Биогеохимические циклы и антропогенное влияние на них

В природе протекают как биологические циклы веществ, так и абиогенные циклы веществ. Биологические циклы обусловлены во всех звеньях, жизнедеятельностью организмов

Биогеохимические циклы и антропогенное влияние на них

Информация

Экология

Другие материалы по предмету

Экология

Сдать работу со 100% гаранией

Содержание:

 

Введение

.Понятие биогеохимии. История развития.

.Биогеохимические циклы

.1 Биогеохимические циклы макроэлементов

.1.1Углерод

.1.2Азот

.1.3Фосфор

.1.4Серы

.Антропогенное влияние на биогеохимические циклы

Вывод.

 

Ведение

 

Биогеохимия представляет собой междисциплинарную науку, возникшую в в XXв. в пограничной области между биологией, геологией и химией. Биогеохимия концентрирует свое внимание на изучении роли живых организмов в миграции и перераспределении химических элементов в земной коре. Термин «биогеохимический цикл» используется для качественного и количественного понимания трансформации и перемещения вещества как в природной, так и антропогенно-модифицированной окружающей среде.

Увеличивается антропогенное влияние на окружающую среду на локальном, региональном и глобальном уровнях требует понимания механизмов, определяющих устойчивость биосферы и ее основных компонентов. Идеи основателя биогеохимии Владимира Ивановича Вернадского о всеобщей универсальности биогеохимических циклов, определяющих обмен химических элементов между организмами и окружающей их средой на поверхности Земли, стали очень продуктивными для этой приоритетной научной и образовательной дисциплине. В биогеохимических циклах определяющая роль отведена биоте, глобальная биологическая и геологическая активности которой постепенно изменяют составляющие биосферы. Однако и сама окружающая среда заставляет эволюционировать живые организмы.

 

1.Понятие биогеохимии. История развития

 

Биогеохимия как наука возникает в 20-х гг. XXв. на стыке биологии, химии и геологии, сконцентрировав исходно внимание на роли живого вещества в миграции химических элементов.

Первые истоки биогеохимии уже можно найти в работах известных биологов, химиков и геологов XVIII - XIX вв. Например, французский химик А. Лавузье (1743 - 1794), изучавшего реакции обмена окисла углерода и кислорода в растениях и доказавшего, что углерод как важнейший элемент органического вещества, поглощается растениями из воздуха и выделяется в атмосферу в процессе гниения и разложения органических соединений. Он заложил основы современной геохимии углерода в биосфере, показав универсальность обмена веществ между растениями, животными и средой обитания.

Концепция круговорота газов системы «живые организмы - атмосфера» была далее развита в работах французских химиков Ж.Дюма (1880 -1884),основателя органической химии, и Ж. Буссинго (1800 - 1884),одного из основателей агрохимии. В дальнейшем эти концепции развивались знаменитым немецким химиком Ю. Либихом (1802 - 1887),который показал, что поглощение химических элементов происходит не только из воздуха, но и из почвы, причем селективно. Он также открыл закон минимума питательных элементов, согласно которому продуктивность растений определяется тем из питательных элементов, которых находится в относительном минимуме в почвенном растворе.

На стыке XIX и XX вв. начала размываться видимая граница между такими науками как геология, химия и биология, и многие исследования стали выполнятся в пограничных областях, что привело к возникновению новых междисциплинарных наук. Характерным примером таких исследований является появление в России в 1880-х годах генетического почвоведения.

Основателем генетического почвоведения является российский ученый В.В. Докучаев(1846 - 1903). В его понимании генезис почвы представляет собой комбинацию многих почвообразующих факторов, таких как геологические породы, биологическая активность растений и животных, климатические условия, рельеф, грунтовые воды, физическое и химическое выветривание. В результате почва представляет единение двух разных компонентов, живой (биотической) и не живой (абиотической) и является биокосным телом.

В России основоположником биогеохимии стал В.И. Вернадский. Изучая происхождение минералов, он изучал миграцию химических элементов, формы химических минералов и их присутствие в различных породах. Базовым ядром научной концепции В.И. Вернадского, положенным в основу генетической минералогии, геохимии и, в дальнейшем, биогеохимии и науки о биосфере ,была научная идея о тесном переплетении всех природных факторов в целом. В 1918 - 1919 гг. он организовал первые биогеохимические исследования в Крымском (Таврическом) университете. Идеи В.И.Вернадского о планетарной роли живого вещества были положены в основу геохимической теории формирования горючих ископаемых.

Биогеохимия тесно переплетена с другими науками о Земле, особенно изучающими состав геологических пород, минералов, природных вод и газов, а также с биологическими науками, исследующими взаимосвязи между организмами и средой обитания, например, экологией. При изучении экосистем основное внимание уделяется массообмену и миграции элементов в биологических пищевых цепях. Принципы биогеохимии нашли широкое применение и в микробиологии. Состав микроорганизмов и среды очень тесно взаимозависим. Биогеохимический подход используется для оценки воздействия бактерий на состав атмосферы, природных вод и почв, процессы миграции и глобальные биогеохимические циклы различных элементов.

В России (СССР) принципы биогеохимии интенсивно развивались в науках о почвах и ландшафтах. Практическое приложение биогеохимических идей и методов развивается в геологии, геохимической экологии и биотехнологии. Среди этих направлений наибольшее развитие получили:

а) применение биогеохимических методов при поиске полезных ископаемых;

б) количественная характеристика геохимических условий для оценки здоровья животных и человека;

в) применение биогеохимических стандартов для минимизации антропогенного воздействия на окружающую среду.

Важным направлением в применении биогеохимических исследований является геохимическая экология, имеющая дело с изучением биогеохимических аномалий. В этих аномалиях наблюдается дефицитное или избыточное содержание жизненно важных элементов в пищевых цепях, приводящие к нарушениям здоровья животных и проживающего населения. Работами В.В. Ковальского показано ,что продуктивность скота коррелирует с содержанием в кормах бора, кобальта, меди, молибдена, селена и других элементов.

В наше время биогеохимия известна как очень продуктивная и высоко приоритетная научная дисциплина, объединяющая многие естественные науки, такие как биология, геология и химия, математика и физика, медицина, а также социальные науки (по сфере применения научных результатов и практическим выводам).

 

2. Биогеохимические циклы

 

Земная кора, поверхность континентов, океан и атмосфера исконне связанны геохимически между собой и с космосом. Но эта связь прямая и обратная еще более усилилась с появлением жизни в океане и особенно растений на суше.

Геохимические связи стали биогеохимическими, более сложными и разнообразными. Развитие и функционирование активного живого вещества, т.е. всей совокупности организмов, изменило океан, атмосферу, поверхность земной коры. Оформился почвенный покров суши и мелководий. Сложилась многокомпонентная открытая система - биосфера, т.е. планетная оболочка, охватывающая земную кору, организмы, почвенный покров, атмосферу и океан.(рис1)

 

Рис.1 Схема биогеохимической цикличности в биосфере.

Преобладающими химическими элементами как в биосфере, так и в любой слагающей ее экосистеме являются углерод, водород, кремний, кислород, азот, кальций, фосфор, железо и сера.(табл№1)(Рис.2)

 

Табл.№1

Среднее содержание некоторых химических элементов в земной коре, почвах и организмах (% по массе, данные на 1968) http://slovari.yandex.ru/~книги/БСЭ/Биогеохимия/

Химические элементыЗемна кора (осадочные породы)Почвенный покровОрганизмы (растения)В 1*10-21*10-3 1*10-4С 1,0 2,0 18,0N 6*10-2 1*10-1 3*10-1O 52,8 49,0 70F 5*10-2 2*10-2 1*10-5Na 0,66 0,63 2*10-2Mg 1,34 0,63 7*10-2Mg 1,34 0,63 7*10-2Si 23,8 33,0 1,5*10-1P 7*10-2 8*10-2 7*10-2S 3*10-1 8*10-2 5*10-2Cl 1,6*10-2 1*10-2 10-2К 2,28 1,36 3,10-2Ca 2,53 1,37 3´10-1Ti 0,45 4,6*10-1 1*10-4Mn 6,7*10-2 8*10-2 1*10-3Fe 3,3 3,8 2*10-2Cu 5,7*10-3 2*10-3 2*10-4Sr 4,5*10-2 3*10-2 10-4Zr 2*10-2 3*10-2 10-4I 1*10-4 5*10-4 1*10-5Ba 8*10-2 5*10-2 10-4U 3*10-4 5*10-5 5*10-7

 

Рис.2 Среднее содержание в почвах различных химических элементов.

 

Происходит постоянный обмен элементов между живыми организмами и их отмирающими органическими остатками, между организмами и окружающей средой. Вследствие химических и биохимических реакций осуществляется циклическое перераспределение элементов между различными средами. Такое же перераспределение может быть вызвано физическими, биологическими и геологическими процессами. Эти превращения и называются биогеохимическими циклами, которые происходят в газовой (атмосфера), жидкой (вода суши и моря) и твердой (литосфера и педосфера) фазах. Выделяют также эндогенные (в литосфере или породах) и экзогенные (в месте обитания живых организмов) циклы. (картинку!)

В природе протекают как биологические циклы веществ, так и абиогенные циклы веществ. Биологические циклы обусловлены во всех звеньях, жизнедеятельностью организмов в самом широком смысле (питание, пищевые связи, размножение, рост, передвижение, выделение метаболитов, смерть, разложение, минерализация). Абиогенные циклы сложились на планете намного раньше биогенных циклов. Они включают весь комплекс геологических, геохимических, гидрологических, атмосферных процессов. В условиях развитой биосферы на протяжении последних нескольких сотен миллионов лет круговорот веществ в природе направляется уже в разном направлении, но обязательно совместным действием биологических, геохимических и геофизических факторов. Нормальные ненарушенные биогеох

Похожие работы

1 2 3 4 > >>