HIILIPYÖRI

HIILIPYÖRI, hiilen kierto biosfäärissä. Se on monimutkainen tapahtumaketju. Sen tärkeimmät linkit ovat hiilidioksidin assimilaatio ilmasta vihreiden kasvien toimesta FOTOSYNTEESIprosessissa ja hiilidioksidin palautuminen ilmakehään hengityksen aikana sekä kasveja ruokkivien eläinten ruumiiden hajoamisen aikana.

Alkuainehiili on jatkuvassa liikkeessä. Kaasumainen hiilidioksidi (CO2) muunnetaan ensin yksinkertaisiksi sokereiksi vihreiden kasvien fotosynteesin avulla. Ne hajoavat (hengityksen aikana) ja antavat elimistölle energiaa, ja hiilidioksidi palautuu jälleen ilmakehään. Kasveja syövät eläimet muuttavat myös sokereita aineenvaihdunnan aikana ja vapauttavat hiilidioksidia. Geologiset prosessit vaikuttavat hiilitaseeseen globaalissa mittakaavassa: hiili poistuu kierrosta, kun se kerääntyy fossiileihin, kuten hiileen, öljyyn ja kaasuun. Sitä vastoin suuria määriä hiilidioksidia vapautuu ilmakehään, kun näitä palavia materiaaleja poltetaan.

.

Katso, mitä "HIILIPYÖRI" on muissa sanakirjoissa:

Hiilen kiertokulku- prosessi, joka alkaa ekosysteemeissä kasvien kuluttamisesta hiilidioksidin fotosynteesin aikana ilmasta (ja vedestä) (vuosittain 6 7 % CO2). Osa hiilestä tulee sitten kasvimassan mukana eläimille ja mikro-organismeille. Kaikki aerobiset organismit, joilla on ... ... Ekologinen sanakirja

hiilikierto- - FI hiilikierto Hiilen kiertokulku biosfäärissä, jossa kasvit muuttavat hiilidioksidia orgaanisiksi yhdisteiksi, joita kasvit ja eläimet kuluttavat, ja hiili on… … Teknisen kääntäjän käsikirja

hiilikierto- anglies ciklas statusas T ala ekologija ir aplinkotyra definis Biogeocheminis ciklas, apima cheminius, fizinius, geologinius ir biologinius procesus, monet anglis juda Maa biosferoje, geosferoje, hidrosferoje ir atmosferoje … Ekologijos terminų aiskinamasis žodynas

Hiilen kiertokulku, hiilen syklinen liike elävien olentojen maailman ja ilmakehän, merien, makeiden vesien, maaperän ja kivien epäorgaanisen maailman välillä. Tämä on yksi tärkeimmistä biogeokemiallisista sykleistä, mukaan lukien monet monimutkaiset reaktiot, jotka tapahtuvat ... ... Collier Encyclopedia

HAPEKIERTO, hapen vaihto ilmakehän ja valtamerten välillä, eläin- ja kasviprosessien välillä sekä kemiallinen poltto. Pääasiallinen hapen uusiutumisen lähde maapallolla on FOTOSYNTEESI, ... ... Tieteellinen ja tekninen tietosanakirja

AINEKIERTO- AINEIDEN LIIKKUVUUS. Maan aine! Nooan aivokuori sijaitsee. jatkuva liike I nii, eri syistä johtuen, | liittyy fyysiseen chem. aineen ominaisuudet, | planetaarinen, geologinen, maantieteellinen | skimi ja biol. maan olosuhteet. Tämä… … Suuri lääketieteellinen tietosanakirja

AINEIDEN KIERTO maan päällä on toistuva aineen muutos- ja liikkumisprosessi luonnossa, joka on enemmän tai vähemmän syklistä. Yleinen aineiden kierto koostuu yksittäisistä prosesseista (veden, kaasujen, kemikaalien kierto ... ... Suuri tietosanakirja

Happikierto- prosessi, joka alkaa kasvien fotosynteesin aikana vapauttamalla happea ekosysteemien biokenoottiseen ympäristöön. Sitten happi sisäympyrän kautta pääsee aerobisiin organismeihin, mukaan lukien kasveihin (hengityksen aikana). Osa siitä kuluu... Ekologinen sanakirja

Maapallolla toistuvat aineen muuntumis- ja liikkumisprosessit luonnossa, joilla on enemmän tai vähemmän voimakas syklinen luonne. Näillä prosesseilla on tietty liike eteenpäin, koska ns. syklisellä ... ... Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja

Toistuva syklinen prosessi, jossa yksittäiset kemialliset alkuaineet ja niiden yhdisteet muuttuvat ja liikkuvat. Tapahtui koko maapallon kehityksen historian ajan ja jatkuu edelleen. Koostumuksessa on aina tietty poikkeama ja ... ... Maantieteellinen tietosanakirja

Kirjat

• Hiilen kiertokulku ja ilmasto, Borisenkov E.P., Kondratiev K.Ya.. Arvosteltu uusinta tekniikkaa tutkimukset järjestelmän ilmakehän - valtameren - biosfäärin hiilen kierrosta sekä hiilidioksidin ja muiden kasvihuonekaasujen lisääntyvien pitoisuuksien vaikutuksesta ...

Hiilen kiertokulku luonnossa

Hiili on planeettamme tärkein alkuaine, vaikka sitä on maan päällä 49 kertaa vähemmän kuin happea ja 26 kertaa vähemmän kuin piitä. Se on sijalla 15 elementtimäärätaulukossa.
(prosenttiosuutena maankuoren massasta). Hiilen arvo luonnossa ei kuitenkaan riipu niinkään sen eri geosfäärissä sijaitsevien atomien lukumäärästä, vaan itse alkuaineen atomin ominaisuuksista ja sen osallistumisesta geokemiallisiin reaktioihin.

Kuvassa (ks. s. 2) esitetään pääasialliset hiilen muuntumisen syklit luonnossa ilmakehässä, bio-, hydro- ja litosfäärissä. Kuva heijastaa myös sitä tosiasiaa, että henkilö on aktiivisesti puuttunut tähän prosessiin tehokkaalla tekniikallaan. Eri suuntiin osoittavat nuolet osoittavat ehdollisesti hiilen ilmakehään pääsyn reittejä ja sen ilmakehästä imeytymisen käänteisiä reittejä. Katsotaanpa näitä polkuja.

Hiili on elävien organismien tärkein ainesosa. Tällainen tärkeä elämänprosessi, kuten assimilaatio, liittyy sen muuntamiseen - hiilimonoksidin (CO 2) imeytymiseen ilmakehästä kasvin toimesta ja sitä seuraavaan hiilihydraattien, proteiinien ja muiden orgaanisten aineiden muodostumiseen. Tätä prosessia ohjaa energia auringonsäteet(vihreiden kasvien klorofyllin avulla) ja johtaa sen kertymiseen kasveihin kemiallisten sidosten energian muodossa.

Tällä hetkellä, kun maapallolla kehittyy elämä, vihreät kasvit sitovat vuosittain valtavan määrän hiiltä - noin 1,5 10 11 tonnia. Jotkut tutkijat uskovat, että ennen kasvien ilmaantumista Maapallolle hiilidioksidia oli mittaamattoman enemmän ilmakehässä kuin nyt, eikä edes vapaata happea ollut, koska kaikki meni oksidatiivisiin prosesseihin.

Fotosynteesiprosessi on käytännössä ainoa tapa orgaanisten aineiden muodostumiseen maan päällä. Tämän prosessin seurauksena maapallon kasvit hiilidioksidista, vedestä, mineralisoituneista typen, rikin ja muiden alkuaineiden yhdisteistä muodostavat valtavia määriä orgaanista ainetta - noin 450 miljardia tonnia vuodessa. Laskelmat osoittavat, että tämä on noin 180 tonnia maapallon asukasta kohti vuodessa.

Edellä olevan perusteella on helppo ymmärtää, että fotosynteesi on ihmisten ja eläinten ensisijainen ravinnonlähde. Siksi on jatkuvasti huolehdittava arvokkaimpien ruoka- ja rehukasvien alueiden kokonaisvaltaisesta laajentamisesta ja niiden tuottavuuden lisäämisestä. Tutkijamme laskivat, että mahdollisen maatalouskasvien kylvöpinta-alojen laajenemisen ja niiden sadon lisääntymisen vuoksi fotosynteesituotteita (ja siten elintarvikeresursseja) voidaan lisätä noin 20-30-kertaiseksi.

Eläimet ruokkivat kasveja, minkä seurauksena hiiltä käytetään eläinten ruumiin rakentamiseen. Eläinten ja kasvien hengityksen aikana hapettunut hiili vapautuu jälleen ilmakehään. Eläin- ja kasvitähteiden palaminen, kyteminen johtaa myös hiilen palautumiseen CO 2 -muodossa ilmakehään. Käymisprosessit johtavat samaan tulokseen.

Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on suhteellisen pieni, vain 0,03 tilavuusprosenttia. Sen kokonaispitoisuus ilmakehässä on 6,4 10 11 tonnia, mutta kasvien absorboima hiilidioksidimäärä on kymmenen kertaa suurempi kuin sen määrä maan ilmakehässä. Tekijä:
V.I.Vernadsky-hiili, joka käy läpi erilaisia ​​muutoksia, imeytyy elävään aineeseen monta kertaa vuoden aikana ja vapautuu siitä jälleen.

Mutta hiilidioksidin paluu ilmakehään on epätäydellinen. Merkittävä osa elävän aineen ilmakehästä absorboimasta hiilestä ei palaa siihen tai palaa vasta pitkien geologisten ajanjaksojen, joskus satojen miljoonien vuosien, jälkeen. Tämän kierron pääasialliset hiilihäviötiet ovat orgaanisten mineraalien ja alkali- ja maa-alkalimetallien karbonaattien muodostuminen - Na 2 CO 3, K 2 CO 3, CaCO 3, MgCO 3 jne. Muodostuneet tuotteet leviävät maan pinnalle. kuori, mutta joskus ne keräävät hiiltä hiilen, öljyliuskeen, öljyn, fossiilisten hartsien, kalkkikiven, dolomiitin, merkelin ja muiden mineraalien ja kivien muodossa.

Ihmisen väliintulo palauttaa tämän "fossiilisen hiilen" osittain ilmakehään: kun hiiltä, ​​öljyliusketta, öljyä jne. poltetaan tehtaissa, tehtaissa, höyrykoneissa ja polttomoottoreissa, se palaa takaisin ilmakehään pääasiassa hiilidioksidin muodossa. 2 ja harvemmin CO:n muodossa.

Elinkaaresta poistuvan hiilen suuret kertymät muodostuivat aikaisemmilla geologisilla aikakausilla ja muodostuvat tällä hetkellä oikeissa olosuhteissa vesiympäristöön. Täällä kerrostetaan tuotteita, joista muodostuu hiilet, öljyt, bitumit, sapropeliitit. Jälkimmäisiin kuuluvat sapropeelista muodostuneet kivet - mikroskooppisten kasvien mätänevä liete, ruumiit ja vesieläinten jätteet (öljyliuske, suonpää ja eräät muut kivihiililajit). Alkueläinten, korallien, nilviäisten ja muiden eläinten elinaikana karbonaattien muodostuminen sitoo paljon hiiltä. Geologisen ajan kuluessa nämä prosessit johtivat valtavan määrän karbonaatteja laskeutumiseen, jotka sisälsivät useita satoja kertoja enemmän hiiltä kuin kaikki sen määrä ilmakehässä, valtamerissä, elävässä aineessa, hiilessä ja öljyssä (ihmisen teknisesti saatavilla olevissa varastoissa) .

Ihmisen väliintulo johtaa jälleen vapaan hiilidioksidin muodostumiseen: karbonaateista kalkin valmistuksessa ja sementtien valmistuksessa, käymiseen perustuvissa teknologisissa prosesseissa, esimerkiksi leivonnassa, viininvalmistuksessa, panimossa jne.

Epäilemättä tekniikan kehittyessä ilmakehään palautuvan hiilidioksidin määrä asteittain kasvaa ja saa sellaisia ​​mittasuhteita, että niitä ei voida enää jättää huomiotta geokemiallisia prosesseja tutkittaessa. Clarken mukaan vuodesta 1919 lähtien, kun ihminen polttaa pelkästään hiiltä, ​​hän palauttaa ilmakehään yli miljardi tonnia hiilidioksidia, mikä on jo noin 0,05% tämän kaasun kokonaismassasta ilmakehässä (2200 miljardia tonnia). Siten ihmisestä voimakkaalla modernilla teknologiallaan on tullut uusi merkittävä geokemiallinen tekijä.

Johtaako tämä ihmisen toiminta ilmakehän hiilidioksidin määrän kasvuun ja sen seurauksena maapallon ilmaston muutokseen kohti sen lämpenemistä? Tätä kysymystä ei ole vielä selvitetty. Tosiasia on, että ihmisen kulttuuritoiminta johtaa myös päinvastaiseen prosessiin - viljeltyjen kasvien miehittämän alueen kasvuun, mikä johtaa hiilidioksidin ylimääräiseen imeytymiseen ilmakehästä. Akateemikko V.I. Vernadsky sanoi, että ehkä tässä "säilytetään keskimääräinen dynaaminen tasapaino, joka on niin tyypillistä biosfäärin ilmiöille".

Tulivuorista purkausten aikana vapautuvissa kaasuissa (CO 2 , CO ja CH 4 ) on valtavia määriä hiiltä. On laskettu, että vain yksi aktiivinen tulivuori Cotopaxi Ecuadorissa vapauttaa yli 10 miljoonaa tonnia hiilidioksidia vuoden aikana. Aikaisempina geologisina ajanjaksoina, jolloin tulivuoren toiminta oli aktiivisempaa, ilmakehään vapautui erittäin suuri määrä hiilidioksidia. Joidenkin tulivuorten kaasut koostuvat lähes kokonaan (jopa 97 %) CO 2 :sta. Jos kaasujen koostumuksessa aktiiviset tulivuoret hiilimonoksidi (II) sijaitsee yhdessä muiden palavien kaasujen (H 2, CH 4, S 2 jne.) kanssa, sitten kun ne yhdistetään hapen kanssa, nämä kaasut syttyvät ja todellinen liekki alkaa sinkoutua ulos kraatterista. Tässä sytytysreaktiossa CO 2 muodostuu hiilimonoksidista (II) ja hapesta. SISÄÄN suurissa määrissä hiilidioksidia vapautuu maasta vulkaanisen toiminnan hiipuvilla alueilla (hiilidioksidilähteet, termit, maan halkeamat jne.).

Napolin lähellä Italiassa niin kutsuttu "koiranluola" on kuuluisa paikallisten ja matkailijoiden keskuudessa. Siihen joutunut henkilö tuntuu hyvältä, mutta koira tukehtuu. Mikä tässä on mysteeri? Osoittautuu, että luolassa vapautuu maasta hiilidioksidia. Ilmanvaihdon puuttuessa se, koska se on ilmaa raskaampi, kerääntyy noin puolen metrin paksuiseen kerrokseen lähellä maan pintaa saavuttaen 14 prosentin pitoisuuden. Tällainen ilman kyllästyminen hiilidioksidilla on kohtalokasta kaikille eläimille. Mies tukehtuisi sellaiseen ilmapiiriin, jos hän päättäisi levätä maassa makaamalla.

Tällaisia ​​paikkoja on maan päällä monia. Tunnetuin on syvä tumma laakso, joka muodostuu sammuneen tulivuoren kraatterista - "Kuoleman laakso" Jaavan saarella, jossa jopa sellaiset suuret eläimet kuin villisikoja ja tiikereitä kuolevat tukehtumiseen. "Kuoleman suu" Länsi-Amerikassa on toinen esimerkki tällaisesta ansasta.

Hiilikaivoksissa ja öljykentillä vapautuu hiiltä pääasiassa metaani CH 4 (firedamp) muodossa, mikä joskus aiheuttaa kauheita katastrofeja. Suoista vapautuu paljon metaania (sokaasua), jossa sitä muodostuu kasvien mädäntyessä. Jos sekoitat suon pohjalla olevaa mutaa kepillä, metaania vapautuu kuplien muodossa. Kun suot jäätyvät, jään alle muodostuu joskus metaanikertymiä. Jos lyöt reiän jäähän tällaisen kuplan yläpuolelle ja tuot siihen tulitikkua, kaasu palaa taskulampun muodossa. Tällainen "kokemus" on kuvattu täydellisesti A. N. Tolstoin kirjassa "Nikita's Childhood".

”... Nikita ja Mishka Koryashonok menivät kylään puutarhan ja lammen läpi lyhyttä polkua pitkin. Lammilla, jossa tuuli oli puhaltanut lumen jäältä, Mishka viipyi hetken, otti kynäveitsen ja tulitikkurasian, istuutui ja alkoi haistella sinistä jäätä siellä missä oli. sen sisällä valkoinen kupla. Tätä esinettä kutsuttiin "kissaksi" - suokaasut nousivat lammen pohjasta ja jäätyivät jäähän kuplien muodossa. Murtattuaan jään Mishka sytytti tulitikkua ja toi sen kaivolle - "kissa" leimahti ja kellertävä hiljainen liekki nousi jään yläpuolelle.

"Katso, älkää kertoko tästä kenellekään", sanoi Mishka, "tällä viikolla menemme alempaan lampeen sytyttämään "kissat", tiedän siellä yhden - se on valtava, se palaa koko päivän."

Kaikkien edellä kuvattujen prosessien pitäisi lopulta johtaa merkittävään hiilen kertymiseen ilmakehään hiilidioksidin muodossa (koska CO ja CH 4 hapetetaan vähitellen CO 2:ksi). Mutta luonnossa on voimakas CO 2 -määrän säätelijä ilmakehässä - merien ja valtamerien vesimassa. Vesi vapauttaa hiilidioksidia ilmaan, kun hiilidioksidin paine ilmassa laskee, ja imee sen takaisin, jos höyrynpaine nousee.

Tällä kuviolla on suuri merkitys maankuoren kemiassa. Tämän tekijän rooli tulee entistä selvemmäksi, jos se otetaan huomioon kokonaisalue valtameret, meret ja makean veden altaat ovat lähes 10 kertaa maakasvillisuuden pinta-ala.

Hiilidioksidi pääsee vesistöihin sateen mukana tai liukenee suoraan pintaveteen. Merivedet sisältävät aina liukoisia bikarbonaatteja ja kaasumaista hiilidioksidia. On syytä huomata, että merivesi on lievästi emäksistä - se on erittäin tärkeä vesieliöiden elämän kannalta.

Tämän seurauksena voidaan havaita seuraavat tavat hiilen pääsemiseksi ilmakehään: vulkaanisten päästöjen aikana; hiilidioksidilähteistä; maakaasujen muodossa hiilikaivoksissa, öljykentillä jne.; valtamerten, merien ja makean veden altaiden vesistä; eläinten ja kasvien hengityksen aikana, kemiallisten prosessien aikana, jotka tapahtuvat niiden kuoleman jälkeen; käymisprosessien aikana; palamisen aikana, karbonaattien paahtaminen.

Hiilen imeytyminen ilmakehästä tapahtuu: assimilaatioprosessien ja hiiliyhdisteiden muodostumisen aikana, jotka ovat pysyviä eliöiden elinaikana; prosesseissa, joissa eläinjätteet muunnetaan hiiltä sisältäviksi mineraaleiksi; kun valtamerten, merien, jokien jne. vesi imee hiilidioksidia.

Hiilen liikkumis- (vaellus-) tavat eivät suinkaan ole tyhjentyneet lueteltuihin. Yksi ilmakehän hiilidioksidin lähteistä on esimerkiksi kosminen hiili: hiilimeteoriittien palaminen lisää jatkuvasti maapallon ilmakehän hiilidioksidin määrää. Hiilidioksidia voidaan syntetisoida myös Maan syvissä avaruudessa (ns. juvenile CO2). Jos esimerkiksi happoja sisältävä pintavesi tunkeutuu karbonaattikiviin, vapautuu hiilidioksidia niiden vuorovaikutuksen seurauksena. Karbonaattien (kalkkikivi, liitu, marmori) lämpöhajoaminen maan suolistossa johtaa myös hiilidioksidin muodostumiseen. Hiilen kiinnittyminen tapahtuu piitä ja alumiinia sisältävien mineraalien (silikaatit ja alumiinisilikaatit) sään aikana: tässä prosessissa hiili korvaa piin mineraaleissa.

Kaikki tämä johtaa meidät siihen johtopäätökseen, että luontoa ei tule pitää satunnaisena esineiden ja ilmiöiden kasaumina, jotka ovat eristetty toisistaan, vaan yhtenä kokonaisuutena, jossa esineet ja ilmiöt ovat orgaanisesti yhteydessä toisiinsa, riippuvat toisistaan ​​ja määräävät. toisiaan.

Aineiden kierto biosfäärissä on tiettyjen kemiallisten alkuaineiden "matka". ravintoketjua eläviä organismeja auringon energian ansiosta. Prosessissa "matka" jokin elementti, jonka eri syistä, putoaa ulos ja pysyy tavalliseen tapaan maassa. Heidän paikkansa ottavat samat, jotka yleensä tulevat ilmakehästä. Tämä on yksinkertaisin kuvaus siitä, mikä on elämän tae planeetalla Maa. Jos tällainen matka jostain syystä keskeytyy, kaiken elävän olemassaolo lakkaa.

Jotta voidaan kuvata lyhyesti aineiden kiertoa biosfäärissä, on tarpeen asettaa useita lähtökohtia. Ensinnäkin yli yhdeksästäkymmenestä luonnossa tunnetusta ja löydetystä kemiallisesta alkuaineesta noin 40 tarvitaan eläville organismeille. Toiseksi näiden aineiden määrä on rajoitettu. Kolmanneksi puhumme vain biosfääristä eli maan elämää sisältävästä kuoresta ja siten elävien organismien välisistä vuorovaikutuksista. Neljänneksi energia, joka osallistuu kiertokulkuun, on Auringosta tulevaa energiaa. Maan suolistossa erilaisten reaktioiden seurauksena syntyvä energia ei osallistu tarkasteltavaan prosessiin. Ja viimeinen. On välttämätöntä päästä tämän "matkan" lähtöpisteen edelle. Se on ehdollinen, koska ympyrällä ei voi olla loppua ja alkua, mutta tämä on välttämätöntä, jotta prosessia voidaan alkaa kuvata jostain. Aloitetaan troofisen ketjun alimmasta lenkistä - hajottajista tai haudankaivajista.

Äyriäiset, madot, toukat, mikro-organismit, bakteerit ja muut haudankaivajat happea kuluttaen ja energiaa käyttämällä jalostavat epäorgaanisia kemiallisia alkuaineita orgaaniseksi aineeksi, joka soveltuu elävien organismien ravintoon ja sen liikkumiseen ravintoketjussa. Lisäksi näitä jo orgaanisia aineita syövät kuluttajat tai kuluttajat, joihin kuuluvat paitsi eläimet, linnut, kalat ja vastaavat, myös kasvit. Jälkimmäiset ovat tuottajia tai tuottajia. Ne tuottavat näitä ravinteita ja energiaa käyttämällä happea, joka on tärkein elementti, joka sopii kaiken planeetan elämän hengittämiseen. Kuluttajat, tuottajat ja jopa hajottajat kuolevat. Heidän jäännöksensä yhdessä niissä olevan orgaanisen aineksen kanssa "putoavat" haudankaivajien käsiin.

Ja kaikki toistuu uudestaan. Esimerkiksi kaikki biosfäärissä oleva happi tekee vallankumouksensa 2000 vuodessa ja hiilidioksidi 300 vuodessa. Tällaista kiertoa kutsutaan yleensä biogeokemialliseksi kierroksi.

Jotkut orgaaniset aineet "matkansa" aikana reagoivat ja vuorovaikuttavat muiden aineiden kanssa. Tämän seurauksena muodostuu seoksia, joita hajottimet eivät voi käsitellä siinä muodossa, jossa ne ovat. Tällaiset seokset pysyvät "varastoituina" maassa. Kaikki hautajaisten "pöydälle" putoavat orgaaniset aineet eivät pysty käsittelemään niitä. Kaikki eivät voi mätää bakteerien kanssa. Tällaiset hajoamattomat jäämät joutuvat varastoon. Kaikki, mikä jää varastoon tai reserviin, poistetaan prosessista eikä sisälly biosfäärin aineiden kiertoon.

Siten biosfäärissä aineiden kierto, liikkeellepaneva voima joka on elävien organismien toimintaa, voidaan jakaa kahteen osaan. Yksi - vararahasto - on osa ainetta, joka ei liity elävien organismien toimintaan ja osallistuu kiertoon vasta tiettyyn aikaan. Ja toinen on uusiutuva rahasto. Se on vain pieni osa aineesta, jota elävät organismit käyttävät aktiivisesti.

Minkä kemiallisten perusalkuaineiden atomit ovat niin välttämättömiä elämälle maapallolla? Näitä ovat: happi, hiili, typpi, fosfori ja jotkut muut. Yhdisteistä pääasiallista kierrossa voidaan kutsua vedeksi.

Happi

Biosfäärin happikierron pitäisi alkaa fotosynteesiprosessista, jonka seurauksena se ilmestyi miljardeja vuosia sitten. Kasvit vapauttavat sitä vesimolekyyleistä aurinkoenergian vaikutuksesta. Myös happea tuotetaan ylemmät kerrokset tunnelmaa aikana kemialliset reaktiot vesihöyryssä, missä kemialliset yhdisteet hajoavat sähkömagneettisen säteilyn vaikutuksesta. Mutta tämä on vähäinen hapen lähde. Tärkein niistä on fotosynteesi. Vedessä on myös happea. Vaikka sitä on siellä, 21 kertaa vähemmän kuin ilmakehässä.

Syntynyttä happea käyttävät elävät organismit hengitykseen. Se on myös hapettava aine erilaisille mineraalisuoloille.

Ja ihminen on hapen kuluttaja. Mutta tieteellisen ja teknologisen vallankumouksen alkaessa tämä kulutus on moninkertaistunut, koska happea poltetaan tai sidotaan lukuisten teollisten tuotantojen, liikenteen toiminnan aikana kotitalouksien ja muiden ihmisten elämän tarpeiden tyydyttämiseksi. Aiemmin ilmakehän niin kutsuttu hapenvaihtorahasto oli 5 % sen kokonaistilavuudesta, eli fotosynteesin aikana syntyi happea yhtä paljon kuin kulutettiin. Nyt tästä määrästä on tulossa katastrofaalisen pieni. Hätävarastosta kuluu niin sanotusti happea. Sieltä, missä ei ole ketään lisäämässä sitä.

Tätä ongelmaa lieventää hieman se, että osa orgaanisesta jätteestä jää käsittelemättä eikä joudu mädäntymisbakteerien vaikutuksen alaisena, vaan jää sedimenttikiviin muodostaen turvetta, hiiltä ja vastaavia fossiileja.

Jos fotosynteesin tuloksena on happi, niin sen raaka-aine on hiili.

Typpi

Typen kierto biosfäärissä liittyy sellaisten tärkeiden orgaanisten yhdisteiden muodostumiseen, kuten: proteiinit, nukleiinihapot, lipoproteiinit, ATP, klorofylli ja muut. Molekyylimuodossa typpeä löytyy ilmakehästä. Yhdessä elävien organismien kanssa tämä on vain noin 2 % kaikesta maapallon typestä. Tässä muodossa sitä voivat kuluttaa vain bakteerit ja sinilevät. Muulle kasvimaailmalle molekyylimuodossa oleva typpi ei voi toimia ravintona, vaan sitä voidaan käsitellä vain epäorgaanisten yhdisteiden muodossa. Jotkut tällaisten yhdisteiden tyypit muodostuvat ukkosmyrskyjen aikana ja joutuvat veteen ja maaperään sateen mukana.

Kyhmybakteerit ovat aktiivisimpia typen tai typen kiinnittäjien "kierrättäjiä". Ne asettuvat palkokasvien juurien soluihin ja muuttavat molekyylitypen kasveille sopiviksi yhdisteiksi. Heidän kuolemansa jälkeen maaperä rikastuu myös typellä.

Putrefaktiiviset bakteerit hajottavat typpeä sisältävät orgaaniset yhdisteet ammoniakiksi. Osa siitä menee ilmakehään, kun taas toisen tyyppiset bakteerit hapettavat nitriiteiksi ja nitraateiksi. Ne puolestaan ​​toimivat kasvien ravinnoksi, ja nitrifioivat bakteerit pelkistävät ne oksideiksi ja molekyylitypeksi. jotka palaavat ilmakehään.

Siten voidaan nähdä, että päärooli typpikierrossa on erityyppisillä bakteereilla. Ja jos tuhoat vähintään 20 näistä lajeista, elämä planeetalla lakkaa.

Ja taas ihminen rikkoi vakiintuneen piirin. Sadon lisäämiseksi hän alkoi käyttää aktiivisesti typpeä sisältäviä lannoitteita.

Hiili

Hiilen kierto biosfäärissä liittyy erottamattomasti hapen ja typen kiertoon.

Biosfäärissä hiilen kiertojärjestelmä perustuu vihreiden kasvien elintärkeään toimintaan ja niiden kykyyn muuttaa hiilidioksidi hapeksi eli fotosynteesiin.

Hiili on vuorovaikutuksessa muiden elementtien kanssa eri tavoilla ja se sisältyy lähes kaikkiin orgaanisten yhdisteiden luokkiin. Se on esimerkiksi osa hiilidioksidia, metaania. Se liukenee veteen, jossa sen pitoisuus on paljon suurempi kuin ilmakehässä.

Vaikka hiili ei ole runsauden kymmenen parhaan joukossa, se muodostaa elävissä organismeissa 18-45 % kuivamassasta.

Valtameret toimivat hiilidioksidipitoisuuden säätelijänä. Heti kun sen osuus ilmassa nousee, vesi tasoittaa paikat absorboimalla hiilidioksidia. Toinen valtameren hiilen kuluttaja on meren eliöt, jotka käyttävät sitä kuorien rakentamiseen.

Hiilen kierto biosfäärissä perustuu hiilidioksidin läsnäoloon ilmakehässä ja hydrosfäärissä, joka on eräänlainen vaihtorahasto. Se täydentyy elävien organismien hengityksellä. Myös bakteerit, sienet ja muut mikro-organismit, jotka osallistuvat maaperän orgaanisten jäämien hajoamisprosessiin, ovat mukana täydentämään ilmakehää hiilidioksidilla. Hiili "konservoituu" mineralisoituneissa hajoamattomissa orgaanisissa jäännöksissä. Kivi- ja ruskohiilen, turpeen, öljyliuskeen ja vastaavissa esiintymissä. Mutta tärkeimmät hiilivarat ovat kalkkikivet ja dolomiitit. Niiden sisältämä hiili on "turvallisesti piilossa" planeetan syvyyksissä ja vapautuu vain tektonisten siirtymien ja tulivuorenpurkausten aikana tapahtuvien vulkaanisten kaasujen päästöjen aikana.

Koska hengitysprosessi hiilen vapautumisella ja fotosynteesiprosessi sen imeytymisellä kulkevat elävien organismien läpi hyvin nopeasti, vain pieni osa planeetan kokonaishiilestä on mukana kiertokulkussa. Jos tämä prosessi ei olisi vastavuoroinen, vain maalla olevat kasvit käyttäisivät kaiken hiilen vain 4-5 vuodessa.

Nykyään ihmisen toiminnan ansiosta kasvisten maailma hiilidioksidista ei ole pulaa. Se täydentyy välittömästi ja samanaikaisesti kahdesta lähteestä. Polttamalla happea teollisuuden, tuotannon ja kuljetuksen aikana sekä näiden töiden käytön yhteydessä ihmisen toiminta ne "säilykkeet" - hiili, turve, liuske ja niin edelleen. Miksi ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nousi 25 %.

Fosfori

Fosforin kierto biosfäärissä liittyy erottamattomasti tällaisten orgaanisten aineiden synteesiin, kuten: ATP, DNA, RNA ja muut.

Fosforipitoisuus on erittäin alhainen maaperässä ja vedessä. Sen päävarat ovat kaukaisessa menneisyydessä muodostuneissa kivissä. Näiden kivien rapautuessa alkaa fosforin kiertokulku.

Kasvit imevät fosforia vain ortofosforihappo-ioneina. Se on pääasiassa haudankaivajien suorittaman orgaanisten jätteiden käsittelyn tuote. Mutta jos maaperässä on lisääntynyt emäksinen tai hapan tekijä, fosfaatit eivät käytännössä liukene niihin.

Fosfori on erinomainen ravintoaine erilaisille bakteereille. Erityisesti sinilevä, joka kehittyy nopeasti lisääntyneen fosforipitoisuuden myötä.

Siitä huolimatta suurin osa fosforista kulkeutuu jokien ja muiden vesien mukana valtamereen. Siellä kasviplankton ja sen mukana merilinnut ja muut eläinlajit syövät sitä aktiivisesti. Myöhemmin fosfori tulee valtameren pohjaan ja muodostaa sedimenttikiviä. Eli se palaa maahan, vain merivesikerroksen alle.

Kuten näet, fosforin kierto on spesifinen. Sitä on vaikea kutsua piiriksi, koska se ei ole suljettu.

Rikki

Biosfäärissä rikkikierto on välttämätön aminohappojen muodostumiselle. Se luo proteiinien kolmiulotteisen rakenteen. Se sisältää bakteereja ja organismeja, jotka kuluttavat happea energiasynteesiin. Ne hapettavat rikin sulfaateiksi, ja yksisoluiset esiydin elävät organismit pelkistävät sulfaatit rikkivetyksi. Niiden lisäksi kokonaiset rikkibakteeriryhmät hapettavat rikkivetyä rikiksi ja edelleen sulfaateiksi. Kasvit voivat kuluttaa maaperästä vain rikki-ioneja - SO 2-4. Näin ollen jotkut mikro-organismit ovat hapettavia aineita, kun taas toiset ovat pelkistäviä aineita.

Rikin ja sen johdannaisten kertymispaikkoja biosfäärissä ovat valtameri ja ilmakehä. Rikki pääsee ilmakehään vapauttamalla vedestä rikkivetyä. Lisäksi rikki pääsee ilmakehään dioksidina, kun fossiilisia polttoaineita poltetaan teollisuudessa ja kotitalouksien tarpeisiin. Ensinnäkin kivihiili. Siellä se hapettuu ja muuttuen sadevedessä rikkihapoksi putoaa sen mukana maahan. Happamat sateet aiheuttavat itsessään merkittäviä vahinkoja koko kasvi- ja eläimistölle, ja lisäksi ne putoavat myrsky- ja sulamisvesien mukana jokiin. Joet kuljettavat rikkisulfaatti-ioneja valtamereen.

Rikkiä on myös kivissä sulfidien muodossa, kaasumaisessa muodossa - rikkivetyä ja rikkidioksidi. Meren pohjalla on alkuperäisen rikin esiintymiä. Mutta tämä kaikki on "varausta".

Vesi

Biosfäärissä ei ole yleisempää ainetta. Sen varat ovat pääasiassa merien ja valtamerten vesien suolaisen katkerassa muodossa - tämä on noin 97%. Levätä raikasta vettä, jäätiköt sekä maanalainen ja pohjavesi.

Veden kiertokulku biosfäärissä alkaa ehdollisesti sen haihtumisesta vesistöjen pinnasta ja kasvien lehdistä ja on noin 500 000 kuutiometriä. km. Se palaa takaisin sateena, joka joko putoaa suoraan takaisin vesistöihin tai kulkee maaperän ja pohjaveden läpi.

Veden rooli biosfäärissä ja sen evoluutiohistoria on sellainen, että kaikki elämä on ilmaantumisensa jälkeen ollut täysin riippuvainen vedestä. Biosfäärissä vesi kulki toistuvasti hajoamis- ja syntymäsyklien läpi elävien organismien kautta.

Veden kierto on suurelta osin fyysinen prosessi. Eläin- ja varsinkin kasvimaailmalla on kuitenkin tärkeä osa tässä. Puiden lehtien pinta-alalta vesi haihtuu niin, että esimerkiksi metsähehtaari haihduttaa vettä jopa 50 tonnia vuorokaudessa.

Jos veden haihtuminen altaiden pinnoilta on luonnollista sen kierrolle, niin mantereilla metsävyöhykkeineen tällainen prosessi on ainoa ja tärkein tapa säilyttää se. Täällä kierto menee kuin suljetussa syklissä. Sade muodostuu maaperästä ja kasvien pinnoilta haihtumisesta.

Kasvit käyttävät fotosynteesin aikana vesimolekyylin sisältämää vetyä uuden orgaanisen yhdisteen luomiseen ja hapen vapauttamiseen. Kääntäen, hengitysprosessissa elävät organismit käyvät läpi hapettumisprosessin ja vettä muodostuu uudelleen.

Piirin kuvaus monenlaisia kemikaaleja, joudumme kohtaamaan aktiivisemman ihmisen vaikutuksen näihin prosesseihin. Tällä hetkellä luonto selviytyy usean miljardin vuoden selviytymishistoriansa ansiosta häiriintyneiden tasapainojen säätelystä ja palauttamisesta. Mutta ensimmäiset "sairauden" oireet ovat jo olemassa. Ja tämä on kasvihuoneilmiö. Kun kaksi energiaa: aurinko ja Maan heijastuma, eivät suojaa eläviä organismeja, vaan päinvastoin vahvistavat toisiaan. Tämän seurauksena lämpötila nousee ympäristöön. Mitä seurauksia tällaisella lisääntymisellä on jäätiköiden kiihtyneen sulamisen lisäksi veden haihtuminen valtamerten, maalta ja kasveilta?

Video - Aineiden kierto biosfäärissä

Kaikki tietävät energian säilymisen ja aineen säilymisen lait.

Erilaisten kemiallisten alkuaineiden atomit siirtyvät yhdisteestä toiseen, mutta aine tai energia eivät katoa: ne osallistuvat vain erikoisiin kiertokulkuihin.

Yksi näistä sykleistä, joka johtuu elämän läsnäolosta maapallolla ja aurinkoenergian vaikutuksesta, on hiilikierto.

Maan pinnan lähellä oleva ilma sisältää mitättömän määrän (6,03 prosenttia) hiilidioksidia eli toisin sanoen hiilidioksidia. Klorofyllin ansiosta kasvien vihreisiin osiin muodostuu energiarikkaita aineita ilman ja veden hiilidioksidin yhdistelmän seurauksena. Siten hiilidioksidi sitoutuu jatkuvasti ja poistuu ilmakehästä.

Ja tässä voi syntyä kysymys: tuleeko hetki, jolloin ilmasta puuttuu hiilidioksidi ja kasvit eivät pysty elämään maan päällä?

Tähän kysymykseen voidaan vastata tarkalla määrällä. Hiilidioksidin kokonaismäärä maan ilmakehässä on noin 1 500 miljardia tonnia. Tämä määrä hiilidioksidia sisältää 410 miljardia tonnia hiiltä. Muuten, tutkituissa kivihiilivaroissa on paljon enemmän hiiltä.

Maailmanlaajuinen syötävän sokerin vuosituotanto sisältää noin 10 000 tonnia hiiltä. Sokerin tuotanto voisi siis sitoa kaiken ilman hiilidioksidin 41 miljoonassa vuodessa! Ja sitten vihreiden kasvien elämä pysähtyisi, ja sen jälkeen muut elävät olennot kuolisivat nälkään. Mutta näin ei voi koskaan tapahtua, koska samaan aikaan hiilen sitominen tapahtuu käänteinen prosessi- hänen vapauttamisensa.

Kun kasvi kuolee, sen kehosta tulee lukemattomien ja kaikkialla esiintyvien bakteerien omaisuutta. On olemassa käymis- ja hajoamisprosesseja; ne johtavat siihen, että kaikki sitoutunut hiili vapautuu ja palautetaan ilmakehään hiilidioksidin muodossa.

Eläimet nielevät osan energiarikkaista hiiltä sisältävistä yhdisteistä. Syöessään sokerin kaltaisia ​​aineita - tärkkelystä, kuituja jne., he käyttävät niissä olevan energian ja palauttavat hiiltä hiilidioksidin muodossa ilmakehään.

Mutta joskus käy myös niin, että suuret määrät hiiltä poistuvat kierrosta pitkäksi aikaa: muuten kasveista kertyy merkittäviä massoja sellaisissa olosuhteissa, joissa mikro-organismien aiheuttamaa hajoamista (mädäntymistä) ei tapahdu. Näin muodostuu esimerkiksi turvetta suon pohjalle, jossa hiiltyminen tapahtuu ilman ilman pääsyä eli hiilen kertymistä. Samalla tavalla hiekan ja saven kerrostumisen alla kasvien jäännösmassat hiiltyivät ja muodostivat hiiltä.

Myös öljyn muodostuminen eläin- ja kasvitähteiden hajoamisesta sitoo hiiltä.

Erittäin merkittäviä määriä hiiltä ja sen mukana energiaa on piilotettu syvälle maan sisälle, missä he odottavat henkilöä, joka kaivaa nämä rikkaudet maan pinnalle. Polttamalla hiiltä ja turvetta vapautamme energiaa ja palautamme vastaavan määrän hiilidioksidia ilmakehään. Kasvit sitovat sen jälleen ja palaa yleiseen hiilikiertoon.

Hiilen, turpeen ja öljyn muodostumisen lisäksi on toinen prosessi, johon liittyy suurten hiilimäärien "vangitseminen": se koostuu jättimäisten liitu- ja kalkkikiven kerrostumien muodostumisesta. Valtavat massat merieläimiä - korallit, nilviäiset jne. - sitovat veteen liuennutta kalsiumia hiilidioksidilla: ne muodostavat kuoria ja muita meren asukkaiden ulkoisia luurankoja. Kuolleet merieläimet peittävät merien ja valtamerten pohjan kuorirungoillaan. Seurauksena on voimakkaita liitu-, kalkkikiven kerrostumia ja koralliriutat nousevat meren pohjasta. Nämä prosessit tapahtuvat useiden miljoonien vuosien ajan. Siellä missä aallot ennen pauhuivat, nousee nyt kokonaisia ​​kalkkikiveä ja liitua. Nämä vuoret ovat valtavia sitoutuneen hiilidioksidin varantoja.

On huomattava, että ehdottomasti kaikki elämä maapallolla perustuu hiilityypin kemiallisiin alkuaineisiin. Jokaisella elävään organismiin kuuluvalla komponentilla on hiilityyppinen luurankorakenne. Sanalla sanoen, hiili on mukanamme kaikkialla ja kaikkialla.

Lisäksi suoraan hiileen liittyvät atomit siirtyvät jatkuvasti yhdeltä biosfäärin alueelta, joka kuuluu maan kapeampaan kuoreen ja jossa on elämää, aivan toiselle. Esimerkinomaisten elementtien kiertokulkua luonnossa voidaan ohjata, mutta vain dynamiikan vaiheessa.

Tärkeimmät ja merkittävimmät hiilivarastot esitetään hiilidioksidina, joka tavalla tai toisella jakautuu ilmakehään. Siksi kannattaa tutkia kaikkia niitä hiilidioksidin komponentteja, joita ilmakehässä on.

Tärkeä askel on, että kasvit suorittavat molekyylien absorptioprosessin, jonka jälkeen atomi muuttuu erilaisiksi orgaanisen tyyppisiksi yhdistymisiksi. Tämä prosessi on olennainen osa kaikkien maan päällä olevien kasvien rakennetta.

Kaiken tämän lisäksi hiili pystyy pysymään ja suorittamaan kaikki tärkeät prosessit, kunnes kasvi saavuttaa elinkaarensa. Yleensä tässä tapauksessa kaikki molekyylit menevät suoraan ruokaan hajottajan muodossa. On syytä muistaa, että hajottaja puolestaan ​​​​on organismi, joka ruokkii orgaanisen tyypin kuolleita komponentteja, minkä jälkeen se tuhoutuu kokonaan antiemäksisen luokan alkeisimmiksi yhdisteiksi.

Näin ollen viimeisessä vaiheessa esitelty kemiallinen alkuaine palaa ympäristöön hiilidioksidiluokan kaasun muunnelmassa. Nimitys, jonka kaikki tietävät, on yleisesti hyväksytty kaava CO2.

On syytä huomata, että kasveja voivat imeytyä kasvinsyöjäluokan eläimet. Tässä vaiheessa alkuaine joko palaa takaisin ilmakehään tai kasvinsyöjäluokan eläimet syövät saalistusperäisempiä eläimistölajeja. Ensimmäisessä tapauksessa hengitysprosessi tapahtuu, kun eläin hajoaa aivan viimeisessä vaiheessa.

Toinen prosessi voidaan suorittaa vasta, kun hiili palaa välittömästi asuinympäristöön. Kasvit voivat myös yksinkertaisesti kuolla ja päätyä maankuoren alle. Jos tällainen prosessi tapahtuu, laitokset muunnetaan fossiilisten tyyppisiksi polttoaineiksi, esimerkiksi kivihiileksi.

Jos hiilidioksidin alkuperäiset alkuaineet yksinkertaisesti liukenevat meriveteen, voi tapahtua seuraavaa:

• Kemiallinen alkuaine palautetaan takaisin elinympäristöön. Tämä valtameren ja ilmakehän välisen yhteisen kaasunvaihdon vaihtelu tapahtuu hyvin usein. Esitetty kemiallinen alkuaine voi täsmälleen samalla menestyksellä päästä kasvien tai eläinorganismin - meren asukkaan - rakenteeseen.
• Jos kemiallinen alkuaine joutuu sedimenttiesiintymien rakenteeseen, se yksinkertaisesti huuhtoutuu pois elinympäristöstä, eikä sitä sulateta. Koko Maaplaneetan olemassaolon ajan hiili on aina korvattu hiilidioksidilla, joka puolestaan ​​​​jousi ilmakehään tulivuorenpurkausten aikana.

Tähän mennessä kaikkia edellä mainittuja tekijöitä on täydennetty kaikilla niillä päästöillä, jotka syntyvät suoraan fossiilisten polttoaineiden polton aikana. Viime aikoina konkreettinen kompastuskivi on se, että eri maiden hallitukset ovat useiden vuosien ajan yrittäneet päästä kansainväliseen hiilidioksidisopimukseen.

Tiedemiehet eivät kuitenkaan voi olla varmoja siitä, että hiilidioksidin kertymisprosessi elinympäristöön voidaan pysäyttää vain istuttamalla kasveja ja laajoja metsäviljelmiä. On huomattava, että sellainen prosessi kuin hiilen kierto elinympäristössä ei ole vielä täysin auki. Tiedemiehet työskentelevät jatkuvasti tämän parissa, ja joka vuosi tieteessä tapahtuu entistä hämmästyttävämpiä löytöjä.