Основи біогеохімії

ppm

N2OАтмосфера10-12,7 ppm0,33 ppm

NOАтмосфера10-9,6 ppm0,001 ppm

На  відміну  від  інших  атмосферних  газів,  більшість  сполук  Сульфуру  і  Нітрогену  реактивні,  мають  короткий  час існування, і їх вміст сильно варіює як і часі, так і в просторі. Окисні реакції і вимивання з дощами контролюють видалення цих сполук з тропосфери. В даний час вміст майже всіх слідових сполук Сульфуру і Нітрогену в тропосфері зростає як наслідок антропогенної активності і забруднення атмосфери в глобальному масштабі.

 

Біогеохімічні цикли елементів у водних екосистемах суші

 

 

Відомо, що дві третини Землі покриті водою, і більша частина води знаходиться в океані (табл. 2.20). Крім того, є підземні та грунтові води.

 

Таблиця 2.20

 

Розподіл води на поверхні Землі

 

Тип води Вміст, молі

Океани9,5 . 1019 (> 99 %)

Озера і річки1,7 . 1015

Атмосфера7,2 . 1014

Взаємодія між живою матерією і гідросферою  є одним з глобальних  біосферних  процесів.  Живі організми  на Землі містять в своїй біомасі до 60% води. Всі біохімічні реакції і фізіологічні процеси протікають в рідкій фазі. Великі кількості води піддаються розщепленню при роботі фотосистеми ІІ у фотосинтетичному процесі.

 

Хімічний склад атмосферних осадів визначає види і швидкості біохімічних реакцій в тропосфері. Хімічний склад осадів сильно змінюється при реакціях з гумусовими кислотами грунтів, метаболітами вищих рослин і ґрунтових мікробів. Карбон (IV) оксид, кінцевий продукт розкладу будь-якого органічного матеріалу, розчиняється у воді з формуванням Карбонатної кислоти, Н2СО3, дисоціація якої  робить реакцію водного розчину слабокислою. Ці процеси відіграють найбільш важливу роль в розчиненні мінеральної маси земної кори в поверхневих водах. Одночасно, стікаючі, поверхневі води захоплюють часточки  грунту і переносять їх у водостоки (водна  ерозія).  При  цьому  біогеохімічні  процеси  впливають  на  склад  як розчинних сполук, так і зваженої маси.

 

Біогеохімічна роль гумусу

 

Поширення наземних живих організмів сприяло формуванню біогеохімічної структури на суші. Ґрунтова органічна маса відіграє важливу роль у формуванні ґрунтового гумусу. З однієї сторони,  гумус – джерело Нітрогену  і інших поживних елементів, необхідних для росту всіх вищих рослин. Ці поживні речовини вивільняються при мінералізації гумусу під дією мікробів.  Отже, гумус визначає  грунтову   родючість   і продуктивність  рослин.  З  іншої  сторони,  гумусові  кислоти  і їх похідні, маючи велику поглинальну здатність,  активно впливають на міграцію і акумуляцію елементів в біогеохімічних циклах. Поверхня гумусових речовин досягає 800 - 900 м2/г, що дозволяє адсорбувати біля 1,50 - 3,00 мекв/г (150 - 300 cmol(p+)/кг).

 

Грунт як відкрита біокісна система

 

З біогеохімічної точки зору грунт являє собою відкриту систему, в яку надходить  більшість ліофільних елементів, в тому числі C, N, Ca, Mg, Si, P і K. Первинна продуктивність наземних екосистем в основному залежить  від  ґрунтової родючості. Дощові води з розчиненими хімічними сполуками, стікаючи по ґрунтовій поверхні і просочуючись крізь грунт, формують поверхневий, внутрішньогрунтовий і ґрунтовий стоки. Грунт при цьому служить регулятором геохімічної і біогеохімічної  міграції  багатьох  елементів.  Таким  чином,  грунт  займає  ключове  місце  і  відіграє  виключно  важливу комплексну роль в біогеохімічному циклі будь-якого елемента.

 

Біогеохімія Карбону

 

Циклічні процеси кругообігу Карбону мають найважливіші значення як для глобальної біосфери, так я для її наземних і водних екосистем.

 

Розподілення Карбону в біосфері

 

За сучасними оцінками, в атмосфері міститься 6160 . 109  тонн або 1,4 . 1016 молей СО2  (1680 . 109  тонн С). Основне надходження карбон (IV) оксиду в атмосферу здійснюється в результаті процесів дихання, горіння і розкладу. І навпаки, основне джерело кисню – процес фотосинтезу, який, в свою чергу, відповідає за основне поглинання СО2  (біля 66 . 109 тонн/рік або 1,5 . 1015 мол/год). Оскільки карбон (IV) оксид в певній мірі розчинний у воді (КН = 3,4 . 10-2  мол/атм), повинен враховуватись обмін з глобальним океаном. Приблизне поглинання СО2  в системі атмосфера-океан складає 7 .

1015 мол/год (308 . 109 тонн/год) і вивільнення 6 . 1015 мол/год (264 . 109 тонн/год). Час існування СО2 в атмосфері – біля

2 років, що достатньо для відносно рівномірного розподілу цього газу в глобальній атмосфері. В наземних екосистемах оцінки поглинання карбон (IV) оксиду в даний час переглядаються в сторону їх збільшення.

 

Кількість СО2 (aq) в океані в 6 разів перевищує його кількість в атмосфері Землі, що робить логічним припущення про можливе додаткове поглинання надлишкового карбон (IV) оксиду і в подальшому, при рості його вмісту в атмосфері. Однак поглинання СО2 в поверхневих водах океану (0 - 100 м) відбувається відносно повільно (t1/2 = 1,3 роки), а самі поверхневі води дуже повільно перемішуються з глибинними шарами (t1/2 = 35 років). Відповідно, поверхневі шари світового океану здатні тільки частково поглинати накопичуваний в атмосфері антропогену СО2.

 

Кругообіг Карбону в наземних екосистемах

 

Процеси,  що  контролюють  вміст  СО2  в  атмосфері  (розчинення  в  океані,  фотосинтез  і  формування  карбонатів), відіграють важливу роль в підтриманні рівноваги в