Circuitele Biogeochimice PDF
Document Details
Uploaded by Deleted User
Tags
Summary
Acest document prezintă circuitele biogeochimice. Se discută aspecte precum ciclul elementelor importante în natură și impactul activităților umane asupra acestora. Concepte precum ciclul carbonului, azotului, sulfului și altele sunt prezentate.
Full Transcript
Circuite biogeochimice Biosfera - este partea de la suprafaţa Terrei, unde, graţie activităţii ecosistemelor şi energiei radiative se produc modificări fundamentale, chimice şi fizice, ale materiei minerale a Terrei, care sunt transformate în materie organică vie, care se organizează într-un covor...
Circuite biogeochimice Biosfera - este partea de la suprafaţa Terrei, unde, graţie activităţii ecosistemelor şi energiei radiative se produc modificări fundamentale, chimice şi fizice, ale materiei minerale a Terrei, care sunt transformate în materie organică vie, care se organizează într-un covor vegetal (sursă de hrană şi de viaţă pentru animale şi oameni). Pentru o mai bună cunoastere a biosferei se utilizează studiul marilor cicluri biogeochimice ale ecosistemelor. Sunt etape ale mișcării componentelor minerale sau ale apei ce se derulează în diverse perioade de timp. Reprezintă forme de mişcare circulară a elementelor chimice ale lumii abiotice care urmează drumuri caracteristice (atmosferă, hidrosferă, litosferă). Aceste elemente pătrund în ţesuturile plantelor şi animalelor aflate în creştere, ele se încorporează acolo şi se reîntorc în mediu după moartea acestora, când se redistribuie. Adesea sunt transformate şi suferă modificări complicate înainte de a fi reluate (în circuit) de alte organisme. Ciclurile nu funcţionează într-o manieră regulată ele au puncte de stagnare, (cicluri de sedimentare ale particulelor solide) de exemplu acolo unde materia organică se acumulează, imobilizând unele elemente uneori pentru perioade lungi de timp. Circuitele biogeochimice principale sunt cele ale carbonului, oxigenului, apei, azotului, fosforului, sulfului Etapele acestui ciclu Carbonul din atmosferă e fixat în plante prin fotosinteză Plantele sunt consumate de animale și e stocat în corpul lor Dupa moartea plantelor și a animalelor parte din carbon este eliberat în atmosferă Partea de carbon care rămâne, poate fi fosilizată (formarea cărbunelui și a țițeiului) Definiție: ciclul carbonului este procesul prin care compușii Prin exploatarea resurselor și Carbonului migrează între folosirea lor antropică (arderi) geosfere (atmosferă, hidrosferă, Carbonul revine în atmosferă pedosferă și biosferă) Carbonul este un element chimic cu mare importanţă în toate subsistemele învelişului terestru, dar mai ales în structurarea substanţelor organice. În stare gazoasă în atmosferă este prezent sub formă de CO2 = (± 700 mld t de C) sau sub formă diluată în ape (± 500 mld t în apele de suprafaţă şi ± 34 500 mld t în apele subterane). Aceste resurse furnizează carbonul ce serveşte ca bază de elaborare a materiei organice vii. Pe continente CO2 este captat de plante şi transformat (fotosinteză) într-o producţie brută de aproximativ 200 x 109 t care va servi la alimentarea plantelor, animalelor, bacteriilor şi omului. Dacă susţinem faptul ca într-o biosferă echlibrată există 200 x 109 t materie organică ce trebuie să servească la menţinerea şi descompunerea sa după cum urmează 84 x 109 t pentru asigurarea respiraţiei a 1.860 x 109 t plantelor verzi 5 x 109 t pentru a acoperi masa incendiată 20 x 109 t pentru a asigura supravieţuirea a 2 x 109 t de animale 0,6 x 109 t pentru a asigura supravieţuirea Ciclul carbonului în natură: a 0,1 x 109 t de oameni Benzile negre corespund Carbonului mobil care e constant pus în circulație. 84,5 x 109 t pentru Benzile albe corespund Carbonului fixat sub formă de fosile (sedimente acoperirea nevoilor calcaroase, petrol, carbune) respiratorii a 1 x 109 t Carbon suplimentar provine în fiecare an în atmosferă prin surse gazoase (mofete) sau vulcani În anumite condiţii, cadavrele şi acumulările de vegetaţie moartă produc un depozit suplimentar în ciclul carbonului până când ele sunt transformate într-o masă mai mult sau mai puţin bine distribuită în humus. Uneori, un lanţ de saprofite nu poate funcţiona în lipsa aerului sau din cauza unei acidităţi foarte puternice, astfel acumulările organice capătă forma de turbă. Sunt acumulări organice de turbă, bombate, cu Ciclul carbonului în natură: Sphagnum (cu strate de turbă ce Benzile negre corespund Carbonului mobil care e constant pusajung în la 20 m grosime). circulație. Benzile albe corespun Carbonului fixat sub formă de fosile (sedimente calcaroase, petrol, carbune) Tinovul Mohos, Mas. Ciomatu Sedimentarea cadavrelor de pe fundul apelor stagnante (lacuri) e în fapt locul de producere a descompunerilor organismelor acvatice (sapropelitele). Ele se formează ca stocuri importante de nămoluri sapropelice din care se distilează puţin câte puţin produse diverse de fermentaţie precum metan, hidrogen sulfurat, amoniac, bioxid de carbon. Aceste nămoluri se îmbogăţesc treptat cu C, N şi cu sulfuri care joacă un rol important în ciclul metalelor sulfofile, care, precipitate, vor fi blocate pentru perioade mai mult sau puţin Ciclul carbonului în natură: lungi (când aceste perioade sunt Benzile negre corespund Carbonului mobil care e constant pus în foarte lungi pot da naştere circulație. petrolului). Este vorba aici de o Benzile albe corespund Carbonului fixat sub formă de fosile (sedimente stagnare în ciclul carbonului. Stagnarea ciclului Carbonului antrenează şi alte elemente: în timpul formării humusului (ce pleacă de la resturi de crengi, rădăcini, frunze) el antrenează şi alte elemente minerale ce corespund acestor fragmente, unele dintre ele pot fi reţinute în humus sub formă de hidroxizi şi până la transformarea lor în elemente pure precum Ag, Au, Zn, Cd, Pb, As, Mn, Co, Ni, Hg. Acesta este principiul îmbogăţirii (Gold- Schmidt). În prezent asistăm la o deblocare a acestor elemente prin combustia carbonului şi eliminarea lor în atmosferă (emisie) respectiv absorbţia în ecosisteme (imisie). Prin arderea compuşilor carbonului (cărbuni, petrol, gaze naturale ) se elimină în atmosferă 3 x 109 t/an. Cele mai mari resurse de Carbon de pe Glob s-au format în timpul ◦ Carboniferului (antracitul) ◦ Cretacicului (calcare, conglomerate) ◦ Terţiarului (mai ales pentru cărbune brun li lignit) Petrolul menţine ±1,5 x 1012 t de C în scoarţa terestră este un amestec complex de hidrocarburi lichide, gazoase şi solide, la care se adaugă resuse de Ni, Pb, Fe (cu rol de catalizatori de sinteză ai hidrocarburilor). în apele oceanelor e stocată o cantitate de 35000 x 109 t de C sub formă de carbonati (calcarele coralilor, schelete de organisme marine) sau de bicarbonaţi sub forma de soluţie. C din ape are origine chimică sau biogenă (rezerve mondiale de 20 x 1012 t). După perioade biologice de stocare şi metamorfozare ele formează roci cu un conţinut ridicat de CaCO2 (calcare şi roci calcaroase) care sunt repuse în circulaţie prin precipitaţie sau prin dezvoltarea lichenilor, prin rădăcinile phanerogamelor. Carbonul stocat în roci şi în sol poate fi eliberat prin acţiuni umane precum focul (pentru căldură, industrie), ardere internă – motoare (automobile, vapoare, etc.) şi în acest ultim caz este eliberat sub formă de oxid de carbon. Acumulările de carbon sunt simultane eliberărilor de oxigen (dezvoltarea plantelor). În egală măsură şi perioadele de explozie a vegetaţiei (acumulare de carbon). Oxigenul este prins în diverse combinaţii foarte importante pentru viaţa pe planetă aşa cum sunt apa sau dioxidul de carbon. El este repartizat echilibrat în biosferă, atmosferă, litosferă şi hidrosferă. Ciclul oxigenului este în prezent puternic afectat de om (respiraţie, combustie-motoare, arderea combustibililor fosili). Artificializările mediului determină reducerea suprafeţelor cu producţie de oxigen (mai ales păduri) prin fotosinteză. Este strâns legat de cel al carbonului dar este mai complicat, cuprinzând bucle simultane. Cel mai important rezervor de azot este atmosfera. Aici sunt stocate în jur de 25 mil. t de N în parte fixate prin ionizare sau descărcări electrice. Originea sa este terestra (în proporţie de 70%) de pe contintente se pot emite oxizi de azot sau amoniac atunci când solul este încălzit şi apar reacţii neutre sau bazice. Emisiile uzinelor aflate pe continente pot elibera amoniac. Oceanele care sunt alcaline elimină şi ele cantităţi importante de N (rezervor în hidrosferă) Azotul este fixat biologic în biosferă ( cu ajutorul bacteriilor de tip cyanophite sau a celor fotosintetice), sau în urma proceselor agricole (îngrăşăminte azotoase). O parte a acestuia se dirijează pe cursurile de apa şi are tendinţa de a se acumula în soluri. O mică parte din azotul fixat urmează să se acumuleze în ecosistemele terestre în maniera de a provoca o eutrofizare nevaforabilă, care poate atinge concentraţii toxice. Din fericire intervine denitrificarea (absorbirea de către plante) prin care o parte din azot este redus de ecosistemele terestre şi de atmosferă. O parte din azotul care ajunge în ciclul continental prin spălarea solurilor este transferat în ocean prin fluvii şi râuri şi e compus din nitriţi şi azot organic. Acesta se reîntoarce în atmosferă sau este asimilat de organismele marine şi se poate acumula mai apoi în sedimentele profunde (rezervorul litosferei). Aceste stocări din sedimente revin destul de greu în circuit prin roci eruptive, iar cantitatea este greu de estimat. Un alt tip de stocare a N (la care se adaugă fosforul) e prezent în dejecţile peştilor, păsărilor sau mamiferelor. Azotul folosit ca îngrăşământ se dublează la nivel mondial la fiecare 6 ani, acesta este stocat în ecosistemele terestre sau trece în stratele acvifere, uneori în proporţii periculoase pentru umanitate. În plus, adesea dejecţiile umane sau animaliere (mari stocatoare de N) sunt evacuate în râuri, lacuri, mări şi ele pot provoca eutrofizarea şi poluarea. Consecinţă a creşterii alarmante a azotului în ecosistemele terestre şi în acvifere este creşterea exponenţială a producţiei bioagriculturii. S circulă în biosferă sub formă de compuşi de H2S, SO2 şi SO4. Formele oxidate ale S se transformă în forme reduse şi vice versa, prin acţiuni chimice şi biologice. De exemplu: H2S de origine biologică (materie în descompunere pe uscat şi în mări/oceane), este emis în atmosferă unde este oxidat şi se transformă în SO 2. O mare cantitate (80%) din totalul SO2 din atmosferă are drept origine activităţile umane (industrie, transporturi,etc.) O cantitate destul de redusă a rezervelor de sulf de pe Terra este rezultată din emisiile vulcanice. În atmosferă, dioxidul de sulf se poate transforma în acid sulfuric (în combinaţie cu hidrogenul din aer) în prezenţa unor catalizatori precum Fe sau Mn (din pulberile atmosferice). Este un mineral important prezent în organismele vii, în litosferă (principalele rezervoare) și pedosferă Ciclul sulfului este unul biogeochimic pentru că acest element chimic e prezent în geosistem în diverse stadii de oxidare și astfel migrează în diverse ecosisteme ale Terrei afectând atât procesele biologice cât și pe cele geologice Datorită stabilității sale în combinație cu Oxigenul el poate forma asocieri organice și anorganice. Microorganismele joacă un rol important în acest ciclu. Ele au enzime specializate pentru a forma diferiți compuși ai sulfului. Sulful e prezent în natură și în combinație cu alte elemente cum sunt fosforul și azotul. Activitatea antropică ce influențează puternic circuitul e aceea a fertilizării solurilor. Sulfaţii proveniţi din cuvetele cu ape sărate (oceane) sunt dispersaţi pe suprafaţa continentelor sub formă de aerosoli. Revenirea sulfului în ecosisteme sub formele sale oxidate poate produce efecte precum: ◦ zăpadă sau ploaie acidă (cu pH scăzut) ◦ Determină podzolirea solurilor (ex. Suedia, ale cărei soluri sunt puternic acide) ◦ scăderea productivităţii ecosistemelor forestiere (mai ales a celor răşinoase). ◦ Un alt efect este acidifierea lacurilor prin scăderea pH-ului de la 7,3 la 6,8 (lacul Vanern în Suedia) care reprezintă un pericol real pentru viaţa acvatică. Doar o treime din SO2 din aer este de provenienţă antropică (emisii) dar acestea sunt periculoase (mai ales la atingerea punctelor critice) pentru oameni, animale sau plante O parte a ciclului S este deschisă şi greu de controlat (S ce circulă prin apele curgătoare spre oceane provenit din disoluţia rocilor, spălarea solurilor pe care au fost aplicate îngrăşăminte).