20201

Круговорот веществ в биосфере

Реферат

Экология и защита окружающей среды

Он заключается в следующем: горные породы подвергаются разрушению и выветриванию продукты разрушения сносятся потоками воды в Мировой океан. Круговорот воды Нам знакомы 3 состояния воды: твёрдое лёд жидкое собственно вода газообразное водяной пар. Главный источник поступления воды атмосферные осадки а главный источник расхода испарение. Продолжительность кругооборота: океан 3000 лет подземные воды 5000 лет полярные ледники 8500 лет озера 17 лет реки 10 дней вода в живых организмах несколько часов.

Русский

2013-07-25

106.5 KB

1 чел.

Круговорот веществ в биосфере

Все вещества, находящиеся на Земле, вовлечены в большой (геологический) и малый (биотический), процесс круговорота, причём малый является частью большого. Большой длится сотни тысяч и миллионы лет. Он заключается в следующем: горные породы подвергаются разрушению и выветриванию, продукты разрушения сносятся потоками воды в Мировой океан. Там они образуют морские напластования и лишь частично возвращаются на сушу с осадками или извлечёнными морскими организмами. Крупные и мелкие геотектонические изменения, т.е. опускание материков и поднятие морского дна и приводит к тому, что эти напластования возвращаются на сушу, и процесс начинается вновь.

Биологический циклэто круговорот химических веществ из неорганической среды через растения и живые организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии.

Круговорот углерода

Сложный механизм эволюции на Земле определяется химическим элементом «углерод». Углерод - составная часть скальных пород и в виде СО- часть атмосферного воздуха. Источники СО - вулканы, дыхание, лесные пожары, сжигание топлива, промышленность и др.

Атмосфера интенсивно обменивается СО с мировым океаном, где его в 60 раз больше, чем в атмосфере, т.к. СО хорошо растворяется в воде (чем ниже температура - тем выше растворимость, т.е. СОбольше в низких широтах). Океан действует как гигантский насос: поглощает СО в холодных областях и частично «выдувает» в тропиках.

Избыточное количество СО в океане соединяется с водой, образуя угольную кислоту. Соединяясь с Са, К, Na, образует стабильные соединения в виде карбонатов, которые оседают на дно.

Фитопланктон в океане в процессе фотосинтеза поглощает СО. Умирая, организмы попадают на дно и становятся частью осадочных пород. Это показывает взаимодействие большого и малого кругооборота веществ.

Углерод С из молекулы СО2 в ходе фотосинтеза включается в состав глюкозы, а затем в состав более сложных соединений, из которых построены растения. В дальнейшем они переносятся по пищевым цепям и образуют ткани всех остальных живых организмов в экосистеме и возвращаются в окружающую среду в составе СО2.

Также углерод присутствует в нефти и угле. Сжигая топливо, человек также завершает цикл углерода, содержащегося в топливе - так возникает биотехнический кругооборот углерода. Оставшаяся масса углерода находится в карбонатных отложениях дна океана (1,3-10т), в кристаллических породах (1-10т), в угле и нефти (3,4- 10т). Этот углерод принимает участие в экологическом кругообороте. Жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживается относительно небольшим количеством углерода (5-10т).

Круговорот азота

Азот содержится в атмосфере, где его около 80%. Азот содержится в воде и почве в виде неорганических соединений: аммонитных, нитритных и нитратных. Кроме того, азот содержится в живых организмах. Прежде всего в белках и нуклеиновых кислотах.

Рассмотрим малый биотический круговорот азота.

NH-2 – органический азот животных и растений

CO(NH2)2 – мочевина

NH3 – аммиак

NH+4 – ион аммония

NO2 – нитриты

NO-3 – нитраты

N2O – оксид азота

N2 – чистый азот

Круговорот фосфора

В организме фосфор содержится в клеточных мембранах, нуклеиновых кислотах и веществах носителях энергии АДФ и АТФ.

Рассмотрим малый биотический круговорот фосфора.

PO3-4 – растворимые фосфат ионы.

Биотический круговорот фосфора не замкнут. Существуют блок морские осадки, которые замыкаются только в пределах большого геологического круговорота фосфора.

Круговорот воды

Нам знакомы 3 состояния воды: твёрдое - лёд, жидкое - собственно вода, газообразное - водяной пар. Количество водяного пара в воздухе определяют как влажность, обычно в %.

Главный источник поступления воды - атмосферные осадки, а главный источник расхода - испарение.

Продолжительность кругооборота: океан (3000 лет), подземные воды (5000 лет), полярные ледники (8500 лет), озера (17 лет), реки (10 дней), вода в живых организмах - несколько часов.

Так как океаны занимают 70% поверхности Земли, то вода попадает в воздух, главным образом, испаряясь с поверхности океана. Испарение идёт с поверхности озёр, рек, почвы и т.д.

Когда воздух, максимально насыщенный водяным паром, охлаждается, то вода конденсируется: её молекулы соединяются в капельки. В атмосфере вода конденсируется на частичках пыли, в результате чего образуются туман и облака. Когда эти капли или кристаллики льда становятся достаточно крупными, то идёт дождь или снег.

Вода, попадающая на землю, или впитывается в почву или стекает по ней. По поверхности вода стекает в ручьи, реки, далее в океан, где происходит испарение. Вода, впитавшаяся в почву, или удерживается в почве в количестве, зависящем от водоудерживающей способности почвы, и возвращается в атмосферу при испарении, или просачивается вниз по трещинам под действием силы тяжести, достигая непроницаемого слоя горной породы, накапливается и называется грунтовыми водами. Далее вода вытекает на поверхность и образует родники, а родники питают ручьи и т.д.

При испарении в воздух поднимаются только молекулы воды, а соли и другие вещества остаются на земле. Когда водяной пар конденсируется из него образуется только вода. Таким образом, земля и атмосфера работают как гигантский опреснитель и очиститель (опреснителя - солёная вода океана).

Вода - весьма распространенное на Земле вещество. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки, озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы.

Природная вода не бывает абсолютно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха.

Весьма важное значение для нашей планеты имеет КРУГОВОРОТ ВОДЫ. Он слагается из процессов, имеющих разную протяженность - от оборота воды на протяжении суток в результате транспирирующей деятельности одного растения, всасывающего выпавшею атмосферную воду корнями и вновь возвращающего ее в атмосферу листьями, до медленного движения огромных масс воды, связывающего земную кору с гидросферой и атмосферой.

Круговорот воды на поверхности Земли складывается из 520 тыс. км  выпадающей и такой же массы испаряющейся воды. При этом на континентах выпадает в год 109000 км, а испаряется 72000км . Разница в 37000 км  и есть цифровое значение полного речного стока. С поверхности Мирового океана испаряется воды больше (448000 км), чем выпадает осадков (441000 км). Разность покрывается стоком речных вод.

Огромный круговорот воды сопровождает процесс созидания органического вещества. Выделяемый растениями кислород образуется при реакции фотосинтеза за счет расщепления воды. Однако на фотосинтез расходуется всего около 1% воды, проходящей из почвы через растения в атмосферу.

Круговые движения воды не ограничиваются поверхностью Земли. Значительное количество воды присутствует в горных породах в виде пленочных и поровых вод, еще больше входит ее в состав минералов, образующихся в зоне гипергенеза. Все глинистые минералы, оксиды железа и другие распространенные в этой зоне соединения содержат в своем составе воду. Поступая в глубинные зоны земной коры, связанные формы воды постепенно освобождаются и включаются в метаморфические, магматические и гидротермические процессы.  С вулканическими газами и горячими источниками глубинные воды поступают на поверхность.

Принципы функционирования экосистем

  1.  В естественных экосистемах получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов.
  2.  Экосистемы существуют за счёт не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.
  3.  Чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень. На концах длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.

Принципы устойчивости экосистем

Все компоненты экосистем находятся во взаимосвязи друг с другом, образуя круговорот химических элементов. Обмен веществом между организмами можно рассматривать как процесс передачи энергии и информации. Таким образом, в любой экосистеме, где существуют трофические цепи, существуют каналы передачи информации (химической, энергетической). Сбалансированность биологического круговорота и устойчивость экосистем с точки зрения кибернетики обеспечивается механизмом обратной связи.

Рассмотрим некоторый объект управления.

На этот объект действует  управления параметрами и  - вектор возмущающих параметров.  отличается от  тем, что на его составляющие мы можем воздействовать. На выходе имеем  - вектор выходных параметров. Если бы  являлся только функцией управления параметрами, то мы бы всегда могли предсказать  значение . Однако  является функцией не только , но и , и в связи с этим точно предсказать значение  мы не можем.

Принцип обратной связи заключается в следующем: некоторый управляющий компонент системы получает информацию с выхода управляемой системы и использует эту информацию для коррекции процесса управления.

Обратная связь бывает отрицательной, в этом случае она стабилизирует систему, возвращает состояние равновесия, и положительной, которая раскачивает систему, выводя из состояния равновесия.

Рассмотрим экологическую систему, состоящую из двух популяций: популяция хищника и популяция жертвы.

Допустим, численность популяции жертвы возросла, в результате чего для хищников становится больше еды и популяция хищника тоже растёт. Количество хищников  становится больше, они начинают уничтожать больше жертв, в результате чего численность популяции жертв падает, а затем с некоторым запаздыванием начинает падать численность популяции хищников и система возвращается в исходное состояние.

Здесь мы видим работу отрицательной обратной связи. При некоторых условиях, обратная связь, т.е. передача информации нарушается. Например, если возникнет эпидемия или в системе появился новый хищник, на языке кибернетики говорят, что в каналах обратной связи появились помехи. Роль помех могут играть и абиотические факторы. Воздействие естественных помех на популяцию носит случайный статистический характер, т.е. особи, для которых помехи оказались непреодолимыми погибнут, а более стойкие выживут. Таким образом, под влиянием таких помех происходит естественный отбор и они являются фактором эволюции. Кибернетический подход позволяет объяснить причины биологического равновесия экосистем и условия, при которых это равновесие обеспечивается.

Каждая система обладает определённым запасом информации, под которой понимается мера организованности или упорядоченности системы. Чем сложнее система, чем больше в ней перекрещивающихся трофических и энергетических цепей, тем больше в системе запас информации. Каждая открытая система при обмене веществом и энергией с внешней средой получает из неё информацию. При этом, эта информация стремится вывести систему из состояния равновесия. Накопленная же система информации способна компенсировать нарушение структуры и возвратить систему в стабильное состояние. Таким образом, экологические системы тем устойчивее во времени и пространстве, чем они сложнее или стабильность сообщества определяется числом связей между видами в трофической пирамиде. Человек постоянно вмешивается в процессы, происходящие в экосистемах и влияет как на отдельные звенья, так и системы в целом. Чаще всего, это не приводит к разрушению системы, нарушению её стабильности, однако, это не означает, что система осталась неизменной. Уровень сложности системы при этом уменьшается и соответственно уменьшается запас устойчивости.

Гомеостатическое плато – это область пространства экологических параметров, в пределах которой механизмы отрицательной обратной связи способны, не смотря на стрессовое воздействие, сохранить устойчивость системы хотя бы и в изменённом виде.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2897. Схеми регенеративного підігріву живильної води 3.63 MB
  Схеми регенеративного підігріву живильної води Раніше, було показано, що регенеративний підігрів води підвищує ККД ПТУ. Це досягається тому, що тепло пари з відбору повертається у цикл для підігріву живильної води (регенерується), а не передаєт...
2898. Паризька мирна конференція 24.48 KB
  Паризька мирна конференція. Розглянути основні післявоєнні договори, розвивати аналітичні вміння при вивченні всесвітньої історії, виховувати в учнів зацікавленість до новітнього періоду всесвітньої історії Обладнання: підручник, карта, дидакт...
2899. Контролінг на підприємстві 7.22 MB
  Сутність, завдання та функції контролінгу. Чинники виникнення контролінгу. Взаємозв'язок контролінгу з іншими функціями управління підприємством. Сутність контролінгу як функціонально відокремленого напрямку економічної роботи на підприємстві. Зародження та етапи розвитку контролінгу. Чинники виникнення контролінгу.
2900. Методы изучения генетики человека 117.5 KB
  Методы изучения генетики человека Учебно-образовательные цели: Генеалогический метод, близнецовый метод, популяционно-статистический метод, метод дерматоглифики и пальмоскопии, метод генетики соматических клеток, цитогенетический метод, биохими...
2901. Архивация данных. Назначение программ архивации. Создание архивных файлов 75.5 KB
  Архивация данных. Назначение программ архивации. Создание архивных файлов Задание 1. Заархивируйте текстовый файл и определите коэффициент сжатия. Найдите папку Урок 2. Архивация и скопируйте ее в свою рабочую папку. Далее все задания выполняй...
2902. Создание архивных файлов. Извлечение файлов из архива 43 KB
  Заархивируйте группу файлов. В контекстном меню выделенной группы объектов выберите пункт Добавить файлы в архив. Перейдите на вкладку Дополнительно и нажмите кнопку. Установить пароль. С помощью программы WinRar заархивируйте группу файлов.
2903. Генетика популяций 53.5 KB
  Генетика популяций Популяционная генетика – раздел генетики, изучающий законы и закономерности микроэволюции. Элементарной эволюционной структурой является популяция, и изучение генетических закономерностей жизни популяции позволяет понять...
2904. Биосоциальная сущность человека 109.5 KB
  Биосоциальная сущность человека Биологический вид Homo sapiens составляет часть биосферы и продукт её эволюции. Закономерности биологических процессов, происходящих на клеточном уровне и имеющие универсальное значение в природе, в полной мере п...
2905. Методы генетики человека. Наследственные заболевания человека. 31.5 KB
  Методы генетики человека. Наследственные заболевания человека. Проблемы в генетике человека (почему мы не можем использовать классические методы генетики): невозможность направленных скрещиваний для генетического анализа невозможность эксперимен...