Круговорот элементов в природе

Круговорот веществ в природе
КРУГОВОРОТ
БОЛЬШОЙ
(геологический)
МАЛЫЙ
(биотический)

Большой круговорот
Большой круговорот,
продолжающийся миллионы
лет, заключается в том, что
Горные породы подвергаются
разрушению, а продукты
выветривания сносятся
потоками воды в Мировой
океан, где они образуют
морские напластования и
лишь частично возвращаются
на сушу с осадками.

Малый круговорот
Малый круговорот (часть большого)
происходит на уровне экосистемы и
состоит в том, что питательные
вещества, вода и углерод
аккумулируются в веществе
растений, расходуются на
построение тела и на жизненные
процессы, как самих этих
растений, так и других организмов
(как правило, животных), которые
поедают эти растения (консументы).

Биохимический цикл
Круговорот химических веществ из неорганической
среды через растительные и животные организмы
обратно в неорганическую среду с использованием
солнечной энергии и энергии химических реакций
называется биогеохимическим циклом.
В такие циклы вовлечены практически все
химические элементы и прежде всего те, которые
участвуют в построении живой клетки. Так, тело
человека состоит из кислорода (62,8%), углерода
(19,37%), водорода (9,31%), азота (5,14%), кальция
(1,38%), фосфора (0,64%) и ещё примерно из 30
элементов.

Круговорот углерода
Углерод в биосфере часто представлен наиболее
подвижной формой - углекислым газом.
Источником первичной
углекислоты биосферы
является вулканическая
деятельность, связанная
с вековой дегазацией
мантии и нижних горизонтов
земной коры.

Миграция углекислого газа
Миграция углекислого газа в биосфере Земли протекает двумя
путями:
Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцев, рассеянной органики, осадочных горных пород.
2) По второму пути миграция углерода осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO2 переходит в H2CO3, HCO31-, CO32-. Затем с помощью растворенного в воде кальция (реже магния) происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием CO2. Особое место в современном круговороте веществ занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание содержания углекислого газа в атмосфере, связанное с ростом промышленного производства и транспорта

Круговорот углерода
Фотосинтез,
органическое
вещество растений
Органическое
вещество животных
Органическое
вещество почв
Вулканическая
деятельность
Высвобождение
углерода человеком
Углерод
Океан
Известняки,
коралловые рифы
и др.
Захоронение
(уход в геологию)
Свет

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 кислорода.

Круговорот кислорода

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.

Процессы, возмещающие потери азота:
электрические разряды,
жизнедеятельность азотобактерий,
способных усваивать атмосферный азот.
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.

Нитраты
в почве
Растительные
белки
Животные
белки
Аммиак
и
ионы
аммония
(в почве и воде)
Оксиды азота
(в атмосфере)
Азот
в атмосфере
Деструкторы
бактерии
бактерии
бактерии
осадки
бактерии
молнии
Денитрофицирующие бактерии
Азотфиксирующие
бактерии
Сине-зеленые
водоросли
Круговорот азота

Круговорот фосфора
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.
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

Круговорот фосфора
Гуано
(помёт птиц)
Растворённые
неорганические
фосфаты
(в реках,
озёрах, почве)
Органический
фосфор в
клетках
растений
Органический
фосфор
в клетках
животных
Фосфатные
породы и
ископаемые
остатки
животных
Искусственные
фосфатные
удобрения;
моющие
средства
Мелководные
океанические
нерастворимые
фосфатные
отложения
Деструкторы
Глубоководные океанические
нерастворимые фосфатные
отложения

Круговорот серы
Сера представляет собой исключительно активный химический
элемент биосферы и мигрирует в разных валентных
состояниях в зависимости от окислительно-
восстановительных условий среды. Среднее
содержание серы в земной коре оценивается
в 0,047 %. В природе этот элемент образует
свыше 420 минералов.
В изверженных породах сера находится преимущественно
в виде сульфидных минералов: пирита, пирронита,
халькопирита , в осадочных породах содержится в глинах
в виде гипсов, в ископаемых углях - в виде примесей
серного колчедана и реже в виде сульфатов. Сера в почве
находится преимущественно в форме сульфатов; в нефти
встречаются ее органические соединения. В связи
с окислением сульфидных минералов в процессе выветривания сера
в виде сульфатиона переносится природными водами в Мировой океан.
Сера поглощается морскими организмами, которые богаче ее неорганическими соединениями, чем пресноводные и наземные

Миграция серы
H2S
SО2 + O2 = SО3
H2SO4
Животные
Растения
Сульфаты (SO4) (2-)
(NH4 )2SO4
H2S
Вулканы
и горячие
источники
Разлагающиеся
организмы
Промышленность
Туман и осадки
(дождь, снег)
Сера
атмосфера
+Н20
+02
+NH3

Круговорот воды
Вода находится в постоянном движении. Но количество воды на Земле не
изменяется, она только меняет свои формы - это и есть круговорот воды в
природе. Из всех выпадающих осадков 80% попадает
непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес
представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше,
так как большинство используемых человеком
источников воды пополняется именно за счет
этого вида осадков.
Упрощенно говоря, у воды, выпавшей на суше,
есть два пути:
Либо она, собираясь в ручейки, речушки и реки,
попадает в результате в озера и водохранилищ.
Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные
слои, пополняет запасы грунтовых вод.
Круговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного
шара. Он играет главную роль в связывании геологического и биотического
круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое,
совершает малый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности океана,
конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана
образуют малый круговорот.

Миграция воды