🗊Презентация Биогеохимические циклы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИКЛОВ ЭКОСИСТЕМ Существование биоты возможно только при определенных концентрациях потребляемых элементов и их соединений. Поэтому необходим круговорот основных элементов, входящих в состав биополимеров: кислород, углерод, водород, азот, фосфор. Дисбаланс циклов, однако, существует. Огромные массы органического вещества были выведены из оборота и образовали толщи осадочных пород. Это приводило к эволюции биосферы. Временные масштабы этих процессов соответствовали многим миллионам лет. Вектором, определявшим направление эволюции, являлись условия обитания организмов, прежде всего, содержание веществ O2, CO2, H2O . Геологические процессы так же влияют на биогеохимические циклы. Например, поступление углекислого газа из недр компенсирует его потерю атмосферой, связанную с образованием биогенных пород.

БАЛАНС ЦИКЛОВ Можно выделить: оборот вещества внутри экосистемы - связан с синтезом и разложением вещества ; обмен веществом между экосистемой и внешней средой - захоронение остатков организмов в осадочных отложениях и поступление из окружающей среды.

РЕЗЕРВУАРЫ ОБМЕНА И ТИПЫ ЦИЛОВ Внешнему и внутреннему циклам соответствуют резервуары обмена: резервный фонд за пределами экосистемы; обменный фонд внутри экосистемы с быстрым обменом между организмами и их непосредственным окружением. По особенностям резервуаров обмена различают циклы: содержащие газообразную составляющую; газообразная составляющая отсутствует. Устойчивость циклов в высокой степени зависит от присутствия в нем газообразной составляющей. Дело в том, что газ поступает в атмосферу, а потому сток вещества в водоемы и далее в донные отложения не замедлен. Таковы циклы углерода, азота и кислорода. Если газовая составляющая отсутствует, циркуляция затруднена, так как вещество вымывается из экосистемы, и его возврат малоэффективен. Так происходит при циркуляции фосфора.

ОСОБЕННОСТИ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ Существование биоты возможно только при определенных концентрациях необходимых ей элементов, причем в форме определенных химических соединений Особое значение имеет круговорот СО2, Н2О, О2. N и P . Важны круговороты железа и серы. В современной биосфере их значение уменьшилось, но в эпоху древней жизни оно было велико. Биота участвует в круговороте воды, перехватывая влагу корнями и тканями, далее часть воды участвует в биохимических процессах, а большая часть испаряется и возвращается в атмосферу. Многие элементы участвуют в процессах метаболизма клетки. Нейтральные или вредные вещества, которые попадают в организм, должны выводиться из него.

ЦИКЛ УГЛЕРОДА Резервуары обмена Время пребывания углекислого газа в системе: атмосфера – биосфера – океан – земная кора составляет около 105 лет и определяется временем пребывания НСО3– в океанах. С геологической точки зрения это исключительно короткий период, т.е. цикл углерода уязвим.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГООБОРОТ УГЛЕРОДА

СООТНОШЕНИЕ ЦИКЛОВ А, В и С. СТОК УГЛЕРОДА Соотношение осадочных, метаморфических и изверженных пород, вероятно, менялось. На раннем этапе преобладали изверженные породы. Начиная с архея, возрастала доля осадочных пород, разрушавшихся при выветривании, т. е. доля цикла А увеличивалась. Сток СО2 из атмосферы и гидросферы был связан с образованием карбонатов (известняк, мел, доломит) в мелких водоемах. Накопление Скарб за период плиоцена было порядка 2∙108 т/год и в пять раз превышало накопление Сорг.

ВЛИЯНИЕ РИФТОГЕНЕЗА НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ БИОСФЕРЫ В фанерозое увеличение накопления Сорг и Скарб (более чем в 3 и в 2 раза соответственно) приурочено к активным фазам вулканических циклов: герцинского с максимумом в ордовик, каледонского, приходящегося на карбон, и альпийского, охватывающего мезозой и кайнозой (сл. 10). Эпохи активизации рифтогнеза сопровождаются повышением выноса глубинного CO2 и уровня Мирового океана. Последние приводит к увеличению площади мелких морей и создает благоприятные условия для накопления карбонатов, а также активизации фотосинтеза . Таким образом, производительность биосферы контролировалась процессами рифтогенеза по схеме рифтогенез→дегазация Земли + увеличение площади морей→продуктивность биосферы→накопление Сорг в литосфере

ИЗМЕНЕНИЕ ВО ВРЕМЕНИ МАССЫ УГЛЕРОДА

Формулировка закономерностей (А. Б. Ронов) «Масса карбонатных пород, отлагавшихся в осадочной оболочке Земли, была пропорциональна: а – интенсивности вулканической деятельности; б – площади внутриконтинентальных морей. Первая определяла ресурсы карбонатного углерода, а вторая – среду благоприятную для накопления карбонатов». Она является общей для всех форм углерода (Скарб и Сорг), Основываясь на связи между массой органического вещества и рифтогенезом, А. Б. Ронов, пришел к выводу: «Жизнь на Земле и других планетах возможна до тех пор, пока планеты активны и между их недрами и поверхностью происходит обмен энергией. С энергетической смертью планет прекращается жизнь».

БАЛАНСА ЦИКЛА УГЛЕРОДА Баланс цикла можно оценить косвенно по изменению концентрации углекислого газа в атмосфере.