Круговорот веществ, роль и место человека в биосфере

Министерство  Образования Российской Федерации

Филиал Байкальского Государственного университета экономики  и 

права в городе Братске

Финансово-кредитный  факультет 
 
 
 

РЕФЕРАТ

по Природопользованию

ТЕМА: Круговорот веществ, роль и место человека в биосфере. 

Выполнила:ст-ка гр. Н-02

Пономарева  А.Е.

                                                                      Научный рук-ль:

                                                                                   Епифанцева Е.И. 
 
 
 
 
 

Братск- 2004

С О Д Е  Р Ж А Н И Е :

Введение……………………………………………………………..3

1. Круговорот веществ: понятие, виды……………………..…..4

      1.1 Круговорот углерода………………………………………6

      1.2 Круговорот азота…………………………………………..7

2. Понятие загрязнения окружающей среды…………………..13

3. Ноосфера  как новая стадия эволюции биосферы…………15

Заключение…………………………………………………………..19

Список использованной литературы…………………………….20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Биосферой называют часть земного шара, в  пределах которой существует жизнь. Для этой особой оболочки Земли наиболее важными являются три условия. Во-первых, в ней имеется много воды в жидком состоянии, что автоматически подразумевает наличие достаточно плотной атмосферы и определенный диапазон температур. Во-вторых, на неё падает мощный поток лучистой энергии от Солнца. В-третьих, в ней имеются выраженные поверхности раздела между веществом в различных фазовых состояниях - газообразном, жидком и твёрдом.

     Следует отметить, что человек (со своим научно-техническим  прогрессом) занимает главное, основополагающее место в круговороте веществ биосферы. Если уже не говорить о его главенствующем месте в природной среде. Следствием развития науки и техники явилось загрязнение атмосферы, вод, почв нашей планеты. С момента появления человека биосфера вынуждена подстраиваться под все возникающие и возникающие потребности человечества. Защита окружающей среды - это комплексная проблема, которая может быть решена только совместными усилиями специалистов различных отраслей науки и техники. Наиболее эффективной формой защиты окружающей среды от вредного воздействия промышленных предприятий является переход к малоотходным и безотходным технологиям, а в условиях сельскохозяйственного производства к биологическим методам борьбы с сорняками и вредителями.  Это потребует решения целого комплекса сложных технологических, конструкторских и организационных задач.  
 

1.Круговорот веществ: понятие, виды.

  Академик  В. Р. Вильямс писал, что единственный способ придать чему-то конечному  свойства бесконечного - это заставить конечное вращаться по замкнутой кривой, т. е. вовлечь его в круговорот.

  Все вещества на планете Земля находятся в  процессе биохимического круговорота. Выделяют два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).

  Большой круговорот длится миллионы лет. Горные породы разрушаются, выветриваются и потоками вод сносятся в Мировой океан, где образуют мощные морские напластования. Часть химических соединений растворяется в воде или потребляется биоценозом. Крупные медленные геотектонические  изменения, процессы, связанные с опусканием материков и поднятием морского дна, перемещение морей и океанов в течение  длительного времени приводят к тому, что эти напластования  возвращаются на сушу и процесс начинается вновь.

  Малый круговорот, являясь частью большого, происходит на уровне биогеоценоза и заключается в том, что питательные вещества почвы, воды, воздуха аккумулируются в растениях, расходуются на создание их массы и жизненные процессы в них. Продукты распада органического вещества под воздействием бактерий вновь разлагаются до минеральных компонентов, доступных растениям, и вовлекаются ими в поток вещества.

              Возврат химических веществ из  неорганической среды через растительные  и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и химических реакций называется биохимическим циклом.

   В  круговороте веществ участвуют  три группы организмов:

  Продуценты (производители) - автотрофные организмы и зеленые растения, которые, используя солнечную энергию, создают первичную продукцию живого вещества. Они потребляют  углекислый газ, воду, соли и выделяют кислород. К этой группе принадлежат некоторые бактерии хемосептики, способные создавать органическое вещество.

  Консументы (потребители) - гетеротрофные организмы, питающиеся за счет автотрофных и друг друга. Они подразделяются на: консументы 1-го порядка - животные, питающиеся растениями, потребляющие кислород и выделяющие углекислый газ; консументы 2-го порядка - хищники и паразиты растительных организмов; консументы 3-го и 4-го порядка сверхпаразиты. Всего в цепи питания существует не более 5 звеньев.

  Редуценты (восстановители) - организмы, питающиеся организмами, бактериями и грибками. Здесь особенно велика роль микроорганизмов, до конца разрушающих органические остатки, превращающие их в конечные продукты: минеральные соли, углекислый газ, воду, простейшие органические вещества, поступающие в почву и вновь потребляемые растениями.

   В результате фотосинтеза на суше ежегодно создается 1,5*10¹⁰-5,5*10¹⁰ т растительной биомассы, в которой заключено около 3*10¹⁸ Кдж энергии. Весь прирост живого вещества составляет 8,8.10¹¹ т/год. Общая масса живого вещества на Земле включает около 500 тыс. видов растений и около 2 млн. видов животных.

  Скорость  образования биологического вещества (биомассы) т. е. образование массы вещества в единицу времени, называют продуктивностью экосистемы.

  На  суше общий объем биомассы равен 6,6*10¹² т, что составляет около 4,5*10¹⁸ кДж солнечной энергии. Биомасса океанов существенно меньше, чем на суше, т. е. 3*10¹⁰ т. В океане масса животных в 30 раз больше массы растений, а на суше масса растений составляет 98-99% от всей биомассы. Биологические продуктивности суши и океана примерно равны, т. к. биомасса океана состоит в основном из одноклеточных водорослей, которая обновляется ежедневно. Обновление биомассы суши происходит в течение 15 лет.

  1.1 Круговорот углерода

  Круговорот  энергии связан с круговоротом веществ. Наиболее характерен для процессов, происходящих в биосфере, круговорот углерода. Соединения углерода образуются, изменяются и разрушаются. Основной путь углерода - от углекислого газа в живое вещество и обратно. Часть углерода выходит из круговорота, отлагаясь в осадочных породах океана или в ископаемых горючих веществах органического происхождения (торф, каменный уголь, нефть, горючие газы), где уже аккумулирована его основная масса. Этот углерод принимает участие в медленном геологическом круговороте.

  Обмен углекислым газом происходит также  между атмосферой и океаном. В верхних слоях океана растворено большое количество углекислого газа, находящегося в равновесии с атмосферным. Всего в гидросфере содержится около 13*10¹³ т растворенного углекислого газа, а в атмосфере - в 60 раз меньше. Жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживаются относительно небольшими количествами углерода, участвующего в малом круговороте и содержащегося в растительных тканях (5*10¹¹ т), в тканях животных (5*10⁹ т).  
 
 

   1.2 Круговорот азота

   Важную роль в биосферных процессах играет круговорот азота. В них участвует только азот, входящий в определенные химические соединения.

   Фиксация  его в химических соединениях  происходит при вулканической деятельности, при грозовых разрядах в атмосфере в процессе её ионизации, при сгорании материалов. Определяющее значение в фиксации азота имеют микроорганизмы.

   Соединения  азота (нитраты, нитриты) в растворах  поступают в организмы растений, участвуя в образовании органического вещества (аминокислоты, сложные белки). Часть соединений

азота выносится  в реки, моря, проникает в подземные воды. Из соединений, растворенных в морской воде, азот поглощается водными организмами, а после их отмирания перемещается в глубь океана. Поэтому концентрация азота в верхних слоях океана заметно возрастает.

   Одним из важнейших элементов биосферы является фосфор, входящий в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, костной ткани. Фосфор также участвует в малом и большом круговоротах, усваивается растениями. В воде фосфаты натрия и кальция растворяются плохо, а в щелочной среде они практически не растворимы.

      Ключевым  элементом биосферы является вода. Круговорот воды происходит путем испарения  ее с поверхности водоемов и суши в атмосферу, а затем переносится воздушными массами, конденсируется и выпадает в виде осадков.

      Средняя продолжительность общего цикла обмена углерода, азота и воды, вовлеченных в биологический круговорот 300-400 лет. В соответствии с этой скоростью освобождаются минеральные соединения, связанные в биомассе. Освобождаются и минерализуются вещества гумуса почвы.

  Различные вещества имеют разную скорость обмена в биосфере. К подвижным относят: хлор, серу, бор, бром, фтор. К пассивным - кремний, калий, фосфор, медь, никель, алюминий и железо. Круговорот всех биогенных элементов происходит на уровне биогеоценоза. От того, насколько регулярно и полно осуществляется круговорот химических элементов, зависит продуктивность биогеоценоза.

  Вмешательство человека отрицательно влияет на процессы круговорота. Например, вырубка лесов  или нарушение процессов ассимиляции веществ растениями в результате загрязнений приводят к снижению интенсивности усвоения углерода. Избыток органических элементов в воде под воздействием промышленных стоков вызывает загнивание водоемов и перерасход растворенного в воде кислорода, что препятствует развитию аэробных (потребляющих кислород) бактерий. Сжигая ископаемое топливо, фиксируя атмосферный азот в продуктах производства, связывая фосфор в детергентах (синтетические моющие средства), человек нарушает круговорот элементов.

  Скорость круговоротов биогенных элементов достаточно высока. Время оборота атмосферного углерода составляет около 8 лет. Ежегодно в наземных экосистемах в круговорот вовлекаются примерно 12% содержащегося в воздухе диоксида углерода. Общее время круговорота азота оценивается более чем в 110 лет, кислорода - в 2500 лет.

  Круговорот  веществ в природе подразумевает  общую согласованность места, времени и скорости процессов по уровням от популяции до биосферы. Такую согласованность явлений природы называют экологическим равновесием, но это равновесие подвижное и динамичное.

  В процессе своей деятельности человек постоянно  воздействует на экосистему в целом или на ее отдельные звенья. Например, при отстреле животных, вырубке деревьев, загрязнении природной среды. Не всегда и не сразу это ведет к распаду всей системы, нарушению её стабильности. Но сохранение системы не значит, что она осталась неизменной. Система трансформируется, и оценить эти изменения крайне сложно.

В настоящее  время на земле практически не осталось экосистем, не подверженных влиянию человека. Воздействия человека на экосистемы так интенсивны, что организмы не успевают приспособиться к ним. На уровне отдельной особи происходят необратимые изменения: часть насекомых гибнет из-за ядовитости гербицидов, другие оказываются устойчивыми (толерантными) к ним. У некоторых отмечаются изменения в хромосомах (мутации), влияющие на наследственность.

   Выброс  в атмосферу загрязнителей (оксида серы, азота, фтористых соединений, углеводородов) меняет соотношение газов в атмосферном воздухе и создает помехи реакциям фотосинтеза, а в некоторых случаях убивает листву. В индустриальных районах повышение содержания в почве марганца, хрома, никеля, меди, кобальта, свинца снижает урожайность сельскохозяйственных культур. Например, пшеницы на 20-30%, картофеля на 47%, сахарной свеклы на 35%. Такие помехи ведут к разрушению экосистемы в целом, т. к. уничтожается основной трофический уровень - продуценты. За разрушением отдельных экосистем может последовать и разрушение биосферы в целом или намного снизится ее продуктивность.

 Вырубка лесов, эрозия почв, замещение природных  ландшафтов строительными объектами, горными выработками и городами снижает общую биомассу фотосинтетиков, делает привычным биотический круговорот, отрицательно влияет на жизнь человека.

   Развитие  биосферы связано с появлением человека на Земле, но длительное время воздействия  человека на биосферу определялись только наличием его как биологического вида.