Круговорот химических элементов в природе (на примере одного из элементов: углерода, кислорода, азота). Роль живых существ в круговоротах химических элементов.

Углекислый газ из атмосферы (или растворённый в воде – из гидросферы) усваивается листьями наземных растений (1) и одновременно высвобождается кислород с частичным выделением углекислого газа (2); растения поедаются животными (3), которые выдыхают углекислый газ (4) и поглощают кислород (5) из воздуха (или воды); отмирающие животные (6) и растения (7) возвращают в атмосферу поглощённые вещества.

Растения, как и животные, затрачивают для своей жизнедеятельности кислород. Однако, кислорода у растений в процессе фотосинтеза выделяется намного больше, чем его затрачивается на окислительные процессы внутри организма. Продукты разрушения организмов (пунктирная стрелка 7) в виде растворимых в воде соединений поступают в растения посредством корневого питания. В процессе минерализации погибших растений и животных участвуют атмосферный кислород (8), а также различные микроорганизмы, в результате жизнедеятельности которых образуются углекислый газ (9) и другие вещества.

Чтобы получить более полное представление о круговороте углерода и кислорода в природе необходимо учитывать производственную деятельность людей. Сжигание топлива (15) требует огромных количеств кислорода атмосферы и возвращает в неё углекислый газ в том же объёме. Углекислый газ поступает в атмосферу и при обжиге различных карбонатов (известняков, доломитов) (14). Однако, содержание углекислого газа в воздухе постоянно (0,03 – 0,04%) благодаря наличию в природе противоположного процесса – потребления углекислого газа растениями при фотосинтезе.

На схеме левая часть отражает естественный круговорот углерода и кислорода;
1 – 2 – 3 – 4 – 1 и 1 – 5 – 6, 7, 8 – 9 – 1. Правая часть схемы показывает изменение этого естественного круговорота углерода производственной деятельностью людей:
10, 11 – 13 – 15 – 1 и 12 – 14 – 15 – 1. Пунктиром (16) обозначена взаимосвязь углекислого газа атмосферы и гидросферы с карбонатами литосферы.

1,5 – 2% непрерывно поступающей на Землю солнечной энергии аккумулируется зелёными растениями. Но и этой энергии достаточно, чтобы растения могли потребить в год 550 млрд т углекислого газа. В этом процессе освобождается примерно 400 млрд т кислорода. При дыхании всем населением земного шара выделяется ежедневно около 1000 млн т углекислого газа, при сжигании топлива образуется 1265 млн т углекислого газа в сутки. Значительные количества углекислого газа образуются при гниении, брожении, извержении вулканов.

Основная форма содержания азота в природе – это молекулярный азот атмосферы. В почве находится так называемый связанный азот, т.е. азотные соединения, в том числе и неорганические. Переход атмосферного азота в азот почвы (12, 13) происходит при разрядах атмосферного электричества, приводящего в конечном итоге к образованию солей азотной кислоты. Аналогичный процесс связывания атмосферного азота происходит в результате жизнедеятельности некоторых азотфиксирующих бактерий. Нитраты и соли аммония усваиваются растениями (1), и азот входит в состав белков. В процессе гибели и разрушения растений (4) часть азота белка снова превращается в атмосферный азот, а другая его часть под воздействием гнилостных бактерий переходит в аммиак и другие соединения азота, которые усваиваются растениями. Животные пользуются готовым белком растений или белком других животных (2). Белок погибших животных претерпевает те же превращения, что и белок растений. Продукты разрушения растительного и животного белка поступают в почву (6).

Естественный круговорот азота существенно изменяет производственная деятельность людей. В процессе горения топлива связанный азот переходит в свободное состояние (8). С урожаем изымаются из естественного круговорота большие количества связанного азота в виде растительного белка. Дефицит азота в почве восполняется внесением в неё удобрений.