Вивчення біогеохімічного циклу магнію

IV. Розрахунок балансу хімічного елементу у фітоценозі.

При математичному моделюванні обмінних процесів застосовують поняття блок і потік.

Блок - це будь-яке природне тіло, в яке надходить речовина або енергія і після перероблення (або без нього) виходить.

Під потоком розуміють речовину або енергію, яка знаходиться в стані переміщення із блоку в блок.

Визначивши динаміку зміни запасів, приросту та відмирання наземної та підземної фітомаси можна скласти баланс хімічного елементу в біогеоценозі.

Позначення:

I. живі підземні органи;

II. мертві підземні органи;

III. живі надземні органи;

IV. вєтош;

V. підстилка;

VI. ґрунт.

Схема обмінних процесів хімічних елементів між ґрунтом і рослинами.

Розрахунок балансу магнію у фітоценозі

Розрахунок проводимо зарівняннями:

?MgК-Ф - ?MgФ-К = ?MgК + ?MgД

А = ?MgК + ?MgД,

якщо А > 0, то ?MgК-Ф = 0; якщо А < 0, то ?MgФ-К = - А

?MgК + A = ?MgК - ?MgЖ

Б = ?MgК + A

якщо Б > 0, то ?MgЖ = 0; якщо Б < 0, то ?MgЖ = - Б

?(?MgД + ?MgЖ + ?MgР + ?MgУ)

В процесі розрахунку балансу ми будемо користуватись наступними величинами:

?MgФ - приріст в наземній фітомасі;

?MgД - кількість елементу, що вимита дощами;

?MgК - приріст в підземній фітомасі;

?MgВ - кількість елементу, що закріплена в ветоші;

?MgР - кількість елементу, яку повернуто при розкладанні підстилки у ґрунт;

?MgУ - кількість елементу, що перейшла у ґрунт при розкладанні підземної фітомаси.

Результати розрахунку заносимо в таблицю, до якої увійдуть ще такі величини:

А - кількість елементу всередині рослини;

?MgК-Ф - кількість елементу, що перейшла із підземних коренів в наземні;

?MgФ-К - кількість елементу, що перейшла із надземних органів у підземні;

Б - різниця між споживанням і виділенням коренів;

?MgЖ - кількість елементу, що виділена з живих компонентів;

?Mg - всього вилучено елементу з ґрунту.

Таблиця.

Блок 1.

Розрахунок проводимо зарівняннями:

?MgК-Ф - ?MgФ-K = ?MgФ + ?MgД

А = ?MgФ + ?MgД = 45,3 + 3,6 = 48,9

?MgК-Ф = 48,9

?MgФ-K = 0

?MgK +A = ?Mg - ?MgЖ

Б = ?MgK + А = 55,6 + 48,9 = 104,5

?MgЖ =0

?Mg = 104,5

?(?MgД + ?MgЖ + ?MgР + ?MgУ) = 3,6 + 0 + 1,4 + 45,2 = 50,2

Блок 2.

Розрахунок проводимо за рівняннями:

?MgК-Ф - ?MgФ-K = ?MgФ + ?MgД

А = ?MgФ + ?MgД = 5,9 - 9,2 = -3,3

?MgК-Ф = 0

?MgФ-K = 3,3

?MgK +A = ?Mg - ?MgЖ

Б = ?MgK + А = -12,3 - 3,3 = -15,6

?MgЖ =15,6

?Mg = 0

?(?MgД + ?MgЖ + ?MgР + ?MgУ) = -9,2 + 15,6 + 7,5 + 20,7 = 34,6

Блок З.

Розрахунок проводимо зарівняннями:

?MgК-Ф - ?MgФ-K = ?MgФ + ?MgД

А = ?MgФ + ?MgД = 6,3 + 31,8 = 38,1

?MgК-Ф = -38,1

?MgФ-K = 0

?MgK +A = ?Mg - ?MgЖ

Б = ?MgK + А = 60,1 + 38,1 = 98,2

?MgЖ = 0

?Mg = 98,2

?(?MgД + ?MgЖ + ?MgР + ?MgУ) = 31,8 + 0 + 2,3 + 0 = 34,1

Блок 4.

Розрахунок проводимо зарівняннями:

?MgК-Ф - ?MgФ-K = ?MgФ + ?MgД

А = ?MgФ + ?MgД = -22,6 + 8,0 = -14,6

?MgК-Ф = 0

?MgФ-K = 14,6

?MgK +A = ?Mg - ?MgЖ

Б = ?MgK + А = 5,0 - 14,6 = -9,6

?MgЖ = 9,6

?Mg = 0

?(?MgД + ?MgЖ + ?MgР + ?MgУ) = 8,0 + 9,6 + 2,0 + 51,4 = 71

Блок 5.

Розрахунок проводимо зарівняннями:

?MgК-Ф - ?MgФ-K = ?MgФ + ?MgД

А = ?MgФ + ?MgД = -18,3 + 59,4 = 41,1

?MgК-Ф = -41,1

?MgФ-K = 0

?MgK +A = ?Mg - ?MgЖ

Б = ?MgK + А = -27,8 + 41,1 = 13,3

?MgЖ = 0

?Mg = 13,3

?(?MgД + ?MgЖ + ?MgР + ?MgУ) = 59,4 + 0 + 5,3 + 18,3 = 73

Отже, в результаті проведення розрахункових робіт, надходження магнію до організму переважає над вилученням цього елементу з ґрунту, на даних етапах спостереження

V. Вплив антропогенних факторів на зміну біогеохімічного циклу хімічного елементу.

У планетарній соціоекосистемі (за В.І.Вернадським -- ноосфері) поряд із природною та соціальною підсистемами формується потужна технічна (промисловість, транспорт, механізоване сільське господарство, комунально-побутові комплекси тощо). Якраз ця підсистема з її велетенськими можливостями і є, за висловлюванням Ю. О дум а, "паразитом біосфери". Вона щороку поглинає мільйони гектарів орних земель і лісів. Щороку промислові підприємства, теплові станції, автомобілі, літаки спалюють понад 5 млн. т вугілля, нафти і більше трильйона кубометрів природного газу. Всього у світі щороку добувається 100 млрд. т мінеральної сировини, більша частина якої (95-99%) безповоротно губиться у вигляді відходів. У річкові системи щороку скидається 450 км3 техногенних брудних стоків (лише при аварії танкерів виливається в океан 2-5 млн. т нафти). Понад 500 млн. автомобілів щороку викидають в атмосферу близько 400 млн. т окислів вуглецю та понад 100 млн. т вуглеводів. Цей перелік "паразитування" технічної підсистеми можна було б продовжити. Проте й ці факти красномовно свідчать, що екологічна проблема переросла в глобальну, загальнолюдську проблему сучасності. Людина, яка своїм розумом збурила колосальну енергію промислової та науково-технічної революції, сьогодні стоїть на краю прірви. Передусім порушення саморегуляції біосфери і накопичення в ній значної кількості хімічних сполук зумовило безліч невідомих раніше хвороб: генетичних, токсикологічних, алергічних, респіраторних тощо. Серед них особливо небезпечним є СНІД -- втрата імунних властивостей людського організму, набутих у процесі еволюційних адаптацій. У США економічні втрати від смертності та хвороб, пов'язаних із забрудненням повітряного середовища, становлять щорічно 6 млрд. доларів. Загальні економічні втрати від забруднення атмосфери становлять 16 млрд. доларів нарік, або 80 доларів на одного мешканця.

Людство, яке докладає неймовірних зусиль, щоб прогодувати себе, і яке все ж досягло значних успіхів в останньому десятиріччі, в "зеленій революції", не може не помічати небажаного впливу забруднення середовища на врожайність, поживну і кормову цінність сільськогосподарських культур, стан лісових насаджень. Наприклад, врожайність кукурудзи на силос у зоні металургійних підприємств знижується на 43%, кормових бобів -- на 36%, зернових культур -- на 26-27%, цукрового буряка -- на 35%. Негативно впливає забруднення на стан рибного господарства. Однак забруднення завдає великої шкоди не лише живій природі, але й створеним людиною спорудам -- артеприродному середовищу.

Екологічна криза торкнулася вже й навколоземних просторів біосфери. Одним із вражаючих наслідків антропогенного забруднення атмосфери стало зменшення загального вмісту озону в атмосфері, перш за все в стратосфері, де зосереджена основна його кількість. Понад десять років тому над Антарктидою виявлено "озонову діру", розміри якої з року в рік збільшуються, хоча з незначними коливаннями. Отже, озоновому екрану, який формувався мільярди років і завдяки якому організми заповнили весь земний простір, загрожує небезпека, створюється реальна загроза існуванню життя.[1]

Досить широке застосування магнію в побуті і промисловості. Найбільш ранньою галуззю використання металічного магнію стало використання його в якості відновлювана.

Трохи пізніше почали використовувати властивість порошку магнію горіти яскравим білим полум'ям з виділенням великої кількості тепла. Ця властивість була використана в фотографії для миттєвих знімків, а також в піротехніці і для військових цілей (для виготовлення сигнальних ракет).

Велика хімічна активність магнію по відношенню до кисню дозволяє застосовувати його в якості окислювача при виробництві сталі і кольорового лиття, а також (у виді порошку) для зневоднення органічних речовин (спирту, аніліну і ін.).

Велике значення в сучасній хімічній технології отримав синтез складних речовин за допомогою магнієорганічних сполук. Таким чином був отриманий, зокрема, вітамін А.

Високий електродний потенціал дав можливість використовувати магній в якості матеріалу для анодів при катодному захисті від корозії стальних і залізних споруд, що знаходяться у вологому ґрунті.

Магнієвий порошок стали використовувати також як висококалорійне паливо в сучасній ракетній техніці.

Таке, досить широке, застосування магнію призводить до перерозподілу його по геологічних оболонках. Поки що важких екологічних наслідків це не спричиняє, але подальше збільшення використання магнієвих сполук може призвести до негативних наслідків.

Заключення.

Підводячи підсумки проведеної роботи, можна зробити висновок, що хімічний елемент магній є одним із найрозповсюджених елементів в природі і зустрічається лише у вигляді сполук. Він входить до складу багатьох мінералів: карбонатів, силікатів, сульфатів, галоїдів. Магній міститься в усіх геооболонках. Найбільше його у літосфері. Крім різноманітних мінералів і гірських порід, магній у виді MgCl2 постійно знаходиться у водах океану, в солоних озерах і джерелах. Велике значення він має і для живих організмів.

Досить суттєве значення магнію для рослин і людини. У рослин магній входить до складу хлорофілу, жирів, бере участь у перетворенні фосфорних сполук. У людському організмі вміст магнію дуже малий, проте він відіграє важливу роль у різноманітних процесах життєдіяльності. Вміст магнію в організмі людини регулюють нирки, вони накопичують його, якщо це необхідно, і виводять надмірні кількості, тому і нестача, і надлишок магнію в організмі - явище достатньо рідкісне, але коли таке трапляється, виникають дуже небезпечні захворювання.

Щодо біогеохімічного циклу, то магній може мігрувати внаслідок вивітрювання і вступати в реакції з мінеральними речовинами, які містяться у різних частинах середовища. Велике значення має також Світовий океан, де й концентрація магнію досить велика.

Провівши розрахунок балансу магнію за вегетативний період можна зробити висновок, що процеси винесення магнію з ґрунту переважають над процесами його накопичення у рослинах.

Магній - елемент, що має досить велике значення для живих організмів. Також, магній широко використовується у побуті та промисловості. Значне його використанні, може призвести до негативних наслідків і порушення біогеохімічного циклу.

Література.

2. Кучерявий В.А. Урбоэкология с основами фитомелиорации. Ч.1. Урбозкология, Ч.2. Фитомелиорация. М., 1991.

3. Добровольский В.В. "Биогеохиния", - Москва: Высшая школа, 1998.

4. Большая Советская знциклопедия, 3-є издательство, Москва: Изд. "Советская знциклопедня", 1970.

5. Лозановская И.Н., Орлов Д. С., Садовникова Л. К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учеб. пособие для хим., хим.-технол. и биол. спец, вузов. - М.: Высш. шк. - 1998.

6. Никаноров А. М., Хоружая Т. А. Экология.--М.: "Издательство ПРИОР", 1999.

7. Матеріали глобальної мережі Internet.

Страницы: 1, 2