Круговорот азота последовательность егэ

Задания

Версия для печати и копирования в MS Word

1.     Азот — неотъемлемый компонент чрезвычайно важных органических соединений: АТФ, нуклеиновых кислот, белков и пр.

2.     В основном азот запасается в виде молекулярного азота в земной атмосфере. Растениям он в таком виде недоступен, поскольку они могут использовать его лишь в виде соединений: нитрат-иона, нитрит-иона и иона аммония.

3.     Когда бушуют грозы, в атмосфере создается определенное количество соединений азота (идет процесс химической фиксации азота). Они вместе с дождями проникают в почвы и воды. Еще один источник азотистых соединений — вулканическая деятельность.

4.     Некоторые прокариоты, бактерии и цианобактерии, способны непосредственно фиксировать атмосферный молекулярный азот.

5.     Самые старательные фиксаторы азота — клубеньковые бактерии (Rhizobium), живущие в клетках корней растений семейства бобовых, а также на корнях деревьев (облепихи, ольхи). Они синтезируют аммиак из молекулярного азота и «кормят» им растения. Однако сначала внутри клубеньков легкорастворимый в воде аммиак образует ион NH⁴⁺, усваиваемый растениями. Взамен клубеньковые бактерии потребляют из корней органические вещества, то есть являются гетеротрофами. После того как растения отомрут, а клубеньки разложатся, почва вокруг обогатится минеральными и органическими формами азота. В сельском хозяйстве практикуется сидерация — запахивание в почву зеленых растений, содержащих в корнях азот. Для насыщения почвы азотом также важен севооборот — чередование на полях определенных культур.

6.     Азотфиксирующие аэробные бактерии (Azotobacter) также могут фиксировать азот и выделять в почву ионы аммония.

7.     Еще одни известные азотфиксаторы — анаэробные почвенные бактерии (Clostridium).

8.     Не последняя роль в насыщении соединениями азота воды отведена цианобактериям. Когда вы видите, что гладь реки или пруда из синей превратилась в зеленую — это время «цветения», то есть массового роста цианобактерий.

9.     Органические вещества погибших животных и растений, содержащие азот, а также мочевая кислота и мочевина, которые выделяют животные и грибы, расщепляются до аммиака гнилостными (аммонифицирующими) бактериями.          

        Этот процесс сопровождается выделением углекислого газа и сероводорода.

10.   Подавляющее количество образованного аммиака подвергается окислению нитрифицирующими бактериями, в результате возникают нитриты и нитраты, вновь поглощаемые растениями. Нитрифицирующие бактерии нитросомонас
окисляют аммиак на первом этапе, а нитробактер
окисляют азотистую кислоту до азотной на втором.

11.   Аммиак частично поступает в атмосферу, где в компании с углекислым газом и другими принимает участие в создании парникового эффекта.

12.   Формы азотистых соединений, содержащиеся в воде и почве (нитриты и нитраты), могут быть восстановлены до молекулярного азота и оксидов (окиси и закиси азота) некоторыми видами денитрифицирующих бактерий. Результатом процесса денитрификации становится исчезновение азота из воды и почвы, обеднение их, но увеличение содержания молекулярного азота в атмосфере. Роль бактерий здесь позитивна, они препятствуют излишнему накоплению солей нитритов и нитратов в почве, что может приводить к гибели растений.

13.   Между нитрификацией и денитрификацией бесконечно долгое время соблюдался баланс. Он был нарушен человеком, который принялся активно вносить в почву азотные минеральные удобрения для увеличения урожайности. Сегодня почва, грунтовые воды и сами растения перенасыщены удобрениями, в них накапливаются азотистые соединения.

Значение круговорота N2 для биосферы

Для того чтобы дать описание и схему круговорота азота в природе, нужно помнить, что этот элемент — важная часть белков и ДНК. Без него жизни, какой её знает человечество, могло и не быть. Но биологические существа способны усвоить его только в определённом виде. В результате различных геологических процессов этот элемент принимает ту форму, которой могут воспользоваться организмы. Обмен элементами между живыми существами, воздухом, водой и земной корой получил название биогеохимических циклов.

Таким образом, микроэлементы, являющиеся частью биологического организма, возвращаются в природу. В этом процессе частицы постоянно перемещаются между воздухом, водой и живыми организмами, в противном случае жизнь давно бы истратила свои ресурсы.

N2 входит в состав всего живого. Это один из самых популярных в природе элементов. Атмосфера земли на 78% состоит из N2. Он также содержится в воде и почве и входит в состав белков.

Этот элемент включается в синтез важнейших органических молекул, белков и нуклеиновых кислот. Азот в виде газа, содержащийся в атмосфере, довольно инертен и немногие организмы способны получать его из воздуха. Растения могут поглощать лишь связанный микроэлемент, то есть в составе химических соединений.

Молекулярный азот — очень стойкое соединение. Для его разрушения необходимо большое количество энергии.

Связывание или фиксация происходит тремя способами:

1. За счёт электрических разрядов молний. Они расщепляют молекулы, позволяя вступать в соединения с кислородом. Образованный таким способом оксид азота растворяется в дождевой воде и поступает в почву, откуда его поглощают растения. Именно вспышки молний играют важную роль в развитии жизни на нашей планете.
2. Человек — ещё один источник. Человеческая деятельность значительно увеличила его количество в природе. Сегодня треть этого связанного азота попадает в биосферу, благодаря широкому применению искусственных удобрений, содержащих нитраты. В промышленности связывание этого элемента с водородом происходит при температуре от 400 до 600 градусов по Цельсию и давлении до 1 тысячи атмосфер.
3. В природе основными азотфиксаторами являются бактерии, особенно те из них, которые образуют симбиоз с корнями бобовых растений. Горох, фасоль, соя, клевер — все они относятся к данному типу. Благодаря симбиозу, они могут жить на очень бедных почвах, обогащая их. У этих растений есть механизм, который позволяет им совместно с клубеньковыми бактериями усваивать вещество из воздуха.

Для того чтобы понять, какие организмы принимают участие в круговороте азота, надо вспомнить класс биологии. Существуют важнейшие азотфиксаторы цианобактерии. Они играют важную роль в водных экосистемах. N2 также свободно фиксируется свободноживущими почвенными бактериями. При помощи специального фермента бактерии фиксируют атмосферный азот, синтезируя аммиак и нитраты. Получается взаимовыгодное существование. Микроорганизмы обеспечивают растения азотом, а растения питают бактерии сахарами.

Большинство видов растений получает нитраты из почвы. Растительные белки становятся частью травоядных животных, а затем хищников. В круговороте бактерии играют важнейшую роль, разлагая сложные азотсодержащие соединения, чтобы их усвоили растения. В условиях недостатка кислорода некоторые бактерии разлагают органические вещества до получения газообразного азота. Он возвращается в атмосферу и весь цикл повторяется вновь.

Этапы круговорота атмосферного азота

Для того чтобы кратко описать и понять этот процесс, нужно представить биосферу, как два соединяющихся сосуда разных размеров. В большом находится вещество из воздуха и воды, в маленьком — элементы, участвующие в жизнедеятельности организмов. В трубке, которая их соединяет — переходящий в разные состояния азот. Так в живой природе происходит его поступление в организм.

Процесс круговорота очень медленный. Он имеет определённую последовательность:

• Поглощение вещества бактериями биосферы.
• Переход из свободного состояния в связанный.
• Усвоение растениями его соединений.
• Поглощение элемента животными.
• Восстановление концентрации микроорганизмами.

Азот в живой природе

Роль азота в природе ещё не изучена до конца. Любая экологическая система усваивает небольшое количество вещества. Поэтому при производстве удобрений нарушается баланс между газом из органических соединений, вернувшимся в атмосферу, и элементами из воздушной среды.

Было отмечено, что его состояние может переходить из техногенного потока в природный. Лишнее количество газа накапливается в природе и вызывает отрицательные последствия. Выявлена закономерная связь между сельским хозяйством, например, применением различных добавок, и загрязнением окружающей среды.

Приблизительно 36% азота, который проникает в землю с удобрениями, просачивается в сточные воды. В них оказывается большое количество нитратов азота, которые, попадая в реки и озёра, вызывают усиленное размножение растений.

Этот процесс получил название эвтрофикация, то есть загрязнение водных ресурсов водорослями. Это одно из самых важных экологических последствий в применении этого вещества. Молекулы служат питательной средой для водяных растений. Путём накапливания они разрастаются очень быстро, затемняют водоём и не дают развиваться другим растениям. Со временем водоросли отмирают. Для их разложения необходимо очень большое количество воздуха.

Водный фонд становится бедным на наличие кислорода. Из неё уходят все возможные живые организмы, такие как ракообразные и рыба. Вода заболачиваются, превращаясь со временем в болото, и пересыхает.

Ещё одной причиной загрязнения являются фермы. Есть три фактора:

1. Навоз оставляют на замёрзшей земле.
2. Избыточное количество химических веществ.
3. Не заделывают удобрения в почву.

При этом в воздух попадает аммиак. На расстоянии двух километров от ферм наблюдается его распространение и загрязнение воздуха. В результате близлежащие водоёмы оказываются загрязнены. Для предотвращения этого ниже по склону устраиваются пруды. А площадки откорма скота обязательно проектируются с учётом отметки грунтовых вод.

Последствием нарушения баланса азота в атмосфере является увеличение количества нитратов в продуктах питания. В культурах, которые выращивают в сельском хозяйстве, могут содержаться большие дозы нитратного азота. Его образование возможно при неправильной транспортировке, а также при помощи бактерий. При попадании в организм и взаимодействии с гемоглобином они нарушают проникновение кислорода в кровь. Это серьёзно отражается на здоровье человека.

Окислы также входят в состав азотного соединения. Соединения образуются и оказываются в атмосфере путём сжигания газа, выделяются при использовании автомобиля или турбинных самолётов. Они не причиняют вреда только в том случае, если не окисляются озоном до двуокиси азота. Нахождение большой концентрации в организме приводит к тяжёлым заболеваниям.

Для предотвращения чудовищных последствий этой проблемы необходимо тщательно изучать круговорот азота. Нужно найти способы соблюдения баланса между экосистемой и человеком. Можно заметить, что в современном мире при описании круговорота элементов возникают определённые затруднения, так как не все его процессы до конца изучены.

Влияние человека на круговорот

Деятельность людей имеет непосредственное отношение к этому. Промышленность является самым интенсивным вмешательством в этот процесс. Главным источником распространения лишнего объёма газа в атмосфере считается сельское хозяйство. Выращиваемые культуры поглощают множество питательных веществ, тем самым обедняя её. Картофель, свёкла, зерновые, каждый год потребляют до 200 кг вещества с одного гектара земли.

Если применение органических удобрений недостаточно или полностью отсутствуют бобовые растения, то при исчерпании резервных сил и вымывании полезных элементов из почвы ухудшается ее состояние и плодородие. И наоборот. Чрезмерное накопление удобрений приводит к увеличению количества вещества для наземных растений и уменьшению свободного азота, попадающего в атмосферу.