КРУГООБІГ РЕЧОВИН В ЕКОСИСТЕМАХ. АНТРОПОГЕННИЙ ВПЛИВ НА БІОГЕОХІМІЧНІ ЦИКЛИ
КРУГООБІГ РЕЧОВИН В ЕКОСИСТЕМАХ
Важливу роль у переносі матерії в екосистемах відіграють постійні цикли елементів, які суттєво відрізняються від перетвореної енергії, котра деградує у вигляді тепла й ніколи не буде використана знову. Неорганічні елементи надходять з довкілля, проходять крізь організми й знову повертаються у зовнішнє середовище, а потім знову включаються до складу живої речовини. Таким чином, кожний елемент використовується багато разів, що й складає біогенний кругообіг речовин. Звичайно, що під час переходу від одного трофічного рівня до іншого елементи частково виключаються з кругообігу у вигляді руди, вугілля, нафти, газу, торфу. Можна говорити про цикли таких елементів, як O2, Н, Р, S, С.
Процеси фотосинтезу органічної речовини з неорганічних компонентів триває мільйони років і за такий час хімічні елементи повинні були перейти з однієї форми в іншу. Однак цього не відбувається завдяки їх кругообігу в біосфері. Щорічно фотосинтезуючі організми засвоюють майже 350 млрд. т вуглекислого газу, виділяють до атмосфери біля 250 млрд. т кисню і розщеплюють 140 млрд. т води, утворюючи понад 230 млрд. т органічної речовини (в перерахунку на суху вагу). Величезні кількості води проходять через рослини та водорості в процесі забезпечення транспортної функції та випаровування. Це призводить до того, що вода поверхневого шару океану фільтрується планктоном за 40 днів, а вся інша вода океану – приблизно за рік. Весь вуглекислий газ атмосфери поновлюється за декілька сотень років, а кисень за декілька тисяч років. Щорічно фотосинтезом до кругообігу включається 6 млрд. т азоту, 210 млрд т фосфору та велика кількість інших елементів (калій, натрій, кальцій, магній, сірка, залізо та ін.). Існування цих кругообігів придає екосистемі певну тривалість.
|
|
|
Розрізняють два основних кругообіга: великий (геологічний) і малий (біотичний).
Великий кругообіг, триває мільйони років і полягає в тому, що гірські породи підлягають руйнуванню, а продукти вивітрювання (в тому числі розчинні у воді поживні речовини) зносяться потоками води у Світовий океан, де вони утворюють морські напластування і лише частково повертаються на сушу із опадами. Геотектонічні зміни, процеси опускання материків і підняття морського дна, переміщення морів та океанів на протязі тривалого часу призводять до того, що ці напластування повертаються на сушу і процес починається знов.
Малий кругообіг (частина великого) відбувається на рівні екосистеми і полягає в тому, що поживні речовини, вода і вуглець акумулюються в речовині рослин, витрачаються на побудову тіла і на життєві процеси як самих цих рослин, так і інших організмів (як правило тварин), що з’їдають ці рослини (консументи). Продукти розпаду органічної речовини під дією деструкторів та мікроорганізмів (бактерії, гриби, черві) знов розкладаються до мінеральних компонентів, доступних рослинам, що втягуються ними у потоки речовини.
|
|
|
Кругообіг хімічних речовин з неорганічного середовища через рослинні та тваринні організми назад у неорганічне середовище з використанням сонячної енергії та енергії хімічних реакцій називається біогеохімічним циклом. У такі цикли втягнуті практично всі хімічні елементи і насамперед ті, що беруть участь в побудові живої клітини. Так, тіло людини складається з кисню (62.8%), вуглецю (19.37%), водню (9.31%), азоту (5.14%), кальцію (1.38%), фосфору (0.64%) та ще приблизно з 30 елементів.
АНТРОПОГЕННИЙ ВПЛИВ НА БІОГЕОХІМІЧНІ ЦИКЛИ
Проблеми народонаселення та ресурсів біосфери тісно пов'язані з реакціями навколишнього природного середовища на антропогенний вплив. Природний екологічно збалансований стан навколишнього середовища зазвичай називають нормальним. Це стан, при якому окремі групи організмів біосфери взаємодіють один з іншим та з абіотичним середовищем без порушення рівноваги кругообігів речовин та потоків енергії в межах певного геологічного періоду, обумовлене нормальним протіканням природних процесів в всій геосфері. Природні процеси можуть мати катастрофічний характер, наприклад виверження вулканів, землетрус, повінь, що, однак, також складає «норму» природи. Ці та інші природні процеси поступово, із геологічною швидкістю, еволюціонують і в той же час на протязі тисячоріч (протягом одного геологічного періоду) залишаються в збалансованому стані. При цьому протікають малий(біологічний) та великій (геологічний) кругообіги речовин та встановлюються енергетичні баланси між різноманітними геосферами і космосом, що поєднує природу в єдине ціле. Кругообіги речовин та енергії в біосфері характеризуються певними кількісними параметрами, які специфічні для даного геологічного періоду і для кожного елементу земної поверхні у відповідності з їхньою географією. Зазвичай в якості основних параметрів, що характеризують стан навколишнього природного середовища, виділяють наступні:
|
|
|
1. Енергетичний: Е = Е0 + DЕ,
де Е0 – запас енергії в системі у момент часу t0;
DЕ – енергетичний баланс системи за час Dt, тобто в період від t = t0 до t = t0 + Dt .
|
|
|
2. Водний: W = W0 + DW,
де W0 – запас води в системі у момент часу t0;
DW – водний баланс системи за час Dt, тобто в період від t = t0 до t = t0 + Dt .
3. Біологічний: В = В0 + DВв - DВm,
де B0 – початкова біомаса;
DВв – біологічна продуктивність;
DВm – мінералізація органіки за час Dt .
4. Біогеохімічний: G = G0 + DGв - DGg,
де G0 – запас хімічних елементів в системі;
DGв и DGg – зміна запасу хімічних елементів внаслідок біологічного та геологічного кругообіга речовин.
Ці параметри стану навколишнього середовища можуть бути кількісно визначені експериментальним шляхом для кожного району, великого регіону, природної зони або ландшафтно-географічного пояса, нарешті, для земної кулі в цілому; вони кількісно характеризують стан та просторову неоднорідність середовища. Геохімічний параметр стану навколишнього середовища також суттєво змінився, особливо у відношенні біологічного і геологічного кругообігів.
Під впливом людської діяльності відбуваються великі зміни в розподілі хімічних елементів в біосфері, природна та антропогенна трансформація речовин, а також перехід хімічних елементів з одних сполук до інших. Природний біологічний кругообіг речовин порушений людиною на площі, яка досягає майже половини всієї поверхні суші: антропогенні пустелі, індустріальні та міські землі, сади, вторинні низькопродуктивні ліси, виснажені пасовища і т. д.
Порушенню геологічного кругообігу речовин сприяли такі фактори:
1. Ерозія ґрунтового покриву і зростання твердого стоку в океан;
2. Переміщення величезних мас земної кори;
3. Видобування з надр чималих кількостей руд, пальних та інших копалин;
4. Перерозподіл солі в ґрунтах, ґрунтових та річкових водах під впливом зрошувального землеробства;
5. Застосування мінеральних добрив та ядохімікатів;
6. Забруднення середовища сільськогосподарськими, промисловими і комунальними відходами;
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 529; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!