6-1

1. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ КРУГОВОРОТЫ В БИОСФЕРЕ

КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА
КРУГОВОРОТ ВОДЫ (гидрологический цикл)
1
КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА
КРУГОВОРОТ АЗОТА
КРУГОВОРОТ ФОСФОРА
КРУГОВОРОТ СЕРЫ

2. биогеохимические циклы

БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ
Круговороты элементов, при участии живого вещества, В.И.
Вернадский назвал биогеохимическими циклами.
Суть бгх цикла : химические элементы, поглощенные организмом,
впоследствии его покидают, уходя в абиотическую среду, затем,
через какое-то время, снова попадают в живой организм и т.д.
Роль живого вещества в биосфере определяется тремя
принципами:
I принцип: биогенная миграция атомов химических элементов в
биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению.
II принцип: эволюция видов в ходе геологического времени,
приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет
в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов.
III принцип: живое вещество находится в непрерывном
химическом обмене с космической средой, его окружающей, и
создается и поддерживается на нашей планете космической
энергией Солнца.
2

3.

Возраст Земли, определяемый
методами изотопной геологии.
Около 4 500 млн. лет назад
началось поглощение осадочными
породами диоксида углерода
(углекислого газа). Огромные
залежи углерода в виде
известняков, угля и нефти
свидетельствует о том, что в свое
время концентрация СО2была
намного выше, чем сейчас, когда
его имеется только 0,04%.
Уровень кислорода начал
повышаться 2 000 млн. лет назад,
о чем свидетельствует
образование обширных
«красноцветных» отложений —
песков, окрашенных
окислившимся железом.
Первые отложения карбонатов
появились 1 700 млн. лет назад, а
сульфатов — 1 000 млн. лет назад.
3

4. Эволюция кислородной атмосферы

ЭВОЛЮЦИЯ КИСЛОРОДНОЙ АТМОСФЕРЫ
Ранняя атмосфера Земли была бескислородной. В истории атмосферного
кислорода имеют значение несколько его пороговых величин. На Земле,
лишенной фотосинтеза, кислород образуется в атмосфере за счет
фотодиссоциации молекул воды. Его содержание, по расчетам Г. Юри, не
может превышать 0,001 от современного (точка Юри) и автоматически
держится на этом уровне. При таком содержании кислорода может
существовать только анаэробная жизнь.
Появление молекулярного кислорода за счет фотосинтеза сделало возможным
для живых клеток процесс дыхания, который представляет намного более
эффективный путь высвобождения энергии, чем анаэробное брожение. С этих
позиций важна величина 0,01 содержания кислорода от современного уровня
– так называемая точка Пастера.
Третье пороговое содержание О2 (точка Беркнера-Маршалла) соответствует
10 % от современного. Оно определяет такую сформированность озонового
экрана, при которой потоки жестких ультрафиолетовых солнечных лучей уже
не достигают земной поверхности и не препятствуют развитию жизни.
4

5. КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА

С появлением О2
началась новая эра на
Земле.
В атмосфере 1015
тонн О2.
О2 самый
распространненый
элемент:
в гидросфере – 86,9%
литосфере – 47,2%
атмосфере – 23,1%
экосфере – 44,8%
Важная форма
кислорода – ОЗОН
образ-ся в атмосфере
под действием УФ
Большая часть О2 за
геолог.эпохи
фиксировалась в
осадочных породах
карбонатах,
сульфитах, оксидах5

6. КРУГОВОРОТ ВОДЫ (гидрологический цикл)

КРУГОВОРОТ
Круговорот воды
всегда состоит из
испарения,
конденсации и
осадков.
ВОДЫ (ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ
ЦИКЛ)
Осадки следуют 2
путями: либо
впитываются(инфиль
трация) или
стекают(поверх.
сток)
Круговорот воды
включает 3 основные
«петли»:
Поверхностный сток
Испарениетранспирация
Грунтовые воды.
6

7. Статические (вековые) водные ресурсы России

СТАТИЧЕСКИЕ (ВЕКОВЫЕ) ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ
РОССИИ
представлены запасами воды в
пресных озерах (26,5 тыс. км3, из
них на долю Байкала приходится 23
тыс. км3, или 87%); в ледниках (15,1
тыс. км3); болотах (3 тыс. км3);
пресных подземных водах (28 тыс.
км3); подземных льдах (15,8 тыс.
км3). Общие статические (вековые)
запасы пресных вод России
составляют около 90 тыс. км3.
Общий объем забора (изъятия)
составляет 80 км3 в год. В
экономике ежегодно используется
около 62,5 км3 воды. От общего
объема используемых водных
ресурсов приходится на тепловую и
атомную энергетику (37%),
агропромышленный комплекс
(24%), а также жилищнокоммунальное хозяйство (18%),
добывающую и обрабатывающую
промышленность(12%)
7

8.

На территорию России
приходится 20% мировых
пресных вод, имеется 2,5 млн.
рек, 2,7 млн. озер, 2290 крупных
водохранилищ, 37 тыс. крупных
систем перераспределения стока.
Главный аккумулятор пресной
воды – ледники, пресные
подземные воды, подземные льды
в зоне вечной мерзлоты, пресные
озера. Из общего количества
пресной воды на Земле на лед
приходится 71%, на жидкую фазу
– 29%.
Дефицит воды и
экстремальные климатические
явления оказывают сильное
воздействие на природные
ресурсы в целом. Они имеют
негативные необратимые
последствия для
биоразнообразия, качества
воды и плодородия почв.
8

9.

использование водных объектов:
для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения
в целях здравоохранения
для промышленности и энергетики
для сельского и лесного хозяйства
для гидроэнергетики
для рыбного, охотничьего хозяйства
для транспорта и лесосплава
для рекреации
для сброса сточных и дренажных вод
для разведки и добычи полезных ископаемых
для строительных нужд и проведения иных работ
для обеспечения пожарной безопасности
для размножения рыбы, дичи и других водных организмов (гидробионтов)
удовлетворения эстетических потребностей населения
выращивания моллюсков и раков
миграции рыб и других гидробионтов
сохранения мест нереста рыб, размножения водных птиц
сохранения биоразнообразия и структуры биогеоценозов
пополнения подземных вод
отдыха на воде, водных видов спорта, водного туризма
9

10. Круговорот углерода

КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА
10

11.

Миграция СО2 в биосфере
протекает 2 путями:
первый путь – начинается
с фотосинтеза и далее
следует по пищевым
путям. В прошлом часть
органики накапливалась в
биогенных
отложениях( уголь,
сланцы, торф, нефть, т.д.)
Второй путь миграции- по
карбонатным системам в
водоемах, где
растворенный карбонат
переходит в малораств.
формы кальция и магния.
Далее СаСО3 осаждается
биогенным и абиогенным
путем в резервуарах
осадочных пород.
Углерод биомассы 11
обновляется за 12лет, а
атмосферы за 8 лет

12. КРУГОВОРОТ АЗОТА

АЗОТ –важный
биогенный эл-т. со
сложным круговоротом.
Хотя в атмосфере 78%
азота и ресурс не
исчерпаем, но газ N2
химически инертен.
АЗОТФИКСАЦИЯпревращение N2 в NН3
осущ-ется бактериями
Rhizobium.
Бактерии Nitrobacter
осущ-ют
НИТРОФИКАЦИЮ –
окисление NН4 до NО2 и
NО3 .
ДЕНИТРОФИКАЦИЯ –
восстановление нитратов
до N2
12
КРУГОВОРОТ АЗОТА

13.

13

14. КРУГОВОРОТ ФОСФОРА

14

15. КРУГОВОРОТ ФОСФОРА

Резервуар Р –
литосфера. Осн.ист-к
– породы извержения
апатиты или
осадочные породы
фосфориты.
Фосфат-ионы и
гидрофосфат –ионы
явл. важнейшим
соединением в
организмах (ДНК,
РНК, АТФ, жир,
кости, мембраны,
плазма крови)
Р лимитирующий
фактор роста
растений. Слабое
звено биотич.
круговорота ресурсов
биосферы, т.к. нет
газовой фазы в цикле.
Произ-во 2млн т/г
15

16. КРУГОВОРОТ СЕРЫ

16

17.

С точки зрения геоэкологии,
наиболее важны процессы обмена
соединений серы между
поверхностью суши и океана, с
одной стороны, и атмосферой – с
другой.
Из всех глобальных бгх циклов
основных биогенных
элементов (С, О, N, P, S) цикл
серы наиболее сильно
нарушен деятельностью
человека. С 1860 по 1980 гг.
антропогенная эмиссия SO2
увеличилась от 2 млн. т серы в
год до 70 млн. т, то есть в 35
17
раз!

18.

18