Цикл азота

Цикл кислорода и углерода

Кислород - самый распространенный элемент в природе, его кларк 49,5 % (кларк - относительная распространенность в биосфере). Кислород входит в состав неорганических и органических соединений (белки, жиры и углеводы). Массовая доля кислорода: в воде - 85,8 %, в воздухе - 23,1 % , в минералах земной коры - 23,1 %.

Почти все формы жизни состоят из соединений углерода, кларк углерода составляет 0,14 %. Основные неорганические соединения углерода: в воздухе - СО₂, в гидросфере – гидрокарбонат - ионы, в земной коре – карбонаты. Все современные источники энергии - это углеродсодержащие соединения: уголь, нефть, природный газ. Включение углерода в состав органических веществ происходит в процессе фотосинтеза. В процессе дыхания все организмы окисляют сложные органические вещества; конечный продукт этого процесса - углекислый газ, выводится во внешнюю среду, где вновь может вовлекаться в процесс фотосинтеза. При определенных условиях в почве происходит неполное разложение мертвых остатков редуцентами до углекислого газа, и органические вещества накапливаются в виде торфа; углерод не высвобождается и его круговорот приостанавливается. Аналогичные ситуации возникали и в прошлые геологические эпохи, о чем свидетельствуют отложения каменного угля и нефти. При сжигании углеродсодержащих топлив углерод вновь возвращается в атмосферу. Однако интенсивное сжигание топлив нарушает процессы равновесия в биосфере, и повышение содержания углекислого газа в атмосфере связывают с изменением климата на планете.

Кларк азота 0,03 %. Атмосфера - основной резервуар азота, В гидросфере неорганические соединения азота - нитраты, катионы аммония их концентрация составляет около 5· 10^-5 моль/л, в литосфере находятся исчезающие малые количества - селитры.

Белки животных содержат до 17 % азота.Главный источник азота органических соединений – молекулярный азот в составе атмосферы. Переход его в доступные живым организмам соединения может осуществляться разными путями. Так, электрические разряды при грозах синтезируют из азота и кислорода воздуха оксиды азота, которые с дождевыми водами поступают в почву в виде нитратов.

N₂+О₂ =2NO;

2NO + O₂ = 2NO₂ ;

4 NO₂ +2H₂O + O₂ =4 HNO₃

NH₃+HNO₃ = NH₄NO₃.

Таким путем в почву ежегодно вносится около 15 кг/га азота.

Более важной формой усвоения азота является деятельность азотфиксирующих микроорганизмов, синтезирующих сложные протеиды. Отмирая, они обогащают почву органическим азотом, который быстро минерализуется. Таким путем в почву ежегодно вносится около 15 кг/га азота (при фиксации азота разрядами молний - 4-10 кг/га). Эффективная фиксация азота осуществляется бактериями, формирующими связи с бобовыми растениями.

Накопленные в почве запасы связанного азота служат источником питания высших растений, с которыми азот поступает в организмы животных. Растения и животные, отмирая, дают начало органическим соединениям азота, в основном аминокислотам, которые превращаются в соли аммония, нитрит, нитраты и снова усваиваются растениями. Так цикл движения азота в биосфере замыкается.

Биосфера - накопитель связанного азота. Среднее соотношение азота в наземной биомассе - почва: 160 : 15.

Часть азота в почвах может восстанавливаться до молекулярного азота, который возвращается в атмосферу. Часть растворимых соединений азота вымывается из почв дождями и грунтовыми водами и попадает в водоемы, ускоряя рост растений и цветение воды, приводит в эвтрофикации водоема. 50 % азота, вносимого в агросистемы, попадает в состав сельскохозяйственных растений. Из этого количества половина убирается с урожаем, а другая остается в органическом веществе почвы.

Современное земледелие изменило общее направление потока азота, не от почвы в атмосферу, а наоборот. Рост численности населения и опережающие его потребности в белковом питании заставил человека интенсифицировать азотный цикл, чтобы производить больше белков.

Деятельность человека нарушила установившееся равновесие в распределении азота на Земле. В балансе фиксируемого азота все большее значение приобретает искусственно синтезируемый аммиак, количество которого удваивается каждые 5-6 лет. В атмосфере аммиак окисляется, превращаясь в оксиды азота. Оксиды азота образуются и при работе двигателей самолетов, автомобилей, при сжигании топлива.