Фосфор принадлежит к числу довольно распространенных элементов; содержание его в земной коре составляет около 0,1% (масс.). Вследствие легкой окисляемости фосфор в свободном состоянии в природе не встречается.
Из природных соединений фосфора самым важным является ортофосфат кальция, который в виде минерала фосфорита иногда образует залежи. Часто встречается также минерал апатит, содержащий кроме ортофосфата кальция, еще фторид и хлорид этого металла.
Фосфор, как и азот, необходим для всех живых существ, так как он входит в состав некоторых белков как растительного, так и животного происхождения. В растениях фосфор содержится главным образом в белках семян, в животных организмах – в белках молока, крови, мозговой и нервной тканей. Кроме того, большое количество фосфора содержится в костях позвоночных животных. В виде кислотного остатка фосфорной кислоты фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, которые принимают непосредственное участие в процессах передачи наследственных свойств живой клетки.
Круговорот фосфора в природе (рис. 1) отличается от подобных схем для других элементов, поскольку он практически отсутствует в атмосфере: единственное летучее газообразное соединение фосфора – фосфин – быстро окисляется кислородом воздуха и перестает существовать в изначальной форме.
Вышеуказанные минералы фосфора нерастворимы в воде, однако в водных растворах они способны переходит в иные формы, которые хорошо усваиваются растительными организмами, а затем по пищевым цепочкам поступают к различным группам животных. В процессе жизнедеятельности живых организмов, а также после их гибели, фосфор переходит в осадочные породы.
Кроме этого значительное количество фосфора попадает в природу вследствие сельскохозяйственной деятельности человека (в виде фосфатных удобрений).
Круговорот фосфора в природе отличается от циклов других элементов, так как газовая форма соединений фосфора (например, РН3) не участвует в биогеохимическом цикле фосфора. Фосфор в виде фосфатных ионов (РО43-) и (НРО42-) является важным питательным элементом для растений и животных. Он входит в молекулы ДНК, несущих генетическую информацию, молекул АТФ и АДФ, запасающих необходимую для клеточного дыхания химическую энергию. Фосфор также входит в молекулы жиров, образующих клеточные мембраны, и в состав костей и зубов животных.
Рис. 7.6. Схема круговорота фосфора
Главная роль в цикле фосфора принадлежит живому веществу и таким процессам, как питание, размножение, передвижение. Для растений наиболее доступным является фосфор неспецифических органических соединений и гумуса, именно он играет главную роль в малом биологическом цикле (рис. 7.6).
В почвах и породах широко распространено явление фиксации фосфора. Фиксаторами фосфора являются гидрооксиды железа, марганца, алюминия.
Миграция фосфора возможна за счет водной и ветровой эрозии. Цикл фосфора менее замкнут и менее обратим, чем циклы углерода и азота, а загрязнение окружающей среды фосфором особенно чувствительны.
Фосфор высвобождается при медленном разрушении фосфатных руд, растворяется почвенной влагой и поглощается корнями растений. Часть фосфора возвращается на сушу в виде гуано – обогащенной фосфором органической массы экскрементов питающихся рыбой птиц. Фосфатные соединения плохо растворяются в воде. Во многих почвах и водных экосистемах содержание фосфора является лимитирующим фактором роста растений.
Фосфатные удобрения являются важным звеном в получении урожаев сельскохозяйственных культур. Известные ныне запасы месторождений фосфатов, апатитов ограничены и истощатся примерно через 70 лет.Избыток фосфат-ионов способствует взрывному росту синезеленых водорослей, что нарушает жизненное равновесие в водных экосистемах. Увеличивается содержание фосфора в окружающей среде больших городов.
Дата добавления: 2017-11-30; просмотров: 246; Опубликованный материал нарушает авторские права? | Защита персональных данных |
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
В корне биогенного круговорота углерода лежит неорганическое вещество – диоксид углерода. В природе СО2 входит в состав атмосферы, а также находится в растворенном виде в гидросфере.
Включение углерода в состав органического вещества происходит в процессе фотосинтеза, в результате которого на базе углекислого газа и воды образуются сахара. В дальнейшем, другие процессы биосинтеза преобразуют их в более сложные органические вещества. Данные соединения формируют ткани фотосинтезирующих организмов и служат источником органических веществ для животных.
В процессе дыхания все организмы окисляют сложные органические вещества в конечном итоге до СО2, который выводится во внешнюю среду, где может вновь вовлекаться в процесс фотосинтеза. Углеродсодержащие органические соединения тканей живых организмов после их смерти подвергаются биологическому разрушению организмами-редуцентами, благодаря чему углерод в виде Н2СО3 вновь поступает в круговорот.
При определенных условиях разложение накапливаемых мертвых остатков в почве идет замедленным темпом через образование гумуса, минерализация которого под воздействием грибов и бактерий происходит с низкой скоростью. В некоторых случаях цепь разложения органического вещества бывает неполной. В частности, деятельность организмов-деструкторов может подавляться недостатком кислорода или повышенной кислотностью. В этом случае органические остатки накапливаются в виде торфа, углерод не высвобождается и круговорот приостанавливается. Аналогичным образом в прошлые геологические эпохи происходило образование каменного угля и нефти. Сжигание ископаемого топлива в настоящее время возвращает углерод, выключенный ранее из круговорота, в атмосферу. В гидросфере приостановка круговорота углерода связана с включением СО2 в состав СаСО3 в виде известняков. В этом случае углерод выключается из круговорота на целые геологические эпохи до поднятия органогенных пород над уровнем моря. Тогда круговорот возобновляется через выщелачивание известняков атмосферными осадками, а также биогенным путем под воздействием лишайников, корней растений. Схемы круговорота углерода вы найдёте в этой статье.
Читайте также
Наибольшее количество углерода содержится в литосфере в виде двух больших резервуаров, имеющих разное химическое происхождение: ¾ в составе осадочных карбонатов, всех форм МСО3; ¾ в составе ископаемых топлив, большая часть которых представляет собой биогенное и… [читать подробнее].
Это один из самых важных биосферных круговоротов, поскольку углерод составляет основу органических веществ. В круговороте особенно велика роль диоксида углерода (рис. 23). Запасы «живого» углерода в составе организмов суши и океана составляют, по разным данным, 550-750 Гт (1… [читать подробнее].
Круговороты углекислоты и воды в глобальном масштабе — самые важные для человечества биогеохимические круговороты. В круговороте СО2 атмосферный фонд невелик по сравнению с запасами углерода в океанах, ископаемом топливе и других резервуарах земной коры. До… [читать подробнее].
Основные этапы круговоротауглерода: 1) СО2 поглощается при фотосинтезе зелеными растениями и фотосинтезирующими водорослями; 2) углерод проходит по цепям питания в составе разнообразных органических соединений; 3) углерод выделяется в составе СО2 при дыхании всех видов… [читать подробнее].
По распространенности во Вселенной углерод занимает третье место (после водорода и гелия). Предполагается, что при образовании земной коры часть углерода вошла в состав ее глубинных слоев, а другая часть была удержана атмосферой в виде СО. Основная масса углерода в… [читать подробнее].
Круговорот углерода совершается по большому и малому циклам. Биологический круговорот углерода – составная часть большого круговорота, который связан с жизнедеятельностью организмов. Углерод, содержащийся в виде СО2 в атмосфере (23,5&… [читать подробнее].
Это один из самых важных биосферных круговоротов, поскольку углерод составляет основу органических веществ. В круговороте особенно велика роль диоксида углерода (рис. 23). Запасы «живого» углерода в составе организмов суши и океана составляют, по разным данным, 550-750 Гт (1…
[читать подробнее].
круговорот углерода, – циклическое перемещение углерода между миром живых существ и неорганическим миром атмосферы, морей, пресных вод, почвы и скал. Это один из важнейших биогеохимических циклов, включающий множество сложных реакций, в ходе которых углерод переходит из… [читать подробнее].
Круговорот углерода. Осн участники: CO2 (углекислый газ), (CO3)2- (карбонат-ион), C(H2O) (углеводы), CnHm (углеводороды). Фитопланктон — морские водоросли. Круговорот углерода охватывает все части биосферы (атмо-, лито- и гидросферу). Наиболее подвижен — СО2. В результате фотосинтеза… [читать подробнее].
Углерод включается в состав органических элементов в процессе фотосинтеза из CO2. Другие процессы биосинтеза преобразуют углерод в крахмал, гликоген и другие вещества. Эти вещества формируют ткани фотосинтезирующих организмов и служат источником органических веществ… [читать подробнее].
Круговорот селена
Содержание селена в земной коре около 500 мг/т. Селен, распространен повсеместно, однако, неравномерное распределение этого элемента по поверхности земли приводит к существованию регионов с естественно повышенной и пониженной концентрацией селена в окружающей среде. Основным источником селена для животных являются растения, которые потребляют, селен из почвы. Концентрация селена в почвах различных типов изменяется в очень широких пределах от 10-6 до 10-3%, концентрация селена в морской воде 4×10−4 мг/л.Основная масса этого элемента в почве находится в виде элементарного селена, селенидов, селенитов, и в составе сложных органических соединений.
Сегодня селен, признан незаменимым микроэлементом. Его высокая биологическая активность определяется возможностью замещения в отдельных случаях функцией витамина Е, повышением выработки эндогенных антиоксидантов, влиянием на некоторые стороны метаболических и синтетических процессов (тканевое дыхание, иммунобиологическую реактивность организма). Исследования последних лет показали, что селен в малых дозах выполняет важные биохимические функции, главная из которых – способность связывать свободные радикалы, предотвращая их разрушительное действие.
До настоящего времени нет систематизированных данных о содержании селена в основных типах почв, в растениях, произрастающих на этих почвах, и животноводческой продукции местного производства. С учетом того, что биологический круговорот химических элементов происходит в пищевой цепи: почва – растение – животное – животноводческая продукция — человек, информация о содержании в различных звеньях этой цепи тех или иных элементов, в частности селена, имеет большое теоретическое и практическое значение.
Круговорот фтора в природе охватывает литосферу, гидросферу, атмосферу и биосферу.
Основная масса фтора находится в рассеянном состоянии в различных горных породах. Фтор содержится также в почвах, в воде, растениях, в живых организмах, шлаках и флюсах. В состав вулканических газов всегда входит фтористый водород, который попадает в почву вместе с атмосферными осадками.
В растения фтор поступает из почвы путем перекачивания микроэлементов из нижних горизонтов в верхние, из тех накоплений пыли, которые образуются из самой почвы или путем оседания аэрозолей промышленных выбросов. Растения, которые произрастают на почвах, не перегруженных фтором, содержат его от 1 до 15 мг/кг. Повышение концентрации водорастворимых соединений фтора в воздухе, почве и воде приводит к накоплению фтора в растениях. Способность растений накапливать фтор (главным образом фтористый водород, соли плавиковой кислоты) дает возможность использовать их как биоиндикаторы для мониторинга загрязнения окружающей среды соединениями фтора.
В круговороте фтора в природе принимает участие не только растительный, но и животный мир. Некоторые организмы содержат фтор в виде минералов — франколита Са5(РО4,СО3)зР (брахиоподы, моллюски, позвоночные), флюорита CaF2 (аннелиды, моллюски, иглокожие), аморфного флюорита CaF2 (аннелиды, хордовые).
Этот элемент передается животным через воду и пищу в нормальных, недостаточных или чрезмерных количествах. Животные, также как и растения способны ассимилировать растворимые в воде соединения фтора. Подобно растениям, животные также могут накапливать фтор в органах, тканях и секретах, что представляет определенную опасность для человека. Так, в естественных условиях в молоке коров, потребляющих растения с повышенным содержанием фтора, концентрация этого элемента в несколько раз превышает допустимые значения, составляя 64-118 мкг%. Содержание фтора в мясе этих животных превышает допустимые нормы в 4 раза, в печени и молоке — в 1,5 -1,8 раз. Возможность живых организмов ассимилировать водорастворимые соединения фтора, накапливать их в повышенных концентрациях представляяется особо важной проблемой.
Человек является конечным звеном сложной цепи биогеохимической системы: горные породы — почвы — воды — растения -животные. Пути поступления фтора из окружающей среды в организм человека могут быть разнообразными и довольно сложными. В каждой конкретной ситуации имеет значение лишь непосредственный источник поступления этого элемента.
Главным источником фтора (фтористых соединений) для человека является питьевая вода, т.е. концентрация фторид-иона в питьевой воде представляется фактором, определяющим уровень поступления фтора в организм. Кроме воды фтор поступает в организм человека с пищей. Пищевые продукты имеют меньшее значение в обеспечении потребности человека во фторе по сравнению с водой — с пищей в организм поступает фтора в 4-6 раз меньше, чем с питьевой водой, содержащей оптимальное его количество, что объясняет большое гигиеническое значение содержания фтора в питьевой.
Питьевая вода с концентрацией фтора более 0,2 мг/л является основным источником его поступления в организм. Воды поверхностных источников характеризуются преимущественно низким содержанием фтора (0,3-0,4 мг/л). Высокие содержания фтора в поверхностных водах являются следствием сброса промышленных фторсодержащих сточных вод или контакта вод с почвами, богатыми соединениями фтора. Максимальные концентрации фтора (5-27 мг/л и более) определяют в артезианских и минеральных водах, контактирующих с фторсодержащими водовмещающими породами.
Повышенное содержание фтора в воде (более 1,5 мг/л) оказывает вредное влияние на людей и животных, у населения развивается эндемический флюороз. Отмечается характерное поражение зубов, нарушение процессов окостенения скелета, истощение организма. Пониженное содержание фтора (менее 0,7мг/л) приводит к возникновению кариеса. Содержание фтора в питьевой воде нормируется (0,7-1,5мг/л). Установлено, что систематическое использование населением фторированной воды снижает и уровень заболеваний, связанных с последствиями одонтогенной инфекции (ревматизм, сердечно-сосудистая патология, заболевания почек и др.).
Следует отметить, экологическое равновесие между организмами, населяющими планету и фтором, обусловленное низкой растворимостью в воде большинства его природных соединений.
Дата добавления: 2015-07-13; Просмотров: 1578; Нарушение авторских прав?;
Круговорот фосфора в природе
Фосфор содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический круговорот он может попасть в случае подъема этих пород из глубины земной коры на поверхность суши, в зону выветривания. Эрозионными процессами он выносится в море в виде широко известного минерала – апатита.
Общий круговорот фосфора можно разделить на две части – водную и наземную. В водных экосистемах он усваивается фитопланктоном и передается по трофической цепи вплоть до консументов третьего порядка – морских птиц. Их экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают в круговорот, либо накапливаются на берегу и смываются в море.
Из отмирающих морских животных, фосфор снова попадает в море и в круговорот, но часть скелетов рыб достигает больших глубин и заключенный в них фосфор снова попадает в осадочные породы.
В наземных экосистемах фосфор извлекают растения из почв, и далее он распространяется по трофической сети. Возвращается в почву после отмирания животных и растений. Теряется фосфор из почв в результате их водной эрозии. Повышенное содержание фосфора на водных путях его переноса вызывает бурное увеличение биомассы водных растений, цветение водоемов и их эвтрофикацию. Большая же часть фосфора уносится в море и там теряется безвозвратно. Последнее обстоятельство может привести к истощению запасов фосфорсодержащих руд (фосфоритов, апатитов).
Важнейшей формой влияния человека на круговорот фосфора является производство и использование фосфорных удобрений и детергентов (синтетических моющих средств). Избыток фосфорных удобрений вымывается в водоемы и исключается из круговорота.
Круговорот веществ в природе>
Круговорот кислорода >
Влияние природно-экологических факторов на здоровье человека >
Круговорот азота
К какому типу биогеохимических циклов относится круговорот азота? Объясните, почему?
Как происходит круговорот азота в природе?
*Круговорот азота — это пример саморегулирующегося цикла с большим резервным фондом в атмосфере. Воздух, на 78% состоящий из азота, представляет собой крупнейший "резервуар" и одновременно, вследствие своей малой химической активности, — "предохранительный клапан" системы. Азот постоянно поступает в атмосферу благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий и постоянно извлекается из атмосферы в результате деятельности азотфиксирующих бактерий и некоторых водорослей (биохимическая фиксация азота), а также действия электрических разрядов при грозе.
**Круговорот азота складывается из следующих процессов: фиксация, ассимиляция, нитрификация, денитрификация, разложение, выщелачивание, вынос, выпадение с осадками и т. д.
Круговорот азота (по П. Дювиньо и М. Тангу)
Круговорот азота в биосфере носит весьма своеобразный и замедленный характер. Фиксация азота в живом веществе осуществляется ограниченным количеством живых существ. Отдельные микроорганизмы, содержащиеся в почве и верхних слоях Мирового океана, способны расщеплять молекулярный азот (N2) и использовать его атомы для построения аминогрупп белков (-NH2) и других органических соединений. Атмосферный азот поглощается азотфиксирующими бактериями, некоторыми видами сине-зеленых водорослей. Они синтезируют нитраты, которые становятся доступными для использования другими растениями биосферы. Биофиксация азота осуществляется некоторыми бактериями в симбиозе с высшими растениями в почвах (например, клубеньковыми бактериями, живущими на корнях бобовых растений). После своей гибели растения и животные возвращают азот в почву, откуда он поступает в состав новых поколений растений и животных.
Определенная часть азота в виде молекул возвращается в атмосферу. В почвах происходит процесс нитрификации, который состоит из цепи реакций, когда при участии микроорганизмов происходит окисление иона аммония (NH4+) до нитрита (NO2-) или нитрита до нитрата (NO3-). Восстановление нитритов и нитратов до газообразного соединения молекулярного азота (N2) или оксидов азота (NxOy) составляют сущность процесса денитрификации.