Биогеохимические циклы и антропогенное влияние на них
Информация - Экология
Другие материалы по предмету Экология
>Запасы углерода в биосфере и земной коре.
ЗапасыС, 109 тАтмосфера, СО21680Глобальная суша: предантропогенная растительная биомасса современная природная растительная биомасса 1150 900Почвенный покров: лесная подстилка торфы гумус 100 250 1200Всего 1550Океан: Фотосинтезирующие организмы Гетеротрофы Растворимое и взвешенное органическое вещество Гидрокарбонатные ионы в растворе 1,7 2,3 2100 38539Всего40643Земная кора: Осадочная оболочка, Сорг. Осадочная оболочка, Сс Континентальный гранитный слой, Сорг. Континентальный гранитный слой, Сс 15 млн. 81 млн. 4 млн. 18 млн.Всего118 млн.Общая глобальная масса углерода118044773антропогенный круговорот биогеохимия
Запасы углерода на Земле сосредоточены в основном в виде карбонатов и органических соединений, причем обе эти формы имеют биотическое происхождение. Небиотические карбонаты, например, вулканического происхождения, скорее исключение из правил. Связующим звеном между карбонатами и органическими соединениями является СО2, которая служит исходным материалом как для фотосинтеза органических веществ, так и для микробного формирования карбонатов.
Атмосферная СО2 является производной биологических, физических, химических и антропогенных процессов. Происходит обмен углерода между атмосферой, океаном, наземной биосферой.(Рис.3)
.1.2 Азот
Азот и его соединения играют в жизни биосферы такую же важную и незаменимую роль, как и углерод. Биофильность азота сравнима с биофильностью углерода.
Основным резервуаром азота в биосфере также является воздушная оболочка. Около 80% всех запасов азота сосредоточено в атмосфере планеты, что связано с направлением биогеохимических потоков соединений азота, образующихся при денитрификации. Основной формой, в которой содержится азот в атмосфере, является молекулярная - N2. В качестве несущественной примеси в атмосфере содержатся различные оксидные соединения азота NOx, а также аммиак NH3. Последний в условиях земной атмосферы наиболее неустойчив и легко окисляется. В то же время, величина окислительно-восстановительного потенциала в атмосфере недостаточна и для устойчивого существования оксидных форм азота, потому его свободная молекулярная форма и является основной.
Биогеохимический цикл азота хорошо изучен в различных экосистемах. Основные процессы цикла следующие:
Фиксация - трансформация атмосферного N2 в органический N;
Минерализация - превращение органического N в неорганический;
Нитрификация - окисление NН4+ в нитрит NО2- и нитрат NО3-;
Денитрификация - трансформация неорганического N в атмосферный N2О и N2;
Ассимиляция - превращение неорганического N в органический.
Первичный азот в атмосфере, вероятно, появился в результате процессов дегазации верхней мантии и из вулканических выделений. Фотохимические реакции в высоких слоях атмосферы приводят к образованию соединений азота и заметному поступлению их на сушу и в океан с атмосферными осадками (3-8 кг/га аммонийного азота в год и 1,5-6 кг/га нитратного). Этот азот также включается в общий биогеохимический поток растворенных соединений, мигрирующих с водными массами, участвует в почвообразовательных процессах и в формировании биомассы растений. (Рис.4)
Рис. 4 Круговорот азота.
В отличие от углерода, атмосферный азот не может напрямую использоваться высшими растениями. Поэтому ключевую роль в биологическом круговороте азота играют организмы-фиксаторы. Это микроорганизмы нескольких различных групп, обладающие способностью путём прямой фиксации непосредственно извлекать азот из атмосферы и, в конечном счёте, связывать его в почве. К ним относятся:
некоторые свободноживущие почвенные бактерии;
симбионтные клубеньковые бактерии (существующие в симбиозе с бобовыми);
цианобионты, которые также бывают симбионтами грибов, мхов, папоротников, а иногда и высших растений. В результате деятельности организмов - фиксаторов азота он связывается в почвах в нитритной форме (соединения на основе NH3).
Нитритные соединения азота способны мигрировать в водных растворах. При этом они окисляются и преобразуются в нитратные - соли азотной кислоты HNO3. В этой форме азотные соединения способны эффективно усваиваться высшими растениями и использоваться для синтеза белковых молекул на основе пептидных связей C-N. Далее, по трофическим цепям, азот попадает в организмы животных. В окружающую среду (в водные растворы и в почву) он возвращается в процессах выделительной деятельности животных или разложения органического вещества.
Возврат свободного азота в атмосферу, как и его извлечение, осуществляется в результате микробиологических процессов. Это звено круговорота функционирует благодаря деятельности почвенных бактерий-денитрификаторов, вновь переводящих азот в молекулярную форму.(Рис.4)
В литосфере, в составе осадочных отложений, связывается весьма небольшая часть азота. Причина этого в том, что минеральные соединения азота, в отличие от карбонатов, очень хорошо растворимы. Выпадение некоторой доли азота из биологического круговорота также компенсируется вулканическими процессами. Благодаря вулканической деятельности в атмосферу поступают различные газообразные соединения азота, который в условиях географической оболочки Земли неизбежно переходит в свободную молекулярную форму.
Огромное количество азота в связанном виде содержит биосфера: в органическом веществе почвенного покрова (1,5х1011 т), в биомассе растений (1,1х109 т), в биомассе животных (6,1х10