Cea mai importantă caracteristică funcțională a biosferei este circulația substanțelor în ea, care sunt cauzate de cauze biogene și abiogene. În prezent, o influență puternică asupra lor are activitatea economică a omului, ceea ce duce la o perturbare a biosferei și poate avea consecințe grave pentru generațiile viitoare de pământeni. Luați în considerare ciclurile celor mai importanți nutrienți - carbon, oxigen, azot, apă și fosfor, precum și problema încălzirii climatice.
Ciclul carbonului. Aceasta este una dintre cele mai importante circuite biosferice, deoarece carbonul formează baza substanțelor organice. În ciclu, rolul dioxidului de carbon este deosebit de mare (Fig.).
Stocurile de „live“ și uscatului organisme de carbon compus cuprinde la date diferite, 550-750 Tm (1Tim egal cu 1 miliard de tone), și 99,5% din care se concentrează pe teren, restul - în ocean. În plus, oceanul conține până la 700 Gt de carbon în materia organică dizolvată.
Rezervele de carbon anorganic sunt mult mai mari. Peste fiecare metru pătrat de teren și ocean este de 1 kg atmosferă de carbon și sub fiecare metru pătrat de ocean, la o adâncime de 4 km - 100 kg de carbon sub formă de carbonați și bicarbonați dizolvate. Chiar mai multe stocuri de carbon din rocile sedimentare - calcarul conține carbonați, în șisturi - kerogen, etc.
Figura 7. Ciclul de carbon din biosferă
Aproximativ 1/3 din carbonul "viu" (circa 200 Gt) circulă, adică anual digerat în timpul fotosintezei și se întoarce înapoi în atmosferă, ocean și contribuția terenurilor la acest proces aproximativ similare (unele sushi contribuție la 2 ori mai mare).
Până la 50% (după unele date - până la 90%) de carbon sub formă de dioxid de întoarcere la microorganisme atmosferice - descompunere a solului. În acest proces, contribuția egală este făcută de bacterii și ciuperci. Întoarcerea dioxidului de carbon la respirația tuturor celorlalte organisme este astfel mai mică decât în activitatea descompunătorilor.
Unele bacterii, cu excepția dioxidului de carbon, formează metan. Izolarea crește metan solului cu hidrică atunci când se creează condiții anaerobe favorabile pentru activitatea de metan-bacterii. Din acest motiv, crește drastic eliberarea de sol forestier metan în cazul în care arborele sta si se taie in jos din cauza reducerii transpirației apare ea waterlogging. O mulțime de metan este eliberat din depozitele de deșeuri urbane, din orez și din sistemul digestiv al animalelor.
Aceste date caracterizează ciclul biogenic al carbonului. În ciclul implicat și procesele geochimice în care există un schimb de carbon și carbon atmosferic conținute în roci. Cu toate acestea, nu există date privind viteza acestor procese. Doar cred că intensitatea lor sa schimbat în istoria planetei, și efectul de seră, care se observă astăzi, sa manifestat în mod repetat în trecut cu consolidarea proceselor geochimice cu eliberarea de dioxid de carbon, precum și slăbirea proceselor care sunt „întârziate“ din atmosferă.
Ciclul apei. Apa se evaporă nu numai de pe suprafața corpurilor de apă și solurilor, ci și de organismele vii, ale căror țesuturi sunt de 70% apă (Figura 35).
Figura 8. Ciclul apei din biosferă
O cantitate mare de apă (aproximativ 1/3 din întreaga apă de precipitare) este evaporată de plante, în special de copaci.
Fracțiuni diferite ale apei hidrosferei participă la ciclu în diferite moduri și la rate diferite. Astfel, reînnoirea completă a apei în compoziția ghețarilor are loc peste 8 mii de ani, apele subterane - timp de 5 mii de ani, oceanul - timp de 3 mii de ani, solul - timp de 1 an. Apele de vapori și fluvii atmosferice sunt complet reînnoite timp de 10-12 zile.
Un rol important în bilanțul anual al apei biosferei îl are oceanul (Tabelul 19). Evaporarea de pe suprafața sa este de aproximativ două ori mai mare decât de pe suprafața terenului.
Balanța anuală a apei pe Pământ (conform lui Lvovich, 1986)
Înainte de dezvoltarea civilizației, ciclul apei a fost echilibrat, dar în ultimele decenii, intervenția umană a încălcat acest ciclu. În special, evaporarea apei prin păduri scade datorită reducerii suprafeței lor și, dimpotrivă, evaporării de pe suprafața solului în timpul irigării culturilor. Evaporarea apei de pe suprafața oceanului scade datorită apariției unui film de ulei pe o mare parte a suprafeței sale. Încălzirea climatului cauzată de efectul de seră influențează ciclul apei. Odată cu consolidarea acestor tendințe, pot exista schimbări semnificative în ciclu, care sunt periculoase pentru biosferă.
1. Ce contribuie oceanul la evaporarea apei?
2. Ce contribuție are planta la evaporarea apei?
3. Cât de rapid este ciclul diferitelor fracțiuni de apă?
Ciclul azotului. Circulația azotului în biosferă se realizează în conformitate cu următoarea schemă (Fig.):
- transferul azotului inert al atmosferei în forme accesibile plantelor (fixarea biologică a azotului, formarea amoniacului în descărcările de trăsnet, producția de îngrășăminte azotate în plante);
- asimilarea azotului de către plante;
- tranziția unei părți din azot din plante în țesuturile animale;
- acumularea de azot în detritele;
- descompunerea detritusului de către descompunerea microorganismelor, până la restaurarea azotului molecular, care revine în atmosferă.
În ecosistemele marine, agenții de fixare a azotului sunt cianobacterii care leagă azotul de amoniac, care este absorbit de fitoplancton.
Figura 9. Circulația azotului în biosferă
O cantitate semnificativă de azot sub formă de oxizi de azot emiși în atmosferă, iar apoi contaminarea solului și a apei, ca urmare a industriei și transporturilor (ploi acide) sa. Această atmosferă de azot a fost îndepărtat din ecosisteme trecut geologice și mult timp a fost „pe depunător“ în cărbune, gaz, petrol, combustia care este returnat ciclul. De exemplu, se încadrează 2050 kg / ha pe an în azotul din SUA cu precipitații, iar în unele zone de emisii ajunge la 115 kg / ha.
Cu toate acestea, ploile acide nu au întotdeauna un efect dăunător asupra ecosistemelor. Ecosistemele zonei de stepă, unde solurile au o reacție ușor alcalină, nu numai că nu suferă precipitații de ploi acide, ci chiar își măresc productivitatea datorită azotului suplimentar.
Restabilirea ciclu natural de azot este posibilă prin reducerea producției de îngrășăminte cu azot, reducerea drastică a emisiilor industriale de oxizi de azot în atmosferă și zona de expansiune culturilor leguminoase care symbiotically asociate cu fixatori bacterii azot.
1. Listați principalele etape ale ciclului de azot.
2. Prin ce canale intră azotul atmosferic în ecosisteme?
3. Ce contribuție aduce nitrogenul tehnogenic ciclului?
5. Ce trebuie făcut pentru a normaliza ciclul de azot?
Circulația oxigenului. oxigenul atmosferic este de origine biogene și circulația acesteia în biosferă este realizată prin repopulării în atmosferă prin fotosinteză în timpul respirației și absorbția organismelor și combustibil în sectorul uman de ardere (Fig.). În plus, o anumită cantitate de oxigen format în atmosfera superioară atunci când disocierea apei și distrugerea ozonului prin radiațiile ultraviolete; o parte din oxigen este cheltuită pe procesele oxidative din scoarța pământului, în timpul erupțiilor vulcanice etc.
Acest ciclu este foarte complex, deoarece oxigenul intră în diverse reacții și face parte dintr-un număr foarte mare de compuși organici și anorganici și este încetinit. Este nevoie de aproximativ 2000 de ani pentru a actualiza complet tot oxigenul din atmosferă (pentru comparație, aproximativ 1/3 din dioxidul de carbon atmosferic este actualizat anual).
Figura 10. Circulația oxigenului în biosferă
În prezent, circulația de echilibru a oxigenului este menținută, deși în orașe mari, dens populate, cu un număr mare de întreprinderi de transport și industriale, apar tulburări locale.
1. Care este principala sursă de alimentare cu oxigen în atmosferă?
2. Indicați în ce procese oxigenul este absorbit din atmosferă.
3. Pentru cât timp actualizează rezerva de oxigen din atmosferă?
4. Descrieți problema conservării stratului de ozon al atmosferei.
Circulația fosforului. Despre ciclul fosforului pentru timpul previzibil, se poate vorbi doar condiționat. Fiind mult mai greu decât carbonul, oxigenul și azotul, fosforul aproape nu formează compuși volatili - acesta curge de la pământ la ocean și se întoarce în principal atunci când terenul este crescut în timpul transformărilor geologice. Din acest motiv, ciclul fosforului se numește "deschis" (fig.).
Figura 11. Ciclul fosforului
Fosforul se găsește în roci, din care este lăsat în sol și asimilat de plante, apoi trece prin lanțuri alimentare la animale. După descompunerea cadavrelor de plante și animale care nu sunt implicate în tot ciclul de fosfor, o parte din ea este spălat din sol pentru corpurile de apa (râuri, lacuri, mări). Acolo, fosforul se situează la fund și aproape că nu se întoarce pe pământ, doar o mică cantitate se întoarce cu peștele prins de o persoană sau cu fecalele de păsări care se hrănesc cu pește. Acumularea de excremente de păsări marine a servit în trecutul recent ca un îngrășământ organic valoros - guano, însă, în prezent, resursele guano-ului sunt aproape epuizate.
Fluxul de fosfor din țara în ocean este îmbunătățită prin creșterea scurgerii apelor de suprafață în distrugerea pădurilor, aratul solurilor și aplicarea îngrășămintelor cu fosfor. Deoarece rezervele de fosfor asupra terenurilor sunt limitate, iar întoarcerea din ocean problematică (deși este în prezent de a fi studiate în mod activ posibilitatea de a producției sale de pe fundul oceanului), în viitor, în agricultură este posibilă lipsă acută de fosfor, care va reduce culturile (în primul rând de porumb). Prin urmare, este necesar să se salveze resursele de fosfor.
1. De ce este deschis ciclul de fosfor?
2. Unde sunt concentrate stocurile de fosfor?
3. De ce se concentrează fosforul pe fundul oceanelor?
4. Ce consecințe va avea asupra agriculturii epuizarea stocurilor de fosfor?
Noosphere și tehnosfera
Biosfera se schimbă sub influența dezvoltării civilizației. La începutul secolului al XX-lea, VI. Vernadsky a formulat ipoteza noospherei ca o biosferă de echilibru, transformată de mintea omului. Cu toate acestea, realitățile dezvoltării civilizației în secolul al XX-lea nu au dus la formarea unei biosfere armonioase, ci la transformarea unei părți semnificative a acesteia în tehnosferă, adică biosferă, deranjată de om. În această secțiune vom cunoaște ipoteza lui VI. Vernadsky și cu principalele caracteristici ale biosferei la începutul mileniului.
Ipoteza noospherei. Prin V.I. Vernadsky, „gândirea umană“ - un fenomen planetar, care se dezvoltă în direcția găsi modalități de a armoniza relația dintre om și natură prin controlul ciclurilor de bază ale substanțelor. O componentă importantă a acestei ipoteze - tranziția umane la nutriție autotrofe: înlocuirea lanțului de „soare - plante (animale) - un om“ lanț „soare - plantă - om.“ Fabricarea de alimente artificiale, conform lui Vernadsky, ar trebui să elimine problema foametei și să furnizeze hrană pentru 30 de miliarde de oameni. Astăzi, această ipoteză este supusă unor critici clare.
În primul rând, "gândirea umană", din păcate, se dezvoltă în direcția opusă prognozei lui Vernadski. Ea nu caută modalități de a armoniza relația dintre om și natură, ci dezvoltă tehnologii din ce în ce mai sofisticate pentru exploatarea naturii.
În al doilea rând, nutriția umană autotrofe este imposibilă, în principiu, pentru ca obtinerea de oameni de alimente artificiale nu a învățat niciodată și nu părea să învețe. Cu toate acestea, dacă acest lucru ar deveni posibil, nu ar fi armonios relația dintre om și natură. Eliminarea populației restricții alimentare ar duce la creșterea în distrugerea biosferei, deoarece a depășit limitele de consum a tuturor celorlalte resurse - apa, energie, minerale, biodiversitate, etc. În al treilea rând, ideea utopică de a înlocui procesele naturale de auto-reglementare în sistemul biosferă de artificial .. de management. "Sistemele foarte mari", inclusiv biosfera, nu sunt practic modelate. Prin urmare, consecințele intervențiilor omenești mari în natură nu sunt prevăzute, de exemplu, tragedia Mării Aral. Biosfera este ca o piață grandioasă în care fluxurile de materie și energie sunt reglementate stochastic. Înlocuirea sa de către "economia planificată" este, de asemenea, nepromotivă, precum gestionarea planificată a economiilor țărilor mari. Dacă ați încălcat "piața biosferei", o persoană va muri.
Astfel, o persoană poate supraviețui numai împreună cu biosfera, integrând activitățile sale economice în cicluri biosferice. NN Moiseev a scris despre posibilitatea de "co-adaptare a omului și a biosferei" și formarea pe această bază a unei "stări cvasi-stabile". Cu o astfel de stare a biosferei, schimbările în circulația substanțelor nu vor depăși valorile pragului, dincolo de care încep schimbările ireversibile.
Tehnosfera. Spre deosebire de ipoteza romantică a noospherei, VI. Vernadsky în lumea modernă a format technosfera ca parte a biosferei, suprimată de managementul irațional al naturii. Conceptul de tehnosferei integrează toate exemplele de mai sus menționate de încălcări ale straturilor geografice ale Pământului și biosferă în sens restrâns. Proporția ecosistemelor neperturbate continuă să scadă (tabelul 31) Ei au făcut cel puțin 2/3 din terenurile planetei, iar în Europa -. Doar 1/3.
Suprafața totală, mii km 2
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: