Химические элементы циркулируют в биосфере характерными путями из внешней среды в организм и снова во внешнюю среду. Процессы движения химических элементов, которые происходят с участием живого вещества, называются биогеохимическими циклами. Движение необходимых для жизни элементов и неорганических соединений можно назвать круговоротом элементов питания. Относительно биосферы, биогеохимические циклы можно разделить на два основных типа:
) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере,
) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.
Из газообразных круговоротов рассмотрим два глобальных круговороты - углерода и воды. Они имеют очень большое значение для человечества. От изменений, происходящих в этих круговорот, зависит будущее человечества на Земле.
Углекислый газ поступает в атмосферу за счет дыхания всех организмов. Второе его источник - выделение по трещинам земной коры из осадочных пород благодаря химическим процессам.
Можно считать, что этот СО2 тоже имеет биогенное происхождение. Часть углекислого газа поступает в атмосферу из мантии Земли во время вулканических извержений. Это 0,01% всего СО2, выделяемого живыми организмами (Н.М. Чернова, А.М. Билова, 1986). Кроме СО2, в атмосфере присутствуют в небольшом количестве СО (0,1 части на миллион) и СН4 - 1,6 части на миллион. Эти соединения, как и СО2, находятся в быстром круговороте: 0,1 года для СО; 3,6 года для СН4 и 4 года для СО2. СО и СН4 образуются при неполной или анаэробного разложения органических соединений. В дальнейшем в атмосфере они окисляются до СО2. Сегодня запасы углерода в атмосфере оценивают в 700 млрд. тонн, а в гидросфере - 50 000 млрд. тонн. Годовой фотосинтез составляет для атмосферы 30 млрд. тонн и для гидросферы - 150 млрд. тонн. Исходя из этих цифр, время кругооборота СО2 составляет 300-400 лет (Р. Дажо, 1975). Количество СО2 в атмосфере не уменьшается, его запасы постоянно увеличиваются за счет дыхания, брожения, сведение лесов, распашка почв, сгорания. С увеличением содержания СО2 в атмосфере связана глобальная экологическая проблема - потепление климата.
Понятие «живое вещество» обозначает совокупность живых организмов биосферы. Область распространения включает нижнюю часть воздушной оболочки (атмосферы), всю водную оболочку (гидросферу), и верхнюю часть твёрдой оболочки (литосферы). Это понятие было введено В.И. Вернадским. Он отметил, что между косной, безжизненной частью биосферы, косными природными телами и живыми организмами, её населяющими идёт непрерывный обмен энергией. Живое вещество играет наиболее важную роль по сравнению с другими веществами биосферы, и выполняет рад важнейших функций.
Энергетическая функция
Энергетическая функция выполняется, прежде всего, растениями, которые в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде разнообразных органических соединений. Чтобы биосфера могла существовать и развиваться, ей необходима энергия. Собственных источников энергии она не имеет и может потреблять энергию только от внешних источников. Главным источником для биосферы является Солнце. По сравнению с Солнцем, энергетический вклад других поставщиков (внутреннее тепло Земли, энергия приливов, излучение космоса) в функционирование биосферы ничтожно мал (около 0,5% от всей энергии, поступающей в биосферу). Солнечный свет для биосферы является рассеянной лучистой энергией электромагнитной природы. Почти 99% этой энергии, поступившей в биосферу, поглощается атмосферой, гидросферой и литосферой, а также участвует в вызванных ею физических и химических процессах (движение воздуха и воды, выветривание и др.) Только около 1% накапливается на первичном звене ее поглощения и передается потребителям уже в концентрированном виде. По словам Вернадского, зеленые хлорофильные организмы, зеленые растения, являются главным механизмом биосферы, который улавливает солнечный луч и создает фотосинтезом химические тела - своеобразные солнечные консервы, энергия которых в дальнейшем становится источником действенной химической энергии биосферы, а в значительной мере - всей земной коры. Без этого процесса накопления и передачи энергии живым веществом невозможно было бы развитие жизни на Земле и образование современной биосферы.
Предварительный расчет теплообменника
Существует неразрывная взаимосвязь и взаимозависимость
условий обеспечения теплоэнергопотребления и загрязнения окружающей среды.
Взаимодействие этих двух факторов жизнедеятельности человека и развитие
производственных сил привлекает постепенное внимание к проблеме вза ...