L_13 (Д.Г. Замолодчиков «Экология» - 3 курс)

.Лекция 13.Тема 6. Биогеохимические циклыЧасть 3. Циклы кислорода, азота и фосфора.Степень антропогенной модификациибиогеохимических цикловЭкологияЗаведующий кафедрой общей экологииДмитрий Геннадьевич Замолодчиковdzamolod@mail.ruКислород (O)Преобладает по массе в живых существах (за счет того, чтовходит в состав воды)Входит в состав органических веществ, занимает второе местопосле углерода в сухой биомассе.Важен для энергообмена: за счет окисления органическоговещества кислородом большинство живых организмовполучает энергию.Из свободного кислорода под действием ультрафиолетаобразуется озон.49% массы земной коры приходится на кислородДыхание – фотосинтез наоборотФотосинтез6CO2+6H20 = C6H12O6 + 6O2ДыханиеC6H12O6 + 6O2 = 6CO2+6H20 Сгорание метанаCH4 + O2 =CO2 + 2H2OДыхательный коэффициентотношение объема CO2, выделяемого при дыханииорганизма, к объему поглощаемого O2.для углеводов равен 1для белков равен 0.8для жиров равен 0.7Биосферный цикл O2 (доиндустриальный), Гт O2Атмосфера1 184 000Дыханиеавтотрофов 154Растворение4480Выделение4480GPP 308ПродуктыфотосинтезаNPP (154)Дыханиегетеротрофов 154Наземная биота,детрит, гумус,торфПоверхностныеводы192Физический Дыхание 124транспорт36GPP 154Поверхностнаяморская биотаСедиментация(30)Глубинные воды7008Дыхание 30Глубиннаяморская биотаФизическийтранспорт6Пулы кислородаАктивные пулыорганических веществПотоки кислородаПотоки органическихвеществБиосферный цикл O2 (современный), Гт O2Атмосфера1 184 000Дыханиеавтотрофов 168Растворение4480Выделение4481ПродуктыфотосинтезаСгораниеорганическихвеществ11GPP 154Поверхностнаяморская биотаСедиментация(30)Глубинные воды7008Дыхание 30Глубиннаяморская биотаNPP (168)Дыханиегетеротрофов 154Наземная биота,детрит, гумус,торфСжигание ископаемоготоплива23Поверхностныеводы192Физический Дыхание 124транспорт36GPP 336Физическийтранспорт6ЗапасыископаемоготопливаПулы кислородаАктивные пулыорганических веществПотоки кислородаПотоки органическихвеществДинамика запаса кислорода атмосферы1200000-201000000-40800000-60-80600000-100-120-140-160-18019901991И зм ен ен ие зап аса кислорода400000Зап ас ки слорода2000001992199319941995Годы199619971998199902000Запас кислорода, Гт O2Изменение запаса кислорода, Гт O20Озон (O3) поглощает ультрафиолетовое излучениеСолнцаОзоновый экран – повышенное содержание озона встратосфере (от 10 до 35 км)Пример развития озоновой дыры (Антарктика)Фреоны и окислы азота разрушают озоновый слойСl + O3 = ClO + O2ClO + O3 = Cl + 2O2NO2 + O3 = NO + 2O2NO + O3 = NO2 + O2Международные соглашения об охране озонового слояВенская конвенция об охране озонового слоя (1985 г.).Ратифицирована всеми членами ООН. Монреальский протокол по веществам, разрушающимозоновый слой (1987 г.)Динамика озона по данным станции Ароса (Швейцария)Успех международных действий по защите озонового слояСогласно имеющимся прогнозам, озоновый слойЗемли полностью восстановится примерно к 2050 г. Мнение Кофи Анана (бывший Генеральный сектретарьООН): «возможно, единственным очень успешныммеждународным соглашением можно считатьМонреальский протокол».Азот (N)Входит в состав белков – наиболее активной частибиологических молекул Входит в состав нуклеиновых кислот. По массе занимает 4-е место в составе живых существ(после O, С, H).Схема азотного цикла биосферыАтмосфераN2Сток с водамиПродуцентыПродуцентыКонсументыМертвоеорганическоеКонсументывеществоНитратные бактерииРедуцентыNO3-NO2-Нитритные бактерииЛифтингОкеанNH4+Низкомолекулярные CNсоединенияАммонифицирующиебактерииСушаСхема азотного цикла биосферыАтмосфераN2ДенитрификацияАбиогеннаяфиксацияБиогеннаяфиксацияСток с водамиПродуцентыПродуцентыКонсументыМертвоеорганическоеКонсументывеществоНитратные бактерииРедуцентыNO3-NO2-Нитритные бактерииЛифтингОкеанNH4+Низкомолекулярные CNсоединенияАммонифицирующиебактерииСушаНитритная бактерияNitrosomonasДенитрифицирующаябактерия BacillusСвободноживущиеазотфиксирующие бактерииAzotobacterКлубеньки на корнях фасолиАнтропогенные воздействия на цикл азота: внесение азотных удобрений,эмиссии NOx при сжигании топлива, возделывание бобовыхКлючевые антропогенные источники минеральногоазота250Ф ик сация при в озде лывании бобвы х раст енийФиксация азота, Мт N год-1Ф ик сация при с ж игании т оплив а200П от ребеле ние азотных удобрений150100500196 019701 9801 990Год2 00020 10Количественная оценка современного биосферногоцикла азота, Мт N в годАтмосфера16660240 39100ФиксациябобовымикультурамиТехногенныеэмиссииДенитрификацияна сушеУдобрения92Биогеннаяфиксация на суше120Фиксация пригрозахБиогеннаяфиксация в океанеПродукциядеструкцияДенитрификацияв океане1200Транспорт с водным стокомСуша551Продукциядеструкция600Осаждение10ОкеанУсиление выпадения азота с осадкамиGaloway et al., Biogeochemistry, 2004Фосфор (P)Важный компонент нуклеиновых кислот Участвует в энергообмене на биохимическом уровне(АТФ-АДФ) У млекопитающих – входит в состав костной тканиСхема цикла фосфора в биосфереАтмосфераСток с водамиПродуцентыПродуцентыМертвоеорганическоеКонсументывеществоРедуцентыКонсументыPO43ЛифтингФосфатредуцирующиебактерииНизкомолекулярные CPсоединенияЭрозия материнских породОкеанСушаАнтропогенное воздействие на цикл фосфора:производство удобренийhttp://geo.web.ru/druza/L-Rasvumchorr.htmПотребление фосфорных удобренийПотребление удобрений, Мт P год-12016128401960197019801990Год20002010Количественная оценка современного биосферногоцикла фосфора, Мт P в годАтмосфераУдобрения16Увеличениепула на суше12Продукциядеструкция200ЭрозияСушаПродукциядеструкция1822Транспорт сводным стокомОсаждение22100ОкеанГлобальная проблема: эвтрофикация водblog.rushydro.rubluetechblog.comРазвитие зон прибрежной гипоксииRabalais et al., Biogeosciences, 2010Потеря пресноводных водоемовШри-ЛанкаОкрестности ОмскаСтепень антропогенной модификации биосферныхцикловЭлемент: веществоПоток, Мт элемента год-1оборот вбиосферевыход из образованиерезервныхилипуловпотреблениев биосфере человеком09300Степень антропогенноймодификации, %в сравнении в сравнении сс оборотомвыходом изрезервныхпулов5.2-С: CO2180000O: O24910000-340006.9-N: минеральный N180022519110.684.9P: подвижный P30018165.388.9.