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Der geologische Kreislauf (großer Stoffkreislauf in der Natur) ist der Stoffkreislauf, dessen treibende Kraft exogene und endogene geologische Prozesse sind.

Geologische Zirkulation - die Zirkulation von Stoffen, deren treibende Kraft exogene und endogene geologische Prozesse sind.

Die Grenzen des geologischen Kreislaufs sind viel breiter als die Grenzen der Biosphäre, seine Amplitude erfasst die Schichten der Erdkruste weit über die Biosphäre hinaus. Und vor allem spielen lebende Organismen in den Prozessen dieses Kreislaufs eine untergeordnete Rolle.

Auf diese Weise, geologischer Kreislauf Stoffen erfolgt ohne Beteiligung lebender Organismen und verteilt Materie zwischen der Biosphäre und den tieferen Schichten der Erde um.

Die wichtigste Rolle im großen Kreislauf des geologischen Kreislaufs spielen kleine Stoffkreisläufe, sowohl biosphärisch als auch technosphärisch, in denen der Stoff einmal für längere Zeit vom großen geochemischen Strom abgeschaltet ist, sich in endlosen Synthese- und Transformationszyklen umwandelt Zersetzung.

Die wichtigste Rolle im großen Kreislauf der geologischen Zirkulation spielen kleine Stoffkreisläufe, sowohl biosphärisch als auch technosphärisch, in denen sich die Substanz, sobald sie für lange Zeit vom großen geochemischen Fluss abgeschaltet ist, in endlosen Synthese- und Transformationszyklen umwandelt Zersetzung.

Dieser Kohlenstoff nimmt am langsamen geologischen Kreislauf teil.

Es ist dieser Kohlenstoff, der am langsamen geologischen Kreislauf teilnimmt. Das Leben auf der Erde und der Gashaushalt der Atmosphäre werden durch die relativ geringen Mengen an Kohlenstoff unterstützt, die in pflanzlichen (5 10 t) und tierischen (5 109 t) Geweben enthalten sind, die am kleinen (biogenen) Kreislauf teilnehmen. Derzeit schließt der Mensch jedoch intensiv den Stoffkreislauf, einschließlich des Kohlenstoffs. So wird geschätzt, dass die Gesamtbiomasse aller Haustiere bereits die Biomasse aller wilden Landtiere übersteigt. Die Anbauflächen nähern sich den Flächen natürlicher Biogeozänosen an, und viele Kulturökosysteme sind in ihrer vom Menschen kontinuierlich gesteigerten Produktivität den natürlichen deutlich überlegen.

Am ehrgeizigsten in Zeit und Raum ist der sogenannte geologische Kreislauf der Materie.

Es gibt 2 Arten von Stoffkreisläufen in der Natur: ein großer oder geologischer Stoffkreislauf zwischen Land und Ozean; klein oder biologisch - zwischen Erde und Pflanzen.

Das Wasser, das die Pflanze dem Boden im Dampfzustand entzieht, gelangt in die Atmosphäre, kühlt ab, kondensiert und kehrt in Form von Niederschlag wieder in den Boden oder ins Meer zurück. Der geologische Wasserkreislauf sorgt für mechanische Umverteilung, Sedimentation, Ansammlung fester Sedimente an Land und am Grund von Gewässern sowie bei der mechanischen Zerstörung von Böden und Felsen. Jedoch chemische Funktion Wasser erfolgt unter Beteiligung von lebenden Organismen oder deren Stoffwechselprodukten. Natürliche Gewässer sind wie Böden eine komplexe bioinerte Substanz.

Die geochemische Aktivität des Menschen wird im Maßstab mit biologischen und geologischen Prozessen vergleichbar. Im geologischen Zyklus nimmt die Verbindung der Denudation stark zu.

Der Faktor, der den Hauptabdruck hinterlässt allgemeinen Charakter und biologisch. Gleichzeitig ist der geologische Wasserkreislauf ständig bestrebt, all diese Elemente aus den trockenen Landschichten in das Ozeanbecken zu spülen. Daher erfordert die Erhaltung pflanzlicher Nahrungsbestandteile im Land deren Umwandlung in eine absolut wasserunlösliche Form. Diesen Anspruch erfüllt ein lebendiges Bio.

Alle Substanzen auf dem Planeten befinden sich im Kreislauf. Sonnenenergie verursacht auf der Erde zwei Stoffkreisläufe: groß (geologisch, biosphärisch) und klein (biologisch).

Der große Stoffkreislauf in der Biosphäre zeichnet sich durch zwei wichtige Punkte aus: Er vollzieht sich im gesamten geologische Entwicklung Erde und ist ein moderner planetarischer Prozess, der eine führende Rolle einnimmt weitere Entwicklung Biosphäre.

Der geologische Zyklus ist mit der Bildung und Zerstörung von Gesteinen und der anschließenden Bewegung von Zerstörungsprodukten - Schuttmaterial und chemischen Elementen - verbunden. Eine wesentliche Rolle bei diesen Prozessen spielten und spielen die thermischen Eigenschaften der Land- und Wasseroberfläche: Absorption und Reflexion Sonnenstrahlen, Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität. Instabiles hydrothermales Regime der Erdoberfläche, zusammen mit Planetensystem Die atmosphärische Zirkulation bestimmte die geologische Zirkulation von Stoffen, die in der Anfangsphase der Erdentwicklung zusammen mit endogenen Prozessen mit der Bildung von Kontinenten, Ozeanen und modernen Geosphären verbunden war. Mit der Bildung der Biosphäre wurden die Produkte der Lebenstätigkeit der Organismen in den großen Kreislauf aufgenommen. Der geologische Kreislauf versorgt lebende Organismen mit Nährstoffen und bestimmt maßgeblich ihre Existenzbedingungen.

Hauptsächlich chemische Elemente Lithosphären: Sauerstoff, Silizium, Aluminium, Eisen, Magnesium, Natrium, Kalium und andere - nehmen an einer großen Zirkulation teil, die von den tiefen Teilen des oberen Mantels bis zur Oberfläche der Lithosphäre reicht. Bei der Kristallisation bildete sich Eruptivgestein

Magma, das aus den Tiefen der Erde in die Oberfläche der Lithosphäre gelangt ist, wird in der Biosphäre zersetzt und verwittert. Verwitterungsprodukte gehen in einen beweglichen Zustand über, werden von Wasser und Wind zu Orten mit niedrigem Relief getragen, fallen in Flüsse, den Ozean und bilden dicke Schichten von Sedimentgestein, die im Laufe der Zeit in Gebieten mit in die Tiefe absinken erhöhte Temperatur und Druck, einer Metamorphose unterliegen, d.h. "umschmelzen". Bei dieser Umschmelzung entsteht ein neues metamorphes Gestein, das in die oberen Horizonte der Erdkruste eindringt und wieder in den Stoffkreislauf eintritt. (Abb. 32).

Reis. 32. Geologische (große) Stoffkreisläufe

Leicht bewegliche Stoffe - Gase u natürliche Gewässer die die Atmosphäre und Hydrosphäre des Planeten bilden. Das Material der Lithosphäre kreist viel langsamer. Im Allgemeinen ist jeder Kreislauf eines chemischen Elements Teil des allgemeinen großen Kreislaufs von Substanzen auf der Erde, und alle sind eng miteinander verbunden. Lebende Materie Die Biosphäre leistet in diesem Kreislauf hervorragende Arbeit bei der Umverteilung chemischer Elemente, die ständig in der Biosphäre zirkulieren und von der äußeren Umgebung in die Organismen und wieder in die äußere Umgebung gelangen.

Kleiner oder biologischer Stoffkreislauf- Das

Stoffkreisläufe zwischen Pflanzen, Tieren, Pilzen, Mikroorganismen und Boden. Die Essenz des biologischen Kreislaufs ist der Fluss zweier entgegengesetzter, aber miteinander verbundener Prozesse - der Entstehung organischer Substanzen und ihrer Zerstörung. Die Anfangsphase der Entstehung organischer Substanzen beruht auf der Photosynthese grüner Pflanzen, also der Bildung lebender Materie aus Kohlendioxid, Wasser und einfachen mineralischen Verbindungen unter Nutzung von Sonnenenergie. Pflanzen (Produzenten) extrahieren Moleküle von Schwefel, Phosphor, Kalzium, Kalium, Magnesium, Mangan, Silizium, Aluminium, Zink, Kupfer und anderen Elementen aus dem Boden in einer Lösung. Pflanzenfressende Tiere (Verzehrer erster Ordnung) nehmen Verbindungen dieser Elemente bereits in Form von Nahrung auf pflanzlichen Ursprungs. Raubtiere (Verzehrer zweiter Ordnung) ernähren sich von pflanzenfressenden Tieren und verbrauchen mehr als komplexe Zusammensetzung, einschließlich Proteine, Fette, Aminosäuren und andere Substanzen. Bei der Zerstörung organischer Substanzen aus abgestorbenen Pflanzen und tierischen Überresten durch Mikroorganismen (Zersetzer) gelangen einfache mineralische Verbindungen in den Boden und in die aquatische Umwelt, die von den Pflanzen aufgenommen werden können, und die nächste Runde des biologischen Kreislaufs beginnt. (Abb. 33).

Zu endogen Prozesse sind: Magmatismus, Metamorphose (Einwirkung hoher Temperaturen und Druck), Vulkanismus, Bewegung der Erdkruste (Erdbeben, Gebirgsbildung).

Zu exogen- Verwitterung, die Aktivität atmosphärischer und oberirdischer Gewässer der Meere, Ozeane, Tiere, Pflanzenorganismen und insbesondere des Menschen - Technogenese.

Zusammenspiel von internen u externe Prozesse Formen großen geologischen Kreislauf der Materie.

Bei endogenen Prozessen entstehen Gebirgssysteme, Hochland, ozeanische Vertiefungen, bei exogenen Prozessen werden magmatische Gesteine ​​​​zerstört, die Zerstörungsprodukte gelangen in Flüsse, Meere, Ozeane und es bilden sich Sedimentgesteine. Durch die Bewegung der Erdkruste sinken Sedimentgesteine ​​in tiefe Schichten ab, durchlaufen Metamorphoseprozesse (Einwirkung hoher Temperaturen und Drücke) und es bilden sich metamorphe Gesteine. In tieferen Schichten werden sie zu geschmolzenem ...
Zustand (Magmatisierung). Dann dringen sie infolge vulkanischer Prozesse in Form von Eruptivgestein in die oberen Schichten der Lithosphäre auf ihrer Oberfläche ein. So entstehen bodenbildende Gesteine ​​und verschiedene Formen Erleichterung.

Felsen, aus denen der Boden gebildet wird, werden bodenbildend oder Mutter genannt. Entsprechend den Entstehungsbedingungen werden sie in drei Gruppen eingeteilt: magmatisch, metamorph und sedimentär.

Magmatische Gesteine bestehen aus Verbindungen von Silizium, Al, Fe, Mg, Ca, K, Na. Je nach Verhältnis dieser Verbindungen werden saure und basische Gesteine ​​unterschieden.

Säuren (Granit, Liparit, Pegmatit) haben einen hohen Gehalt an Kieselsäure (mehr als 63 %), Kalium- und Natriumoxiden (7-8 %), Calcium- und Mg-Oxiden (2-3 %). Sie sind hell und braun gefärbt. Die aus solchen Gesteinen gebildeten Böden haben eine lockere Struktur, einen hohen Säuregehalt und sind unfruchtbar.

Die wichtigsten Eruptivgesteine ​​(Basalte, Dunite, Periodite) zeichnen sich durch einen geringen Gehalt an SiO 2 (40-60%), einen erhöhten Gehalt an CaO und MgO (bis 20%), Eisenoxide (10-20%), Na 2 O und K 2 O weniger weniger als 30 %.

Die auf den Verwitterungsprodukten der Hauptgesteine ​​entstandenen Böden haben eine alkalische und neutrale Reaktion, viel Humus und eine hohe Fruchtbarkeit.

Eruptivgesteine ​​machen 95 % der gesamten Gesteinsmasse aus, nehmen aber als bodenbildende Gesteine ​​kleine Flächen (im Gebirge) ein.

Metaphorische Felsen, entstehen durch Rekristallisation von Eruptiv- und Sedimentgesteinen. Dies sind Marmor, Gneis, Quarz. Besetzen Sie eine kleine spezifisches Gewicht als bodenbildende Gesteine.

Sedimentgestein. Ihre Entstehung beruht auf Verwitterungsprozessen von magmatischen und metamorphen Gesteinen, der Übertragung von Verwitterungsprodukten durch Wasser-, Gletscher- und Luftströmungen und der Ablagerung auf der Landoberfläche, auf dem Grund von Ozeanen, Meeren, Seen, in Überschwemmungsgebieten von Flüssen.

Sedimentgesteine ​​werden nach ihrer Zusammensetzung in klastische, chemogene und biogene Gesteine ​​unterteilt.

klastische Ablagerungen unterscheiden sich in der Größe von Schutt und Partikeln: Das sind Geröll, Steine, Kies, Schotter, Sand, Lehm und Ton.

Chemogene Ablagerungen bildet sich als Folge der Ausfällung von Salzen aus wässrige Lösungen in Meeresbuchten, Seen in heißem Klima oder als Folge chemischer Reaktionen.

Dazu gehören Halogenide (Stein- und Kalisalz), Sulfate (Gips, Anhydrid), Carbonate (Kalkstein, Mergel, Dolomit), Silikate, Phosphate. Viele von ihnen sind Rohstoffe für die Herstellung von Zement, chemischen Düngemitteln und werden als landwirtschaftliche Erze verwendet.

Biogene Ablagerungen entstanden aus Ansammlungen von Pflanzen- und Tierresten. Diese sind: karbonatische (biogene Kalksteine ​​und Kreide), kieselhaltige (Dolomit) und kohlige Gesteine ​​(Kohle, Torf, Sapropel, Öl, Gas).

Die wichtigsten genetischen Typen von Sedimentgesteinen sind:

1. Eluviale Ablagerungen- Verwitterungsprodukte von Gesteinen, die auf der Schicht ihrer Entstehung verbleiben. Das Eluvium befindet sich an den Spitzen der Wassereinzugsgebiete, wo die Auswaschung schwach ausgeprägt ist.

2. deluviale Ablagerungen- Erosionsprodukte, die durch vorübergehende Regen- und Schmelzwasserströme im unteren Teil der Hänge abgelagert wurden.

3. proluviale Ablagerungen- entstanden durch die Übertragung und Ablagerung von Verwitterungsprodukten durch temporäre Gebirgsflüsse und Überschwemmungen am Fuße der Hänge.

4. Alluviale Ablagerungen- entstehen durch die Ablagerung von Verwitterungsprodukten durch mit Oberflächenabfluss eintretendes Flusswasser.

5. Seeablagerungen– Bodensedimente von Seen. Schlicke mit einem hohen Gehalt an organischer Substanz (15-20%) werden als Sapropel bezeichnet.

6. Meeressedimente- Bodensedimente der Meere. Beim Rückzug (Transgression) der Meere bleiben sie als bodenbildende Gesteine ​​zurück.

7. Glaziale (glaziale) oder Moränenablagerungen- Verwitterungsprodukte verschiedener Gesteine, die vom Gletscher verschoben und abgelagert wurden. Dies ist ein unsortiertes grobkörniges rotbraunes oder graues Material mit Einschlüssen von Steinen, Geröll und Kieselsteinen.

8. Fluvioglaziale (Wasser-Gletscher-) Ablagerungen temporäre Bäche und geschlossene Stauseen, die während des Abschmelzens des Gletschers entstanden sind.

9. Tone abdecken gehören zu extraglazialen Ablagerungen und gelten als Ablagerungen von flachwassernahen glazialen Schmelzwasserfluten. Sie überlappen den Krapp von oben mit einer Schicht von 3-5 m. Sie sind gelbbraun gefärbt, gut sortiert, enthalten keine Steine ​​und Geröll. Böden auf Decklehmen sind fruchtbarer als auf Krapp.

10. Lösse und lössähnliche Lehme zeichnen sich durch eine blassgelbe Farbe, einen hohen Gehalt an Schluff und Schlufffraktionen, eine lockere Struktur, eine hohe Porosität und einen hohen Gehalt an Calciumcarbonaten aus. Auf ihnen bildeten sich fruchtbarer Grauwald, Kastanienböden, Schwarzerden und Grauböden.

11. Äolische Ablagerungen durch Windeinwirkung entstanden. Die zerstörerische Aktivität des Windes setzt sich aus Korrosion (Honen, Schleifen von Steinen) und Deflation (Blasen und Transport durch Wind) zusammen kleine Partikel Böden). Beide Prozesse zusammen bilden Winderosion.

Grundlegende Schemata, Formeln etc. zur Veranschaulichung des Inhalts: Präsentation mit Fotografien von Verwitterungsarten.

Fragen zur Selbstkontrolle:

1. Was ist Verwitterung?

2. Was ist Magmatisierung?

3. Was ist der Unterschied zwischen physikalischer und chemischer Verwitterung?

4. Was ist der geologische Kreislauf der Materie?

5. Beschreiben Sie den Aufbau der Erde?

6. Was ist Magma?

7. Aus welchen Schichten besteht der Erdkern?

8. Was sind Rassen?

9. Wie werden Rassen klassifiziert?

10. Was ist Löss?

11. Was ist eine Fraktion?

12. Welche Eigenschaften werden als organoleptisch bezeichnet?

Hauptsächlich:

1. Dobrovolsky V.V. Geographie der Böden mit Grundlagen der Bodenkunde: Lehrbuch für Gymnasien. - M.: Humanit. ed. Zentrum VLADOS, 1999.-384 p.

2. Bodenkunde / Ed. IST. Kaurichev. M. Agropromiadad ed. 4. 1989.

3. Bodenkunde / Ed. V.A. Kovdy, B.G. Rozanov in 2 Teilen M. Higher School 1988.

4. Glazovskaya M.A., Gennadiev A.I. Geographie der Böden mit Grundlagen der Bodenkunde, Staatliche Universität Moskau. 1995

5. Rode A. A., Smirnov V. N. Bodenkunde. M. Höhere Schule, 1972

Zusätzlich:

1. Glasowskaja M.A. Allgemeine Bodenkunde und Bodengeographie. M. Gymnasium 1981

2. Kovda V.A. Grundzüge der Bodenlehre. M. Wissenschaft 1973

3. Liverowski A.S. Böden der UdSSR. M. dachte 1974

4. Rosanov B. G. Bodendecker der Globus. M. Hrsg. W. 1977

5. Aleksandrova L. N., Naydenova O. A. Labor und praktische Übungen in Bodenkunde. L. Agropromisdat. 1985

Biologischer (kleiner) Kreislauf – die Zirkulation von Stoffen zwischen Pflanzen, Wildtieren, Mikroorganismen und Boden. Seine Grundlage ist die Photosynthese, also die Umwandlung der Strahlungsenergie der Sonne in Energie durch grüne Pflanzen und spezielle Mikroorganismen chemische Bindungen organische Substanzen. Die Photosynthese verursachte das Auftreten von Sauerstoff auf der Erde mit Hilfe von grünen Organismen, der Ozonschicht und den Bedingungen für biologische Evolution.[ ...]

Dem kleinen biologischen Stoffkreislauf kommt bei der Bodenbildung eine besondere Bedeutung zu, da dem Bodenbildungsprozess das Zusammenspiel von biologischen und geologischen Kreisläufen zugrunde liegt.[ ...]

Der Stickstoffkreislauf ist derzeit ausgesetzt starker Einfluss von der Seite des Menschen. Einerseits führt die Massenproduktion von Stickstoffdüngern und deren Einsatz zu einer übermäßigen Anreicherung von Nitraten. Stickstoff, der den Feldern in Form von Düngemitteln zugeführt wird, geht durch Ernteverfremdung, Auswaschung und Denitrifikation verloren. Wenn andererseits die Umwandlungsrate von Ammoniak in Nitrate abnimmt, reichern sich Ammoniumdünger im Boden an. Es ist möglich, die Aktivität von Mikroorganismen infolge einer Bodenkontamination mit Industrieabfällen zu unterdrücken. Alle diese Prozesse sind jedoch eher lokaler Natur. Viel wichtiger ist die Freisetzung von Stickoxiden in die Atmosphäre, wenn Kraftstoff in Wärmekraftwerken und im Verkehr verbrannt wird. In Industrieabgasen „fixierter“ Stickstoff ist im Gegensatz zu biologisch gebundenem Stickstoff giftig. natürliche Prozesse Stickoxide treten in der Atmosphäre in geringen Mengen auf Zwischenprodukte, aber in Städten und Industriegebieten werden ihre Konzentrationen gefährlich. Sie reizen die Atmungsorgane, und unter dem Einfluss ultravioletter Strahlung kommt es zu Reaktionen zwischen Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen unter Bildung hochgiftiger und krebserregender Verbindungen.[ ...]

Kreisläufe als Bewegungsform der Materie sind dem Biostrom ebenfalls inhärent, erhalten hier aber eigene Charakteristika. Der horizontale Zyklus wird durch einen Dreiklang dargestellt: Geburt - Reproduktion - Tod (Zersetzung); vertikal - der Prozess der Photosynthese. Beide finden in der Formulierung von A. I. Perelman (1975) ihre Einheit in einem kleinen biologischen Kreislauf: „... chemische Elemente in der Landschaft machen Kreisläufe, während denen sie wiederholt in lebende Organismen eintreten („organisieren“) und sie verlassen ( „mineralisiert“)“2.[ ...]

Der biologische (biotische) Kreislauf ist ein Phänomen der kontinuierlichen, zyklischen, regelmäßigen, aber zeitlich und räumlich ungleichmäßigen Umverteilung von Materie, Energie1 und darin enthaltenen Informationen ökologische Systeme verschiedenen hierarchischen Organisationsebenen - von der Biogeozänose bis zur Biosphäre. Die Zirkulation von Stoffen im Maßstab der gesamten Biosphäre wird als großer Kreislauf (Abb. 6.2) und innerhalb einer bestimmten Biogeozänose als kleiner Kreislauf des biotischen Austauschs bezeichnet.[ ...]

Jeder biologische Kreislauf ist gekennzeichnet durch die wiederholte Aufnahme von Atomen chemischer Elemente in die Körper lebender Organismen und deren Freisetzung in die Umwelt, von wo aus sie wieder von Pflanzen eingefangen und in den Kreislauf einbezogen werden. Ein kleiner biologischer Kreislauf ist gekennzeichnet durch Kapazität - die Anzahl der chemischen Elemente, die gleichzeitig in der Zusammensetzung lebender Materie in einem bestimmten Ökosystem enthalten sind, und Geschwindigkeit - die Menge an lebender Materie, die pro Zeiteinheit gebildet und abgebaut wird.[ ...]

Der kleine biologische Stoffkreislauf basiert auf den Prozessen der Synthese und Zerstörung organischer Verbindungen unter Beteiligung lebender Materie. Im Gegensatz zu einem großen zeichnet sich ein kleiner Kreislauf durch eine unbedeutende Energiemenge aus.[ ...]

Im Gegenteil, der biologische Kreislauf der Materie findet innerhalb der Grenzen der bewohnten Biosphäre statt und verkörpert Einzigartige Eigenschaften lebende Materie des Planeten. Die Zugehörigkeit zu einem großen, kleinen Kreislauf vollzieht sich auf der Ebene der Biogeozänose, darin besteht die Tatsache, dass Nährstoffe Böden, Wasser, Kohlenstoff reichern sich in der Substanz von Pflanzen an, werden für den Aufbau des Körpers und der Lebensprozesse sowohl von sich selbst als auch von Organismen - Verbrauchern - verwendet. Die Abbauprodukte organischer Substanz durch Bodenmikroflora und Mesofauna (Bakterien, Pilze, Weichtiere, Würmer, Insekten, Protozoen etc.) werden wieder in mineralische Bestandteile zerlegt, stehen den Pflanzen wieder zur Verfügung und werden daher von ihnen wieder in den Stofffluss einbezogen. [ ...]

Der beschriebene, durch Sonnenenergie unterstützte Stoffkreislauf auf der Erde – der Stoffkreislauf zwischen Pflanzen, Mikroorganismen, Tieren und anderen Lebewesen – wird als biologischer Stoffkreislauf oder kleiner Kreislauf bezeichnet. Die Zeit des vollständigen Stoffwechsels eines Stoffes in einem kleinen Kreislauf hängt von der Masse dieses Stoffes und der Intensität der Prozesse seiner Bewegung durch den Kreislauf ab und wird auf mehrere hundert Jahre geschätzt.[ ...]

Es gibt große und kleine - (biologische) Stoffkreisläufe in der Natur, den Wasserkreislauf.[ ...]

Trotz der relativ geringen Dicke der Wasserdampfschicht in der Atmosphäre (0,03 m) spielt die Luftfeuchtigkeit die Hauptrolle in der Wasserzirkulation und ihrem biogeochemischen Kreislauf. Im Allgemeinen gibt es für den gesamten Globus eine Quelle des Wasserzuflusses - Niederschlag - und eine Quelle des Flusses - Verdunstung, was 1030 mm pro Jahr beträgt. Im Leben der Pflanzen spielt Wasser eine große Rolle bei der Durchführung der Prozesse der Photosynthese (das wichtigste Glied im biologischen Kreislauf) und der Transpiration. Die Evapotranspiration oder die durch Gehölz- oder Krautvegetation verdunstete Wassermasse, die Bodenoberfläche, spielt eine wichtige Rolle im Wasserkreislauf auf den Kontinenten. Grundwasser, das beim Transpirationsprozess durch Pflanzengewebe dringt, bringt Mineralsalze notwendig für das Leben der Pflanzen selbst.[ ...]

Auf der Grundlage eines großen geologischen Kreislaufs entstand ein Kreislauf organischer Substanzen - ein kleiner, der auf den Prozessen der Synthese und Zerstörung organischer Verbindungen basiert. Diese beiden Prozesse sorgen für Leben auf der Erde. Die Energie des biologischen Kreislaufs beträgt nur 1% der eingefangenen Erde Solarenergie, aber sie ist es, die die enorme Arbeit leistet, lebende Materie zu erschaffen.[ ...]

Solarenergie sorgt auf der Erde für zwei Stoffkreisläufe: geologische, oder große, und kleine, biologische (biotische).[ ...]

Die Destabilisierung des Nitrifikationsprozesses stört den Eintrag von Nitraten in den biologischen Kreislauf, dessen Menge die Reaktion auf eine Veränderung des Lebensraums im Komplex der Denitrifikanten vorbestimmt. Enzymatische Systeme von Denitrifizierern reduzieren die Rate der vollständigen Rückgewinnung, wobei in der Endstufe weniger Distickstoffoxid involviert ist, dessen Implementierung erhebliche Energiekosten erfordert. Als Ergebnis erreichte der Gehalt an Lachgas in der oberirdischen Atmosphäre erodierter Ökosysteme 79 - 83 % (Kosinova et al., 1993). Die Entfremdung einiger organischer Stoffe von Schwarzerden unter dem Einfluss der Erosion spiegelt sich in der Auffüllung des Stickstofffonds während der photo- und heterotrophen Stickstofffixierung wider: aerob und anaerob. Frühstadien der Erosion schnell gerade die anaerobe Stickstofffixierung wird durch die Parameter des labilen Teils der organischen Substanz unterdrückt (Khaziev und Bagautdinov, 1987). Die Aktivität der Enzyme Invertase und Katalase in stark erodierten Schwarzerden nahm im Vergleich zu nicht erodierten Schwarzerden um mehr als 50 % ab. In grauen Waldböden nimmt die Invertaseaktivität mit zunehmender Auswaschung am stärksten ab. Wenn in leicht erodierten Böden eine allmähliche Abschwächung der Aktivität mit der Tiefe auftritt, dann ist in stark erodierten Böden die Invertaseaktivität sehr gering oder nicht bereits in der unterirdischen Schicht nachweisbar. Letzteres ist mit der Entstehung von Illuvialhorizonten mit extrem geringer Enzymaktivität an der Tagesoberfläche verbunden. Entsprechend der Aktivität von Phosphatase und insbesondere Katalase wurde keine eindeutige Abhängigkeit vom Grad der Bodenerosion beobachtet (Lichko, 1998).[ ...]

Landschaftsgeochemie enthüllt die verborgene, tiefgründigste Seite der kleinen geografischen Zirkulation von Materie und Energie. Das Konzept einer kleinen geografischen Verbreitung ist noch nicht ausreichend entwickelt Physische Geographie. BEIM Gesamtansicht er lässt sich als vielsträngiger nicht ganz geschlossener Kreislauf darstellen, bestehend aus ein- und ausgestrahlter Wärme, dem biologischen Kreislauf chemischer Elemente, einem kleinen Wasserkreislauf (Niederschlag – Verdunstung, boden- und unterirdischer Ab- und Zufluss), Äolische Wanderung – Mitbringen Ein- und Ausschleusen - Mineralstoffe. [...]

Die Schwächung des Sodenprozesses der Bodenbildung ist auf die geringe Intensität des biologischen Kreislaufs und die geringe Produktivität der Vegetation zurückzuführen. Jährliche Einstreu mit einer Gesamtbiomasse von etwa Yut/ha übersteigt 0,4-0,5 t/ha nicht. Der Großteil der Einstreu besteht aus Wurzelresten. Am biologischen Kreislauf sind etwa 70 kg/ha Stickstoff und 300 kg/ha Ascheelemente beteiligt.[ ...]

Tropische Regenwälder sind ziemlich alte Klimax-Ökosysteme, in denen der Nährstoffkreislauf perfektioniert wurde - sie sind wenig verloren und treten sofort in den biologischen Kreislauf ein, der von wechselseitigen Organismen und flachen, hauptsächlich luftig, mit kräftiger Mykorrhiza, Baumwurzeln. Dem ist es zu verdanken, dass Wälder auf knappen Böden so üppig wachsen.[ ...]

Die Bildung der chemischen Zusammensetzung des Bodens erfolgt unter dem Einfluss eines großen geologischen und kleinen biologischen Stoffkreislaufs in der Natur. Am leichtesten aus dem Boden zu entfernen sind Elemente wie Chlor, Brom, Jod, Schwefel, Calcium, Magnesium, Natrium.[ ...]

Aufgrund der höchsten Aktivität biogeochemischer Prozesse und der kolossalen Volumina und Größenordnungen des Stoffumsatzes befinden sich biologisch bedeutsame chemische Elemente in ständiger zyklischer Bewegung. Wenn wir nach einigen Schätzungen davon ausgehen, dass die Biosphäre seit mindestens 3,5 bis 4 Milliarden Jahren existiert, hat das gesamte Wasser des Weltozeans den biogeochemischen Kreislauf mindestens 300 Mal durchlaufen und der freie Sauerstoff der Atmosphäre - at mindestens 1 Million mal. Der Kohlenstoffkreislauf vollzieht sich in 8 Jahren, Stickstoff in 110 Jahren, Sauerstoff in 2500 Jahren. Die Hauptmasse des Kohlenstoffs, der in den Karbonatablagerungen des Meeresbodens (1,3 x 1016 t), anderen kristallinen Gesteinen (1 x 1016 t), Kohle und Öl (0,34 x 1016 t) konzentriert ist, nimmt an einem großen Kreislauf teil. In pflanzlichem (5 x 10 mt) und tierischem Gewebe (5 x 109 mt) enthaltener Kohlenstoff ist an einem kleinen Kreislauf (biogeochemischer Kreislauf) beteiligt.[ ...]

An Land kommt es jedoch zusätzlich zu den aus dem Ozean eingebrachten Niederschlägen entlang des Wasserkreislaufs, der an Land geschlossen ist, zu Verdunstung und Niederschlag. Wenn es die Biota der Kontinente nicht gäbe, wären diese zusätzlichen Landniederschläge viel geringer als die aus dem Ozean gebrachten Niederschläge. Nur die Bildung von Vegetationsdecke und Boden führt zu einer großen Verdunstung von der Landoberfläche. Mit der Bildung der Vegetationsdecke sammelt sich Wasser im Boden, in den Pflanzen und im kontinentalen Teil der Atmosphäre an, was zu einer Erhöhung des geschlossenen Kreislaufs an Land führt. Derzeit ist der Niederschlag an Land im Durchschnitt dreimal höher als der Flussabfluss. Folglich wird nur ein Drittel des Niederschlags aus dem Meer gebracht und mehr als zwei Drittel werden durch den geschlossenen Wasserkreislauf an Land bereitgestellt. So wird Wasser an Land biologisch akkumulierbar, Hauptteil Wasserregime Land wird von Biota gebildet und kann biologisch reguliert werden.[ ...]

Es ist bequem, einige der Hauptmerkmale der Manifestation der ersten und zweiten Kräfte zu identifizieren, basierend auf der Idee der Wirkung von Materiekreisläufen auf der Erde: groß - geologisch (Geokreis) und klein - biologisch (Biokreis aus). [ ...]

Die Pflanzengemeinschaften der südlichen Taiga sind widerstandsfähiger gegen chemische Verschmutzung als die der nördlichen Taiga. Die geringe Stabilität der nördlichen Taiga-Zenosen ist auf ihre geringe Artenvielfalt und einfachere Struktur, das Vorhandensein von Arten zurückzuführen, die empfindlich auf chemische Verschmutzung reagieren (Moose und Flechten), eine geringe Produktivität und Kapazität des biologischen Kreislaufs und eine geringere Erholungsfähigkeit.[ . ..]

Jedes Ökosystem, unabhängig von seiner Größe, umfasst jedoch einen lebenden Teil (Biozönose) und seine physische, dh unbelebte Umgebung. Gleichzeitig sind kleine Ökosysteme Teil immer größerer bis hin zum globalen Ökosystem Erde. Ebenso besteht auch der allgemeine biologische Stoffkreislauf auf dem Planeten aus dem Zusammenspiel vieler kleinerer, privater Kreisläufe.[ ...]

Der Boden ist ein integraler Bestandteil terrestrischer Biogeozänosen. Es vollzieht die Konjugation (Wechselwirkung) großer geologischer und kleiner biologischer Stoffkreisläufe. Der Boden ist ein einzigartiges gGo der Komplexität der Materialzusammensetzung natürliche Entstehung. Die Bodensubstanz wird durch vier repräsentiert körperliche Phasen: fest (mineralische und organische Partikel), flüssig (Bodenlösung), gasförmig (Bodenluft) und lebend (Organismen). Böden zeichnen sich durch eine komplexe räumliche Organisation und Ausdifferenzierung von Merkmalen, Eigenschaften und Prozessen aus.[ ...]

Nach der ersten Folgerung können wir nur mit einer abfallarmen Produktion rechnen. Daher sollte die erste Stufe bei der Entwicklung von Technologien ihre geringe Ressourcenintensität sein (sowohl beim Input als auch beim Output - Wirtschaftlichkeit und unbedeutende Emissionen), die zweite Stufe wird die Schaffung einer zyklischen Produktion sein (die Verschwendung einiger kann sein Rohstoffe für andere) und drittens - die Organisation einer angemessenen Entsorgung von unvermeidlichen Reststoffen und die Neutralisierung von nicht entfernbaren Energieabfällen. Die Vorstellung, dass die Biosphäre nach dem Non-Waste-Prinzip funktioniert, ist falsch, da sie immer wieder Stoffe ansammelt, die den biologischen Kreislauf verlassen und Sedimentgesteine ​​bilden.[ ...]

Das Wesen der Bodenbildung ist nach V. R. Williams definiert als das dialektische Zusammenspiel der Prozesse des Auf- und Abbaus organischer Materie, das im System eines kleinen biologischen Stoffkreislaufs abläuft.[ ...]

Auf der unterschiedliche Bühnen Entwicklung der Biosphäre waren die Prozesse darin nicht dieselben, obwohl sie ähnlichen Mustern folgten. Das Vorhandensein einer ausgeprägten Stoffzirkulation ist nach dem Gesetz der globalen Schließung des biogeochemischen Kreislaufs eine zwingende Eigenschaft der Biosphäre in jedem Stadium ihrer Entwicklung. Wahrscheinlich ist dies ein unveränderliches Gesetz seiner Existenz. Besonderes Augenmerk sollte auf die Erhöhung des Anteils der biologischen und nicht der geochemischen Komponente am Verschluss des biogeochemischen Stoffkreislaufs gelegt werden. Wenn in den ersten Stadien der Evolution der allgemeine biosphärische Kreislauf vorherrschte - ein großer biosphärischer Austauschkreislauf (zunächst nur innerhalb aquatische Umgebung, und dann in zwei Unterzyklen aufgeteilt - Land und Ozean), dann begann es in der Zukunft zu zerkleinern. Anstelle einer relativ homogenen Biota entstanden Ökosysteme, die sich immer tiefer ausdifferenzierten. verschiedene Level Hierarchie und geografische Dislokation. Kleine biogeozänotische Austauschzirkel haben an Bedeutung gewonnen. Es entstand der sogenannte „Austausch der Tausche“ – ein harmonisches System biogeochemischer Kreisläufe mit höchster Wertigkeit der biotischen Komponente.[ ...]

In den mittleren Breiten beträgt die Energieeinnahme der Sonne 48-61 Tausend GJ/ha pro Jahr. Bei einem zusätzlichen Energieeintrag von mehr als 15 GJ/ha pro Jahr kommt es zu umweltschädlichen Prozessen - Bodenerosion und -deflation, Versandung und Verschmutzung kleiner Flüsse, Eutrophierung von Gewässern und Störungen des biologischen Kreislaufs in Ökosystemen.[ ...]

Die ostsibirische Region ist geprägt von strengen Wintern mit wenig Schnee und hauptsächlich sommerlichen Niederschlägen, die die Bodenschicht auswaschen. Infolgedessen findet in den ostsibirischen Schwarzerden ein periodisches Spülregime statt. Der biologische Kreislauf wird durch niedrige Temperaturen unterdrückt. Infolgedessen ist der Humusgehalt in den Transbaikal-Chernozemen gering (4-9%) und die Mächtigkeit des Humushorizonts gering. Der Gehalt an Karbonaten ist sehr gering oder fehlt. Daher werden die Schwarzerden der ostsibirischen Gruppe als karbonatarme und nicht karbonathaltige Schwarzerde bezeichnet (z. B. ausgelaugte karbonatarme oder nicht karbonathaltige Schwarzerde, gewöhnliche karbonatarme Schwarzerde).[ ...]

Die meisten Nebenelemente in Konzentrationen, die in vielen natürlichen Ökosystemen üblich sind, haben wenig Einfluss auf Organismen, vielleicht weil sich Organismen an sie angepasst haben. Somit interessierten uns die Wanderungen dieser Elemente wenig, wenn die Umwelt nicht allzu oft in die Umwelt gelangte. Nebenprodukte Bergbau, verschiedene Branchen, Chemieindustrie und modern Landwirtschaft, Produkte mit hohen Konzentrationen Schwermetalle, giftige organische Verbindungen und andere potenziell gefährliche Substanzen. Auch ein sehr seltenes Element kann, wenn es in Form einer hochgiftigen Metallverbindung oder eines radioaktiven Isotops in die Umwelt gelangt, eine Bedeutung erlangen biologische Bedeutung, da bereits eine kleine (aus geochemischer Sicht) Menge eines solchen Stoffes eine ausgeprägte Wirkung haben kann biologische Wirkung.[ ...]

Die chemische Natur von Vitaminen und anderen wachstumsfördernden organischen Verbindungen sowie deren Bedarf bei Menschen und Haustieren ist seit langem bekannt; Die Erforschung dieser Substanzen auf Ökosystemebene hat jedoch gerade erst begonnen. Der Gehalt an organischen Nährstoffen in Wasser oder Boden ist so gering, dass sie als „Mikronährstoffe“ bezeichnet werden sollten, im Gegensatz zu „Makronährstoffen“ wie Stickstoff und „Mikronährstoffen“ wie „Spurenmetallen“ (siehe Kapitel 5). Oft ist die einzige Möglichkeit, ihren Gehalt zu messen, eine biologische Probe: Es werden spezielle Mikroorganismenstämme verwendet, deren Wachstumsrate proportional zur Konzentration organischer Nährstoffe ist. Wie im vorigen Abschnitt betont, kann die Rolle einer bestimmten Substanz und die Geschwindigkeit ihres Flusses nicht immer anhand ihrer Konzentration beurteilt werden. Es wird jetzt deutlich, dass organische Nährstoffe eine wichtige Rolle im Gemeinschaftsstoffwechsel spielen und dass sie ein limitierender Faktor sein können. Das interessantes Gebiet Forschung in naher Zukunft wird zweifellos die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern auf sich ziehen. Die folgende Beschreibung des Kreislaufs von Vitamin B12 (Cobalamin) von Provasoli (1963) zeigt, wie wenig wir über den Kreislauf organischer Nährstoffe wissen.[ ...]

V. R. Williams (1863-1939) entwickelte die Lehre von den Faktoren der Landwirtschaft. Gemäß dem ersten Gesetz der Landwirtschaft kann keiner der Faktoren des Pflanzenlebens durch einen anderen ersetzt werden. Und außerdem sind natürlich alle Faktoren des Pflanzenlebens äquivalent (der zweite Hauptsatz). Heben wir seine wichtige Idee hervor, dass der Boden das Ergebnis des Zusammenwirkens eines kleinen – biologischen und großen – geologischen Stoffkreislaufs ist.[ ...]

V. R. Williams verband seine Positionen auf dem Gebiet der genetischen Bodenkunde und der Erforschung der Bodenfruchtbarkeit eng damit Praktische Angelegenheiten Landwirtschaft und stellen sie in die Grundlage des Grünlandsystems der Landwirtschaft. Die wichtigsten und originellsten Ansichten wurden von V. R. Williams über die Rolle lebender Organismen bei der Bodenbildung, über das Wesen des Bodenbildungsprozesses und die Natur einzelner spezifischer Prozesse, über den kleinen biologischen Stoffkreislauf, über die Bodenfruchtbarkeit, Bodenhumus und Bodenstruktur.[ ...]

Diese Ansätze sind im Wesentlichen als Strategie und Taktik, als Wahl für langfristiges Verhalten und als Maß für vorrangige Entscheidungen miteinander verbunden. Sie können nicht getrennt werden: Umweltverschmutzung menschliches Umfeld Umwelt schadet anderen Organismen und Wildtieren im Allgemeinen und Abbau natürliche Systeme schwächt ihre Fähigkeit, die Umwelt auf natürliche Weise zu reinigen. Es sollte jedoch immer verstanden werden, dass es unmöglich ist, die Qualität der menschlichen Umwelt ohne die Beteiligung natürlicher ökologischer Mechanismen zu erhalten. Auch wenn wir schadstoffarme Technologien beherrschen, werden wir nichts erreichen, wenn wir gleichzeitig nicht aufhören, die Natur daran zu hindern, die Zusammensetzung der Umwelt zu regulieren, zu reinigen und bewohnbar zu machen. Die saubersten Technologien und die fortschrittlichsten Umweltschutzgeräte werden uns nicht retten, wenn die Entwaldung weitergeht und die Vielfalt abnimmt Spezies den Stoffkreislauf der Natur stören. Es ist zu betonen, dass aus ökologischer Sicht der Begriff „Schutz“ von vornherein verfehlt ist, da Aktivitäten so aufgebaut werden sollten, dass alle Auswirkungen und Folgen, vor denen man „schützen“ müsste, verhindert werden. später.[ ...]

Etwa 99 % aller Materie in der Biosphäre wird von lebenden Organismen umgewandelt, und die Gesamtbiomasse der lebenden Materie der Erde wird auf nur 2,4 1012 Tonnen Trockenmasse geschätzt, was 10-9 Teilen der Masse der Erde entspricht. Die jährliche Reproduktion von Biomasse beträgt etwa 170 Milliarden Tonnen Trockenmasse. Die Gesamtbiomasse pflanzlicher Organismen ist 2500-mal größer als die von Tieren, aber die Artenvielfalt der Zoosphäre ist 6-mal größer als die der Phytosphäre. Wenn wir alle lebenden Organismen in einer Schicht auslegen, würde sich auf der Erdoberfläche eine nur 5 mm dicke biologische Hülle bilden. Doch trotz der geringen Größe der Biota bestimmt sie die lokalen Bedingungen auf der Erdkrustenoberfläche. Seine Existenz ist verantwortlich für das Auftreten von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre, die Bildung von Böden und den Kreislauf der Elemente in der Natur.[ ...]

Wir haben Pilze bereits oben beschrieben, und wir nennen seinen Fruchtkörper eigentlich einen Pilz, aber das ist nur ein Teil riesiger Organismus. Dies ist ein ausgedehntes Netzwerk mikroskopisch kleiner Fasern (Riffe), das Myzel (Myzel) genannt wird und Detritus durchdringt, hauptsächlich Holz, Laub usw. Myzel setzt beim Wachstum eine erhebliche Anzahl von Enzymen frei, die Holz in einen Zustand zersetzen bereit für den Gebrauch, und nach und nach zersetzt das Myzel Totholz vollständig. Es ist interessant, wie B. Nebel (1993) schreibt, dass Pilze auf anorganischen Böden zu finden sind, da ihr Mycel in der Lage ist, selbst sehr geringe Konzentrationen organischer Substanzen aus seiner Dicke zu extrahieren. Bakterien funktionieren auf ähnliche Weise, aber auf mikroskopischer Ebene. Sehr wichtig für die Aufrechterhaltung der Stabilität des biologischen Kreislaufs ist die Fähigkeit von Pilzen und einigen Bakterien, große Mengen an Sporen (Fortpflanzungszellen) zu bilden. Diese mikroskopisch kleinen Partikel werden von Luftströmungen in der Atmosphäre über sehr beträchtliche Entfernungen getragen, wodurch sie sich überall ausbreiten und in jedem Raum lebensfähige Nachkommen hervorbringen können optimale Bedingungen lebenswichtige Tätigkeit.

Die Biosphäre der Erde ist in gewisser Weise durch die vorhandenen Stoffkreisläufe und den Energiefluss geprägt. Der Stoffkreislauf ist die wiederholte Beteiligung von Stoffen an den Prozessen, die in der Atmosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre, einschließlich der Schichten, die Teil der Biosphäre der Erde sind, ablaufen. Die Zirkulation der Materie erfolgt mit der kontinuierlichen Zufuhr von externer Energie von der Sonne und innere Energie Erde.

Je nach Triebkraft kann man innerhalb des Stoffkreislaufes geologische (großer Kreislauf), biologische (biogeochemische, kleiner Kreislauf) und anthropogene Kreisläufe unterscheiden.

Geologischer Kreislauf (große Stoffkreisläufe in der Biosphäre)

Diese Zirkulation verteilt Materie zwischen der Biosphäre und tieferen Horizonten der Erde um. treibende Kraft Dieser Prozess sind exogene und endogene geologische Prozesse. Endogene Prozesse finden unter dem Einfluss der inneren Energie der Erde statt. Das ist die dabei freigesetzte Energie radioaktiver Zerfall, chemische Reaktionen zur Bildung von Mineralien usw. Endogene Prozesse umfassen beispielsweise tektonische Bewegungen, Erdbeben. Diese Prozesse führen zur Bildung große Formen Relief (Kontinente, ozeanische Senken, Berge und Ebenen). Exogene Prozesse fließen unter dem Einfluss der äußeren Energie der Sonne. Dazu gehören die geologische Aktivität der Atmosphäre, der Hydrosphäre, lebender Organismen und des Menschen. Diese Prozesse führen zur Glättung großer Landschaftsformen (Flusstäler, Hügel, Schluchten usw.).

Der geologische Kreislauf dauert Millionen von Jahren und besteht darin, dass Gesteine ​​zerstört werden und Verwitterungsprodukte (einschließlich wasserlöslicher Nährstoffe) durch Wasserströme in den Weltozean getragen werden, wo sie Meeresschichten bilden und nur teilweise mit an Land zurückkehren Niederschlag. Geotektonische Veränderungen, die Absenkungsprozesse der Kontinente und der Anstieg des Meeresbodens, die Bewegung der Meere und Ozeane führen lange Zeit dazu, dass diese Schichten an Land zurückkehren und der Prozess von neuem beginnt. Das Symbol dieses Stoffkreislaufs ist eine Spirale, kein Kreis, denn. der neue Zirkulationskreislauf wiederholt nicht genau den alten, sondern führt etwas Neues ein.

Zu großer Kreislauf bezeichnet den Wasserkreislauf (Wasserkreislauf) zwischen Land und Meer durch die Atmosphäre (Abb. 3.2).

Der Wasserkreislauf als Ganzes spielt eine große Rolle bei der Gestaltung natürliche Bedingungen auf unserem Planeten. Unter Berücksichtigung der Transpiration von Wasser durch Pflanzen und seiner Aufnahme in den biogeochemischen Kreislauf zerfällt der gesamte Wasservorrat der Erde und wird für 2 Millionen Jahre wiederhergestellt.

Reis. 3. 2. Wasserkreislauf in der Biosphäre.

Im Wasserkreislauf sind alle Teile der Hydrosphäre miteinander verbunden. Daran nehmen jedes Jahr mehr als 500.000 km3 Wasser teil. Treibende Kraft hinter diesem Prozess ist die Sonnenenergie. Wassermoleküle werden unter Einwirkung von Sonnenenergie erhitzt und steigen gasförmig in die Atmosphäre auf (täglich verdunsten 875 km3 Süßwasser). Beim Aufsteigen kühlen sie allmählich ab, kondensieren und bilden Wolken. Nach ausreichender Abkühlung geben die Wolken Wasser in Form verschiedener Niederschläge ab, die in den Ozean zurückfallen. Wasser, das auf den Boden gefallen ist, kann zwei folgen verschiedene Wege: entweder im Boden versickern (Infiltration) oder abfließen (Oberflächenabfluss). An der Oberfläche fließt Wasser in Bäche und Flüsse, die zum Ozean oder zu anderen Orten führen, an denen Verdunstung stattfindet. In den Boden aufgenommenes Wasser kann in seinen oberen Schichten (Horizonten) zurückgehalten und durch Transpiration an die Atmosphäre zurückgegeben werden. Solches Wasser wird als Kapillare bezeichnet. Wasser, das durch die Schwerkraft weggetragen wird und durch die Poren und Ritzen sickert, wird Gravitationswasser genannt. Gravitationswasser sickert in eine undurchdringliche Gesteinsschicht oder dichten Ton und füllt alle Hohlräume. Solche Reserven werden als Grundwasser und deren bezeichnet obere Grenze- Stufe Grundwasser. Als Aquifere werden unterirdische Gesteinsschichten bezeichnet, durch die das Grundwasser langsam fließt. Unter dem Einfluss der Schwerkraft bewegt sich Grundwasser durch den Aquifer, bis es einen „Ausweg“ findet (z. B. natürliche Quellen bilden, die Seen, Flüsse, Teiche speisen, d.h. Teil des Oberflächenwassers werden). Somit umfasst der Wasserkreislauf drei Hauptkreisläufe: Oberflächenabfluss, Verdunstung-Transpiration, Grundwasser. Jährlich sind mehr als 500.000 km3 Wasser am Wasserkreislauf der Erde beteiligt und prägen die natürlichen Verhältnisse maßgeblich mit.

Biologische (biogeochemische) Zirkulation

(geringe Stoffkreisläufe in der Biosphäre)

Die treibende Kraft des biologischen Stoffkreislaufs ist die Aktivität lebender Organismen. Sie ist Teil eines größeren und findet innerhalb der Biosphäre auf Ökosystemebene statt. Ein kleiner Kreislauf besteht darin, dass sich Nährstoffe, Wasser und Kohlenstoff in Pflanzen (Autotrophen) ansammeln, für den Aufbau von Körpern und Lebensvorgängen verbraucht werden, sowohl Pflanzen als auch andere Organismen (normalerweise Tiere - Heterotrophe), die diese Pflanzen fressen. Die Zersetzungsprodukte organischer Stoffe unter Einwirkung von Destruktoren und Mikroorganismen (Bakterien, Pilze, Würmer) zerfallen wieder zu mineralischen Bestandteilen. Diese anorganische Stoffe kann für die Synthese organischer Substanzen durch Autotrophe wiederverwendet werden.

In biogeochemischen Kreisläufen wird zwischen einem Reservefonds (Stoffe, die nicht mit lebenden Organismen verbunden sind) und einem Austauschfonds (Stoffe, die durch direkten Austausch zwischen Organismen und ihrer unmittelbaren Umgebung verbunden sind) unterschieden.

Je nach Standort des Reservefonds werden biogeochemische Kreisläufe in zwei Arten unterteilt:

Gaskreisläufe mit Stoffreserven in Atmosphäre und Hydrosphäre (Kohlenstoff-, Sauerstoff-, Stickstoffkreisläufe).

Kreisläufe vom Sedimenttyp mit einem Reservefonds in der Erdkruste (Zirkulationen von Phosphor, Kalzium, Eisen usw.).

Zyklen des Gastyps mit einem großen Austauschfonds sind perfekter. Und außerdem sind sie in der Lage, sich schnell selbst zu regulieren. Zyklen vom Sedimenttyp sind weniger perfekt, sie sind inerter, da der Großteil der Materie im Reservefonds der Erdkruste in einer Form enthalten ist, die für lebende Organismen unzugänglich ist. Solche Kreisläufe werden leicht durch verschiedene Einflüsse gestört, und ein Teil des ausgetauschten Materials verlässt den Kreislauf. Es kann nur durch geologische Prozesse oder durch Entnahme durch lebende Materie wieder in den Kreislauf zurückkehren.

Die Intensität des biologischen Kreislaufs wird durch die Temperatur bestimmt Umfeld und die Wassermenge. Beispielsweise läuft der biologische Kreislauf bei Nässe intensiver ab Tropenwälder als in der Tundra.

Kreisläufe der wichtigsten biogenen Stoffe und Elemente

Der Kohlenstoffkreislauf

Alles Leben auf der Erde basiert auf Kohlenstoff. Jedes Molekül eines lebenden Organismus ist auf der Grundlage eines Kohlenstoffskeletts aufgebaut. Ständig wandern Kohlenstoffatome von einem Teil der Biosphäre zum anderen (Abb. 3. 3.).

Reis. 3. 3. Kohlenstoffkreislauf.

Die wichtigsten Kohlenstoffreserven auf der Erde sind Kohlendioxid (CO2), das in der Atmosphäre enthalten und in den Ozeanen gelöst ist. Pflanzen nehmen während der Photosynthese Kohlendioxidmoleküle auf. Dadurch wird das Kohlenstoffatom in eine Vielzahl organischer Verbindungen umgewandelt und somit in den Aufbau von Pflanzen eingebunden. Im Folgenden finden Sie mehrere Optionen:

· Kohlenstoffreste in Pflanzen ® Pflanzenmoleküle werden von Zersetzern (Organismen, die sich von toter organischer Substanz ernähren und diese gleichzeitig zu einfachen anorganischen Verbindungen abbauen) gefressen ® Kohlenstoff wird als CO2 wieder in die Atmosphäre abgegeben;

· Pflanzen werden von Pflanzenfressern gefressen ® Kohlenstoff wird bei der Atmung von Tieren und bei der Zersetzung nach dem Tod in die Atmosphäre zurückgeführt; oder Pflanzenfresser werden von Fleischfressern gefressen und dann kehrt der Kohlenstoff auf die gleiche Weise wieder in die Atmosphäre zurück;

Pflanzen sterben ab und werden zu fossilen Brennstoffen (z. B. Kohle) ® Kohlenstoff wird nach der Verwendung des Brennstoffs wieder in die Atmosphäre abgegeben, Vulkanausbrüche und andere geothermische Prozesse.

Auch bei der Auflösung des ursprünglichen CO2-Moleküls im Meerwasser sind mehrere Optionen möglich: Kohlendioxid kann einfach in die Atmosphäre zurückkehren (diese Art des gegenseitigen Gasaustauschs zwischen dem Weltmeer und der Atmosphäre findet ständig statt); Kohlenstoff kann in das Gewebe von Meerespflanzen oder -tieren eindringen, sammelt sich dann allmählich in Form von Sedimenten auf dem Grund der Ozeane an und verwandelt sich schließlich in Kalkstein oder gelangt aus den Sedimenten wieder ins Meerwasser.

Die CO2-Zyklusrate beträgt etwa 300 Jahre.

Menschliche Eingriffe in den Kohlenstoffkreislauf (Verbrennung von Kohle, Öl, Gas, Entfeuchtung) führen zu einer Erhöhung des CO2-Gehalts in der Atmosphäre und zur Entstehung des Treibhauseffekts. Derzeit ist die Untersuchung des Kohlenstoffkreislaufs geworden wichtige Aufgabe für Wissenschaftler, die sich mit der Erforschung der Atmosphäre befassen.

Sauerstoffkreislauf

Sauerstoff ist das häufigste Element auf der Erde (Meerwasser enthält 85,82 % Sauerstoff, atmosphärische Luft 23,15 % und 47,2 % in der Erdkruste). Sauerstoffverbindungen sind für die Erhaltung des Lebens unverzichtbar (play essentielle Rolle in den Prozessen des Stoffwechsels und der Atmung, ist Bestandteil von Proteinen, Fetten, Kohlenhydraten, aus denen Organismen „gebaut“ sind). Die Hauptmasse an Sauerstoff ist drin gebundener Zustand(Die Menge an molekularem Sauerstoff in der Atmosphäre beträgt nur 0,01 % allgemeiner Inhalt Sauerstoff in der Erdkruste).

Da Sauerstoff in vielen gefunden wird Chemische Komponenten, ist seine Zirkulation in der Biosphäre sehr komplex und findet hauptsächlich zwischen der Atmosphäre und lebenden Organismen statt. Die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre wird durch Photosynthese aufrechterhalten, wodurch grüne Pflanzen unter dem Einfluss von Sonnenlicht Kohlendioxid und Wasser in Kohlenhydrate und Sauerstoff umwandeln. Der Großteil des Sauerstoffs wird von Landpflanzen produziert – fast ¾, der Rest – von photosynthetischen Organismen der Ozeane. Eine starke Sauerstoffquelle ist die photochemische Zersetzung von Wasserdampf in der oberen Atmosphäre unter dem Einfluss der ultravioletten Strahlen der Sonne. Darüber hinaus bildet Sauerstoff den wichtigsten Kreislauf, da er Teil des Wassers ist. Unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung wird aus Ozon eine geringe Menge Sauerstoff gebildet.

Die Sauerstoffzyklusrate beträgt etwa 2000 Jahre.

Entwaldung, Bodenerosion, verschiedene Minenarbeiten an der Oberfläche reduzieren Gesamtgewicht Photosynthese und reduzieren großflächig den Sauerstoffkreislauf. Darüber hinaus werden jährlich 25 % des durch Assimilation erzeugten Sauerstoffs für den industriellen und häuslichen Bedarf verbraucht.

Stickstoffkreislauf

Der biogeochemische Stickstoffkreislauf umfasst wie die vorangegangenen Kreisläufe alle Bereiche der Biosphäre (Abb. 3.4).

Reis. 3. 4. Stickstoffkreislauf.

Stickstoff ist enthalten Erdatmosphäre ungebunden in der Form zweiatomige Moleküle(ca. 78 % des Gesamtvolumens der Atmosphäre ist Stickstoff). Darüber hinaus kommt Stickstoff in Pflanzen und Tieren in Form von Proteinen vor. Pflanzen synthetisieren Proteine, indem sie Nitrate aus dem Boden aufnehmen. Nitrate werden dort aus Luftstickstoff und im Boden vorhandenen Ammoniumverbindungen gebildet. Der Prozess der Umwandlung von atmosphärischem Stickstoff in eine für Pflanzen und Tiere nutzbare Form wird als Stickstofffixierung bezeichnet. Wenn organisches Material verrottet, wird ein erheblicher Teil des darin enthaltenen Stickstoffs zu Ammoniak, das dann unter dem Einfluss von im Boden lebenden nitrifizierenden Bakterien zu Ammoniak oxidiert wird. Salpetersäure. Diese Säure reagiert mit Karbonaten im Boden (z. B. Kalziumkarbonat CaCO3) und bildet Nitrate. Ein Teil des Stickstoffs wird beim Zerfall immer in freier Form in die Atmosphäre freigesetzt. Darüber hinaus wird bei der Verbrennung von organischen Stoffen, bei der Verbrennung von Brennholz, Kohle und Torf freier Stickstoff freigesetzt. Darüber hinaus gibt es Bakterien, die bei unzureichendem Luftzugang Sauerstoff aus Nitraten aufnehmen und diese unter Freisetzung von freiem Stickstoff zerstören können. Die Aktivität denitrifizierender Bakterien führt dazu, dass ein Teil des Stickstoffs aus der für Grünpflanzen verfügbaren Form (Nitrate) unzugänglich wird (freier Stickstoff). Somit kehrt bei weitem nicht der gesamte Stickstoff, der Teil der abgestorbenen Pflanzen war, in den Boden zurück (ein Teil davon wird nach und nach in freier Form freigesetzt).

Zu den Prozessen, die den Stickstoffverlust kompensieren, gehören vor allem elektrische Entladungen in der Atmosphäre, bei denen immer eine gewisse Menge an Stickoxiden gebildet wird (letztere ergeben mit Wasser Salpetersäure, die im Boden zu Nitraten wird). . Eine weitere Quelle für den Nachschub an Stickstoffverbindungen im Boden ist die lebensnotwendige Aktivität der sogenannten Azotobakterien, die in der Lage sind, Luftstickstoff aufzunehmen. Einige dieser Bakterien siedeln sich an den Wurzeln von Pflanzen aus der Familie der Hülsenfrüchte an und verursachen die Bildung charakteristischer Schwellungen - Knötchen. Knöllchenbakterien, die atmosphärischen Stickstoff assimilieren, verarbeiten ihn zu Stickstoffverbindungen, und Pflanzen wiederum wandeln letztere in Proteine ​​und andere Verbindungen um. komplexe Substanzen. Also in der Natur, kontinuierliche Zirkulation Stickstoff.

Da jedes Jahr mit der Ernte die proteinreichsten Pflanzenteile (z. B. Getreide) von den Feldern entfernt werden, „muss“ der Boden Düngemittel ausbringen, die den Verlust in ihm ausgleichen. wesentliche Elemente Pflanzenernährung. Die Hauptverwendungen sind Calciumnitrat (Ca(NO)2), Ammoniumnitrat (NH4NO3), Natriumnitrat (NANO3) und Kaliumnitrat (KNO3). Außerdem werden anstelle von chemischen Düngemitteln die Pflanzen selbst aus der Familie der Hülsenfrüchte verwendet. Wird zu viel künstlicher Stickstoffdünger auf den Boden ausgebracht, gelangen auch Nitrate in den menschlichen Körper, wo sie sich in Nitrite umwandeln können, die hochgiftig sind und Krebs verursachen können.

Phosphorkreislauf

Der Großteil des Phosphors ist in Gesteinen enthalten, die in vergangenen Erdepochen entstanden sind. Der Phosphorgehalt in der Erdkruste beträgt 8 - 10 bis 20 % (nach Gewicht) und kommt hier in Form von Mineralien (Fluorapatit, Chlorapatit usw.) vor, die Teil natürlicher Phosphate - Apatite und Phosphorite - sind. Durch Gesteinsverwitterung kann Phosphor in den biogeochemischen Kreislauf gelangen. Erosionsprozesse tragen Phosphor in Form des Minerals Apatit ins Meer. Bei der Umwandlung von Phosphor große Rolle gespielt von lebenden Organismen. Organismen extrahieren Phosphor aus Böden und Wasserlösungen. Darüber hinaus wird Phosphor durch die Nahrungsketten übertragen. Mit dem Absterben von Organismen gelangt Phosphor zurück in den Boden und in den Schlick der Meere und wird in Form von marinen Phosphatablagerungen angereichert, was wiederum Bedingungen für die Entstehung von phosphorreichen Gesteinen schafft (Abb. 3.5. ).

Reis. 3.5. Der Phosphorkreislauf in der Biosphäre (nach P. Duvigno, M. Tang, 1973; mit Änderungen).

Beim falsche Anwendung Phosphatdünger wird durch Wasser- und Winderosion (Zerstörung unter Einwirkung von Wasser oder Wind) dem Boden eine große Menge Phosphor entzogen. Dies führt einerseits zu einem übermäßigen Verbrauch von Phosphordünger und zur Verarmung an phosphorhaltigen Erzen.

Andererseits ist ein erhöhter Gehalt an Phosphor in Wasserstraßen seine Übertragung bewirkt eine schnelle Zunahme der Biomasse von Wasserpflanzen, ein "Aufblühen von Stauseen" und deren Eutrophierung (Anreicherung mit Nährstoffen).

Da Pflanzen in erheblichem Umfang Phosphor aus dem Boden verschleppen und die natürliche Nachreicherung von Phosphorverbindungen im Boden äußerst unbedeutend ist, ist die Ausbringung von Phosphordünger auf den Boden eine der wichtigsten Maßnahmen zur Steigerung der Produktivität. Weltweit werden jährlich etwa 125 Millionen Tonnen abgebaut. Phosphaterz. Der größte Teil davon wird für die Herstellung von Phosphatdünger ausgegeben.

Schwefelkreislauf

Die Hauptreserven an Schwefel befinden sich in Sedimenten, im Boden und in der Atmosphäre. Hauptrolle an der Beteiligung von Schwefel am biogeochemischen Kreislauf gehört zu den Mikroorganismen. Einige von ihnen sind Reduktionsmittel, andere Oxidationsmittel (Abb. 3. 6.).

Reis. 3. 6. Schwefelkreislauf (nach Yu. Odum, 1975).

In der Natur sind in großen Mengen verschiedene Sulfide von Eisen, Blei, Zink etc. bekannt Sulfidschwefel wird in der Biosphäre zu Sulfatschwefel oxidiert. Sulfate werden von Pflanzen aufgenommen. In lebenden Organismen ist Schwefel Bestandteil von Aminosäuren und Proteinen, in Pflanzen außerdem Bestandteil von ätherischen Ölen usw. Die Prozesse der Zerstörung der Überreste von Organismen in Böden und im Schlick der Meere werden von komplexen Schwefelumwandlungen begleitet (Mikroorganismen bilden zahlreiche Schwefelzwischenverbindungen). Nach dem Absterben lebender Organismen wird ein Teil des Schwefels im Boden durch Mikroorganismen zu H2S reduziert, der andere Teil zu Sulfaten oxidiert und wieder in den Kreislauf aufgenommen. In der Atmosphäre gebildeter Schwefelwasserstoff wird oxidiert und mit Niederschlägen in den Boden zurückgeführt. Darüber hinaus kann Schwefelwasserstoff "sekundäre" Sulfide neu bilden, und Sulfatschwefel erzeugt Gips. Im Gegenzug werden Sulfide und Gips wieder zerstört, und Schwefel nimmt seine Wanderung wieder auf.

Außerdem wird Schwefel in Form von SO2, SO3, H2S und elementarem Schwefel von Vulkanen in die Atmosphäre emittiert.

Der Schwefelkreislauf kann durch menschliches Eingreifen gestört werden. Grund dafür ist die Verbrennung von Kohle und Emissionen aus der chemischen Industrie, wodurch Schwefeldioxid entsteht, das die Prozesse der Photosynthese stört und zum Absterben der Vegetation führt.

Somit sorgen biogeochemische Kreisläufe für die Homöostase der Biosphäre. Sie unterliegen jedoch weitgehend menschlichem Einfluss. Und eine der stärksten umweltschädlichen Aktionen einer Person ist mit der Verletzung und sogar Zerstörung natürlicher Kreisläufe verbunden (sie werden azyklisch).

Anthropogener Kreislauf

Die treibende Kraft des anthropogenen Kreislaufs ist die menschliche Aktivität. Dieser Kreislauf umfasst zwei Komponenten: biologische, verbunden mit dem Funktionieren einer Person als lebendem Organismus, und technische, verbunden mit den wirtschaftlichen Aktivitäten von Menschen. Der anthropogene Kreislauf ist im Gegensatz zu den geologischen und biologischen Kreisläufen nicht geschlossen. Diese Offenheit verursacht die Erschöpfung natürlicher Ressourcen und die Verschmutzung der natürlichen Umwelt.