КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА
Углерод по распространенности
на Земле занимает шестнадцатое место
среди всех элементов и составляет приблизительно
0,027% массы земной коры. В несвязанном состоянии
он встречается в виде алмазов (наибольшие
месторождения в Южной Африке и Бразилии)
и графита (наибольшие месторождения в
ФРГ, Шри-Ланка и СССР). Каменный уголь
содержит до 90% углерода. В связанном состоянии
углерод входит также в разные горючие
ископаемые, в карбонатные минералы, например
кальцит и доломит, а также в состав всех
биологических веществ. В форме доксида
углерода он входит в состав земной атмосферы,
в которой на его долю приходится 0,046% массы.
Углерод имеет исключительное
значение для живого вещества
(живым веществом в геологии
называют совокупность всех организмов,
населяющих Землю). Из углерода
в биосфере создаются миллионы
органических соединений. Углекислота
из атмосферы в процессе фотосинтеза,
осуществляемого зелеными растениями,
ассимилируется и превращается
в разнообразные органические
соединения растений. Растительные
организмы, особенно низшие микроорганизмы,
морской фитопланктон, благодаря
исключительной скорости размножения,
продуцируют в год около 1,5*1011m
углерода в виде органической
массы. Растения частично поедаются
животными (при этом образуются
пищевые цепи). В конечном счете,
органическая масса в результате
дыхания, гниения и горения превращается
в углекислый газ или отлагается
в виде сапропеля, гумуса, торфа,
которые, в свою очередь, дают
начало многим другим соединениям
– каменным углям, нефти. В процессах
распада органических веществ, их
минерализации, огромную роль играют
бактерии (например, гнилостные), а также
многие грибы (например, плесневые).
В активном круговороте углекислый
газ Û живое вещество участвует очень
небольшая часть всей массы углерода.
Огромное количество углекислоты законсервировано
в виде ископаемых известняков и других
пород.
Между углекислым газом
атмосферы и водой океана существует
подвижное равновесие. Организмы
поглощают углекислый кальций, создают
свои скелеты, а затем из них
образуются пласты известняков.
Атмосфера пополняется углекислым
газом благодаря процессам разложения
органических веществ, карбонатов
и т.д. Особенно мощным источником
являются вулканы, газы которых
состоят главным образом из
паров воды и углекислого газа.
КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА
Кислород является
наиболее распространенным элементом
на Земле. В морской воде содержится
85,82% кислорода, в атмосферном воздухе
23,15% по весу или 20,93% по объему,
а в земной коре 47,2% по весу.
Такая концентрация кислорода
в атмосфере поддерживается постоянной
благодаря процессу фотосинтеза.
В этом процессе зеленые растения
под действием солнечного света
превращают диоксид углерода
и воду в углеводы и кислород.
Главная масса кислорода находится
в связанном состоянии; количество
молекулярного кислорода в атмосфере
оценивается в 1,5* 1015 m, что составляет
всего лишь 0,01% от общего содержания кислорода
в земной коре. В жизни природы кислород
имеет исключительное значение. Кислород
и его соединения незаменимы для поддержания
жизни. Они играют важнейшую роль в процессах
обмена веществ и дыхании. Кислород входит
в состав белков, жиров, углеводов, из которых
«построены» организмы; в человеческом
организме, например, содержится около
65% кислорода. Большинство организмов
получают энергию, необходимую для выполнения
их жизненных функций, за счет окисления
тех или иных веществ с помощью кислорода.
Убыль кислорода в атмосфере в результате
процессов дыхания, гниения и горения
возмещается кислородом, выделяющимся
при фотосинтезе. Вырубка лесов, эрозия
почв, различные горные выработки на поверхности
уменьшают общую массу фотосинтеза и снижают
круговорот на значительных территориях.
Наряду с этим, мощным источником кислорода
является, по-видимому, фотохимическое
разложение водяного пара в верхних слоях
атмосферы под влиянием ультрафиолетовых
лучей солнца. Таким образом, в природе
непрерывно совершается круговорот кислорода,
поддерживающий постоянство состава атмосферного
воздуха.
Кроме описанного выше
круговорота кислорода в несвязанном
виде, этот элемент совершает
еще и важнейший круговорот, входя
в состав воды. Круговорот воды
(H2O) заключается в испарении воды
с поверхности суши и моря,
переносе ее воздушными массами
и ветрами, конденсации паров
и последующее выпадение осадков
в виде дождя, снега, града, тумана.
КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА
Углерод по распространенности
на Земле занимает шестнадцатое место
среди всех элементов и составляет приблизительно
0,027% массы земной коры. В несвязанном состоянии
он встречается в виде алмазов (наибольшие
месторождения в Южной Африке и Бразилии)
и графита (наибольшие месторождения в
ФРГ, Шри-Ланка и СССР). Каменный уголь
содержит до 90% углерода. В связанном состоянии
углерод входит также в разные горючие
ископаемые, в карбонатные минералы, например
кальцит и доломит, а также в состав всех
биологических веществ. В форме доксида
углерода он входит в состав земной атмосферы,
в которой на его долю приходится 0,046% массы.
Углерод имеет исключительное
значение для живого вещества
(живым веществом в геологии
называют совокупность всех организмов,
населяющих Землю). Из углерода
в биосфере создаются миллионы
органических соединений. Углекислота
из атмосферы в процессе фотосинтеза,
осуществляемого зелеными растениями,
ассимилируется и превращается
в разнообразные органические
соединения растений. Растительные
организмы, особенно низшие микроорганизмы,
морской фитопланктон, благодаря
исключительной скорости размножения,
продуцируют в год около 1,5*1011m
углерода в виде органической
массы. Растения частично поедаются
животными (при этом образуются
пищевые цепи). В конечном счете,
органическая масса в результате
дыхания, гниения и горения превращается
в углекислый газ или отлагается
в виде сапропеля, гумуса, торфа,
которые, в свою очередь, дают
начало многим другим соединениям
– каменным углям, нефти. В процессах
распада органических веществ, их
минерализации, огромную роль играют
бактерии (например, гнилостные), а также
многие грибы (например, плесневые).
В активном круговороте углекислый
газ Û живое вещество участвует очень
небольшая часть всей массы углерода.
Огромное количество углекислоты законсервировано
в виде ископаемых известняков и других
пород.
Между углекислым газом
атмосферы и водой океана существует
подвижное равновесие. Организмы
поглощают углекислый кальций, создают
свои скелеты, а затем из них
образуются пласты известняков.
Атмосфера пополняется углекислым
газом благодаря процессам разложения
органических веществ, карбонатов
и т.д. Особенно мощным источником
являются вулканы, газы которых
состоят главным образом из
паров воды и углекислого газа.
КРУГОВОРОТ АЗОТА
Азот входит в состав
земной атмосферы в несвязанном
виде в форме двухатомных молекул.
Приблизительно 78% всего объема атмосферы
приходится на долю азота. Кроме
того, азот входит в состав
растений и животных организмов
в форме белков. Растения синтезируют
белки, используя нитраты из почвы.
Нитраты образуются там из
атмосферного азота и аммонийных
соединений, имеющихся в почве. Процесс
превращения атмосферного азота
в форму, усвояемую растениями
и животными, называется связыванием
(или фиксацией) азота.
При гниении органических
веществ значительная часть содержащегося
в них азота превращается в
аммиак, который под влиянием
живущих в почве нитрифицирующих
бактерий окисляется затем в
азотную кислоту. Последняя, вступая
в реакцию с находящимися в почве карбонатами,
например с карбонатом кальция СаСОз,
образует нитраты:
2HN0з + СаСОз = Са(NОз)2 + СОС + Н0Н
Некоторая же часть
азота всегда выделяется при
гниении в свободном виде в
атмосферу. Свободный азот выделяется
также при горении органических
веществ, при сжигании дров, каменного
угля, торфа. Кроме того, существуют
бактерии, которые при недостаточном
доступе воздуха могут отнимать
кислород от нитратов, разрушая
их с выделением свободного
азота. Деятельность этих денитрифицирующих
бактерий приводит к тому, что часть азота
из доступной для зеленых растений формы
(нитраты) переходит в недоступную (свободный
азот). Таким образом, далеко не весь азот,
входивший в состав погибших растений,
возвращается обратно в почву; часть его
постепенно выделяется в свободном виде.
Непрерывная убыль
минеральных азотных соединений
давно должна была бы привести
к полному прекращению жизни
на Земле, если бы в природе
не существовали процессы, возмещающие
потери азота. К таким процессам
относятся, прежде всего, происходящие
в атмосфере электрические разряды,
при которых всегда образуется
некоторое количество оксидов
азота; последние с водой дают
азотную кислоту, превращающуюся
в почве в нитраты. Другим источником
пополнения азотных соединений
почвы является жизнедеятельность
так называемых азотобактерий, способных
усваивать атмосферный азот. Некоторые
из этих бактерий поселяются
на корнях растений из семейства
бобовых, вызывая образование характерных
вздутий — «клубеньков», почему
они и получили название клубеньковых
бактерий. Усваивая атмосферный
азот, клубеньковые бактерии перерабатывают
его в азотные соединения, а
растения, в свою очередь, превращают
последние в белки и другие
сложные вещества.
Таким образом, в природе
совершается непрерывный круговорот
азота. Однако ежегодно с урожаем
с полей убираются наиболее
богатые белками части растений,
например зерно. Поэтому в почву
необходимо вносить удобрения, возмещающие
убыль в ней важнейших элементов
питания растений. В основном
используются нитрат кальция
Ca(NO3)2, нитрат аммония NH4NO3, нитрат натрия
NANO3, и нитрат калия KNO3. Например, в Таиланде
используются листья лейкаены как органическое
удобрение. Лейкаена принадлежит к бобовым
растениям и, как и все они, содержит очень
много азота. Поэтому ее можно использовать
вместо химического удобрения.
В последнее время
наблюдается повышения содержания
нитратов в питьевой воде, главным
образом за счет усилившегося
использования искусственных азотных
удобрений в сельском хозяйстве. Хотя
сами нитраты не так уж опасны для взрослых
людей, в организме человека они могут
превращаться в нитриты. Кроме того, нитраты
и нитриты используются для обработки
и консервирования многих пищевых продуктов,
в том числе ветчины, бекона, солонины,
а также некоторых сортов сыра и рыбы.
Отдельные ученые полагают, что в организме
человека нитраты могут превращаться
в нитрозамины :
Известно, что нитрозамины способны
вызывать онкологические заболевания
у животных. Большинство из нас уже подвержено
воздействию нитрозаминов, которые в небольшом
количестве находятся в загрязненном
воздухе, сигаретном дыму и некоторых
пестицидах. Полагают, что нитрозамины
могут быть причиной 70-90% случаев онкологических
заболеваний, возникновение которых приписывают
действию факторов окружающей среды.
КРУГОВОРОТ ФОСФОРА
Источником фосфора
биосферы является главным образом
апатит, встречающийся во всех
магматических породах. В превращениях
фосфора большую роль играет
живое вещество. Организмы извлекают
фосфор из почв, водных растворов.
Усвоение фосфора растениями
во многом зависит от кислотности
почвы. Фосфор входит в многочисленные
соединения в организмах: белки,
нуклеиновые кислоты, костная ткань,
лецитины, фитин и другие соединения;
особенно много фосфора входит
в состав костей. Фосфор жизненно
необходим животным в процессах
обмена веществ для накопления энергии.
С гибелью организмов фосфор возвращается
в почву и в илы морей. Он концентрируется
в виде морских фосфатных конкреций, отложений
костей рыб, что создает условия для создания
богатых фосфором пород, которые в свою
очередь являются источником фосфора
в биогенном цикле.
Содержание фосфора
в земной коре составляет 8*10-20
% (по весу). В свободном состоянии
фосфор в природе не встречается
вследствие его легкой окисляемости.
В земной коре он находится
в виде минералов (фторапатит, хлорапатит,
вивианит и др.), которые входят в состав
природных фосфатов – апатитов и фосфоритов.
Фосфор имеет исключительное значение
для жизни животных и растений.
Так как растения
уносят из почвы значительное
количество фосфора, а естественное
пополнение фосфорными соединениями
почвы крайне незначительно, то
внесение в почву фосфорных
удобрений является одним из
важнейших мероприятий по повышению
урожайности. Ежегодно в мире
добывают приблизительно 125 млн. т. фосфатной
руды. Большая ее часть расходуется
на производство фосфатных удобрений.
КРУГОВОРОТ СЕРЫ
Круговорот серы также
тесно связан с живым веществом.
Сера в виде SO2, SO3, H2S и элементарной
серы выбрасывается вулканами
в атмосферу. С другой стороны,
в природе в большом количестве
известны различные сульфиды
металлов: железа, свинца, цинка и
др. Сульфидная сера окисляется
в биосфере при участи многочисленных
микроорганизмов до сульфатной
серы SO42 почв и водоемов. Сульфаты
поглощаются растениями. В организмах
сера входит в состав аминокислот
и белков, а у растений, кроме
того, - в состав эфирных масел
и т.д. Процессы разрушения остатков
организмов в почвах и в
илах морей сопровождаются очень
сложными превращениями серы. При
разрушении белков при участии
микроорганизмов образуется сероводород.
Далее сероводород окисляется
либо до элементарной серы, либо
до сульфатов. В этом процессе
участвуют разнообразные микроорганизмы,
создающие многочисленные промежуточные
соединения серы. Известны месторождения
серы биогенного происхождения.
Сероводород может вновь образовать
«вторичные» сульфиды, а сульфатная
сера создает гипс. В свою очередь сульфиды и гипс вновь подвергаются разрушению,
и сера возобновляет свою миграцию.