Азот в биосфере

Азот — обязательный компонент аминокислот и, следовательно, всего живого вещества. Пути превращений азота в биосфере чрезвычайно запутаны (рис. 3.13). Свободный атмосферный азот трудно вступает в реакции, поэтому большинство живых организмов нуждается в получении азота в химически связанном состоянии. Химически связанный азот поглощается корнями растений в растворенном состоянии, прежде всего в виде нитратов и нитритов аммония, щелочных и щелочноземельных металлов, например, в виде МН41ЧС)3, КМ03, №М03 (селитры) и МН4М02, КЫ02, №М02. Эти соли образуются в почвах и воде в результате разложения детрита — органических остатков расте-

ний и животных и отходов их жизнедеятельности, таких как мочевина (МН2)2СО и навоз. Детрит служит основным источником фиксированного азота. Так образуются его быстрые круговороты в отдельных экосистемах, однако часть фиксированного азота выводится из этих круговоротов. На суше это происходит за счёт того, что легко растворимые соединения азота и материал детри-

Денитрификация 62

і Суша

н н н н 1

Неорганический

фиксированный

азот

140 100

Денитрификация 50

0,25

Океан і

Осадочные породы 4 000 000

Земная кора 14 000 000

Рис. 3.13. Круговорот азота в биосфере. Содержание азота в резервуарах дано в млрд тонн (прямой шрифт), интенсивность потоков между резервуарами в млн тонн в год (курсив). Все цифры суть очень грубые приблизительные оценки (кроме содержания свободного азота в атмосфере). Окисленная и восстановленная формы связанного азота обозначены соответственно как ЫОх и ЫНХ та вымываются из почв и вместе с речным стоком уходят в океан. Там они попадают в круговорот морских экосистем, откуда медленно выводятся на дно, в осадочные породы. Эта постоянная убыль должна компенсироваться, что и происходит за счёт деятельности множества микроорганизмов, способных фиксировать свободный азот («биологическая фиксация» на рис. 3.13).

Азотфиксирующие микроорганизмы делятся на две группы: живущие самостоятельно и симбионты высших растений, причём степень взаимозависимости растений и микроорганизмов может быть самой различной. Свободноживущие азотфикса-торы, — синезелёные водоросли и бактерии, — непосредственно используют солнечную энергию.

Азотфиксаторы-симбионты сосуществуют с небольшим числом видов растений, но это — широко распространенные виды, например, ольха и бобовые растения. Они являются основными поставщиками фиксированного азота на суше. Выход фиксированного азота на площадях, занятых бобовыми, составляет до 350 кг на гектар за год, тогда как свободноживущие почвенные азотфиксаторы не дают больше 15—30 кг. В системах болотного типа, например, на заливных рисовых полях синезелёные водоросли оказываются хорошим источником фиксированного азота. Молибден и кобальт являются необходимыми компонентами ферментов, с помощью которых азотфиксаторы захватывают атмосферный Ы2, поэтому они оказываются необходимыми микроэлементами почвы.

Деятельность азотфиксирующих организмов биосферы за миллиарды лет её существования неизбежно привела бы к исчезновению свободного азота атмосферы, если бы не многочисленные микроорганизмы — денитрификаторы, извлекающие энергию для своей жизнедеятельности за счёт разложения соединений азота и выделения свободного 1Ч2, в конце концов попадающего в атмосферу.

Некоторое количество связанного азота всегда присутствует в атмосфере в виде газообразного аммиака МН3 и нитратных солей, образующих аэрозольные частицы. В природе источниками этих примесей являются грозовые разряды, в которых при очень высоких температурах окисляется свободный азот, и вулканы. Кроме того, аммиак, являющийся продуктом жизнедеятельности многих организмов, испаряется с поверхности Земли. Все эти соединения возвращаются на поверхность при вымывании дождями или поглощаются поверхностью снова при соприкосновении (сухое осаждение).

Цивилизация существенно усилила поступление связанного азота в биосферу. При высокотемпературных процессах сгорания топлива на электростанциях и в транспортных двигателях азот воздуха окисляется и в виде окислов попадает в атмосферу. Производство и использование азотных удобрений достигло огромных масштабов. В результате антропогенные потоки связанного азота стали примерно равны природным. Уже сейчас это приводит к серьёзным локальным и региональным последствиям. Какие изменения это может вызвать в биосфере в целом, предсказать очень трудно.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >