кг/га за год, на сенокосах с участием злаковых трав и бобовых – 73-865, а в лесах – 58-594 кг/га за год. Подобным образом некоторые лишайники фиксируют азот при помощи симбиотических сине-зеленых водорослей.

Известно, что Ю. Либих (1843) сформулировал утверждение, согласно которому растения могут полностью обеспечить свои потребности азотом, который поступает в землю вместе с атмосфреными осадками (27 кг/га). Однако уже через несколько лет В.И. Лавес и И.Г. Гильберт, изучив баланс азота в плодоношении, доказали, что дополнительный внос азота в почву является необходимым, что признал и сам Ю. Либих.

Возникновение в атмосфере окисей азота связано с газовыми электрическими разрядами. Окиси азота образуют с водой азотную и азотистую кислоту: N2+O22NO, 2NO+O22NO2, 2NO2+H2OHNO2+HNO3.

Эти кислоты вместе с атмосферными осадками попадают в почву. Количество азота, которое она получает, является очень разным и зависит, прежде всего, от климатических условий, особенно от количества и частоты осадков, времен года, температуры и др. В умеренном климате это количество составляет несколько килограммов за год, а в тропическом, где наблюдается частые бури, его значительно больше, но в среднем не более 10 кг.

В атмосферу азот в определенных количествах поступает с почв. Это происходит с участием микроорганизмов во время минерализации органической материи, когда в процессе аммонификации выделяется аммиак. Биологическая фиксация молекулярного азота микроорганизмами, как теми, что свободно передвигаются, так и симбионтами (пузырчатыми), происходит в автотрофном и гетеротрофном блоках биогеоценозов. Для круговорота азота необходимыми является молибден, который в отдельных случаях выступает как лимитирующий фактор. Несмотря на огромные запасы этого элемента в атмосфере и в осадочной оболочке литосферы, в круговороте принимает участие только фиксированный микроорганизмами азот.

К этой категории азота обменного фонда входят: а) азот годовой продукции биомассы; б) азот биологической фиксации бактериями и другими организмами; в) вулканический азот; г) атмосферный (фиксированный в момент грозового разряда); д) техногенный.

В большой круговорот в се время поступает часть азота в виде разных соединений, которые реками выносятся в моря. Содержание соединений азота наибольшей в районах, где в океан впадают большие реки, наименьший – в центральных частях океанов. Азотосодержащие соединения используются водорослями для синтеза органических веществ и поступает в круговорот океана, часть постепенно оседает на дно. То есть вынос азота на суше не увеличивает его концентрации в морской воде.

 Скачать реферат