Глобальные циклы кислорода, азота и фосфора, их изменения
advertisement
. Глобальные изменения, кризисы и катастрофы: проблемы и достижения современной экологии Тема 9. Глобальные циклы кислорода, азота и фосфора, их изменения под воздействием человека. Какой из глобальных циклов нарушен в наибольшей степени и чем это грозит населению биосферы. Механизмы гомеостаза биосферы . Дмитрий Геннадьевич Замолодчиков dzamolod@mail.ru Кислород (O) Преобладает по массе в живых существах (за счет того, что входит в состав воды) Входит в состав органических веществ, занимает второе место после углерода в сухой биомассе. Важен для энергообмена: за счет окисления органического вещества кислородом живые организмы получают энергию. Из свободного кислорода образуется озон. Дыхание – фотосинтез наоборот Фотосинтез 6CO2+6H20 = C6H12O6 + 6O2 Дыхание C6H12O6 + 6O2 = 6CO2+6H20 Сгорание метана CH4 + O2 =CO2 + 2H2O Биосферный цикл O2 (доиндустриальный), Гт O2 Атмосфера 1 184 000 Дыхание автотрофов 154 Растворение 4480 Выделение 4480 GPP 308 Продукты фотосинтеза NPP (154) Дыхание гетеротрофов 154 Наземная биота, детрит, гумус, торф Сжигание ископаемого топлива 23 Поверхностные воды 192 Физический Дыхание 258 транспорт 36 GPP 288 Поверхностная морская биота Седиментация (30) Физический транспорт 6 Пулы кислорода Глубинные воды 7008 Активные пулы органических веществ Дыхание 30 Глубинная морская биота Пулы кислорода Потоки органических веществ Биосферный цикл O2 (современный), Гт O2 Атмосфера 1 184 000 Дыхание автотрофов 168 Растворение 4480 Выделение 4481 Продукты фотосинтеза Сгорание органических веществ 11 NPP (168) GPP 288 Поверхностная морская биота Седиментация (30) Дыхание гетеротрофов 154 Наземная биота, детрит, гумус, торф Сжигание ископаемого топлива 23 Поверхностные воды 192 Физический Дыхание 258 транспорт 36 GPP 336 Физический транспорт 6 Пулы кислорода Глубинные воды 7008 Активные пулы органических веществ Дыхание 30 Глубинная морская биота Запасы ископаемого топлива Пулы кислорода Потоки органических веществ Изменение запаса кислорода атмосферы Изменение запаса кислорода, Гт O2 0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 Изменение запаса кислорода -160 -180 1990 1991 1992 1993 1994 1995 Годы 1996 1997 1998 1999 2000 Динамика запаса кислорода атмосферы 1200000 -20 1000000 -40 -60 800000 -80 600000 -100 -120 -140 -160 Изменение запаса кислорода 400000 Запас кислорода 200000 -180 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Годы Запас кислорода, Гт O2 Изменение запаса кислорода, Гт O2 0 Озон (O3) поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца Озоновый экран – повышенное содержание озона в стратосфере (от 10 до 35 км) Пример развития озоновой дыры (Антарктика) Фреоны и окислы азота разрушают озоновый слой Сl + O3 = ClO + O2 ClO + O3 = Cl + 2O2 NO2 + O3 = NO + 2O2 NO + O3 = NO2 + O2 Международные соглашения об охране озонового слоя Венская конвенция об охране озонового слоя (1985 г.). Ратифицирована всеми членами ООН. Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой (1987 г.) Динамика озона по данным станции Ароса (Швейцария) Согласно имеющимся прогнозам, озоновый слой Земли полностью восстановится примерно к 2050 г. Мнение Кофи Анана (бывший Генеральный сектретарь ООН): «возможно, единственным очень успешным международным соглашением можно считать Монреальский протокол». Азот (N) Входит в состав белков – наиболее активной части биологических молекул Входит в состав нуклеиновых кислот. По массе занимает 4-е место в составе живых существ (после O, С, H). Схема азотного цикла биосферы Атмосфера N2 Сток с водами Продуценты Продуценты Мертвое Консументы NO3 органическое Консументы вещество Нитратные бактерии Редуценты - NO2Нитритные бактерии Лифтинг Океан NH4+ Низкомолекулярные CN соединения Аммонифицирующие бактерии Суша Схема азотного цикла биосферы Атмосфера N2 Абиогенная Денитрификация фиксация Биогенная фиксация Сток с водами Продуценты Продуценты Мертвое Консументы NO3 органическое Консументы вещество Нитратные бактерии Редуценты - NO2Нитритные бактерии Лифтинг NH4+ Низкомолекулярные CN соединения Аммонифицирующие бактерии Океан Суша Нитритная бактерия Nitrosomonas Денитрифицирующая бактерия Bacillus Свободноживущие азотфиксирующие бактерии Azotobacter Клубеньки на корнях фасоли Антропогенные воздействия на цикл азота: удобрения, NOx при сжигании топлива, возделывание бобовых Ключевые антропогенные источники минерального азота 250 Фиксация при возделывании бобвых растений Фиксация азота, Мт N год -1 Фиксация при сжигании топлива 200 Потребеление азотных удобрений 150 100 50 0 1960 1970 1980 1990 Год 2000 2010 Количественная оценка современного биосферного цикла азота Атмосфера 166 60 240 39 100 Фиксация бобовыми культурами Техногенные эмиссии Биогенная фиксация на суше 5 Фиксация при грозах Денитрификация на суше Удобрения 92 Биогенная фиксация в океане Продукциядеструкция Денитрификация в океане 1200 Транспорт с водным стоком Суша 120 51 Продукциядеструкция 900 Осаждение 10 Океан Усиление выпадения азота с осадками Galoway et al., Biogeochemistry, 2004 Фосфор (P) Важный компонент нуклеиновых кислот Участвует в энергообмене на биохимическом уровне (АТФ-АДФ) У млекопитающих – входит в состав костной ткани Схема цикла фосфора в биосфере Атмосфера Сток с водами Продуценты Продуценты Мертвое органическое Консументы вещество Консументы Редуценты PO43Лифтинг Фосфатреду -цирующие бактерии Низкомолекулярные CP соединения Эрозия материнских пород Океан Суша Цикл фосфора: удобрения и отходы http://geo.web.ru/druza/L-Rasvumchorr.htm kanalizaciya-expert.ru Потребление фосфорных удобрений Потребление удобрений, Мт P год -1 20 16 12 8 4 0 1960 1970 1980 1990 Год 2000 2010 Количественная оценка современного биосферного цикла фосфора Атмосфера Удобрения 16 Увеличение пула на суше 12 Продукциядеструкция 200 Эрозия Суша Продукциядеструкция 22 Транспорт с водным стоком 18 Осаждение 22 150 Океан Глобальная проблема: эвтрофикация вод blog.rushydro.ru bluetechblog.com Развитие зон прибрежной гипоксии Rabalais et al., Biogeosciences, 2010 Потеря пресноводных водоемов Шри-Ланка Окрестности Омска Степень антропогенной модификации биосферных циклов Элемент: вещество С: CO2 O: O2 Поток, Мт элемента год-1 оборот в новоновобиосфере образование образование в биосфере человеком 210000 0 9300 Степень антропогенной модификации, % в сравнении в сравнении с с оборотом новообразованием 4.4 - 624000 0 -34000 5.4 N: минеральный N 2100 225 191 9.1 84.9 P: подвижный P 350 18 16 4.6 88.9
