"Химия (базовый уровень)", Минченков Е.Е., Журин А.А., Оржековский П.А.
Круговорот веществ — это обмен веществом между организмами и неживой природой, благодаря которому элементы снова становятся доступными для жизни. Человек меняет эти потоки: сжигание топлива повышает содержание углекислого газа, а удобрения ускоряют поступление азота и фосфора в водоёмы. Если загрязнители поступают быстрее, чем экосистемы могут их переработать, они накапливаются и нарушают состояние почв, вод и атмосферы. Понимание этих связей помогает оценивать последствия хозяйственной деятельности.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Круговорот веществ — повторяющееся перемещение и превращение вещества между организмами и компонентами неживой природы. Источники пополняют запас вещества в среде, а стоки поглощают его или на время удерживают. Это понятие помогает понять, почему вещество не исчезает, а переходит в другие формы и места.
Биогеохимический цикл — круговорот химических элементов между организмами, атмосферой, гидросферой и литосферой. Организмы поглощают элементы из воздуха, воды и почвы, включают их в свои ткани, а затем возвращают в среду при дыхании, выделении и разложении. Так можно проследить, как живые существа связывают разные части природы.
Антропогенное воздействие — изменение природных процессов в результате деятельности человека. Прямое воздействие сразу меняет поток вещества, например при выбросе газа; косвенное меняет условия, от которых этот поток зависит, например при вырубке леса. Различение помогает установить не только источник проблемы, но и механизм её возникновения.
Антропогенная нагрузка — степень воздействия хозяйственной деятельности на природные системы. Она зависит от количества поступающего вещества и от того, насколько быстро экосистема может его поглотить или переработать. Сопоставление этих величин позволяет оценить риск накопления загрязнителя.
В природных круговоротах вещества переходят между атмосферой, водой, почвой, горными породами и организмами. Например, растение получает вещества из почвы и углекислый газ из воздуха, а после отмирания его остатки разлагаются и возвращают элементы в среду. Поэтому вещество не пропадает: оно меняет химическую форму и перемещается между компонентами природы. Природные источники и стоки поддерживают обмен, хотя количество вещества в каждом отдельном компоненте может меняться.
Сжигание угля, нефти и газа переносит углерод из земной коры в атмосферу в составе углекислого газа. Этот запас формировался очень долго, а при сжигании возвращается значительно быстрее. Вырубка лесов усиливает изменение: меньше растений поглощает CO₂ при фотосинтезе, а древесина при сжигании или разложении отдаёт накопленный углерод. В результате поступление углерода в атмосферу возрастает, а его удаление растительностью сокращается.
Азотные удобрения вносят в почву доступные растениям соединения азота, но часть их может вымываться дождём и попадать в водоёмы. Сжигание топлива выбрасывает в атмосферу оксиды азота, а животноводство приводит к поступлению азотсодержащих соединений из навоза и других отходов. Избыток азота способен менять состав почв и стимулировать рост водорослей в воде. В атмосфере соединения азота участвуют в загрязнении воздуха, а затем могут возвращаться на поверхность с осадками.
Фосфорсодержащие породы добывают для производства удобрений, а с полей часть фосфорных соединений смывается в реки и озёра. Так человеческая деятельность ускоряет перенос фосфора с суши в водоёмы. Избыток фосфора вместе с азотом способствует эвтрофикации — чрезмерному обогащению воды питательными веществами и усиленному росту водорослей. Когда водоросли отмирают, микроорганизмы разлагают их остатки и расходуют растворённый кислород, что ухудшает условия для водных организмов.
Загрязнение и изменение землепользования нарушают привычные пути движения вещества: оно может смываться с почвы, переноситься воздухом или попадать в организмы. Если поступление загрязнителя повторяется, а его удаление идёт медленно, вещество накапливается. Перенос между воздухом, водой, почвой и живыми организмами расширяет последствия за пределы места выброса. Поэтому состояние экосистемы зависит не только от самого источника, но и от масштаба потоков и способности среды перерабатывать поступившее вещество.
| Круговорот | Источники антропогенного воздействия | Изменяемый поток вещества | Возможные последствия |
|---|---|---|---|
| Углерода | Сжигание ископаемого топлива, вырубка лесов | Поступление CO₂ в атмосферу; поглощение углерода растениями | Рост содержания CO₂ в атмосфере, изменение климата |
| Азота | Азотные удобрения, сжигание топлива, животноводство | Поступление соединений азота в почвы, воды и атмосферу | Загрязнение воды и воздуха, изменения почв |
| Фосфора | Добыча фосфорсодержащих пород, применение удобрений | Смыв фосфора с суши в водоёмы | Эвтрофикация и снижение содержания кислорода в воде |
| Вещества, загрязнители которого накапливаются в окружающей среде | Промышленные выбросы и сбросы, отходы, сельскохозяйственный сток | Поступление загрязнителей в воздух, воду и почву быстрее их удаления | Накопление и перенос загрязнителей между компонентами экосистем |
Сначала определите источник воздействия, затем проследите, какой именно поток вещества он меняет. Последний столбец показывает возможные последствия, а не обязательный итог в каждом случае. Сравните скорость поступления вещества со способностью среды его перерабатывать: это помогает оценить риск накопления.
Задача 1. Назовите два способа, которыми вырубка леса может изменить круговорот углерода. Нужно рассмотреть и поглощение углекислого газа живыми организмами, и судьбу углерода, уже запасённого в древесине. Тогда ответ охватит оба направления изменения потока.
Ответ: вырубка уменьшает поглощение CO₂ растительностью и может приводить к высвобождению углерода из древесины при её сжигании или разложении.
Задача 2. После внесения удобрений в водоём попало много соединений азота и фосфора. Объясните возможную последовательность изменений. Здесь важно не останавливаться на факте загрязнения: избыток питательных веществ запускает цепь изменений, а разложение органики влияет на кислородный режим воды.
Ответ: избыток питательных веществ усиливает рост водорослей, а последующее разложение их остатков снижает содержание кислорода и ухудшает условия жизни водных организмов.
Задача 3. Предприятие ежегодно сбрасывает в водоём 120 кг соединения фосфора, а очистные сооружения задерживают 75% этой массы. Сколько фосфора поступает в водоём и почему даже очищенный сброс может влиять на круговорот? Сначала найдём долю, которая проходит очистку, а затем — оставшуюся часть. Ежегодный сброс важен потому, что даже остаточное поступление может повторяться.
Ответ: в водоём поступает 30 кг соединения фосфора в год. Даже после очистки сброс влияет на круговорот, если остаток регулярно поступает и превышает способность экосистемы перерабатывать или удалять вещество.
Ошибка — считать, что в круговороте количество вещества постоянно в каждом компоненте природы. Так путают сохранение вещества с неизменностью его распределения: запас в воздухе может расти, а в почве — сокращаться. Проверка: уточните, идёт ли речь о количестве вещества во всей системе или только в одной её части.
Естественные и антропогенные потоки тоже нельзя отождествлять. Их путают, когда замечают само перемещение вещества, но не учитывают, что человек способен резко изменить его скорость или направление. Проверьте, что именно вызвало поток и изменился ли его масштаб относительно природного.
Удобрения не являются безусловно полезными для экосистем: их избыток может смываться в водоёмы. Ошибка возникает, если учитывать только рост культурных растений и не прослеживать дальнейший путь удобрения. Чтобы проверить вывод, проследите вещество от поля до водоёма и оцените возможные последствия для воды.
Ещё одна ошибка — объяснять загрязнение только в месте выброса. Перенос загрязнителей воздухом и водой, а также их поглощение организмами могут затронуть другие компоненты природы. Проверьте себя, составив возможный путь вещества через воздух, воду, почву и живые организмы.
Для понимания круговоротов нужны знания о круговороте воды, составе атмосферы, почвы и гидросферы, а также о роли организмов в экосистемах. Эти представления помогают объяснить, куда перемещается вещество после выброса или смыва. Тема связана с экологическими проблемами, загрязнением среды и охраной природы, потому что позволяет оценивать последствия хозяйственной деятельности. Понимание потоков веществ пригодится при изучении устойчивого развития, изменения климата и рационального использования природных ресурсов.
Чем антропогенное воздействие отличается от естественных изменений круговорота?
Естественные изменения связаны с природными процессами, например дыханием организмов и выветриванием пород. Антропогенное воздействие возникает из-за деятельности человека и может резко менять скорость или направление потоков вещества.
Почему сжигание топлива влияет на круговорот углерода?
При сжигании угля, нефти и газа углерод, долго находившийся в земной коре, превращается в углекислый газ и поступает в атмосферу. Его содержание растёт, если выбросы превышают поглощение углерода растениями и другими природными процессами.
Как удобрения могут вызвать ухудшение состояния водоёма?
Соединения азота и фосфора с полей могут попасть в водоём и ускорить рост водорослей. Когда их масса отмирает, разложение органики расходует кислород, из-за чего водным организмам становится труднее выживать.
Почему вырубка лесов изменяет круговорот веществ?
После вырубки становится меньше растений, поглощающих углекислый газ при фотосинтезе. Кроме того, углерод древесины высвобождается при её сжигании или разложении.
Всегда ли очистка выбросов полностью устраняет их влияние на экосистему?
Нет: очистка может задерживать только часть загрязнителя, а остаток продолжает поступать в среду. Даже небольшой повторяющийся сброс способен накапливаться, если экосистема не успевает перерабатывать это вещество.
§ 43. Антропогенное влияние на круговорот веществ
