Презентация на тему "Глобальный цикл кислорода и водорода в биосфере"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Глобальный цикл кислорода и водорода в биосфере

  Учение о биосфере Д.Ю.Шишкина Тема 10

• 
  Слайд 2

  Геохимические характеристики кислорода

  Самый распространенный элемент земной коры (47%), гидросферы (85,7%) и живого вещества (70%). Большая действующая масса кислорода сочетается с его высокой химической активностью. В земной коре преобладают кислородные минералы (1394). Сильный окислитель. Определяет окислительно-восстановительные и щелочно-кислотные условия растворов и расплавов. 2

• 
  Слайд 3

  Схема цикла биогеохимического цикла кислорода

  3

• 
  Слайд 4

  Составляющие биогеохимического цикла кислорода

  Выделение в процессе фотосинтеза и поглощение при окислении, дыхании. Массообмен в системе Мировой океан – атмосфера. Исходным «сырьем» для образования кислорода посредством реакций фотолиза и фотосинтеза служит вода. Связывание 1 г углерода в органическое вещество при реакции фотосинтеза сопровождается выделением примерно 2,7 г кислорода в результате расщепления молекул воды. В настоящее время в атмосфере содержится 1,185×1015 т кислорода. Суммарное выделение кислорода фотосинтетиками суши и океана – (300-350) ×109 т/год. Исходя из величин ежегодного выделения кислорода, его запас в атмосфере может быть удвоен примерно за 4000 лет. Но этого не происходит, т.к. на протяжении года разными путями разлагается такое количество органического вещества, которое почти равно образованному при фотосинтезе, и при этом поглощается почти весь выделившийся кислород. Тем не менее благодаря сохранению части органического вещества свободный кислород постепенно накапливался в атмосфере. 4

• 
  Слайд 5

  Массобмен в системе тропосфера – природные воды

  Второй миграционный цикл свободного кислорода связан с массобменом в системе тропосфера – природные воды. В 1 л воды растворено 2-8 см3 О2. Следовательно, в воде океана находится (3-10) ×109 м3 растворенного О2. Холодная вода высоких широт поглощает кислород; поступая с океаническими течениями в тропический пояс, она выделяет О2. В годовой массообмен между атмосферой и океаном вовлекается около 0,5% атмосферного кислорода, т.е. 5900×109 т. Это почти в 20 раз больше биогенного продуцирования кислорода. 5

• 
  Слайд 6

  Геохимические характеристики водорода

  Главный элемент космоса, но в планетах земной группы его немного: кларкгранитоидов 0,15%, гидросферы 10,72; живого вещества 10,5%. В земной коре большая часть водорода входит в состав воды, углей, нефти, горючих газов, живых организмов, глинистых минералов. Свободный водород в земной коре неустойчив, он быстро соединяется с кислородом, образуя воду. В земной коре известен и глубинный водород, поступающий по зонам разломов. Предполагается его присутствие в мантии и ядре («гипотеза гидридного ядра»). Очень велика в земной коре роль воды, водородного (Н+) и гидроксильного (ОН-) ионов. 6

• 
  Слайд 7

  Диссипация водорода

  Водород и гелий благодаря ничтожной массе их ядер могут диссипировать: уходить из поля тяготения Земли. Гелий, как инертный газ, не образует химических соединений, а водород под влиянием жизнедеятельности организмов вступает в соединения и вследствие этого задерживается в биосфере. Водород в свободной (молекулярной) форме и в составе химических соединений активно дегазируется из мантии. Значительные массы Н2 поступают на поверхность Земли при вулканических извержениях и поствулканических процессах, выделяются в результате жизнедеятельности водородных бактерий, участвующих в преобразовании органического вещества в анаэробных условиях, образуются при разложении воды при электрохимических реакциях и под воздействием продуктов распада радиоактивных элементов. В то же время в атмосфере находится всего 0,18×109 т Н2 благодаря его диссипации. Скорость диссипации водорода 25×103 т/год. За время существования Земли общая потеря элемента составила 0,1×1015 т. 7

• 
  Слайд 8

  Накопление кислорода и удаление водорода из атмосферы

  Накопление кислорода в атмосфере тесно связно с удалением из неё водорода. На ранних стадиях истории Земли ведущую роль в удалении водорода, образовывавшегося при фотолизе паров воды, играл процесс диссипации. В дальнейшем все большее значение стало приобретать удаление водорода путем связывания его в составе органического вещества. Для создания массы растительности Мировой суши, существовавшей до вмешательства человека, было расщеплено примерно 1,8×1012 т воды и соответственно связано 0,3×1012 т Н2. В настоящее время в процессе фотосинтеза природной растительностью на суше и фотосинтетиками в океане на протяжении года расщепляется около 200×109 т воды и в органическом веществе связывается примерно (30-35) ×109 т водорода. 8

• 
  Слайд 9

  Фракционирование изотопов кислорода и водорода

  Водород представлен изотопами: 1Н (протий) – распространенность 99,984%, 2Н (D – дейтерий) – около 0,0156%, 3Н (Т - тритий) – радиоактивный. Кислород состоит из трех стабильных изотопов: 16О (99,759%), 17О (0,0374%), 18О (0,203%). В процессе круговорота воды в биосфере происходит однонаправленное фракционирование изотопов кислорода и водорода: возрастание дейтерия сопровождается возрастанием тяжелого изотопа кислорода 18О. Пары воды при испарении обогащаются легкими изотопами, поэтому атмосферные осадки, поверхностные и грунтовые воды содержат больше легких изотопов. Материковые льды Арктики и Антарктиды содержат наиболее легкую воду, т.к. активность разделения изотопов кислорода усиливается при понижении температуры.Воды океана обладают постоянным изотопным составом. Больше всего тяжелой воды в соленых озерах. Тяжелая вода D2O и HD16O. Отличается от обычной: замерзает при 3,8°С, кипит при 101,4°С; в ней меньше скорость реакций и растворимость солей. Ядовита для организмов. 9

• 
  Слайд 10

  Роль организмов в фиксации водорода минеральным веществом почвы

  Организмы не только непосредственно закрепляют водород в биосфере, связывая его в органическом веществе, но также оказывают сильное влияние на фиксацию водорода минеральным веществом педосферы. В почвенных растворах в результате диссоциации кислотных продуктов метаболизма образуется ион Н+. Он, как правило, не сохраняется в виде самостоятельной частицы, а связывается водородными связями с молекулой воды, образуя гидроксоний Н3О+. Трансформация кристаллохимических структур гипогенных силикатов в структуры минералов глин возможна лишь с поглощением гидроксония. Следовательно, интенсивность продуцирования кислотных продуктов метаболизма биотой суши является важным фактором гипергенного преобразования кристаллических горных пород и образования коры выветривания. 10