Всичко в света се състои от химични елементи. Те поддържат живота на Земята. Кислородът играе една от най-важните роли в този въпрос. Има много интересни факти, свързани с него, а цикълът на кислорода в природата е удивителен. Искате ли да знаете повече? Прочетете.

И така, какво е интересното за кислорода:

1. Не само растенията произвеждат.

Много хора знаят от училище, че кислородът се образува в резултат на фотосинтезата в растенията. Да, преобразуването на въглероден диоксид от растителността е основният източник на кислород на Земята. Той обаче не е единственият.

Част от газа се образува в горните слоеве на атмосферата под въздействието на слънчевата светлина. При нагряване водните молекули се разпадат на съставните си части, образувайки водород и кислород.

Освен това около половината от целия свободен кислород на планетата се произвежда от фитопланктона. Въглеродният диоксид, който консумират, навлиза в атмосферата в резултат на дишането на животни и хора, както и по време на окисляване, т.е. изгаряне.

Просто цикълът на кислород в биосферата може да се опише по следния начин:

• Под въздействието на слънчевата топлина водата от световните океани се изпарява. Част от него, навлизайки в горния слой на атмосферата, се разпада на H2 и O2.
• Кислородът от своя страна се обработва от живи същества, които отделят въглероден диоксид. Въглеродният окис също навлиза в атмосферата в резултат на изгаряне на материя.
• По време на фотосинтезата въглеродният диоксид се превръща обратно в кислород.

Забележка:кислородът също се отделя от варовика чрез изветряне на скалата.

2. Кислородът е използван от алхимиците.

Този елемент е известен още през 8 век. Първите споменавания се намират в ръкописите на китайския алхимик Мао Хоа. Разбира се, тогава кислородът имаше съвсем различно име и малко се знаеше за неговите свойства.

Легендарният художник, инженер, биолог и химик Леонардо да Винчи изучава кислорода, но дори не осъзнава, че кислородът е отделен елемент.

Въпреки това, официалното откриване на кислорода се случи през 1774 г. Статутът на откривател отиде при Джоузеф Пристли, който успя да изолира кислород от живачен оксид. Дълго време ученият не можеше да разбере защо при нагряване на материала свещта, която служи като източник на светлина, гори много по-ярко. Впоследствие Пристли нарече това явление „Втори въздух“. Но, както често се случва в научния свят, тук имаше скандал.

По-късно стана известно, че шведският натуралист Карл Шееле е успял да изолира кислорода от азотния оксид през 1771 г. Той записва данните за експеримента в книгата си, която, за съжаление, е публикувана едва шест години по-късно.

3. Кислородът е необходим навсякъде.

Използването на кислород не се ограничава до обикновено дишане. Той се използва широко като окислител в металургията. Без него би било невъзможно производството на висококачествена стомана. Газът се използва и в ацетиленови и водородни горелки за рязане и заваряване на метал.

Кислородът осигурява работата на топлоелектрическите централи. Никога не би имало двигател с вътрешно горене, тъй като наличието на кислород е основното условие за детонацията на горивната смес.

Астронавтите, военните пилоти и водолазите използват за дишане цилиндри, пълни с кислород, комбиниран с хелий или други инертни газове. Така кислородът допринася за изследването на океаните и космоса.

4. Кислородът е източник на красота и здраве.

Кислородът се използва широко в медицината и в производството на козметика. С негова помощ хората със заболявания на сърдечно-съдовата система се спасяват от задушаване, хипоксия, астматични пристъпи.

Моктейлите с високо съдържание на кислород са полезни за бременни жени. Кислородната напитка насърчава нормалното развитие на плода. Също така, такива композиции подобряват психо-емоционалното състояние на човека и дават сила.

В козметичните кремове и маски се добавя кислород. Тези продукти подобряват състоянието на кожата, подмладяват и придават еластичност.

5. Три трилиона тона кислород годишно.

Това е приблизително количеството кислород, произведено от цялата зелена растителност на Земята. Най-големите природни фабрики на този газ са горите на Амазонка и сибирската тайга. Тези места се наричат ​​„белите дробове на планетата“.

Забележка:едно голямо дърво произвежда достатъчно кислород, за да снабди двама души - приблизително 125 кг газ на година.

6. Концентрацията на кислород намалява.

Въпреки привидно впечатляващия обем на производството, съдържанието на кислород в атмосферата е в най-добрия случай 21%. В големите градове тази стойност пада до 18%. Между другото, само преди няколко милиона години тази цифра е била два пъти по-висока.

Причината за намаляването на концентрацията на кислород е увеличаването на броя на моторните превозни средства, индустриалните емисии и неконтролираното обезлесяване.

7. Какво се случва, ако кислородът изчезне за една секунда?

Ако това се случи, светът, какъвто го познаваме, ще престане да съществува. Не, растенията няма да изсъхнат и животните няма да се задушат. Всичко ще бъде много по-зле. Кислородът е част от почти всичко и всеки.

Бетонните сгради веднага ще се срутят, моретата и океаните ще се изпарят, живите същества ще изсъхнат и ще се превърнат в прах. За да добавим към апокалиптичната картина, представете си, че земната кора се е отворила и небето е станало черно като нощ.

Увеличаването на количеството кислород с 10 пъти също не предвещава нищо добро, въпреки че последствията няма да са толкова драматични. Този сценарий рискува масово изчезване поради хипервентилация. Най-вероятно обаче животът няма да изчезне, а ще се прероди в различна форма.

8. В земята има повече кислород, отколкото във въздуха.

Малко хора знаят, но основното снабдяване с кислород не е концентрирано в атмосферата. На планетата има само 0,36% свободен кислород, докато около 99,5% от газа се намира в скалите, силикатите, мантията и земната кора.

9. Ерата на гигантите стана възможна благодарение на кислорода.

Преди царуването на динозаврите, преди 300 милиона години, концентрациите на кислород са били десетки пъти по-големи. Учените смятат, че до голяма степен поради това гигантите са управлявали Земята дълго време.

В онези далечни времена на планетата можеше да се намери стоножка с дължина 2,5 метра. Сред гущерите най-големият беше дредноутът. Дължината му достига 26–30 м, а теглото му е 60 тона.

Сравнително наскоро, благодарение на кислорода, шестметров ленивец обиколи планетата. Ами двуметров глиган, който се храни предимно с месо?! Някои бозайници, като Indricotherium, чиято височина достига 8 м и тежи 15 тона, не са по-ниски по размери от динозаврите.

Примитивните хора успяха да уловят мамут, който беше почти два пъти по-голям от съвременния слон. През последната ледникова епоха рамо до рамо с Хомо сапиенс са живели мечки с размери три метра при холката и двуметрови елени.

10. Буца в гърлото и сухи очи.

При силен стрес човек инстинктивно започва да диша учестено. Обемът на вдишвания кислород наведнъж често се увеличава. Поради това глотисът се разширява, причинявайки усещане за буца в гърлото.

Забележка: Често буцата в гърлото е симптом на сериозни заболявания, така че ако това усещане не изчезне с времето, консултирайте се с лекар.

Тези, които са се изкачили високо в планините, са имали синдром на сухо око. Това неприятно усещане се дължи на ниското съдържание на кислород на голяма надморска височина. Факт е, че роговицата не съдържа кръвоносни съдове, а хранителните вещества и кислород се доставят към нея през слъзните жлези отвън.

Цикълът на кислорода е удивителен процес. Трудно е да си представим как всичко на нашата планета е взаимосвързано и колко крехка е тази връзка. Следователно ние като съзнателни същества трябва да поемем отговорност за поддържането на баланса в природата.

Цикъл на кислорода

Кислородът е най-разпространеният елемент на Земята. Морската вода съдържа 88,8% кислород, атмосферният въздух съдържа 23,15% тегловни или 20,95% обемни, а земната кора съдържа 47,4% тегловни.

Посочената концентрация на кислород в атмосферата се поддържа постоянна благодарение на процеса фотосинтеза (фиг. 1). В този процес зелените растения, когато са изложени на слънчева светлина, превръщат въглеродния диоксид и водата във въглехидрати и кислород:

6CO 2 + 6H 2 O + светлинна енергия = C 6 H 12 O 6 + 6O 2

По-горе е обобщеното уравнение за фотосинтезата; всъщност кислородът се освобождава в атмосферата на първия си етап - по време на процеса на фотолиза на водата.

Наред с това, мощен източник на кислород очевидно е фотохимичното разлагане на водните пари в горните слоеве на атмосферата под въздействието на ултравиолетовите лъчи на слънцето.

Фиг. 1.

Кислородът е основният биогенен елемент, който влиза в състава на молекулите на всички най-важни вещества, които осигуряват структурата и функцията на клетките - протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, както и много нискомолекулни съединения. Всяко растение или животно съдържа много повече кислород от всеки друг елемент (средно около 70%). Човешката мускулна тъкан съдържа 16% кислород, костната тъкан - 28,5%; Общо тялото на средностатистически човек (телесно тегло 70 kg) съдържа 43 kg кислород. Кислородът постъпва в организма на животните и човека главно през дихателните органи (свободен кислород) и с вода (свързан кислород). Нуждата на организма от кислород се определя от нивото (интензивността) на метаболизма, което зависи от масата и повърхността на тялото, възрастта, пола, естеството на храненето, външните условия и др. В екологията съотношението на общото дишане (това е общите окислителни процеси) на дадено съобщество се определя като важна енергийна характеристика на организмите спрямо неговата обща биомаса.

В естествения живот кислородът е от изключително значение. Кислородът и неговите съединения са незаменими за поддържане на живота. Те играят жизненоважна роля в метаболитните процеси и дишането. Повечето организми получават енергията, необходима за изпълнение на жизнените си функции, чрез окисляване на определени вещества с помощта на кислород. Загубата на кислород в атмосферата в резултат на процесите на дишане, гниене и горене се компенсира от кислорода, отделен по време на фотосинтезата.

Малко количество атмосферен кислород участва в цикъла на образуване и разрушаване на озона под силно ултравиолетово лъчение:

O 2 * + O 2 > O 3 + O

По-голямата част от кислорода, произведен през геоложките епохи, не остава в атмосферата, а се фиксира от литосферата под формата на карбонати, сулфати, железни оксиди и др.

Геохимичният цикъл на кислорода свързва газовата и течната обвивки със земната кора. Неговите основни точки: освобождаването на свободен кислород по време на фотосинтезата, окисляването на химичните елементи, навлизането на изключително окислени съединения в дълбоките зони на земната кора и частичното им намаляване, включително поради въглеродни съединения, отстраняване на въглероден оксид и вода до повърхността на земната кора и участието им в реакцията фотосинтеза. По-долу е представена диаграма на цикъла на кислорода в несвързана форма.

Фиг.2.

Освен описания по-горе кръговрат на кислорода в несвързан вид, този елемент завършва и най-важния цикъл, влизайки в състава на водата (фиг. 3). По време на цикъла водата се изпарява от повърхността на океана, водната пара се движи заедно с въздушните течения, кондензира и водата се връща под формата на валежи на повърхността на сушата и морето. Има голям воден цикъл, при който водата, която пада като валежи на сушата, се връща в моретата чрез повърхностен и подземен отток; и малкия воден цикъл, който отлага валежи на повърхността на океана.

От дадените примери за цикли и миграция на елемент става ясно, че глобалната система за циклична миграция на химичните елементи има висока способност за саморегулация, докато биосферата играе огромна роля в кръговрата на химичните елементи.

В същото време човешката стопанска дейност причинява деформация на естествените цикли на масов обмен и следователно промени в състава на околната среда. Тези промени се случват много по-бързо от процесите на генетична адаптация на организмите и видообразуване. Често икономическите действия са толкова зле обмислени или несъвършени, че създават остра опасност за околната среда. Изследването на процесите на масов пренос, които свързват всички земни черупки в едно цяло, трябва да помогне за създаването на система за мониторинг на екологичното и геохимичното състояние на околната среда и разработването на научно обоснована прогноза за екологичните последици от икономически действия и нови технологии.

Кислородът е най-разпространеният елемент на Земята. Морската вода съдържа 85,82% кислород, атмосферният въздух съдържа 23,15% тегловни или 20,93% обемни, а земната кора съдържа 47,2% тегловни. Тази концентрация на кислород в атмосферата се поддържа постоянна от процеса на фотосинтеза. В този процес зелените растения превръщат въглеродния диоксид и водата във въглехидрати и кислород, когато са изложени на слънчева светлина.

По-голямата част от кислорода е в свързано състояние; Количеството молекулярен кислород в атмосферата е само 0,01% от общото съдържание на кислород в земната кора. В естествения живот кислородът е от изключително значение. Кислородът и неговите съединения са незаменими за поддържане на живота. Те играят жизненоважна роля в метаболитните процеси и дишането. Кислородът е част от протеините, мазнините, въглехидратите, от които са "изградени" организмите. Човешкото тяло, например, съдържа около 65% кислород.

Повечето организми получават енергията, необходима за изпълнение на жизнените си функции, чрез окисляване на определени вещества с помощта на кислород. Загубата на кислород в атмосферата в резултат на процесите на дишане, гниене и горене се компенсира от кислорода, отделен по време на фотосинтезата. Обезлесяването, ерозията на почвата и различни повърхностни мини намаляват общия дял на фотосинтезата и намаляват цикъла върху големи площи. Заедно с това мощен източник

Получаването на кислород очевидно е фотохимично разлагане на водни пари в горните слоеве на атмосферата под въздействието на ултравиолетовите лъчи на слънцето. По този начин в природата цикълът на кислород се извършва непрекъснато, поддържайки постоянството на състава на атмосферния въздух (фиг. 3).

В допълнение към цикъла на кислорода, описан по-горе в несвързана форма, този елемент също така завършва най-важния цикъл, като е част от водата. Водният цикъл (H2O) се състои от изпаряване на водата от повърхността на сушата и морето, пренасянето й от въздушни маси и ветрове, кондензация на пари, последвано от валежи под формата на дъжд, сняг, градушка и мъгла.

Ориз. 3. Цикъл на кислорода

Цикъл на азота

Азотът е елемент, необходим за съществуването на животни и растения, той е част от протеини, аминокиселини, нуклеинови киселини, хлорофил, хеми и др. В тази връзка значително количество свързан азот се съдържа в живите организми, „мъртви органични материя” и разпръсната материя на моретата и океаните.

Въпреки най-голямата сложност, цикълът на азота протича бързо и безпрепятствено. Въздухът, съдържащ 78% азот, служи едновременно като огромен контейнер и предпазен клапан за системата. Той непрекъснато захранва цикъла на азота в различни форми.

Цикълът на азота е както следва. Основната му роля е, че е част от жизнените структури на тялото - аминокиселини, протеини и нуклеинови киселини. Живите организми съдържат около 3% от общия активен азотен фонд. Растенията консумират приблизително 1% азот; цикълът му е 100 години.

От производствените инсталации азотсъдържащите съединения преминават към потребителите, от които след елиминирането на органоаминовите съединения се освобождава азот под формата на амоняк или урея, а амонякът също се превръща в амоняк (поради хидролиза).

Впоследствие в процесите на окисление на амонячен азот (нитрификация) се образуват нитрати, които могат да се усвояват от корените на растенията.

По време на денитрификацията част от нитритните нитрати се редуцира до молекулярен азот, влизащ в атмосферата. Всички тези химични трансформации са възможни в резултат на жизнената дейност на почвените микроорганизми. Тези удивителни бактерии - азотфиксатори - са в състояние да използват енергията на дишането си, за да абсорбират директно атмосферния азот и да синтезират протеини. По този начин годишно се внасят в почвата около 25 кг газотан на декар.

Но най-ефективните бактерии живеят в симбиоза с бобови растения в нодули, развиващи се върху корените на растенията. В присъствието на молибден, който служи като катализатор, и специална форма на хемоглобин (уникален случай при растенията), тези бактерии (Rhizobium) усвояват огромни количества азот. Полученият (фиксиран) азот постоянно дифундира в ризосферата (част от почвата), докато нодулите се разпадат. Но азотът постъпва и в надземната част на растенията. Това прави бобовите растения изключително богати на протеини и много хранителни за тревопасните. Така натрупаният годишен резерв в посевите от детелина и люцерна е 150-140 кг/дка.

В допълнение към бобовите растения, такива бактерии живеят върху листата на растения (в тропиците) от семейство Rublaceae, както и актиномицети върху корените на елша, които фиксират азота. Във водна среда това са сини водорасли.

От друга страна, денитрифициращите бактерии разлагат нитратите и освобождават N2, който се изпарява в атмосферата. Но този процес не е много опасен, тъй като разлага приблизително 20% от общия азот и то само в почви, силно наторени с оборски тор (приблизително 50-60 kg азот на хектар). Общата диаграма на цикъла на азота е представена на фигура 4.

Фиг.4. Диаграма на цикъла на азота.

Много е важно да се изследва и контролира цикълът на азота, особено в антропогенните биоценози, тъй като малък провал в която и да е част от цикъла може да доведе до сериозни последствия: тежко химическо замърсяване на почвите, обрастване на водни тела и тяхното замърсяване с продукти на разлагане на мъртва органична материя (амоняк, амини и др.), високо съдържание на разтворими азотни съединения в питейната вода.

Цикълът на азота в момента е силно повлиян от хората.

Първо, навлизането на азотни оксиди в атмосферата по време на изгаряне на гориво в топлоелектрически централи, транспорт и фабрики („лисича опашка“). В индустриалните зони концентрацията им във въздуха става много опасна. Под въздействието на радиация органичните вещества (въглеводороди) реагират с азотни оксиди, за да образуват силно токсични и канцерогенни съединения. Среща се и киселинен дъжд – явление, при което се наблюдава намаляване на pH на валежите и снега поради замърсяване на въздуха с киселинни оксиди (например азотни оксиди). Химията на това явление е следната. За изгаряне на изкопаеми горива въздух или смес от гориво и въздух се подава към двигатели с вътрешно горене и котли. Почти 4/5 от въздуха се състои от азот и 1/5 от кислород. При високи температури, създадени вътре в инсталациите, неизбежно възниква реакция на азот с кислород и се образува азотен оксид:

N 2 + O 2 = 2NO - Q

Тази реакция е ендотермична и протича в естествени условия по време на мълниеносни разряди, а също така придружава други подобни магнитни явления в атмосферата. В наши дни, в резултат на нашата дейност, хората значително увеличават натрупването на азотен оксид (II) на планетата. Азотният оксид (II) лесно се окислява до азотен оксид (IV) вече при нормални условия:

2NO 2 + H 2 O = HNO 3 + HNO 2

образуват се азотна и азотиста киселина. В капките атмосферна вода тези киселини се дисоциират, за да образуват съответно нитратни и нитритни йони, а йоните навлизат в почвата с киселинния дъжд.

Второ, масовото производство на азотни торове (селитра) и тяхното използване води до прекомерно натрупване на нитрати.Азотът, доставен на полетата под формата на торове, се губи поради излужване и денитрификация.

И накрая, изхвърлянето на отпадъчни води и неспазването на санитарните стандарти (разхождане на кучета, неконтролирани сметища за органични отпадъци, лошо функциониране на канализационни системи и др.) Водят до повишаване на нивото на биологично замърсяване. В резултат на това почвата се замърсява с амоняк, амониеви соли, урея, индол, меркаптани и други продукти на органично разлагане. В почвата се образува допълнителен амоняк, който след това се преработва от бактериите в нитрати.

Работа по екология

по темата за:

Биогеофизични цикли на веществата в природата

Работата е завършена

Ученик в 11 клас

Стрелец Татяна

Понятието циркулация.

Между литосферата, хидросферата, атмосферата и живите организми на Земята има постоянен обмен на химични елементи. Този процес е цикличен: преминавайки от една сфера в друга, елементите се връщат в първоначалното си състояние. Цикълът на елементите се извършва през цялата история на Земята, която обхваща 4,5 милиарда години.

Кръговратът на веществата е многократно повтарящ се процес на съвместно, взаимосвързано преобразуване и движение на веществата в природата, който има повече или по-малко цикличен характер. Общата циркулация на веществата е характерна за всички геосфери и се състои от отделни процеси на циркулация на химични елементи, вода, газове и други вещества. Процесите на циркулация не са напълно обратими поради диспергирането на веществата, промените в неговия състав, локалната концентрация и деконцентрация.

За обосноваване и обяснение на самата концепция за цикъл е полезно да се позовем на четири най-важни принципа на геохимията, които са от първостепенно приложно значение и са потвърдени от безспорни експериментални данни:

1. повсеместност

химически елементи във всички геосфери;

2. непрекъсната миграция (движение) на елементи във времето и пространството;

3. разнообразие от видове и форми на съществуване на елементите в природата;

4. преобладаването на дисперсното състояние на елементите над концентрираното състояние, особено за рудообразуващите елементи.

Най-вече, според мен, си струва да насочите вниманието си към процеса на движение на химичните елементи.

Миграцията на химичните елементи се отразява в гигантските тектономагматични процеси, които трансформират земната кора, и в най-фините химични реакции, протичащи в живата материя, в непрекъснатото прогресивно развитие на околния свят, характеризиращо движението като форма на съществуване на материята. Миграцията на химичните елементи се определя от множество външни фактори, по-специално енергията на слънчевата радиация, вътрешната енергия на Земята, действието на гравитацията и вътрешните фактори, зависещи от свойствата на самите елементи.

Циклите могат да се появят в ограничено пространство и за кратки периоди от време или могат да покрият цялата външна част на планетата и огромни периоди. В същото време малките цикли се включват в по-големите, които заедно образуват колосални биогеохимични цикли. Те са тясно свързани с околната среда.

Гигантски маси химикали се пренасят от водите на Световния океан. Това се отнася преди всичко за разтворените газове - въглероден диоксид, кислород, азот. Студената вода във високите географски ширини разтваря атмосферните газове. Идвайки с океански течения в тропическата зона, той ги освобождава, тъй като разтворимостта на газовете намалява при нагряване. Поглъщането и отделянето на газове става и при смяната на топъл и студен сезон на годината.

Появата на живот на планетата оказа огромно влияние върху естествените цикли на някои елементи. Това, на първо място, се отнася до циркулацията на основните елементи на органичната материя - въглерод, водород и кислород, както и такива жизненоважни елементи като азот, сяра и фосфор. Живите организми също влияят върху цикъла на много метални елементи. Въпреки факта, че общата маса на живите организми на Земята е милиони пъти по-малка от масата на земната кора, растенията и животните играят жизненоважна роля в движението на химичните елементи. Съществува закон за глобално затваряне на биогеохимичния цикъл в биосферата, който действа на всички етапи от нейното развитие, както и правилото за нарастващо затваряне на биогеохимичния цикъл по време на сукцесия. В процеса на еволюцията на биосферата се увеличава ролята на биологичния компонент в затварянето на биогеохимичния цикъл.

Човешките дейности също оказват влияние върху цикъла на елементите. Това стана особено забележимо през миналия век. Когато се разглеждат химичните аспекти на глобалните промени в химическите цикли, трябва да се вземат предвид не само промените в естествените цикли, дължащи се на добавянето или отстраняването на химикали, присъстващи в тях в резултат на нормални циклични и/или предизвикани от човека въздействия, но също така освобождаването на химикали в околната среда, които преди това не са съществували в природата.

Циклите на елементите и веществата се осъществяват поради саморегулиращи се процеси, в които участват всички компоненти на екосистемите. Тези процеси са безотпадни. В природата няма нищо безполезно или вредно; дори вулканичните изригвания носят ползи, тъй като необходимите елементи, например азот и сяра, се отделят във въздуха с вулканични газове.

Има два основни цикъла: голям (геоложки) и малък (биотичен).

Страхотен гир, което продължава в продължение на милиони години, се крие във факта, че скалите са обект на унищожаване и продуктите от изветрянето (включително водоразтворими хранителни вещества) се пренасят от водните потоци в Световния океан, където образуват морски слоеве и само частично се връщат на сушата с валежи. Геотектонските промени, процесите на потъване на континента и издигане на морското дъно, движението на моретата и океаните за дълъг период от време водят до факта, че тези слоеве се връщат на сушата и процесът започва отново.

Малък кръговрат, като част от по-голяма, възниква на ниво екосистема и се състои в това, че хранителните вещества, водата и въглеродът се натрупват в веществото на растенията, изразходват се за изграждане на тялото и за жизнените процеси както на самите растения, така и на други организми (обикновено животни), които ги ядат. Продуктите на разпадане на органичната материя под въздействието на разложители и микроорганизми (бактерии, гъбички, червеи) отново се разлагат на минерални компоненти, които са достъпни за растенията и се увличат от тях в потока на материята.

По този начин циркулацията на химикали от неорганичната среда през растителни и животински организми обратно в неорганичната среда с помощта на слънчева енергия и енергията на химичните реакции се нарича биогеохимичен цикъл. В такива цикли участват почти всички химични елементи и най-вече тези, които участват в изграждането на живата клетка.

Цикъл на кислорода в природата.

Кислородът е най-разпространеният елемент на Земята. Морската вода съдържа 88,8% кислород, атмосферният въздух съдържа 23,15% тегловни или 20,95% обемни, а земната кора съдържа 47,4% тегловни.

Посочената концентрация на кислород в атмосферата се поддържа постоянна благодарение на процеса фотосинтеза (фиг. 1). В този процес зелените растения, когато са изложени на слънчева светлина, превръщат въглеродния диоксид и водата във въглехидрати и кислород:

6CO 2 + 6H 2 O + светлинна енергия = C 6 H 12 O 6 + 6O 2

По-горе е обобщеното уравнение за фотосинтезата; всъщност кислородът се освобождава в атмосферата на първия си етап - по време на процеса на фотолиза на водата.

Наред с това, мощен източник на кислород очевидно е фотохимичното разлагане на водните пари в горните слоеве на атмосферата под въздействието на ултравиолетовите лъчи на слънцето.

Кислородът е основният биогенен елемент, който влиза в състава на молекулите на всички най-важни вещества, които осигуряват структурата и функцията на клетките - протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, както и много нискомолекулни съединения. Всяко растение или животно съдържа много повече кислород от всеки друг елемент (средно около 70%). Човешката мускулна тъкан съдържа 16% кислород, костната тъкан - 28,5%; Общо тялото на средностатистически човек (телесно тегло 70 kg) съдържа 43 kg кислород. Кислородът постъпва в организма на животните и човека главно през дихателните органи (свободен кислород) и с вода (свързан кислород). Нуждата на организма от кислород се определя от нивото (интензивността) на метаболизма, което зависи от масата и повърхността на тялото, възрастта, пола, естеството на храненето, външните условия и др. В екологията съотношението на общото дишане (това е общите окислителни процеси) на дадено съобщество се определя като важна енергийна характеристика на организмите спрямо неговата обща биомаса.

В естествения живот кислородът е от изключително значение. Кислородът и неговите съединения са незаменими за поддържане на живота. Те играят жизненоважна роля в метаболитните процеси и дишането. Повечето организми получават енергията, необходима за изпълнение на жизнените си функции, чрез окисляване на определени вещества с помощта на кислород. Загубата на кислород в атмосферата в резултат на процесите на дишане, гниене и горене се компенсира от кислорода, отделен по време на фотосинтезата.

Малко количество атмосферен кислород участва в цикъла на образуване и разрушаване на озона под силно ултравиолетово лъчение:

O 2 * + O 2 → O 3 + O

По-голямата част от кислорода, произведен през геоложките епохи, не остава в атмосферата, а се фиксира от литосферата под формата на карбонати, сулфати, железни оксиди и др.

Геохимичният цикъл на кислорода свързва газовата и течната обвивки със земната кора. Неговите основни точки: освобождаването на свободен кислород по време на фотосинтезата, окисляването на химичните елементи, навлизането на изключително окислени съединения в дълбоките зони на земната кора и частичното им намаляване, включително поради въглеродни съединения, отстраняване на въглероден оксид и вода до повърхността на земната кора и участието им в реакцията фотосинтеза. По-долу е представена диаграма на цикъла на кислорода в несвързана форма.

Освен описания по-горе кръговрат на кислорода в несвързан вид, този елемент завършва и най-важния цикъл, влизайки в състава на водата (фиг. 3). По време на цикъла водата се изпарява от повърхността на океана, водната пара се движи заедно с въздушните течения, кондензира и водата се връща под формата на валежи на повърхността на сушата и морето. Има голям воден цикъл, при който водата, която пада като валежи на сушата, се връща в моретата чрез повърхностен и подземен отток; и малкия воден цикъл, който отлага валежи на повърхността на океана.

От дадените примери за цикли и миграция на елемент става ясно, че глобалната система за циклична миграция на химичните елементи има висока способност за саморегулация, докато биосферата играе огромна роля в кръговрата на химичните елементи.

В същото време човешката стопанска дейност причинява деформация на естествените цикли на масов обмен и следователно промени в състава на околната среда. Тези промени се случват много по-бързо от процесите на генетична адаптация на организмите и видообразуване. Често икономическите действия са толкова зле обмислени или несъвършени, че създават остра опасност за околната среда. Изследването на процесите на масов пренос, които свързват всички земни черупки в едно цяло, трябва да помогне за създаването на система за мониторинг на екологичното и геохимичното състояние на околната среда и разработването на научно обоснована прогноза за екологичните последици от икономически действия и нови технологии.

3. Кръговрат на азота в природата. При гниене на органичните вещества значителна част от азота, който се съдържа в тях, се превръща в амоняк, който под въздействието на обитаващи почвата и трифициращи бактерии след това се окислява до азотна киселина. Последният, реагирайки с карбонати в почвата, например с калциев карбонат CaCO3, образува нитрати:

2HN03 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + COS + H0H

Част от азота винаги се освобождава по време на гниене в свободна форма в атмосферата. Свободен азот се отделя и при изгаряне на органични вещества, при изгаряне на дърва, въглища и торф. Освен това има бактерии, които при недостатъчен достъп на въздух могат да отнемат кислорода от нитратите, да ги унищожат и да освободят свободен азот. Дейността на тези детрифициращи бактерии води до факта, че част от азота от достъпната за зелените растения форма (нитрати) става недостъпна (свободен азот). По този начин не целият азот, който е бил част от мъртвите растения, се връща обратно в почвата; част от него постепенно се освобождава в свободна форма.

Непрекъснатата загуба на минерални азотни съединения отдавна трябваше да доведе до пълното спиране на живота на Земята, ако в природата не съществуваха процеси, които да компенсират загубата на азот. Такива процеси включват, на първо място, електрически разряди, възникващи в атмосферата, по време на които винаги се образува определено количество азотни оксиди; последните произвеждат азотна киселина с вода, която се превръща в нитрати в почвата. Друг източник на попълване на почвените азотни съединения е жизнената дейност на така наречените азотобактерии, които са способни да усвояват атмосферния азот. Част от тези бактерии се заселват по корените на растенията от семейство Бобови, като предизвикват образуването на характерни подутини – „нодули”, поради което се наричат ​​нодулни бактерии. Усвоявайки атмосферния азот, нодулните бактерии го преработват в азотни съединения, а растенията от своя страна го превръщат в протеини и други сложни вещества.

Така в природата има непрекъснат кръгов поток от азот. Всяка година обаче най-богатите на протеини части от растенията, като например зърното, се отстраняват от нивите заедно с реколтата. Поради това е необходимо да се добавят торове към почвата, за да се компенсира загубата на основни хранителни елементи за растенията.

Изучаването на храненето на растенията и увеличаването на продуктивността на последните чрез използване на торове е предмет на специален раздел на химията, наречен агрохимия. Голям принос за развитието на тази наука имат френският учен J. B. Boussingault (1802-1887), немският химик J. Liebig (1803-1873) и руският учен D. N. Pryanishnikov.

3. Воден цикъл.Водата е в постоянно движение. Изпарявайки се от повърхността на резервоари, почва, растения, водата се натрупва в атмосферата и рано или късно пада под формата на валежи, попълвайки резервите в океани, реки, езера и др. Така количеството на водата на Земята не се променя, тя само променя формите си - това е кръговратът на водата в природата. От всички валежи, които падат, 80% падат директно в океана. За нас най-голям интерес представляват останалите 20%, които попадат на сушата, тъй като повечето водни източници, използвани от хората, се попълват именно от този тип валежи. Казано по-просто, водата, която пада на сушата, има два пътя. Или, събирайки се в потоци, потоци и реки, се озовава в езера и резервоари - така наречените открити (или повърхностни) източници на водовземане. Или водата, просмуквайки се през почвата и подпочвените слоеве, попълва запасите от подземни води. Повърхностните и подземните води представляват двата основни източника на водоснабдяване. И двата водни ресурса са взаимосвързани и имат своите предимства и недостатъци като източник на питейна вода.

Водният цикъл е един от най-големите процеси на повърхността на земното кълбо. Той играе основна роля в свързването на геоложки и биотични цикли. В биосферата водата, преминавайки непрекъснато от едно състояние в друго, прави малки и големи цикли. Изпарение на вода от

океанска повърхност, кондензация на водни пари в атмосферата и валежи

образуват малък кръг на повърхността на океана. Ако водната пара се пренася от въздушни течения към сушата, цикълът става значително

по-трудно. В този случай част от валежите се изпаряват и се връщат обратно в атмосферата, другата захранва реки и резервоари, но в крайна сметка отново се връща в океана чрез речен и подземен отток, като по този начин завършва големия цикъл.

Важно свойство на водния цикъл е, че взаимодействайки с
литосферата, атмосферата и живата материя, свързва всички части на хидросферата: океан, реки, почвена влага, подземни води и атмосферна влага.

Водата е най-важният компонент на всички живи същества. Подземните води, прониквайки през растителната тъкан по време на процеса на транспирация, въвеждат минерални соли, необходими за живота на самите растения.

Най-бавната част от водния цикъл е дейността на полярните ледници, което отразява бавното движение и бързото топене на ледниковите маси. След атмосферната влага речните води се характеризират с най-голяма обменна активност, която се променя средно на всеки 11 дни. Изключително бързото възобновяване на основните източници на прясна вода и обезсоляването на водата в процеса на кръговрата са отражение на глобалния процес на водната динамика на земното кълбо.

· Цикъл на фосфора. · Човешката намеса в кръговрата на фосфора се свежда основно до два варианта: · - Добив на големи количества фосфатни руди за производство на минерални торове и детергенти · - Увеличаване на излишъка на фосфатни йони във водните екосистеми при замърсен отток от животновъдни ферми, отмити от полета фосфатни торове, както и пречистени и непречистени битови отпадъчни води.

* Кислородът е най-често срещаният елемент в земната кора;
дял (в различни съединения, главно силикати)
представлява около 47% от масата на твърдата кора. Морски и
сладките води съдържат огромни количества свързан кислород -
85,82% (тегловни). Повече от 1500 съединения на земната кора в него
съдържат кислород.
* В атмосферата съдържанието на свободен кислород е 20,95%
обем и 23,10% тегловни (около 1015 тона). Главна част
кислородът на Земята се освобождава от фитопланктона на Световния океан.
В същото време около 60% от кислорода, произведен от горите и зелените
растения, се изразходва за процесите на гниене и разлагане в
гори и растителни площи.
* Човешката дейност има много малък ефект върху количеството безплатно
кислород в атмосферата. При сегашните темпове на фотосинтеза
Ще са необходими около 2000 години, за да се възстанови целият кислород
атмосфера.
* Кислородът е част от много органични вещества и
присъства във всички живи клетки. По броя на атомите в живите клетки
тя е около 25%, по отношение на масовата част - около 65%.