Что такое микроэлементы, приведите примеры, объясните их роль в биосфере

Микроэлементы – необходимые живым организмам вещества, содержание которых в них очень мало. Большинство микроэлементов биологически активно, поэтому входит в состав ферментов. Недостаток или избыток того или иного микроэлемента вызывает функциональные нарушения систем организма и потерю гомеостаза («нет яда, нет лекарства, есть только доза»).

Цинк – необходимый компонент некоторых ферментов, способствует клеточному делению, влияет на рост и развитие организма. Избыток его подавляет клеточное дыхание. Особого значения, как загрязнитель среды, не имеет. Попадает в атмосферу при сжигании топлива и с выбросами цветной металлургии, а в воду – при коррозии цинковых сплавов.

Медь входит в состав многих ферментов, осуществляет транспорт газов у моллюсков, ракообразных в составе гемоцианина (аналог гемоглобина), входит в состав хлорофилла. Недостаточности меди не наблюдалось. Избыток приводит к развитию болезни Вильсона, поражающей печень и центральную нервную систему. Попадает в окружающую среду с выбросами цветной металлургии.

Молибден входит в состав ферментов, определяющих обмен азота в биологических системах (это ферменты – нитрогеназы азотфиксирующих бактерий), и детоксикационных ферментов (окисляют серу в печени). Дефицит сильно тормозит продуктивность биоценозов, приводит к накоплению меди в организмах. Избыток вызывает молибденоз, связанный с дефицитом меди и угнетением большинства внутриклеточных процессов, особенно в клетках печени.

Свинец, как и некоторые химические элементы (Cd, Hg, As), не является необходимым для жизни элементом. В организме, накапливаясь в мозге, почках и костях, подавляет синтез

липидов (жироподобных веществ, составляющих вместе с белками основу клеточных мембран). В организм попадает с водой и пищей (быстро выводится через кишечник), через кожу (у детей при контакте с городской пылью) и через легкие (наиболее опасный путь).

Отравление свинцом сопровождается малокровием, головными и мышечными болями, психическими расстройствами, у детей – задержкой умственного и физического развития. У растений свинец угнетает фотосинтез. Способен накапливаться в организмах, например, в клубнях картофеля. Попадает в окружающую среду при сжигании угля и бензина и с отходами промышленности. При выпасе скота на зараженных территориях (100 – 300 м от автострады) свинец накапливается в молоке.

Кадмий также является ксенобиотиком – чуждым жизни элементом. Гораздо токсичнее свинца, вызывает острую почечную недостаточность, малокровие, размягчение костей (болезнь «итай-итай»). Накапливается в грудном молоке, печени, период полувыведения из организма – 30 лет. Растения страдают меньше, так как кадмий прочно задерживается почвой. Попадает во внешнюю среду при сжигании топлива и с отходами цветной металлургии. Кадмием укрепляют пластмассы, при сжигании которых он попадает в атмосферу. Много кадмия в табачном дыме.

Исходные концентрации микроэлементов в различных почвах разные и, как правило, не соответствуют нашим потребностям. Комбинированное действие микроэлементов иногда дает неожиданный эффект (повышение дозы селена помогает при отравлении мышьяком, а избыток марганца усиливает недостаток йода). Многие организмы имеют разнообразные защитные системы, которые на молекулярном и клеточном уровне обезвреживают опасные вещества. Овладение полной информацией о действии химических элементов на организм позволит человеку избежать многих собственных и биосферных недугов.

Что вы знаете о соединениях углерода их поведении в атмосфере?

Важная часть атмосферы — диоксид углерода (СО2), составляющий 0,03% ее объема и существенно влияющий на погоду и климат на Земле. Содержание диоксида в атмосфере не постоянно, он поступает в атмосферу из вулканов, горячих ключей, при дыхании человека и животных, при лесных пожарах, потребляется растениями, хорошо растворяется в воде.

В атмосфере углерод содержится в виде углекислого газа, угарного газа, метана и некоторых других углеводородов. Содержание СО2 сейчас составляет ~0.04 % (увеличилось на 31 %, по сравнению с доиндустриальной эпохой), метана ~1.7 ppm (увеличился на 149 %), на два порядка меньше, чем СО2; содержание СО ~0.1 ppm. Метан и углекислый газ обладают парниковым эффектом, угарный газ такого влияния не оказывает.

Для атмосферных газов применяется понятие время жизни газа в атмосфере, это время за которое в атмосферу поступает столько же газа, сколько его содержится в атмосфере. Время жизни метана оценивается в 10-14 лет, а время жизни углекислого газа оценивается в 3-5 лет. СО окисляется до СО2 за несколько месяцев.

Метан поступает в атмосферу в результате анаэробного разложения растительных остатков. Основными источниками поступления метана в современную атмосферу являются болота и тропические леса.

Современная атмосфера содержит большое количество кислорода, и метан в ней быстро окисляется. Таким образом, сейчас доминирующем циклом является кругооборот CO2, однако в ранней истории Земли ситуация была принципиально иной и метановый цикл доминировал, а углекислотный имел подчинённое значение. Углекислый газ атмосферы является источником углерода для других приповерхностных геосфер.