Индустриально-городские, движимые топливом

Ò Современные проблемы биологии и экологии.

Ò Лекция 8.

Ò Биогеохимические круговороты

Ò Живые организмы создают в биосфере круговороты важнейших биогенных элементов, которые попеременно переходят из живого вещества в неорганическую материю, из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Эти пути называются биогеохимическими круговоротами.

В каждом круговороте удобно различать 2 фонда:

Ò резервный фонд- большая масса медленно движущихся веществ, в основном небиологический компонент

Ò обменный фонд- меньший, но более активный, для которого характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.

Ò Биогеохимические круговороты

2 типа круговоротов:

Ò Круговорот газов с резервным фондом в атмосфере - главный поставщик элементов - атмосфера (углерод, кислород, азот)

Ò Осадочный круговорот с резервным фондом в земной коре -главный поставщик элементов - горные осадочные породы (фосфор, сера и др.)

Ò Биогеохимические круговороты

Ò Скорость оборота - та часть общего количества данного вещества в данном компоненте среды, которая освобождается за определенное время.

Ò Время оборота - величина обратная, т.е. время, необходимое для полной смены всего количества этого вещества в данном компоненте экосистемы.

Ò Коэффициентрециркуляции – 

соотношение суммарных количеств

веществ, циркулирующих между

разными блоками системы и общим

потоком вещества через систему.

Позволяет установить степень

повторногоиспользования элемента.

С = Tc / T

Tc – рециркулируемая доля 

потока вещества через систему,

T– общий поток вещества через

систему

Ò
Круговорот углерода

Ò Способность углерода образовывать 4 равнозначные валентные связи с другими атомами углерода создаёт возможность для построения углеродных скелетов различных типов - линейных, разветвленных, циклических.

Ò ИЗОМЕРИЯ(греч.isos – одинаковый, meros –

 часть).

Ò Вещества могут иметь одинаковый состав и

 молекулярную массу, но различное строение.

Соединения, содержащие в своем составе одни и те

же элементы в одинаковом количестве, но

различающиеся пространственным расположением

атомов или групп атомов, называют изомерами.

Изомерия является одной из причин того, что органические соединения так многочисленны и разнообразны.

Ò изомерия

Ò Изомерия была впервые обнаружена Ю.Либихом в 1823, который установил, что серебряные соли гремучей и изоциановой кислот: Ag-О-N=C и Ag-N=C=O имеют одинаковый состав, но разные свойства.

       диметиловый эфир этиловый спирт

Ò Круговорот углерода

Ò Первые органические соединения на Земле имели абиогенное происхождение. Источниками углерода служили метан (CH₄) и цианистый водород (HCN), содержавшиеся в первичной атмосфере Земли.

Ò С возникновением жизни единственным источником неорганического углерода, за счёт которого образуется всё органическое вещество биосферы, является углерода двуокись (CO₂)

ФОТОСИНТЕЗ

Оксигенный        6 CO₂ + 6 H₂O → 6 (CH₂O) + 6 O₂

Аноксигенный    6 CO₂ + 12 H₂S → 6 (CH₂O) +6 H₂O + 12 S

Ò Круговорот углерода

Значительная часть минерализуется и образует залежи ископаемого углерода: каменные угли, нефть, известняки и др.

Помимо основной функции - источника углерода - CO₂, растворённая в природных водах и в биологических жидкостях, участвует в поддержании оптимальной для жизненных процессов кислотности среды.

Первый путь- поглощение СО₂ 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.

По второму пути- создание карбонатной системы в различных водоемах, где CO₂ переходит

в H₂CO₃, HCO₃^1-, CO₃^2-,

с последующим осаждением

карбонатов CaCO₃биогенным и

абиогенным путями. Возникают

мощные толщи известняков

Ò Количественные характеристики Круговорота углерода, гигатонны

Ò На суше:                           В воде

Ассимиляция продуцентами – 500         Растворение - 90

Дыхание авто- и гетеротрофов- 120       Выделение – 90

Гумификация                    - 1500        Осаждение - 38000

Осадочные породы -24*10⁹

Сжигание топлива

 10 Гигатонн

Ò Круговорот азота

Ò Содержание АЗОТА в атмосфере в газообразном виде

составляет 79%.N │││ N

Существует два пути фиксации азота (перевода его в форму, доступную для растений)

1. Абиогенная фиксация - в результате

электрических разрядов (молний) и других

физических процессов

                                                      2. Биогенная фиксация азота - в                                             результате деятельности микроорганизмов,                                    бактерий или водорослей

Ò Круговорот азота. Аммонификация.

Ò При фиксации азота (перевод N₂  в NO₃^–)он включается в биомассу продуцентов, консументов и попадает в детрит.

Ò Микроорганизмы извлекают азот из разлагающихся материалов ,

азот освобождается в виде аммиака (NH₃) или ионов аммония (NH₄⁺).

АММОНИФИКАЦИЯ – перевод азота из органической формы в

аммоний (NH₄⁺) или аммиак NH₃Реакцию осуществляют бактерии

аммонификаторы (анаэробы и аэробы).

Ò Круговорот азота.нитрификация

Затем другие микроорганизмы связывают аммонифицированный азот, переводя его обычно в форму нитратов (NO₃^–). Этот процесс носит название НИТРИФИКАЦИЯ– окисление аммония до нитрита (NO₂^–)затем до нитрата(NO₃^–).

       1 фазу (NH₃⁺ в NO₂^– )проводят бактерии рода Nitrosomonas ,

       2 фазу (NO₂^– в NO₃^– )бактерии родаNitrobacter.

Ò Потери азота

При гниении органических веществ

часть азота превращается в аммиак,

который под влиянием живущих в почве

нитрифицирующих бактерий окисляется

затем в азотную кислоту. Кислота,

вступая в реакцию с находящимися в почве

карбонатами, образует нитраты Са(NОз)₂.

Для уравновешения процесса стока азота

существует компенсация этих потерь

за счет извержения вулканов и

других видов геологической

активности

Ò Круговорот азота.денитрификация

Ò Процесс восстановления нитратов до молекулярного

азота ДЕНИТРИФИКАЦИЯ,азот из формы

растворенной переходит в атмосферную (из NO₃- в N₂.)

Ò Основные этапы цикла азота

Азотфиксация: абиогенная и биогенная

Ассимиляция: синтез в живом организме

Аммонификация:разложение органических

азотсодержащих соединений

Нитрификация:соли азотной кислоты

Денитрификация:восстановление до N₂

Ò Количественные характеристики Круговорот азота, мегатонны

Абиогенная фиксация – 40

Биогенная фиксация – 140

Ассимиляция продуцентами 1000

Денитрификация – 130

Сток, осаждение – 400

Возврат рыбами – 190

Эвтрофикация – насыщение

водоёмов биогенными элементами,

сопровождающееся ростом

биологической продуктивности

водных бассейнов.

Ò Круговорот фосфора

Фосфор представляет собой один из