Зеленая энергия - популярно об экологии, химии, технологиях

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Home Библиотека Биогеография с основами экологии 3.6. Роль организмов в круговороте основных элементов в биосфере

3.6. Роль организмов в круговороте основных элементов в биосфере

Все вещества на нашей планете находятся в процессе круговорота. Солнечная энергия вызывает на Земле два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды на планете и циркуляции атмосферы, и малый, или биологический.

Поверхность Земли ежегодно получает около 21*1020 кДж энергии Солнца. Примерно половина энергии идет на нагрев атмосферы и испарение воды, приводя в движение большой круговорот. Значительную роль при этом играют термические показатели поверхности суши и воды: поглощение и отражение солнечных лучей, теплопроводность и теплоемкость. Вода больше поглощает солнечной энергии, а поверхность Суши на одних и тех же широтах больше нагревается. Неустойчивый гидротермический режим поверхности Земли вместе с планетной системой циркуляции атмосферы и обусловливают геологический круговорот веществ. На создание органического вещества расходуется около 1 % лучистой энергии. Поэтому энергия биологического круговорота ничтожно мала по сравнению с энергией, затрачиваемой на циркуляцию атмосферы, круговорот воды в биосфере и выветривание.

Большой круговорот веществ в биосфере характеризуется двумя важными моментами: 1) проявляется на протяжении всего геологического развития Земли; 2) представляет собой современный планетный процесс, принимающий ведущее участие в дальнейшем развитии биосферы.

На начальном этапе геологического развития Земли большой круговорот веществ наряду с эндогенными процессами был связан с формированием континентов, океанов и современных геосфер. О геологическом проявлении его говорит и перенесение воздушных масс, продуктов выветривания, воды, растворенных в ней минеральных соединений, а со становлением биосферы и продуктов жизнедеятельности организмов. На современном этапе развития человечества в результате геологического круговорота на большие расстояния переносятся также загрязняющие вещества, такие как оксиды серы и азота, пыль, радиоактивные примеси. Наибольшему загрязнению подверглись территории умеренных широт Северного полушария.

При районировании Земли по условиям атмосферного переноса веществ необходимо учитывать, каков характер этого переноса: постоянный или переменный. Перенос происходит в результате как общей циркуляции, так и местных перемещений воздушных масс.

Среди бассейнов с постоянным переносом веществ Н. Ф. Глазовский (1976) выделяет следующие: 1) пассатные области с преобладающими восточными ветрами; 2) области с морским климатом западных берегов материков, где преобладают западные ветры и осуществляется перенос с моря на сушу; 3) океанические пространства умеренных широт с западными ветрами.

К бассейнам с переменным переносом веществ относятся: 1) муссонные области, где летом перенос происходит с моря на материк, зимой — с материка на море; 2) территории со средиземноморским типом климата, характеризующиеся летним переносом с суши на море, зимним — с моря на сушу; 3) внутриконтинентальные территории умеренных широт с антициклональной деятельностью и переносом из внутренних частей материков к внешним зимой и циклональной деятельностью и обратным переносом летом. В качестве примера внутриконтинентального переменного переноса загрязняющих веществ может служить перенос продуктов аварии на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 г. (рис. 3.5).

Малый, или биологический, круговорот веществ развертывается на фоне большого, геологического, охватывающего биосферу в целом. Он происходите внутри биологических систем, но не замкнут, так как связан с поступлением веществ и энергии извне биологической системы и с выходом части их в геологический круговорот. По этой причине иногда говорят не о биологическом круговороте, а об обмене веществ и потоке энергии в биосистемах и отдельных организмах.

Растения, животные и почвенный покров на суше образуют сложную мировую систему, которая формирует биомассу, связывает и перераспределяет солнечную энергию, углерод атмосферы, влагу, кислород, водород, азот, фосфор, серу, кальций и другие элементы, участвующие в жизнедеятельности организмов. Растения, животные и микроорганизмы водной среды образуют другую планетную систему, выполняющую ту же функцию связывания солнечной энергии и биологического круговорота веществ.

Суть биологического   круговорота   заключается   в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных процессов — созидания органического вещества и его разрушения. Начальный этап возникновения органического вещества обусловлен фотосинтезом зеленых растений, т. е. образованием этого вещества из углекислого газа, воды и простых минеральных соединений с использованием лучистой энергии Солнца. Растения извлекают из почвы в растворенном виде серу, фосфор, кальций, калии, магний, марганец, кремний, алюминий, медь, цинк и другие элементы. Растительноядные животные поглощают уже соединения этих элементов в виде пищи растительного происхождения. Хищники питаются растительноядными животными, потребляют пищу более сложного состава, включая белки, жиры, аминокислоты и т.д.

В процессе разрушения микроорганизмами органического вещества отмерших растений и остатков животных в почву и водную среду поступают простые минеральные соединения, доступные для усвоения растениями, и начинается следующий виток биологического круговорота.

В отличие от большого круговорота малый имеет разную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые малые круговороты. При изучении биологического круговорота веществ основное внимание уделяется годовому ритму, определяемому годичной динамикой развития растительного покрова.

Обмен веществом и энергией, осуществляющийся между различными структурными частями биосферы и определяющийся жизнедеятельностью организмов, называется биогеохимическим циклом. Именно с введением В. И. Вернадским понятия «биогеохимический  цикл» перестало существовать представление о круговороте веществ как о  замкнутой  системе.   Все   биогеохимические   циклы составляют современную динамическую основу существования жизни, взаимосвязаны друг с другом и каждый из них играет свойственную ему роль, определяя эволюцию биосферы. Важнейшими являются циклы элементов, без которых растения не могут совершать свое жизненное развитие,— углерода, кислорода, водорода, воды, азота, фосфора, серы, кальция и некоторых других. Большое значение имеют циклы токсических элементов — ртути, кадмия, свинца, плутония и т. д., а также веществ антропогенного происхождения, например ДДТ, пестицидов, моющих средств и радионуклидов. В результате большого круговорота веществ они могут быть внесены в биологический   круговорот   и   причинить   ущерб   природе, человеку.

Отдельные циклические процессы, слагающие общий круговорот веществ в биосфере, не являются полностью обратимыми. Одна часть веществ в повторяющихся процессах превращения и миграции рассеивается или связывается в новых системах, другая возвращается в круговорот, но с уже новыми качественными и количественными признаками. Часть веществ может также извлекаться из круговорота, перемещаясь вследствие физико-геологических процессов в нижние горизонты литосферы или рассеиваясь в космическое пространство.

Продолжительность циклов круговорота тех или иных веществ чрезвычайно различна. Так, время, достаточное для полного оборота углекислого газа атмосферы через фотосинтез, составляет около 300 лет, кислорода атмосферы тоже через фотосинтез — 2000—2500, азота атмосферы через биологическую фиксацию, окисление электрическими разрядами и фотохимическим путем — примерно 100 млн, воды через испарение — около 1 млн лет.

Круговорот углерода. Это один из важнейших круговоротов веществ в биосфере. Изменения глобального масштаба в круговороте углерода, связанные с человеческой деятельностью, приводят к неблагоприятным для биосферы последствиям. По оценкам Международного научного комитета по проблемам окружающей среды в 1974 г., ни одно из тех изменений, которые произошли на Земле в результате антропогенной деятельности, не имеет более существенного значения для интересов человечества, чем изменения, вызванные во всемирном масштабе процессом циркуляции углерода. С углеродом непосредственно связаны содержание кислорода в атмосфере и его круговорот в биосфере.

Углерод участвует в большом и малом круговоротах веществ. Его соединения в биосфере постоянно возникают, испытывают превращения и разлагаются. Основной путь миграции углерода — от углекислого газа атмосферы в живое вещество и из живого вещества в углекислый газ атмосферы. При этом часть его выходит из круговорота, оставаясь в почве или отлагаясь в осадочных породах.

В биологическом круговороте углерода  (рис. 3.6) выделяются три стадии: 1) зеленые растения, поглощая углекислый   газ   из   воздуха,   создают   органическое вещество; 2) животные, питаясь растениями, из содержащихся в них соединений углерода продуцируют другие соединения; 3)  микроорганизмы разрушают вещество умерших растений и животных и освобождают углерод, который снова попадает в атмосферу в составе углекислого газа.  Источником углерода  является также углекислый газ, поступающий в атмосферу при дыхании растений в темное время суток. Часть углерода накапливается в виде мертвых органических веществ там, где отсутствуют условия для их разложения, и переходит в ископаемое состояние (торф, каменный уголь, нефть и др.). Учитывая довольно интенсивное захоронение отмерших остатков растений и животных в болотах, лагунах, морских бассейнах и пресноводных водоемах, следует признать,  что   изъятие  углерода   из   биологического круговорота этим путем в течение всей биологической эволюции биосферы шло довольно интенсивными темпами. В предшествующие геологические эпохи, когда атмосфера Земли была несравненно больше насыщена углекислым газом, условия для фотосинтеза были более благоприятны и огромное количество углерода в органических остатках оказалось захороненным в недрах, образовав залежи полезных ископаемых. Общая масса углерода в них оценивается более чем 10 000 трлн т.

Содержание углерода в тканях живых организмов в пересчете на сухое вещество составляет: у водных растений и животных — 34,5—40, наземных растений и животных — 45,4—46,5, у бактерий — 54%.

О масштабности современного биологического круговорота углерода можно судить по тому обстоятельству, что растительные организмы, включая водоросли, ежегодно продуцируют около 1,5 трлн т углерода органической массы. По расчетам М. И. Будыко, весь запас углекислого газа в атмосфере, если бы он не возобновлялся, был бы исчерпан растениями за восемь лет. Условия жизни на Земле определяются этими масштабами фотосинтеза.

В биологическом круговороте в экосистемах суши участвует небольшая доля всей массы углерода, а значительная часть законсервирована в «былых биосферах», входит в состав полезных ископаемых.

На суше особенно мощным естественным источником поступления углекислого газа в атмосферу являются вулканы.

Весьма существенное звено в большом круговороте углерода (рис. 3.7) — водные массы гидросферы. Углекислый газ представлен в ней в виде как разбавленных растворов угольной кислоты, так и, главным образом, гидрокарбонатов металлов. Повышение концентрации и парциального давления СО2 в атмосфере, региональное или сезонное охлаждение вод сопровождаются немедленным увеличением концентрации углекислого газа в воде и растворов гидрокарбоната кальция. Многие водные организмы, поглощая углекислый кальций, создают свои скелеты, из которых затем образуются донные известковые отложения вплоть до пластов известняков. Выпадая в осадок, карбонат кальция связывает часть углекислого газа в осадочных горных породах на дне Мирового океана, морских и пресноводных водоемов, а часть углекислого газа при этом вновь возвращается в атмосферу по реакциям

Между углекислым газом атмосферы и водой океана существует подвижное равновесие. Уменьшение концентрации диоксида углерода в атмосфере неизбежно вызывает дегазацию вод океана и поступление углекислого газа в атмосферу. Фотосинтез в гидросфере также является постоянно действующим механизмом поглощения углекислого газа из атмосферы и газов, растворенных в водной среде, с соответствующим освобождением кислорода.

Таким образом, океан и атмосфера представляют собой единую систему, регулирующую распределение диоксида углерода между ними. Многие экологи считают, что в современную эпоху океан продолжает эффективно выполнять функцию захвата и связывания избыточного углекислого газа путем перевода его в известковые осадки, а также образования биомассы живого вещества и мертвой органики в толщах морской воды.

Большую роль в круговороте углерода играет человек. В антропогене масштабы фотосинтетической деятельности на Земле, по-видимому, стабилизировались. Зеленый покров суши и карбонатная система гидросферы в течение длительного времени поддерживали постоянный уровень содержания углекислого газа в биосфере. В современную эпоху картина изменилась: поток углерода в атмосферу увеличился настолько, что растительность Земли не способна полностью усваивать его. Важнейшей причиной этого является снижение самоочищения атмосферы от оксида углерода (СО, угарный газ), имеющего как природное, так и в основном техногенное происхождение. Например, ежегодно с продуктами сгорания в атмосферу Земли выбрасывается около 300 млн т СО, что в 10 раз превышает его поступление от природных источников.

Самоочищение воздуха от оксида углерода происходит в результате миграции СО в верхние слои атмосферы, где в присутствии диоксида азота и озона он окисляется до СО2, а также путем поглощения растениями и микроорганизмами, водной и земной поверхностью. Если бы прекратилось постоянное техногенное поступление оксида углерода в воздушный бассейн, атмосфера Земли могла бы очиститься от него в течение одного месяца или, по крайней мере, нескольких лет.

Накопление оксида углерода, представляющего большую опасность для человека, имеет негативные последствия и для биосферы. Повышение же концентрации СО2 в атмосфере в состоянии привести не только к усилению фотосинтеза, но и к потеплению климата. Нагреваемая  Солнцем  Земля  отдает  в  космическое пространство часть поглощенной энергии в виде инфракрасного излучения. Диоксид углерода интенсивно поглощает именно инфракрасное излучение, задерживая тем самым тепловую энергию в атмосфере и создавая так называемый «парниковый эффект», который, в свою очередь, будет причиной потепления климата и изменений в распределении осадков. А это повлечет за собой нарушение деятельности природных систем. Если концентрация углекислого газа в атмосфере превысит доиндустриальный уровень в 2 раза, что вполне вероятно к середине XXI в., то температура в среднем повысится на 1,5—4,5°. Затопление низменных территорий и перераспределение осадков может нанести непоправимый ущерб сельскому хозяйству.

Одновременно с продуктами сгорания в атмосферу выбрасывается около 100 млн т твердых частиц. За предшествующий 1940 г. шестидесятилетний период произошло повышение температуры воздуха на 0,6°, сменившееся затем снижением ее на 0,4°. Видимо, охлаждение, связанное с выбросами техногенной пыли, соизмеримо с потеплением, обусловленным повышением концентрации углекислого газа в атмосфере (Будыко, 1971). Однако наблюдавшиеся в последние годы в Северном полушарии климатические аномалии (теплые зимы в Европе, невероятно жаркое лето в США) свидетельствуют о большей вероятности исполнения прогноза о глобальном потеплении климата в результате «парникового эффекта». И тогда уже в следующем веке установится новое, но ненадежное равновесие в круговороте углерода в биосфере, вызванное увеличенным содержанием углекислого газа в атмосфере, общим ростом ее загрязнения, и затем изменится теплоэнергетический баланс в биосфере.

Круговорот азота. Как углерод и большинство других химических элементов, азот участвует в большом и малом круговоротах веществ. Его круговорот (рис. 3.8) — один из наиболее сложных в биосфере.

Источник азота в биологическом круговороте — нитраты и нитриты, которые поглощаются растениями из почвы и воды. У растений нет способности извлекать азот непосредственно из воздушной среды, хотя в атмосфере его содержится около 80%. Животные, поедая растения, создают из аминокислот растительных белков протоплазму своих клеток. Гнилостные бактерии переводят соединения азота в отмерших остатках растений и животных в аммиак. Затем нитрифицирующие бактерии превращают аммиак в нитриты и нитраты. Часть азота благодаря денитрифицирующим бактериям вновь поступает в атмосферу. Если бы не было постоянного дополнительного источника пополнения запасов азота в почве, в конечном итоге наступило бы азотное голодание растений и, как следствие, разрушение биосферы, поскольку образующийся в процессе денитрификации свободный азот выводится из биологического круговорота.

Существуют два пути вовлечения азота атмосферы в биологический круговорот: первый из них связан с атмосферными осадками, второй — с биологической фиксацией азота прокариотами.

В результате извержения вулканов, а также электрического (при грозовых разрядах и ионизации) и фотохимического окисления азота в атмосфере всегда присутствуют его оксиды, растворимые в дождевой воде и вместе с ней попадающие в почву. Кроме того, в 1 м3 воздуха содержится от 0,02 до 0,04 мг аммиака] количество которого возрастает при грозовых разрядах и который также выпадает на землю с осадками. Суммарное ежегодное поступление азота в почву этим путем составляет 10—15 кг/га.

Биологическая  фиксация  азота  связана  с прокариотами. Они могут превращать биологически бесполезный газообразный азот в соединения, необходимые для корневого питания зеленых растений. Фиксация азота требует больших затрат энергии, так как много энергии идет на разрыв тройной связи в молекуле №(N = N), чтобы с добавлением водорода из воды превратить ее в две молекулы аммиака NH3. Например, клубеньковые бактерии бобовых расходуют на биофиксацию 1 г азота около 10 г глюкозы (примерно 17 кДж), полученной растением в фотосинтезе, т. е. эффективность процесса составляет 10% (Одум, 1986).

Азот фиксируется свободноживущими аэробными (Asotobacter) и анаэробными (Clostridium) бактериями, синезелеными водорослями (Anabaena, Nostos), симбиотическими клубеньковыми бактериями бобовых растений (Rhizobium) и другими микроорганизмами. Особенно активны клубеньковые бактерии, образующие с бобовыми и другими высшими растениями взаимовыгодные (сим-биотические) ассоциации. Растение предоставляет бактериям соответствующее место обитания (корневые клубеньки), защищает их от излишка кислорода и поставляет им необходимую высококачественную энергию. В ответ растение получает легкоусваиваемый фиксированный азот. Общее годовое количество азота, фиксированного клубеньковыми бактериями, может достигать 350 кг/га, что в 100 раз выше этого показателя у свободноживущих азотфиксирующих организмов.

Фиксированный азот почвы не только поглощается корневыми системами растений. Часть его соединений выносится в реки, а из них — в моря и внутриматери-ковые водоемы. Больше всего азота в форме солей аммония, нитратов и нитритов содержится близ устьев рек и у берегов, куда он поступает с суши, а также в глубинах  гидросферы,  где накапливается в процессе гниения органического вещества. В поверхностных слоях воды азот потребляется растительными микроорганизмами. Потеря азота восполняется новым поступлением его с суши, в результате вертикального перемешивания воды, выпадения аммиака из атмосферы и разложения остатков растений и животных в поверхностных слоях воды. При естественном ходе круговорота эти процессы не вызывают резких колебаний содержания азота в воде морей и океанов, за исключением зон его привноса с суши (0,01—7 мг/л).

Антропогенные нарушения круговорота азота в биосфере связаны со сжиганием топлива  в двигателях наземного и воздушного транспорта, на тепловых электростанциях, теплоэнергетических установках (в котельных, печах), а также с промышленной фиксацией азота — производством азотных удобрений. В 70-е гг. поступление в атмосферу оксидов азота техногенного происхождения было в 15 раз меньше, чем от естественных источников, однако с развитием транспорта и теплоэнергетики оно непрерывно растет.

При сжигании топлива в атмосферу поступает дополнительное количество оксидов азота, которые участвуют в фотохимических реакциях. Одна из таких реакций приводит к образованию фотохимического смога, содержащего формальдегид и другие токсичные компоненты.

Загрязнение стратосферы оксидами азота в результате полетов высотной авиации и ракет, а в недалеком прошлом и испытаний атомного оружия также нарушает естественный круговорот азота и, кроме того, может привести к разрушению озонового экрана, поскольку оксиды азота вступают в фотохимические реакции с озоном. В тропосфере оксиды азота, контактируя с парами воды, всегда здесь присутствующими, образуют аэрозоли азотной кислоты, которая вместе с аэрозолями серной кислоты (продуктом загрязнения атмосферы оксидами серы)  выпадает в виде кислотных дождей.

Существенные изменения в круговорот азота вносит производство и применение азотных удобрений. В почвенном покрове содержится около 150 млрд т азота, связанного  в  органические  соединения,  в  растениях — 1,1 млрд, животных — 610 млн т. Нитратный азот не накапливается в почве, легко вымывается из нее водами, восстанавливается в газообразные формы и в больших количествах (20—40%) расходуется на питание растений. Так как часть почвенного азота изымается при очередном сборе урожая, потребность культурных растений в азоте возрастает. Органические удобрения только частично удовлетворяют ее. В XX в. химический синтез азотных удобрений на основе связывания азота атмосферы стал главным источником питания культурных растений. В мире ежегодно вносится 35—40 млн т азота в виде минеральных   удобрений.   Пока   неучтенное   количество азота поступает в почву и грунтовые воды от животноводческих комплексов и крестьянских подворий.

Нитраты, нитриты и соединения аммония в почвенных растворах через корневую систему поступают в организм растений, где с их участием создаются органические вещества — аминокислоты и белки. Если этих солей много в почвенных растворах, их много и в растительных продуктах питания. Кроме того, большое количество нитратов содержится в грунтовых и колодезных водах и нередко в десятки раз превышает предел, рекомендованный Всемирной организацией здравоохранения (45 мг/л NO3). Уже зарегистрированы многократные случаи заболевания людей и животных, связанные с высоким содержанием нитратов в растительности и воде.

Проблема нарушения круговорота азота в биосфере дискутируется долгие годы, однако интенсификация сельского хозяйства, развитие химической промышленности, теплоэнергетики и транспорта делают ее все более трудноразрешимой.

Круговорот фосфора. Биологическое значение фосфора в жизни организмов исключительно велико: его соединения входят в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, систем переноса энергии, мозга и костной ткани. Содержание фосфора в тканях растений составляет 250— 350, морских животных — 400—1800, наземных животных — 1700—4400, бактерий — около 3000 мг/100 г сухого вещества. В организме человека особенно много фосфора в костной ткани — более 5000 и тканях мозга — около 4000 мг/100 г сухого вещества.

Как углерод и азот, фосфор участвует в биологическом и геологическом круговороте веществ (рис. 3.9).

 

 

Резервуаром фосфора в биологическом круговороте служит не атмосфера, а литосфера, точнее фосфорсодержащие горные породы, прежде всего апатит. В процессе выветривания пород фосфаты попадают в почвы, в большом количестве выносятся в моря, отлагаясь в мелководных осадках и рассеиваясь на больших глубинах.

Из почвы фосфор извлекается в виде растворимых фосфатов. Растения с почвенным раствором поглощают фосфат-ионы РO4. Причем усвоение элемента растениями в значительной степени зависит от кислотности почвенного раствора. В щелочной среде фосфаты кальция и натрия практически нерастворимы, в нейтральной и близкой к ней малорастворимы, по мере повышения кислотности они превращаются в хорошо растворимую фосфорную кислоту. С растительной пищей фосфор потребляют животные.

В результате бактериальных преобразований в почве органический фосфор растительного опада, отмерших животных и их выделений трансформируется в фосфаты. Фосфатразрушающие бактерии продолжают биологический круговорот фосфора, в конечном итоге приводя к поступлению фосфат-ионов в водную среду.

Круговорот фосфора не замкнут в биосфере, часть его теряется при геологических процессах. Несмотря на низкую растворимость большинства соединений фосфора, главное направление их большого круговорота — озера, устья рек, моря и шельф океанов. С речным стоком в океан поступает около 3—4 млн т фосфата, который исключается из круговорота на суше. При беспрерывном осаждении органических веществ, прежде всего обогащенных фосфором остатков животных и гуано, на дне глубоководных зон морей и океанов часть фосфатов изымается из биосферы и не принимает участия в круговороте. Фосфор концентрируется в виде морских фосфатных конкреций. Тектонические движения могут привести к медленному подъему на поверхность богатых фосфором глубоководных осадочных пород, и через десятки и сотни миллионов лет фосфор может быть опять вовлечен в биологический круговорот.

В почве и природных водах фосфор всегда находится в дефиците. Так, соотношение содержания фосфора и азота в природных водах составляет в среднем 1:23, реках и ручьях — 1:28, биомассе — 1:16. По этой причине постоянно ограничивается биологическая продуктивность Земли. К тому же возвращение части фосфора с океана на сушу птицами и с выловленной рыбой явно уступает выносу его в гидросферу. Фосфор — наиболее слабое звено в жизненной цепи, которая обеспечивает существование человека, и в этом плане положение может стать весьма угрожающим.

В XX в. круговорот фосфора в биосфере оказался резко нарушенным. Причинами этого явились: производство фосфорных удобрений и их широкое применение в сельском хозяйстве; получение в промышленных масштабах многочисленных фосфорсодержащих препаратов, используемых в быту, земледелии и т.д.; производство огромных ресурсов продовольствия и кормов, развитие рыбного промысла, добычи морских моллюсков и водорослей. В результате произошли перераспределение содержания фосфатов на суше и в гидросфере, неравномерная фосфатизация суши. В зонах концентрации населения, сельского хозяйства наблюдается аномально высокая, малообратимая аккумуляция органических соединений фосфора, в то время как большая часть углерода и азота в газообразном виде рассеивается в атмосфере. Эрозия почв, смыв удобрений, органических отбросов и экспериментов, сбросы канализационных вод приводят к сильнейшему фосфорному загрязнению рек и озер. Многие водоемы Европы и Америки уже отравлены вследствие избыточной концентрации азота и фосфора. Наряду с фосфатизацией почв начался процесс фосфатизации рек и водоемов суши, вод дельт и эстуариев (Ковда, 1976).

Круговорот серы. Сера имеет важное биологическое значение, поскольку входит в состав широко распространенных в живой природе аминокислот, белков и других сложных органических соединений. Она содержится во всех организмах. Так, ее массовая доля в пересчете на сухое вещество в наземных растениях равна 0,3%, наземных животных — 0,5, морских растениях— 1,2, морских животных — до 2%.

В большом, геологическом, круговороте сера nei сится с океана на материки с атмосферными осадками и возвращается в океан со стоком. Одновременно ее запасы в атмосфере пополняются за счет вулканической деятельности и других источников (рис. 3.10).

Вулканы выбрасывают серу в виде триоксида (серного ангидрида) SO3, диоксида (сернистого ангидрида, сернистого газа) SO2, сероводорода H2S и элементарной серы. В литосфере имеются в большом количестве различные сульфиды металлов: цинка, железа, свинца и др. В биосфере сульфидная сера с участием многочисленных микроорганизмов окисляется до сульфатной серы почв и водоемов. В малом круговороте сульфаты поглощаются растениями и входят в состав аминокислот, белков и эфирных масел. Поедая растения, серу получают животные. Очень сложными превращениями серы сопровождается разрушение остатков организмов, растительного опада в почвах и илах водоемов суши, морей и океанов. Так, при разрушении белков с участием микроорганизмов образуется сероводород, который в дальнейшем окисляется или до элементарной серы, или до сульфатов. В первом случае формируются месторождения серы биогенного происхождения, во втором — залежи гипса. Гипс вновь может подвергаться разрушению, и сера возобновляет свой круговорот. На дне Черного моря и некоторых других, а также в различных пресноводных водоемах суши, загрязненных промышленными отходами, в результате жизнедеятельности серо-разлагающих бактерий в анаэробных условиях образуется сероводород. На заключительном этапе геологического круговорота сера выпадает в осадок в анаэробных условиях в присутствии железа и медленно накапливается в глубоко лежащих осадочных породах.

Круговорот серы, как и углерода, азота, фосфора, все больше подвергается нарушению в результате промышленного загрязнения атмосферы. Основной дополнительный поставщик серы в большой круговорот — теплоэнергетические установки (ТЭЦ, котельные), при сжигании топлива на которых выбрасывается сернистый газ. В середине 70-х гг. этим путем в атмосферу Земли ежегодно поступало 100—150 млн т SO2. Объем серосодержащих выбросов в Западной Европе в начале 80-х гг. достиг 20 млн т.

Атмосфера Земли способна самоочищаться от сернистого ангидрида в результате выпадения осадков, поглощения серы другими газами и растительностью, осаждения сульфатных аэрозолей и т. д. Например, при тумане и дожде SO2 присутствует в воздухе около 1 ч и взаимодействует с естественной примесью в воздухе — аммиаком, переходя в сульфат аммония. Следует отметить, что окисление сернистого ангидрида в воздушной среде происходит очень быстро. Вне промышленных областей концентрация SO2 в атмосферном воздухе резко падает до фоновых значений (5—10 мкг/м3) на суше и 1—3 мкг/м над океаном). По данным измерений, на высоте 3—4 км различия в концентрации SO2 над Европой исчезают.

Экологическая опасность сернистого ангидрида заключается в том, что при его фотохимическом окислении в присутствии диоксида азота и углеводородов, даже если концентрация их в воздухе незначительна, вначале образуется серный ангидрид SO3, который, соединяясь затем с водяными парами в атмосфере, превращается в аэрозоли серной кислоты. Продолжительность всего цикла — от момента естественных или техногенных выбросов SO2 до удаления из атмосферы паров серной кислоты — составляет 5—14 сут. С воздушными потоками аэрозоли серной кислоты мигрируют на значительные расстояния, иногда на сотни километров от источника выброса. Установлено, что 18 тыс. водоемов Швеции, в которых исчезают рыба и растительность, подвержены загрязнению   серными   и   азотистыми   соединениями.

Многочисленные реки и озера на юго-востоке Канады, в северо-восточных районах США стали также кислыми в результате выпадения кислотосодержащих осадков.

Испытывают воздействие кислотных осадков и леса умеренной зоны. За последние 25 лет в связи с промышленным загрязнением атмосферы резко увеличилась площадь отмирающих лесов во всех странах Центральной Европы, причем около 1 млн га лесов в этом регионе несут значительные потери от кислотных дождей. Поступление кислот в лесные экосистемы превысило здесь естественный уровень в 100 раз. Снижение прироста древесной массы хвойных лесов отмечено и в промышленно развитых районах России и других республик, в которых нередки случаи деградации лесных экосистем. Кроме того, кислотные дожди подкисляют почвы умеренных широт, способствуя выносу из них питательных веществ и следовательно, изменяя скорость круговорота большинства биофильных элементов.

Во всех рассмотренных четырех круговоротах элементов — углерода, азота, фосфора и серы обнаруживаются явные глобальные изменения биосферы вследствие деятельности человека. Можно утверждать, что антропогенная деятельность на современном этапе представляет собой огромную разрушительную для биосферы силу.

 

Интересно знать

Департамент энергетики США отобрал 37 исследовательских проектов в области хранения энергии, энергии биомассы, захвата диоксида углерода и ряда других направлений. Среди них - новые металловоздушные батареи на основе ионных жидкостей с плотностью энергии превышающей в 6-20 раз плотность энергии обычных литиевых аккумуляторов, а так же проект по получению бензина непосредственно из солнечного света и CO2 используя симбиоз двух микроорганизмов.

масло atf 220mobil для акпп масло atf 220mobil для акпп
 
Канал водостоку кузова купить запчасть 5P5809641D Skoda Audi Volkswagen Seat
 
http://myhitmp3.top/mp3/atlantic+starr+my+first+love
 
bitcoin mixing service