Круговорот биогенных элементов в природе. Круговорот биогенных элементов. углерод в природе

30.10.2019
Редкие невестки могут похвастаться, что у них ровные и дружеские отношения со свекровью. Обычно случается с точностью до наоборот

Бургунды, германское племя. Образовали королевства: в бассейне Рейна – в начале V века (завоевано гуннами в 436 году), в бассейне Роны – в середине V столетия (в 534 году завоевано франками). Недолгую, но бурную судьбу пережили бургунды, оставившие богатую мифологию и эпическую традицию, о чем напоминает «Песнь о Нибелунгах». Они происходили с юга нынешней Норвегии, с острова Борнхольм, отличались высоким ростом, рыжим цветом волос и бород. В 417 году бургунды во главе с тремя сыновьями Гибиха – Гундахаром, Гизельхером и Годомаром (Гибих, Гунтер, Гизельхер и Гернот «Песни о Нибелунгах») – дошли до Рейна и заняли римскую провинцию Германия Прима. Центром их владений стал Вормс. Рим вынужден был признать их федератами, даровать наследникам Гибиха римские титулы и ежегодно поставлять продовольствие.

Бургунды в Песне о Нибелунгах
Допрос Хагена королем Аттилой и Кримхильдой, Донато Джианкола

Бургунды в Песне о Нибелунгах
Кримхильда показывает Хагену голову Гунтера, художник Генрих Фюссли

В 435 году, недовольные задержкой с поставками, бургунды решили занять провинцию Белгика и были разгромлены римским войском, на стороне которого выступили гунны, предводительствуемые Аттилой (Этцель нибелунгского эпоса). В тот роковой год погибли Гундахар и его братья, что стало основной идеей трагедии «Песни о Нибелунгах». После этого поражения бургунды были переселены на земли вокруг Женевского озера с центром в Лионе. Согласно римской традиции терций, им как воинам, расквартированным на постой, было выделено две трети земель, одна треть имуществ и рабов.

В ходе перераспределения земель сложилось наследственное право владения наделом (sors). При этом римское землевладение не перестало существовать. Сохранились отношения патроната и колоната. Родовые вожди бургундов были уравнены в правах с римскими офицерами. Короли вплоть до 476 года носили титул «magister militurn». Римское влияние сказалось на записи обычного права в так называемой «Бургундской правде», составленной при короле Гундобаде (474 – 516 годы).
Дод Евгений Вячеславович биография успешного председателя.

В частности, в ней оказались статьи о колонах, о рабах, посаженных на пекулий, о патронатных договорах. Печать романизации несет и система правовой защиты лиц, принадлежавших к различным стратам. Так, убийство знатного (optimates, nobiles) каралось пени в 300 солидов, убийство человека среднего состояния (mediocres) – 200 солидов, убийство незнатного, человека низкого происхождения (minores, inferiores) – 150 солидов. В 517 году при короле Сигизмунде бургунды приняли католичество, которое, впрочем, осталось достоянием родоплеменной элиты. В 534 году бургунды подчинились франкам. От бургундов произошло название Бургундия.

В средние века название Бургундия носили различные государственные и территориальные образования. Варварское королевство Бургундия с центром в Лугдунуме (Лионе) образовалось в конце V века на территориях, захваченных германским племенем бургундов. В 534 году королевство было завоевано франками, но сохранялось как целостное территориальное образование под своим названием в составе Франкского королевства.

Второе бургундское королевство было создано Гонтраном, сыном Хлотаря I; оно включило в себя Арль, Санс, Орлеан и Шартр. При Карле Мартелле было присоединено к Австразии. В ходе распада Франкского королевства на территории Бургундии образовались два королевства, границей между которыми был Юрский хребет: Верхняя Бургундия и Нижняя Бургундия, объединившиеся в 933 году в единое королевство, которое также называлось Бургундия, с центром в Арле.

Циркуляция химических элементов (веществ) в биосфере называется биогеохимическими циклами .

Обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой называют биогеохимическим круговоротом , или биогеохимическим циклом .

Живые организмы играют в этих процессах решающую роль.
Необходимые для жизни элементы условно называют биогенными (дающими жизнь) элементами, или питательными веществами . Различают две группы питательных веществ:

  • К макротрофным веществам относятся элементы, которые составляют химическую основу тканей живых организмов. Это углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера .
  • Микротрофные вещества включают в себя элементы и их соединения, также необходимые для существования живых систем, но в исключительно малых количествах. Такие вещества часто называют микроэлементами. Это железо, марганец, медь, цинк, бор, натрий, молибден, хлор, ванадий и кобальт . Недостаток микроэлементов может оказывать сильное влияние на живые организмы (в частности, ограничивать рост растений), так же как и нехватка биогенных элементов.

Биогенные элементы благодаря участию в круговороте могут использоваться неоднократно. Запасы биогенных элементов непостоянны: некоторая их часть связана и входит в состав живой биомассы, что снижает количество, остающееся в среде экосистемы. И если бы растения и другие организмы в конечном счете не разлагались, запас питательных веществ исчерпался бы и жизнь на Земле прекратилась. Отсюда можно сделать вывод, что активность гетеротрофных организмов, в первую очередь редуцентов, - решающий фактор поддержания круговорота биогенных элементов и сохранения жизни.

Биогеохимический цикл углерода

Рассмотрим биогеохимический цикл углерода. Естественным источником углерода, используемого растениями для синтеза органического вещества, служит углекислый газ, входящий в состав атмосферы или находящийся в растворенном состоянии в воде. Основные звенья круговорота углерода показаны на рисунке.

В процессе фотосинтеза углекислый газ превращается растениями в органическое вещество, служащее пищей животным.

Дыхание, брожение и сгорание топлива возвращают углекислый газ в атмосферу.
Запасы углерода в атмосфере оцениваются в 700 млрд т, а в гидросфере - в 50 000 млрд т. Согласно расчетам, за год в результате фотосинтеза прирост растительной массы на суше и в воде равен соответственно 50 и 180 млрд т.

Биогеохимический цикл азота

Циркуляция биогенных элементов обычно сопровождается их химическими превращениями. Нитратный азот, например, может превращаться в белковый, затем переходить в мочевину, превращаться в аммиак и вновь синтезироваться в нитратную форму под влиянием микроорганизмов. В биохимическом цикле азота действуют различные механизмы, как биологические, так и химические. Схема циркуляции азота в биосфере представлена на рисунке.

Биогеохимический цикл фосфора

Одним из наиболее простых циклов является цикл фосфора. Основные запасы фосфора содержат различные горные породы, которые постепенно (в результате разрушения и эрозии) отдают свои фосфаты наземным экосистемам. Фосфаты потребляют растения и используют их для синтеза органических веществ. При разложении трупов животных микроорганизмами фосфаты возвращаются в почву и затем снова используются растениями. Помимо этого часть фосфатов выносится с током воды в море. Это обеспечивает развитие фитопланктона и всех пищевых цепей с участием фосфора. Часть фосфора, содержащаяся в морской воде, может вновь вернуться на сушу в виде гуано - экскрементов морских птиц. Там, где они образуют большие колонии, гуано добывают как очень ценное удобрение.

Некоторые организмы могут играть исключительно важную роль в круговороте фосфора. Моллюски, например, фильтруя воду и извлекая оттуда мелкие организмы, их остатки, захватывают и удерживают большое количество фосфора. Несмотря на то что роль моллюсков в пищевых цепях прибрежных морских сообществ невелика (они не образуют плотных скоплений с высокой биомассой, их пищевая ценность невысока), эти организмы имеют первостепенное значение как фактор, позволяющий сохранить плодородие той зоны моря, где они обитают. Популяции моллюсков подобны природным аккумуляторам, только вместо электроэнергии они накапливают и удерживают фосфор, необходимый для поддержания жизни в прибрежных зонах морей. Иначе говоря, популяция этих организмов более важна для экосистемы как “посредник” в обмене веществом между живой и неживой природой (сообществом и биотопом).
Этот пример - хорошая иллюстрация того, что ценность вида в природе не всегда зависит от таких показателей, как его обилие или сырьевые качества. Эта ценность может проявляться лишь косвенно и не всегда обнаруживается при поверхностном исследовании.

В пределах биосферы практически каждый химический элемент проходит через цепочку живых организмов, включается в систему биогеохимических превращений. Так, весь кислород планеты - продукт фотосинтеза – обновляется через каждые 2000 лет, а весь углекислый газ – за 6,3 года. Процесс полной смены вод на Земле (в гидросфере) осуществляется за 2800 лет. Обновление живого вещества биосферы происходит в среднем за 8 лет, при этом фитомассы суши (биомассы наземных растений) – 14 лет, а для океана, где преобладают организмы с коротким периодом жизни (например, планктон) – 33 дня.

Для синтеза живого вещества необходимо примерно 40 элементов. Наиболее жизненно важными считаются вещества, из которых состоят белковые молекулы – углерод, азот, кислород, фосфор и сера. Другие элементы требуются в меньших количествах, но они также необходимы. Это кальций, железо, калий, магний и др. Все элементы попеременно переходят из живой материи в материю косную (неживую), участвуя в сложных биогеохимических циклах. Последние можно разделить на две группы: круговорот газов, в котором главным резервуаром элементов служит атмосфера (круговорот углерода, азота, кислорода и воды), круговорот осадочный, элементы которого в твердом состоянии находятся в составе осадочных пород (круговорот фосфора, железа, серы). Циклы элементов существенно отличаются от простого физического преобразования энергии, которая, в конце концов, выделяется в виде тепла и никогда потом не используется снова.

3.2.1. Круговорот углерода

Углерод (С) встречается на нашей планете в разнообразных соединениях, начиная с нахождения в виде чистого углерода (уголь, графит и т.д.), вплоть до высокомолекулярных органических соединений. Основой биогенного круговорота этого элемента является неорганическое соединение – диоксид углерода (углекислый газ СО 2), образующееся при разложении угольной кислоты (рис. 3.2).

Единственным источником углерода, используемого растениями для синтеза органических веществ, служит углекислота, входящая в состав атмосферы или находящаяся в растворенном состоянии в воде.

В результате фотосинтеза из диоксида углерода и воды образуются углеводы, и высвобождается кислород, поступающий в атмосферу. Часть образовавшихся углеводов используется самим фотосинтезирующем организмом (зеленым растением) для получения энергии, идущей на рост и развитие, а часть потребляется животными при применении фотосинтетиков в пищу. При этом диоксид углерода уходит в окружающую среду через корни, листья, а также выделяется животными в процессе дыхания. Мертвые животные и растения постепенно разлагаются микроорганизмами почвы, углерод их тканей окисляется снова до углекислоты и возвращается в атмосферу. Аналогичный процесс происходит в океане.

Благодаря фотосинтезу в атмосфере накопилось достаточное количество для процветания белковой жизни свободного кислорода. Фотосинтезирующие зеленые растения и карбонатная система моря эффективно удаляют избыток СО 2 из атмосферы, который может привести к перегреву планеты. Однако возросшее потребление ископаемого топлива, газовые выбросы промышленности, а также снижение поглотительной способности зеленых растений в связи со значительным сокращением лесов и влияние химических загрязнителей на сам процесс фотосинтеза начинают заметно изменять атмосферный фонд круговорота углерода. Продолжительность круговорота углерода равна ~ 300…1000 лет. В настоящее время содержание углекислого газа не уменьшается, т.к. его запасы постоянно пополняются за счет дыхания, брожения и сгорания. Существует реальная опасность того, что в результате развития промышленного производства и нарушения равновесного состояния биосферы содержание СО 2 в атмосфере может вырасти, что приведет к увеличению парникового эффекта и глобальному изменению климата.

Последние материалы сайта