Cea mai importantă caracteristică a biosferei este circulația substanțelor în ea, care sunt cauzate de cauze biogene și abiogene. În prezent, sunt deranjați de activitatea economică a oamenilor, ceea ce duce la o perturbare a biosferei și poate avea consecințe grave pentru generațiile viitoare ale pământeștilor. Luați în considerare ciclurile celor mai importante elemente nutritive - carbon, oxigen, azot, apă.
Aceasta este una dintre cele mai importante circuite biosferice, deoarece carbonul formează baza substanțelor organice. Rolul dioxidului de carbon este deosebit de important în ciclu (figura 23).
Fig. 23. Ciclul carbonului din biosferă.
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. Mai mult, în ocean conține până la 700 Tm în compoziția materiei organice dizolvate.
Rezervele de carbon anorganic sunt mult mai mari. Deasupra fiecărui metru pătrat de pământ și ocean este 1 kg de atmosferă de carbon și sub fiecare metru pătrat al oceanului la o adâncime de 4 km - 100 kg de carbon sub formă de carbonați și bicarbonați. Chiar mai multe stocuri de carbon din rocile sedimentare - calcarul conține carbonați, în șisturi - kerogeni etc.
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 de teren la acest proces aproximativ similar. În ciuda faptului că biomasa oceanului este mult mai mică decât biomasa terenurilor, creează o mulțime de produse ecologice kratkozhivuschih generații de alge (raportul de biomasă și producția biologică în ocean este de aproximativ aceeași ca și în ecosistemul de apa dulce cm. 11.1).
Până la 50% (conform unor date - până la 90%) de carbon sub formă de dioxid de deșeuri returnează microorganismele de descompunere a solului în atmosferă. 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. Multe metane extinde câmpurile de orez și animalele.
Consecințele intensificării efectului de seră asupra biosferei sunt neclar, prognoza cea mai probabilă fiind încălzirea climei. Cu toate acestea, deoarece "mașinile" climatului sunt curenți de mare, datorită schimbării lor în topirea ghețarilor în mai multe zone, poate apărea o răcire semnificativă (inclusiv în Europa ca urmare a schimbărilor în fluxul Gulf Stream). Sub influența schimbărilor în concentrația dioxidului de carbon, dezastrele naturale majore (inundații, secetă etc.)
Aceste date indică ciclul carbonului biogene. 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 și slăbirea proceselor care sunt „întârziate“ din atmosferă.
Pentru a restabili echilibrul față de ciclul de carbon, este necesară creșterea suprafeței pădurilor și reducerea emisiilor de gaze la arderea energiei carbonate.
1. Care este raportul dintre cantitatea de carbon "viu" pe pământ și în ocean?
2. Care este raportul dintre cantitatea de carbon "mort" în atmosferă și în ocean?
3. Ce parte din carbonul "viu" este implicat anual în ciclu?
4. Ce fracțiune de carbon este returnat în atmosferă de către descompunerea ecosistemelor terestre?
5. Listați factorii care perturbe ciclul de carbon.
6. Ce efecte poate avea efectul de seră?
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 24). O cantitate mare de apă (aproximativ 1/3 din toată apa de precipitații) este evaporată de plante, în special de copaci: pentru crearea a 1 kg de materie organică în diferite regiuni, acestea consumă 200 până la 700 litri de apă.
Fig. 24. Ciclul apei din biosferă.
Fracțiuni diferite de apă hidrosferică participă la ciclu în diferite moduri și la rate diferite. Deci, 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.
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 este redusă datorită aspectului unei mari părți a peliculei de ulei. 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.
Un rol important în bilanțul anual al apei în biosferă îl are oceanul (Tabelul 15). Evaporarea de pe suprafața sa este de aproximativ două ori mai mare decât de pe suprafața terenului.
Tabelul 15 Bilanțul anual al apei pe Pământ (conform lui Lvovich, 1986)
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?
Circulația azotului în biosferă se realizează conform schemei următoare (Figura 25):
- 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 a azotului de la plante la țesuturi de origine animală,
- acumularea de azot în detritele,
- descompunerea detritusului prin descompunerea microorganismelor până la recuperarea azotului molecular, care revine în atmosferă
Fig. 25. Ciclul azotului din biosferă.
În ecosistemele marine, agenții de fixare a azotului sunt cianobacterii care leagă azotul de amoniac, care este absorbit de fitoplancton.
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, în SUA, 20-50 kg / ha pe an de azot cad cu precipitații atmosferice, iar în unele zone emisiile ating 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?
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 arderea combustibilului în sectorul uman (Fig. 26). În plus, o anumită cantitate de oxigen format în atmosfera superioară atunci când disocierea apei și distrugerea ozonului de radiațiile ultraviolete, iar oxigenul consumat pentru procesele de oxidare în crusta în timpul eruptiilor vulcanice, și altele.
Fig. 26. Circulația oxigenului în biosferă.
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).
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.
Conservarea stratului de ozon este una dintre sarcinile globale ale comunității mondiale. Pentru a opri distrugerea stratului de ozon și restaurarea acestuia, este necesar să se renunțe la utilizarea substanțelor care conțin clor - clorofluorocarburile (freonii) utilizați în ambalajele de aerosoli și în instalațiile de refrigerare. De asemenea, este necesar să se reducă cantitatea de gaze de evacuare a motoarelor cu combustie internă și a dozelor de îngrășăminte azotate în agricultură.
1. Care este principala sursă de alimentare cu oxigen în atmosferă?
2. Indicație, în ce procese este absorbția oxigenului din atmosferă.
3. Pentru cât timp actualizează rezerva de oxigen din atmosferă?
4. Descrieți problema conservării stratului de ozon al atmosferei.
Despre ciclul fosforului pentru timpul previzibil, se poate vorbi doar condiționat. Fiind mult mai greu decât carbonul, oxigenul și azotul, fosforul nu formează aproape compuși volatili - acesta curge de la pământ la ocean și se întoarce în principal când terenul este crescut în timpul transformărilor geologice. Din acest motiv, ciclul fosforului se numește "deschis" (figura 27).
Fig. 27. Ciclul fosforului în biosferă.
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, dar acum resursele guano-ului sunt aproape epuizate.
Debitul de fosfor din pământ în ocean este intensificat datorită creșterii scurgerii de suprafață a apei în timpul distrugerii pădurilor, aratului solurilor și introducerii îngrășămintelor fosforice. 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 asupra agriculturii va fi epuizarea stocului de fosfor.
La încheierea acestui capitol este necesar să spunem câteva cuvinte pe populare (în special pe paginile de populare probleme „verzi“ de mediu), termenul „noosfera“, care a fost introdus în mod independent, în utilizarea mediului Teryarom P. de Chardin și VI Vernadsky. Cu toate acestea, în cazul în care Teryar de Chardin înțeles de către prima dezvoltare globală a noosferă „inteligență colectivă“, care Vernadsky a crezut că această „inteligența colectivă“ este de a transforma biosfera, îmbunătățirea condițiilor pentru viața umană de pe planetă.
Vernadsky a venit de la vedere scientist a relației dintre om și natură, adică, El credea că știința poate rezolva aproape orice problemă până la gestionarea principalelor cicluri de substanțe și pe tranziția umane „nutriție autotrofe“ cu utilizarea directă a energiei solare pentru producerea de alimente (evitarea posrednecheskuyu rolul de plante).
Vernadsky opiniile privind noosfera - un exemplu de utopism ecologice. Legăturile de sistem din biosferă ( „Piața Biosfera“) este atât de complicat încât oamenii nu pot controla. Intervențiile serioase în ciclurile biosferei duc la o agravare accentuată a situației ecologice, care se observă deja astăzi (distrugerea ecranului de ozon, încălzirea climei, poluarea globală a mediului, apariția unor noi "boli de mediu" etc.).
O persoană poate fi păstrată numai împreună cu biosfera, "integrând" activitățile sale economice în cicluri biosferice. NN Moise a scris despre posibilitatea „umane coadaptation și Biosfera“ și formarea pe această bază, anumite „stat quasistability“ cicluri de ultima modificare în care substanțele nu va depăși pragurile, începând cu modificări ireversibile care pot apărea. Această nouă stare a biosferei este posibilă în construirea comunității internaționale pentru dezvoltarea durabilă, dar luarea în considerare a acestei probleme este dincolo de domeniul de aplicare al ecologiei generale.
Articole similare
-
Normele sanitare de bază pentru lucrul cu substanțe radioactive împiedică accidentele de radiații și
Trimiteți-le prietenilor: