Круговорот углерода в природе

Важнейшие биогеохимические круговороты

Углерод - основная составля­ющая углеводов, белков, нуклеиновых кислот и других жизненно важных органических соединœений.

В основе круговорота угле­рода в природе в основном лежат реакции окисления и восста­новления углерода. Принципиальная схема круговорота углерода в приро­де приведена на рис. 3.

Углекислый газ из атмосферы в процессе фотосинтеза превращается в органическое вещество растений:

Расте­ния (органическое вещество) поедаются животными:

Органическое вещество в ре­зультате (сжигания) жизнедеятельности организмов, разложения трупов и дру­гих процессов выделяется в атмосферу в виде СО 2 (и Н 2 О), и запасается в виде гумуса, торфа. Последние являются основой превра­щения их в каменные угли, нефть и газы.

Источниками поступления углекислого газа в атмос­феру является также вулканическая деятельность, разложение органических веществ, Мировой океан и деятельность че­ловека, связанная со сжиганием угля, нефти, газа.

Круговорот углерода в гидросфере значительно сложнее континœентального, поскольку возврат этого элемента в виде СО 2 зависит от поступления кислорода в верхние слои воды как из атмосферы, так и из нижелœежащей толщи воды. По этой причине в целом показатели годичного круговорота углерода в Мировом океане почти вдвое ниже, чем на суше.

В водных сис­темах огромное количество угольной кислоты (Н 2 СО 3) за­консервировано в виде известняков и других пород. Часть углерода ускользает из круговорота и «уходит в геоло­гию» в виде торфа, угля, нефти и карбонатных отложе­ний водных систем.

Между сушей и Мировым океаном происходит постоянная миграция углерода. Здесь преобладает его вынос с суши в океан в виде карбонатов и органических соединœений. Поступление углерода из Мирового океана на сушу осуществляется только в виде СО 2 , переносимого воздушными течениями. СО 2 атмосферы и гидросферы полностью обменивается живыми организмами за 395 лет.

Суммарное количество СО 2 (т) составляет:

в атмосфере - 2,3 ∙10 12

в Мировом океане - 1,3 ∙10 14

в литосфере (в связанном состоянии) - 2 ∙10 17

в живом веществе биосферы - около 2,3 ∙10 12

Рис.3. Схема круговорота углерода

Основные отрицательные последствия нарушения кру­говорота углерода человеком проявляется в сокращении площадей лесов, разрушении почвы, сжигании топлива. Часть углерода накапливается в атмосфере в форме угле­кислого газа и метана, обуславливая парниковый эффект.

За геологический период с момента появления жизни на Земле углерод атмосферы и гидросферы неоднократно прошел через живые организмы. В течение 3-4 лет растения усваивают столько углерода, сколько его содержится в атмосфере. Следовательно, за четыре года может обновиться углеродный состав атмосферы, и условно можно считать, что углерод атмосферы за данный срок завершает свой цикл (Гришина, 1976). Цикл углерода гумосферы охватывает 300-400 лет. При этом цикл биологического круговорота углерода не замкнут: данный элемент часто выходит из круговорота на длительный срок в виде карбонатов, торфов, углей, гумуса. С другой стороны нарушение цикла происходит и благодаря поступлению в атмосферу глубинного углекислого газа и окиси углерода.

После рассмотрения свойств и особенностей углеродсодержащих соединœений следует еще раз подчеркнуть ведущую роль углерода-органогена № 1:

во-первых, атомы углерода формируют скелœет молекул органических соединœений;

во-вторых, атомы углерода играют ключевую роль в окислительно-восстановительных про­цессах, поскольку среди атомов всœех органогенов именно для углерода наиболее характерна окислительно-восстановительная двойственность.

Вся земная жизнь основана на углероде. Каждая молекула живого организма построена на основе углеродного скелета. Атомы углерода постоянно мигрируют из одной части биосферы (узкой оболочки Земли, где существует жизнь) в другую. На примере круговорота углерода в природе можно проследить в динамике картину жизни на нашей планете.

Основные запасы углерода на Земле находятся в виде содержащегося в атмосфере и растворенного в Мировом океане диоксида углерода, то есть углекислого газа (CO 2). Рассмотрим сначала молекулы углекислого газа, находящиеся в атмосфере. Растения поглощают эти молекулы, затем в процессе фотосинтеза атом углерода превращается в разнообразные органические соединения и таким образом включается в структуру растений. Далее возможно несколько вариантов:

• углерод может оставаться в растениях, пока растения не погибнут. Тогда их молекулы пойдут в пищу редуцентам (организмам, которые питаются мертвым органическим веществом и при этом разрушают его до простых неорганических соединений), таким как грибы и термиты. В конце концов углерод вернется в атмосферу в качестве CO 2 ;
• растения могут быть съедены травоядными животными. В этом случае углерод либо вернется в атмосферу (в процессе дыхания животных и при их разложении после смерти), либо травоядные животные будут съедены плотоядными (и тогда углерод опять же вернется в атмосферу теми же путями);
• растения могут погибнуть и оказаться под землей. Тогда в конечном итоге они превратятся в ископаемое топливо — например, в уголь.

В случае же растворения исходной молекулы CO 2 в морской воде также возможно несколько вариантов:

• углекислый газ может просто вернуться в атмосферу (этот вид взаимного газообмена между Мировым океаном и атмосферой происходит постоянно);
• углерод может войти в ткани морских растений или животных. Тогда он будет постепенно накапливаться в виде отложений на дне Мирового океана и в конце концов превратится в известняк (см. Цикл преобразования горной породы) или из отложений вновь перейдет в морскую воду.

Если углерод вошел в состав осадочных отложений или ископаемого топлива, он изымается из атмосферы. На протяжении существования Земли изъятый таким образом углерод замещался углекислым газом, попадавшим в атмосферу при вулканических извержениях и других геотермальных процессах. В современных условиях к этим природным факторам добавляются также выбросы при сжигании человеком ископаемого топлива. В связи с влиянием CO 2 на парниковый эффект исследование круговорота углерода стало важной задачей для ученых, занимающихся изучением атмосферы.

Составной частью этих поисков является установление количества CO 2 , находящегося в тканях растений (например, в только что посаженном лесу) — ученые называют это стоком углерода . Поскольку правительства разных стран пытаются достичь международного соглашения по ограничению выбросов CO 2 , вопрос сбалансированного соотношения стоков и выбросов углерода в отдельных государствах стал главным яблоком раздора для промышленных стран. Однако ученые сомневаются, что накопление углекислого газа в атмосфере можно остановить одними лесопосадками.

Круговорот углерода в природе

Углерод – важнейший элемент нашей планеты, хотя его на Земле в 49 раз меньше, чем кислорода, и в 26 раз меньше, чем кремния. В таблице распространенности элементов он занимает 15-е место
(в процентах от массы земной коры). Значение углерода в природе, однако, зависит не столько от количества его атомов, находящихся в различных геосферах, сколько от свойств самого атома элемента и его участия в геохимических реакциях.

На рисунке (см. с. 2) изображены главнейшие циклы превращения углерода в природе, происходящие в атмо-, био-, гидро- и литосфере. В рисунке находит отражение и факт активного вмешательства в этот процесс человека с его могучей техникой. Стрелками, направленными в разные стороны, условно указаны пути поступления углерода в атмосферу и обратные пути его поглощения из атмосферы. Рассмотрим эти пути.

Углерод – важнейшая составная часть живых организмов. С его превращением связан такой важный жизненный процесс, как ассимиляция – поглощение растением из атмосферы оксида углерода (СО 2) и последующее образование углеводов, белков и других органических веществ. Этот процесс осуществляется за счет энергии солнечных лучей (с помощью хлорофилла зеленых растений) и ведет к ее накоплению в растениях в виде энергии химических связей.

В настоящий период развития жизни на Земле зеленые растения связывают ежегодно громадное количество углерода – около 1,5 10 11 т. Некоторые ученые считают, что до появления растительной жизни на Земле в земной атмосфере было неизмеримо больше углекислого газа, чем теперь, а свободного кислорода даже не было, т.к. он весь уходил на окислительные процессы.

Процесс фотосинтеза – это практически единственный путь образования органических веществ на Земле. В результате этого процесса растения Земли из углекислого газа, воды, минерализованных соединений азота, серы и других элементов образуют огромные количества органических веществ – около 450 млрд т в год. Расчеты показывают, что на одного жителя Земли это составляет около 180 т в год.

Из сказанного нетрудно понять, что фотосинтез – это первоисточник пищевых продуктов для человека и животных. Поэтому возникает необходимость постоянной заботы о всемерном расширении площадей для наиболее ценных пищевых и кормовых растений и увеличения их урожайности. Наши ученые рассчитали, что за счет возможного расширения посевных площадей под культуры сельскохозяйственных растений и увеличения их урожайности продукты фотосинтеза (а значит, и пищевые ресурсы) могут быть увеличены примерно в 20–30 раз.

Растениями питаются животные, в результате чего углерод идет на построение тела животных. Окисляясь при дыхании животных и растений, углерод снова выделяется в атмосферу. Горение, тление животных и растительных остатков также ведет к возвращению углерода в виде СО 2 в атмосферу. К такому же результату приводят и процессы брожения.

Содержание углекислого газа в атмосфере относительно небольшое, всего 0,03% (по объему). Общее содержание его в атмосфере доходит до 6,4 10 11 т. Однако количество углекислого газа, поглощаемого растениями, в десятки раз превышает его количество в земной атмосфере. По
В.И.Вернадскому углерод, претерпевая различные превращения, много раз в течение одного года поглощается живым веществом и снова выделяется из него.

Но возврат углекислого газа в атмосферу является неполным. Значительная часть углерода, поглощенного живым веществом из атмосферы, не возвращается в нее или возвращается только через долгие геологические периоды, иногда через сотни миллионов лет. Главные пути потери углерода для данного цикла – это образование органических минералов и карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов – Nа 2 СО 3 , K 2 СО 3 , СаСО 3 , МgСО 3 и др. Образовавшиеся продукты рассеиваются в земной коре, но иногда дают скопления углерода в виде каменных углей, горючих сланцев, нефти, ископаемых смол, известняков, доломитов, мергелей и других минералов и горных пород.

Вмешательство человека частично возвращает в атмосферу этот «ископаемый углерод»: при сжигании угля, горючих сланцев, нефти и т. п. на фабриках, заводах, в паровых двигателях и двигателях внутреннего сгорания он снова возвращается в атмосферу, главным образом в виде СО 2 и реже в виде СО.

Большие скопления углерода, выходящего из жизненного цикла, образовались в прежние геологические эпохи и образуются в настоящее время при наличии соответствующих условий в водной среде. Здесь осаждаются продукты, из которых образуются угли, нефти, битумы, сапропелиты. К последним относятся породы, образовавшиеся из сапропеля – гнилостного ила из микроскопических растений, трупов и отходов водных животных (горючие сланцы, богхед и некоторые другие сорта угля). При жизнедеятельности простейших, кораллов, моллюсков и других животных очень много углерода связывается путем образования карбонатов. В течение геологического времени эти процессы привели к осаждению огромного количества карбонатов, содержащих углерод в несколько сот раз больше, чем все его количество в атмосфере, океане, живом веществе, каменном угле и нефти (в запасах, технически доступных человеку).

Вмешательство человека и здесь приводит к образованию свободного углекислого газа: из карбонатов при получении извести и производстве цементов, при технологических процессах, основанных на брожении, например при хлебопечении, виноделии, пивоварении и т.п.

Несомненно, что с развитием техники количество СО 2 , возвращаемого в атмосферу, прогрессивно увеличивается и принимает такие размеры, что их уже нельзя не учитывать при изучении геохимических процессов. По Кларку, еще с 1919 г., при сжигании только одного каменного угля человек возвращает в атмосферу свыше 1 млрд т СО 2 , что составляет уже около 0,05% всей массы этого газа в атмосфере (2200 млрд т). Таким образом, человек с его мощной современной техникой стал новым значительным геохимическим фактором.

Приводит ли эта деятельность человека к увеличению количества СО 2 в атмосфере, а вследствие этого и к изменению климата Земли в сторону его потепления? Вопрос этот еще не выяснен. Дело в том, что культурная деятельность человека ведет и к обратному процессу – увеличению площади, занятой под посевы культурных растений, что приводит к дополнительному поглощению углекислого газа из атмосферы. Академик В.И.Вернадский говорил, что, может быть, здесь «выдерживается среднее динамическое равновесие, столь характерное для явлений в биосфере».

В огромных количествах углерод содержится в газах (в виде СО 2 , СО и СН 4), выделяющихся из вулканов во время извержений. Вычислено, что только один действующий вулкан Котопахи в Эквадоре в течение года выделяет свыше 10 млн т СО 2 . В прежние геологические периоды, когда вулканическая деятельность была более активной, в атмосферу выделялось очень большое количество углекислого газа. Газы некоторых вулканов почти целиком (до 97%) состоят из СО 2 . Если в составе газов действующих вулканов находится оксид углерода(II) вместе с другими горючими газами (Н 2 , СН 4 , S 2 и др.), то при соединении с кислородом эти газы воспламеняются, и из кратера начинает выбрасываться настоящее пламя. При этой реакции воспламенения из оксида углерода(II) и кислорода образуется СО 2 . В большом количестве выделяется углекислый газ из земли в областях затухающей вулканической деятельности (углекислые источники, термы, земные трещины и т.п.).

Близ Неаполя в Италии среди местных жителей и путешественников пользуется известностью так называемая «Собачья пещера». Человек, попадающий в нее, чувствует себя нормально, а собака задыхается. В чем же здесь загадка? Оказывается, что в пещере из земли выделяется углекислый газ. При отсутствии вентиляции он, будучи тяжелее воздуха, скапливается слоем толщиной около полуметра у поверхности земли, достигая концентрации 14%. Такое насыщение воздуха углекислым газом смертельно для всех животных. Задохнулся бы в такой атмосфере и человек, если бы он вздумал отдохнуть, лежа на земле.

Таких мест на земле очень много. Наибольшей известностью пользуется глубокая темная долина, образовавшаяся из кратера потухшего вулкана, – «Долина смерти» на острове Ява, в которой даже такие крупные животные, как кабаны и тигры, погибают от удушья. «Пасть смерти» в Западной Америке – другой образчик такой ловушки.

В каменноугольных копях и нефтяных месторождениях углерод выделяется главным образом в виде метана СН 4 (рудничный газ), являясь иногда причиной ужасных катастроф. Много метана выделяется из болот (болотный газ), где он образуется при гниении растений. Если растормошить палкой тину на дне болота, метан будет выделяться в виде пузырей. При замерзании болот скопления метана иногда образуются подо льдом. Если пробить отверстие во льду над таким пузырем и поднести к нему спичку, газ будет гореть в виде факела. Такой «опыт» прекрасно описан в книге А.Н.Толстого «Детство Никиты».

«...Никита и Мишка Коряшонок пошли на деревню через сад и пруд короткой дорогой. На пруду, где ветром сдуло снег со льда, Мишка на минутку задержался, вынул перочинный ножик и коробку спичек, присел и, шмыгая носом, стал долбить синий лед в том месте, где в нем был внутри белый пузырь. Эта штука называлась “кошкой” – со дна пруда поднимались болотные газы и вмерзали в лед пузырями. Продолбив лед, Мишка зажег спичку и поднес к скважине – “кошка” вспыхнула, и надо льдом поднялся желтоватый бесшумный язык пламени.

– Смотри, никому про это не говори, – сказал Мишка, – мы на той неделе на нижний пруд пойдем “кошки” поджигать, я там одну знаю – огромаднейшая, целый день будет гореть».

Все описанные выше процессы должны были в конечном итоге привести к значительному накоплению в атмосфере углерода в виде углекислого газа (т.к. СО и СН 4 постепенно окисляются в СО 2). Но в природе есть мощный регулятор количества СО 2 в атмосфере – масса воды морей и океанов. Вода выделяет углекислый газ в воздух, когда упругость находящегося в воздухе углекислого газа уменьшается, и поглощает его обратно, если упругость паров увеличивается.

Такая закономерность имеет огромное значение в химии земной коры. Роль этого фактора станет еще более понятной, если принять во внимание, что общая площадь океанов, морей и пресноводных бассейнов почти в 10 раз превышает площадь, занятую растительностью суши.

Углекислый газ поступает в водоемы вместе с дождем или непосредственно растворяется в поверхностных водах. Воды океана всегда содержат растворимые бикарбонаты и газообразный углекислый газ. Стоит заметить, что морская вода является слабо щелочной – факт, имеющий огромное значение для жизни водных организмов.

В итоге можно отметить следующие пути поступления углерода в атмосферу: при вулканических выделениях; из углекислых источников; в виде природных газов в каменноугольных шахтах, нефтяных месторождениях и т.п.; из вод океанов, морей и пресноводных бассейнов; при дыхании животных и растений, при химических процессах, проходящих после их смерти; при процессах брожения; при горении, обжиге карбонатов.

Поглощение углерода из атмосферы происходит: при процессах ассимиляции и образовании соединений углерода, устойчивых в пределах тела организмов при их жизни; при процессах превращения продуктов жизнедеятельности животных в минералы, содержащие углерод; при поглощении углекислого газа водой океанов, морей, рек и т.п.

Перечисленным далеко не исчерпываются пути перемещения (миграции) углерода. Одним из источников углекислого газа в атмосфере является, например, космический углерод: при сгорании угольных метеоритов непрерывно увеличивается количество СО 2 в земной атмосфере. Углекислый газ может также синтезироваться в глубинных пространствах Земли (так называемый ювенильный СО 2). Если, например, поверхностные воды, содержащие кислоты, проникают до карбонатных пород, то в результате их взаимодействия будет выделяться углекислый газ. Термическое разложение карбонатов (известняков, мела, мрамора) в недрах Земли также ведет к образованию углекислого газа. Связывание углерода происходит при выветривании минералов, содержащих кремний и алюминий (силикатов и алюмосиликатов): при этом процессе углерод замещает в минералах кремний.

Все это приводит нас к выводу, что природу нужно рассматривать не как случайное скопление предметов и явлений, оторванных друг от друга, а как единое целое, где предметы и явления органически связаны друг с другом, зависят друг от друга и обусловливают друг друга.

Этот элемент присутствует в любой живой молекуле. Под воздействием внешних факторов он переходит из одной формы в другую. Круговорот углерода в природе обеспечивает возможность существования организмов на Земле. Без этих циклов превращений планета станет безжизненной .

Вконтакте

Где присутствует углерод

По распространенности химических элементов элемент занимает 15 место. По важности — это один из основных участников геохимических реакций. Значение вещества в природе сложно недооценить. Оно переходит из неорганического состояния в органическое, строит живые .

Встретить его можно в:

• (углекислый газ 0,04 % от общей массы воздуха);
• гидросфере (в виде растворенного в водах мирового океана СО2, в составе питающихся им бактерий верхнего слоя);
• литосфере (полезные ископаемые: нефть, газ, уголь, известняк, мел);
• биосфере (в составе любых живых организмов планеты).

Все оболочки Земли тесно связаны. Освобождение элемента, переход из одного вида в другой происходит внутри каждой.

Молекулы проникают в соседнюю сферу. Описывая кратко круговорот углерода в природе, схема выглядит так:

это бесконечная незамкнутая цепь перехода вещества из органического состояния в неорганическое и обратно.

С одной стороны фотосинтезирующие растения и вода, с другой стороны — гетеротрофы, то есть потребляющие организмы (животные).

Что происходит в атмосфере

Углерод в атмосфере имеется всегда. Он присутствует в виде углекислого газа (0,04 %), метана (0,0002 %), окиси углерода (следы). Количество постоянно меняется. Это связано с деятельностью человека, сезонными факторами, температурой окружающей среды.

Откуда поступает вещество

Круговорот углекислого газа в природе– это основной вид перехода и превращений в воздушной оболочке Земли. Постоянными источниками являются:

• живые существа, выдыхающие углекислоту;
• продукты разложения органических остатков (бактерии перерабатывают трупы животных, гниющие растения, выделяется СН4);
• продукты горения природного (уголь, нефть, газ) или синтетического топлива;
• выбросы вулканических газов во время извержения (первичная углекислота в атмосфере);
• пожары;
• хозяйственная деятельность человека (выделение СО2 при производстве цемента: СаСО3->СаО+СО2);
• повышение температуры мирового океана и высвобождение диоксида элемента.

Важно! Осенью и зимой содержание СО2 в воздухе выше, чем летом и весной. Так человек воздействует на круговорот углерода в природе, схема которого отыщется на порталах, посвященных защите окружающей среды.

А чем поглощается

В природе существует неустойчивое равновесие. Двуокись вещества выводится из атмосферы и замещается другими.

Воды Мирового океана поглощают углекислоту . Особенно активно процесс идет вблизи полюсов. При понижении температуры растворимость газа увеличивается.

Растения на свету поглощают СО2. В результате фотосинтеза выделяется . Молодые быстрорастущие побеги – основная «фабрика» переработки.

Круговорот углерода в природе, схема — это постоянный процесс изменения концентрации газа, поглощения и замещения его кислородом.

Как идет процесс в биосфере

Оболочка соединяет все известные сферы присутствием жизни. В ней постоянно идут обменные процессы. Химические реакции, превращение энергии поддерживают существование живых существ. Круговорот углерода в биосфере самый значительный и масштабный.

Газообмен гидросферы с атмосферой

Гидросфера обменивается углекислотой с воздушной оболочкой Земли. Не весь растворенный газ возвращается обратно. Часть усваивают бактерии верхних слоев. Ими питаются микроорганизмы. Создается пищевая цепочка. Элемент переходит из неорганического состояния в органическое.

Умершие живые существа опускаются на дно. Под давлением воды отложения спрессовываются. Глубинные микроорганизмы и бактерии перерабатывают ил.

Они влияют на круговорот элемента. Образуются полезные ископаемые: газ, нефть, уголь. Углерод перешел из органического состояния в неорганическое. В таком виде он сохраняется миллионы лет.

В верхних слоях содержится больше растворенного кислорода. В нижних – диоксида элемента и азота. Баланс неустойчив. При повышении температуры концентрация газов меняется. При изменении видового состава бактерий и микроорганизмов происходит перемещение кислорода вниз, азота и СО2 — вверх. Газообмен с воздушной оболочкой нарушается.

Движение углерода в литосфере

Диоксид вещества через мелкие поры попадает в почву. Часть его растворяется водой или испаряется. Другая — перерабатывается аэробными бактериями. Плодородный слой обогащается. В благоприятной среде развиваются растения. После отмирания гумус обогащается вновь. Наблюдается бесконечный переход: неорганика – органика – неорганика.

Слои утолщаются, уплотняются. Со временем под действием внешних факторов образуются осадочные полезные ископаемые. В их состав входит данное вещество. Нефть, газ, все виды угля, торф, известняк, мел — надолго консервируют элемент в неорганическом состоянии.

Важно! Элемент в составе в круговороте временно не участвует! Цикл углерода не бывает абсолютно замкнутым.

Фотосинтез: особая часть большого кругооборота

Этот процесс по мощности соизмерим с ядерной реакцией. Более совершенного и экономного механизма производства соединений не существует.

Фотосинтез – часть круговорота элемента в . Он превращает неорганические вещества в органические. Насыщение атмосферы освобожденным кислородом регулирует газовый баланс. В результате этого процесса образуются питательные вещества: сахар, крахмал. Растения потребляют то, что сами производят.

Фотосинтез имеет две фазы: световую и темновую. Под воздействием солнечной энергии во время первой стадии происходит накопление клетками углекислого газа и воды. На этом этапе от молекулы воды отщепляется кислород. Происходит выделение газа в атмосферу.

Темновая стадия происходит без доступа солнечных лучей. Углекислота связывается. Дополнительными продуктами являются органические соединения (углеводы). Углекислый газ в природе одновременно является строительным материалом, а также источником питания, оздоравливающим планету веществом.

Схематическое изображение процесса

Важно! Круговорот карбона в природе – результат постоянных физических и химических превращений в биосфере Земли. Атомы С движутся во всех оболочках планеты. Это полностью отражает развитие жизни.

Основная часть вещества присутствует в составе диоксида. Из атмосферы она поглощается растениями. В процессе фотосинтеза происходит образование органических веществ и освобождение кислорода.

Схема круговорота углерода в природе отражает процесс обмена карбоном между всеми оболочками Земли. Оксид вещества (IV) из атмосферы поглощается верхними слоями гидросферы. Частично он испаряется, участвует в кругообороте воды в природе. Остальное количество перерабатывается организмами, оседает на дно. Образуются осадочные породы. Карбон на время исключается из кругооборота.

Человек разрабатывает месторождения полезных ископаемых, производит и сжигает топливо. Возвращенный в процесс диоксид снова попадает в атмосферу. Количество превышает допустимые нормы. Баланс нарушается. Биосфера не справляется с избыточным содержанием карбона. Включается механизм накопления.

Схема круговорота углерода в природе выделяет части вещества:

• присутствующие в клетках живых растений;
• попавшие в организм травоядных животных с пищей (выделяются при дыхании в виде СО2);
• попавшие в организм плотоядных существ при потреблении травоядных (выделяются при дыхании);
• отмершие части растений (при переработке организмами образуют осадочные породы).

Процесс химических и физических преобразований карбона последовательный и разомкнутый . Регулируется биосферой. Его скорость зависит от внешних факторов (температуры, влажности, скорости движения воздушных масс, деятельности человека).

Антропогенное влияние на процесс

Хозяйственная деятельность человека приводит к изменению содержания элемента в биосфере. Добыча полезных ископаемых, их переработка возвращает в кругооборот не участвующее количество вещества. Примеры того, как человечество влияет на процесс:

• сжигание топлива дополнительно увеличивает выбросы диоксида С на 22 млрд. т/год;
• изменение качественного состава пахотных земель увеличивает объем СО2 в атмосфере;
• уменьшение площади лесов снижает эффективность фотосинтеза;
• увеличение температуры вод Мирового океана увеличивает выделение углекислоты, снижает поглощение;
• загрязнение окружающей среды нарушает газообмен.

Загрязнение вод Мирового океана приводит к гибели микроорганизмов, бактерий. Процесс усваивания вещества нарушен. Газообмен прекращен. СО2 перестает растворяться. Количество в атмосфере возрастает.

Схематично выразить, как человечество негативно воздействует на круговорот углерода, можно так:

Увеличение концентрации СО2 –> ускоренный распад органических остатков –> изменение климата –> создание запасов СО2 –> уменьшение восстановительной способности биосферы –> дополнительные выбросы СО2.

Биосфера не отвечает увеличением собственной продуктивности на повышение концентрации диоксида углерода. Исследования показывают накопление запасов СО2 в атмосфере. Цикл углерода меняет сбалансированное течение. Последствия непредсказуемы.

В природе существуют круговороты веществ. Это цикличные незамкнутые процессы.

Значение углерода в природе велико. Этот элемент присутствует в составе любой живой молекулы, является строительным материалом и источником питания.

Круговорот углерода на планете

Цикл обращения углерода в природе

Вывод

Круговорот углерода в биосфере происходит с разной скоростью и количественным составом участвующих компонентов. Непродуманная хозяйственная деятельность человека приводит к катастрофическим последствиям. К ресурсам требуется относиться бережно.

Круговорот углерода. Масса углекислого газа (СО2) в атмосфере оценивается в 1012 тонн.

Приход углекислого газа включает: 1) дыхание живых организмов; 2) разложение отмерших организмов растений и животных микроорганизмами, процесс брожения; 3) антропогенные выбросы при сжигании топлива; 4) вырубку лесов.

Расход углекислого газа включает: 1) фиксацию углекислого газа из атмосферы при фотосинтезе с освобождением кислорода; 2) потребление части углерода животными, питающимися растительной пищей; 3) фиксацию углерода в литосфере (образование органогенных пород – уголь, торф, горючие сланцы, а также почвенных компонентов, как гумуса); 4) фиксацию углерода в гидросфере (образование известняков, доломитов).

Постепенное возрастание содержания углекислого газа в атмосфере в сочетании с другими причинами привело к «парниковому эффекту», влияющему на тепловой баланс, на климат нашей планеты.

Как осуществляется переход от одного соединения углерода к другому:

переход от CO2 к органическим соединениям: все растения на земле поглощают углекислый газ и с помощью энергии света производят органические вещества (фотосинтез). То же самое делают водоросли в водной среде. Т.о. углерод находится в структуре растения.

переход от органических соединений обратно к CO2: здесь возможны 2 пути:

путь1: участие микроорганизмов в круговороте углерода: растение погибает, служит пищей для редуцентов (грибы и бактерии). Т.о., роль микроорганизмов в круговороте углерода - перерабатывание органических веществах до неорганических.

Этот путь может быть немного длиннее, если растение съедается животными (консументами 1-го порядка, затем они поедаются консументами 2-го порядка и т.д.) - углерод возвращается в атмосферу в виде CO2 за счет дыхания животных или в случае их смерти за счет деятельности редуцентов.

путь 2: растения погибают и оказываются в слое земли (под землей). Так образуется ископаемое топливо - нефть, торф,уголь.

Углерод может накапливаться на дне морей и океанов в виде известняка (останки погибших водных организмов)

Если мы рассматриваем перемещение углерода из атмосферы в живые организмы и обратно, то более точно такой круговорот называется “Круговорот углерода в биосфере”.

Если углерод перешел из атмосферы в состав отложений или топлива, то это уже “Круговорот углерода в биогеосфере”.

68. Взаимоотношения м/о и ратсений.

здесь, конечно, в первую очередь необходимо отметить тесный симбиоз бобовых растений и клубеньковых бактерий, описанный нами в разделе о круговороте азота.

Корни растений в процессе жизнедеятельности выделяют некоторое количество органических соединений: кислоты, сахара, спирты и иногда даже аминокислоты. На поверхности корней и в почве, непосредственно примыкающей к корням растений, содержится много питательных веществ, и микроорганизмы здесь усиленно развиваются. Слой почвы, примыкающий к корням и находящийся под влиянием деятельности корневой системы растений, называется ризосферой. В ризосфере различают три зоны: 1) поверхность корней, наиболее богатую микробами; 2) непосредственно прилегающий к поверхности корней тончайший слой почвы; 3) зону собственно ризосферы, расположенную на расстоянии 0,5-1 мм от поверхности корня. В ризосфере имеется гораздо больше питательных для микробов веществ, чем вне ризосферы.

В районе ризосферы микробов содержится в десятки, сотни раз больше, чем вне зоны деятельности корней. Даже такие автотрофные бактерии, как нитрифицирующие, в ризосфере встречаются в гораздо большем количестве, чем в остальной почве. Количество микроорганизмов в ризосфере изменяется в зависимости от фазы развития растения. Общее количество их возрастает от начала прорастания семени до цветения. Во время цветения число их падает. Но разные группы и виды микроорганизмов имеют свой максимум развития на корнях. Так, грибы, актиномицеты и клетчаткоразлагающие бактерии в большом числе встречаются во втором периоде развития растения.

В ризосфере обычно больше бесспоровых бактерий, а из них преобладают различные виды псевдомонас, радиобактеров, микобактерий и др. В ризосфере различных растений может наблюдаться специфическая микрофлора, т. е. преобладание одних видов микробов над другими.

Микробы ризосферы, питаясь корневыми выделениями, сами подготовляют питательные вещества для растений путем разложения растительных остатков, гумуса, выделения различных физиологически активных веществ.

Свою микрофлору имеют и наземные части растений - листья, стебли. На них также приспособились существовать особые виды микробов, например: Bact. herbicola, имеющая желтый пигмент, молочнокислые и флюоресцирующие бактерии, дрожжи, плесени. Пищей им служат некоторые вещества, выделяемые растениями на поверхность эпидермиса.

Эти микроорганизмы, называемые эпифитными, размножаются на семенах. Правильно сохраняющиеся семена с нормальной всхожестью имеют определенный состав эпифитной микрофлоры, так что по эпифитной микрофлоре можно определить качество посевных семян.

69. взаимоотнош м/о и животных .БОЛЬШЕ НЕ НАШЛА

Ученые долго не могли понять, каким образом всосанная пиявкой кровь становится для нее пищей. Чужая кровь с ее сложными химическими веществами должна сначала измениться, а потом уже вещества в более простом виде могут быть усвоены клетками пиявки. У животных и у человека в кишечном тракте вырабатываются особые вещества - ферменты, благодаря которым и происходит пищеварение. В кишечнике пиявок этих веществ нет. Что же оказалось? В кишечнике пиявок постоянно живет, сильно размножаясь, бактерия псевдомонас гирудинис. Эта бактерия является благодетелем пиявки. Она помогает переваривать всосанную кровь, выделяя соответствующие вещества, и эта же бактерия, выделяя свои фитонциды, убийственные для других микробов, оказывается единственной полновластной хозяйкой в кишечнике пиявок и не допускает никакого другого бактериального загрязнения. Вот почему кишечник пиявки совершенно чистый, от сосущей кровь пиявки никогда не заболеешь заразной болезнью. Недаром научная медицина пользуется пиявками при лечении многих болезней.