Дополнительный материал к § 22—25

Круговорот азота в природе

В чем суть и значение круговорота биогенных элементов в биосфере?
Какие основные процессы включены в круговорот кислорода в природе?
Составьте краткую схему круговорота серы в природе.

Круговорот биогенных элементов в биосфере представляет собой переход из минерального состояния (формы) в живую материю и наоборот — через множество химических и биохимических процессов и превращений.

Азот — один из важнейших биогенных элементов, играющих огромную роль в биосфере. Живые организмы нуждаются в различных химических соединениях азота для образования своих белков и генетически важных нуклеиновых кислот типа ДНК. Большинство зеленых растений усваивают азот в форме нитрат-ионов и ионов аммония Животные удовлетворяют свои потребности в азоте, поедая растения или других растительноядных животных.

Круговорот азота, как и круговороты кислорода и серы, охватывает все три сферы обитания живых организмов: атмосферу, литосферу (главным образом почву) и гидросферу. Но существенным отличием является то, что круговорот азота представляет цикл и не оказывает прямого влияния на химический состав атмосферы.

Азот в атмосфере находится в молекулярной форме N₂. Важнейшим процессом вовлечения атмосферного азота в круговорот служит преобразование его в усваиваемые растениями соединения. Этот процесс называется фиксацией азота. Фиксация атмосферного азота, или его превращение в растворимые азотсодержащие соединения, осуществляется в результате жизнедеятельности почвенных и водных азотфиксирующих живых организмов. В почве азот связывают преимущественно бактерии, живущие в клубнях корней бобовых растений (горох, фасоль, земляной орех, люцерна и др.). В гидросфере фиксаторами азота являются зеленые водоросли.

Существует также и небиологический путь связывания атмосферного азота. Небиологическим путем превращение молекулярного азота в его соединения происходит при грозовых разрядах молний, при работе реактивных двигателей в атмосфере. В обоих случаях молекулярный азот превращается в оксиды. Эти газы взаимодействуют с водяным паром и превращаются в азотную кислоту и другие соединения, содержащие нитрат-ионы. При попадании их в почву образуются нитраты и аммонийные соединения.

Напишите цепь превращений азота в виде уравнений реакций.

Неорганические азотсодержащие соединения поглощаются растениями, преобразуются в них в белки, ДНК и другие необходимые для живых организмов органические соединения. Растения поедаются животными. Растения и животные умирают. Особые бактерии — редуценты — превращают азотсодержащие органические соединения (экскременты животных, мертвые организмы) в неорганические соединения — аммиак, нитраты, соли аммония и др. Другая группа бактерий преобразует эти соединения (часть которых составляет минеральное питание растений) в газообразный азот N₂, замыкая круговорот.

Антропогенные факторы, нарушающие круговорот азота:

добыча полезных ископаемых, содержащих нитраты и аммонийные соединения, производство из них минеральных удобрений;

сжигание топлива, при котором в атмосферу выбрасываются большие количества оксидов азота; взаимодействуя с водяным паром, они становятся компонентами кислотных дождей;

поступление в почву и водоемы отходов животноводства и деятельность некоторых бактерий, ведущая к выделению в атмосферу оксида азота (I) N„0, «парникового газа»;

вынос из почвы большого количества азота с урожаями сельскохозяйственных культур;

выбрасывание в водоемы загрязненных производственных стоков с животноводческих ферм, а также смываемых с полей азотных удобрений, коммунально-бытовых стоков, загрязняющих водоемы и повышающих в них концентрацию нитрат-ионов и ионов аммония, способствующих быстрому росту синезеленых водорослей и других растений, активно расходующих кислород и приводящих к массовым заморам рыб;

экологически неграмотное поведение людей.

Все перечисленные природные факторы, а также процессы, связанные с деятельностью человека, включенные в цикл превращений азота из минеральных в органические соединения и обратно, составляют круговорот азота (рис. 41).

Круговорот азота в природе

Творческие задания

1. Предложите свой вариант схемы круговорота азота в природе.

2. Почему азот называют в одних случаях элементом войны, а в других — элементом жизни и мира? Подготовьте графический конспект на эту тему. Для этого можно использовать книги: Орлова А.Н., Литвак Ш.И. От азота до урожая. — М.: Просвещение, 1976; Популярная библиотека химических элементов: Кн. для чтения по неорганической химии. Ч. 1. — М., 1975.