Круговорот воды в природе

Рис 3. Круговорот углерода.

Круговорот  кислорода

     Кислород - наиболее активный газ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен  кислорода среды с живыми организмами  или их остатками после гибели.

     В составе земной атмосферы кислород занимает второе место после азота. Господствующей формой нахождения кислорода  в атмосфере является молекула О2. Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального и органического миров.

     Свободный кислород современной земной атмосферы  является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений и  его общее количество отражает баланс между продуцированием кислорода  и процессами окисления и гниения  различных веществ. В истории  биосферы Земли наступило такое  время, когда количество свободного кислорода достигло определенного  уровня и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого  кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода⁴.  

Круговорот  азота

     При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них  азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве   трифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция СаСОз, образует нитраты:

     2HN0з  + СаСОз = Са(NОз)2 + СОС + Н0Н

     Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного  угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при .недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих де ни трифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде.

     Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к  полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам относятся, прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. Другим источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образование характерных вздутий — «клубеньков», почему они и получили название клубеньковых бактерий. Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества.

     Таким образом, в природе совершается  непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей  убираются наиболее богатые белками  части растений, например зерно. Поэтому  в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений.

Круговорот  фосфора и серы

     Фосфор  входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В различных минералах фосфор содержится в виде неорганического  фосфатиона (PO43-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи.

     Растения  поглощают PO43- из водного раствора и  включают фосфор в состав различных  органических соединений, где он выступает  в форме так называемого органического  фосфата. По пищевым цепям фосфор переходит от растений ко всем прочим организмам экосистемы.

     При каждом переходе велика вероятность  окисления содержащего фосфор соединения в процессе клеточного дыхания для  получения организмом энергии. Когда  это происходит, фосфат в составе  мочи или ее аналога вновь поступает  в окружающую среду, после чего снова  может поглощаться растениями и  начинать новый цикл.

     В отличие, например, от углекислого газа, который, где бы он ни выделялся в  атмосферу, свободно переносится в  ней воздушными потоками пока снова не усвоится растениями, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет "свободного возврата" в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы.

     Обратного пути, по сути дела, нет. Что-то может  вернуться на сушу с помощью рыбоядных  птиц, но это очень небольшая часть  общего количества, оказывающаяся к  тому же вблизи побережья. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются  над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это  происходит в течение миллионов  лет.

     Следовательно, фосфат и другие минеральные биогены  почвы циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие их "отходы" жизнедеятельности  откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так в основном и  происходит. Когда же в их функционирование вмешивается человек, он нарушает естественный круговорот, перевозя, например, урожай вместе с накопленными из почвы биогенами  на большие расстояния к потребителям.

Рис 5. Круговорот фосфора.

     Сера  встречается в природе как  в свободном состоянии (самородная сера), так и в различных соединениях. Очень распространены соединения серы с различными металлами. Из соединений серы в природе распространены также сульфаты, главным образом, кальция и магния. Наконец, соединения серы содержаться в организмах растений и животных.

     Сера  широко используется в народном хозяйстве. В виде серного цвета серу используют для уничтожения некоторых вредителей растений. Она применяется также  для приготовления спичек, ультрамарина (синяя краска), сероуглерода и ряда других веществ.

     Круговорот  серы происходит в атмосфере и  литосфере.  Поступление серы в  атмосферу происходит в виде сульфатов, серного ангидрида  и серы из литосферы  при вулканических извержениях, в виде сероводорода за счет распада  пирита (FeS2 ) и органических соединений. Антропогенным источником  поступления  серы в атмосферу являются тепловые электростанции и другие объекты, где  происходит сжигание угля, нефти и  других углеводородов, а поступление  серы в литосферу, в частности  в почву, происходит с удобрениями  и органическими соединениями⁵.

     Перенос соединений серы в атмосфере осуществляется воздушными потоками, а выпадение  на земную поверхность либо в виде пыли, либо с атмосферными осадками в виде дождя (кислотные дожди) и  снега.

     На  поверхности Земли в почве  и водоемах происходит связывание сульфатных и сульфитных соединений серы кальцием с образованием гипса (CaSO4). Помимо этого  происходит захоронение серы в осадочных  породах с органическими остатками  растительного и животного происхождения, из которых в дальнейшем происходит образование угля и нефти.

     В почве изменение соединений серы происходит с участием сульфобактерий использующих сульфатные соединения и  выделяющих  сероводород, который  поступая в атмосферу и окисляясь  снова переходит в сульфаты. Кроме  этого сероводород в почве  может восстанавливаться до серы, которая денитрифицирующими бактериями окисляется до сульфатов.  

Заключение

     Одно  из замечательных открытий геохимии заключается в установлении того, что движение многих химических элементов  осуществляется в виде круговых процессов - круговоротов. Именно эти элементы слагают земную кору, жидкую и газовую  оболочки нашей планеты. Их круговороты  могут происходить на ограниченном пространстве и на протяжении небольших  отрезков времени, а может охватывать всю наружную часть планеты и  огромные периоды. При этом малые  круговороты входят в более крупные, которые в своей совокупности складываются в колоссальные биогеохимические круговороты. Они тесно связаны  с окружающей средой.

       В биосфере, как и в каждой  экосистеме, постоянно осуществляется  круговорот углерода, азота, кислорода,  фосфора, серы и других химических  элементов. Энергия поступает  в экосистемы во время фотосинтеза,  а рассеивается главным образом  в виде тепла, когда организмы  используют ее для своей жизнедеятельности.  Вследствие непрерывно происходящих  потерь энергии необходимо, чтобы  она столь же непрерывно поступала  в экосистемы в виде энергии  солнечного света. В отличие  от этого вода и элементы  питания совершают непрерывный  круговорот.

     Рассмотренная мною тема является очень актуальной в свете современной экологической  ситуации. Вода – это источник жизни  на земле. Но, как выясняется не бесконечный. Дело в том, что загрязнение водных ресурсов земли имеет в настоящий  момент глобальный характер.

     Очень важно обеспечить «природе» нормальное функционирование ее базовых циклов обмена веществ. 

Список  литературы 

1. Захаров Е.И., Качурин Н.М., Панферова И.В. Основы общей экологии: Учеб. пособие. - Тула: ТулГТУ, 2002.
2. Мирасов О.Б. Физика вокруг нас. - М., 2006.
3. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2 т. - М.:Мир, 2006.
4. Одум Ю. Экология: В 2 т. - М.: Мир, 2003.
5. Реймерс Н. Ф. Охрана природы и окружающей человека Среды. – М., 2004.
6. Семенов В.П. Кашина О.М. Физические процессы в природе. - М., 2006.
7. Стадницкий Г. В., Родионов А. И. Экология. - М.: Высш. шк., 2006.
8. Фазилов Н.Р. Физика природы. - М., 2000.