Киргизько-Російський (Слов'янський) Університет.

Реферат

За концепції сучасного природознавства.

Кругообіги.

Виконав:

Студент групи М-1-99

Гавришев Єгор

Бішкек-1999

Кругообіг

Одне з чудових відкриттів геохімії полягає у встановленні того,що рух багатьох хімічних елементів здійснюється у вигляді круговихпроцесів - кругообігів. Саме ці елементи складають земну кору, рідку ігазову оболонки нашої планети. Їх кругообіг можуть відбуватися наобмеженому просторі і протягом невеликих відрізків часу, аможе охоплювати всю зовнішню частину планети і величезні періоди. При цьомумалі кругообіг входять у більші, які у своїй сукупностіскладаються в колосальні біогеохімічні кругообіг. Вони тісно пов'язаніз навколишнім середовищем.

У біосфері, як і в кожній екосистемі, постійно здійснюєтьсякругообіг вуглецю, азоту, кисню, фосфору, сірки та інших хімічнихелементів. Енергія надходить у екосистеми під час фотосинтезу, арозсіюється головним чином у вигляді тепла, коли організми використовують їїдля своєї життєдіяльності. Внаслідок безперервно відбуваються втратенергії необхідно, щоб вона так само безперервно надходила в екосистеми ввигляді енергії сонячного світла. На відміну від цього вода та батареїздійснюють безперервний кругообіг.

Як вже було сказано, енергія протікає через біосферу, відбуваєтьсябезперервний обмін енергією між Землею та космосом. Однакречовиною Земля і космос не обмінюються. Розрізняють два кругообігу --великий, або геологічний, малий (біологічний). Причому тільки малийкругообіг здійснюється в межах біосфери. Дуже важливим елементомкругообігу є жива речовина, а "мотором", який "розкручуєколесо кругообігу ", є енергія Сонця.

Ніколи новий цикл кругообігу не є точним повтореннямстарого, але обов'язково має щось нове, хай і дуже малопомітне.
Ці відмінності, поступово накопичується з кожним новим циклом, призводять допомітних змін. Таким чином і відбувається розвиток біосфери.

Кругообіг води

Вода - дуже поширене на Землі речовина. Майже 3/4поверхні земної кулі покриті водою, що утворює океани, моря, річки,озера. Багато води знаходиться в газоподібному стані у вигляді пари ватмосфері; у вигляді величезних мас снігу і льоду лежить вона цілий рік навершинах високих гір і в полярних країнах. У надрах землі також знаходитьсявода, просочуються грунт і гірські породи.
Природна вода не буває абсолютно чистою. Найбільш чистою єдощова вода, але і вона містить незначні кількості різнихдомішок, які захоплює з повітря.

Дуже важливе значення для нашої планети має Кругообіг води.
Він складається з процесів, що мають різну довжину - від обороту водипротягом доби в результаті транспірірующей діяльності одногорослини, всмоктуючого що випало атмосферну воду корінням і зновуповертає її в атмосферу листям, до повільного руху величезних масводи, що зв'язує земну кору з гідросферою і атмосферою.

Кругообіг води на поверхні Землі складається з 520 тис. кмвипадають і такої ж маси випаровується води. При цьому на континентахвипадає на рік 109000 км, а випаровується 72000км. Різниця в 37000 км іє цифрове значення повного річкового стоку. З поверхні Світового океанувипаровується води більше (448000 км), ніж випадає опадів (441000 км).
Різниця покривається стоком річкових вод.

Великий кругообіг води супроводжує процес творення органічногоречовини. Виділяється рослинами кисень утворюється при реакції фотосинтезуза рахунок розщеплення води. Однак на фотосинтез витрачається всього близько 1%води, що проходить із грунту через рослини в атмосферу. Щоб виростити 1 цпшениці, рослини повинні пропустити через себе не менш 10000кг води. Зарозрахунками О.П. Добродєєва, при формуванні загальнопланетарній біомаси всіхнині існуючих живих організмів у результаті фотосинтезу було розщепленотаку кількість води, що в 3,5 рази більше кількості, що знаходитьсяу всіх річках світу.

Час, необхідний для проходження всієї води нашої планети через системубіологічного кругообігу, можна визначити в такий спосіб. Загальна масаводи в зовнішніх оболонках Землі - земній корі, гідросфері і атмосфері, заданими А. П. Виноградова, становить 160000000 млрд. т. Маса води,захоплююча річний продукцією фотосинтезуючих організмів, близько 800млрд.т/м. Період повного обороту всієї води в процесі утворення живогоречовини приблизно 2 млн. років. Таким чином, вся величезна маса гідросфери
Землі за 2 млн. років проходить через рослинні організми, маса якихмізерно мала в порівнянні з водяною оболонкою.

Кругові руху води не обмежуються поверхнею Землі.
Значна кількість води присутня в гірських породах у вигляді плівковихі порові вод, ще більше її входить до складу мінералів, що утворюються в зонігіпергенеза. Всі глинисті мінерали, оксиди заліза та іншіяк діяти в цій зоні з'єднання містять у своєму складі воду.
Підраховано, що в 16-ти кілометровому шарі земної кори міститься приблизно
200 млн. км води. Вступаючи в глибинні зони земної кори, пов'язані формиводи поступово звільняються і включаються до метаморфічні, магматичніі гідротермічний процеси. З вулканічними газами і гарячимиджерелами глибинні води надходять на поверхню.

кругообіг кисня.

Кисень - найпоширеніший елемент земної кори. У вільномустані він знаходиться в атмосферному повітрі, у зв'язаному вигляді входить досклад води, мінералів, гірських порід і всіх речовин, з яких побудованіорганізми рослин і тварин. Масова частка кисню в земній коріскладає близько 47%.
Кисень - безбарвний газ, який не має запаху. Він трохи важчий за повітря.
Кисень відіграє винятково важливу роль у природі. За участю киснюздійснюється один з найважливіших життєвих процесів - дихання. Важливезначення має й інший процес, в якому бере участь кисень, - тління тагниття загиблих тварин і рослин; при цьому складні органічніречовини перетворюються на простіші (в кінцевому результаті в CO2, воду іазот), а останні знову вступають в загальний кругообіг речовин у природі.
Сталі в біосфері обсяги потоків кисню та кисневміснихсполук у сучасних умовах порушуються техногенними міграціями.
Промислові, побутові і сільськогосподарські відходи, скинуті вприродні води (ріки, озера, моря, океани), пов'язують розчинений у водікисень, що також порушує обсяги кисневих потоків у біосфері.
Забруднення грунтів, зведення лісів зменшує обмін киснем і діоксидомвуглецю між атмосферою і сушею. Однак запаси кисню на планетіневичерпні. Він входить до складу кристалічних граток мінералів івивільняється з них за допомогою живої речовини. Тому дляпідтримання сталих обсягів кисневих потоків у біосферінеобхідне збереження живої речовини як головної геохімічної сили.
Геохімічний кругообіг кисню пов'язує газову і рідку оболонки зземною корою. Його основні моменти: виділення вільного кисню прифотосинтезі, окислення хімічних елементів, надходження граничноокислених сполук у глибокі зони земної кори.і їх частковевідновлення, в тому числі за рахунок сполук вуглецю, винос оксидувуглецю і води на поверхню земної кори і залучення їх в реакціюфотосинтезу.

кругообіг вуглецю.

Вуглець знаходиться в природі як у вільному стані, так і у виглядічисленних з'єднань. Вільний вуглець зустрічається у вигляді алмазу іграфіту.
З'єднання вуглецю дуже поширені. Крім викопного вугілля, в надрах
Землі знаходяться великі скупчення нафти, що представляє складну сумішрізних сполук, переважно вуглеводнів.
Крім того рослинні та тваринні організми складаються з речовин, вутворенні яких головне участь бере вуглець. Таким чином, цейелемент - одна з поширених на Землі, хоча загальна його вміст уземній корі становить лише близько 0,1%.
Вуглекислий газ поглинається рослинами-продуцентами і в процесіфотосинтезу перетворюється на вуглеводи, білки, ліпіди та інші органічніз'єднання. Ці речовини з їжею використовують тварини-консументи.
Одночасно з цим в природі відбувається зворотний процес. Всі живіорганізми дихають, виділяючи вуглекислий газ, який надходить в атмосферу.
Мертві рослинні та тваринні залишки і екскременти тварин розкладаються
(мінералізують) мікроорганізмами-редуцентамі. Кінцевий продуктмінералізації - вуглекислий газ - виділяється з грунту або водоймищатмосферу. Частина вуглецю накопичується в грунті у вигляді органічнихз'єднань.
У морській воді вуглець міститься у вигляді вугільної кислоти і її розчиннихсолей, але він накопичується у формі карбонату кальцію CaCO3 (крейда,вапняки, корали). Частина вуглецю у вигляді карбонатів надовго виключаєтьсяз кругообігу, утворюючи опади на дні водойм. Однак з плином часу впроцесах горотворення осадові маси піднімаються на поверхню у виглядігірських порід. В результаті перетворень цих порід вуглець карбонатівзнову втягується в кругообіг. Вуглець поступає в атмосферу також звихлопними газами автомашин, з димовими викидами заводів і фабрик.
У процесі кругообігу вуглецю в біосфері утворюються енергетичніресурси - нафта, кам'яне вугілля, горючі гази, торф, деревина, якішироко використовуються людиною. Всі ці речовини виробленіфотосинтезуючим рослинами за різний час. Вік лісів - десятки ісотні років; торфовищ - тисячі років; вугілля, нафти, газів - сотні мільйонівроків. Слід враховувати, що деревина і торф - надолужуваних ресурси, тобтовідтворюється за відносно короткі проміжки часу, а нафта,горючий газ і вугілля - ресурси непоправні.

Кругообіг азоту.

Більша частина азоту знаходиться в природі у вільному стані. Вільнийазот є головною складовою частиною повітря, який містить 78,2%азоту. Неорганічні сполуки азоту не зустрічаються в природі у великихкількостях, якщо не вважати натрієву селітру NaNO3, що утворить потужніпласти на узбережжі Тихого океану в Чилі. Грунт містить незначнікількості азоту, переважно у вигляді солей азотної кислоти. Але у виглядіскладних органічних сполук - білків - азот входить до складу всіх живихорганізмів.
Загальний вміст азоту в земній корі (включаючи гідросферу та атмосферу)складає 0,04%
Азот - незамінний елемент. Він входить до складу білків, і нуклеїновихкислот. Кругообіг азоту тісно пов'язаний із кругообігом вуглецю. Частковоазот надходить з атмосфери завдяки утворенню оксиду азоту (IV) зазоту і кисню під дією електричних розрядів під час гроз.
Однак основна маса азоту надходить у воду і грунт завдяки фіксаціїазоту повітря живими організмами.
У грунті і воді живуть фіксатори азоту - бактерії та водорості. Вони збагачуютьгрунт азотом, коли їх відмерлі клітини мінералізують. Завдяки цьомущорічно надходить близько 25 кг азоту на гектар. Найбільш ефективні фіксаториазоту - клубенькові бактерії, що живуть в коренях бобових рослин. Азот зрізноманітних джерел надходить до коренів рослин, поглинається ними ітранспортується в стебла і листя, де в процесі біосинтезу будуютьсябілки.
Білки рослин є основою азотного харчування тварин. Після відмиранняорганізмів білки під дією бактерій і грибів розкладаються з виділеннямаміаку. Аміак частково споживається рослинами, а частково використовуєтьсябактеріями-редуцентамі. У результаті процесів життєдіяльності деякихбактерій аміак перетворюється в нітрати. Нітрати, як і амонійні іони,споживаються рослинами та мікроорганізмами. Частина нітратів під дієюособливої групи бактерій відновлюється до елементарного азоту, якийвиділяється в атмосферу. Так замикається кругообіг азоту в природі.

круговорот фосфору

Фосфор належить до числа досить поширених елементів;вміст його в земній корі становить близько 0.1% (мас.). Внаслідоклегкої окислюваність фосфор у вільному стані в природі незустрічається. З природних сполук фосфору найважливішим єортофосфату кальцію, який у вигляді мінералу фосфориту іноді утворюєвеликі поклади. Найбагатші родовища фосфоритів знаходяться в Південному
Казахстані в горах Каратау. Фосфор, як і азот, необхідний для всіх живих істот, тому що він входить до складу деяких білків як рослинного,так і тваринного походження. У рослинах фосфор міститься головнимчином в білках насіння, в тваринних організмах - у білках молока, крові,мозкової і нервової тканин. У вигляді кислотного залишку фосфорної кислотифосфор входить до складу нуклеїнових кислот - складних органічнихполімерних сполук, які беруть безпосередню участь у процесах передачі спадкових властивостей живої клітини. Сировиною для отриманняфосфору та його сполук служать фосфорити і апатити. Природний фосфоритабо апатит подрібнюють, змішують з піском і вугіллям і розжарюються в печах здопомогою електричного струму без доступу повітря всіх живих організмах.
Основне джерело його - гірські породи (головним чином повкидані-ні). Середній вміст фосфору в земній корі 0,085%. Представлений він восновному апетитом і фторапатітом. У осадових породах це звичайно вівіаніт,Вавель, фосфорити. З утворенням біосфери вивільнення фосфору згірських порід посилився, в результаті відбулося значнеперерозподіл його. Все живе речовина планети (в середньому)містить фосфору 0,07%, тобто трохи менше, ніж у літосфері.
Джерелом фосфору в біосфері головним чином є апатити,зустрічаються у всіх магматичних породах. У перетвореннях фосфорувелику роль відіграє жива речовина. Організми засвоюють фосфор з грунту,водних розчинів. Фосфор входить до складу білків, нуклеїнових кислот, іінших органічно з'єднань.

Особливо багато фосфору в кістках тварин. З загибеллюорганізмів фосфор повертається в грунт він концентрується у виглядіморських фосфатних конкрецій, відкладень кісток риб, що створює умови дляосвіти багатих фосфором порід, які у свою чергу служатьджерелом фосфору в біогенному циклі.
Діяльність людини в даний час спрямована на збільшеннявмісту фосфору у навколишньому середовищі. Це явище В. А. Ковда назвавфосфатізаціей суші. Вона відбувається за рахунок вилову продуктів моря, багатихфосфором, і головним чином у результаті вилучення фосфору з агроруддля виробництва фосфорних добрив, різних фосфорвміснихпрепаратів. Фосфатізація суші відбувається нерівномірно. Найбільш сильно вона виявляється в промислово розвинених районах, що характеризуютьсявеликою щільністю населення. На відміну від них виділяються райони, девідбувається, навпаки, дефосфатізація ..

Кругообіг сірки.

Сірка зустрічається в природі як у вільному стані (самородна сірка), такі в різних з'єднаннях. Дуже поширені сполуки сірки зрізними металами. З з'єднань сірки в природі поширені такожсульфати, головним чином, кальцію і магнію. Нарешті, сполуки сіркиутримуватися в організмах рослин і тварин.
Сірка широко використовується в народному господарстві. У вигляді сірчаного кольору сіркувикористовують для знищення деяких шкідників рослин. Вона застосовуєтьсятакож для приготування сірників, ультрамарину (синя фарба), сірковуглецю іряду інших речовин.
Кругообіг сірки відбувається в атмосфері та літосфері. Надходження сірки ватмосферу відбувається у вигляді сульфатів, сірчаного ангідриду і сірки злітосфери при вулканічних виверженнях, у вигляді сірководню за рахунокрозпаду піриту (FeS2) і органічних сполук. Антропогенним джереломнадходження сірки в атмосферу є теплові електростанції та іншіоб'єкти, де відбувається спалювання вугілля, нафти й інших вуглеводнів, анадходження сірки в літосферу, зокрема в грунт, відбувається з добривамиі органічними сполуками. Перенесення сполук сірки в атмосферіздійснюється повітряними потоками, а випадання на земну поверхню абоу вигляді пилу, або з атмосферними опадами у вигляді дощу (кислотні дощі) існігу. На поверхні Землі в грунті і водоймищах відбувається зв'язуваннясульфатних і сульфітно сполук сірки кальцієм з утворенням гіпсу
(CaSO4). Крім цього відбувається поховання сірки в осадових породах зпрорганіческімі залишками рослинного та тваринного походження, з якихнадалі відбувається утворення вугілля і нафти. У грунті змінасполук сірки відбувається за участю сульфобактерій використовуютьсульфатні з'єднання і виділяють сірководень, що вступаючи доатмосферу і окислюючись знову переходить в сульфати. Крім цього сірководень вгрунті може відновлюватися до сірки, яка денітрифікуючібактеріями окислюється до сульфатів.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ:

* Глінка Н.Л. Загальна хімія: Уч. пособ. для вузов/Под ред. В.А. Рабиновича.
- Л.: Хімія, 1987
* Кемп П., АРМС К. Введение в биологию. - М.: Світ, 1988. - С. 139-142.
* Загальна біологія/Под ред. Д. К. Бєляєва. - М.: Просвещение, 1985. - С. 237 -
241.