Техногенные факторы представлены в цикле азота в биосфере (табл. П.3-11) следующими процессами:
- техногенная аккумуляция:
а) при сжигании топлива 22,8 млн т/год;
б) при производстве удобрений 41,8 млн т/год;
- антропогенные выбросы 15 млн т/год.
Общие запасы азота составляют: в атмосфере (38-40)∙105 Гт (примем среднее значение 39∙105 Гт или 39∙1014 т); в почве 280 Гт (280∙109 т); в фотическом слое океана 2800 Гт (2800∙109 т); в глубинных слоях океана 36400 Гт или 36400∙109 т.
Всего: 109(3900000 + 280 + 2800 + 36400) = 3,93948∙1015 т.
Рассчитаем поступление азота в круговорот в связанном виде и вывод из круговорота в виде N2. В расчете потоков не учитываем атмосферную фиксацию, обмены, стоки.
Поступление азота в круговорот, млн т/год:
- производство удобрений 41,8;
- биофиксация на суше 20,3; в океане 10; атмосфере 40;
- лизис детрита в океане в фотическом слое 5, глубоком 7,8;
- антропогенные выбросы 15.
Всего: 139,9 млн т/год.
Вывод азота из круговорота в виде N2, млн т/год:
- сжигание топлива 22,8;
- разложение организмов 42,2;
|
|
- жизнедеятельность организмов в океане 0,3, на суше 0,1;
- денитрификация на суше 4,0, в океане 3,6;
- выпадение в осадки 0,5.
Всего: 167,7 млн т/год.
Превышение расхода азота над поступлением:
167,7 – 139,9 = 27,8 млн т/год.
Поскольку запасы азота велики (3, 93948∙1015 т), то эта убыль не катастрофична, хотя и ведет к их расходу.
Техногенные факторы:
Поступление в круговорот, млн т/год – производство удобрений 41,8; антропогенные выбросы 15.
Пример выбросов – синтез аммиака:
N2 (г) + 3Н2 (г) 2NH3 (г).
Всего: 56,8 млн т/год или общего поступления азота в цикл:
Вывод из круговорота – сжигание топлива, 22,8 млн т/год. Потери азота в цикле вызываются сгоранием топлива, например, фурана в жидкостном реактивном двигателе:
С4Н4О + 3,6 HNO3 = 4СО2 + 3,8Н2О + 1,8N2,
широким применением взрывчатых веществ, в частности амматола:
С7Н113,4N57,2O87,3Al4,7 → 7CO2+ 56,7H2O + 28,6N2 + 2,35Al2O3 + 4,77O2.
Доля техногенных потерь в общих потерях:
Но эта доля существенно выше в величине превышения расхода азота над поступлением:
Вывод: Техногенное влияние на цикл азота в биосфере: ввод в круговорот 40,6 %; вывод 11,1 %. Вывод из круговорота в целом превышает поступление на 27,8 млн т и доля техногенной составляющей в нем 82,0 %. Поэтому, хотя запасы азота в биосфере велики (3, 93948∙1015 т), их убыль нежелательна, так как ведет к нарушению природных циклов, поэтому желательно вводить альтернативные источники энергии, уменьшив сжигание топлива.
Задача 6.1. Для заданной схемы круговорота дайте ответы на вопросы 1–3 или 4–6, согласно задания:
1. Значение данного процесса для биосферы.
2. Движущая сила круговорота.
3. Опишите основные переходы в круговороте.
|
|
4. Объясните механизм физико-химических или биохимических превращений.
5. Антропогенный фактор.
6. Задачи перед человеком, связанные с рассматриваемым процессом.
Вариант | Изучаемый круговорот | № схемы по рис.П. 1–16 | Номера вопросов для ответа |
N2 | 1–3 | ||
N2 | 4–6 | ||
S | 1–3 | ||
S | 4–6 | ||
Hg | 1–3 | ||
Hg | 4–6 | ||
Pb | 1–3 | ||
P | 4–6 | ||
C | 1–3 | ||
C | 4–6 | ||
C, СО2+O2 | 1–3 | ||
C, O2 | 4–6 | ||
Al | 1–3 | ||
Al | 4–6 | ||
ДДТ | 1–3 | ||
ДДТ | 4–6 | ||
Sr90 | 1–3 | ||
Sr90 | 4–6 | ||
H2O | 1–3 | ||
H2O | 4–6 | ||
Биогенные элементы | 1–3 | ||
Биогенные элементы | 4–6 | ||
Биологический круговорот | 1–3 | ||
Биологический круговорот | 4–6 | ||
Токсичные вещества | 1–3 | ||
Токсичные вещества | 4–6 | ||
Ресурсный цикл | 1–3 | ||
Ресурсный цикл | 4–6 | ||
Отходы | 1–3 | ||
Отходы | 4–6 |
Задача 6.2. Рассчитайте долю данных по заданному вопросу в общем круговороте, дайте характеристику их роли в этом процессе (по табл. П. 3-11).
Вопросы:
1. Поступление в круговорот.
2. Биологическая фиксация.
3. Денитрификация.
4. Атмосферная фиксация.
5. Обмен между фотическим и глубинным слоями океана.
6. Техногенные факторы.
7. Поглощение наземной растительностью.
8. Участие в дыхании.
9. Процессы в гидросфере.
10. Выбросы в атмосферу.
11. Выпадение с осадками.
12. Выделение при разложении органического мертвого вещества.
13. Выделение при разложении детрита в океане.
14. Обменные процессы в океане.
15. Биологическое разложение и выделение SO .
16. Фотосинтез в океане и на суше.
17. Окисление органики техногенное.
18. Испарение воды за счет культурной растительности.
19. Безвозвратное водопотребление населением.
20. Суммарный водоотбор на промышленные нужды.
22. Транзит влаги через континенты.
23. Усвоение растительностью.
Вариант | Вещество | Номер таблицы | Номер вопроса |
N2 | |||
N2 | |||
N2 | |||
N2 | |||
N2 | |||
N2 | |||
N2 | |||
C | |||
C | |||
C | |||
C | |||
S | |||
S | |||
S | |||
S | |||
S | |||
S | |||
S | |||
S | |||
S | |||
O | |||
O | |||
O | |||
P | |||
P | |||
H2O | |||
H2O | |||
H2O | |||
H2O | |||
H2O |