LZ(4)_9_2015 (Д.Г. Замолодчиков «Экология» - 4 курс)

.Лекция 9.Тема 6. Биогеохимические циклы.Часть 2. Кислород, азот и фосфорЭкологияЗаведующий кафедрой общей экологииДмитрий Геннадьевич Замолодчиковdzamolod@mail.ruКислород (O)Преобладает по массе в живых существах (засчет того, что входит в состав воды) Входит в состав органических веществ,занимает второе место после углерода в сухойбиомассе. Важен для энергообмена: за счет окисленияорганического вещества кислородомбольшинство живых организмов получаетэнергию. Из свободного кислорода образуется озон.Дыхание – фотосинтез наоборотФотосинтез6CO2+6H20 = C6H12O6 + 6O2 ДыханиеC6H12O6 + 6O2 = 6CO2+6H20 Сгорание метанаCH4 + O2 =CO2 + 2H2OИзменение запаса кислорода атмосферыИзменение запаса кислорода, Гт O20-20-40-60-80-100-120-140Изменение запаса кислорода-160-180199019911992199319941995Годы19961997199819992000Динамика запаса кислорода атмосферы1200000-201000000-40-60800000-80600000-100-120-140-160Изменение запаса кислорода400000Запас кислорода200000-18001990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000ГодыЗапас кислорода, Гт O2Изменение запаса кислорода, Гт O20Озон (O3) поглощает ультрафиолетовоеизлучение СолнцаУФ излучение – мощный токсический имутагенный факторОзоновый экран – повышенное содержаниеозона в стратосфере (от 10 до 35 км)Абсорбция УФ излучения озоновым слоемПример развития озоновой дыры (Антарктика)Причина «озоновых дыр» - антропогенныеэмиссии озонразрушающих газовФреоны (ХФУ)ОксидыазотаФреоны и окислы азота разрушаютозоновый слойСl + O3 = ClO + O2ClO + O3 = Cl + 2O2NO2 + O3 = NO + 2O2NO + O3 = NO2 + O2Фреоны и окислы азота разрушаютозоновый слойСl + O3 = ClO + O2ClO + O3 = Cl + 2O2NO2 + O3 = NO + 2O2NO + O3 = NO2 + O2Международные соглашения об охранеозонового слояВенская конвенция об охране озоновогослоя (1985 г.).

Ратифицирована всемичленами ООН. Монреальский протокол по веществам,разрушающим озоновый слой (1987 г.)Мировое производство озонразрушающих веществДинамика озона по данным станции Ароса (Швейцария)Согласно имеющимся прогнозам,озоновый слой Земли полностьювосстановится примерно к 2050 г. Мнение Кофи Анана (бывшийГенеральный сектретарь ООН):«возможно, единственным оченьуспешным международнымсоглашением можно считатьМонреальский протокол».Азот (N)Входит в состав белков – наиболееактивной части биологических молекул Входит в состав нуклеиновых кислот. По массе занимает 4-е место в составеживых существ (после O, С, H).Схема азотного цикла биосферыАтмосфераN2Сток с водамиПродуцентыПродуцентыМертвоеКонсументыNO3органическоеКонсументывеществоНитратные бактерииРедуценты-NO2Нитритные бактерииЛифтингОкеанNH4+Низкомолекулярные CNсоединенияАммонифицирующиебактерииСушаСхема азотного цикла биосферыАтмосфераN2АбиогеннаяДенитрификация фиксация БиогеннаяфиксацияСток с водамиПродуцентыПродуцентыМертвоеКонсументыNO3органическоеКонсументывеществоНитратные бактерииРедуценты-NO2Нитритные бактерииЛифтингNH4+Низкомолекулярные CNсоединенияАммонифицирующиебактерииОкеанСушаНитритная бактерияNitrosomonasДенитрифицирующаябактерия BacillusСвободноживущиеазотфиксирующиебактерии AzotobacterКлубеньки на корняхфасолиАнтропогенные воздействия на цикл азота:1) производство азотных удобрений; 2) выбросы оксидовазота при сжигании топлива; 3) возделывание бобовых.Ключевые антропогенные источникиминерального азота250Фиксация при возделывании бобвых растенийФиксация азота, Мт N год-1Фиксация при сжигании топлива200Потребеление азотных удобрений1501005001960197019801990Год20002010Усиление выпадения азота с осадкамиGaloway et al., Biogeochemistry, 2004Количественная оценка современногобиосферного цикла азота, Мт N / годАтмосфера16660240 39100ФиксациябобовымикультурамиТехногенныеэмиссииБиогеннаяфиксация на суше5Фиксация пригрозахДенитрификацияна сушеУдобрения92Биогеннаяфиксация в океанеПродукциядеструкцияДенитрификацияв океане1200Транспорт с водным стокомСуша12051Продукциядеструкция900Осаждение10ОкеанФосфор (P)Важный компонент нуклеиновых кислот Участвует в энергообмене набиохимическом уровне (АТФ-АДФ) У млекопитающих – входит в составкостной тканиСхема цикла фосфора в биосфереАтмосфераСток с водамиПродуцентыПродуцентыМертвоеорганическоеКонсументывеществоКонсументыРедуцентыPO43ЛифтингФосфатреду-цирующиебактерииНизкомолекулярные CPсоединенияЭрозия материнских породОкеанСушаЦикл фосфора: производство удобренийhttp://geo.web.ru/druza/L-Rasvumchorr.htmПотребление фосфорных удобренийПотребление удобрений, Мт P год-12016128401960197019801990Год20002010Количественная оценка современногобиосферного цикла фосфора, Мт P / годАтмосфераУдобрения16Увеличениепула на суше12Продукциядеструкция200ЭрозияСушаПродукциядеструкция22Транспорт сводным стоком18Осаждение22150ОкеанГлобальная проблема: эвтрофикация пресных иприбрежных морских вод, сопровождаемая«цветением» водорослейВолгоградское водохранилищеhttp://kamyshin.ruКрасный прилив (Австралия)http://olgworld.com/prilivyii/Гипоксия (понижение содержания кислорода) инакопление водорослевых токсинов –проблемы, сопряженная с эвтрофикациейГибель рыбы при гипоксии(Род Айленд, США)Гибель рыбы в красном приливе(Персидский залив)http://www.trend.az/iran/politics/1794858.htmlhttp://sailorsforthesea.org/resources/ocean-watch/ocean-dead-zonesРазвитие зон прибрежной гипоксииRabalais et al., Biogeosciences, 2010Потеря пресноводных водоемовШри-ЛанкаОкрестности ОмскаСравнительный анализ последствийнарушений биогеохимических цикловЭлемент ПоследствиеСостояниеГлобальные мерыС (CO2)Глобальное потепление КризисПодкисление океанаКризисРКИК ООНO (O2)ОтсутствуетНезначительноеизменениеОтсутствуютO (O3)Озоновые дырыИзменение(восстановление)Венская конвенцияКризисОтсутствуютN (NO3-) ЭвтрофикацияP (PO43-).