Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

II. Энергетические и вещественные особенности экосферы. Глобальные циклы вещества.




Наиболее характерными особенностями любой сложной природной системы являются ее энергетическое и вещественное состояние и режим. Так, тепловой баланс и глобальные циклы вещества являются важнейшими факторами, определяющими особенности экосферы.

 

Тепловой баланс экосферы.

Энергетической основой экосферы Земли является Солнце. Поток солнечной радиации мало изменяется во времени и обеспечивает устойчивую энергетику таких основных процессов экосферы, как глобальные биохимические циклы вещества, общая циркуляция атмосферы и океана, образование первичной биологической продукции, денудация и выветривание верхних горизонтов литосферы и пр. Затраты солнечной энергии на испарение воды с поверхности океана и суши определяют один из основных механизмов системы – круговорот воды.

Поток из недр Земли к ее поверхности это другой источник энергии экосферы. Этот поток в 20-30 тысяч раз меньше, чем поступление солнечной энергии, хотя он тоже весьма значителен.

Экосфера, с точки зрения энергетического баланса, открытая система, потому что проходит свободный обмен энергией через границы системы. Несмотря на это, приходные и расходные части энергетического баланса экосферы в высочайшей степени сбалансированы. Система получает и теряет одинаковое количество энергии, что позволяет ей оставаться в относительно стабильном энергетическом состоянии. Как естественные, так и антропогенные долговременные изменения теплового баланса экосферы весьма малы по сравнению с основными компонентами, но именно эти изменения определяют вековые глобальные изменения климата.

В различных зонах поверхности Земли приток радиации не соответствует ее отдаче, так что радиационный баланс оказывается или положительным, или отрицательным, в соответствии с географическими закономерностями. Тепловое равновесие земной поверхности поддерживается межширотным обменом энергией посредством циркуляции атмосферы, а также океана. Антропогенные изменения теплового баланса на отдельных территориях или акваториях могут вызывать изменения в циркуляции атмосферы с соответствующим воздействием на климат.

 

Глобальные циклы вещества.

Обмен веществом также проходит через границы экосферы, но интенсивность обмена по сравнению с потоками вещества внутри системы ничтожно мала. Процессы обмена веществом внутри экосферы отличаются огромными размерами. Например, реки мира выносят в океаны около 20 млрд. тонн наносов в год. А из космоса на поверхность Земли выпадает примерно 40 млн. тонн метеоритного вещества в год, это в две тысячи раз меньше наносов земных рек. Поэтому, можно сказать, что с точки зрения геоэкологии, Земля и ее экосфера – это закрытые системы.

В закрытой системе неизбежно возникают циркуляционные движения вещества, что и происходит на Земле. Это круговороты вещества, такие как большой (геологический) круговорот, круговорот воды, биогеохимические циклы химических элементов (углерод, азот, фосфор, сера), общая циркуляция атмосферы, циркуляция вод океана. Эти круговороты, в сущности, один большой круговорот, разделяемый на отдельные составляющие для удобства понимания глобальных процессов.

Любой глобальный круговорот вещества состоит из запасов (резервуаров) и потоков. Обычно суммарная величина запасов гораздо больше, чем суммарная величина потоков, это обеспечивает устойчивость круговорота. Одной из важнейших количественных характеристик является среднее время оборота вещества. Оно может также определяться для любой ветви круговорота.

Все естественные глобальные круговороты вещества отличаются высочайшей степенью замкнутости. Поэтому, даже пренебрежимо малые устойчивые антропогенные воздействия могут являться причиной существенных изменений в естественных круговоротах. Отсюда, по мнению Г.Н. Голубева, вытекает важнейшая роль деятельности человека - возникновение несбалансированности круговоротов с серьезными последствиями глобальных размеров.

 

Глобальный цикл углерода.

Г.Н. Голубев считает, что углерод, пожалуй, является самым важным химическим элементом экосферы, так как: 1) почти все формы жизни состоят из углерода; 2) реакции восстановления и окисления углерода в экосфере обуславливают глобальное распространение и баланс не только углерода, но и многих других химических элементов; 3) способность атомов углерода создавать различные структуры обуславливает разнообразие органических соединений; 4) углеродосодержащие газы (углекислый газ и метан) играют определяющую роль в антропогенном парниковом эффекте.

Основные резервуары углерода в экосфере находятся в атмосфере, гидросфере и биосфере. Между ними происходит углеродный обмен с интенсивностью в десятки млрд. тонн углерода в год. Океан в этом обмене является главным поглотителем углерода, поступающего как с суши со стоком рек, так и из атмосферы, куда углерод попадает вследствие дыхания всех живых существ. Важнейшими процессами в биосфере являются: фотосинтез (то есть формирование органического вещества из неорганического при участии солнечной энергии), расходование органического вещества и деструкция органического вещества.

Основной запас углерода, принимающего участие в биогеохимическом цикле, находится в Мировом океане, где он содержится в различных формах. В конце концов большая часть углерода откладывается на дне, где он перекрывается более молодыми отложениями и вследствие чего выходит за пределы экосферы, участвуя при этом в большом цикле вещества литосферы.

Основной антропогенный поток углерода образуется в результате сжигания горючих ископаемых в процессе производства энергии. Другим потоком являются различные виды деструкции органического вещества и почв, возникающие в результате антропогенного изменения экосистем суши. Эти антропогенные потоки пока невелики, но они устойчиво возрастают. Г.Н. Голубев пишет, что «в чрезвычайно сбалансированном цикле углерода антропогенное воздействие уже сейчас приводит к заметному усилению парникового эффекта с соответствующими серьезными последствиями для экосферы».

 

Глобальный цикл азота.

Азот является ключевым ингредиентом жизни, поскольку он – обязательный компонент всех белковых соединений.

Большие запасы соединений азота представлены в литосфере, остальные – в виде химически малоактивного газа, входящего в состав атмосферы и составляющего 79 %.

Запасы азота в гидросфере и биосфере в три раза ниже, чем в атмосфере.

Азот – активный элемент, быстро обменивающийся между геосферами. Азот проходит сквозь воздух, воду и почву в различных видоизменяющихся химических формах. Поэтому картина химических процессов цикла азота чрезвычайно сложна и разнообразна. В наземном и океаническом субциклах азота сосредоточено до 95% его потоков.

Важнейшим антропогенным потоком в цикле азота является использование азотных удобрений. За два последних десятилетия употребление азотных удобрений в развитых странах сократилось и стабилизировалось, а в развивающихся странах продолжает расти. Около 50% азота, вносимого в агроэкосистемы, попадает в растения. Из этих 50% около половины убирается с поля с урожаем, а оставшаяся часть остается в органическом веществе почвы. Таким образом, современное сельское хозяйство изменило потоки азота: не от почвы в атмосферу, а наоборот.

Другим фактором антропогенного воздействия на потоки азота является энергетика, так как при сжигании угля, нефти, торфа, сланцев увеличивается выброс в атмосферу аммиака и оксидов азота. Оксиды азота и аммиак, в свою очередь, играют решающую роль в процессе асидификации атмосферы.

 

Глобальный цикл фосфора.

Фосфор также является одним из важнейших химических элементов экосферы, поскольку он играет огромную роль в биологических и биогеохимических процессах. Фосфор – необходимый элемент ДНК и фосфолипидных молекул клеточных мембран. Наряду с азотом, он контролирует продуктивность наземных и морских экосистем вследствие невысокого содержания этих элементов экосистемах.

Основные запасы фосфора сосредоточены в экосистемах суши, океанах и отложениях наносов в водоемах. Газообразных форм фосфора практически не существует, и поэтому в атмосфере его нет. В литосфере подавляющая часть фосфора (95%) сосредоточена в кристаллических породах – апатитах. Почти весь фосфор суши первоначально образовался вследствие выветривания апатитов. Около 80% всей добычи фосфора дают отложения вторичного характера– фосфориты.

В естественных экосистемах связывание фосфора растениями находится в состоянии баланса с возвратом фосфора из растений благодаря распаду органического вещества. В растворенном виде фосфор всегда находится в динамическом равновесии с кислородом.

Биогеохимия фосфора весьма отличается от биогеохимии других биогенных элементов, поскольку фосфор, в отличие от других биогенов (углерода, кислорода, азота, серы) практически не встречается в газообразном состоянии. Это создает однонаправленный поток фосфора вниз по уклону под воздействием силы тяжести, в основном в виде тонкодисперсных наносов, на поверхности которых адсорбированы соединения фосфора. Таким образом происходит транспорт этого элемента реками в системы с замедленным водообменном (озера, водохранилища, моря), где и отлагаются наносы, относительно богатые фосфором. Обратного потока не существует. Это создает опасность значительного обеднения фосфором экосистем суши с соответствующим снижением их биологической продуктивности. Антропогенный возврат фосфора из водоемов на водосборы пока невероятен, но не исключено, что к середине ХХI века эту проблему необходимо будет решать.

В настоящее время интенсивность потоков фосфора в мире усилились в результате антропогенной деятельности, приводящей к повышенной эрозии почв, смыву фосфорных удобрений и сбросу неочищенных сточных вод. Это приводит к усилению процессов эвтрофикации водоемов.

 

Глобальный цикл серы.

Сера является необходимым компонентом белков и играет важную роль в биологических процессах. Глобальный цикл серы отличается разнообразием биотических и абиотических процессов с участием различных компонентов в газообразной, жидкой и твердой форме. С точки зрения геоэкологии наиболее важны процессы обмена соединениями серы между поверхностью суши и океана с одной стороны, и атмосферы – с другой.

Из всех глобальных биогеохимических циклов биогенных элементов цикл серы наиболее сильно нарушен человеком. Важнейшее антропогенное воздействие – это эмиссия оксида серы, возникающая в результате сжигания горючих ископаемых, прежде всего угля. В среднем антропогенный поток серы вдвое превышает естественный. Современный сток соединений серы по речным системам также более чем вдвое превышает его первоначальную (доиндустриальную) величину вследствие эрозии почв, применения удобрений, выпадений из атмосферы.

Антропогенное нарушение цикла серы серьезно влияет на ряд глобальных геоэкологических проблем, таких как асидификация экосистем, состояние озона в стратосфере и тропосфере и изменение климата.

Таким образом, экосфрера характеризуется мощным и устойчивым притоком энергии извне и взаимосвязанными циклами вещества. Отличительной особенностью естественных балансов энергии и вещества является высокая степень их сбалансированности.

Все более заметным становится влияние человека как на энергетические баланс Земли, так и на глобальные циклы вещества. Естественные вещественно-энергетические балансы и круговороты отличаются, как правило, высокой степенью замкнутости, в то время как хозяйственная деятельность человека ведет к разомкнутости, и, следовательно, к неустойчивости систем. Степень разомкнутости может быть оценена по средней скорости оборачиваемости вещества за год.

Такое влияние человека на экосферу затрагивает основы ее функционирования и в конечном итоге ведет к многочисленным серьезным последствиям в социально-экономической и политической сферах.

 

 

Санкт-Петербургский Государственный Университет

Факультет географии и геоэкологии

Кафедра региональной политики и политической географии

 

Реферат по предмету геоэкология на темы:

 

«Представление о геоэкологии по Г.Н. Голубеву. Объект, предмет, задачи геоэкологии»

 

«Энергетические и вещественные особенности экосферы: тепловой баланс, глобальные циклы вещества»

 

Реферат подготовила

Студентка 3 курса

Косырева Анастасия

 

Санкт-Петербург

2011 г.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...