Навигация
Главная
 
Главная arrow Экология arrow Экология - Васюкова ГТ.
  СОДЕРЖАНИЕ   Следующая

342 Составляющие энергетического баланса в биосфереері

Поток энергии на земном шаре имеет три источника:

а) солнечная энергия;

б) энергия земных недр;

в) кинетическая энергия вращения Земли и ее спутника Луны как космических тел

главной частью в системе управления биосферой является энергия Солнца Всю биосферу можно расценивать как единое природное образование, поглощает энергию из космического пространства и направляет ее на внутреннюю работу В биосфере энергия только переходит из одной формы в другую и рассеивается в виде тепла Особенностью поведения энергии в биосфере является ее односторонняя направленность - концентрированная энергия, пр ойшовшы ряд преобразований, рассеивается в виде тепла Основными преобразователями энергии в биосфере являются живые организмы Изготовители превращают свободной лучевую энергию Солнца (концентрированная энергия) в хими чно связанную, которая затем переходит (по пищевым цепям) от одних биосферных структур в другие (рис 31с. 3.1).

Основні напрямки потоків енергії на Земній Кулі

Рис 31 Основные направления потоков энергии на земном шареулі.

При каждом переходе часть энергии превращается в тепло и рассеивается в окружающем пространстве В более детальном виде схема планетарного потока энергии показана на рис323.2.

Планетний потік енергії



Рис 32 Планетный поток энергиигії


Судьба летнего притока солнечной энергии такова:

1) отражается-30%;

2) прямо превращается в тепло - 40 / о

3) испарение, осадки-23%;

4) ветер, волны-0, 2%;

5) фотосинтез-0, 08%.

Таким образом, только небольшая часть солнечной энергии И%) потрачена на фотосинтез, но именно она является источником жизни на Земле Однако, те примерно 70% энергии Солнца, превращаются в тепло, иду ут на испарение, ветер, не теряются впустую, потому что эта энергия поддерживает нужную для жизни температуру, пускает в ход системы погоды, обеспечивает круговорот воды, без чего невозможна жизнь на Земле Нормал ьне функционирование биосферы возможно лишь при условии, когда ничем не сдерживается поступления и передача концентрированной энергии, и сток тепловой энергииії.

343 Биохимические круговороты веществани

С потоками энергии тесно связаны потоки вещества За счет процессов миграции химических элементов все геосферы Земли связаны единым циклом круговорота этих элементов Круговорот, движущей силой которого является являются тектонические процессы и солнечная энергия, получил название большого (геологического) круговоротгу.

Схематично это можно представить так Изверженные глубинные породы мантийного происхождения (базальта) тектоническими процессами выводятся из недр Земли в биосферу Под действием солнечной энергии и живого вещества они виви итрюються, переносятся, превращаются в разнообразные осадочные породы Затем за счет тектонических движений снова попадают в зону больших давлений и температур Земли, где из них освобождается солнечная энер гия, осуществляется метаморфизм и создание гранитных пород Гранитные породы опять за счет тектонических движений попадают в биосферу Таким образом, большой круговорот вещества можно рассматривать как эволюцию земной коры от океанического (базальтового) типа до материкового (гранитного) Мощность большого круговорота примерно 2 х 12 х 10 16 т / год.

Возникновение жизни на Земле способствовало появлению новой формы миграции химических элементов - биогенной На большой (геологический) наложился малый (биогенный) круговорот вещества в малом круговороте перемещаются в о основном углерод (2 х 10"т / год) и фосфор (1ор ( 108 т / год) Оба круговороты протекают сейчас одновременно и тесно связаны между собойю.

Живые организмы в биосфере инициируют круговорот веществ и приводят к возникновению биогеохимических циклов Биохимические циклы - это циклическое перемещение биогенных элементов: углерода, кислорода, водорода, азота, государь РКИ, фосфора, кальция, калия и др. от данного компонента биосферы к другим так, что на определенных участках этого круговорота они входят в состав живого веществни.

Перемещение вещества в биохимических циклах одновременно обеспечивает жизнедеятельность живых организмов.

Главными оценочным параметрам эффективности и направления работы биогеохимического цикла является количество биомассы, ее элементарный состав и активное функционирование живых организмов.

Химические элементы, участвующих в строительстве живого вещества и необходимые для его синтеза, получили название биогенных.

Состав абиотической части нашей планеты примерно такой: Fe -36%, 02 - 25%, Si * 23%, Mg"10%, S * 3%, Ni * 2%, другие - 15% Состав биомассы совсем другой: О О2"70%, С"15%, Н = 11%, другие = 4%.

Принцип цикличности в преобразованиях и перемещениях вещества в биосфере является основополагающим Хранение цикличности - условие существования биосферыи.

Центральное место в биосфере занимают биохимические циклы: углерода, воды, азота и фосфора Эти циклы в наибольшей степени подверглись трансформации при формировании техносферы и агросферы, и изучение их стало ва ажливим задачей экологамиї.

Биохимический цикл углерода базируется на атмосферном депо, которое удерживает его в количестве, примерно уровне 700 млрд тонн в форме углекислого газа (рис33) Этот цикл инициируется фото синтезом и дыханием оба процесса идут так интенсивноно, что у растений и животных на долю углерода приходится до 40-50% общей массы Остатки отмерших растений и животных способствуют образованию гумуса Аналогично образуетсяся и торф В этих формах помещается до 99% углерода нашей планеты Скорость круговорота углерода исчисляется в среднем от 300 до 1000 летів.


Біогеохімічний цикл води,Біогеохімічний цикл вуглецю

Рис 33 Биогеохимический цикл углеродалецю

Рис 34 Биогеохимический цикл водыоди

Большинство воды засоленная пресной воды на планете всего 2% от общего ее количества Тела всех живых организмов достаточно сильно обводненные: у животных на долю воды приходится 70%, а у растений - 90-95%% от их массы Общий круговорот воды инициируется потоком солнечной радиации Испарение и трансляция переводят воду из жидкого состояния в газообразное, и она поступает в атмосферу Атмосферные опа ди обеспечивают обводнение континентов (хотя часть осадков выпадает непосредственно над водоемами) Количественные показатели круговорота воды определяются климатом и сами определяют климат Главным параметр ом оценки интенсивности круговорота воды служит евапотранспирация с ее разделением на испарение и собственную транспирацию Непосредственно на формирование биомассы привлекается всего где-то 1% воды от массы ьнои ее количества, что есть на планете На образование 1 кг биомассы используется 130-230 кг воды, и поэтому круговорот является весьма активным Вода морей и океанов, а также подземные воды служат как депо вод депо води.

Моря теряют от испарения более (1200 мм / год), чем получают от осадков (1100 мм / год) Эта разница обеспечивает обводнение континентов На суше среднее годовое количество осадков составляет 710 мм а испарение - 470 мм Обратная поступление воды к океанов и морей идет через поверхностный и подземный стоки Сельскохозяйственное и промышленное производство, не меняя общего количества воды в ее биохимическом цикле, существенно перераспределяет поступление воды разным регионам Оказалось, что мелиорацией охвачены огромные территории Оторванность мелиоративных проектов от экологических концессий привел ела в конечном итоге к запустелювання, обмилення год, высыхания замкнутых водоемов, расположенных в условиях континентального климата Ярким примером является обводнение юга Средней Азии за сче ок забора воды из Амударьи и Сырдарьи, завершившееся трагедией Арала Существенное влияние на цикл воды оказывает промышленное производство Большинство его видов связанные с использованием большого количества воды, я ка возвращается в депо уже сильно загрязненбрудненою.

Біогеохімічний цикл азоту

Биогеохимический цикл азота Это один из самых быстрых круговоротов веществ (рис35) Реализуется он, в основном, за счет деятельности различных групп живых организмов и, в первую очередь, при активном участ те микробов Основным депо азота является газообразный азот атмосферы Его связывания осуществляется свободно существующими азотфиксаторы (Azotobacter, Clostridium, Nostoc, Rhizobium) Органические вещества, какини, які

Рис 35 Биогеохимический цикл азотаоту

помещают связанный азот, минерализуются за счет аммонификация и нитрофикации, что делает доступным для высших растений нитратный и аммонийный азот Общие оценки фиксации атмосферного азота суперечлы иви и в среднем для планеты составляют от 100-170 мг /м2 в год до 1-20г / м2 посетовал Это соответствует примерно 126 млн тонн азота в годік.

В антропогенную эпоху на круговорот азота большое влияние оказывает производство синтетических азотных удобрений Оно заключается в связывании азота воздуха и поэтапного его превращения сначала в аммиак, затем в азот стантную кислоту, необходимую для получения нитратов Этот процесс стал широкомасштабным и привлек в биогеохимический цикл азота из атмосферного депо большое его количество Введение антропогенного азота в его био геохимический цикл равен 6,4 х 1 107 т азота в год (Garrels et al, 1973))

Из всех синтетических минеральных удобрений азотные удобрения требуют наиболее энергетических затрат при их производстве и поэтому являются самыми дорогими Однако, в сельском хозяйстве не разработаны технологии безвидход дного применения азотных удобрений Нитраты не полностью используются культурными растениями и существенно загрязняют грунтовые воды и водоемы Проблема нитратного загрязнения окружающей среды в н аш время стала одной из наиболее актуальныних.

Биогеохимический цикл фосфора Этот цикл имеет наиболее простой характер (рис36) Основной запас фосфора сосредоточен на планете в виде горных пород и минералов При их выветривании создаются фосфаты, которые используются растениями для построения органических веществ своего тела После отмирания растений фосфор минерализуется микроорганизмы-редуценты Потери фосфора из биохимического цикла связано в основном м с выносом фосфора в моря и океаны Оттуда обратно на сушу он может попасть только через рыбу или гуанабо гуано.

Фосфорные удобрения производят в основном из горных пород Такой перевод фосфора из депо в активную часть биохимического цикла так же, как в случае с азотом, имеет негативные последствия Не использован ку ультурнимы растениями фосфор в результате ветровой эрозии поступает в водоемы, приводящие к авторификаии Замечательной особенностью природных экосистем повторное использование биогенных веществ Хотя в био геохимических циклах некоторые из этих элементов и теряются, поступая в депо, и делаются доступными для растений в природных экосистемах масштаб этих процессов незначительночний.

Биосфера обладает мощной буферной действием в отношении многих внешних воздействий Это обеспечивает общую устойчивость и создает благоприятные стабильные условия существования организмов В пределах биосферы смягчается действие в ветра, засушливость воздуха и почвы, поддерживается определенное соотношение между концентрацией кислорода и углекислого газа в атмосфере, сужается амплитуда колебаний температуры Но все эти качества биосферы не могут противостоять неразумным действиям человека и резко падают при антропогенных воздействиях Так, засухи сравнению безопасны для природных экосистем, но они наносят ощутимые убытки агроэкосистемы Сохранить ты почвенно - климатические условия крупных регионов планеты и обеспечить их устойчивость можно только при наличии в этих регионах достаточно больших по площади природных биомовіомів.

Для устойчивости биогеохимических циклов большое значение имеют депо биогенных химических веществ в почве Почва - это совершенно особое по своим свойствам природное тело В биосфере грунт выполняет множество спец цифичних функций Он обеспечивает растения всеми необходимыми питательными веществами, содержит в себе большое количество влаги, препятствует ее быстрому стоку в год В сельском хозяйстве почва является силов ентом производствцтва.

Біогеохімічний цикл фосфору

Рис36 Биогеохимический цикл фосфораору

Важными участниками биогеохимических циклов почвенные микроорганизмы Грунт одновременно служит депо для многих веществ, за счет которого гасятся флуктуации, возникающие при переходе вещества из одной ой звена биогеохимического цикла ко второй Особенно важен в этом гумус почвы В нем продукты разложения органических веществ содержатся длительное время Антропогенное природопользования вносит в биог еохимични циклы немало препятствий Так, распространенность сжигания топлива приводит к поступлению в атмосферу около 20 млрд тонн углекислого газа и 700 млн тонн других газов и твердых частиц Вырубка ли сел приводит к вынесению из экосистемы леса тысячи тонн азота, кремния, фосфор фосфору.

Эти процессы ведут к появлению нового техногенного типа круговорот; химических элементов Перенесенные в урбанизированные районы или в агроэкосистемы, эти вещества оказываются либо совсем или временно исключены из природного их кругооборота Нормальное функционирование биосферы возможно, если антропогенная деятельность не препятствует осуществлению естественных биогеохимических циклов, разрушение которых может привести к деградации биосферри.

 
  СОДЕРЖАНИЕ   Следующая
 
Дисциплины
Банковское дело
БЖД
Бухучет и Аудит
География
Документоведение
Экология
Экономика
Этика и Эстетика
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Естествознание
Психология
Религиоведение
Риторика
РПС
Социология
Статистика
Страховое дело
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы