+3 8(066) 185-39-18
fПредмет:
Тип роботи:
Лекція
К-сть сторінок:
36
Мова:
Українська
біосфері, так і в будь-якій екосистемі є Карбон, Гідроген, Силіцій, Оксиген, Нітроген, Кальцій, Фосфор, Ферум і Сульфур. Відбувається постійний обмін цих елементів між живими організмами і їх вимираючими органічними рештками, між організмами і оточуючим середовищем. Внаслідок спонтанних хімічних і біохімічних реакцій здійснюється циклічний перерозподіл елементів між різними середовищами. Ці перетворення, як відомо, називаються біогеохімічними циклами, які відбуваються в газовій фазі (атмосфера), твердій фазі (літосфера і педосфера) і рідкій фазі ( води, суші і моря). Виділяються також ендогенні цикли (в літосфері або породах) і екзогенні цикли (в біосфері як місці перебування живих організмів). Ендогенні цикли є в основному предметом геохімії, а екзогенні – предметом біогеохімії.
Основні біогеохімічні цикли тісно пов'язані і керують сонячною енергією в процесі фіксації Карбону в фотосинтетичних реакціях. Будь-які перетворення сполук здійснюються в окисних і відновних реакціях, які відповідають за взаємозв'язок між циклами. В якості прикладу наведений цикл Карбону органічної маси (рис. 2.17).
Рис. 2.17. Екзогенний і ендогенний цикли обміну
речовин між біосферою, океаном, атмосферою і гірськими породами
В циклі Карбону його неорганічні запаси представлені у вигляді окиснених сполук, таких як СО2, який знаходиться в атмосфері або розчиненого у воді, НСО3- і СО32- -, в основному, розчинених в водах суші і моря, і карбонатів в геологічних породах, грунтах і донних відкладеннях. В органічних матеріалах Карбон присутній у відновній формі, в основному в біомасі живих організмів, у вигляді захоронених в осадових породах органічних відкладень (кероген, вугілля, нафта, природний газ) і у вигляді сучасної мертвої органічної матерії, розчиненої або зваженої у водах і в поверхневих
шарах донних відкладень.
Відповідні приклади запасів Карбону в різних середовищах і усереднені величини часу перебування в цих середовищах показані в таблиці 2.17. В літосфері представлені основні глобальні запаси Карбону, причому біля 20 % - у вигляді органічного палива.
Таблиця 2.17
Запаси Карбону в різних середовищах: час перебування і ізотопний склад
КомпартментиМаса
С,
1012
тЧас перебування, роківδ13С
(%,
PDB)
Атмосферний СО20,724≈ -7,5
Осадові карбонати 62400 342000000 ≈ 0
Осадовий органічний С 15600 342000000 ≈ -24
Океанічний неорганічний С42385≈
+0,46
Мортмаса 4,0 20-40 -27
Жива наземна біомаса 0,56 16 ≈ -27
Жива морська біомаса 0,007 0,1 ≈ -22
В таблиці 2.18 показаний усереднений по сезонам склад атмосфери Землі.
Хімічний склад атмосфери Землі в існуючій мірі визначається активністю живих організмів і підтримується завдяки системі біогеохімічних циклів. В даний час 99,8 % газової маси представлено азотом, киснем і аргоном. Вміст води сильно варіює і не може бути охарактеризований однією середньою величиною. Лише вміст азоту і кисню майже незмінний, тоді як вміст інших газів сильно змінюється як в просторі, так і в часі.
Таблиця 2.18
Хімічний склад атмосфери
Хімічні сполукиХімічна формулаВміст (%
за
об'ємом)Загальна маса,
х 109 т
Атмосфера в цілому5,27 . 106
Водяні париH2OРізне0,017 . 106
Сухе повітря1003,87 . 106
Молекулярний азотN278,083,87 . 106
Молекулярний кисеньO220,951,18 . 106
ОзонO3Різне≈3,3
АргонAr0,936,59 . 104
Карбон (IV) оксисдCO20,0322,45 . 103
НеонNe1,82 .
10-36,48
ГелійHe5,24 .
10-42,02
КриптонKr1,14 .
10-41,69
.
КсенонXe1,87
10-62,02
МетанCH41,5 . 10-
4≈4,3
Молекулярний воденьH2≈5,0 .
10-5≈1,8
Нітроген оксидN2O≈3 . 10-
5≈2,3
Карбон (ІІ) оксидCO≈1,2 .
10-5≈0,59
АмонійNH3/NH4+≈1,0 .
10-6≈0,03
Нітроген (IV) оксидNO2≈1,0 .
10-7≈0,0081
Сульфур (IV) оксидSO2≈2 . 10-
80,0023
Гідроген сульфідH2S≈2 . 10-
80,0012
Сучасний стан хімічного складу атмосфери
Біогеохімічні процеси, які контролюють вміст кисню і карбон (IV) оксиду в атмосфері, відіграють дуже важливу роль в підтримці нормальних умов оточуючого середовища на Землі. Вільний кисень життєво необхідний для більшості організмів, а карбон (IV) оксид, будучи основним будівельним матеріалом для фотосинтезу, ще є і переважаючим тепличним газом, визначаючим температурні і в цілому кліматичні умови на нашій планеті.
Основні атмосферні гази N2 , O2 , Ar і СО2, проявляють відносно низьку реакційну активність. Їх вміст практично сталий з тривалими середніми величинами тривалості існування в атмосфері.
Що стосується інших сполук, показаних в таблиці 2.18, то їх природні джерела пов'язані з вулканічною діяльністю (Н2S
, NH3 , Р і багато інших).
В даний час вміст багатьох слідових газів, наприклад азоту, в тропосфері визначається величинами, набагато перевищуючими попередньо передбаченими на основі їх рівноважної геохімії (табл. 2.19).
Таблиця 2.19
Вміст сполук Нітрогену на поверхні Землі
СполукиСередовищеРівноважні концентраціїДійсний вміст
NO3-Морські води = 105,7(0-28) . 10-6
моль/л
NO2Атмосфера10-3,8 ppm0,001 ppm
NH3Атмосфера10-51,5