Сообщение на тему круговорот кислорода в природе. Свойства и применение кислорода
Круговорот кислорода на планете Земля - один из основных процессов, которому обязаны своим существованием все формы жизни. Каковы особенности и главные составляющие этого масштабного действа? Именно на этот вопрос мы попробуем найти ответ.
Характеристика кислорода как элемента
Для того чтобы понять суть глобального процесса, рассмотрим его основную составляющую. Первое, на что обратим внимание, - характеристика кислорода как главного элемента круговорота. Он существует в нескольких видах: собственно оксигениум (или оксиджен) - легкий неметалл таблицы Менделеева, который обозначают латинской буквой O; невидимый безвкусный и бесцветный газ, образованный двумя молекулами O 2 , именуемый дикислород. Этот газ считают самым сильным и распространенным окислителем. Можно выделить и еще одну форму - озон, который представляет собой соединение уже трех молекул O. Кислород - вторая главная составляющая атмосферы нашей планеты, которая, как мы помним, почти на 80% состоит из азота. Немногим менее 20% приходится на долю кислорода.
Главные «потребители» оксигениума
Круговорот кислорода в биосфере Земли - сложный и постоянный процесс, который поддерживает и сохраняет возможность жизнедеятельности животных, растений и человека. В сложном взаимодействии происходит постоянное возобновление запасов этого бесценного газа. Человек и плоды его труда в этом процессе являются главными потребителями. Люди и животные в естественном процессе дыхания поглощают кислород, выдыхая, как всем нам известно, углекислый газ. Промышленные и ресурсодобывающие предприятия, автомобильный транспорт также выделяют в атмосферу огромное количество вредных веществ и примесей, сжигая тонны кислорода и уменьшая процент его в окружающей среде.
Немного о фотосинтезе
Восстановление жизненно важного элемента происходит благодаря такому процессу, как фотосинтез. Преобразование углекислого газа в кислород - заслуга флоры нашей планеты. Именно растения обладают этой удивительной способностью - ежедневно восполнять этот ценный газ, потребленный человеком и представителями животного мира. В чем суть фотосинтеза? Если говорить простым языком, то он является ничем иным, как поглощением из окружающей среды углекислого газа с последующим выделением в
нее кислорода. Наземные растения получают его из атмосферы и земли через корни и листья, а водоросли используют газ, растворенный в воде. Именно благодаря такой особенности жизнедеятельности земной флоры количество кислорода на планете возобновляется в объеме, необходимом для продолжения существования жизни.
Схема круговорота
Если описывать круговорот кислорода схематично, то он будет выглядеть следующим образом: выделение элемента происходит из растений на воде и земле. Недавно учеными было доказано, что небольшая часть этого газа появляется и в самой атмосфере как следствие разложения водного пара под воздействием солнечных лучей. Поглощают его люди, животные, промышленные предприятия. Круговорот кислорода можно сравнить с работой легких человека. Именно он позволяет нашей планете дышать - к сожалению, с каждым годом делать это Земле все сложнее.
1. Понятие круговорота
Между литосферой, гидросферой, атмосферой и живыми организмами Земли постоянно происходит обмен химическими элементами. Этот процесс имеет циклический характер: переместившись из одной сферы в другую, элементы вновь возвращаются в первоначальное состояние. Круговорот элементов имел место в течение всей истории Земли, насчитывающей 4,5 млрд. лет.
Круговорот веществ — многократно повторяющийся процесс совместного, взаимосвязанного превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее цикличный характер. Общий круговорот веществ характерен для всех геосфер и складывается из отдельных процессов круговорота химических элементов, воды, газов и других веществ. Процессы круговорота не полностью обратимы из-за рассеивания веществ, изменения его состава, местной концентрации и деконцентрации.
Для обоснования и пояснения самого понятия круговорота полезно обратиться к четырем важнейшим положениям геохимии, которые имеют первостепенное прикладное значение и подтверждены бесспорными опытными данными:
а) повсеместное распространение химических элементов во всех геосферах;
б) непрерывная миграция (перемещение) элементов во времени и в пространстве;
в) многообразие видов и форм существования элементов в природе;
г) преобладание рассеянного состояния элементов над концентрированным, особенно для рудообразующих элементов.
Более всего, на мой взгляд, стоит остановить свое внимание на процессе перемещения химических элементов.
Миграция химических элементов находит отражение в гигантских тектоно-магамтических процессах, преобразующих земную кору, и в тончайших химических реакциях, протекающих в живом веществе, в непрерывном поступательном развитии окружающего мира, характеризуя движение как форму существования материи. Миграция химических элементов определяется многочисленными внешними факторами, в частности, энергией солнечного излучения, внутренней энергией Земли, действием силы тяжести и внутренними факторами, зависящими от свойств самих элементов.
Круговороты могут происходить на ограниченном пространстве и на протяжении небольших отрезков времени, а может охватывать всю наружную часть планеты и огромные периоды. При этом малые круговороты входят в более крупные, которые в своей совокупности складываются в колоссальные биогеохимические круговороты. Они тесно связаны с окружающей средой.
Гигантские массы химических веществ переносятся водами Мирового океана. В первую очередь это относится к растворенным газам — диоксиду углерода, кислороду, азоту. Холодная вода высоких широт растворяет газы атмосферы. Поступая с океаническими течениями в тропический пояс, она их выделяет, так как растворимость газов при нагревании уменьшается. Поглощение и выделение газов происходит также при смене теплых и холодных сезонов года.
Огромное влияние на природные циклы некоторых элементов оказало появление жизни на планете. Это, в первую очередь, относится к круговороту главных элементов органического вещества — углерода, водорода и кислорода, а также таких жизненно важных элементов как азот, сера и фосфор. Живые организмы оказывают влияние и на круговорот многих металлических элементов. Несмотря на то, что суммарная масса живых организмов Земли меньше массы земной коры в миллионы раз, растения и животные играют важнейшую роль в перемещении химических элементов. Существует закон глобального замыкания биогеохимического круговорота в биосфере, действующий на всех этапах её развития, как и правило увеличения замкнутости биогеохимического круговорота в ходе сукцессии (сукцессия (от лат. succesio – преемственность) — последовательная смена экосистем, преемственно возникающих на определенном участке земной поверхности. Обычно сукцессия происходит под влиянием процессов внутреннего развития сообществ, их взаимодействия с окружающей средой. Длительность сукцессии составляет от десятков до миллионов лет). В процессе эволюции биосферы увеличивается роль биологического компонента в замыкании биогеохимического круговорота.
Деятельность человека также оказывает влияние на круговорот элементов. Особенно заметным оно стало в последнее столетие. При рассмотрении химических аспектов глобальных изменений в круговоротах химических элементов следует учитывать не только изменения в природных круговоротах за счет добавления или удаления присутствующих в них химических веществ в результате обычных циклических и/или вызванных человеком воздействий, но и поступление в окружающую среду химических веществ, ранее не существовавших в природе.
Круговороты элементов и веществ осуществляются за счёт саморегулирующих процессов, в которых участвуют все составные части экосистем. Эти процессы являются безотходными. В природе нет ничего бесполезного или вредного, даже от вулканических извержений есть польза, так как с вулканическими газами в воздух поступают нужные элементы, например, азот, сера.
Различают два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).
Большой круговорот, продолжающийся миллионы лет, заключается в том, что горные породы подвергаются разрушению, а продукты выветривания (в том числе растворимые в воде питательные вещества) сносятся потоками воды в Мировой океан, где они образуют морские напластования и лишь частично возвращаются на сушу с осадками. Геотектонические изменения, процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещения морей и океанов в течение длительного времени приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу и процесс начинается вновь.
Малый круговорот, являясь частью большого, происходит на уровне экосистемы и состоит в том, что питательные вещества, вода и углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и на жизненные процессы как самих растений, так и других организмов (как правило, животных), которые поедают их. Продукты распада органического вещества под действием деструкторов и микроорганизмов (бактерии, грибы, черви) вновь разлагаются до минеральных компонентов, доступных растениям и вовлекаемых ими в потоки вещества.
Таким образом, круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций называется биогеохимическим циклом. В такие циклы вовлечены практически все химические элементы и прежде всего те, которые участвуют в построении живой клетки.
2. Круговорот кислорода в природе
2.1 Общие сведения о кислороде-элементе
История открытия. Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы):
2HgO (t)→ 2Hg + O2
Однако, Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество. Он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье.
Несколькими годами ранее (возможно, в 1770-м) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.
Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Петра Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида.
Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа Антуан Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория (флогисто́н (от греч. phlogistos — горючий, воспламеняемый) — гипотетическая «огненная субстанция», якобы наполняющая все горючие вещества и высвобождающаяся из них при горении). Лавуазье провел опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теории флогистона.
Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.
Происхождение названия. Название oxygenium («кислород») происходит от греческих слов, обозначающих «рождающий кислоту»; это связано с первоначальным значением термина «кислота». Ранее этим термином называли оксиды.
Нахождение в природе. Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 47,4 % массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 88,8 % (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % (по объему). Элемент кислород входит в состав более 1500 соединений земной коры.
Физические свойства. При нормальных условиях плотность газа кислорода 1,42897 г/л. Температура кипения жидкого кислорода (жидкость имеет голубой цвет) -182,9 °C. В твердом состоянии кислород существует по крайней мере в трех кристаллических модификациях. При 20°C растворимость газа О2: 3,1 мл на 100 мл воды, 22 мл на 100 мл этанола, 23,1 мл на 100 мл ацетона. Существуют органические фторсодержащие жидкости (например, перфторбутилтетрагидрофуран), в которых растворимость кислорода значительно более высокая.
Химические свойства элемента определяются его электронной конфигурацией: 2s22p4. Высокая прочность химической связи между атомами в молекуле О2 приводит к тому, что при комнатной температуре газообразный кислород химически довольно малоактивен. В природе он медленно вступает в превращения при процессах гниения. Кроме того, кислород при комнатной температуре способен реагировать с гемоглобином крови (точнее с железом (II) гема (гем — производное порфирина, содержащего в центре молекулы атом двухвалентного железа), что обеспечивает перенос кислорода от органов дыхания к другим органам.
Со многими веществами кислород вступает во взаимодействие без нагревания, например, с щелочными и щёлочноземельными, вызывает образование ржавчины на поверхности стальных изделий. Без нагревания кислород реагирует с белым фосфором, с некоторыми альдегидами и другими органическими веществами.
При нагревании, даже небольшом, химическая активность кислорода резко возрастает. При поджигании он реагирует со взрывом с водородом, метаном, другими горючими газами, с большим числом простых и сложных веществ. Известно, что при нагревании в атмосфере кислорода или на воздухе многие простые и сложные вещества сгорают, причем образуются различные оксиды, пероксиды и супероксиды, такие как SO2, Fe2 O3, Н2 О2, ВаО2, КО2.
Если смесь кислорода и водорода хранить в стеклянном сосуде при комнатной температуре, то экзотермическая реакция образования воды
2Н2 + О2 = 2Н2 О + 571 кДж
протекает крайне медленно; по расчету, первые капельки воды должны появиться в сосуде примерно через миллион лет. Но при внесении в сосуд со смесью этих газов платины или палладия (играющих роль катализатора), а также при поджигании реакция протекает со взрывом.
С азотом N2 кислород реагирует или при высокой температуре (около 1500-2000 °C), или при пропускании через смесь азота и кислорода электрического разряда. При этих условиях обратимо образуется оксид азота (II):
Возникший NO затем реагирует с кислородом с образованием бурого газа (диоксида азота):
2NO + О2 = 2NO2
Из неметаллов кислород напрямую ни при каких условиях не взаимодействует с галогенами, из металлов — с серебром, золотом, платиной и металлами платиновой группы.
С самым активным неметаллом фтором кислород образует соединения в положительных степенях окисления. Так, в соединении O2 F2 степень окисления кислорода +1, а в соединении O2 F — +2. Эти соединения принадлежат не к оксидам, а к фторидам. Фториды кислорода можно синтезировать только косвенным путем, например, действуя фтором F2 на разбавленные водные растворы КОН.
Применение. Применение кислорода очень разнообразно. Основные количества получаемого из воздуха кислорода используются в металлургии. Кислородное (а не воздушное) дутьё в домнах позволяет существенно повышать скорость доменного процесса, экономить кокс и получать чугун лучшего качества. Кислородное дутьё применяют в кислородных конвертерах при переделе чугуна в сталь. Чистый кислород или воздух, обогащённый кислородом, используется при получении и многих других металлов (меди, никеля, свинца и др.). Кислород используют при резке и сварке металлов. При этом применяют сжатый газообразный кислород, хранимый под давлением 15 МПа в специальных стальных баллонах. Баллоны с кислородом окрашены в голубой цвет для отличия от баллонов с другими газами.
Жидкий кислород - мощный окислитель, его используют как компонент ракетного топлива. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона один из самых мощных окислителей ракетного топлива. Пропитанные жидким кислородом такие легко окисляющиеся материалы, как древесные опилки, вата, угольный порошок и др. (эти смеси называют оксиликвитами), используют как взрывчатые вещества, применяемые, например, при прокладке дорог в горах.
круговорот кислород химический элемент
2.2 Круговорот кислорода
Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле. В морской воде содержится 88,8% кислорода, в атмосферном воздухе 23,15% по весу или 20,95% по объему, а в земной коре 47,4% по весу.
Указанная концентрация кислорода в атмосфере поддерживается постоянной благодаря процессу фотосинтеза (рис. 1). В этом процессе зеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород:
6CO2 + 6H2 O + энергия света = C6 H12 O6 + 6O2
Выше приведено суммарное уравнение фотосинтеза; на самом же деле, кислород выделяется в атмосферу на первой его стадии – в процессе фотолиза воды.
Наряду с этим, мощным источником кислорода является, по-видимому, фотохимическое разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца.
Рис.1. Условная схема фотосинтеза.
Кислород — основной биогенный элемент, входящий в состав молекул всех важнейших веществ, обеспечивающих структуру и функции клеток — белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, а также множества низкомолекулярных соединений. В каждом растении или животном кислорода гораздо больше, чем любого другого элемента (в среднем около 70%). Мышечная ткань человека содержит 16% кислорода, костная ткань — 28,5%; всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 43 кг кислорода. В организм животных и человека кислород поступает в основном через органы дыхания (свободный кислород) и с водой (связанный кислород). Потребность организма в кислороде определяется уровнем (интенсивностью) обмена веществ, который зависит от массы и поверхности тела, возраста, пола, характера питания, внешних условий и др. В экологии как важную энергетическую характеристику определяют отношение суммарного дыхания (то есть суммарных окислительных процессов) сообщества организмов к его суммарной биомассе.
В жизни природы кислород имеет исключительное значение. Кислород и его соединения незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхании. Большинство организмов получают энергию, необходимую для выполнения их жизненных функций, за счет окисления тех или иных веществ с помощью кислорода. Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе.
Незначительное количество атмосферного кислорода участвует в цикле образования и разрушения озона при сильном ультрафиолетовом излучении:
O2 * + O2 → O3 + O
Большая часть кислорода, вырабатываемого в течение геологических эпох, не оставалась в атмосфере, а фиксировалась литосферой в виде карбонатов, сульфатов, оксидов железа и др.
Геохимический круговорот кислорода связывает газовую и жидкую оболочки с земной корой. Его основные моменты: выделение свободного кислорода при фотосинтезе, окисление химических элементов, поступление предельно окисленных соединений в глубокие зоны земной коры и их частичное восстановление, в том числе за счет соединений углерода, вынос оксида углерода и воды на поверхность земной коры и вовлечение их в реакцию фотосинтеза. Схема круговорота кислорода в несвязанном виде представлена ниже.
Рис.2. Схема круговорота кислорода в природе.
Кроме описанного выше круговорота кислорода в несвязанном виде, этот элемент совершает еще и важнейший круговорот, входя в состав воды (рис. 3). В процессе круговорота вода испаряется с поверхности океана, водяные пары перемещаются вместе с воздушными течениями, конденсируются, и вода возвращается в виде атмосферных осадков на поверхность суши и моря. Различают большой круговорот воды, при котором вода, выпавшая в виде осадков на сушу, возвращается в моря путем поверхностного и подземного стоков; и малый круговорот воды, при котором осадки выпадают на поверхность океана.
Из приведенных примеров круговоротов и миграции элемента видно, что глобальная система циклической миграции химических элементов обладает высокой способностью к саморегуляции, при этом огромную роль в круговороте химических элементов играет биосфера.
Кислород является самым распространенным элементом земной коры. В атмосфере его находится около 23% (масс.), в составе воды – около 89%, в человеческом организме – около 65%, в песке содержится 53% кислорода, в глине – 56% и т.д. Если подсчитать его количество в воздухе (атмосфере), воде (гидросфере) и доступной непосредственному химическому исследованию части твердой земной коры (литосфере), то окажется, что на долю кислорода приходится примерно 50% их общей массы.
Круговорот кислорода в природе. Применение кислорода, его биологическая роль
Свободный кислород содержится почти исключительно в атмосфере, причем количество его оценивается в т. При всей громадности этой величины она не превышает 0,0001 общего содержания кислорода в земной коре.
В связанном состоянии кислород входит в состав почти всех окружающих нас веществ.
Так, например, вода, песок, многие горные породы и минералы, встречающиеся в земной коре, содержат кислород. Кислород является составной частью многих органических соединений, например белков, жиров и углеводов, имеющих исключительно большое значение в жизни растений, животных и человека.
Круговорот кислорода в природе – это процесс обмена кислородом, который происходит между атмосферой, гидросферой и литосферой. Основным источником возобновления кислорода на Земле служит фотосинтез – процесс, происходящий в растениях за счет поглощения ими углекислого газа.
Растворенный в воде кислород поглощается водными формами жизни посредством дыхания.
Круговорот кислорода – планетарный процесс, связывающий атмосферу, гидро- и литосферу через совокупную деятельность живых организмов.
Основные этапы круговорота˸
1) производство кислорода при фотосинтезе фотоавтотрофами суши и океана;
2) производство кислорода при диссоциации Н2О и О3 в верхних слоях атмосферы под действием ионизирующего и ультрофиолетового излучения (незначительное количество);
3) потребление О2 при дыхании живых организмов;
4) потребление кислорода при почвенном дыхании (окислении органики почвенными микроорганизмами);
5) потребление О2 при горении и других формах окисления (извержение вулканов);
6) потребление кислорода на производство О3 в стратосфере;
7) участие в океанических преобразованиях гидрокарбонатов в составе СО2 и Н2О˸
Весь О2 полностью проходит через живые организмы за 2 000 лет.
Ежегодное производство кислорода фотосинтетиками Земли примерно 240 млрд. т. В океане кислорода в растворенном виде так же, как и СО2 гораздо больше, чем в атмосфере (от 2 до 8 г/л). Часть органического вещества захороняется, поэтому часть кислорода выводится из цикла.
Биосферных проблем, связанных с циркуляцией кислорода в атмосфере, несколько˸
1) при сжигании ископаемого топлива тратится огромное количество кислорода.
Совокупное годовое потребление на Земле кислорода 230 млрд. т, из низ на дыхание растений и животных идет 2,6 млрд. т, почвенное окисление – 50 млрд. т, остальное – процессы горения. С учетом быстрого сведения лесов на планете и возрастающими темпами индустриализации закономерно˸ в будущем дальнейшее возрастание потребления и снижение производство О2.
2) в результате человеческой деятельности в атмосферу попадают сотни веществ, многие из которых являются парниковыми газами и разрушителями озонового слоя стратосферы, Например, озоновый слой разрушается при попадании в атмосферу хлора и азота.
В стратосфере под действием жесткого ионизирующего излучения (менее 242 нм) молекулы О2 распадаются на атомы, которые соединяются с молекулами О2 и образуют озон (О3).
В результате, образуется слой, непроницаемый для ультрафиолета А (< 280 нм), В (280 < <315 нм) и задерживающий большую часть ультрафиолета С (315 < 400 нм).
При поглощении озоном квантов УФ-излучения выделяется тепловая энергия, за счёт которой и разогревается стратосфера.
Толщина озонового слоя измеряется в единицах Добсона (100 Д.е = 0,1 см при нормальном атмосферном давлении).
У полюсов озона больше (301,6 Д.е.), чем у экватора, зато толщина тропосферы больше у экватора. Концентрация озона и продолжительность ᴇᴦο жизни различна на разных высотах, меняется от времени суток, сезона. На каждой высоте имеются свои источники озона и свои стоки, обмен озоновыми массами идет также между различными широтами. В целом оценка содержания циркуляции озона в атмосфере – очень трудоемкий процесс с примерными фактическими результатами.
Читайте также
В отличие от углерода, резервуары доступного для биоты кислорода по сравнению с егопотоками огромны.
Поэтому отпадает проблема глобального дефицита О2 и замкнутости его круговорота. Биотический круговорот кислорода составляет 270 Гт/год. Кислород на Земле - первый по… [читать подробнее].
26). Кроме того,…
Опишите ПОДРОБНО круговорот кислорода в природе.
Не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов и под действием ультрафиолетовых лучей превращался в озон.
По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. … [читать подробнее].
Кислород атмосферы имеет биогенное происхождение и его циркуляция кислорода в биосфере осуществляется путем пополнения запасов в атмосфере в результате фотосинтеза растений и поглощения при дыхании организмов и сжигании топлива в хозяйстве человека (рис.
Кислород, самый распространенный элемент, без которого не-возможна жизнь на Земле. Он составляет 47,2% от массы земной ко-ры в виде оксидов металлов и неметаллов.
Круговорот кислорода: Кислород играет важнейшую роль в жизни большинства живых организмов на нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов.
Примерно четвертая часть атомов всей живой материи приходится на долю кислорода. Поскольку общее количество атомов кислорода в природе неизменно, с удалением кислорода из воздуха вследствие дыхания и других процессов должно происходить его пополнения. Важнейшими источниками кислорода в неживой природе является углекислый газ и вода. Кислород попадает в атмосферу главным образом в результате процесса фотосинтеза, в котором участвует CО2.
Важным источником кислорода является атмосфера Земли.
Часть кислорода образуется в верхних частях атмосферы вследствие диссоциации воды под действием солнечного излучения. Часть кислорода выделяется зелеными растениями в процессе фотосинтеза с H2O и CO2.
В свою очередь атмосферное CО2 образуется в результате реакций горения и дыхания животных. Атмосферное О2 расходуется на образование озона в верхних частях атмосферы, окислительные процессы выветривания горных пород, в процессе дыхания животных и в реакциях горения.
Преобразование V2 в CО2 приводит к выделению энергии, соответственно, на превращение CО2 в О2 энергия должна расходоваться.
Особенности кругооборота воды и некоторых веществ в биосфере
Эта энергия оказывается Солнцем. Таким образом, жизнь на Земле зависит от циклических химических процессов, возможных благодаря попаданию солнечной энергии.
Применение кислорода обусловлено его химическими свойствами. Кислород широко используется как окислитель. Его применяют для сварки и резки металлов, в химической промышленности - для получения различных соединений и интенсификации некоторых производственных процессов.
В космической технике кислород применяется для сжигания водорода и других видов топлива, в авиации - при полетах на больших высотах, в хирургии - для поддержания больных с затрудненным дыханием.
Биологическая роль кислорода обусловлено его способностью поддерживать дыхание.
Человек при дыхании в течение одной минуты в среднем потребляет 0,5 дм3 кислорода, в течение суток - 720 дм3, а в течение года - 262,8 м3 кислорода.
Круговорот кислорода в природе
Задания «С» ЕГЭ_ 2007 г. – С 4
В чем выражается приспособленность цветковых растений к совместному проживанию в лесном сообществе? Укажите не менее 3-х примеров.
1) ярусное расположение, обеспечивающее использование растениями света;
2) неодновременное цветение ветроопыляемых и насекомоопыляемых растений;
Назовите не менее 3-х отличий в строении клеток прокариот и эукариот.
1) ядерное вещество не отделено от цитоплазмы оболочкой;
2) одна кольцевая молекула ДНК – нуклеоид;
3) отсутствует большинство органоидов, кроме рибосом.
К каким изменениям в экосистеме луга может привести сокращение численности насекомых-опылителей?
1) сокращению численности насекомоопыляемых растений, изменению видового состава растений;
2) сокращению численности и изменению видового состава растительноядных животных;
3) сокращению численности насекомоядных животных.
К каким последствиям могут привести различные виды антропогенного воздействия на окружающую среду?
Приведите не менее 4-х последствий.
1) сжигание топлива приводит к накоплению в атмосфере СО 2 и парниковому эффекту;
2) работа промышленных предприятий способствует загрязнению окружающей среды твердыми отходами (пылевые частицы), газообразными продуктами (оксидами азота и др.), что вызывает кислотные дожди;
3) использование фреонов приводит к образованию озоновых дыр и проникновению ультрафиолетовых лучей, губительно влияющих на всё живое;
4) вырубка лесов, осушение болот, распашка целинных земель приводят к опустыниванию.
В последние годы благодаря достижениям биотехнологии появился новый источник пищи – белок, получаемый из микроорганизмов.
Какие преимущества имеет использование микроорганизмов для производства белка по сравнению с традиционным использованием для этой цели сельскохозяйственных растений и животных?
1) не требуется больших площадей для посевов и помещений для скота, что снижает энергозатраты;
2) микроорганизмы выращивают на дешевых или побочных продуктах сельского хозяйства или промышленности;
3) с помощью микроорганизмов можно получить белки с заданными свойствами (например, кормовые белки).
Современные кистеперые рыбы находятся в состоянии биологического регресса.
Приведите данные, подтверждающие это явление.
1) невысокая численность вида: в настоящее время известен только один вид этих рыб – латимерия;
2) небольшая площадь ареала: латимерия имеет ограниченное распространение в участке Индийского океана;
3) латимерия приспособлена к жизни только на определённой глубине, т.е.
она – узко специализированный вид.
Приведите не менее 3-х изменений в экосистеме смешанного леса, к которым может привести сокращение численности насекомоядных птиц.
1) увеличение численности насекомых;
2) сокращение численности растений, поедаемых и повреждаемых насекомыми;
3) сокращение численности хищных животных, питающихся насекомоядными птицами.
Биологический прогресс млекопитающих сопровождался появлением множества частных приспособлений – идиоадаптаций.
Приведите не менее 3-х идиоадаптаций во внешнем строении, которые позволяют кротам успешно вести подземно-роющий образ жизни. Ответ поясните.
1) приспособленные для рытья лопатообразные передние конечности; 2) отсутствие ушных раковин;
3) короткий шерстный покров не препятствует передвижению в почве.
Объясните, какие особенности передних конечностей приматов способствовали развитию руки для орудийной деятельности при антропогенезе.
1) передняя конечность хватательного типа, противопоставление большого пальца;
2) наличие ногтей: кончики пальцев открыты и имеют большую осязательную чувствительность;
3) наличие ключицы, обеспечивающей разнообразие движений передней конечности.
Какие ароморфозы позволили млекопитающим широко распространиться на Земле?
1) теплокровность, обусловленная 4-х камерным сердцем, альвеолярными лёгкими, волосяным покровом;
2) внутриутробное развитие, выкармливание детенышей молоком;
3) высокий уровень организации центральной нервной системы, сложные формы поведения.
Для борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства используют различные методы.
Приведите не менее 3-х преимуществ применения биологических методов перед химическими.
1) биологические методы безвредны и экологически безопасны, так как основаны на привлечении естественных врагов вредителей;
2) химические препараты отравляют и полезных насекомых, загрязняют почву, усваиваются произрастающими на ней растениями, а, следовательно, и загрязняют возможные продукты питания человека; 3) применение биологических методов борьбы с вредителями способствует сохранению биологического разнообразия природы или регуляции одного вида вредителей.
В природе осуществляется круговорот кислорода.
Какую роль играют в этом процессе живые организмы?
1) кислород образуется в растениях в процессе фотосинтеза и выделяется в атмосферу;
2) в процессе дыхания кислород используется живыми организмами; 3) в клетках живых организмов кислород участвует в окислительно-восстановительных процессах энергетического обмена с образованием воды и углекислого газа.
1) обитание в теле хозяина, защищенность от неблагоприятных условий, обеспеченность пищей, отсутствие врагов способствовали редукции некоторых систем органов и формированию сильно развитой половой системы;
2) плотные покровы тела препятствуют его перевариванию, а органы прикрепления удерживают в теле хозяина;
3) самооплодотворение, высокая плодовитость, сложный цикл развития позволяют ему широко расселяться.
Какие признаки в строении тела являются общими только для человека и человекообразных обезьян?
1) наличие ногтей вместо когтей;
2) наличие копчика и отсутствие хвоста;
3) одинаковая зубная система;
4) сходная форма ушей, лицо без сплошного волосяного покрова.
Влияние автотранспорта на человека и окружающую среду
1.3.1 Понятие шума
Шумом является всякий нежелательный для человека звук. При нормальных атмосферных условиях скорость звука в воздухе равна 344 м/с. Звуковое поле — это область пространства, в которой распространяются звуковые волны…
Воздушная оболочка Земли
9.
Понятие о климате
Климат — это многолетний режим погоды, характерный для данной местности. Климат оказывает влияние на режим рек, образование различных типов почв, растительность и животный мир. Так, в областях, где земная поверхность получает много тепла и влаги…
Генетически модифицированные организмы и генетически модифицированные продукты
1.
Генетически модифицированный организм (ГМО) — организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии. Это определение может применяться для растений, животных и микроорганизмов. Генетические изменения…
Закономерности самоочищения воды в водных объектах
1.1 Понятие об ОВОС
Пока единственный действующий российский нормативный документ, регламентирующий оценку воздействия на окружающую среду (ОВОС) _ Положение «Об оценке воздействия на окружающую среду в Российской Федерации» (утв.
Круговорот кислорода
приказом Минприроды России от 18…
Круговорот веществ и энергии в природе
1.1 Круги круговорота веществ
Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: · большой (геологический), наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы. · малый, биологический (биотический)…
Круговорот фосфора
2. Составьте схему круговорота и покажите перемещение фосфорсодержащих соединений
Составьте пояснительный текст к схеме и дайте ответы на вопросы: 1.
Какой фазы не существует в круговороте фосфора? 2. Где фосфор может накапливаться? 3…
Лапландский государственный заповедник: экологическое состояние и мероприятия по оздоровлению
7. Механизмы круговорота веществ
Круговорот веществ в биогеоценозе — необходимое условие существования жизни.
Он возник в процессе становления жизни и усложнялся в ходе эволюции живой природы. С другой стороны, чтобы в биогеоценозе был возможен круговорот веществ…
Отношения организмов в агросистемах
4. Особенности круговорота веществ в агроэкосистемах
Массо- и энергообмен на планете включает разнообразные процессы вещественных и энергетических превращений и перемещений в литосфере, гидросфере, атмосфере.
С появлением жизни эти круговороты и потоки интенсифицировались…
Правовая охрана вод
2.1.1. Понятие «водопользование»
По отношению к многочисленным и разнообразным конкретным общественным отношениям, возникающим в процессе использования природных запасов воды, понятие «водопользование» выступает как одно собирательное, обобщающее понятие.
Нужно отметить…
Правовые основы лицензирования в области охраны окружающей среды
1.1 Понятие лицензирования
Лицензирование представляет собой процедуру выдачи тому или иному субъекту разрешительного документа на право занятия определенной деятельностью, в котором отражаются сроки и условия осуществления такой деятельности. Винокуров А.Ю…
Проблема загрязнения атмосферы
1.1 Понятие о геосферах
Биосфера — живая оболочка планеты Земля Биосфера представляет собой совокупность тех слоёв Земли, которые на протяжении её геологической истории подвергались воздействию организмов.
Изучая биосферу как особую оболочку земного шара…
Решение проблемы депонирования углерода на государственном и межгосударственном уровнях
Глава 2. Влияние круговорота углерода на глобальный климат
Современный уровень нарушений экологических условий и равновесий на Земле
Понятие природообустройство
В настоящее время, когда человек на высоком уровне развития науки и производительных сил своей деятельностью коренным образом изменяет компоненты природы, появляется проблема сосуществования человека (человеческого общества) и природы…
Человек как биологический и социальный организм природы
2.
Участие организмов в круговороте веществ и энергии. Проблема нарушения круговорота веществ в биосфере
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами…
Экологическая система
3.
Изобразите и обсудите модель биотического (биологического) круговорота веществ-биогенов с участием продуцентов, консументов, редуцентов. Поясните названия организмов и их роль в круговороте
Рис. Модель биотического (биологического) круговорота веществ-биогенов с участием продуцентов, консументов, редуцентов. Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов: 1) продуцентов — зеленых растений…
Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле. В морской воде содержится 85,82% кислорода, в атмосферном воздухе 23,15% по весу или 20,93% по объему, а в земной коре 47,2% по весу. Такая концентрация кислорода в атмосфере поддерживается постоянной благодаря процессу фотосинтеза. В этом процессе зеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород. Главная масса кислорода находится в связанном состоянии; количество молекулярного кислорода в атмосфере оценивается в 1,5* 1015 m, что составляет всего лишь 0,01% от общего содержания кислорода в земной коре. В жизни природы кислород имеет исключительное значение. Кислород и его соединения незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхании. Кислород входит в состав белков, жиров, углеводов, из которых «построены» организмы; в человеческом организме, например, содержится около 65% кислорода.
Большинство организмов получают энергию, необходимую для выполнения их жизненных функций, за счет окисления тех или иных веществ с помощью кислорода. Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе. Вырубка лесов, эрозия почв, различные горные выработки на поверхности уменьшают общую массу фотосинтеза и снижают круговорот на значительных территориях.
Наряду с этим, мощным источником кислорода является, по-видимому, фотохимическое разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца. Таким образом, в природе непрерывно совершается круговорот кислорода, поддерживающий постоянство состава атмосферного воздуха.
Кроме описанного выше круговорота кислорода в несвязанном виде, этот элемент совершает еще и важнейший круговорот, входя в состав воды. Круговорот воды (H2O) заключается в испарении воды с поверхности суши и моря, переносе ее воздушными массами и ветрами, конденсации паров и последующее выпадение осадков в виде дождя, снега, града, тумана.
Круговорот воды в природе
Вода непрерывно циркулирует на земном шаре, при этом ее общее количество остается неизменным.
Вода циркулирует в земной биосфере, испаряясь с поверхности Мирового океана, превращаясь в облака, выпадая в виде осадков на землю и опять возвращаясь в Мировой океан
Земля образовалась более четырех миллиардов лет назад. И любая первичная атмосфера, которая могла бы появиться в то время, была бы уничтожена потоками энергетических частиц от Солнца.
Ранняя Земля представляла собой горячий голый шар в космосе. В течение долгого времени, благодаря извержениям вулканов и другим геотермальным процессам, газы (в том числе и водяной пар) из недр Земли поступали в образующуюся атмосферу. С тех пор общее количество воды на поверхности планеты практически не изменилось. Однако в отдельно взятый момент воду можно обнаружить в различных местах в разных агрегатных состояниях. Процесс циклического перемещения воды в земной биосфере называется круговоротом воды в природе.
Представьте, что теплым летним днем вы лежите на морском берегу. Под действием солнечного тепла вода испаряется с поверхности океана, водяной пар поднимается в атмосферу, где из него образуются облака. В конце концов, вода вернется на поверхность в виде осадков (дождя, снега или града) и начнется ее долгий путь обратно в море или озеро. Вода может течь по поверхности в руслах рек или просачиваться в подземные стоки. Оттуда воду могут добыть люди для собственных нужд. Если осадки в виде снега выпадают вблизи полюсов или в высоких горах, вода может оказаться в составе ледника или многолетнего (пакового) льда и оставаться в таком виде до начала таяния льдов. Но в конце концов судьба этой воды будет всё та же: она попадет обратно в море, где, дождавшись солнечного тепла, вновь поднимется в атмосферу и начнется новый цикл.
Из того факта, что общее количество воды на Земле более или менее постоянно, следуют интересные выводы. Во время последнего ледникового периода большие водные запасы сконцентрировались в горах, в ледниковых шапках, спустившихся с полюсов, поэтому уровень воды в океанах был намного ниже, чем в настоящее время. Если бы мы жили 18 тысяч лет назад, мы могли бы прогуляться по суше от Англии до Европы или от Азии до Аляски, а западное побережье Англии тогда располагалось на 150 км западнее, чем сейчас.
>>
Круговорот Оксигена в природе. Применение кислорода
В этом параграфе речь идет:
Совокупность процессов, происходящих в природе, при которых атомы или ионы элемента в результате реакций переходят от одних веществ к другим, называют круговоротом элемента.
Круговорот Оксигена.
Если главным веществом в круговороте Оксигена выбрать кислород, то можно выделить такие звенья круговорота (схема 8):
Расходование, или связывание, кислорода (процессы дыхания, сгорания топлива и горючего, окисление различных веществ в природе, в технологических процессах);
Взаимопревращение оксигенсодержащих соединений;
Схема 8. Круговорот Оксигена (основные звенья)
Образование кислорода (процесс фотосинтеза, разложение воды в верхних слоях атмосферы).
Неизменность содержания кислорода в атмосфере свидетельствует о том, что процессы связывания и выделения кислорода компенсируют друг друга.
Оксиген способствует круговороту других элементов, поскольку образует с ними многочисленные соединения.
Схема 9. Применение кислорода
Кислород используют в различных отраслях , причем в больших количествах (схема 9). В металлургии он ускоряет процесс выплавки стали и улучшает ее качество. Этот газ необходим в производстве многих химических соединений, используется в специальных устройствах для резки и сварки металлов (водороднокислородные, ацетиленово-кислородные горелки).
Баллоны, наполненные кислородом (рис. 66) или его смесью с инертным газом
гелием, используют космонавты, военные летчики, пожарники, водолазы.
Рис. 66. Баллон с кислородом
Кислородные подушки применяют при некоторых заболеваниях для облегчения дыхания. С помощью сжиженного кислорода создают необходимые условия для сгорания горючего в космических ракетах.
Широко используется и кислород, входящий в состав воздуха. При его участии сгорает топливо на теплоэлектростанциях, горючее в двигателях автомобилей, обжигают металлические руды на заводах цветной металлургии.
Это интересно
Отравление угарным газом CO происходит потому, что он реагирует с гемоглобином, и поступление кислорода в организм прекращается.
Во время сжигания топлива и горючего образуется и попадает в воздух значительное количество угарного (CO) и сернистого (SO 2) газов. Эти вещества негативно влияют на растения, вызывают и обостряют болезни у людей. Поэтому в каждой стране работу промышленности, энергетики, транспорта организуют так, чтобы уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу. Охрана воздуха от техногенных загрязнений является важным государственным делом.
Биологическая роль кислорода.
Кислород необходим живым существам для дыхания. Попадая через легкие в организм, этот газ соединяется с гемоглобином (компонент крови) и поступает во все органы и ткани. При участии кислорода происходят различные реакции. Некоторые из них сопровождаются выделением теплоты; благодаря этому поддерживается постоянная температура тела.
Выводы
В природе атомы Оксигена в результате химических реакций постоянно переходят от одних веществ к другим; происходит круговорот этого элемента.
Кислород широко используется в промышленности, технике, медицине, а в составе воздуха - в теплоэнергетике, автотранспорте, других областях.
Кислород необходим живым существам. Попадая в организм во время дыхания, он принимает участие во многих химических реакциях. Кислород также является продуктом фотосинтеза.
?
154. Как вы понимаете термин «круговорот»?
155. Напишите два-три уравнения реакций, при которых происходит связывание кислорода.
156. Какие меры должно предпринимать человечество для сохранения баланса кислорода в атмосфере?
157. Известно, что вместо определенного объема кислорода, потребляемого при дыхании, в воздух поступает такой же объем углекислого газа. Определите объемную долю кислорода в выдыхаемом воздухе, если объемная доля углекислого газа в нем составляет 5 %.
Попель П. П., Крикля Л. С., Хімія: Підруч. для 7 кл. загальноосвіт. навч. закл. - К.: ВЦ «Академія», 2008. - 136 с.: іл.
Содержание урока конспект урока и опорный каркас презентация урока интерактивные технологии акселеративные методы обучения Практика тесты, тестирование онлайн задачи и упражнения домашние задания практикумы и тренинги вопросы для дискуссий в классе Иллюстрации видео- и аудиоматериалы фотографии, картинки графики, таблицы, схемы комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты Дополнения рефераты шпаргалки фишки для любознательных статьи (МАН) литература основная и дополнительная словарь терминов Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике замена устаревших знаний новыми Только для учителей календарные планы учебные программы методические рекомендацииКруговорот кислорода происходит главным образом между атмосферой и живыми организмами (рис. 1.17).
Кислород играет важную роль в жизни большинства живых организмов на нашей планете. В количественном отношении это главная составляющая живой материи. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода с живыми организмами или их остатками после гибели. Растения в результате фотосинтеза производят свободный кислород, а животные являются его потребителями в результате клеточного дыхания. Основная доля кислорода продуцируется растениями суши- почти 3/4, остальная часть - фотосинтезирующими бактериями Мирового океана. Как следует из сказанного, без учета деятельности человека эти два процесса с большой точностью уравновешивают друг друга; накопления кислорода в атмосфере не происходит и его количество остается
Рис. 1.16.
постоянным - 20,94%. Будучи самым распространенным и подвижным элементом на Земле, кислород не лимитирует существование и функции биосферы.
Круговорот кислорода в биосфере необычайно сложен, так как он вступает в реакцию с большим количеством органических и неорганических веществ. В верхних слоях атмосферы
Жесткое ультрафиолетовое излучение
Рис. 1.17.
I | j I IJ
off 0 2 ^ Н 2 С^~> 2 0 0 2 +2Са-2С0 2
_!^р2__\_ 31^_ ./ у
Озоновый экран^ъ ^ 0 2*~°_____ с 9.
°2--? п ^Г~ ______ Вулканическаяксп:
"v "^^Окислит.
( СО, Т^Ж’’Ж, Ш. быветри-
Фитопланктон [ со 2 ^вание
«л-,1^,мш»ДНм * | >)
Освещенная зона
т,; " ч н,со 2 -*> н
2 со. { -*нсо+н^2НСО: -*со 2:! |
(25-35 км) под действием ультрафиолетовой радиации из кислорода происходит образование озона (03): На образование озона тратится около 5% поступающей к Земле солнечной энергии. Установлено, что на промышленные и бытовые нужды ежегодно расходуется 23% кислорода, образующегося в процессе фотосинтеза, и эта цифра постоянно возрастает. Скорость круговорота кислорода составляет около 2 тыс. лет; именно за это время весь кислород проходит через живое вещество. Подобные круговороты характерны и для других биогенов (серы, кальция и т. д.). Круговорот веществ на Земле поддерживается энергией, основным источником которой является Солнце. Продолжительность того или иного цикла оценивается по тому времени, которое было бы необходимо, чтобы вся масса данного вещества могла обернуться один раз на Земле в том или ином процессе (табл. 1.9). Таблица 1.9
Время полного оборота веществ на Земле
Роль живых организмов в перемещении и перераспределении вещества на земной поверхности очень велика. Особенно важную роль в этом процессе играют зеленые растения. Знание круговорота веществ на Земле имеет большое практическое значение, так как он существенно влияет на жизнь человека. В свою очередь, человек с развитием технической мощи все сильнее воздействует на биологические циклы веществ. Третий принцип функционирования природных экосистем
При переходе на более высокий трофический уровень происходит снижение биомассы. С повышением трофического уровня биомасса снижается в 10 раз и более, поскольку: Отсюда понятно, почему биомасса первичных консументов во много раз меньше биомассы продуцентов. То же наблюдается на более высоких трофических уровнях (рис. 1.18). Рис. 1.18. (Б. Небел) Из сказанного следует, что чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть ее трофический уровень. Таким образом, существуют три основных принципа функционирования природных экосистем: Экологические проблемы современности связаны с тем, что человечество нарушает указанные принципы: не происходит полного возвращения биогенов в экосистему; используется энергия топлива, приводящая к загрязнению окружающей среды; человечество относится в основном к третьему трофическому уровню, и его численность не должна быть чрезмерно высокой.
