Етапи кругообігу води в біосфері. Биогеохимический круговорот води в біосфері, намалювати схему і пояснити

ФГБОУ ВПО «Саратовський державний технічний університет імені Гагаріна Ю. А.»

Кафедра «Екологія»

Курсова робота
по предмету вчення про біосферу
на тему: «Кругообіг води в біосфері»

виконала:
студентка групи ЕКЛ-41
Азизова М.Н.

перевірив:
______________________________ _____ к. б. н., доцент Беляченко А. А.
Члени комісії:
______________________________ ____ к. б. н., доцент Абросимова О. В.

Зав. кафедрою _______________________ д. б. н., проф. Тихомирова Є. І.

Саратов 2012

Вступ
Відомо, що людський організм майже на 65% складається з води. Вода входить до складу тканин, без неї неможливе нормальне функціонування організму, здійснення процесу обміну, підтримка теплового балансу, видалення продуктів метаболізму і т.д.
Втрата організмом великої кількості води небезпечна для життя людини. У жарких районах без води людина може загинути через 5-7 доби, а без їжі за наявності води людина може жити тривалий час. Навіть в холодних поясах для збереження нормальної працездатності людині потрібно близько 1,5-2,5 літрів води на добу.
Якщо кількість води, яке втрачає людина, досягає 10% маси тіла на добу, настає значне зниження працездатності, а якщо воно зростає до 25%, то це зазвичай призводить до смерті. Однак навіть при великій втраті води всі порушені процеси в організмі швидко відновлюються, якщо організм поповниться водою до норми.
Використання в побуті. Їжа і напої: Вода, яка використовується для пиття, приготування їжі, льоду, напоїв, консервів, і багатьох інших харчових продуктів, тільки маленька частина великого спектра її застосування. Однак це вимагає дотримання стандарту якості на питну воду
Промислове застосування. Використання води в промисловості залежить від характеру і обсягу промисловості конкретного регіону. Це можуть бути системи охолодження та опалення, виробництво харчових продуктів, переробка відходів виробництва і т.д.
Недолік вологи служить обмежувальним чинником, що визначає межі життя і її зональний розподіл. При нестачі води у тварин і рослин виробляються пристосування до її добування і збереженню.

Загальні відомості про воду

Вода - сік життя. Таке визначення дав воді Леонардо да Вінчі.
У воді зародилося життя, без води не можливо взагалі існування - ні рослин, ні тварин, ні людей. Академік Ферсман назвав воду "найважливішим мінералом на землі, без якого немає життя".
Вода - це найбільша цінність не тільки для жителів пустелі, але і для кожної людини. Східна приказка говорить: "де вода, там життя. Де закінчується вода, там кінчається земля ".
Все живе речовина нашої планети на 2/3 складається з води. Без повітря життя можливе (анаероби), без води - немає. Недарма академік Вернадський вважав, що «вода і жива речовина - генетично пов'язані частини організованості земної кори», а німецький фізіолог Еміль Дюбуа писав: «Життя - це одухотворена вода». Без води людина не може жити і 3 днів. Вода становить 60% маси людини до 50 років. Основна частина води, близько 70%, зосереджена всередині клітин, а 30% - це позаклітинна вода, яка поділяється на дві частини: менша частина, близько 7%, - це кров і лімфа (вона є фільтром крові), а більша частина - міжтканинна , омиває клітини. Без води неможливе харчування і розвиток організму. Для життя необхідно, щоб поживні речовини потрапляли в кров, яка розносить їх по всьому організму. Сама кров, як показано, також містить велику кількість води. У кожному органі нашого тіла, в кожній живій клітині йдуть перетворення одних речовин в інші. З надходить в організм їжі виробляються складні речовини, необхідні для його нормальної роботи. Всі ці перетворення можливі тільки тоді, коли різні речовини в організмі знаходяться в розчині. Ось чому так багато води в нашому тілі.
Серед багатьох корисних властивостей води чи не найважливішим є її здатність вгамовувати спрагу. «Вода ... - це жива кров, яка створює життя там, де її не було» (А.А. Карпінський). Людина дуже швидко відчуває порушення водного балансу. Якщо кількість води в людському організмі зменшиться на 1-2% (0,5-1л) проти норми, людина відчуває спрагу; при зменшенні на 5-8% (2-3 л) його шкіра зморщується, в роті пересихає, запамороченнями, можуть з'явитися галюцинації; втрата 10% вологи (~ 5 л) викликає розлад психічного апарату, порушення ковтального рефлексу; при втраті 14-15% (7-8 л) людина помирає. Говорячи про чудесні властивості води і її незамінності в живому організмі, не можна не зупинитися на чудовій здатності самого організму регулювати водний баланс.
Як відомо, за нормою людина споживає 2,5 л води на добу. Ця вода є життєво необхідною для існування людини - вона розчиняє поживні речовини для їх проникнення в клітину, бере участь в хімічних процесах при травленні, а також вимиває продукти життєдіяльності і йде з організму через нирки і шкіру, несучи з собою шкідливі речовини. Якщо надходження води в організм припинилося, вона продовжує виділятися через нирки і шкіру. При цьому постійно відбувається згущення крові. Для того щоб припинити подальше її згущення, необхідно викликати почуття спраги в «керівництві» організму. Згущена кров, дійшовши до головного мозку, дратує центр, який регулює водно-сольовий баланс, звідти надходить сигнал в кору головного мозку приблизно такого змісту: «Шановний власник! Треба випити води ». Якщо ж немає можливості вгамувати спрагу, з названого вище центру надходить сигнал в маленьку залозу, що знаходиться під головним мозком (гіпофіз). На сигнал «зверху» гіпофіз виділяє гормон, який кров'ю доставляється в нирки і наказує їм з метою економії скоротити виділення води з сечею. Такий стан організму дозволяє виграти деякий час, необхідний для пошуку води. Таким чином, очевидно, що життєдіяльність людського організму міцно пов'язана з водою.
2. Кругообіг води в біосфері

Рис 2. Кругообіг води в біосфері.

Біосфера - зовнішня оболонка нашої планети, в ній відбуваються найважливіші процеси, одна з головних її геосфер. Кругообіг речовин в біосфері - багато століть був і до цього дня залишається об'єктом пильної уваги вчених. Завдяки круговороту речовин, формується глобальний хімічний обмін для всього живого на Землі, що підтримує життєдіяльність кожного виду, окремо взятого.

Швидка навігація по статті

два кругообігу

Існує два основних кругообігу:

1. геологічний, його також називають великим,
2. біологічний, він же малий.

Геологічний має глобальне значення, так як здійснює циркуляцію речовин між водними ресурсами Землі і сушею на планеті. Він забезпечує всесвітній оборот води, відомий кожному школяреві: випадання опадів, випаровування, випадання опадів, тобто - певну схему.

Системоутворюючим фактором тут є вода у всіх своїх агрегатних станах. Повний цикл цієї дії дає можливість здійснюватися зародженню організмів, їх розвитку, розмноженню і еволюції. Алгоритм великого циклу обороту речовин, крім насичення ділянок суші вологою, передбачає утворення і інших природних явищ: утворення осадових гірських порід, корисних копалин, магматичних лав і мінералів.

Біологічнимкруговоротом називається постійний обмін речовин між живими організмами і компонентами природних компонентів. Відбувається це таким чином: живі організми отримують енергетичні потоки, а потім, проходячи процес розкладання органіки, енергія знову потрапляє в елементи навколишнього середовища.

Кругообіг органічної речовини безпосередньо відповідає за обмін речовин між представниками флори, фауни, мікроорганізмами, ґрунтовими породами, і так далі. Біологічний круговорот забезпечується на різних рівнях екосистеми, утворюючи своєрідний оборот хімічних реакцій і різні перетворення енергії в біосфері. Така схема була сформована багато тисячоліть тому і працює весь цей час в одному і тому ж режимі.

Основні елементи

У природі існує безліч хімічних елементів, проте, необхідних для живої природи з них не так вже й багато. Виділяють чотири основних елементи:

1. кисень,
2. водень,
3. вуглець,
4. азот.

Кількість цих речовин, займає більше половини від усього біологічного кругообігу речовин в природі. Також є елементи важливі, але використовувані в набагато менших обсягах. Це фосфор, сірка, залізо і деякі інші.

Біогеохімічні кругообіги поділяють на такі два важливих дії, як вироблення сонячної енергії Сонцем і хлорофілу зеленими рослинами. Хімічні ж елементи мають неминучі точки дотику з біогеохімічним і попутно доповнюючи цю процедуру.

вуглець

Цей хімічний елемент - найважливіший компонент кожної живої клітини, організму або мікроорганізму. Органічні сполуки вуглецю можна сміливо назвати основним компонентом можливості протікання і розвитку життя.

У природі цей газ знаходиться атмосферних шарах і, частково, в гідросфері. Саме з них відбувається запітиванія вуглецем всіх рослин, водоростей і деяких мікроорганізмів.

Вивільнення газу відбувається шляхом дихання і життєдіяльності живих організмів. Крім цього, кількість вуглецю в біосфері поповнюється і з ґрунтових шарів, завдяки здійснюваному газообміну кореневими системами рослин, що розкладаються залишками і іншими групами організмів.

Поняття про біосферу та біологічному кругообігу неможливо уявити собі без вуглецевого обміну. На Землі є солідний запас цього хімічного елемента і знаходиться він в деяких осадових породах, неживих організмах і копалин.

Надходження вуглецю можливі з вапнякових порід, що знаходяться під землею, вони можуть оголюватися при розробках родовищ або випадкових ерозіях грунтів.

Оборот вуглецю в біосфері відбувається шляхом багаторазового проходження через дихальні системи живих організмів і накопичення в абіотичних факторах екосистеми.

фосфор

Фосфор, як компонент біосфери, не так цінний в чистій формі, як в складі багатьох органічних сполук. Деякі з них життєво важливі: в першу чергу - це клітини ДНК, РКН і АТФ. Схема кругообігу фосфору заснована саме на ортофосфорну з'єднанні, так як засвоюється найкраще саме такий вид речовини.

Обертання фосфору в біосфері, грубо кажучи, складається з двох частин:

1. водної частини планети - від переробки примітивним планктоном до відкладення у вигляді скелетів морських риб,
2. наземної середовища - тут він найбільш сконцентрований у вигляді елементів грунту.

Фосфор є основою такого відомого корисних копалин, а апатит. Розробки рудників з фосфорвмісними копалинами вельми популярні, але ця обставина зовсім не підтримує круговорот фосфору в біосфері, а навпаки, виснажує його запаси.

азот

Хімічний елемент Азот присутній на планеті в мізерних кількостях. Зразкове його зміст, в яких би то не було живих елементах, всього лише близько двох відсотків. Але без нього життя на планеті є неможливою.

В круговороті азоту в біосфері вирішальна роль належить певних видів бактерій. Велика ступінь участі тут відведена азотфиксаторов і аммоніфіцірующім мікроорганізмам. Їх участь в даному алгоритмі настільки значно, що, якщо деяких представників цих видів не стане, вірогідність життя на Землі буде під питанням.

Справа тут в тому, що цей елемент в молекулярному вигляді, такому, яким він виглядає в атмосферних шарах, не може бути засвоєний рослинами. Як наслідок, щоб забезпечити оборот азоту в біосфері, необхідна його переробка до аміаку або амонію. Схема переробки азоту, таким чином, повністю залежить від діяльності бактерій.

Також важливе участь в процесі кругообігу азоту в екосистемі приймає схема кругообігу вуглецю в біосфері - обидва ці цикли тісно пов'язані між собою.

Сучасні процеси виробництва добрив та інші промислові чинники мають величезний вплив на зміст атмосферного виду азоту - для деяких місцевостей його кількість перевищено у багато разів.

кисень

У біосфері постійно відбувається кругообіг речовин і перетворення енергії з одного виду в інший. Найважливішим циклом в цьому плані є функція фотосинтезу. Саме фотосинтез забезпечує повітряний простір вільним киснем, який здатний озонувати певні шари атмосфери.

Кисень також вивільняється з молекул води в процесі кругообігу води в біосфері. Однак даний абиотический фактор наявності цього елемента мізерно малий у порівнянні з тією кількістю, яку виробляють рослини.

Кругообіг кисню в біосфері - процес тривалий, але дуже інтенсивний. Якщо взяти весь обсяг цього хімічного елемента в атмосфері, то його повний цикл від розкладання органічної речовини до виділення рослиною протягом фотосинтезу, триває приблизно дві тисячі років! У цього циклу немає перерв, він відбувається щодня, щороку, багато тисячоліть.

У наш час в процесі обміну речовин відбувається зв'язування значної кількості вільного кисню через промислових викидів, транспортних вихлопних газів та інших забруднюючих атмосферу факторів.

вода

Поняття про біосферу та біологічному кругообігу речовин важко уявити без такого важливого хімічної сполуки, як вода. Напевно, пояснювати, чому - немає необхідності. Схема циркуляції води всюди: всі живі організми на три чверті складаються з води. Рослинам вона потрібна для фотосинтезу, в результаті чого виділяється кисень. При диханні також утворюється вода. Якщо коротко оцінити всю історію життя і розвитку нашої планети, то повний круговорот води в біосфері, від розкладання до новоутворення, був пройдений тисячі разів.

Так як в біосфері постійно відбувається кругообіг речовин і перетворення енергії однієї в іншу, то саме перетворення води нерозривно пов'язане практично зі всіма іншими циклами і оборотами в природі.

сірка

Сірка, як хімічний елемент, приймає важливе участь в побудові правильної структури білкової молекули. Кругообіг сірки відбувається завдяки багатьом видам найпростіших, а точніше кажучи, бактерій. Аеробні бактерії окислюють сірку, що міститься в органіці до сульфатів, а потім, інші види бактерій завершують процес окислення до елементарної сірки. Спрощена схема, по якій можна описати круговорот сірки в біосфері, виглядає як безперервні процеси окислення і відновлення.

У процесі кругообігу речовин в біосфері відбувається накопичення залишків сірки в Світовому океані. Джерела цього хімічного елемента - стоки річкових вод, які переносять сірку потоками води з грунтів і гірських схилів. Виділяючись з річкових і грунтових вод у вигляді сірководню, сірка частково потрапляє в атмосферу і звідти, включаючись в круговорот речовин, повертається в складі дощової води.

Сірчані сульфати, деякі види горючих відходів і тому подібні викиди неминуче призводять до підвищеного вмісту діоксиду сірки в атмосфері. Наслідки цього плачевні: кислотні дощі, захворювання органів дихання, знищення рослинності та інші. Перетворення сірки, спочатку призначене для нормального функціонування екосистеми, на сьогоднішній день перетворюється на зброю ураження живих організмів.

Залізо

Залізо чистого виду в природі зустрічається дуже рідко. В основному, наприклад, його можна виявити в останках метеоритів. Сам по собі метал цей - м'який і податливий, але на відкритому повітрі моментально вступає в реакцію з киснем і утворює оксиди і оксиди. Тому, основний вид залізовмісного речовини - це залізна руда.

Відомо, що круговорот речовин в біосфері здійснюються у вигляді різних сполук, в тому числі залізо також має активний цикл звернення до природі. В грунтові шари або Світовий океан феррум потрапляє з гірських порід або разом з вулканічним попелом.

У живій природі залізо відіграє найважливішу роль, без нього не відбувається процес фотосинтезу, не утворюється хлорофіл. В живих організмах залізо використовується для утворення гемоглобіну. Відпрацювавши свій цикл, потрапляє у вигляді органічних решток в ґрунт.

Також існує морський круговорот заліза в біосфері. Основний принцип у нього схожий на наземний. Деякі види організмів окислюють залізо; тут використовується енергія, а після завершення життєвого циклу метал осідає в водних глибинах у вигляді руди.

Бактерії, організми, які беруть участь в природних циклах екосистеми

Кругообіг речовин і енергії в біосфері - безперервний процес, що забезпечує своєї безперебійною роботою життя на Землі. Основи цього циклу знайомі навіть школярам: рослини, харчуючись вуглекислим газом, виділяють кисень, тварини і люди вдихають кисень, залишаючи вуглекислий газ як продукт переробки дихального процесу. Робота бактерій і грибів - переробляти останки живих організмів, перетворюючи їх з органіки в мінеральні речовини, в результаті засвоювані рослинами.

Яку функцію виконує біологічний круговорот речовин? Відповідь проста: тому що запас хімічних елементів і мінералів на планеті хай і великий, але, все одно, обмежений. Необхідний саме циклічний процес перетворень і оборотності всіх важливих компонентів біосфери. Поняття про біосферу та біологічному обміні речовин дає визначення вічної тривалості життєвих процесів на Землі.

Слід зазначити, що мікроорганізми в даному питанні грають дуже велику роль. Наприклад, круговорот фосфору неможливий без нитрифицирующих бактерій, окислювальні процеси залоза не працюють без железобактерий. Бульбочкові бактерії відіграють велику роль в природному обороті азоту - без них подібний цикл просто зупинився б. В круговороті речовин в біосфері цвілеві гриби є свого роду санітарами, що розкладають органічні залишки до мінеральних складових.

Кожен клас організмів, що населяють планету, виконує свою важливу роль в переробці тих чи інших хімічних елементів, вносить вклад в поняття про біосферу і біологічному кругообігу. Найпримітивніший приклад ієрархії тваринного світу - харчова ланцюг, однак, функцій у живих організмів набагато більше, а результат глобальніше.

Кожен організм, по суті, є складовим біосистеми. Щоб оборот речовин в біосфері працював циклічно і правильно, важливо дотримання балансу між кількістю надходить в біосферу речовини і тією кількістю, яку можуть переробити мікроорганізми. На жаль, з кожним наступним циклом кругообігу в природі цей процес все більше порушується внаслідок людського втручання. Екологічні питання стають глобальними проблемами екосистеми та шляхи їх вирішення дорогі фінансово, ще дорожчі, якщо оцінювати їх з боку проходження природних процесів.

Енергетичний баланс біосфери - співвідношення між поглинається і випромінюється енергією. Визначається приходом енергії Сонця і космічних променів, яка засвоюється рослинами під час фотосинтезу, частина перетворюється в інші види енергії і ще частина розсіюється в космічному просторі.

Кругообіг в біосфері - повторювані процеси перетворень і просторових переміщень речовин, що мають певне поступальний рух, що виражається в якісних і кількісних відмінностях окремих циклів.

Виділяють два види кругообігу:

великий (Геологічний) (круговорот речовин протікає від декількох тисяч до декількох мільйонів років, включаючи в себе такі процеси, як круговорот води і денудація суші. Денудація суші складається із загального вилучення речовини суші (52990 млн.т / рік), загального привноса речовини на сушу (4043 млн.т / рік) і становить 48947 млн.т / рік. Антропогенне втручання веде до прискорення денудации, приводячи, наприклад, до землетрусів в зонах водосховищ, побудованих в сейсмоактивних районах)

малий (Біотичний) (круговорот речовини відбувається на рівні біогеоценозу або біогеохімічного циклу)

3. Кругообіг найважливіших хімічних елементів в біосфері: вуглецю, азоту, фосфору, кисню.

вуглець в біосфері часто представлений найбільш рухомий формою - C0 2. Джерелом є вулканічна діяльність, пов'язана з віковою дегазацією мантії і нижніх шарів земної кори.

Міграція C0 2 в біосфері Землі протікає двома шляхами:

1-й шлях закладається в поглинання його в процесі фотосинтезу з утворенням органічних речовин і подальшому похованні їх в літосфері у вигляді торфу, вугілля, гірських сланці, розсіяною органіки, осадових гірських порід. Так, в далекі геологічні епохи сотні млн. Років тому значна частина фотосинтетичного органічного речовини не використовувалася ні консументами, ні редуцентамі, а накопичувалася і поступово ховає під різними мінеральними опадами. Перебуваючи в породах млн. Років, цей детрит під дією високих t і P (процес метаморфизации) перетворювався в нафту, природний газ і вугілля (в залежності від вихідного матеріалу, тривалості та умов перебування в породах). Тепер в обмежених кількостях добувають це викопне паливо для забезпечення потреб в енергії, а спалюючи його, в певному сенсі завершують кругообіг вуглецю.

за 2-му шляху міграція З здійснюється створенням карбонатної системи в різних водоймах, де CO 2 переходить в H 2 CO 3, HCO 3 1, CO 3 2-. Потім за допомогою розчиненого у воді кальцію відбувається осадження карбонатів CaCO 3 біогенних і абіогенним шляхами. Виникають потужні товщі вапняків. Поряд з цим великим кругообігом вуглецю існує ще ряд малих його кругообігів на поверхні суші і в океані. В межах суші, де існують рослини, CO 2 атмосфери поглинається в процесі фотосинтезу в денний час. У нічний час частина його виділяється рослинами у зовнішнє середовище. Із загибеллю рослин і тварин на поверхні відбувається окислення органічних речовин з утворенням CO 2. Особливе місце в сучасному круговороті речовин займає масове спалювання органічних речовин і поступове зростання вмісту CO 2 в атмосфері, пов'язане з ростом промислового виробництва і транспорту.

Азот.

При гнитті органічних речовин значна частина міститься в них азоту перетворюється в NH 4, який під впливом що живуть у грунті тріфіцірующіх бактерій окислюється в азотну кислоту. Вона вступаючи в реакцію з перебувають у грунті карбонатами (наприклад з СаСО 3), утворює нітрати:

2HN0 3 + СаСО 3  Са (NО 3) 2 + СО 2 + Н 2 0

Деяка ж частина азоту завжди виділяється при гнитті у вільному вигляді в атмосферу. Вільний азот виділяється також при горінні органічних речовин, при спалювання дров, кам'яного вугілля, торфу. Крім того, існують бактерії, які при недостатньому доступі повітря можуть віднімати O 2 від нітратів, руйнуючи їх із виділенням вільного азоту. Діяльність цих денитрифицирующих бактерій призводить до того, що частина азоту з доступної для зелених рослин форми (нітрати) переходить в недоступну (вільний азот). Т.ч., далеко не весь азот, який входив до складу загиблих рослин, повертається назад в грунт; частина його поступово виділяється в вільному вигляді. Постійне зменшення мінеральних азотних сполук давно мусила б призвести до повного припинення життя на Землі, якби в природі не існували процеси відшкодування втрати азоту. До таких процесів відносяться перш за все відбуваються в атмосфері електричні розряди, при яких завжди утвориться деяка кількість оксидів азоту; останні з водою дають азотну кислоту, перетворюючись в грунті в нітрати. Іншим джерелом потрапляння азотних сполук грунту є життєдіяльність так званих азотобактерій, здатних засвоювати атмосферний азот. Деякі з цих бактерій поселяються на коренях рослин із сімейства бобових, викликаючи утворення характерних потовщень - «бульбочок». Засвоюючи атмосферний азот, бульбочкові бактерії переробляють його в азотні сполуки, а рослини, у свою чергу, перетворюють останні у білки й інші складні речовини. Таким чином, в природі відбувається безперервний кругообіг азоту. Проте щорічно з врожаєм з полів збирають найбільш багаті білками частини рослин, наприклад зерно. Тому в грунт необхідно вносити добрива, відшкодовують в ній важливих елементів живлення рослин.

фосфор входить до складу генів і молекул, що переносять енергію всередину клітин. У різних мінералах P міститься у вигляді неорганічного фосфатіона (PO 4 3-). Фосфати розчинні у воді, але не летючий. Рослини поглинають PO 4 3- з водного розчину і включають фосфор до складу різних органічних сполук, де він виступає в формі т.зв. органічного фосфату. За харчових ланцюгах P переходить від рослин до всіх інших організмів екосистеми. При кожному переході велика ймовірність окислення міститься P з'єднання в процесі клітинного дихання для отримання органічної енергії. Коли це відбувається, фосфат в складі сечі або її аналога знову надходить в навколишнє середовище, після чого знову може поглинатися рослинами і починати новий цикл. На відміну, наприклад, від CO 2, який, де б він не виділявся в атмосферу, вільно переноситься в ній повітряними потоками, поки знову не засвоїться рослинами, у фосфору немає газової фази і, отже, немає «вільного повернення» в атмосферу. Потрапляючи в водойми, фосфор насичує, а іноді і перенасичує екосистеми. Зворотного шляху, по суті справи, немає. Щось може повернутися на сушу з допомогою рибоядних птахів, але це дуже невелика частина загальної кількості, що виявляється до того ж поблизу узбережжя. Океанічні відкладення фосфату з часом піднімаються над поверхнею води в результаті геологічних процесів, але це відбувається протягом мільйонів років.

Кисень.Кисень - найбільш активний газ. У межах біосфери відбувається швидкий обмін кисню середовища з живими організмами або їх залишками після загибелі.

У складі земної атмосфери кисень займає друге місце після азоту. Панівною формою знаходження кисню в атмосфері є молекула О2. Кругообіг кисню в біосфері дуже складний, оскільки він вступає в безліч хімічних сполук мінерального і органічного світів.

Вільний кисень сучасної земної атмосфери є побічним продуктом процесу фотосинтезу зелених рослин і його загальна кількість відображає баланс між продукуванням кисню і процесами окислення і гниття різних речовин. В історії біосфери Землі настав такий час, коли кількість вільного кисню досягло певного рівня і виявилося збалансованим таким чином, що кількість виробленого кисню стало рівним кількості поглинається кисню.

100 р бонус за перше замовлення

Виберіть тип роботи Дипломна робота Курсова робота Реферат Магістерська дисертація Звіт по практиці Стаття Доповідь Рецензія Контрольна робота Монографія Рішення задач Бізнес-план Відповіді на питання Творча робота Есе Креслення Твори Переклад Презентації Набір тексту Інша Підвищення унікальності тексту Кандидатська дисертація Лабораторна робота Допомога on-line

Дізнатись ціну

У біосфері, як і в кожній екосистемі, постійно здійснюється кругообіг вуглецю, азоту, водню, кисню, фосфору, сірки та інших речовин. Вуглекислий газ поглинається рослинами, продуцентами і в процесі фотосинтезу перетворюється на вуглеводи, білки, ліпіди та інші органічні сполуки. Ці речовини з їжею використовують тварини-консументи. Одночасно з цим в природі відбувається зворотний процес. Всі живі організми дихають, виділяючи CO2, який надходить в атмосферу. Мертві рослинні і тваринні залишки і екскременти тварин розкладаються мікроорганізмами-редуцентами. CO2 виділяється в атмосферу. Частина вуглецю накопичується в грунті у вигляді органічних сполук. У процесі кругообігу вуглецю в біосфері утворюються енергетичні ресурси: нафта, кам'яне вугілля, горючі гази, торф і деревина.

Кругообіг вуглецю:

При розкладанні рослин і тварин азот виділяється у вигляді аміаку. Нитрифицирующие бактерії перетворюють аміак в солі азотної та азотної кислот, які засвоюються рослинами. Деякі азотфиксирующие бактерії здатні засвоювати атмосферний азот. Так замикається круговорот азоту в природі.

Кругообіг азоту:

Кругообіг кисню:

Кругообіг води:

кругообіг сірки

В результаті кругообігу речовин в біосфері відбувається безперервна біогенна міграція елементів: необхідні для життя рослин і тварин хімічні елементи переходять із середовища в організм, при розкладанні організмів ці елементи знову повертаються в середу, звідки надходять в організм. Основа біосфери - кругообіг органічної речовини, що здійснюється за участю всіх організмів, що населяють біосферу, отримала назву біотичного кругообігу.

Кругообіг води в природі (гідрологічний цикл) - процес циклічного переміщення води в земній біосфері. Складається з випаровування, конденсації і опадів.

Моря втрачають через випаровування більше води, ніж отримують з опадами, на суші - положення зворотне. Вода безперервно циркулює на земній кулі, при цьому її загальна кількість залишається незмінним.

Три чверті поверхні земної кулі покриті водою. Водну оболонку Землі називають гідросферою. Більшу її частину становить солона вода морів і океанів, а меншу - прісна вода озер, річок, льодовиків, грунтові води і водяна пара.

На землі вода існує в трьох агрегатних станах: рідкому, твердому і газоподібному. Без води неможливе існування живих організмів. У будь-якому організмі вода є середовищем, в якій відбуваються хімічні реакції, без яких не можуть жити живі організми. Вода є найціннішим і найнеобхіднішим речовиною для життєдіяльності живих організмів.

Постійний обмін вологою між гідросферою, атмосферою і земною поверхнею, що складається з процесів випаровування, пересування водяної пари в атмосфері, його конденсації в атмосфері, випадання опадів і стоку, отримав назву кругообігу води в природі. Атмосферні опади частково випаровуються, частково утворюють тимчасові та постійні водостоки і водойми, частково - просочуються в землю і утворюють підземні води.

Розрізняють декілька видів кругообігів води в природі:

1. Великий, або світовий, кругообіг - водяна пара, що утворився над поверхнею океанів, переноситься вітрами на материки, випадає там у вигляді атмосферних опадів і повертається в океан у вигляді стоку. У цьому процесі змінюється якість води: при випаровуванні солона морська вода перетворюється в прісну, а забруднена - очищається.

2. Малий, або океанічний, кругообіг - водяна пара, що утворився над поверхнею океану, сконденсіруется і випадає у вигляді опадів знову в океан.

3. Внутріконтинентальний круговорот - вода, яка випарувалася над поверхнею суші, знову випадають на сушу у вигляді атмосферних опадів.

Зрештою, опади в процесі руху знову досягають Світового океану.

Ф-Х властивості води

1. Поверхневий натяг - це ступінь зчеплення молекул води один з одним. Органічні і неорганічні сполуки розчиняються в рідких середовищах, що містять воду, тому поверхневий натяг споживаної нами води має велике значення. Будь-яка рідина в організмі містить воду і, так чи інакше, бере участь в реакціях. Вода в організмі відіграє роль розчинника, забезпечує транспортну систему і служить місцем існування наших клітин. Тому, чим нижче поверхневий натяг, відповідно, вище растворяющая здатність води, тим краще вода виконує свої основні функції. У тому числі і роль транспортної системи. Поверхневий натяг визначає смачиваемость води і її розчиняють властивості. Чим нижче поверхневий натяг, тим вище розчиняють властивості, тим вище плинність. Всі три величини - поверхневий натяг, плинність і растворяющая здатність - пов'язані між собою.

2. Кислотно-лужна рівновага води. Основні життєві середовища (кров, лімфа, слина, міжклітинна рідина, спинномозкова рідина та ін.) Мають слаболужну реакцію. При зрушеннях їх в кислу сторону, змінюються біохімічні процеси, організм закісляется. Це веде до розвитку хвороб.

3. Окисно-відновний потенціал води. Це здатність води вступати в біохімічні реакції. Вона визначається наявністю вільних електронів у воді. Це дуже важливий показник для організму людини.

4. Жорсткість води - наявність у ній різних солей.

5. Температура води визначає швидкість протікання біохімічних реакцій.

6. Мінералізація води. Наявність у воді макро- і мікроелементів необхідно для життєдіяльності організму людини. Рідини організму представляють собою електроліти, поновлювані мінералами, в тому числі і за рахунок води.

7. Екологія води - хімічне забруднення та біогенне забруднення. Чистота води - наявність у ній домішок, бактерій, солей важких металів, хлору та ін.

8. Структура води. Вода являє собою рідкий кристал. Диполі молекули води орієнтуються в просторі певним чином, з'єднуючись в структурні конгломерати. Це дозволяє рідини складати єдину біоенергоінформаційну середу. Коли вода знаходиться в стані твердого кристала (льоду), молекулярна решітка жорстко орієнтована. При таненні розриваються жорсткі структурні молекулярні зв'язки. І частина молекул, вивільняючись, утворює рідку середу. В організмі вся рідина структурована особливим чином.

9. Інформаційна пам'ять води. За рахунок структури кристала відбувається запис інформації, що виходить від біополя. Це одне з дуже важливих властивостей води, що має велике значення для всього живого.

10. Хадо - хвильова енергетика води.

2. Біологічне значення води

Вода як розчинник. Вода - чудовий розчинник для полярних речовин. До них відносяться іонні сполуки, такі як солі, у яких заряджені частинки (іони) діссоціііруют в воді, коли речовина розчиняється, а також деякі неіонні з'єднання, наприклад цукру і прості спирти, в молекулі яких присутні заряджені (полярні) групи (-OH) .

Коли речовина розчиняється, його молекули або іони отримують можливість рухатися вільніше і, відповідно, його реакційна здатність зростає. З цієї причини в клітці велика частина хімічних реакцій протікає у водних розчинах. Неполярні речовини, наприклад ліпіди, не змішуються з водою і тому можуть розділяти водні розчини на окремі компартаменти, подібно до того, як їх розділяють мембрани. Неполярні частини молекул відштовхуються водою і в її присутності притягуються один до одного, як це буває, наприклад, коли крапельки масла зливаються в більш великі краплі; інакше кажучи, неполярні молекули гідрофобні. Подібні гідрофобні взаємодії грають важливу роль в забезпеченні стабільності мембран, а також багатьох білкових молекул, нуклеїнових кислот та інших субклітинних структур.

Притаманні воді властивості розчинника означають також, що вода служить середовищем для транспорту різних речовин. Цю роль вона виконує в крові, в лімфатичної та екскреторних системах, в травному тракті і у флоеме і ксилемі рослин.

Велика теплоємність. Питомою теплоємністю води називають кількість теплоти в джоулях, яке необхідно, щоб підняти температуру 1 кг води на 1 ° C. Вода має велику теплоємність (4,184 Дж / г). Це означає, що істотне збільшення теплової енергії викликає лише порівняно невелике підвищення її температури. Пояснюється таке явище тим, що значна частина цієї енергії витрачається на розрив водневих зв'язків, що обмежують рухливість молекул води.

Велика теплоємність води зводить до мінімуму що відбуваються в ній температурні зміни. Завдяки цьому біохімічні процеси протікають в меншому інтервалі температур, з більш постійною швидкістю і небезпека порушення цих процесів від різких відхилень температури загрожує їм не настільки сильно. Вода служить для багатьох кліток і організмів середовищем проживання, для якої характерно досить значне сталість умов.

Велика теплота випаровування. Прихована теплота випаровування є міра кількості теплової енергії, яку необхідно повідомити рідини для її переходу в пар, тобто для подолання сил молекулярного зчеплення в рідині. Випаровування води вимагає досить значних кількостей енергії (2494 Дж / г). Це пояснюється існуванням водневих зв'язків між молекулами води. Саме в силу цього температура кипіння води - речовини з такими малими молекулами - незвичайно висока.

Енергія, необхідна молекулам води для випаровування, черпається з їх оточення. Таким чином, випаровування супроводжується охолодженням. Це явище використовується у тварин при потовиділенні, при тепловій задишці у ссавців або у деяких рептилій (наприклад, у крокодилів), які на сонці сидять з відкритим ротом; можливо, воно грає помітну роль і в охолоджуванні транспірірующей листя.

Велика теплота плавлення. Прихована теплота плавлення є міра теплової енергії, необхідної для розплавлення твердої речовини (льоду). Воді для плавлення (танення) необхідно порівняно велика кількість енергії. Справедливо і зворотне: при замерзанні вода повинна віддати велику кількість теплової енергії. Це зменшує ймовірність замерзання вмісту кліток і оточуючої їх рідини. Кристали льоду особливо згубні для живого, коли вони утворюються всередині клітин.

Щільність і поведінку води поблизу точки замерзання. Щільність води (максимальна при + 4 ° С) від +4 до 0 ° С знижується, тому лід легше води і у воді не тоне. Вода - єдина речовина, що володіє в рідкому стані більшою щільністю, ніж в твердому, так як структура льоду більш рихла, ніж структура рідкої води.

Оскільки лід плаває у воді, він утворюється при замерзанні спочатку на її поверхні і лише під кінець в придонних шарах. Якби замерзання ставків йшло в зворотному порядку, від низу до верху, то в областях з помірним або холодним кліматом життя в прісноводих водоймах взагалі не могла б існувати. Та обставина, що шари води, температура яких впала нижче 4 ° С, піднімаються вгору, обумовлює перемішування води в великих водоймах. Разом з водою циркулюють і що знаходяться в ній поживні речовини, завдяки чому водойми заселяються живими організмами на велику глибину.

Після проведення ряду експериментів було встановлено, що зв'язана вода при температурі нижче точки замерзання не переходить в кристалічну решітку льоду. Це енергетично невигідно, так як вода досить міцно пов'язана з гідрофільними ділянками розчинених молекул. Це знаходить застосування в кріомедицини.

Велике поверхневий натяг і когезия. Когезия - це зчеплення молекул фізичного тіла один з одним під дією сил тяжіння. На поверхні рідини існує поверхневе натягнення - результат діючих між молекулами сил когезії, направлених всередину. Завдяки поверхневому натягу рідина прагне прийняти таку форму, щоб площа її поверхні була мінімальною (в ідеалі - форму кулі). З усіх рідин найбільше поверхневе натягнення у води (7,6 10-4 Н / м). Значна когезия, характерна для молекул води, грає важливу роль в живих клітинах, а також при русі води по судинах ксилеми в рослинах. Багато дрібних організми витягують для себе користь з поверхневого натягу: воно дозволяє їм утримуватися на воді або ковзати по її поверхні.

Вода як реагент. Біологічне значення води визначається і тим, що вона являє собою один з необхідних метаболітів, тобто бере участь у метаболічних реакціях. Вода використовується, наприклад, в якості джерела водню в процесі фотосинтезу, а також бере участь в реакціях гідролізу.

Вода безперервно циркулює на земній кулі, при цьому її загальна кількість залишається незмінним.

Потік енергії - це кількість енергії, переносний через деяку довільну майданчик в одиницю часу. Одиницею вимірювання потоку енергії є ват, рівний одному джоулю, діленому на секунду. Піраміди енергетичних потоків.

З кожним переходом з одного трофічного рівня в інший в межах харчового ланцюга або мережі відбувається робота і в навколишнє середовище виділяється теплова енергія, а кількість енергії високої якості, використовуваної організмами наступного трофічного рівня, сніжается.Правіло 10%: при переході з одного трофічного рівня на інший 90% енергії втрачається, і 10% передається на наступний рівень. Чим довше харчова ланцюг, тим більше втрачається корисної енергії. Тому довжина харчового ланцюга зазвичай не перевищує 4 - 5 ланок.

Кругообіг кисню. Биогенное значення кисню. Біохімічні, анатомічні та фізіологічні механізми використання кисню організмами. Резервний фонд кругообігу кисню, джерела надходження кисню в біосферу.

Кругообіг кисня, взаємообмін киснем, який здійснюється між атмосферою і океанами, між процесами, що відбуваються в тварин і рослинах, і хімічним горінням. Основним джерелом відновлення кисню на Землі є ФОТОСИНТЕЗ, процес, що відбувається в рослинах, при якому відбувається виділення кисню. Розчинений у воді кисень поглинається водними формами життя за допомогою ДИХАННЯ, процесу, життєво-важливого для всіх форм життя, крім анаеробних бактерій. Цей хімічний елемент володіє найвищим властивістю до окислення, утворюючи безліч окислів, як з металами, так і з неметалами. Саме тому багато металів і неметали не зустрічаються в чистому вигляді, а тільки у вигляді руд, які за своїм складом є різними оксидами. Це - найбільш поширений елемент Землі. Морська вода містить його понад 80%, а майже половина ваги земної кори належить кисню. Такий високий вміст кисню стало можливим завдяки фотосинтезу. Зелені рослина під дією сонячного світла перетворюють двоокис вуглецю і воду в вуглеводи і кисень. Його значення для життя на Землі важко переоцінити. Всі з'єднання цього елемента і він сам грають величезну роль в обміні речовин будь-якого живого організму, від одноклітинних до багатоклітинних. Майже всі організми отримують енергію для своєї життєдіяльності завдяки участі кисню в процесах окислення. Якщо процеси дихання, горіння і гниття зменшують кількість кисню в атмосфері, то фотосинтез зелених рослин його активно поповнює. Тому таким важливим для Землі є збереження наявної площі зелених насаджень.

У кожному циклі розрізняють дві частини або два фонди:

Резервний фонд - велика маса повільно рухаються речовин, в основному синтетичний компонент;

Рухомий, або обмінний, фонд - менший, але більш активний, для якого характерний швидкий обмін між організмами і їх безпосереднім оточенням. Для біосфери в цілому все біогеохімічні кругообіги ділять на кругообіг газоподібних речовин з резервним фондом в атмосфері або гідросфері (океан) і осадовий цикл із резервним фондом в землі.

Кругообіг сірки. Біологічне значення сірки. Резервний фонд сірки. Мікробіологічні процеси в круговороті сірки. Антропогенна трансформація кругообігу сірки. Надходження сірки в атмосферу. Проблема забруднення атмосфери сполуками сірки.

Кругообіг сірки охоплює воду, грунт і атмосферу з опадами. Сірка має важливе біологічне значення, оскільки входить до складу широко поширених в живій природі амінокислот, білків та інших органічних сполук. Сірка міститься в усіх організмах.

Сірка хімічно активна і особливо легко з'єднується при нагріванні майже з усіма елементами. Сірка потрапляє в атмосферу у вигляді:

Сірководню (H2S - безбарвний, сильно отруйний газ) при виверженні вулканів, при розкладанні органічних речовин в затоплюваних низинах і болотах;

Діоксиду сірки (SО2 - безбарвний задушливий газ) при виверженні вулканів та часток сульфатних солей з найдрібніших бризок океанічної води.

З киснем при температурі понад 300о С сірка утворює оксиди: SO2 - сірчистий ангідрид і SO3 - сірчаний ангідрид. Вони утворюються в процесах спалювання палива в котельних установках і є джерелами для освіти кислих дощів.

У великому геологічному кругообігу сірка переноситься з океану на материки з атмосферними опадами, а повертається в океан зі стоком. Одночасно її запаси в атмосфері поповнюються за рахунок вулканічної діяльності. Основні резерви сірки знаходяться в грунті і відкладеннях. В обмінному фонді головна роль належить мікроорганізмам, одні з яких відновники, а інші - окислювачі.

У малому кругообігу сульфати поглинаються рослинами, і потім по ланцюгах харчування сірку одержують тварини. При руйнуванні залишків організмів утворюється сірководень, який в подальшому окислюється або до елементарної сірки, або до сульфітів, а частково випаровується в атмосферу.

Для сірки характерний великий резервний фонд в земній корі і менший - в атмосфері і гідросфері.

Кругообіг сери.Около третини всіх з'єднань сірки і 99% діоксиду сірки, що потрапляють в атмосферу, мають антропогенне походження. Спалювання сірковмісних вугілля і нафти для виробництва електроенергії дає приблизно дві третини всіх антропогенних викидів діоксиду сірки в атмосферу. Третина, виділяється під час таких технологічних процесів, як переробка нафти, виплавка металів з сірковмісних мідних, свинцевих і цинкових руд.

Існують три основних джерела природною емісії сірки.

1. Процеси руйнування біосфери. За допомогою анаеробних (діючих без участі кисню) мікроорганізмів відбуваються різні процеси руйнування органічних речовин. Завдяки цьому міститься в них сірка утворює газоподібні сполуки. Разом з тим певні анаеробні бактерії беруть із сульфатів, розчинених у природних водах, кисень, в результаті чого утворюються сірчисті газоподібні соедіненія.3

Із зазначених речовин спочатку в атмосфері був виявлений сірководень, а потім з розвитком вимірювальних приладів і способів відбору проб повітря вдалося виділити ряд органічних газоподібних сполук сірки. Найбільш важливими джерелами цих газів є болота, зони припливів і відливів у берегової лінії морів, гирла річок і деякі грунту, що містять велику кількість органічних речовин.

Поверхня моря також може містити значні кількості сірководню. У його виникненні беруть участь морські водорості. Можна припустити, що виділення сірки біологічним шляхом не перевищує 30-40 млн т в рік, що становить близько 1/3 всього виділяється кількості сірки.

2. Вулканічна діяльність. При виверженні вулкана в атмосферу поряд з великою кількістю двоокису сірки потрапляють сірководень, сульфати і елементарна сірка. Ці сполуки надходять головним чином у нижній шар - тропосферу, а при окремих, великої сили виверженнях спостерігається збільшення концентрації сполук сірки і в більш високих шарах - в стратосфері. З виверженням вулканів в атмосферу щорічно в середньому потрапляє близько 2 млн т сірковмісних сполук. Для тропосфери ця кількість незначна в порівнянні з біологічними виділеннями, для стратосфери ж виверження вулканів є найважливішим джерелом появи сірки.

В результаті діяльності людини в атмосферу потрапляють значні кількості сполук сірки, головним чином у вигляді її двоокису. Серед джерел цих з'єднань на першому місці стоїть вугілля, спалюється в будівлях і на електростанціях, який дає 70% антропогенних викидів. Вміст сірки (кілька відсотків) у вугіллі досить велике (особливо в бурому вугіллі). У процесі горіння сірка перетворюється на сірчистий газ, а частина сірки залишається в золі в твердому стані. 4