Закон круговорота вещества и дефицитные и избыточные химические элементы

Многие тяжелые металлы очень токсичны. Но хорошо известно, что марганец, медь, цинк, кобальт, никель, молибден и другие тяжелые металлы в малых концентрациях необходимы растениям.

Диапазон содержаний тяжелых металлов в природе очень велик. Например по данным В.В. Ковальского, в почвоообазующих породах содержание меди может различаться в 30-60 раз, цинка в 25-170 раз, кобальта – в 2000 раз, марганца – в 20 раз, стронция – в 200 раз, молибдена в 5 раз. При среднем содержании меди в почвах, равном 2,5х10-3%, ее количество в различных почвах может отличаться в 1500 раз! Если же принять во внимание и почвы, подверженные техногенному загрязнению, - то даже в несколько тысяч раз. Содержание цинка может меняться в почвах в 1000 раз.

10

Как считал В.В. Ковальский эти примеры свидетельствуют о геохимической неоднородности (мозаичности) биосферы. При этом живые организмы поглощают из среды все доступные химические элементы, образующие растворимые соединения, или активно превращают нерастворимые соединения в доступные формы.

Отсюда вытекает необходимость биогеохимического районирования биосферы. Термин «биогеохимическая провинция» был введен в науку в 1938 году А.П. Виноградовым.

Биогеохимическая провинция – это область на поверхности Земли, отличающаяся содержанием химических элементов в почвах, водах и других средах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

5.Влияние концентраций некоторых элементов на живые организмы

Медь. В концентрациях свыше 60х10-4% токсична для живых организмов. Но есть культуры, нуждающиеся в повышенных количествах этого элемента. Например, чай, который может накапливать меди до 15 мг/кг сухого вещества.При резком недостатке меди (менее 6-15х10-4%) нарушаются процессы метаболизма растений, они заболевают: засыхают листья, задерживается развитие корневой системы, проявляется хлороз, у злаков не формируются колосья, у фруктовых деревьев – желтеют листья. У животных наблюдаются анемии, заболевания костной системы. Но и при избыточных количествах меди также наблюдаются анемии, возможны поражения печени. На переизбыток меди растения также реагируют хлорозом, как и на недостаток.

Цинк. В больших количествах (более 7х10-3%) токсичен для растений, так как наблюдается угнетение процессов окисления. Недостаток цинка (3х10-3%) приводит к задержке или прекращению роста большинства растений. Заболевают паракератозом свиньи.

Марганец. У многих растений при недостатке марганца (менее 4х10-2%) снижается усвояемость йода,. Большинство растений при дефиците марганца накапливает железо. У животных и человека развиваются заболевания костной системы, возможно развитие зобной болезни.Избыток марганца, особенно в кислых почвах, (более 30х10-2%) приводит к уменьшению содержаний железа в растениях и вызывает у них хлороз, проявляющийся в пятнистости листьев.

Бор. Недостаток бора оказывает влияние только на растения, так как животным этот элемент не нужен. При содержании бора в почвах менее 6х10-4% растения, как правило, погибают. Заболевание начинается с гибели точки роста, отмирания корней, у свеклы недостаток бора вызывает гниль сердечка.Избыток бора ( более 30х10-4%) вызывает заболевания животных и человека (борные энтериты).

Кобальт. Недостаток кобальта в почве (менее 7х10-4%) приводит к развитию у растений заболевания – безлепестковая анемона. Систематический недостаток кобальта в пище животных и человека также приводит к тяжелым нарушениям и даже вызывает тяжелые заболевания, обусловленные недостатком витамина В12. Эти заболевания выражаются в разрушении волосяного покрова, нарушении функции печени, приводящем к развитию анемии и малокровия.                         12

Молибден. Остро реагирует на недостаток молибдена (до 1,5х10-4%) клевер. Животные, питающиеся растениями, выросшими на почвах с недостатком молибдена, болеют анемией, так как в их организме наблюдается накопление меди.Наоборот, избыток молибдена в кормах является причиной недостатка меди в организме животных и приводит к развитию молибденоза. При недостатке кальция в пище животных высокое содержание молибдена приводит к развитию заболевания –эндемическая атаксия (поражается желудочно-кишечный тракт) и человек страдает эндемической подагрой – заболеванием суставов.

Свинец. Содержится в почвах в небольших количествах (Кларк – 1,6х10-3%). Повышенное количество свинца обнаруживается в почвах промышленных зон, особенно вдоль автомагистралей. Повышенное содержание свинца в почвах приводит к накоплению его в растениях. Повышение концентрации свинца в пищевых продуктах свыше 10-4% вызывает токсические явления. Поражаются все органы, но наиболее сильно – нервная система. Для человека токсичной считается суточная доза более 0,35 мг. Нейтрализовать свинец в организме человека можно высокими дозами аскорбиновой кислоты, а предотвратить поступление свинца в растения – внесением ме6ди в почву.

Йод. Недостаток этого элемента в пище вызывает заболевание эндемичным зобом. Обусловлено это тем, что йод необходим для синтеза гормонов щитовидной железы. Хотя бы один раз в 30-50 дней организм должен получать новые порции йода в количестве 10-15 мг на каждые 70 кг массы тела. Если йод поступает в организм в меньших количествах, щитовидная железа начинает увеличиваться в размерах и образуется зоб. Это заболевание может сопровождаться резким ухудшением умственных способностей. Причем болезнь может поразить человека в любом возрасте. Если же йода не хватает в пище грудного ребенка, то это может вызвать развитие слабоумия, причем кретинизм сопровождается ухудшением деятельности сердца, теряется слух, зрение, слабеют мышцы, наступает стадия идиотии. В настоящее время многие территории Земли относятся к эндемическим по йоду. В России дефицит йода проявляется в Центральноевропейском регионе, Восточной Сибири, на Урале, Северном Кавказе и Крайнем Севере.Для предотвращения этих заболеваний в районах с недостатком йода в почвах необходимо вводить в пищу небольшие порции этого элемента. Однако, здесь необходимо проявлять осторожность, т.к. избыток йода также

13

может привести к заболеванию – базедовой болезни (увеличение щитовидки, пучеглазие, сердцебиение).Следует иметь в виду, что во время хранения йодированной соли потери йода составляют 15-20% в месяц.

Фтор. Недостаток фтора приводит к развитию кариеса, т.к. постепенно разрушается эмаль (в которую входит 0,02% фтора). У некоторых организмов наблюдается деформация костей, их повышенная хрупкость и переломы.Повышение содержаний фтора может привести к нарушению функций щитовидной железы. При избытке фтора в пище и воде также возникают заболевания зубов – флюороз (разрушение эмали). У животных наблюдаются явления, усиливающие выделение из организма йода, при этом тормозится активность некоторых ферментов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

Заключение

В отличие от энергии, которая однажды использованная организмом, превращается в тепло и теряется для экосистемы, вещества циркулируют в биосфере, что и называется биогеохимическими круговоротами. Из 90 с лишним элементов, встречающихся в природе, около 40 нужны живым организмам. Наиболее важные для них и требующиеся в больших количествах: углерод, водород, кислород, азот. Кислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза и расходуется организмами при дыхании. Азот извлекается из атмосферы благодаря деятельности азотофиксирующих бактерий и возвращается в неё другими бактериями.

Круговороты элементов и веществ осуществляются за счёт саморегулирующих процессов, в которых участвуют все составные части экосистем. Эти процессы являются безотходными. В природе нет ничего бесполезного или вредного, даже от вулканических извержений есть польза, так как с вулканическими газами в воздух поступают нужные элементы, например, азот.

Существует закон глобального замыкания биогеохимического круговорота в биосфере, действующий на всех этапах её развития, как и правило увеличения замкнутости биогеохимического круговорота в ходе сукцессии. В процессе эволюции биосферы увеличивается роль биологического компонента в замыкании биогеохимического круговорота. Ещё большую роль на биогеохимический круговорот оказывает человек. Но его роль осуществляется в противоположном направлении. Человек нарушает сложившиеся круговороты веществ, и в этом проявляется его геологическая сила, разрушительная по отношению к биосфере на сегодняшний день.

Когда 2 млрд. лет тому назад на Земле появилась жизнь, атмосфера состояла из вулканических газов. В ней было много углекислого газа и мало кислорода (если вообще был), и первые организмы были анаэробными. Так как продукция в среднем превосходила дыхание, за геологическое время в атмосфере накапливался кислород и уменьшалось содержание углекислого газа. Сейчас содержание углекислого газа в атмосфере увеличивается в результате сжигания больших количеств горючих ископаемых и уменьшения поглотительной способности «зелёного пояса». Последнее является результатом уменьшения количества самих зелёных растений, а также связано с тем, что пыль и загрязняющие частицы в атмосфере отражают поступающие в атмосферу лучи.         15

В результате антропогенной деятельности степень замкнутости биогеохимических круговоротов уменьшается. Хотя она довольно высока (для различных элементов и веществ она не одинакова), но тем не менее не абсолютна, что и показывает пример возникновения кислородной атмосферы. Иначе невозможна была бы эволюция (наивысшая степень замкнутости биогеохимических круговоротов наблюдается в тропических экосистемах – наиболее древних и консервативных).Таким образом, следует говорить не об изменении человеком того, что не должно меняться, а скорее о влиянии человека на скорость и направление изменений и на расширение их границ, нарушающее правило меры преобразования природы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

Список литературы:

1. М.Д. Гольдфейн, Н.В. Кожевников, А.В. Трубников, С.Я. Шулов –  «Проблемыжизни  в окружающей среде. Учебное пособие». Химия. 1996г, №16.

2 А.А. Горелов. «Структура и функции экосистем». Экология. 1998г.

3 Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. Изд. 4-е, доп. И перераб. – Ростов н/Д: изд-во “Феникс”, 2003. – 576 с.

4 Петросова Р.А.  Естествознание и основы экологии, Учебное пособие для средних педагогических учебных заведений. Петросова Р.А., Голов В.П., Сивоглазов В.И., Страут Е.К. - М.: Дрофа, 2007, 303 стр.

5 Федеральный  закон  от  10.01.2002г.  №  7-ФЗ  (ред.  от  14.03.2009  г.)  «Об  охране  окружающей  среды».

6 Яжлев  И.К.  О  перспективах  страхования  экологических  рисков  //  Электро-инфо  №  11,  2009.

7 Жибинова К.В. Экономические основы экологии. - М., 2010.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

Введение……………………………………………………………………..3

1.Биохимические круговороты…………………………………………….4

2. Биотический (биологический) круговорот……………………………..6

3.Закон круговорота вещества……………………………………………..8

4.Дефицитные и избыточные  химические элементы…………………….10

5.Влияние концентраций  некоторых элементов на живые  организмы....12

Заключение………………………………………………………………….15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Биотический (биологический) круговорот.

 Под биотическим (биологическим) круговоротом понимается циркуляция  веществ между почвой, растениями, животными и микроорганизмами. По  определению Н. П. Ремезова, Л. Е. Родина  и Н. И. Базилевич, биотический (биологический) круговорот — это поступление  химических элементов из почвы, воды и атмосферы в живые  организмы, превращение в них  поступающих элементов в новые  сложные соединения и возвращение  их обратно в процессе жизнедеятельности  с ежегодным опадом части органического  вещества или с полностью отмершими  организмами, входящими в состав  экосистемы.

Рис. №2.1. Биотический круговорот в циклической форме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6