КРУГОВОРОТ КИСНЮ

Земля - єдина планета з такою кількістю кисню . Кисень - необхідна умова існування живого. Весь вільний кисень має фотосинтетичне походження.

Рослинний покрив щорічно виділяє в процесі фотосинтезу близько 430-470 млрд. тонн кисню. Весь кисень атмосфери проходить через живу речовину приблизно за 2000 років. Повний кругообіг води, що є джерелом кисню, здійснюється в біосфері приблизно за 2 млн.лет. Таким чином, вся вода планети, весь кисень і водень пройшли вже багато циклів фотосинтетичних перетворень і зворотних процесів - окислення органічної речовини вільним киснем. Тільки після появи фотосинтезуючих організмів життя змогла вийти на сушу (накопичилося достатньо вільного кисню і утворився озоновий екран).

Кисень входить у всі біологічні сполуки. Він забезпечує дихання всьому живому. У зв'язку з тим, що кисень входить до складу дуже багатьох неорганічних (вода, вуглекислота, карбонати ...) і органічних сполук (у живій речовині в розрахунку на сиру масу кисень становить близько 70%) його круговорот досить складний. Основні дві гілки кругообігу - освіту при фотосинтезі і поглинання в процесі дихання.

За рахунок кисню утворився озоновий екран. (Верхня гілка). Нижня - участь кисню у створенні окислювально-відновних процесів, окислення окису вуглецю з'являвся в результаті вулканічної діяльності, накопичення сульфатних осадових порід і т.д. Скрізь бере участь молекулярний кисень фотосинтезу.

В даний час найбільший вплив на круговорот робить діяльність людини. Людство щорічно споживає близько 1.1010 т. молекулярного кисню. Величезний витрата кисню відбувається за рахунок автомобілів, автотранспорту, теплоходів і т.д.

Основні умови збереження сталості газового складу атмосфери - розширення площ, займаних зеленою рослинністю, підвищення її фотосинтетичної діяльності та продуктивності.

КРУГОВОРОТ АЗОТУ

Азот входить до складу більшості біологічних важливих органічних речовини, всіх живих організмів: білків, нуклеїнових кислот, мутопротеідов, ферментів, хлорофілу і т.д. Атмосфера складається з 79% азоту і все ж його часто не вистачає для живих організмів. Газоподібна форма азоту в біосфері хімічно малоактивна і не може безпосередньо використовуватися вищими рослинами і тваринним світом. Рослини засвоюють азот з грунту у вигляді іонів амонію або нітратних іонів, тобто використовується так званий фіксований азот.

Надходження сполук азоту в доступній формі для рослин - здійснюється в результаті небіологічної фіксації азоту (освіта оксидів азоту і аміаку);

- в процесі іонізації атмосфери космічними променями;

- при сильних електричних розрядах під час гроз;

У грунт і водні басейни амонійний та нітратний азот потрапляє з атмосферними опадами, причому вміст нітратів у останніх залежить від інтенсивності і частоти гроз. Наприклад, на екваторі, де досить часто відбуваються грози, атмосферні опади містять близько 2-3 мл / л азотної кислоти, в помірних широтах-кисню приблизно в десять разів менше. В атмосферних опадах може бути і нітратна і аміачна форми азоту. У середньому 1 км2. ЗП отримує з атмосферними опадами за рік близько 1 тонни фіксованого азоту.

І все ж біологічна фіксація атмосферного азоту значно переважає над небіологічної природного фіксацією. Це насамперед грунтові мікроорганізми й організми живуть у симбіозі з вищими рослинами.

Свободноживущие в грунті азотфіксуючі аеробні бактерії здатні здійснювати фіксацію молекулярного азоту атмосфери за рахунок енергії, одержуваної при окисленні органічних речовин грунту в процесі дихання в кінцевому підсумку пов'язуючи його з воднем і вводячи у вигляді аміногрупи (-NН2) до складу амінокислот свого тіла. Теж здатні робити анаеробні бактерії. Відмираючи і ті, й інші збагачують грунт органічною азотом. Точних кількісних даних немає, але вважають, що протягом року на 1 км.кв. вноситься від 0,2 до 2,5 т. фіксованого азоту.

Найбільш ефективно фіксують азот бульбочкові бактерії (в бульбах бобових рослин). Саме вони постачають рослина - господаря доступним азотом. А бобових, як відомо, 13 тис., тому роль їх у підтримці кругообігу азоту дуже велика. Наприклад, в посівах конюшини, люцерни та ін

Крім бобових це властивість характерна і для інших рослин (вільха, обліпиха). Біологічна фіксація властива і деяким фотосинтезуючим організмам (синьо-зеленим водоростям і фотосинтетичним бактеріям). Синьо-зелені водорості особливу роль грають у збагаченні азотом рисових полів.

Велика роль в азотному балансі грунтів належить промисловій фіксації атмосферного азоту людиною.

Засвоюючи азот, рослини використовують його для побудови свого тіла. Через рослини збагачується азотом весь тваринний світ і все людство. Після відмирання - цей азот використовується в трофічних ланцюгах біопродуцентов. Кінцевий етап етоіх ланцюгів є діяльність аммоніфіцірующіх мікроорганізмів, які розкладають азот, що містить в органічних речовинах (амінокислоти, сечовина) з утворенням аміаку.

Частина органічного азоту перетворюється на гумусові речовини, бітуми і компоненти осадових порід.

Аміак (у вигляді амонійного іона) знову надходить в кореневу систему або може бути використаний в процесах нітрофіксаціі. Мікроорганізми використовують енергію окислення аміаку до нітритів і нітритів до нітратів для забезпечення всіх процесів життєдіяльності. Це окислення може бути представлено:

2NН3 + ЗО2 2НN02 + 2Н2 0 + 600 кДж (148 ккал)

2НN02 +02 2НN03 + 198 кДж (48 ккал)

Нітрати, що утворилися у процесах нітріфіксаціі, знову надходять у біологічний круговорот, поглинаються з грунту або (якщо це воді) - фітопланктоном і фітобентос.

У посушливих районах можуть накопичуватися багато нітрату натрію як результат утворюються солончакові грунти,. Багато нітратів мається на пташиному посліді, розкладаючись який утворює гуано; тобто це і є продукт розкладання в умовах соответсвующего клімату (Південна Америка, Карибське море і т.д.).

Є організми, здатні відновлювати нітрати та нітрити до молекулярного азоту. Це - денітріфікатори. Вони при нестачі кисню (у грунті або воді) використовують кисень нітратів для окислювання речовин:

5 С6 Н12 06 + 24 КN03 = 24КНСО3 + 6С02 + 12N2 + 18Н2 0 + енергія

(глюкоза)

Але денітрифікація має підпорядковане значення у кругообіг азоту т.к. відбувається вона в грунтах, де є велика кількість органічної речовини і різко обмежене надходження кисню.

Таким чином, жива речовина знову грає виняткову роль у кругообігу. Шкода, що ми мало про це знаємо. А треба знати, тому що людина чинить все велике значення у кругообігу цієї речовини. Домагаючись збільшення с / г продукції, людство має вживати заходів до збереження рівноваги азоту.

Круговорот фосфору, сірки та НЕОРГАНІЧНИХ КАТІОНІВ

Вуглець, кисень, водень і азот в біологічних круговоротах утворюють газоподібні сполуки. Отже, існують значні міграційні здатності цих в атмосфері. Для всіх інших - крім сірки, нехарактерно освіту газоподібних утворень. Міграція цих елементів відбувається в основному у вигляді іонів і молекул, розчинених у воді.

Фосфор засвоюється рослинами у вигляді іонів фторофосфорной кислоти (РО4). Кругообіг фосфору незамкнутий. Після поглинання рослинами фосфор по трофічних ланцюгах зрештою знову надходить у грунт. Основна кількість фосфору знову поглинається корінням, але часто вимивається зі стоками дощових вод з грунту у водні басейни.

У природних умовах часто бракує фосфору, тому що він в лужному і окисленої середовищі знаходиться в нерозчинних з'єднаннях.

Велика кількість фосфатів містить ряд гірських порід. Частина фосфору з них надходить у грунт, частина переробляється на добрива, а багато вилуговується і вимивається в гідросферу, де його вплив позначається на фітопланктоні та інших організмах.

У Світовому океані - втрати фосфору йдуть за рахунок відкладення органічно залишків на великих глибинах. Т.к. фосфор мігрує з водою з літосфери в гідросферу, повернення в літосферу здійснюється тільки біологічним шляхом: споживання риби морськими птахами (освіта гуана), використання бентосу й рибного борошна як добрива і т.д. Фосфор вважається дефіцитним для рослин.

Сірка входить до складу сірковмісних амінокислот (цистину, цистеїну, метініна) і ряд інших важливих молекул. Ці амінокислоти підтримують структуру білкових молекул.

Сірка засвоюється рослинами тільки в окислювальному формі у вигляді іона SО4.

Тварини організми засвоюють тільки відновлює сірку, включену до складу органічних речовин. Після відмирання і тих і інших відбувається повернення сірки в грунт, де знову мікроорганізмами йде її перетворення.

В аеробних умовах мікроорганізми окислюють органічну сірку до сульфатів. А останні знову за допомогою коренів рослин включаються в кругообіг. Частина сульфатів включається у водне міграцію і виноситься з грунту. У гумусових освіти або утвореннях багатих гумусом сірка знаходиться в органічних сполуках і не вимивається. В анаеробних умовах при розкладанні органічних речовин утворюється сірководень. При наявності сульфатів і органічних речовин у безкисневому середовищі активізується діяльність сульфатредуцирующих бактерій. Вони використовують кисень сульфатів для окислення органічних речовин і отримують необхідну енергію:

2СН2 0 +2 Н + + S04 = Н2 S + 2СО2 + 2Н2 О + 58 кДж (14 ккал).

Сульфатредуцирующие бактерії поширені в підземних водах, мулах і застійних морських водах. Сірководень - отрута для живих організмів, тому в таких середовищах майже немає життя. Це, наприклад, Чорне море нижче 200 м. Тому добре, коли йде окислювання сірководню до сульфатних іонів, тобто сірка переходить в доступну форму (сірчанокислих солей). Це здійснюється в природі за рахунок серобактерий (безбарвних, зелених і пурпурних). Таким чином, у перетворенні сірки величезна роль також належить живим організмам.

Світовий океан - головний накопичувач сірки т.к. в нього з грунту безперервно надходять сульфатні іони. Частина її повертається на сушу через атмосферу. Це відбувається так: (механізм) надходження в повітря, окислення його до двоокису сірки, розчинення останньої в дощовій воді з утворенням сірчаної кислоти і сульфатів і потрапляння в грунт.

Господарська діяльність людини посилює кругообіг сірки в біосфері. Людина витягує з літосфери і гідросфери значна кількість сульфатів для промисловості і с / х. Видобуває елементарну сірку і сульфіди.

При спалюванні кам'яного вугілля, нафтопродуктів, переробки сірки - в повітря йде окис сірки. Це шкідливо для всього т.к. окис сірки при окисленні і розчиненні перетворюється на сірчану кислоту. Йде збагачення грунтів сульфатами і одночасно корозія та ін Як важливий екологічний висновок - необхідність вдосконалення виробничих процесів.

Серед інших макро - мікроелементи необхідні для здійснення життєвих процесів (крім уже названих) необхідно зазначити неорганічні.

У водному середовищі рослини отримують катіони металів з навколишнього середовища. На суші головним джерелом неорганічних катіонів служить грунт, яка отримала їх від руйнування материнських порід. Йде пересування катіонів у листя та інші органи. Деякі (магній, залізо, мідь та ін.) входять до складу біологічно важливих молекул (хлорофілу, ферментів); інші залишаючись у вільному вигляді, беруть участь у підтримці необхідних колоїдних властивостей протоплазми клітин і виконують інші різноманітні функції.

При відмирання неорганічні катіони в процесі мінералізації органічних речовин повертаються в грунт. Але ці процеси не безупинні через вилуговування і виносу катіонів металів з дощовими водами, за рахунок відторгнення і виносу органічної речовини людиною при обробітку с / г рослин, рубці лісу, скочуванні трав і т.д.

Вилуговування особливо інтенсивно відбувається у вологих районах жаркого пояса через рясні дощі і низькою поглинаючої спроможності грунтів (мало гумусу) і тут рівновага цих елементів підтримувати важко. У помірних широтах - де багато гумусу і менше опадів, вилуговування відбувається слабкіше.

Екологічно важливий висновок - потрібно раціональне господарювання для підтримки балансу неорганічних катіонів.

Таким чином розглянуті кругообіг дуже складні. Багато механізмів досі ясні не повною мірою. Всі кругообіг тісно взаємопов'язані і утворюють складну, неподільну систему - єдиний біологічний кругообіг речовин планети-Земля. Вона охоплює всю біосферу і навіть виходить за її межі, тому що в ньому беруть участь речовини з ділянок атмосфери і літосфери, що лежать за межами самої біосфери.

 Інформація, релевантна "КРУГОВОРОТ КИСНЮ"

1. ВИСНОВОК
     кругообігів речовин - вуглецю, води, кисню, азоту, фосфору та ін Вони поглинають воду і випаровують її. Завдяки організмам здійснюється кругообіг вуглекислого газу, який тісно пов'язаний з кругообігом кисню. Кисень засвоюється всіма організмами при диханні і перетворюється на вуглекислий газ, який використовується рослинами для фотосинтезу, в якості побічного продукту при цьому виділяється
   
2. БІОСФЕРА
     кругообіг води, кисню, вуглецю, азоту та інших
   
3. Круговорот газоподібних і осадових ЦИКЛОВ
     кругообіги підрозділяють на 2 основних типи: кругообіг газоподібних речовин і осадові цикли. Кругообіг газоподібних речовин - полягає у переміщенні поживних речовин з атмосфери та гідросфери в живі організми і назад; вони швидкоплинні і тривають від кількох годин до декількох днів. Осадові цикли включають рух поживних речовин між земною корою (грунт, гірські
   
4. Кругообігу ВОДИ, вуглецю, азоту, фосфору і сірки.
     кругообігу води на Землі щорічно бере участь більше 5000 тис. км3 води. З урахуванням транспірації води рослинами і поглинання її в біогеохімічному циклі, весь запас води на Землі розпадається і відновлюється за 2 млн. років Кругообіг вуглецю. У кругообігу вуглецю, точніше, найбільш рухомий його форми - вуглекислого газу - чітко простежується його переміщення по трофічних ланцюгах:
   
5. Круговорот біогенних елементів та їх модифікацій.
     кругообіг речовин. Кругообіг речовин - багаторазове участь речовин в процесах, що протікають в атмосфері, гідросфері, літосфері в тому числі і в тих їх частинах, які входять до складу біосфери. Основних кругообігів речовин у природі 2: великий (геологічний) і малий (біохімічний). Великий (геологічний) кругообіг речовин у природі обумовлений взаємодією сонячної
   
6. 7.5. Ноосфера
     кругообігу води? 6. Що потрібно зробити, щоб нормалізувати біосферний кругообіг азоту? 7. Чим відрізняється круговорот фосфору від кругообігів азоту і вуглецю? 8. У чому небезпека руйнування озонового шару? Як можна уникнути цього? 9. Які фактори викликають кислотні дощі, як ці дощі впливають на різні екосистеми? Питання для обговорення Яку роль у
   
7. 7.3. Кругообіг речовин в біосфері
     круговороті речовин в екосистемах і в біосфері беруть участь практично всі хімічні елементи. Найбільш важливими для біосфери і людини є кругообіг води, кисню, вуглецю, азоту, фосфору. Кругообіг вуглецю (рис. 10) - один з найважливіших біосферних процесів, оскільки вуглець становить основу органічних речовин. У кругообігу бере участь приблизно 1/3 загальної кількості
   
8. § 79. ЗНИЩЕННЯ ЛІСІВ
     круговоротів вуглекислого газу і кисню, мають глобальний характер. Близько 10 тисяч років тому, ще до того як людина стала займатися сільським господарством, на земній кулі існували великі масиви лісів, загальна площа яких становила приблизно 62 млн. кв. км. Однак протягом багатьох століть в результаті розчищення земельних угідь під ріллю і пасовища, заготовки ділової
   
9. § 45. Лісові екосистеми
     кругообігу води: покрита підстилкою поверхню лісових грунтів вбирає дощові опади і снігові води, поповнюючи запаси підземних вод. Лісові грунти фільтрують води, що стікають з полів і промислових майданчиків, і очищають їх від багатьох шкідливих домішок. Лісові екосистеми випаровують в атмосферу вологу і благотворно впливають на клімат, підвищуючи вологість повітря. За способом господарського
   
10. § 44. ОСНОВНІ біосферного кругообігу речовин
      кругообіг речовин. Розглянемо основні кругообіги, які визначають життя екосистем. Кругообіг води (рис. 68). Тканини живих організмів на 70% складаються з води, і тому В.І. Вернадський визначав життя як живу воду. Основна маса води зосереджена в океанах. Парка з його поверхні вода дає цілющу вологу природним і штучним екосистемам суші. Чим
    
11. 6.3. Кругообіг речовин і потік енергії в екосистемі
      кругообіг речовин. На рис. 6 показана схема кругообігу речовин і потоку енергії в фотоавтотрофної наземної екосистемі. Зелені рослини поглинають вуглекислий газ з атмосфери і елементи мінерального живлення з грунту і продукують органічна речовина, яка далі по харчових ланцюгах передається консументам і повертається редуцентамі в атмосферу і грунт. Харчова ланцюг - це
    
12. § 43. СТРУКТУРА БІОСФЕРИ
      кисень (20,95%), аргон (0,93%), діоксид вуглецю (0,03%). Гідросфера - водна оболонка Землі, що включає океани, моря, річки, озера, підземні води, льодовики. На 94% вона представлена солоними водами океанів і морів, а внесок річок у водний бюджет планети в 10 разів менше, ніж кількість водяної пари в атмосфері. Три чверті прісної води недоступні організмам, так як
    
13. ГОЛОВНІ ЕТАПИ біохімічної еволюції живих організмів
      кисню (і озонового шару). Вони могли існувати лише у воді, що захищає найпростіших від ультрафіолетового випромінювання. Харчувалися вони, мабуть, органічними речовинами, утвореними космічним синтезом. Таким чином, найдавніша біосфера виникла в гідросфері, існувала в її межах і була гетеротрофною. Під впливом закону «всюдности життя» організми стали здійснювати
    
14. 7.2. Абіогенні складові біосфери
      кругообігу води (прискорення процесу танення льодовиків, зменшення кількості рідкої прісної води і збільшення парообразной води в результаті випаровування з меліорованих сільськогосподарських земель). Тест для самоконтролю до розділу 7.2 1. В атмосфері Землі переважає: А) вуглекислий газ; Б) кисень; В) аргон; Г) азот. 2. Яка частина площі урбанізованих