猴塞雷

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自然环境中物理物质的循环

自然环境可以分为四个圈:生物圈,大气层,水圈和岩石圈,统称为生态圈,它已经发展了很长时间。各层之间存在复杂的材料交换和能量交换,如图4-1所示。

根据放射性核素方法,地球的年龄约为46亿年。自然环境的发展历史可以分为三个阶段:月亮的诞生,生物的诞生和人类的崛起。

地球的生产由于地壳中大量放射性元素的裂变和衰变,陨石在地表上的频繁撞击等而释放和释放的能量的积累和发展,导致了月球的剧烈活动。火山,导致月球温度下降到局部融化的外观,重元素落入地球的中心,轻物质漂浮到地表,并逐渐形成地幔(平地层),地幔和地幔。同时,捕获在月球内部的二氧化碳不断前进,形成了原始的大气,其主要成分是H2O,CO,CO2,CH4和N2。当时,它不富含二氧化碳,这是一种还原性气氛。凝结后,水蒸气凝结成凹陷处的海洋(水圈),地表水变成碱性。上述过程大约需要1到15亿年。显然,早期地表环境的明显特征是缺氧且没有臭氧层。太阳辐射中的高能紫外线可以直接击中地面。

生物的生产。在太阳能和地热能的作用下,简单的无机化合物和二氧化碳等化合物已经产生了简单的有机化合物(如肽,单糖等),并逐渐演变为生物大分子(如蛋白质,多糖等)。 ),为生活的形成创造条件。大气中O2的积累主要取决于生物的光合作用。原始海洋中的蛋白质和氨基酸首先产生厌氧呼吸真菌(原生动物),然后逐渐演变成富含叶绿素的绿藻,在藻类的光合作用过程中释放出自由的氧气。经过20亿多年的演变,海洋生物区系终于在6亿年前出现了,水陆生物和绿藻的生命系统在4亿年前出现了,生物圈逐渐出现了。游离氧的出现促进了生命的进化,使月亮出现在4亿年前,上面有一层臭氧层,可以屏蔽太阳的强紫外线,从而保护陆生动物的生长。陆生动物的生长和微生物的作用产生了一个底部的泥层。土壤是岩石和动物之间相互作用的产物。土壤层的形成使易于流失的营养物质在表面上得以富集,从而使陆生动物更加繁荣,并确保了生物圈的发展与繁荣。

人类的崛起人类的崛起大约是工业革命之后的300万年。在这三百万年中环境中的化学,人类活动对环境物理演变的影响并不显着。工业革命只有200年的历史,尤其是几十年。自然资源和能源的发展速度和规模惊人。他们不仅将大量地下金矿移至地面,还制作了原本固定在岩石中的元素。它可以进入生态环境和人体形式环境中的化学,并将大量的工业废物排放到大气,水和沉积物环境中,极大地加速了自然环境中物理物质的迁移,并迅速改变了自然界。每个圆圈中的物质。组成和编号。更值得注意的是人口激增对环境的影响。为了满足自己的需要,人类一年四季都不断要求自然,失去与环境的协调控制,这引起了环境问题,近年来引起了人们的关注。

人类和其他生物所居住的生物圈位于大气层,水圈和岩石围岩的交汇处。生态系统的物质循环是自然界中的各种化学元素,它们通过被动物吸收而从环境进入人类和生物世界,并随着生物之间的营养关系而循环,然后通过生物的降解而返回环境。排泄物和遗骸一起去。这是一圈又一圈的,循环是无止境的。

生态系统中各种元素的循环非常复杂。仅简要描述水,氮,氧和碳的最重要循环。

水循环

所有生物都富含水,自然界中大多数生物和非生物变化都发生在水下。没有水的参与,就不会有生态系统功能,也无法维持生命。水约占月球表面的70%。水为物质之间的反应提供了合适的场所,并成为物质转移的介质。用水对动物的光合作用不仅产生生命必需的养分,而且为生命提供必需的氢。

6CO2(g)+ 6H2OC6H12O6 + 6O2(g)

地球上海洋和河流的底部泥浆不断蒸发,产生的水蒸气进入大气,凝结时形成雨雪,并返回地面。其中一些汇聚在河流和湖泊中,然后再次流入海洋,另一部分融化。进入底部的泥浆或松散的岩层中,有些会变成地下水。有些被动物吸收。除了少量被动物吸收的部分外,它通过液体表面蒸发返回到大气中。图4-2是水循环的示意图。可以看出,水的自然循环是通过水,气,液三态的容易转化以及太阳辐射和重力提供的转化和运动能来实现的。

水循环系统不仅受到天气条件(例如温度,湿度,风向,风速)和地理条件(例如地形,地质和土壤)等自然因素的影响,还受到人类活动的影响。例如,修建水闸,挖河道和开发地下水会导致水的路线,分布和流动的变化。农业或森林砍伐的发展将导致水蒸发,渗透和径流的变化。从人类生产活动和日常生活中排出的物理污染物以各种方式进入水循环后,它们将参与循环并扩散。例如,排放到大气中的二氧化碳和氨氧化物会产生酸雨。土壤和工业废料被雨水冲刷,其中的物理污染物在径流和入渗的水循环中扩散。

简而言之,水循环将对人类生存的生态系统和环境质量产生重大影响。

氮循环

氮是蛋白质的基本元素之一。所有活生物都富含蛋白质,因此氮循环涉及生物圈的所有领域。氮是月球上极为丰富的元素,约占大气的79%。尽管空气中的氮浓度很高,但大多数生物无法直接使用它,必须用氮将其固定。固氮的主要方式有两种,一种是通过闪电等高能固氮,然后将形成的氨和硝酸盐随雪滴到地上。另一个是生物固氮,例如豆类

根部的鳞茎油细菌可以将气体转化为硝酸盐等。植物从底部泥浆中吸收铵离子(铵肥)和硝酸盐,并通过复杂的生物转化产生各种多肽,然后从该多肽合成蛋白质。动物以动物为食,获取氮并将其转化为植物蛋白。动植物死亡后,骨骼中的蛋白质被微生物分解为铵离子(NH4 +),硝酸根离子(NO3--)和氨气(NH 3)回到底部泥浆和底部泥浆,并被吸收。再一次给动物们喂食。图4-3是氮循环的示意图。

碳循环

碳是构成生物的最基本元素之一,也是构成地幔岩石和化石燃料(煤炭,石油和天然气)的主要元素。碳循环主要通过二氧化碳进行。它可以分为三种方式:第一种方式是,动物通过光合作用将大气中的CO2和H2O结合形成碳水化合物(糖),然后在动物的呼吸中通过CO2返回大气,再被动物利用。

第二种方法是,植物吃掉动物后,糖被植物吸收,在体内被氧化形成二氧化碳,然后通过植物的呼吸释放回大气中,动物可以利用它。第三种方法是煤炭,石油和天然气等化石燃料燃烧时产生二氧化碳,二氧化碳返回大气后重新进入生态系统的碳循环。图4-4是碳循环的示意图。

氧气循环

由于自然界中的氧气丰富,分布广泛,性格开朗,因此环境中到处都有氧气(游离态或结合态),因此,自然界中的氧气循环最为复杂。上述循环均包括氧循环的一部分。实际上,各种物质的循环是相互关联的,单独的表述只是为了突出有助于讨论的主要线索。图4-5显示了自然界中氧气的主要循环路径和相关反应。

应该强调的是,参与循环的物质仅占该物质总储备的很小一部分,并且大多数都保存在各自的“储存库”中。海洋是水的总库,岩石是碳和氧的总库,而大气是氮的总库。由于循环中涉及的物质数量很少,因此各种物质要花费一个星期的循环时间太长,并且取决于各种物质的总储备量,循环的时间差异很大。恐怕要花200万年的时间才能将月球上所有现有的水分解用于动物的光合作用,然后再将其再生以用于动植物细胞的生物氧化。在此过程中形成的O2进入大气并在2000年内再循环。CO2被动植物细胞呼出并进入大气。它在被动物细胞固定之前平均可以保留300年。

简而言之,自然界中各种物质的循环是按照一定的过程进行的,自然界物质的平衡由此产生。有机体参与其所处环境的物质循环,成为整个平衡自然环境的组成部分和主要部分。

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