Круговорот фосфора

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

 

Реферат

 

Тема:  «Круговорот фосфора»

 

 

По дисциплине: Экология

                                             (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. ОНГ-10-1         ____________                           /Холодов И.Д./                                  (подпись)                                                                 (Ф.И.О.)  

 

Проверил:        доцент                           ____________                         /Кремчеев Э.А./

                                        (должность)                                                    (подпись)                                                               (Ф.И.О.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013

 

 

 

Содержание

 

Введение 3

1. Значение человеческого фактора в решении проблем экологии 4

2. Схема круговорота и перемещения фосфора в окружающей среде 10

Заключение 16

Список использованной литературы 17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Фосфор играет важную роль в жизнедеятельности растений и животных, его избыток или недостаток отражается на сельском хозяйстве любой страны и определяет многие жизненные функции человеческого организма. Этот химический элемент является наряду с углеродом, азотом и кислородом характерной элементарной частицей жизни, одним из составляющих биосферы.

Фосфор в природе встречается  во множестве форм и выполняет безграничное число сложных функций. В настоящее время окружающая среда активно исследуется в самых разных областях научной и профессиональной деятельности: агрономии, астрономии, бактериологии, биологии, экологии, ботанике, геологии, зоологии, вирусологии, ихтиологии, медицине, минералогии, океанологии и многих других. Большое число исследований посвящено изучению характеристик и свойств фосфора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Значение человеческого фактора в решении проблем экологии

 

В современном мире нерегулируемое развитие отношений человека с окружающей природой представляет опасность для существования  отдельных объектов, территорий, государств и всего человечества в целом.

Это объясняется тем, что человек тесно взаимосвязан с живой природой происхождением, материальными и духовными потребностями, но, в противоположность от остальных организмов, эти отношения дошли до значительных масштабов и форм, что это может привести и  приводит к почти абсолютному вовлечению живого покрова планеты (биосферы) в жизнеобеспечение нынешнего общества, что установило все человечество на грань экологической катастрофы.

Предотвратить стихийное развитие событий могут только знания о том, как ими распоряжаться и, в случае с экологией, эти знания должны «овладеть массами», как минимум, большей частью общества, что вероятно лишь через общее экологическое образование людей, начиная со школьной скамьи и завершая вузом.

Экологические знания важны для каждого человека, для того чтобы осуществилась мечта многих поколений мыслителей об организации достойной человека среды, для чего необходимо возвести прекрасные города, сформировать до такой степени идеальные производительные силы, которые могли бы обеспечивать гармонию человека и природы. Но эта гармония неосуществима, если люди будут агрессивно настроены друг к другу и, тем более, если до сих пор идут войны на планете. Как правильно подметил американский эколог Б. Коммоиер в начале 1970-х гг., «поиски истоков любой проблемы, связанной с окружающей средой, приводят к неоспоримой истине, что коренная причина кризиса заключена не в том, как люди взаимодействуют с природой, а в том, как они взаимодействуют друг с другом... и что, наконец, миру между людьми и природой должен предшествовать мир между людьми». [6]

Следовательно, экологические знания позволяют понять всю губительность войны и распрей между людьми, поскольку за этим скрывается не просто гибель отдельных людей и целых цивилизаций, но это повергнет человечество в экологическую катастрофу, что приведет его к гибели. Стало быть, главное из экологических условий существования человека и всей природы в целом -- это мирное существование на Земле. Собственно к этому и обязан  будет стараться стремиться экологически образованный человек.

Но несправедливо основывать всю экологию «вокруг» исключительно человека. В общем смысле экология возникла для решения задач исследования взаимодействия всего живого с неживой природой и организмов между собой. Человек -- это организм, и изолированность его от животных и растений дикой природы значительно действует на его здоровье. Домашние животные и растения не могут целиком заменить дикую природу. Трансформация, а тем более истребление этой природной среды, тянет за собой губительные результаты для жизни человека. Экологические знания дают возможность человеку убедиться в этом и принимать верное решение для охраны природы, в том числе и на уровне быта. Они дают возможность ему понять, что человек и природа -- это единое целое и мнения о господстве его над природой достаточно иллюзорны и тривиальны.

Экологически образованный человек не позволит стихийного взаимоотношения с окружающей его средой. Он будет вести борьбу, направленную против экологического невежества, а если в нашей стране таких людей станет больше, то они смогут обеспечить нормальную жизнь своим потомкам, окончательно став на защиту дикой природы от ненасытного наступления «дикой» цивилизации, реформируя и улучшая саму цивилизацию, находя оптимальные «экологически чистые» варианты отношения природы и общества.

В истории создания природоохранной концепции выделяется несколько последовательных этапов: видовая и заповедная охрана природы -- поресурсная охрана -- охрана природы -- рациональное использование природных ресурсов -- охрана среды обитания человека -- охрана окружающей природной среды. Соответственно расширяется и углубляется собственно понятие природоохранной деятельности.

Охрана природы -- это совокупность государственных и общественных мероприятий, которые направлены на сохранение атмосферы, растительного и животного мира, почв, вод и земных недр.

Интенсивное использование природных богатств приводит к необходимости нового вида природоохранной деятельности -- рационального использования природных ресурсов, при котором требования охраны содержатся в самом процессе хозяйственной деятельности по использованию природных ресурсов.[3]

На границе 1950-х гг. XX в. возникла еще другая форма охраны -- это охрана среды обитания человека. Это понятие близко по своему значению к охране природы, но в центр внимания ставится человек и охрана и создание таких природных условий, которые более подходяще для жизни, здоровья и благосостояния человека.

Охрана окружающей природной среды -- это одна из новых форм во взаимоотношениях человека и природы, созданная в нынешних условиях, она представляет собой систему государственных и общественных мер (экономических, технологических,  административно-правовых, международных, просветительных), которые направлены на гармоничное взаимоотношение общества и природы, оставление и воспроизводство функционирующих экологических сообществ и природных ресурсов во имя существующих и будущих поколений.

В настоящее время часть употребляется термин «защита окружающей природной среды». Весьма близок по составу и объему к этому понятию установленный некоторыми авторами термин «охрана биосферы». Охрана биосферы -- это система процедур, которые проводятся на государственном и международном уровнях и направлены на ликвидацию отрицательного антропогенного или стихийного воздействия на функционально связанные между собой блоки биосферы (атмосферу, гидросферу, почвенный покров, литосферу, сферу органической жизни), на поддержку сформировавшейся эволюционно ее организованности и снабжения естественного функционирования.

Охрана окружающей природной среды достаточно тесно объединена с природопользованием, одной из областей прикладной экологии. Природопользование -- это общественно-производственная деятельность, которая направлена на удовлетворение материальных и культурных нужд общества путем применения разнообразных видов природных ресурсов и природных условий.[2]

По Н. Ф. Реймерсу, природопользование состоит из:

а) охраны, возобновления и воспроизводства природных ресурсов, их добычи и переработки;

б) использования и охраны природных условий среды обитания человека;

в) сохранения, восстановления и рационального изменения экологического равновесия природных систем;

г) регуляции воспроизведения человека и численности людей на планете.

Природопользование бывает нерациональное и рациональное. Нерациональное природопользование не заботится о сохранении природно-ресурсного потенциала планеты, приводит к оскудению и порче качества природной среды, сопровождается загрязнением и истощением природных систем, дисбалансом экологического равновесия и нарушением экосистем. Рациональное природопользование - это комплексное научно-обоснованное употребление природных ресурсов, которое сопровождается предельно вероятным сохранением природно-ресурсного потенциала, при наименьшем разрушении способности экосистем к саморегуляции и самовосстановлению.[5]

По Ю. Одуму, рациональное природопользование имеет двойственную цель:

- обеспечивать такое состояние окружающей среды, удовлетворяющее материальные потребности и требования эстетики и отдыха;

- обеспечивать вероятность постоянного получения урожая полезных растений, воспроизводство животных и многообразных материалов с помощью установления сбалансированного цикла употребления и возобновления.

В настоящее время вопросы охраны окружающей природной среды порождают новое понятие -- экологическая безопасность, под которой подразумевается состояние защищенности жизненно значимых экологических интересов человека и его прав на благоприятную и безопасную окружающую природную среду.

Научным ядром всех мероприятий по обеспечению экологической безопасности человечества и рациональному природопользованию предназначается теоретическая экология, важнейшие принципы которой направлены на сохранение гомеостаза экосистем и на поддержание экзистенционного потенциала.

Нерациональное природопользование, в конце концов, приведет к экологической катастрофе, а экологически сбалансированное природопользование создаст предпосылки для выхода из нее.

Недопущение экологической катастрофы -- основная научная и практическая проблема человечества. Над решением этой проблемы трудятся  ученые, политики, специалисты-практики во разных странах мира. Задача содержится в разработке комплекса верных антикризисных мер, которые позволят активно действовать против дальнейшего разрушения природной среды и выйти на постоянное развитие общества. Стремление решения данной проблемы только какими-либо одним средством, к примеру, технологическим (установка очистных сооружений, безотходных производств и т. д.), принципиально неверно и не приведет к нужным результатам. Преодолевание экологических проблем может быть только при условии согласованного развития окружающей природы и человека, отмены антагонизма между ними. Это может быть достижимо только на основе осуществления «триединства естественной природы, общества и природы очеловеченной» (Жданов, 1995), на линии постоянного развития общества (конференция ООН, Рио-де-Жанейро, 1992 г.), комплексного подхода к решению экологических проблем.

Наиболее важным принципом, или правилом охраны окружающей среды, считается следующий: всеобщий исходный природно-ресурсный потенциал в период исторического развития постоянно иссякает, что призывает человечество к  научно-техническому совершенствованию, которое  направлено на более обширное и глубокое использование этого потенциала.

Из данного закона вытекает второй основной принцип охраны окружающей природы и среды обитания человека: «экологичное -- экономично», то есть чем бережнее подход к природным ресурсам и среде жизни, тем незначительнее требуется энергетических и иных затрат. Возобновление природно-ресурсного потенциала и стремления на его выполнение должны быть соразмерены с экономическими итогами эксплуатации природы.

Другое одно из важных экологических правил, это то, что все элементы природной среды (атмосфера, вода, почва и другие) сохранять необходимо не по отдельности, а в целом, как целостные природные экосистемы биосферы. Исключительно при таком экологическом подходе, вероятно, сохранить целостность ландшафтов, недр, видов животных и растений.

В соответствии с законом Российской Федерации «Об охране окружающей среды» важнейшими принципами охраны окружающей природной среды являются следующие:

- главенство охраны жизни и здоровья человека;

- научно-обоснованное соединение экологических и экономических интересов;

- рациональное и не истощительное применение природных ресурсов;

- платность природопользования.

 

 

2. Схема круговорота и перемещения фосфора в окружающей среде

 

Фосфор - это один из  необходимых компонентов нуклеиновых кислот, белков, АТФ и иных жизненно значимых органических веществ. Фосфат также содержится в составе эмали зубов и фосфолипидов мембран. Это относительно мало распространённый элемент, и, аналогично азоту и калию, фосфор довольно часто становится фактором, который лимитирует продуктивность экосистем. Форма, находясь в которой фосфор употребляется растениями - это фосфат РО43- и ортофосфат Н2РО4-.

Рис. 1 Круговорот фосфора в природе

 

Круговорот фосфора изображен на рис.1, он достаточно прост, потому что в природе нет газообразных соединений фосфора.

Резервы фосфора, которые доступны живым организмам, целиком сконцентрированы в литосфере. Главными источниками неорганического фосфора являются породы, образовавшиеся вследствие извержений вулканов (например, апатиты), или осадочные породы (например, фосфориты). Минеральный фосфор - это редкий элемент в биосфере, в земной коре содержится около 1 %, это является важнейшим фактором, который лимитирует продуктивность многих экосистем.

Неорганический фосфор, находящийся в породах земной коры, входит в циркуляцию выщелачиванием и растворением в континентальных водах. Фосфор поступает в экосистемы суши и потребляется растениями, синтезирующими при участии фосфора разнообразные органические соединения, и следовательно включается в трофические цепи. Далее органические фосфаты из с трупов, отходов и выделений живых организмов попадают в почву, где заново подвергаются действию микроорганизмов и обращаются в минеральные ортофосфаты, которые становятся готовыми к использованию растениями и иными автотрофами. [1]

В водные экосистемы фосфор доставляется текучими водами. Реки постоянно обогащают океаны фосфатами, это содействует формированию фитопланктона и живых существ, которые расположены на разных уровнях пищевых цепей пресноводных или морских вод. В любых водных экосистемах фосфор имеется в четырёх нерастворимых и растворимых формах.

В водоемах умеренных широт в зимнее время повышается содержание растворённых минеральных соединений, содержащих фосфор. Наибольшего значения концентрация доходит в весеннее время,  когда биосфера в особенности весьма в них нуждается. Фосфор, скопленный в отложениях на мелководьях, к примеру, в иле, освобождается, когда зимой среда становится анаэробной (практически полная остановка процесса синтеза). Следовательно, естественные природные условия, которые способствуют удалению серы из круговорота при её восстановлении в присутствии железа, способствуют высвобождение фосфатов.

При прослеживании всего превращения фосфора в масштабе биосферы, оказывается, что его круговорот не замыкается.

Если на суше в экосистемах круговорот фосфора протекает в оптимальных естественных природных условиях с минимумом потерь на выщелачивание, то в океане дело обстоит совсем по-другому. Это связано с беспрестанной седиментацией органического вещества и, в частности, обогащенных фосфором трупов рыб, фрагменты которых, не употребленные в пищу детритофагами и деструкторами, устойчиво скапливаются на дне морей. Органический фосфор, который  осел на малой глубине приливно-отливных и не критических зон, возвращается в круговорот после минерализации, тем не менее, это не идет на отложения на дне глубоководных зон, занимающих около 85 % от общей площади дна океанов. Фосфаты, которые откладываются на значительных морских глубинах, исключаются из биосферы и не могут более участвовать в круговороте. Несомненно, элементы биогеохимического осадочного круговорота не смогут скапливаться до бесконечности на дне океана. Тектонические движения содействуют неторопливому подъему к поверхности осадочных пород, скопленных на дне геосинклиналей. Следовательно, замкнутый цикл осадочных элементов обладает продолжительностью, которая измеряется геологическими периодами, то есть десятками и сотнями миллионов лет.[4]

Анализируя круговорот фосфора в масштабе биосферы за относительно недолгий период, можно подметить, что он полностью не замкнут. В самом деле, протекает лишь частичное попадание фосфора из океана на сушу, которое реализовывается основным образом птицами, которые  питаются рыбой. Перуанские залежи гуано удостоверяют о крупных масштабах этого явления в отдельных районах земного шара. Вылавливая морских животных, люди тоже участвуют в этом процессе. При всем при том количество фосфора, который ежегодно поступает на сушу благодаря рыболовству, довольно невелико, около 60 000 т, и, несомненно, уступает выносу фосфора в гидросферу при выщелачивании растворимых фосфатных удобрений, поступающих в агрономические экосистемы, который доходит до многих миллионов тонн в год.

Таким образом, в природных условиях механизм возврата фосфора из океанов на сушу окончательно не способен компенсировать расходы этого элемента на седиментацию. При всем при этом человек форсирует эту естественную тенденцию, путем вноса в обрабатываемые земли удобрений, богатых фосфором.

Потому что на Земле запасы фосфора - элемента, существенного для функционирования экосистем, невелики, то любые действия человека на биогеохимический круговорот фосфора обладает рядом отрицательных результатов.[6]

Действия человека в современном мире направлены на повышение содержания фосфора в окружающей природной среде. Этому явлению В.А. Ковда дал название - фосфатизация суши. Она протекает из-за вылова продуктов моря, которые богаты фосфором, и преимущественно по причине извлечения фосфора из агроруд для производства фосфорных минеральных удобрений, разнообразных фосфорсодержащих препаратов. Фосфатизация суши совершается неравномерно. Наиболее сильно она выявляется в промышленно-развитых районах, которые характеризуются значительной плотностью населения. В противоположность от них выделяются районы, где протекает, наоборот, дефосфатизация.

Существенное значение  в биосфере фосфор приобретает не по содержанию, а вследствие того, что без него синтез белков невозможен.

В отличие от азота резервуаром фосфора предназначается не атмосфера, а горные породы и иные отложения, которые образовались в минувшие геологические эпохи.

Круговорот фосфора - это достаточно простой пример осадочного цикла. Фосфор, как и азот, значительно активнее принимает участие в биологическом круговороте в океане, чем на суше.

Рис. 2 Поступление фосфора в биосферу в результате антропогенной деятельности

 

Попадание фосфора в океан происходит с континентальным стоком, в котором фосфор входит в состав комплексных анионов, дисперсного органического вещества и минеральных взвесей. Количество фосфора, которое выносится с взвешенными твердыми частицами, превосходит массу растворенных форм фосфора. Но эта масса является прочносвязанным фосфором. Только малая часть может быть высвобождена и втянута в биологический круговорот.

Свойственная особенность глобального цикла фосфора - это отсутствие устойчиво действующего геохимического потока, который возвращает крупные массы фосфора на сушу.

Перенос фосфора через атмосферу невелик и не может компенсировать вынос фосфора с водным стоком с суши в океан. Неторопливое осаждение фосфора в океане исключает его из миграционных циклов.

Глобальный цикл фосфора наименее замкнут в сравнении с другими элементами.

Антропогенная деятельность человека приводит к увеличенной потере фосфора:

- из-за постоянного рыболовства на сушу возвращается около          6000 т/год элементарного фосфора;

- осуществляется добыча на удобрения ежегодно 1-2 млн т фосфорсодержащих пород, причем значительная часть этого фосфора смывается и исключается из круговорота.

Глобальная система циклической миграции химических элементов имеет высокую способность к саморегуляции. Немаловажная особенность миграционных циклов в биосфере - это вероятность свободного перехода мигрирующих масс из одного цикла в другой или частичного вывода и накопления в природном резервуаре.

Сочетание незамкнутых циклов объясняет уникальное свойство постоянства биосферы. Нарушение в ту или другую сторону баланса масс одного цикла возмещается за счет других, сопряженных с ним.

Вмешательство человека в круговорот фосфора:

Добыча значительных количеств фосфатных руд для производства минеральных удобрений и моющих средств.

Рост избытка фосфат-ионов в водных экосистемах при поступлении в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей фосфатных удобрений, очищенных и неочищенных коммунально-бытовых стоков.

Избыток фосфора содействует «взрывному» росту сине-зелёных водорослей и иных водных растений, что приводит к нарушению жизненного равновесия в водных экосистемах.

Заключение

 

Фосфаты - одни из наиболее безопасных веществ, известных человеку. Они играют существенную роль в питании. Они используются в пище, напитках, в медицине, в зубной пасте и т.д.

Основная роль фосфора в окружающей среде состоит в том, что он является одним из питательных веществ для водорослей.

Пресные воды на Земле должны оберегаться. Так как численность населения на Земле непрерывно увеличивается, становится труднее охранять качество поверхностных вод. В районах с чрезмерным содержанием фосфора обезвреживание стоков промышленных предприятий - это проблема первостепенной важности.

Поскольку фосфаты считаются ответственными за многие проблемы, связанные с эвтрофностью озер, особенно положительное значение приобретает то, что фосфаты в сточных водах легко поддаются контролю.

Фосфор входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. По пищевым цепям P переходит от растений ко всем прочим организмам экосистемы. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Океанические отложения фосфата с течением времени поднимаются над поверхностью воды вследствие геологических процессов, однако это проистекает в течение миллионов лет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Бринчук М.М. Экологическое право / М.М. Бринчук - М.: Юристъ, 2008, - 670 с.
2. Владимиров, А. М. Охрана окружающей среды / А. М. Владимиров и др. - СПб., 2001, - 430 с.
3. Коцубинский А.О. Проблемы производства / А.О. Коцубинский - М., Наука, 2001
4. Ливчак И.Ф., Воронов Ю.В. Охрана окружающей среды. - М., Наука, 2000, - 205 с.
5. Николайкина Н. Е. Экология / Н.Е. Николайкина. - М.: Дрофа, 2004, - 624 с.
6. Чернова Н.М., Былова А.М. Общая экология / Н. М. Чернова. - М.: Дрофа, 2004, - 416 с.