Биологический круговорот веществ: круговорот углерода и серы

Контрольная работа по дисциплине: Экология

«Экономика и управление на предприятиях»

 

 

2008г

Содержание контрольной работы

Введение

1. Живое вещество и его функции в биосфере

2. Биологический круговорот веществ: круговорот углерода и серы

3. Антропогенное влияние на атмосферу и связанные с ним последствия

Список использованной литературы

Введение

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между гидросферой и атмосферой.Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.
1. Живое вещество и его функции в биосфере

Биосфера представляет оболочку жизни - область существования живого вещества". Включает как область распространения живого вещества, так и само это вещество. Б. возникла 3.5...4.5 млрд лет назад. Б. не есть просто сочетание абиотической области распространения живого вещества и живых существ, но тесное их взаимодействие. Как живое вещество есть "функция биосферы", так биосфера есть результат развития живого вещества как планетарного явления, служащего "могучей геологической силой, связанной с другим веществом биосферы биогенной миграцией атомов" (по в.и. Вернадскому).

Живые организмы (живое вещество).Согласно учению В.И. Вернадского, биосфера - это оболочка Земли, включающая область распространения живого вещества и само это вещество.Живое вещество является функцией биосферы; биосфера - в свою очередь,- результат развития живого вещества как планетарного явления, связанного с другим веществом биосферы биосферной миграцией атомов. Живое вещество рассматривалось В.И.Вернадским как носитель свободной энергии в биосфере.Биосфера, область распространения органической жизни, включает литосферу, гидросферу, а также нижние слои атмосферы.Нижняя граница биосферы располагается на 2-3 км ниже поверхности Земли на суше и на 1-2 км ниже дна океана, а верхней границей является озонный слой на высоте 25-50 км (выше ультрафиолетовое излучение Солнца не допускает существование живого вещества).Около 99% всего вещества в верхних слоях литосферы переработано живыми организмами, суммарная биомасса которых составляет 2,4х 1012 т. Из этого количества на массу зеленых растений суши приходится 97%, животных и микроорганизмов - 3%. В Мировом океане живой биомассы в 1000 раз меньше, чем на суше.Самая существенная особенность биосферы заключается в осуществлении биогенной миграции химических элементов вызываемой лучистой энергией Солнца и проявляющейся в обмене веществ, росте и размножении организмов.Земная кора возникла как продукт выплавления материала первичной мантии, существенно переработанный в биосфере под влиянием воздуха, воды и деятельности организмов, составляющих 1/11.000.000 её массы. Нахождение в области биосферы наложило отпечаток на облик, состав и распространенность осадков и распределение в них полезных ископаемых в виде нефти, газа, угля и карбонатных пород, связанных с жизнедеятельностью организмов на поверхности земли. В биосфере осуществляется непрерывные круговороты веществ и энергии.Зарождение жизни на Земле, которое произошло по различным оценкам, 3-3,7 млрд. лет назад сыграло решающую роль в эволюции планеты. В результате создалась окислительная обстановка определившая специфику экзогенных процессов - выветривания и накопления осадков. Последние, в свою очередь, оказали существенное влияние на эндогенные процессы при погружении осадочных слоистых толщ на глубину в зонах субдукции, куда попадал захороненный в осадках кислород. Влияние осадочных толщ сказывается на интенсивном окислении первичных глубинных существенно водородных флюидов Земли. Наиболее впечатляющим результатом этого процесса формирования и взаимного превращения осадочных метаморфических и магматических горных пород являлось образование гранитного слоя континентальной земной коры. Таким образом В.И.Вернадский назвал земную кору областью былых биосфер, потому что живое вещество за всё время своего существования выполнило следующие функции:В образовании газов - большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. Подземные горючие газы являются продуктом разложения органических веществ растительного происхождения, ранее захороненных в осадочных толщах.В концентрации живыми организмами химических элементов из внешней среды. Примером таких образований могут служить толщи осадочных горных пород - карбонатных (известняки), кремнистых (диатомиты) и месторождения нефти, газа, угля, фосфоритов, графита и других биогенных скоплений.В осуществлении окислительно-восстановительных реакций в биохимических процессах, например, при отложении железомарганцевых конкреций на дне Тихого, Индийского и Атлантического океанов; образовании болотных и озерных бобовых руд. Здесь многовалентные атомы Fe,Mn,Cr,S и др. в результате многочисленных реакций окисления и распада вещества земли поглощали огромное количество кислорода, а жизнь продолжала и продолжает его производить.В биохимических превращениях живого вещества и образовании газовых CO2,O2,N2,H2,H2O,H2S,NH3,CH4 и др.Всё живое вещество планеты участвует в круговороте биофильных химических элементов, что является одним из основных законов геохимии биосферы. Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всех существ,обитающих на Земле.В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов - беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть -млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы.

Живое вещество обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Выделяют следующие основные геохимические функции живого вещества:

1.Энергетическая (биохимическая) - связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе, и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов.

2.Газовая - способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. С газовой функцией связывают два переломных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1 % от современного уровня (первая точка Пастера). Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это произошло примерно 1,2 млрд лет назад. Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10 % от современной (вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до этого функцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода, под слоем которой возможна была жизнь).

3.Концентрационная - "захват" из окружающей среды живыми организмами и накопление в них атомов биогенных химических элементов. Концентрационная способность живого вещества повышает содержание атомов химических элементов в организмах по сравнению с окружающей средой на несколько порядков. Содержание углерода в растениях в 200 раз, а азота в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Содержание марганца в некоторых бактериях может быть в миллионы раз больше, чем в окружающей среде. Результат концентрационной деятельности живого вещества - образование залежей горючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.п.

4.Окислительно-восстановительная - окисление и восстановление различных веществ с помощью живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, S, Р, N и др.), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п.

5.Деструктивная - разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) - сапротрофные грибы и бактерии.

6.Транспортная - перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Такой перенос может осуществляться на огромные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).

7.Средообразующая - преобразование физико-химических параметров среды. Эта функция является в значительной мере интегральной - представляет собой результат совместного действия других функций. Она имеет разные масштабы проявления. Результатом средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локальные структуры.

8.Рассеивающая - функция противоположная концентрационной - рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п. Железо гемоглобина крови рассеивается кровососущими насекомыми.

9.Информационная - накопление живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

10.Биогеохимическая деятельность человека - превращение и перемещение веществ биосферы в результате человеческой деятельности для хозяйственных и бытовых нужд человека. Например, использование концентраторов углерода - нефти, угля, газа и др.

Биологический круговорот веществ: круговорот углерода и серы

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 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.