Круговорот азота в природе ℹ️ описание, схема, этапы, влияние человека

Значение круговорота N2 для биосферы

Чтобы иметь возможность дать описание и схему круговорота азота в природе, мы должны помнить, что этот элемент является важной частью белков и ДНК. Без него жизнь, которую знает человечество, может не существовать. Но биологические существа способны усвоить его только в определенной форме. В результате различных геологических процессов этот элемент принимает форму, пригодную для использования организмами. Обмен элементов между живыми существами, воздухом, водой и земной корой называется биогеохимическими циклами.

Таким образом, микроэлементы, входящие в состав биологического организма, возвращаются в природу. В этом процессе частицы постоянно перемещаются между воздухом, водой и живыми организмами, иначе жизнь давно бы исчерпала свои ресурсы.

N2 входит в состав всего живого. Это один из самых популярных элементов в природе. Атмосфера Земли на 78% состоит из N2. Он также содержится в воде и почве и входит в состав белков.

Этот элемент участвует в синтезе важнейших органических молекул, белков и нуклеиновых кислот. Азот в виде газа в атмосфере достаточно инертен и немногие организмы способны получать его из воздуха. Растения могут усваивать только связанный микроэлемент, то есть в составе химических соединений.

Молекулярный азот — очень стабильное соединение. Для его уничтожения требуется большое количество энергии.

Связывание или фиксация происходит тремя способами:

1. Из-за электрических разрядов молнии. Они расщепляют молекулы, чтобы образовать соединения с кислородом. Образующийся таким образом оксид азота растворяется в дождевой воде и попадает в почву, откуда его поглощают растения. Именно молния играет важную роль в развитии жизни на нашей планете.
2. Человек – еще один источник. Деятельность человека значительно увеличила его количество в природе. Сегодня треть этого связанного азота попадает в биосферу благодаря широкому использованию удобрений, содержащих нитраты. В промышленности соединение этого элемента с водородом происходит при температуре от 400 до 600 градусов Цельсия и давлении до 1000 атмосфер.
3. В природе важнейшими азотфиксаторами являются бактерии, особенно те, которые образуют симбиоз с корнями бобовых растений. Горох, фасоль, соя, клевер – все относятся к этому виду. Благодаря симбиозу они могут жить на очень бедной почве и обогащать ее. У этих растений есть механизм, позволяющий им вместе с клубеньковыми бактериями поглощать вещества из воздуха.

Чтобы понять, какие организмы участвуют в круговороте азота, вспомните урок биологии. Это важнейшие азотфиксирующие цианобактерии. Они играют важную роль в водных экосистемах. N2 также свободно фиксируется свободноживущими почвенными бактериями. С помощью специального фермента бактерии фиксируют атмосферный азот, синтезируют аммиак и нитраты. Получается взаимовыгодное существование. Микроорганизмы дают растениям азот, а растения питают бактерии сахаром.

Большинство видов растений получают нитраты из почвы. Растительные белки становятся частью травоядных, а затем и плотоядных животных. В круговороте бактерии играют важную роль, разлагая сложные азотистые соединения, чтобы они могли усваиваться растениями. При недостатке кислорода некоторые бактерии расщепляют органические вещества с образованием газообразного азота. Он возвращается в атмосферу и весь цикл повторяется снова.

Этапы круговорота атмосферного азота

Чтобы кратко описать и понять этот процесс, представьте себе биосферу как два соединяющихся сосуда разного размера. В большом содержатся вещества воздуха и воды, в маленьком — элементы, участвующие в жизнедеятельности организмов. В соединяющей их трубе азот переходит в разные состояния. Именно так он поступает в организм в живой природе.

Процесс велосипедного движения очень медленный. Там есть определенный порядок:

• Поглощение веществ биосферными бактериями.
• Переход из свободного состояния в связанное.
• Усвоение его соединений растениями.
• Поглощение элемента животными.
• Восстановление концентрации микроорганизмов.

Общее описание

Азот – седьмой элемент таблицы Менделеева. Имеет две валентности – III и V. В природе это двухатомный газ (N2), мало растворимый в воде. Из-за прочной тройной связи между атомами азот является малореакционным веществом, вступающим в реакцию только при нагревании или под действием катализатора.

Элемент присутствует в почве, воде и живых организмах в составе сложных веществ. Свободный азот относительно стабилен в атмосфере, его содержание составляет 78% от общего объема газов. Азот может принимать жидкую и твердую форму.

Элемент входит в состав аминокислот, белков и нуклеиновых кислот. Без азота ДНК не может быть построена.

Азот в живой природе

Роль азота в природе еще до конца не изучена. Любая экологическая система усваивает небольшое количество вещества. При производстве удобрений нарушается баланс между газами органических соединений, возвращаемых в атмосферу, и элементами из воздуха.

Было отмечено, что состояние может перейти от рукотворного потока к естественному. Большие количества газа накапливаются в природе и вызывают негативные последствия. Выявлена ​​естественная связь между сельским хозяйством, например использованием различных добавок, и загрязнением окружающей среды.

Около 36% азота, попадающего в почву с навозом, просачивается в сточные воды. Они содержат большое количество нитратов азота, которые при попадании в реки и озера вызывают усиленное размножение растений.

Этот процесс называется эвтрофикацией, то есть загрязнением водных ресурсов водорослями. Это одно из важнейших экологических последствий использования этого вещества. Молекулы действуют как питательная среда для водных растений. Накапливаясь, они очень быстро разрастаются, затемняя водоем и не давая развиваться другим растениям. Со временем водоросли отмирают. Для их разрушения требуется очень большое количество воздуха.

Водоснабжение ухудшается в присутствии кислорода. Его покидают все возможные живые организмы, например, ракообразные и рыбы. Вода становится болотистой, со временем превращается в болото и высыхает.

Фермы являются еще одной причиной загрязнения. Есть три фактора:

1. Удобрения оставляют на мерзлой земле.
2. Чрезмерное количество химикатов.
3. Удобрения в почву не вносятся.

При этом в воздух выделяется аммиак. На расстоянии двух километров от ферм наблюдаются рассеивание и загрязнение воздуха. В результате загрязняются близлежащие водоемы. Чтобы этого не произошло, ниже по склону устанавливают дамбы. А места кормления скота должны быть спроектированы с учетом уровня грунтовых вод.

Следствием дисбаланса азота в атмосфере является увеличение количества нитратов в продуктах питания. Культуры, выращиваемые в коммерческих целях, могут содержать большое количество нитратного азота. Его образование возможно вследствие неправильного транспорта, а также с помощью бактерий. Попадая в организм и взаимодействуя с гемоглобином, они препятствуют проникновению кислорода в кровь. Это серьезно влияет на здоровье человека.

Оксиды также входят в состав соединений азота. Соединения образуются и попадают в атмосферу при сжигании газа и выбрасываются при использовании автомобилей или газотурбинных самолетов. Они не причиняют вреда только в том случае, если не окисляются озоном до диоксида азота. Наличие высоких концентраций в организме приводит к тяжелым заболеваниям.

Чтобы предотвратить серьезные последствия этой проблемы, необходимо тщательно изучить круговорот азота. Мы должны найти способы поддерживать баланс между экосистемой и людьми. Можно отметить, что в современном мире при описании круговорота стихий возникают определенные трудности, поскольку не все процессы до конца понятны.

Круговорот азота в природе: схема, описание, последовательность, значение и факты

Азот (N, лат азотиум) — один из самых распространенных элементов на планете, циркулирующий через нас, животных, растения и другие живые организмы. В этой статье мы не только рассмотрим круговорот азота в природе, но и поделимся некоторыми фактами об этом элементе!

Влияние человека на круговорот

Деятельность людей оказывает на это непосредственное влияние. Промышленность наиболее интенсивно вмешивается в этот процесс. Сельское хозяйство считается самым важным источником избыточного газа в атмосфере. Возделываемые культуры поглощают много питательных веществ, тем самым истощая их. Картофель, свекла и зерновые ежегодно потребляют до 200 кг веществ на гектар земли.

При недостаточном внесении органических удобрений или полном отсутствии бобовых состояние и плодородие ухудшаются, когда резервные силы истощаются и полезные элементы вымываются из почвы. И наоборот. Чрезмерное накопление удобрений приводит к увеличению количества удобрений для наземных растений и уменьшению поступления свободного азота в атмосферу.

Что мы узнали?

Мы рассмотрели описание круговорота азота в природе. Азот — важный элемент, который необходим живым организмам для построения тканей и синтеза ДНК. Свободный азот плохо реагирует из-за сильных тройных связей. Таким образом, бактерии помогают усваивать азот, синтезируя аммиак, азотную кислоту и нитраты. В составе солей азот поступает в растения и далее по пищевой цепи в организмы травоядных и хищников. Новый цикл начинается со гибели и разложения живых организмов.

Определение

Азотный цикл — это непрерывная последовательность природных процессов, в которых азот последовательно перемещается из атмосферы в почву к живым организмам и обратно в воздух или почву посредством таких процессов, как фиксация азота, нитрификация, разложение и денитрификация.

Теперь давайте рассмотрим все вышесказанное на примере из нашей жизни. Когда вы откусываете вкусный сэндвич с индейкой, салатом и помидорами, вы, вероятно, не задумываетесь о том, что хотя атомы азота из этой пищи раньше находились в коровьем фекалии, она по-прежнему имеет восхитительный вкус!

Извините, если мы испортили вам обед, но эти атомы азота — настоящие туристы, которые посещают воздух, микроорганизмы, растения, животных и почву посредством биогеохимического цикла азота или азотного цикла Земли. Давайте проследим за некоторыми атомами азота в азотном цикле и посмотрим, куда они направляются!

Биологический круговорот, круговорот азота, кислорода, углерода

Круговорот азота, кислорода, углерода

Круговорот азота (рис. 12.2) — один из самых сложных циклов в природе. Охватывает всю биосферу, а также атмосферу, литосферу и гидросферу. Микроорганизмы играют очень важную роль в круговороте азота. В круговороте азота выделяют следующие стадии:

• 1 стадия (азотфиксация): а) азотфиксирующие бактерии связывают (фиксируют) газообразный азот с образованием аммониевой формы (NH и солей аммония) – это биологическая фиксация; б) в результате грозового разряда и фотохимического окисления образуются оксиды азота; при взаимодействии с водой они образуют азотную кислоту, которая в почве превращается в нитратный азот.
• шаг 2 – преобразование в растительный белок. Обе формы (аммонийная и нитратная) фиксированного азота усваиваются растениями и превращаются в сложные белковые соединения.
• шаг 3 – превращение в животный белок. Животные питаются растениями, и в их организме растительные белки превращаются в животные белки.
• 4 фаза – распад белка, гниение. Продукты обмена веществ растений и животных, а также ткани погибших организмов под воздействием микроорганизмов распадаются с образованием аммония (процесс аммонификации).
• шаг 5 – процесс нитрификации. Аммиачный азот окисляется до нитритного и нитратного азота.
• шаг 6 – процесс денитрификации. Под воздействием денитрифицирующих бактерий нитратный азот восстанавливается до молекулярного азота, который поступает в атмосферу. Круг замыкается.

Антропогенные воздействия на круговорот азота заключаются в следующем:

• Промышленное использование азота для производства аммиака увеличивает общее количество естественно связанного азота прибл. 10.
• Широкое применение азотных удобрений, превышающее потребности растений, приводит к загрязнению окружающей среды, а часть избытка азота вымывается в водоемы, вызывая опасное явление «эвтрофикации». Это вызывает вторичное загрязнение водоемов, нарушение круговорота веществ и изменение их трофического статуса.

Круговорот кислорода сопровождается его притоком и оттоком.

Поступление кислорода включает:

• выделение при фотосинтезе;
• образование в озоновом слое под действием УФ-излучения (в небольших количествах);
• диссоциация молекул воды в верхних слоях атмосферы под действием УФ-излучения;
• образование озона – О3.

Потребление кислорода включает:

• потребление животными при дыхании;
• окислительные процессы в земной коре;
• окисление угарного газа (СО), выделяющегося при извержениях вулканов.

Цикл кислорода тесно связан с циклом углерода.

Углеродный циклМасса углекислого газа (CO2) в атмосфере оценивается в 10 12 тонн.

Приток углекислого газа включает:

• дыхание живых организмов;
• разложение отмерших организмов растений и животных микроорганизмами, процесс брожения;
• антропогенные выбросы от сжигания топлива;
• вырубка лесов.

Потребление углекислого газа включает:

• фиксацию углекислого газа из атмосферы в процессе фотосинтеза с выделением кислорода;
• потребление части углерода животными, питающимися растительной пищей;
• фиксация углерода в литосфере (образование органических пород — угля, торфа, горючих сланцев, а также таких компонентов почвы, как гумус);
• закрепление углерода в гидросфере (образование известняков, доломитов).

Постепенное увеличение содержания углекислого газа в атмосфере в сочетании с другими причинами привело к «парниковому эффекту», который влияет на тепловой баланс и климат нашей планеты.

Помимо рассмотренных элементов, большую роль в общем круговороте веществ в природе играют также фосфор, сера и железо.

Читайте также: Ориентирование по звездам в Северном и Южном полушарии: суть такой навигации и способы движения по Полярной, Ориону и другим светилам