Биосфера- состав и круговорот веществ

     3.2. Круговорот азота 

     Азот, который является олицетворением белковой жизни в биосфере в основном сосредоточенный  в атмосфере, где его часть составляет около 78%. То есть на 1 га поверхности Земли приходится толща воздуха с приблизительно 80 тыс. т азота. Однако в таком виде он недоступен растениям. В круговороте соединений азота очень большое значение отводится микроорганизмам и азотофиксаторам. Только благодаря им элементарный азот с воздуха поступает в почву.

     Наибольшую  роль в этих процессах играют пузырчатые бактерии, которые тесно сотрудничают с бобовыми растениями. При высоком  урожае этих растений можно обогатить  почву около 400 кг азота на 1 га. Если даже урожай этих растений будет вывезен с поля, значительная часть азота останется с корнями в почве.

     Количество  азота, свзанного биологическим  круговоротом, является неодинаковым в разных экосистемах. Например, на пропаханной земле – 7-28 кг/га за год, на сенокосах с участием злаковых трав и бобовых – 73-865, а в лесах – 58-594 кг/га за год. Подобным образом некоторые лишайники фиксируют азот при помощи симбиотических сине-зеленых водорослей.

     Известно, что Ю. Либих (1843) сформулировал утверждение, согласно которому растения могут полностью обеспечить свои потребности азотом, который поступает в землю вместе с атмосфреными осадками (27 кг/га). Однако уже через несколько лет В.И. Лавес и И.Г. Гильберт, изучив баланс азота в плодоношении, доказали, что дополнительный внос азота в почву является необходимым, что признал и сам Ю. Либих.

     Возникновение в атмосфере окисей азота связано  с газовыми электрическими разрядами. Окиси азота образуют с водой  азотную и азотистую кислоту: N2+O2®2NO, 2NO+O2®2NO2, 2NO2+H2O®HNO2+HNO3.

     Эти кислоты вместе с атмосферными осадками попадают в почву. Количество азота, которое она получает, является очень  разным и зависит, прежде всего, от климатических  условий, особенно от количества и частоты  осадков, времен года, температуры и др. В умеренном климате это количество составляет несколько килограммов за год, а в тропическом, где наблюдается частые бури, его значительно больше, но в среднем не более 10 кг.

     В атмосферу азот в определенных количествах  поступает с почв. Это происходит с участием микроорганизмов во время минерализации органической материи, когда в процессе аммонификации выделяется аммиак. Биологическая фиксация молекулярного азота микроорганизмами, как теми, что свободно передвигаются, так и симбионтами (пузырчатыми), происходит в автотрофном и гетеротрофном блоках биогеоценозов. Для круговорота азота необходимыми является молибден, который в отдельных случаях выступает как лимитирующий фактор. Несмотря на огромные запасы этого элемента в атмосфере и в осадочной оболочке литосферы, в круговороте принимает участие только фиксированный микроорганизмами азот.

     К этой категории азота обменного  фонда входят: а) азот годовой продукции  биомассы; б) азот биологической фиксации бактериями и другими организмами; в) вулканический азот; г) атмосферный (фиксированный в момент грозового разряда); д) техногенный.

     В большой круговорот в се время  поступает часть азота в виде разных соединений, которые реками выносятся в моря. Содержание соединений азота наибольшей в районах, где в океан впадают большие реки, наименьший – в центральных частях океанов. Азотосодержащие соединения используются водорослями для синтеза органических веществ и поступает в круговорот океана, часть постепенно оседает на дно. То есть вынос азота на суше не увеличивает его концентрации в морской воде.

     Граница азота, связанного в биомассе суши, составляет 14020 млн. т, а в зольных  элементах – 34062 млн. т азота и 2762 млн. т зольных элементов. В  биомассе Мирового океана этих элементов  в 1000 раз меньше. Однако, благодаря многоразовому воспроизводству организмов планктона через них на протяжении года проходит азота и зольных элементов больше, чем на суше: азота – 2762 млн. т, зольных элементов – 12274 млн. т.

     Если  рассматривать круговорот азота  в масштабах биосферы, то благодаря саморегулирующим механизмам и обратной связи он считается достаточно идеальным (рис. ). Часть азота, который производится в густонаселенных районах, в пресной воде и мелководных морях, выносится в глубоководные океанические отложения и остается там, исключаясь на миллионы лет с круговорота. Эти потери компенсируются поступлением азота в воздух с вулканическими газами. 

      3.3 Круговорот кислорода  и водорода 

     Кислород  и водород входят в состав всех органических соединений. Они поглощаются  продуцентами в составе воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза, всеми другими организмами, с органическим веществом, созданным продуцентами, во время дыхания (из атмосферы или водного раствора) и потребления питьевой воды. как конечные продукты биологического круговорота, водород и часть кислорода возвращается в неживую среду так же в виде воды, а кислород, кроме того, выделяется в молекулярной форме в атмосферу растениями-продуцентами как один из конечных продуктов фотосинтеза.