Лекція № 12

Контрольні питання

1. Дайте визначення поняттю «географічна оболонка» та згадайте про історію її вивчення?

2. Що зараз вважають за біосферу, розкажіть про її межі та структуру?

3. Охарактеризуйте рівні організації живої матерії, наведіть приклади?

4. Історія розвитку учення про біосферу?

5. Значення В.І Вернадського в розвитку учення про ноосферу та його сучасна критика?

Тема: «Колообіг речовин у біосфері»

План: 1. Колообіг речовин. 2. Циркуляція води. 3. Колообіг вуглецю та баланс CO2.4. Колообіг кисню. 5. Колообіг азоту. 6. Колообіг фосфору та сірки. 7. Перетворення енергії.

Мета. Розкрити основні біогеохімічні кругообіги в біосфері та показати їх зміни, що відбуваються під впливом людської діяльності.

Головна функція біосфери полягає в забезпеченні кругообігів хімічних елементів. Глобальний біотичний кругообіг здійснюється за участю всіх організмів, що населяють планету. Він полягає в циркуляції речовин між ґрунтом, атмосферою, гідросферою і живими організмами.

Завдяки біотичному кругообігу можливе тривале існування й розвиток життя при обмеженому запасі доступних хімічних елементів. Використовуючи неорганічні речовини, зелені рослини за рахунок енергії Сонця створюють органічну речовину, яка іншими живими істотами (гетеротрофами-споживачами та деструкторами) руйнується, з тим щоб продукти цього руйнування могли бути використані рослинами для нових органічних синтезів (рис. 1).

 

1. Колообіг речовин.Взаємодія компонентів екосистеми між собою здійснюється шляхом обміну енергії та речовин. Елементами колообігу речовин є процеси послідовного перетворення, розкладення та деструкції синтезованих раніше сполук під впливом абіогенних або біогенних впливів довкілля; постійне або періодичне утворення найпростіших мінеральних і органо-мінеральних компонентів.

В природі протікають абіогенні і біологічні цикли. Не порушені вони носять майже замкнутий характер. Ступінь їх відтворення, яке повторюється, дуже завелика – 90 – 98%. Завдяки цьому підтримується відома постійність концентрації та кількості компонентів, привнесених в колообіг. Однак неповна замкнутість колообігів призводить до міграції і диференціації елементів та сполук у просторі, у різноманітних середовищах та компонентах біосфери, концентрації або розпорошенню тих або інших елементів. Населення Землі у 1950 р. – 2,5 млрд., у 1986 – 4,9 млрд. чол. Його зростання та посилення діяльності сприяє змінам колообігів головних біофільних елементів.

2. Циркуляція води.Важлива роль у глобальному кругообігу речовин належить циркуляції води між океаном, атмосферою та верхніми шарами літосфери.

Вода випаровується і повітряними течіями переноситься на багато кілометрів. Випадаючи на поверхню суші у вигляді опадів, вона сприяє руйнуванню гірських порід, роблячи їх доступними для рослин і мікроорганізмів, розмиває верхній ґрунтовий шар і проникає разом із розчиненими в ньому хімічними сполуками та зваженими органічними частинками в океани та моря

3. Колообіг вуглецю та баланс CO2.Головне сучасне джерело антропогенного поповнення СО2 – спалювання палива. Подвоєння за 15 років. За рік утворюється 15-20 × 109 т, що, що у 100-200 разів перевищує природні надходження (від дихання, гниття і інше). Основний споживач двооксиду вуглецю – рослини під час фотосинтезу (раніше вважали, що головний поглинач – фітопланктон, зараз – наземна рослинність). Дотепер маса Землі зменшилася на 25% внаслідок спалювання каустобіолітів та розорювання грунтів.

4. Колообіг кисню.В доісторичний час він йшов трьома шляхами: Гниття, дихання, і утворення карбонатів. Нові споживачі вільного О2 – ТЕЦ, металургійна, хімічна виробництво – корозія металів. На останні цілі витрачається – 10-20×109 – О2. Це 10-16% від його біогенного утворення. Наприклад: при спалюванні 1 т вугілля споживається річна норма 10 чоловік, щорічно ця величина зростає на 6%. Інші споживачі: реактивні літаки та інше. Натомість зараз відбувається значне скорочення площі лісів (Амазонія, Індонезія, Мадагаскар, Україна), відновлення яких є нагальною потребою людства.

Створення зрошувальних земель на площі 600-700 млн./га при врожаях зернових 50 ц/га дозволило б зв’язати - 20-30×109т. СО2, та виробити 15×20×109т. О2. Це дало б можливість забезпечити кожного з мешканців планети 500 кг харчових зернопродуктів за чисельності – 6 млрд. мешканцям.

5. Колообіг азоту.Господарська діяльність дуже впливає на цей процес. Промислова фіксація азоту вважається однією з найбільш сильних форм втручання людини в природний колообіг. Головне джерело добавок до природного колообігу – сільськогосподарські добрива (аміачна вода, аміачна селітра). Світова промисловість виробляє ~ 32 млн/т фіксованого азоту на рік.

Добрива відновлюють дефіцит азоту у грунті, зумовлений розривом між потребою сільськогосподарських культур та можливістю мобілізації з цього хімічного елементу грунту. Найбільш сильно виснажують грунт технічні культури (цукровий буряк, масличні – до 200 кгN-1 га/рік); далі йдуть зернові, картопля. Важливість добрив значна, але на долю мінерального азоту ~ 1% від його загальної кількості. Загальний вміст N у грунті – 1,1×109 т і залежить від вмісту гумусу, який ми втрачаємо в результаті надмірного використання грунту у землеробстві та випалювання стерні.

Його концентрація коливається у значних межах – від 0,5% від ваги грунту (чорнозем), до 0,03% – піщані грунти. В економічно розвинутих країнах (Голландія, Японія) за рахунок добрив їх високі дози практично повністю покривають виніс азоту з врожаєм. Це характерно для маленьких країн з великою кількістю населення, які використовують у великій кількості, як мінеральні, так і органічні речовини. У великих країнах існує значний дефіцит N, тому що виробництво сполук азоту відносно дороге і не завжди окупається високими врожаями. Тому його вносять під найбільш цінні культури.