Типы круговорота веществ в биосфере

Круговорот веществ в биосфере. урок. Биология 11 Класс

Типы круговорота веществ в биосфере

За время существования Земли сменились миллиарды поколений живых организмов. Все они существовали за счет использования органических и неорганических веществ и энергии.

Необходимые живым существам ресурсы не исчерпываются и жизнь на Земле продолжается, поскольку существует круговорот веществ, т. е. циклический переход вещества и энергии между разными организмами. Благодаря ему вещество не скапливается локально, а постоянно возобновляется.

Ниже мы рассмотрим круговорот воды, циклы углерода и азота.

Вода нужна всем живым существам.

Вода – самое распространённое вещество в биосфере. Основные ее запасы (около 95%) сосредоточены в морях и океанах. Пресная вода сосредоточена в ледниках и вечных снегах, а также в подземных водах. Незначительная часть пресных вод находится в озерах, реках, болотах и атмосфере.

Живые организмы потребляют воду, используют её в процессе жизнедеятельности и отдают в виде жидких выделений или пара (вспомните, как потеет холодное стекло, если на него дышать).

Испарения выходят в атмосферу, а жидкая вода стекает и скапливается в крупнейших водных бассейнах (озерах, реках, морях, океанах). Под действием солнечной радиации вода испаряется в атмосферу, этот пар (облака) переносится на большие расстояния, и выпадает в виде осадков, становясь опять доступной для живых существ водой (рис. 1).

Рис. 1. Круговорот воды в природе. Важными участниками круговорота воды являются живые организмы. Растения разлагают воду в процессе фотосинтеза и выделяют при этом кислород.

Углерод является основой всех органических веществ. Автотрофные организмы синтезируют органические вещества, используя в процессе фотосинтеза или хемосинтеза углекислый газ атмосферы (рис. 2).

Рис. 2. Процесс фотосинтеза происходит в организме растений (слева) в хлоропластах (справа). При этом фотосинтез осуществляется в две фазы: световую (разложение воды) и темновую (синтез глюкозы из СО2).

Гетеротрофные организмы употребляют автотрофов в пищу, используя готовые органические вещества. В процессе дыхания углеродные соединения окисляются и углерод выделяется гетеротрофами в атмосферу в виде углекислого газа (СО2), доступного для автотрофов (см. видео).

В некоторых случаях останки живых организмов могут скапливаться и формировать отложения торфа, каменного угля, сланцев или нефти. При этом углерод консервируется.

Азот – необходимый элемент белков и азотистых оснований (см. видео). Запасы азота в виде простого вещества N2 сосредоточены в атмосфере. Преобразовать атмосферный азот в доступную для живых организмов аммонийную форму могут лишь немногочисленные виды бактерий-азотфиксаторов (рис. 3).

Рис. 3. Бактериориза – результат симбиоза бактерий-азотфиксаторов с корнями растений из семейства Бобовых. Благодаря азотфиксаторам химически неактивный атмосферный азот возвращается в груговорот вещества и энергии в биосфере.

Животные, растения и грибы не способны усваивать атмосферный азот. Они вынуждены потреблять азот, связанный азотфиксирующими бактериями. Непосредственно потреблять азотфиксирующие микробы могут лишь некоторые микроорганизмы, простейшие или растения. Например, бобовые растения используют белок клубеньковых азотфиксирующих бактерий. Другие живые существа получают азот по пищевой цепочке.

После гибели живого существа органический азот может окисляться в нитраты в процессе нитрификации (см. видео) или опять выделяться в атмосферу в виде N2.

Такой азот (в виде растворимых нитратов) очень подвижен в почве и легко усваивается растениями. Скопление нитратов – это месторождения селитры. Селитра – важное удобрение в современном растениеводстве.

Весь доступный азот обычно находится внутри живых веществ. Нитраты могут снова восстанавливаться в процесс денитрификации (см. видео).

Этот процесс идет до конца с образованием молекулярного азота, который выделяется обратно в атмосферу. Аналогично протекают циклы и других биофильных элементов: фосфора, калия, кальция и т. д.

Читайте также  Агрегатное состояние загрязняющих веществ выбрасываемых в атмосферу

Основой любого цикла является, то что организмы потребляют и выделяют разные формы одного и того же элемента. Таким образом, элемент внутри биосферы обычно не может выпасть из круговорота.

Потери воды в засушливых зонах

Существует ряд аридных, или засушливых, регионов, где вода является дефицитным ресурсом (см. видео).

Потеря воды в таких регионах происходят не путем испарения влаги из почвы (временная ликвидация растительного покрова на полях), а из-за испарения влаги с поверхности листьев – транспирации.

Нарушения цикла углерода из-за вмешательства человека

Обычно залежи углерода, в виде угля, нефти, сланцев или карбонатов вовлекаются в круговорот углевода постепенно. За последние 100 лет человек извлек на поверхность и сжег огромное количество углеродного топлива. В результате количество углекислого газа в атмосфере увеличилось почти на треть. Депо углерода сейчас перемещается из-под земли в воздух (рис. 4).

Рис. 4. Выбросы продуктов переработки нефти и газа в атмосферу

Потери азота в биосфере

Поступление азота в организмы связано с высокозатратным процессом – азотфиксацией. Зафиксированный азот долго циркулирует внутри биосферы. Однако он постепенно теряется в процессе денитрификации – это основная причина потери азота биосферой.

Поэтому в сельском хозяйстве используют азотные удобрения.

Список литературы

  1. А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. Общая биология, 10–11 класс. – М.: Дрофа, 2005. По ссылке скачать учебник: (Источник) 
  2. Д.К. Беляев. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е издание, стереотипное. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с. (Источник) 
  3. В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин, Е.Т. Захарова. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень. – 5-е издание, стереотипное. – М.: Дрофа, 2010. – 388 с. (Источник) 
  4. В.И. Сивоглазов, И.Б. Агафонова, Е.Т. Захарова. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е издание, дополненное. – М.: Дрофа, 2010. – 384 с. (Источник) 

Домашнее задание

  1. Как происходит круговорот воды в природе? Каким образом в этом процессе участвуют живые организмы?
  2. Опишите круговорот важнейшего биогенного элемента углерода в природе. В описании обратите внимание на взаимодействие автотрофов и гетеротрофов с оболочками Земли.
  3. Как происходит круговорот азота? Каковы функции азота в организме?
  4. Почему исчезновение азотфиксаторов может привести к необратимой деградации биосферы?
  5. Опишите круговорот макроэлементов, например кальция.
  6. Обсудите с друзьями и родными, как человеческая деятельность влияет на круговорот биогенных элементов.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Источник: https://interneturok.ru/lesson/biology/11-klass/osnovy-ekologii/krugovorot-veschestv-v-biosfere

Типы круговорота веществ в биосфере

Типы круговорота веществ в биосфере

Круговорот веществ — это относительно повторяющиеся (циклические) взаимосвязанные химические, физические и биологические процессы превращения и перемещения веществ в природе.

Совокупность повторяющихся процессов превращения или перемещения веществ, имеющих циклический характер, называют круговоротом веществ.

Движущими силами круговорота служат потоки энергии Солнца (а также космоса) и деятельность живого вещества.

С их помощью идет перемещение, концентрирование и перераспределение огромных масс химических элементов, вовлеченных зелеными растениями с помощью корневой системы и фотосинтеза в органические вещества живых существ.

В химических связях органических веществ заключена энергия, поглощенная растением (продуцентом). Поэтому в биологическом круговороте веществ движется и энергия.

Круговорот веществ поддерживается в экосистеме планеты постоянным притоком все новых и новых порций вещества и энергии. Однако круговорота энергии не бывает.

Энергия, согласно закону ее сохранения, не исчезает бесследно, а расходуется на жизнедеятельность организмов; при этом энергия переходит из одной формы в другую, обычно преобразуется в тепло и рассеивается в окружающем пространстве. Химические элементы, мигрируя в виде пищи от одного организма к другому, могут выходить в абиотическую среду и вновь вовлекаться автотрофами в круговорот. Потому вещества многократно движутся в круговороте жизни.

Поток энергии через экосистему однонаправлен, но химические элементы как элементы питания совершают в ней непрерывное циклическое движение.

В какой-то мере биологический круговорот веществ и поток энергии в биосфере напоминают вращение мельничного колеса (круговорот веществ) в струе быстротекущей воды (однонаправленный поток энергии).
Модель круговорота веществ и потока энергии в биосфере. Колесо символизирует круговорот веществ, а струя быстро текущей воды — поток энергии

Читайте также  Класс токсичности химических веществ

Чтобы биосфера могла существовать, а процессы, протекающие в ней, не прекращались, должны постоянно функционировать круговороты биологически важных биогенных веществ.

Биогенными являются элементы (атомы), которые обязательно входят в состав живых организмов, это C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg, Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, B, Cl, Br, I.

К самым важным биогенным элементам относятся первые шесть: C, H, O, N, P, S.

Процессы синтеза и распада живого вещества не происходят на нашей планете один без другого, они идут только при наличии единого биологического круговорота атомов.

Непрерывный круговорот биогенных веществ — основное условие существования жизни и всей биосферы.

Типы круговоротов веществ в биосфере

На Земле различают два типа круговорота веществ: большой, или геологический, и малый, или биологический. Большой круговорот часто называют круговоротом воды.

Большим круговоротом, или геологическим, веществ называют обмен веществ между сушей и океаном, совершаемый водой.

В настоящее время сухопутные части материков располагаются значительно выше океанов, поэтому океанические воды, выпавшие в виде осадков на сушу, быстро или медленно стекают в океан.

Однако вода не просто стекает вниз, в океан, проходя сквозь толщу литосферы (педосферы), она свершает при этом большую работу: растворяет минералы, разрушает горные породы, переносит растворенные вещества и взвешенные частицы в океан.

Таким путем в литосфере происходит постоянное разрушение и вынос веществ, а в океане идет их накопление в виде осадков (осадочных пород).

Но земная кора находится в постоянном горизонтальном и вертикальном движении: благодаря движению материковых плит одни участки опускаются и заливаются водами морей и океанов, а другие поднимаются.

В результате те вещества, что накопились в океане, оказываются на суше, а те, что образовывали поверхность континентов, — на дне моря. Спустя время (десятки и сотни тысяч лет) движение земной коры может пойти в обратном направлении и, следовательно, один цикл большого глобального круговорота будет завершен и начнется другой его цикл.

Малым, или биологическим, круговоротом веществ называют обмен химическими элементами (атомами) между живыми организмами и косными компонентами биосферы: атмосферой, гидросферой и литосферой.

Напомним, что биологический круговорот характеризуется структурой из четырех обязательных взаимосвязанных компонентов: 1) запаса химических веществ и энергии; 2) продуцентов; 3) консументов; 4) редуцентов.

Организмы вовлекают атомы биогенных веществ из косной части биосферы в свои тела, где они вступают в различные биохимические реакции, а затем выделяют их во внешнюю среду в виде продуктов жизнедеятельности или распада. В итоге все живое население биосферы и окружающая среда, откуда организмы черпают средства для жизни и куда выделяют продукты своей жизнедеятельности, создают целостное, тесно связанное, взаимодействующее единство — экосистему. Организованная взаимосвязью организмов в глобальную экосистему, жизнь на планете продолжается уже миллионы лет.

Изменения массы живого вещества, его структуры, химизма определяют изменение характера биологического круговорота.

Восходящую часть образует взаимодействие растений с окружающей абиотической средой, итогом чего является создание первичной продукции, а нисходящую — все звенья экосистемы, обеспечивающие преобразование синтезированной продукции до неорганических веществ. Устойчивой оказывается та экосистема, в которой восходящий поток круговорота уравновешивается нисходящим потоком.

  1. причиной и движущей силой биологического круговорота является различие в характере питания продуцентов и редуцентов, а геологического — круговорот воды между океаном и сушей;
  2. в биологическом круговороте участвуют только биогенные элементы, тогда как в геологическом — все химические элементы, находящиеся в земной коре;
  3. продолжительность циклов химических элементов в биологическом круговороте кратковременна — год, несколько лет, десятки или сотни лет, а продолжительность цикла в геологическом круговороте равна десяткам и сотням тысяч лет.

Скорости круговорота некоторых биогенных элементов

Биогеохимические циклы

В биологическом круговороте веществ биосферы выделяют несколько циклов химических элементов. Циклами называют более или менее замкнутые пути циркуляции биогенных элементов из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду.

Читайте также  Какие вещества разрушают озоновый слой?

В их прослеживают циркуляцию движения отдельных жизненно важных химических элементов (например, C, O, H, N, S, P, Ca, K, Si и др.

) и направленность потока энергии, характерной для биогеоценозов биосферы, ее регионов или для биосферы в целом.

Биогенные элементы разными путями попеременно переходят из живого вещества в неорганическую материю, а из нее вновь идут в живое вещество.

Отдельные биогеохимические циклы элементов сливаются в общий глобальный биологический круговорот биосферы. Все биогеохимические циклы не замкнуты.

При этом каждый новый цикл не является точным построением предыдущего, так как природа не остается неизменной.

Одни вещества и солнечная энергия вовлекаются в круговорот, но энергия в виде тепла уходит, рассеивается в пространстве.

Нередко и органические вещества выходят из круговорота в окружающую среду в виде залежей — осадочных пород биогенного происхождения, а также в виде биокосного вещества (известняки, каменный уголь, торф, нефть и др.).

Источник: http://blgy.ru/biology10pro/circulation-substances

Круговорот веществ в природе

Со времени образования Земли на планете происходят процессы перехода химических соединений и элементов из одного состояния в другое. Это круговорот веществ в природе. Как он происходит и для чего нужен разберём в этой статье.

Они такие разные

Круговорот веществ на самом деле, по сути, является бесконечно повторяющимися циклами.

Причём благодаря взаимодействию химических элементов и разнообразию химических соединений они никогда не повторяются в точности.

Рассмотрим разные виды циклов, а также то, как замкнутый круговорот веществ влияет на развитие и существование нашей планеты.

Биогеохимический круговорот веществ

Какова роль энергии в круговороте? Первичный источник энергии для круговорота веществ в большинстве случаев — Солнце. Эта энергия вовлекается из космоса.

Круговорот веществ и энергии

Энергия, вырабатываемая организмами, преобразуется в тепло и утрачивается для экосистемы.

В отличие от неё движение веществ происходит с помощью саморегулирующихся процессов с участием всех составляющих различных экосистем.

Из более 95 элементов, встречающихся в природе, для жизни живых организмов нужны всего 40. В их числе самые важные и необходимые в огромных количествах четыре основных элемента:

  1. кислород;
  2. водород;
  3. углерод;
  4. азот.

Откуда же они берутся в необходимом размере? Например, азот забирается из атмосферы с помощью действующих азотфиксирующих бактерий, затем возвращается другими бактериями.

Кислород, используемый различными организмами для дыхания, приходит в атмосферу благодаря фотосинтезу. Растения усваивают углекислый газ, вовлекая его в круговорот веществ.

В важных процессах также участвуют углерод и водород.

В природе ничего не происходит просто так. Посмотрим на вулканы. Во время их извержения в атмосферу поступают различные газы, в том числе и азот. Это круговорот газообразных веществ.

В деятельности эволюции в биосфере с каждым циклом увеличивается число биологических компонентов. В последнее время немаловажную роль в этих процессах играет человек.

Своей деятельностью он усиливает сложившийся тысячелетиями круговорот веществ и поток энергии в экосистеме.

Это действует разрушающим образом на биосферу, сложившуюся на настоящий момент.

Раньше, когда на Земле только зарождалась жизнь, в атмосфере было больше углерода, кислорода же почти не было. Поэтому первые живые организмы были анаэробными.

С течением длительного промежутка времени накапливался кислород, уменьшался процент углерода. Сейчас количество углекислого газа увеличивается.

Этому способствует использование горючих ископаемых и уменьшение «лёгких планеты» — джунглей, лесов. Антропогенный круговорот веществ утрачивает свою замкнутость.

Исследуя, в каких поясах Земли наиболее активны круговороты веществ и энергии, учёные пришли к выводу, что более консервативны в этом плане тропические экосистемы.

Изучая влияние человека на эти процессы, нужно говорить не о том, что люди своей деятельностью меняют то, что не должно меняться, а о том, что эта деятельность влияет на скорость изменений.

Источник: https://masakarton.com/tipy-krugovorota-veschestv-v-biosfere/