Круговорот азота

Азот (от греч. azoos - безжизненный). Газообразный азот, составляющий 78 % объёма земной атмосферы, не может непосредственно использоваться живыми организмами. В свободном состоянии он обладает химической инертностью, а соединяясь с другими элементами, весьма активен. Организмы нуждаются в различных химических формах азота для образования белков и генетически важных нуклеиновых кислот (ДНК"). Большинству зеленых растений требуется азот в форме нитрат - ионов (N0₃^-) и ионов аммония (NН₄⁺). Но он может преобразовываться в растворимые в воде соединения, содержащие ионы N0₃^- и NН₄⁺, которые и усваиваются корнями растений (рис.2.2).

В результате деятельности человека в круговорот включается азот, образующийся при сжигании топлива, выделяемый при добыче полезных ископаемых для производства минеральных удобрении, попадающий в окружающую среду со стоками животноводческих ферм и при удобрении сельскохозяйственных полей и др.

Соединения азота с кислородом называются оксидами азота. Известны N₂0, NO, N₂0₃, N0₂ (и его димер N₂0), N₂G₅.. Для окружающее среды наибольшую опасность представляет диоксид азота N0₂, который при взаимодействии с вотдой образует азотную кислоту и оксид азота, что является причиной образования кислотных дождей:

3N0₂ + Н₂0 = 2 НN0₃ + NO

Диоксид азота, взаимодействуя со щелочами, образует нитрит'.' п нитраты.

Азот вовлекается в биогенный круговорот двумя путями:

1 - путем растворения разных оксидов азота в дождевой воде и внесения их таким образом в почву и океан;

2 - путем биологической фиксации N₂ клубеньковыми бактериями бобовых растений и микроорганизмами.

Значительные запасы азота сосредоточены в почве в виде минеральных и органических соединений. У животных большая часть азота выводится из организма, у растений обмен азота замкнут. Поступивший в них азот возвращается в почву с самими растениями. Остатки организмов, погребенные в толщах земли, под действием микроорганизмов подвергаются денитрификации, при которой элементарный азот возвращается в атмосферу.

Нитраты при несоблюдении норм могут накапливаться в продуктах, питания, питьевой воде и вызывать тяжелые отравления, а также нарушения кислородного обмена в организме человека, называемого метаглобинемией.

Рис.2.2. Упрощенная диаграмма круговорота азота

Круговорот фосфора

Фосфор главным образом в виде фосфат - ионов (РО₄^3- и НР0₄^2-) является важным питательным элементом, как для растений, так и для животных. Он входит в состав молекул ДНК, несущих генетическую информацию; молекул ЛТФ и АДФ, в которых запасается необходимая для организмов химическая энергия, используемая при клеточном дыхании; молекул жиров, образующих клеточные мембраны в растительных и животных клетках; а также веществ, входящих в состав костей и зубов.

Круговорот фосфора в упрощенном виде показан на рис.2.3. В этом круговороте фосфор медленно перемещается из фосфатных месторождений на суше и мелководных океанических осадков к живым организмам и затем обратно.

Фосфор, высвобождаемый при медленном разрушении (или выветривании) фосфатных руд, растворяется почвенной влагой и поглощается корнями растений. Фосфатные соединении очень плохо растворяются в воде и встречаются лишь в определенных типах горных пород. Таким образом, во многих почвах и водных экосистемах содержание фосфора является лимитирующим фактором роста растений.

Рис.2.3. Упрощенная диаграмма круговорота фосфора

Животные получают необходимый им фосфор, поедая растения или растительноядных животных. Значительная часть этого фосфора в виде экскрементов животных и продуктов разложения мертвых животных и растений возвращается в почву, в реки и, в конце концов, на дно океана в виде нерастворимых фосфатных осадочных пород.

Часть фосфора возвращается на поверхность суши в виде гуано — обогащенной фосфором органической массы экскрементов питающихся рыбой птиц (пеликанов, олуш, бакланов и т.п.). Однако несравнимо большее количество фосфатов ежегодно смывается с поверхности суши в океан в результате природных процессов и антропогенной деятельности.

Вследствие геологических процессов, длящихся миллионы лет, могут подниматься и осушаться участки океанического дна, образуя острова или материки. Последующее выветривание обнажившихся горных пород приводит к высвобождению новых количеств фосфора и продолжению круговорота.

Вмешательство человека в круговорот фосфора сводится в основном к добыче больших количеств фосфатных руд для производства минеральных удобрений и моющих средств и избытку фосфат - ионов в водных экосистемах при попадании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей фосфатных удобрений, а также очищенных и неочищенных коммунально-бытовых стоков.