Пожалуйста, ставьте активную гиперссылку на сайт eco-ref.ru если Вы копируете эти материалы!
Во избежание недоразумений ознакомьтесь с правилами копирования материалов с сайта www.eco-ref.ru
Вода находится в
постоянном движении. Испаряясь с
поверхности водоемов, почвы, растений, вода
накапливается в атмосфере и, рано или поздно,
выпадает в виде осадков, пополняя запасы в
океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом,
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 водохранилища -
так называемые открытые (или поверхностные)
источники водозабора. Либо вода, просачиваясь
через почву и подпочвенные слои, пополняет
запасы грунтовых вод. Поверхностные и
грунтовые воды и составляют два основных
источника водоснабжения. Оба этих водных ресурса
взаимосвязаны и имеют как свои преимущества, так
и недостатки в качестве источника питьевой воды.
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.
Если же водяной пар переносится воздушными
течениями на сушу, круговорот становится
значительно сложнее. В этом случае часть осадков
испаряется и поступает обратно в атмосферу,
другая - питает реки и водоемы, но в итоге вновь
возвращается в океан речным и подземным стоком,
завершая тем самым большой круговорот. Важное
свойство круговорота воды заключается в том, что
он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и
живым веществом, связывает воедино все части
гидросферы: океан, реки, почвенную влагу,
подземные воды и атмосферную влагу. Вода -
важнейший компонент всего живого. Грунтовые
воды, проникая сквозь ткани растения в процессе
транспирации, привносят минеральные соли,
необходимые для жизнедеятельности самих
растений. Наиболее замедленной частью
круговорота воды является деятельность полярных
ледников, что отражают медленное движение и
скорейшее таяние ледниковых масс. Наибольшей
активностью обмена после атмосферной влаги
отличаются речные воды, которые сменяются в
среднем каждые 11 дней. Чрезвычайно быстрая
возобновляемость основных источников пресных
вод и опреснение вод в процессе круговорота
являются отражением глобального процесса
динамики вод на земном шаре.
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 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. Так, в далекие
геологические эпохи сотни миллионов лет назад
значительная часть фотосинтезируемого
органического вещества не использовалась ни
консументами, ни редуцентами, а накапливалась и
постепенно погребалась под различными
минеральными осадками. Находясь в породах
миллионы лет, этот детрит под действием
высоких температур и давления (процесс
метаморфизации) превращался в нефть, природный
газ и уголь, во что именно - зависело от исходного
материала, продолжительности и условий
пребывания в породах. Теперь мы в огромных
количествах добываем это ископаемое топливо для
обеспечения потребностей в энергии, а сжигая его,
в определенном смысле завершаем круговорот
углерода. Если бы ни этот процесс в истории
планеты, вероятно, человечество имело бы сейчас
совсем другие источники энергии, а может быть и
совсем другое направление развития цивилизации
.
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. Возникают мощные толщи
известняков. Наряду с этим большим круговоротом
углерода существует еще ряд малых его
круговоротов на поверхности суши и в океане. В
пределах суши, где имеется растительность,
углекислый газ атмосферы поглощается в процессе
фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть
его выделяется растениями во внешнюю среду. 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
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 азота
При гниении органических
веществ значительная часть содержащегося в
них азота превращается в аммиак, который под
влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий
окисляется затем в азотную кислоту. Последняя,
вступая в реакцию с находящимися в почве
карбонатами, например с карбонатом кальция
СаСОз, образует нитраты:
2HN0з + СаСОз = Са(NОз)2 + СОС +
Н0Н
Некоторая же часть азота всегда выделяется при
гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный
азот выделяется также при горении органических
веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа.
Кроме того, существуют бактерии, которые при
.недостаточном доступе воздуха могут отнимать
кислород от нитратов, разрушая их с выделением
свободного азота. Деятельность этих де ни
трифицирующих бактерий приводит к тому, что
часть азота из доступной для зеленых растений
формы (нитраты) переходит в недоступную
(свободный азот). Таким образом, далеко не весь
азот, входивший в состав погибших растений,
возвращается обратно в почву; часть его
постепенно выделяется в свободном виде.
Непрерывная убыль минеральных азотных
соединений давно должна была бы привести к
полному прекращению жизни на Земле, если бы в
природе не существовали процессы, возмещающие
потери азота. К таким процессам относятся,
прежде всего происходящие в атмосфере
электрические разряды, при которых всегда
образуется некоторое количество оксидов азота;
последние с водой дают азотную кислоту,
превращающуюся в почве в нитраты. Другим
источником пополнения азотных соединений почвы
является жизнедеятельность так называемых азотобактерий,
способных усваивать атмосферный азот. Некоторые
из этих бактерий поселяются на корнях растений
из семейства бобовых, вызывая образование
характерных вздутий — «клубеньков», почему они и
получили название клубеньковых бактерий.
Усваивая атмосферный азот, клубеньковые
бактерии перерабатывают его в азотные
соединения, а растения, в свою очередь,
превращают последние в белки и другие сложные
вещества. Таким образом, в природе совершается
непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с
урожаем с полей убираются наиболее богатые
белками части растений, например зерно. Поэтому в
почву необходимо вносить удобрения, возмещающие
убыль в ней важнейших элементов питания
растений.
Круговорот фосфора
Фосфор входит в состав генов
и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В
различных минералах фосфор содержится в виде
неорганического фосфатиона (PO43-). Фосфаты
растворимы в воде, но не летучи. Растения
поглощают PO43- из водного раствора и включают
фосфор в состав различных органических
соединений, где он выступает в форме так
называемого органического фосфата. По
пищевым цепям фосфор переходит от растений ко
всем прочим организмам экосистемы. При каждом
переходе велика вероятность окисления
содержащего фосфор соединения в процессе
клеточного дыхания для получения организмом
энергии. Когда это происходит, фосфат в составе
мочи или ее аналога вновь поступает в окружающую
среду, после чего снова может поглощаться
растениями и начинать новый цикл.
В отличие, например, от углекислого газа,
который, где бы он ни выделялся в атмосферу,
свободно переносится в ней воздушными потоками
пока снова не усвоится растениями, у фосфора нет
газовой фазы и, следовательно, нет свободного
возврата в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор
насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного
пути, по сути дела, нет. Что-то может вернуться на
сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень
небольшая часть общего количества,
оказывающаяся к тому же вблизи побережья.
Океанические отложения фосфата со временем
поднимаются над поверхностью воды в результате
геологических процессов, но это происходит в
течение миллионов лет. Следовательно,
фосфат и другие минеральные биогены почвы
циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если
содержащие их отходы жизнедеятельности
откладываются в местах поглощения данного
элемента. В естественных экосистемах так в
основном и происходит. Когда же в их
функционирование вмешивается человек, он
нарушает естественный круговорот, перевозя,
например, урожай вместе с накопленными из почвы
биогенами на большие расстояния к потребителям.
Круговорот серы
Сера является важным составным элементом
живого вещества. Большая часть ее в живых
организмах находится в виде органических
соединений. Кроме того, сера входит в состав
некоторых биологически активных веществ:
витаминов, а также ряда веществ, выступающих в
качестве катализаторов
окислительно-восстановительных процессов в
организме и активизирующих некоторые ферменты.
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.