Московский авиационный институт
(национальный исследовательский
университет)
* * * * *
Инженерно-экономический
институт
ЗАОЧНОЕ (С ПРИМЕНЕНИЕМ ДОТ)
ОБУЧЕНИЕ
каф. 508
РЕФЕРАТ
по учебной дисциплине «ЭКОЛОГИЯ»
на тему «Большой и малый круговорот
веществ.
Их воздействие на человека»
Чушкина Дарья Олеговна
№ договора
508-ЦП-1428-08
бакалавр «финансовый менеджмент»
Москва
СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА I. КРУГОВОРОТ
ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДЕ 4
ГЛАВА II. ВОЗДЕЙСТВИЕ
КРУГОВОРОТА В ПРИРОДЕ НА ЧЕЛОВЕКА 10
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 11
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ 12
ВВЕДЕНИЕ
На всех стадиях своего развития
человек тесно связан с биосферой (от греч.
«биос» – жизнь и «сфера» – шар). Этот
термин ввел в науку геолог, профессор
Венского университета Эдвард Зюсс в 1875
г. для обозначения области земной поверхности,
населенной жизнью.
Особенность биосферы как
организма состоит в том, что не существует
сколько-нибудь существенного потока
вещества из космоса или из недр Земли
в биосферу и наоборот. Поэтому основные
потоки вещества в биосфере организуются
посредством круговоротов.
Круговорот веществ на Земле
- повторяющиеся процессы превращения
и перемещения вещества в природе, имеющие
более или менее выраженный циклический
характер. Эти процессы имеют определённое
поступательное движение, т. к. при так
называемых циклических превращениях
в природе не происходит полного повторения
циклов, всегда имеются те или иные изменения
в количестве и составе образующихся веществ.
Главная цель данной работы
– это понять, что такое большой и малый
круговороты веществ на примере отдельных
циклических процессов, слагающих общий
круговорот веществ на Земле, и рассмотреть,
как он влияет на человека.
ГЛАВА I. КРУГОВОРОТ
ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДЕ
Все вещества на нашей планете
находятся в процессе круговорота. Солнечная
энергия на Земле вызывает два круговорота
веществ: большой (геологический), наиболее
ярко проявляющийся в круговороте воды
и циркуляции атмосферы, и малый, биологический
(биотический), развивающийся на основе
большого и состоящий в непрерывном, циклическом,
но неравномерном во времени и пространстве,
и сопровождающийся более или менее значительными
потерями закономерного перераспределения
вещества, энергии и информации в пределах
экологических систем различного уровня
организации.
Оба круговорота взаимно связаны
и представляют собой как бы единый процесс.
Взаимодействие абиотических факторов
и живых организмов экосистемы сопровождается
непрерывным круговоротом вещества между
биотопом и биоценозом в виде чередующихся
то органических, то минеральных соединений.
Обмен химических элементов между живыми
организмами и неорганической средой,
различные стадии которого происходят
внутри экосистемы, называют биогеохимическим
круговоротом, или биогеохимическим циклом.
Изучением круговорота веществ
занимались многие русские учёные. В. И.
Вернадский выделил геохимическую группу
так называемых циклических химических
элементов; к ним относят практически
все широко распространённые и многие
редкие химические элементы, например
углерод, кислород, азот, фосфор, серу,
кальций, хлор, медь, железо, йод. В.Р. Вильямс
и многие др. рассматривали биологические
циклы азота, углекислоты, фосфора и др.
в связи с изучением плодородия почв. Из
цикличности химических элементов особенно
важную роль в биогенном цикле играют
углерод, азот, фосфор, сера.
Таким образом, отдельные циклические
процессы, слагающие общий круговорот
веществ на Земле, никогда не являются
полностью обратимыми. Часть вещества
в повторяющихся процессах превращения
рассеивается и отвлекается в частные
круговороты или захватывается временными
равновесиями, а другая часть, которая
возвращается к прежнему состоянию, имеет
уже новые признаки.
Существование подобных круговоротов
создает возможность для гомеостаза (саморегуляции)
системы, что придает экосистеме устойчивость:
удивительное постоянство процентного
содержания различных элементов. Здесь
действует принцип функционирования экосистем:
получение ресурсов и избавление от отходов
происходят в рамках круговорота всех
элементов.
КРУГОВОРОТ ВОДЫ
Примерно треть энергии Солнца,
поступающей на Землю, затрачивается на
приведение в движение круговорота воды.
Море теряет из-за испарения воды больше,
чем получает с осадками. На суше ситуация
противоположная. То есть значительная
часть осадков, поддерживающих экосистемы
суши, приходит к нам с моря.
Однако немалый вклад в круговорот
воды вносит и растительность данной конкретной
местности, особенно в областях, находящихся
в глубине континента, или же «экранированных»
от моря грядой гор. Дело в том, что вода,
поступающая в растения из почвы, почти
полностью (97-99 %) испаряется через листья.
Это называется транспирацией. Испарение
охлаждает листья и способствует движению
в растениях биогенных элементов. Одновременно
это поддерживает локальные круговороты
воды, позволяющие растительному миру
успешно существовать, даже если «дожди
с моря» достаточно редки.
КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА
Углерод является одним из самых
необходимых для жизни компонентов. В
состав органического вещества он включается
в процессе фотосинтеза. Затем основная
его масса поступает в пищевые цепи животных
и накапливается в их телах в виде различного
рода углеводов.
Главную роль в круговороте
углерода играет атмосферный и гидросферный
фонды углекислого газа СО2. Этот фонд
пополняется при дыхании растений и животных,
а также при разложении мертвой органики.
Некоторая часть углерода ускользает
из круговорота в захоронения. Однако
человек в последнее время достаточно
успешно разрабатывает эти захоронения,
возвращая в круговорот жизни углерод
и другие важные для жизни элементы, накопленные
за миллионы лет.
Известно, что увеличение содержания
СО2 и понижение содержания О2 в атмосфере
приводит к усилению фотосинтеза. Может
быть, после того, как человечество очистит
планету от современных форм жизни (в том
числе и от своего присутствия на ней),
начнется бурный этап развития новых более
совершенных форм, которые сейчас не могут
выдержать конкуренции.
Фотосинтезирующий зеленый
пояс и карбонатная система моря поддерживают
постоянный уровень СО2 в атмосфере. Но
за последние 100 лет содержание СО2 постоянно
растет из-за новых антропогенных поступлений
и сведения лесов. Полагают, что в начале
промышленной революции (1800 г) в атмосфере
Земли присутствовало около 0.029 % СО2. В
1958 г., когда были проведены первые точные
измерения, - 0.0315 %, в 1980 - 0.0335 %. Когда доиндустриальный
уровень будет превышен вдвое (2050 г), ожидается
повышение температуры в среднем на 1.5-4.5
градуса. Это связано в первую очередь
с парниковым эффектом, к которому приводит
повышенное содержание углекислого газа
в атмосфере.
КРУГОВОРОТ АЗОТА
Азот входит в состав аминокислот,
являющихся основным строительным материалом
для белков. Хотя азот требуется в меньших
количествах, чем, например, углерод, тем
не менее, дефицит азота отрицательно
сказывается на продуктивности живых
организмов.
Основным источником азота
является атмосфера, откуда в почву, а
затем в растения азот попадает только
в форме нитратов, которые являются результатом
деятельности организмов-азотофиксаторов
(отдельные виды бактерий, сине-зеленых
водорослей и грибов), а также электрических
разрядов (молний) и других физических
процессов. Остальные соединения азота
не усваиваются растениями.
Второй источник азота для растений - это результат разложения органики,
в частности белков. При этом, в начале
образуется аммиак, который преобразуется
бактериями-нитрификаторами в нитраты
и нитриты.
Возвращение азота в атмосферу
происходит в результате деятельности
бактерий-денитрификаторов, разлагающих
нитраты до свободного азота и кислорода.
Значительная часть азота, попадая
в океан, частично используется водной
растительностью, а затем по пищевым цепям
через животных возвращается на сушу.
Небольшая часть азота выпадает из круговорота,
уходя в осадочные соединения. Однако
эта потеря компенсируется поступлением
азота в воздух с вулканическими газами,
а также с индустриальными выбросами.
Антропогенный азот поступает
в природу в основном в форме азотных удобрений.
Их количество примерно равно природной
фиксации азота в атмосфере, но ниже биологической
фиксации.
В природных экосистемах порядка
20% азота - это новый азот, полученный
из атмосферы путем азотофиксации. Остальные
80% возвращаются в круговорот вследствие
разложения органики. В агросистемах из
азота, поступившего на поля с удобрениями,
очень небольшая часть используется повторно,
большая же часть теряется с собираемым
урожаем, а также в результате выщелачивания
(выноса водой) и денитрификации.
КРУГОВОРОТ ФОСФОРА
Фосфор является необходимым
компонентом нуклеиновых кислот (РНК и
ДНК), выполняющих в биосистемах функции,
связанные с записью, хранением и чтением
информации о строении организма. Фосфор
– это достаточно редкий элемент и встречается
лишь в немногих химических соединениях.
Он циркулирует, переходя из органики
в фосфаты, которые могут затем использоваться
растениями.
Особенность круговорота фосфора
в том, что в нем отсутствует газообразная
фаза. То есть основным резервуаром фосфора
является не атмосфера, а горные породы
и другие отложения, образовавшиеся в
прошлые эпохи. Породы эти подвергаются
эрозии, высвобождая фосфаты в экосистемы.
После неоднократного потребления его
организмами суши и моря фосфор в конечном
итоге выводится в донные осадки.
КРУГОВОРОТ СЕРЫ
Сера является элементом, необходимым
для синтеза многих белков. Для биосистем
требуется очень мало серы.
Круговорот серы осуществляется
через воздух, воду и почву. Сульфат SO4
аналогично нитрату и фосфату - основная
доступная форма серы, которая восстанавливается
растениями и включается в белки. Затем
она проходит по пищевым цепям экосистем
и возвращается в круговорот с экскрементами
животных.
Основными источниками поступления
соединений серы в биосферу являются производственная
деятельность человека (сжигание угля
и серосодержащих углеводородов), вулканы,
разложение органики и распад серосодержащих
руд и минералов.
ПУТИ ВОЗВРАТА ЭЛЕМЕНТОВ
В КРУГОВОРОТ
Существует несколько путей
возврата элементов в круговорот:
1) через микробное разложение;
2) через экскременты животных;
3) прямой передачей от
растения к растению в симбиозе;
4) физическими процессами
(молния, ионизация и т.п.);
5) за счет энергии топлива
(например, при промышленной фиксации
азота);
6) автолиз – высвобождение
питательных веществ из остатков растений
и экскрементов без участия микроорганизмов.
Если не разрушать природные
механизмы рециркуляции и не отравлять
их, то они в основном самопроизвольно
реализуют возврат в круговорот воды и
элементов питания.
ГЛАВА II. ВОЗДЕЙСТВИЕ
КРУГОВОРОТА В ПРИРОДЕ НА ЧЕЛОВЕКА
Говоря о влиянии большого и
малого круговорота веществ на человека,
важно отметить, что жизнь живых организмов,
в том числе и человека, невозможна без
окружающей среды, без природы. Человеку
свойственен обмен веществ с окружающей
средой, который является основным условием
существования любого живого организма.
Организм человека во многом
связан с компонентами биосферы, а именно:
растительностью, насекомыми, животными,
микроорганизмами. Он входит в глобальный
круговорот веществ. Человеческий организм,
как и организмы других животных, подвержен
суточным и сезонным ритмам, реагирует
на сезонные изменения окружающей температуры,
интенсивности (активности) солнечной
радиации.
Человек, как живое существо
и человеческий род, как совокупность
индивидов, подчиняется законам экосистемы
и экосферы. Специфика экосистемы "Человек
окружающая – среда" определяется не
только физическими и биологическими
факторами, но также социально-экономическими
условиями, которые по мере развития общества
приобретают все большее значение в отношениях
человека и природы. В процессе целесообразной
трудовой коллективной деятельности человек
воздействует на природу, меняет способы
организаций своей жизни, создает особые
формы общественных отношений.
Биологический обмен веществ
между человеком и природой сохранился.
Природа остается постоянным условием
жизни человека и развития общества. Однако
в результате производственной деятельности
возник новый процесс обмена веществ и
энергии между природой и обществом. Этот
обмен носит уже техногенный характер
и называется антропогенным или социальным
обменом веществ и энергии.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Круговороты веществ и потоки космической
энергии создают устойчивость биосферы.
Выделяют два круговорота веществ: большой
и малый.
Большой (геологический) круговорот характеризуется
двумя важными моментами:
а) осуществляется на протяжении всего
геологического развития Земли;
б) представляет собой современный планетарный
процесс, принимающий ведущее участие
в дальнейшем развитии биосферы.
Малый круговорот веществ является частью
большого, происходит на уровне биогеоценозов
(внутри экосистем).