II.Абиотическая азотфиксация

Круговорот воды

Это непрерывная циркуляция воды между Мировым океаном, атмосферой и верхними слоями литосферы. Он обусловлен солнечной энергией (нагревание- испарение), действием силы тяжести и геологическими процессами.

Типы круговорота воды:

1.Большой (мировой) круговорот воды.

Вода испаряется с пов-ти океана, конденсируется и выпадает в виде осадков над сушей, затем возвращается в океан в виде стока. При этом вода опресняется и очищается

2.Малый (океанический) круговорот воды.

Вода испаряется с пов-ти океана, конденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.

3.Внутриконтинентальный круговорот воды.

Вода испаряется с пов-ти суши, конденсируется и выпадает в виде осадков снова на сушу. Растения поглощают воду из почвы и испаряют ее в атмосферу в процессе транспирации. Сокращение площади лесов на планете может привести к изменению климата и засухам.

* с 1км² пов-ти океана испаряется 1000 т воды в час. В тропических лесах испаряется в 2-3 раза больше. При этом океан поставляет 86% воды в атмосферу, суша- 14%.

Часть воды просачивается по трещинам горных пород в недра Земли. Достигнув слоев с высокой температурой вода превращается в пар и поднимается в атмосферу. Часть воды выходи на поверхность в виде горячих источников.

* Содержание воды в биосфере:

97,4%- океаническая (соленая) вода

2.6%- пресная вода: грунтовые воды, снежные шапки, ледники, пресные водоемы суши.

* Вся вода на планете космического происхождения (накапливалась в процессе падения астероидов). Незначительная часть воды изымается из круговорота в процессе биологического фотолиза

Круговорот углерода

Основные запасы углерода сосредоточены в составе углекислого газа. Изъятый из атмосферы С накапливается в организмах и осадочных породах. Затем высвобождается в рез-те вулканической деятельности, пожаров, дыхания, разложения. За 7-8 лет через живые организмы проходит весь углерод атмосферы.

Т.к. человек высвобождает в атмосферу углерода больше чем его изымается из биосферы, его концентрация стремительно растет, что приводит к усилению парникового эффекта.

*В настоящее время человек замыкает на себя круговорот веществ, в том числе и углерода:

1.суммарная биомасса всех домашних животных превышает биомассу всех диких наземных животных.

2.площади культурных растений приближаются к площади естественных биогеоценозов, многие экосистемы культурных растений по своей продуктивности значительно превосходят природные.

3.поступление СО₂ в атмосферу в результате сжигания энергоносителей ведет к глобальному потеплению вследствие усиления «парникового эффекта». За последние 100 лет содержание СО2 в атмосфере увеличилось на 10%. По прогнозам, к середине 21 в. его содержание в атмосфере удвоится. Дописать потом глобальное потепление

Круговорот азота

Молекулярный азот (N₂) самое распространенное вещество в биосфере (концентрация в атмосфере 78%). Его вовлечение в круговорот начинается с азотфиксации (образоание азотистых соединений).

Азотфиксация

I.Биотическая азотфиксация. Газообразный азот (N₂) в атмосфере крайне инертен, необходимо очень большое количество энергии, чтобы связи в молекуле азота (N₂) разорвались и образовались другие соединения, например оксиды. Переводить атмосферный азот в доступную для организмов форму (нитриты и нитраты) способны лишь некоторые бактерии- азотфиксирующие бактерии. Этот процесс называется азотфиксацией и представляет собой основной путь поступления азота в биотический компонент экосистемы.

1). Симбиотические азотфиксирующие бактерии. Находятся в симбиозе на корнях растений семейства бобовых (горох, фасоль, соя, клевер и др.). Бактерии вызывают разрастание тканей корня и образуют утолщения в виде клубеньков, поэтому азотфиксирующие бактерии также называют клубеньковыми (род. Rizobium). Растения в симбиозе с этими бактериями могут произрастать на почвах, бедных азотом.

2).Свободноживущие почвенные азотфиксирующие бактерии (род Azotobacter и цианобактерии ) фиксируют молекулярный азот атмосферы. Синтезируют некоторые фитогормоны (ауксины), тем самым стимулируя рост и развитие растений.

*Сине-зеленые водоросли продуцируют токсины, обладающие широким спектром биологического действия. Некоторые из них вызывают гибель позвоночных.

II.Абиотическая азотфиксация.

1). С участием молний. Молекулярный азот сгорает в электрической дуге молнии с образованием оксидов

2). Ионизация молекулярного азота (N₂) в атмосфере под воздействием естественной радиации Земли, космического и солнечного (УФ) излучений.

Образующиеся оксиды азота, взаимодействуя с дождевой водой, дают соответствующие кислоты, которые, попав в почву, в конечном итоге превращаются в нитраты. Нитраты усваиваются растениями и т.о. азот передается по цепям питания.

Азот, подвергается аммонификации и денитрификации то есть выделению атомарного азота, а также его оксидов. Эти процессы происходят благодаря деятельности микроорганизмов.

Аммонификация - разложение сложных азотсодержащих соединений включённых в ткани растений и животных, после их гибели редуцентами (бактериями гниения) с образованием аммиака или солей аммония.

Нитрификация – окисление солей аммония в соли азотной кислоты нитрифицирующими бактериями. Происходит в 2 этапа:

1. превращение аммиака в нитриты (бакт. Nitrosomonas)

2. превращение нитритов в нитраты (бакт. Nitrobacter)

Денитрификация – разложение нитратов до молекулярного азота (N₂) денитрифицирующими анаэробными бактериями почвы, который затем поступает в атмосферу. Денитрификация протекает во влажных, плохо аэрируемых или затопляемых почвах.

*болотистые почвы бедны азотом, поэтому на них распространены насекомоядные растения типа росянки

Круговорот фосфора

Фосфор присутствует в литосфере и гидросфере в виде фосфатов. Часть фосфора изымается из круговорота и откладывается в осадочных породах, из которых в дальнейшем фосфаты могут выдуваться в атмосферу в виде пыли. Основной источник неорганического фосфора – это влканичекие и осадочные породы.

Круговорот в природе

Продуценты включают фосфор в органическое вещество, которое далее передаётся по цепям питания к консументам. После гибели организмов редуценты разлагают органические вещества с выделением фосфатов, замыкая цикл круговорота фосфора.

Антропогенный фактор

Фосфорные и азотсодержащие удобрения, используемые человеком для повышения урожаев, в большом объёме попадают с грунтовыми водами в водоёмы, что приводит к насыщению водоёмов биогенными элементами. Это явление получило название эвтрофикации. При изобилии азота и фосфора начинается взрывной рост одноклеточных водорослей. Водоёмы «цветут». Когда водоросли отмирают, редуценты не справляются с переработкой отмерших частей, и вода начинает плохо пахнуть. Кроме того, при разложении отмерших водорослей расходуется весь кислород. Наступает замор рыбы.

* Апатит(фосфат кальция) – минерал, является сырьём для производства фосфорных удобрений, фосфора и фосфорной кислоты, его применяют в чёрной и цветной металлургии, в производстве керамики и стекла.

Круговорот серы

Сера в виде оксидов SO₃ и SO₂, сероводорода H₂S и главным образом элементарной серы выбрасывается вулканами.

В живых организмах сера входит в состав аминокислот и белков, а у растений ещё и в состав эфирных масел.

Серобактерии — группа бактерий, способных окислять молекулярную серу, сероводород. Нередко образуют массовые скопления.

Обитают в солёных и пресных водоёмах, месторождениях серы в почве.

Выделяющаяся свободная сера накапливается в их клетках в виде множества крупинок. При недостатке сероводорода серобактерии производят дальнейшее окисление находящейся в них свободной серы до серной кислоты (H2SO4).

Уравнение окисления сероводорода:

2H₂S + O₂ → 2H₂O + S₂