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Stickstoff ist eines der Elemente, dessen Verhalten unter den Bedingungen der Erde eng mit biologischen Prozessen zusammenhängt. Der Großteil der Stickstoffreserven der Erde ist in der Atmosphäre konzentriert. Hunderte Millionen Tonnen Stickstoff sind in der Biomasse von Pflanzen und Tieren enthalten. Der Stickstoffgehalt in Kohle und anderen fossilen Brennstoffen, im Bodenhumus und in natürlichen Wasserbecken ist recht hoch.

Bei der Verrottung abgestorbener Pflanzenteile und anderer organischer Rückstände wird ein Teil des Stickstoffs bioorganischer Verbindungen durch hydrolytische Prozesse unter Beteiligung von Mikroorganismen in Ammoniak umgewandelt, das von pytrophen Bakterien in Salpetersäureionen umgewandelt wird. Kationen in Bodennitraten können K + , Na + , NH, Ca 2+ und andere weit verbreitete Kationen sein. Beim Zerfall verschiedener Reststoffe wandelt sich ein Teil des biologischen Stickstoffs in Distickstoff um und gelangt in die Atmosphäre. Es gibt auch denitrifizierende Bakterien im Boden, die Nitrate reduzieren und einen Teil des Nitratstickstoffs in einfache Stoffe umwandeln. Dadurch verliert der Boden kontinuierlich den für Pflanzen verfügbaren Stickstoff und gibt ihn an die Atmosphäre ab.

Der kontinuierliche Verlust von Stickstoffverbindungen im Boden hätte längst zu einem katastrophalen Stickstoffmangel für lebende Organismen führen müssen. Allerdings gibt es in der Natur Mechanismen, um Luftstickstoff in chemische Verbindungen umzuwandeln. Zu diesen Prozessen gehören Blitzentladungen in der Atmosphäre, die eine gewisse Menge Stickoxide erzeugen. Unter anschließender Beteiligung von Sauerstoff und Wasser werden die Oxide in Salpetersäure umgewandelt. Es löst sich im atmosphärischen Wasser auf und gelangt damit in den Boden. Dabei reagiert Salpetersäure mit Carbonaten zu Nitraten. Dadurch wird der Nitratgehalt im Boden wieder aufgefüllt.

Eine weitere Quelle für die Erhöhung des Stickstoffgehalts im Boden ist die lebenswichtige Aktivität von Nitrobakterien, die Luftstickstoff direkt aufnehmen. Diese Bakterien enthalten das Enzym Nitrogenase, das die Stickstoffreduktion katalysiert. Nitrogenase wurde eingehend untersucht und es wurde festgestellt, dass dieses Enzym Molybdänatome enthält, die eine Schlüsselrolle bei der Stickstoffreduktion spielen. Nitrobakterien kommen in Knötchen an den Wurzeln von Pflanzen aus der Familie der Hülsenfrüchte vor (Abb. 20.4). Auch auf Erlenwurzeln kommen nitrifizierende Bakterien vor. Von Bakterien synthetisierte Stickstoffverbindungen werden auch von den Pflanzen selbst genutzt. Nitrobakterien können in einem Jahr bis zu 48 kg Stickstoff in organischen Verbindungen pro Hektar Land ansammeln.

Reis. 20.4.

Die Gegenprozesse der Stickstoffentfernung aus dem Boden in die Atmosphäre und deren Rückübertragung in den Boden in Form von Verbindungen bestimmen den Stickstoffkreislauf, dessen Diagramm in Abb. dargestellt ist. 20.5.

Reis. 20.5.

Durch die menschliche landwirtschaftliche Tätigkeit wird der Boden zusätzlich an Stickstoff und einigen anderen Elementen verarmt. Dieser Prozess nimmt aufgrund des rasanten Bevölkerungswachstums ständig zu. Die Erde muss immer größere Mengen an Nahrungsmitteln produzieren. Der Mensch war gezwungen, einen dritten Weg zu entwickeln, um den Stickstoff im Boden wieder aufzufüllen. Dabei werden dem Boden mineralische Stickstoffdünger zugesetzt. Der Stickstoff für diese Düngemittel stammt aus Ammoniak, dessen Produktion enorme Ausmaße erreicht hat. Zu den Substanzen, die zur Verwendung als Stickstoffdünger hergestellt werden, gehören Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat, Natriumnitrat und Calciumnitrat. Die weltweite Produktion von Stickstoffdüngern, gemessen am Stickstoffgehalt, erreicht 100 Millionen Tonnen pro Jahr.

Unterrichtsart - kombiniert

Methoden: teilweise recherchierend, Problemdarstellung, reproduktiv, erklärend und illustrativ.

Ziel:

Das Bewusstsein der Schüler für die Bedeutung aller besprochenen Themen, die Fähigkeit, ihre Beziehungen zur Natur und zur Gesellschaft auf der Grundlage des Respekts vor dem Leben und allen Lebewesen als einzigartigem und unschätzbarem Teil der Biosphäre aufzubauen;

Aufgaben:

Lehrreich: Zeigen Sie die Vielfalt der auf Organismen in der Natur einwirkenden Faktoren, die Relativität des Konzepts der „schädlichen und nützlichen Faktoren“, die Vielfalt des Lebens auf dem Planeten Erde und Möglichkeiten zur Anpassung von Lebewesen an die gesamte Bandbreite der Umweltbedingungen auf.

Lehrreich: Kommunikationsfähigkeiten entwickeln, die Fähigkeit, sich selbstständig Wissen anzueignen und die eigene kognitive Aktivität anzuregen; Fähigkeit, Informationen zu analysieren, das Wesentliche im untersuchten Material hervorzuheben.

Lehrreich:

Eine Verhaltenskultur in der Natur und die Qualitäten einer toleranten Persönlichkeit zu pflegen, Interesse und Liebe für die lebendige Natur zu wecken, eine stabile positive Einstellung gegenüber jedem lebenden Organismus auf der Erde zu entwickeln und die Fähigkeit zu entwickeln, Schönheit zu sehen.

persönlich: kognitives Interesse an Ökologie. Verständnis für die Notwendigkeit, Wissen über die Vielfalt biotischer Verbindungen in natürlichen Gemeinschaften für die Erhaltung natürlicher Biozönosen zu erlangen. Die Fähigkeit, Ziele und Bedeutung der eigenen Handlungen und Handlungen in Bezug auf die belebte Natur zu wählen. Die Notwendigkeit einer fairen Bewertung der eigenen Arbeit und der Arbeit der Mitschüler

Kognitiv: Fähigkeit, mit verschiedenen Informationsquellen zu arbeiten, sie von einer Form in eine andere umzuwandeln, Informationen zu vergleichen und zu analysieren, Schlussfolgerungen zu ziehen, Nachrichten und Präsentationen vorzubereiten.

Regulatorisch: die Fähigkeit, die selbstständige Erledigung von Aufgaben zu organisieren, die Richtigkeit der Arbeit zu bewerten und die eigenen Aktivitäten zu reflektieren.

Kommunikation: am Dialog im Unterricht teilnehmen; Beantworten Sie Fragen des Lehrers und der Klassenkameraden, sprechen Sie vor Publikum mit Multimedia-Geräten oder anderen Demonstrationsmitteln

Geplante Ergebnisse

Thema: kennen die Konzepte „Lebensraum“, „Ökologie“, „ökologische Faktoren“, ihren Einfluss auf lebende Organismen, „Zusammenhänge zwischen lebenden und nicht lebenden Dingen“;. In der Lage sein, das Konzept der „biotischen Faktoren“ zu definieren; biotische Faktoren charakterisieren, Beispiele nennen.

Persönlich: Urteile fällen, Informationen suchen und auswählen; Zusammenhänge analysieren, vergleichen, eine Antwort auf eine problematische Frage finden

Metasubjekt: Verbindungen zu akademischen Disziplinen wie Biologie, Chemie, Physik, Geographie. Planen Sie Aktionen mit einem festgelegten Ziel. finden Sie die notwendigen Informationen im Lehrbuch und in der Referenzliteratur; Analyse natürlicher Objekte durchführen; Schlussfolgerungen; Formulieren Sie Ihre eigene Meinung.

Form der Organisation von Bildungsaktivitäten - Einzelperson, Gruppe

Lehrmethoden: Visuell-illustratives, erklärend-illustratives, teilweise recherchiertes, eigenständiges Werk mit ergänzender Literatur und einem Lehrbuch, mit COR.

Techniken: Analyse, Synthese, Schlussfolgerung, Übersetzung von Informationen von einem Typ in einen anderen, Verallgemeinerung.

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Stickstoffkreislauf

Der Stickstoffkreislauf ist ein Beispiel für einen selbstregulierenden Kreislauf mit einem großen Reservefonds in der Atmosphäre. Luft, die zu 78 % aus Stickstoff besteht, ist das größte „Reservoir“ und gleichzeitig aufgrund ihrer geringen chemischen Aktivität ein „Sicherheitsventil“ des Systems. Durch die Aktivität denitrifizierender Bakterien wird ständig Stickstoff in die Atmosphäre freigesetzt und durch die Aktivität stickstofffixierender Bakterien und einiger Algen (biochemische Stickstofffixierung) sowie durch die Einwirkung elektrischer Entladungen dabei ständig aus der Atmosphäre entfernt Gewitter. Der Stickstoffkreislauf besteht aus folgenden Prozessen: Fixierung, Assimilation, Nitrifikation, Denitrifikation, Abbau, Auswaschung, Entfernung, Ausfällung usw.

Der Stickstoffkreislauf in der Biosphäre ist sehr einzigartig und langsam. Die Stickstofffixierung in lebender Materie wird von einer begrenzten Anzahl von Lebewesen durchgeführt. Einzelne Mikroorganismen im Boden und in den oberen Schichten des Weltmeeres sind in der Lage, molekularen Stickstoff (N2) abzubauen und seine Atome zum Aufbau von Aminogruppen von Proteinen (-1NH) und anderen organischen Verbindungen zu nutzen. Luftstickstoff wird von stickstofffixierenden Bakterien und einigen Blaualgenarten absorbiert. Sie synthetisieren Nitrate, die anderen Pflanzen in der Biosphäre zur Verfügung stehen. Die Stickstoffbiofixierung wird von einigen Bakterien in Symbiose mit höheren Pflanzen im Boden durchgeführt (z. B. Knöllchenbakterien, die an den Wurzeln von Hülsenfrüchten leben). Nach ihrem Tod geben Pflanzen und Tiere Stickstoff an den Boden zurück, von wo aus er in neue Generationen von Pflanzen und Tieren gelangt.

Ein bestimmter Teil des Stickstoffs gelangt in Form von Molekülen in die Atmosphäre zurück. In Böden findet der Prozess der Nitrifikation statt, der aus einer Reaktionskette besteht, bei der unter Beteiligung von Mikroorganismen die Oxidation von Ammoniumionen (IN^) zu Nitrit (N02") oder Nitrit zu Nitrat (IO3-) erfolgt. Reduktion Die Umwandlung von Nitriten und Nitraten in eine gasförmige Verbindung aus molekularem Stickstoff (N2) oder Stickoxiden (IxOy) bildet die Essenz des Denitrifikationsprozesses.

Stickstoffkreislauf

Zu welcher Art biogeochemischer Kreisläufe gehört der Stickstoffkreislauf? Erkläre warum?

Wie läuft der Stickstoffkreislauf in der Natur ab?

* Stickstoffkreislauf – Dies ist ein Beispiel für einen selbstregulierenden Zyklus mit einem großen Reservefonds in der Atmosphäre. Luft, die zu 78 % aus Stickstoff besteht, ist das größte „Reservoir“ und gleichzeitig aufgrund ihrer geringen chemischen Aktivität das „Sicherheitsventil“ des Systems. Durch die Aktivität denitrifizierender Bakterien wird der Atmosphäre ständig Stickstoff zugeführt und durch die Aktivität stickstofffixierender Bakterien und einiger Algen (biochemische Stickstofffixierung) sowie durch die Einwirkung elektrischer Entladungen bei Gewittern ständig aus der Atmosphäre entfernt .

**Der Stickstoffkreislauf besteht aus folgenden Prozessen: Fixierung, Assimilation, Nitrifikation, Denitrifikation, Abbau, Auswaschung, Entfernung, Ausfällung usw.

Stickstoffkreislauf (nach P. Duvigneau und M. Tang)

Der Stickstoffkreislauf in der Biosphäre ist sehr einzigartig und langsam. Die Stickstofffixierung in lebender Materie wird von einer begrenzten Anzahl von Lebewesen durchgeführt. Bestimmte Mikroorganismen im Boden und in den oberen Schichten des Weltmeeres sind in der Lage, molekularen Stickstoff (N2) abzubauen und seine Atome zum Aufbau der Aminogruppen von Proteinen (-NH2) und anderen organischen Verbindungen zu nutzen. Luftstickstoff wird von stickstofffixierenden Bakterien und einigen Arten von Blaualgen absorbiert. Sie synthetisieren Nitrate, die anderen Pflanzen in der Biosphäre zur Verfügung stehen. Die Stickstoffbiofixierung wird von einigen Bakterien in Symbiose mit höheren Pflanzen im Boden durchgeführt (z. B. Knöllchenbakterien, die an den Wurzeln von Hülsenfrüchten leben). Nach ihrem Tod geben Pflanzen und Tiere Stickstoff an den Boden zurück, von wo aus er in neue Generationen von Pflanzen und Tieren gelangt.

Ein gewisser Teil des Stickstoffs wird in Form von Molekülen wieder in die Atmosphäre abgegeben. In Böden findet der Prozess der Nitrifikation statt, der aus einer Reaktionskette besteht, bei der unter Beteiligung von Mikroorganismen die Oxidation von Ammoniumionen (NH4+) zu Nitrit (NO2-) oder Nitrit zu Nitrat (NO3-) erfolgt. Die Reduktion von Nitriten und Nitraten zur gasförmigen Verbindung molekularer Stickstoff (N2) bzw. Stickoxide (NxOy) ist das Kernstück des Denitrifikationsprozesses.

In der Natur gibt es große Mengen Stickstoff. 4/5 des Luftvolumens um uns herum besteht aus Stickstoff. Die gesamte Lebewelt (Pflanzen, Tiere) enthält 20-25 Milliarden Tonnen Stickstoff, eine große Menge davon kommt in der Ackerbodenschicht vor – in Podzol etwa 6 g und in Schwarzerde bis zu 18 g pro 1 Hektar. Aber all dieser Stickstoff, der in der Atmosphäre frei und in organischer Substanz, im Bodenhumus und im Torf gebunden ist, wird von Pflanzen und damit von Tieren nicht aufgenommen. Somit kann Stickstoff nicht direkt am biogenen Stoffkreislauf teilnehmen. Seine Einbindung in den natürlichen Kreislauf erfolgt mit Hilfe von Mikroorganismen, von denen einige organische stickstoffhaltige Stoffe in mineralische stickstoffhaltige Verbindungen zersetzen, die von Pflanzen leicht aufgenommen werden können; andere, die sogenannten stickstofffixierenden, entziehen der Luft hingegen freien Stickstoff und synthetisieren daraus organische Verbindungen.

Dem biogenen Stickstoffkreislauf in der Natur liegen die Prozesse der kontinuierlichen Zerstörung und Synthese stickstoffhaltiger Substanzen zugrunde, die von Mikroorganismen produziert werden.

Im Stickstoffkreislauf lassen sich folgende biochemische Hauptprozesse unterscheiden: 1) Zerfall oder Ammonifikation; 2) Nitrifikation; 3) Denitrifikation und 4) Fixierung von Luftstickstoff.

1. Ammonifikation

A. Verrottung oder Ammonifikation,- Dies ist die Umwandlung von organischem Stickstoff in mineralischen Stickstoff, die Zersetzung von komplexem Protein zu Ammoniak. Daher wird dieser Vorgang Ammonifikation genannt. Sie entsteht in mehreren Stadien aufgrund der lebenswichtigen Aktivität verschiedener Gruppen von Mikroorganismen, hauptsächlich Bakterien, aber auch Actinomyceten und Schimmelpilzen.

Proteine ​​und andere stickstoffhaltige organische Substanzen finden sich stets in großen Mengen in den Überresten von Pflanzen, Tieren und Mikroben. Mikroben bauen diese Stoffe hydrolytisch mithilfe von Protease-Enzymen ab. Eine Proteinhydrolyse kann unter Bildung löslicher Produkte nach folgendem Schema erfolgen: Protein → Pepton → Polypeptide → Aminosäuren. Die resultierenden Aminosäuren können in das Innere der Mikrobenzelle eindringen, wo sie weiteren Umwandlungen unterliegen – der Desaminierung, bei der Ammoniak, verschiedene organische Säuren und andere einfachere Produkte entstehen.

Findet der Prozess unter aeroben Bedingungen statt, erfolgt der Abbau zu Endprodukten und die gesamte Energiereserve des Proteins wird genutzt. Unter anaeroben Bedingungen erfolgt der Proteinabbau weniger tief. Wenn Proteine ​​Schwefel enthalten, wird dieser in Form von Schwefelwasserstoff oder Mercaptanen freigesetzt, die einen unangenehmen Geruch haben. Aus aromatischen Aminosäuren entstehen Phenol und das übelriechende Indol und Skatol.

Das so gebildete Ammoniak wird zum einen teilweise zur Synthese stickstoffhaltiger Stoffe im Körper der Mikroben selbst genutzt. Zweitens reichert sich das meiste davon im Boden an, und die Intensität seiner Anreicherung im Boden hängt von einem bestimmten engeren Verhältnis von Kohlenstoff und Stickstoff (weniger als 25:1) ab, da Stickstoff nur für die Proteinsynthese verwendet wird und Kohlenstoff in Neben der Synthese wird es auch während des Atmungsprozesses verbraucht.

Am Proteinabbau beteiligte Mikroorganismen sind in der Natur in allen Böden und Gewässern weit verbreitet. Normalerweise wird hier eine bestimmte Reihenfolge des Proteinabbaus beobachtet. Zunächst zersetzen Ammonifizierer Proteine ​​zu Ammoniak, anschließend oxidieren Nitrifizierer Ammoniak zu Salpetersäure.

Zu den aeroben Bakterien gehören: sporentragende Bakterien – Bas. Mycoides, du. mesentericus (Kartoffelstäbchen), Vas. subtilis (Bazillusheu) usw.; nicht sporenbildend – Bact. prodigiosum (wunderbarer Stab), mit rotem Pigment, Bact. fluorescens, das ein grünliches Pigment absondert usw. Unter den fakultativen Anaerobiern - Proteus coli, einer der am tiefsten zersetzenden Proteine ​​(NH 3, CH 4, CO 2, H 2 O usw.), Escherichia coli, der darin lebt reichlich im Darm und im menschlichen und tierischen Kot. Zu den anaeroben Bakterien gehören auch Sie. sporogenes, Vas. putrificus kommt auch häufig im Darm und im Kot vor. Sie dringen nach dem Tod von Menschen und Tieren durch die Darmwand in die Körperhöhle ein und verursachen eine schnelle, stinkende Verwesung von Leichen.

Im Darm ablaufende Fäulnisprozesse führen nicht zu einer vollständigen Mineralisierung stickstoffhaltiger Stoffe, daher sind Kot und Frischmist für die Pflanzenernährung von geringem Nutzen. Sie müssen im Boden weiter zersetzt werden, wobei Ammoniak und Nitratsalze entstehen.

B. Zersetzung von Harnstoff. Menschen und Tiere scheiden eine große Menge des gebundenen Stickstoffs im Urin in Form von Harnstoff – Kohlensäurediamid CO(NH 2) 2 – aus. Ein Mensch scheidet 30-50 g Harnstoff pro Tag aus, die gesamte Menschheit etwa 200.000 Tonnen. Im Boden wird Harnstoff von speziellen Urobakterien abgebaut, die über das Enzym Urease verfügen. Sie wandeln Harnstoff in instabiles Kohlenstoff-Ammoniaksalz um, das zu Ammoniak und Kohlendioxid zerfällt.

Im Boden ist fixierter Stickstoff hauptsächlich in Form von Humus bzw. Humusstoffen enthalten. Auch im Boden findet eine Ammonifizierung durch Mikroorganismen statt, allerdings verläuft dieser Prozess sehr langsam. Es wird angenommen, dass in einem gemäßigten Klima nur 1-3 % der gesamten Humusreserve im Laufe des Jahres abgebaut werden.

2. Nitrifikation

Die Endprodukte des Abbaus von Eiweiß und anderen stickstoffhaltigen Stoffen – Ammoniumsalze – können selbst von Pflanzen aufgenommen werden. Allerdings sind die Salze der Salpetersäure für Pflanzen am leichtesten verdaulich. Der Prozess der Oxidation von Ammoniaksalzen zu Salpetersäuresalzen wird Nitrifikation (Nitrum-Salpeter) genannt.

Lange Zeit konnten Wissenschaftler das Wesen des im Boden weit verbreiteten Nitrifikationsprozesses nicht verstehen. Dieses Problem wurde vom russischen Mikrobiologen S. N. Vinogradsky gelöst. Er gab herkömmliche bakteriologische Nährmedien auf und begann, den Prozess der Nitrifikation auf rein mineralischen Medien zu untersuchen. Damit bewies er, dass dieser Prozess von einer speziellen physiologischen Bakteriengruppe durchgeführt wird. Er zeigte auch, dass der Nitrifikationsprozess in zwei Phasen abläuft. In der ersten Phase werden Ammoniumsalze zu salpetrigen Säuresalzen oxidiert – Nitrite: 2NH 3 +3O 2 →2HNO 2 +2H 2 O +158 kcal. In der zweiten Phase werden die resultierenden Salze der salpetrigen Säure zu Salzen der Salpetersäure oxidiert – Nitrate: 2HNO 2 +O 2 = 2HN0 3 +48 kcal.

Die erste Phase wird durch Bakterien verursacht, die als Lachgasbakterien bezeichnet werden und in verschiedene Arten und Varietäten unterteilt sind (Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrosocistis usw.). Die zweite Phase wird durch Nitratbakterien (Nitrobacter) verursacht. Diese Bakterien sind im Boden und Schlamm weit verbreitet. Dabei handelt es sich um strikte Autotrophe, Aerobier, die große Mengen an Sauerstoff benötigen. Sie reagieren sehr empfindlich auf die saure Reaktion der Umgebung. Der optimale pH-Wert für sie liegt bei 8,6. Die Oxidation von Ammoniak führt zu einer Versauerung des Bodens, was bei unterlassener Kalkung zur Einstellung ihrer Vermehrung führen kann. Nitrifizierer erzeugen mithilfe der chemischen Energie der Ammoniakoxidation organische Stoffe aus Kohlendioxid in Luft und Wasser.

Die Oxidation von Ammoniak und Nitrit ist ein exothermer Prozess, bei dem die Energie freigesetzt wird, die Bakterien für die Aufnahme von Kohlenstoff aus Kohlendioxid aufwenden. Nach Berechnungen von S. N. Vinogradsky sollten für einen Teil assimilierten Kohlenstoffs in der ersten Phase 35 Teile Stickstoff und in der zweiten Phase 135 Teile oxidiert werden.

So entdeckte S. N. Vinogradsky als erster den Prozess der Synthese organischer Materie nicht unter Verwendung von Sonnenenergie, sondern unter Verwendung chemischer Energie. Dieser Vorgang wird im Gegensatz zur Photosynthese Chemosynthese genannt.

Nitrifizierende Bakterien sind aufgrund der Anreicherung von Nitratsalzen im Boden äußerst nützliche Bakterien, die den Ertrag von Feldern bestimmen. Im Laufe eines Jahres können sich im Boden über 300 kg Salpetersäure pro 1 ha anreichern. Diese Menge ist für die Stickstoffernährung der Pflanzen völlig ausreichend und hat großen Einfluss auf deren Phosphorernährung, da Salpetersäure schwerlösliche Phosphatsalze auflöst und sie in für die Pflanzen assimilierbare Formen umwandelt.

3. Denitrifikation

Neben dem Prozess der Nitrifikation können in der Natur auch gegenläufige Zersetzungsprozesse von Nitratsalzen auftreten, bis hin zur Bildung von gasförmigem Stickstoff, der wieder in die Atmosphäre gelangt. Solche Prozesse der Nitratreduktion unter Bildung von molekularem Stickstoff als Endprodukt werden Denitrifikation genannt. Denitrifikation wird durch Mikroorganismen verursacht, die weit verbreitet im Boden, in der Gülle sowie auf der Oberfläche und den Wurzeln von Pflanzen verteilt sind. Dies sind fakultative Anaerobier. Unter anaeroben Bedingungen oder sogar unter Bedingungen unzureichender Sauerstoffzufuhr in der Umgebung spalten denitrifizierende Bakterien Sauerstoff aus Salpeter- oder salpetrigen Säuresalzen ab und reduzieren ihn zu Stickstoff. Unter Freisetzung von Sauerstoff oxidieren sie stickstofffreie organische Verbindungen und gewinnen so die benötigte Energie. Diese sogenannte direkte Denitrifikation wird durch Bact denitrificans, Bact. fluorescens, Pseudomonas aeruginosa, Stutser-Bazillus, Thiobac. Denitrificans usw.

Bei schlechter Belüftung und hoher Luftfeuchtigkeit erleidet der Boden den größten Stickstoffverlust. Denitrifikation ist ein äußerst unerwünschter Prozess im Boden, da sie zu einer Verarmung des Bodens an Nitraten führt. Der Kampf dagegen besteht darin, den Boden durch Pflügen zu belüften.

Auch durch indirekte Denitrifikation kann es zu einem Stickstoffverlust aus dem Boden kommen. Eine Vielzahl von Bakterien reduzieren Nitrate zu Nitriten (z. B. E. coli) oder zersetzen Proteine ​​zu Aminosäuren und Amiden. Zwischen Nitriten, Amin- und Amidverbindungen kann es zu rein chemischen Wechselwirkungen unter Freisetzung von molekularem Stickstoff kommen.

Der Stickstoffkreislauf endet mit der Rückkehr in die Atmosphäre durch den Prozess der Denitrifikation.

4. Atmosphärische Stickstofffixierung

Riesige Stickstoffgasreserven sind für höhere Pflanzen und Tiere völlig unzugänglich. Seine Beteiligung am biogenen Kreislauf erfolgt auf zwei Arten. Im ersten Fall wird Stickstoff unter dem Einfluss elektrischer Entladungen bei Gewittern oder durch photochemische Oxidation in Stickstoffdioxid NO 2 umgewandelt. Stickstoffdioxid löst sich im Wasser und im Boden und wird weiter oxidiert. Auf diese Weise erhält 1 m 2 Fläche pro Jahr 30 mg NO 3 .

Die zweite Möglichkeit, Stickstoff in den Kreislauf einzubeziehen, erfolgt durch stickstofffixierende Mikroorganismen. Diese Mikroben werden in zwei Gruppen eingeteilt: 1) Knöllchenbakterien, die in Symbiose mit Hülsenfrüchten Stickstoff binden, und 2) frei lebende Bakterien. Schon in der Antike wurde festgestellt, dass die meisten Pflanzen den Boden mit der Zeit erschöpfen, während Hülsenfrüchte im Gegenteil die Bodenfruchtbarkeit erhöhen. Eine Langzeitstudie dieses Phänomens durch Wissenschaftler hat ergeben, dass kleine Knötchen in den Wurzeln von Hülsenfrüchten eine große Anzahl von Bakterien enthalten. Dies wurde erstmals 1865 von M. S. Voronin festgestellt. 1886 stellten G. Gelriegel und T. Wilfart fest, dass Hülsenfrüchte selbst keinen Stickstoff aus der Luft binden können. Sie binden Stickstoff nur in Symbiose mit lebenden Bakterien der Knötchen. Im Jahr 1888 isolierte M. Beijerinck, ein bekannter niederländischer Mikrobiologe, diese Bakterien in Reinkultur und nannte sie Bact. Radicicola. Derzeit wird die Gattung dieser Bakterien häufiger als Rhisobium bezeichnet. Knöllchenbakterien versorgen Pflanzen mit Salpetersäureverbindungen und Pflanzen versorgen sie mit stickstofffreien organischen Substanzen.

Knötchenbakterien sind aerob. Sie durchläuft einen besonderen Entwicklungszyklus. In jungen Knötchen sehen Bakterien aus wie kleine, bewegliche Stäbchen. Anschließend verlieren sie ihre Beweglichkeit, in ihnen erscheinen Vakuolen, die an ihrem Körper Gürtel zu bilden scheinen, zusammen mit geraden Ästen erscheinen verzweigte Stäbchen, sogenannte Bakteroide. Bacteroides können in Kokken zerfallen, die sich wieder in bewegliche Stäbchen verwandeln.

Es gibt verschiedene Formen von Knötchenbakterien. Einige Wissenschaftler betrachten diese Formen als Arten, andere als Rassen. Sie sind spezifisch. Jede Rasse bildet Knötchen an den Wurzeln bestimmter Arten von Hülsenfrüchten. Somit infiziert die Rasse, die Klee infiziert, keine andere Hülsenfruchtpflanze. Die Rasse, die Erbsen infiziert, kann auch Wicke, Linsen, Ackerbohnen und Ackerbohnen befallen. Aber diese Spezifität ist nicht absolut. So bilden Sojabohnen, die aus Fernost in den europäischen Teil der Union gebracht werden, bei der Aussaat auf einem Feld mehrere Jahre lang keine Knötchen, beginnen aber später mit der Knötchenbildung. Offenbar gewöhnen sich in dieser Zeit lokale Knöllchenbakterien an eine neue Pflanze.

Spezifität einiger Knöllchenbakterien gegenüber Hülsenfrüchten:

1. Klee 2. Erbsen...Wicke...Linsen...Ackerbohnen 3. Luzerne...Melilot 4. Lupine...Seradella 5. Sojabohnen 6. Bohnen 7. Esparsette 8. Weiße Akazie 9. Gelbe Akazie

Durch Wurzelhaare dringen Bakterien in die Wurzel einer Pflanze ein. Wurzelzellen an Eindringstellen vermehren sich schnell und bilden Knötchen. Im Herbst werden die Knötchen zerstört und Bakterien kehren in den Boden zurück.

An den Wurzeln der Erle befinden sich spezielle holzige Auswüchse (Knötchen), in denen Actinomyceten leben. Erle geht auch eine Symbiose mit Actinomyceten ein; durch diese Symbiose wird Luftstickstoff absorbiert.

S. N. Vinogradsky (1893) entdeckte ein frei lebendes stickstofffixierendes Bakterium: Zu Ehren Pasteurs nannte er es Clostridium Pasteurianum. Er isolierte es auf einem speziellen Nährmedium, das nur Glucose und die notwendigen Mineralsalze enthielt und völlig frei von Stickstoff in organischer oder mineralischer Form war. Der Versuch wurde unter anaeroben Bedingungen durchgeführt. Dieses Bakterium ist ein strenger Anaerobier. Sein Käfig ist ziemlich groß. Es bildet Sporen, die breiter sind als sein Durchmesser, weshalb der Stab mit der Spore die Form einer Spindel annimmt, weshalb er Clostridium, also Spindel, genannt wird.

Um Luftstickstoff aufzunehmen, benötigt dieses Bakterium Luftstickstoff, während der für es schädliche Luftsauerstoff von aeroben saprophytischen Bakterien aufgenommen wird, die mit ihm im Boden zusammenleben. Sie absorbieren die von Clostridien abgesonderte Buttersäure. Durch die Aufnahme von Stickstoff verbessert Clostridium die Bedingungen für die Entwicklung von Saprophyten. Hier besteht eine symbiotische Beziehung. Die Energiequelle für die Stickstofffixierung ist die Butterfermentation stickstofffreier Substanzen, Glukose, Saccharose usw. Clostridien verdauen Stärke und Ballaststoffe nicht. Es bindet 2-3 mg Stickstoff pro 1 g fermentierten Zucker. Bei reichlicher Ernährung mit Ammoniaksalzen zieht es vor, überhaupt keinen molekularen Stickstoff aufzunehmen. Clostridium ist in der Natur weit verbreitet und kommt aufgrund des breiten pH-Werts (4,5–9,0), bei dem es sich entwickelt, in allen Böden vor. Auch andere Arten von Buttersäurebakterien binden Stickstoff, allerdings in geringerem Maße.

Im Jahr 1901 isolierte M. Beijerinck einen weiteren Stickstofffixierer namens Azotobacter. Dies sind ziemlich große, abgeflachte, paarige Kugeln mit einer Größe von 1 bis 10 Mikrometern, die mit einer gemeinsamen Schleimkapsel bedeckt sind. Aerobier sind bereits in jungen Jahren mobil. Seine Teilung erfolgt durch Einschnürung. Es wächst auf synthetischen Medien, die keinen Stickstoff enthalten, mit Spuren von Molybdän, einem Wachstumsfaktor für es. Azotobacter gewinnt Energie durch die Oxidation von Zuckern und organischen Säuren. Der Mechanismus der Stickstofffixierung ist noch nicht vollständig verstanden. Die Stickstoffassimilation erfolgt (nach M.V. Fedorov) durch ein Enzymsystem, in dem die Carbonylgruppe und Schwermetalle aktiv sind. Azotobacter kommt nur in 30 % aller Böden vor, da es sehr empfindlich auf Bodenreaktionen reagiert. In Böden mit einem pH-Wert unter 5,6 kommt es nicht mehr vor. Die Stickstofffixierung durch Azotobacter erfolgt aktiver als die durch Clostridium, nämlich 2–12 mg pro 1 g Zucker.

Luftstickstoff wird auch von einigen Blaualgen (Nostoc muscorum), bestimmten Arten von Actinomyceten, Pilzen der Gattung Phoma (Cladosporium) sowie einigen Bodenbakterien und Mykobakterien aufgenommen. Sie alle binden Stickstoff in geringeren Mengen, dennoch muss diese Quelle aufgrund ihrer weiten Verbreitung berücksichtigt werden.

Das kürzlich entdeckte stickstofffixierende Bakterium Beijerinckia, benannt nach Beyerinck, ist in jungen Jahren aerob und beweglich. Entwickelt sich bei einem breiten pH-Wert der Umgebung – 4,9–9. Wächst gut auf sauren Böden. Dank der Fähigkeit zur Photosynthese und zur Aufnahme von Stickstoff aus der Luft sind Blaualgen äußerst unprätentiös und können dort existieren, wo andere Organismen überhaupt nicht vorkommen.

Knöllchenbakterien absorbieren 50 bis 400 kg Luftstickstoff pro Hektar Anbaufläche. Frei lebende Bakterien binden 20-50 kg Stickstoff pro 1 Hektar Boden. Die Stickstofffixierung durch Mikroorganismen versorgt den Ackerboden in der Sowjetunion mit 3,5 Millionen Tonnen Stickstoff pro Jahr (E.N. Mishustin). All dies zeigt deutlich die Bedeutung dieses Prozesses in der Natur im Allgemeinen und in der Landwirtschaft im Besonderen. Das allgemeine Diagramm des Stickstoffkreislaufs ist in der Tabelle dargestellt (nach A. A. Imshenetsky).

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Der Stoffkreislauf in der Biosphäre ist dank der Energie der Sonne die „Reise“ bestimmter chemischer Elemente entlang der Nahrungskette lebender Organismen. Während der „Reise“ fallen einige Elemente aus verschiedenen Gründen heraus und verbleiben in der Regel im Boden. An ihre Stelle treten die gleichen, die normalerweise aus der Atmosphäre stammen. Dies ist die einfachste Beschreibung dessen, was das Leben auf dem Planeten Erde garantiert. Wenn eine solche Reise aus irgendeinem Grund unterbrochen wird, hört die Existenz aller Lebewesen auf.

Um den Stoffkreislauf in der Biosphäre kurz zu beschreiben, ist es notwendig, mehrere Ausgangspunkte zu setzen. Erstens werden von den mehr als neunzig bekannten und in der Natur vorkommenden chemischen Elementen etwa vierzig für lebende Organismen benötigt. Zweitens ist die Menge dieser Stoffe begrenzt. Drittens sprechen wir nur von der Biosphäre, also von der lebenshaltigen Hülle der Erde, und damit von den Wechselwirkungen zwischen lebenden Organismen. Viertens ist die Energie, die zum Kreislauf beiträgt, die Energie, die von der Sonne kommt. Die im Erdinneren durch verschiedene Reaktionen erzeugte Energie nimmt an dem betrachteten Prozess nicht teil. Und noch eine letzte Sache. Es ist notwendig, dem Ausgangspunkt dieser „Reise“ einen Schritt voraus zu sein. Es ist bedingt, da es für einen Kreis kein Ende und keinen Anfang geben kann, dies ist jedoch notwendig, um irgendwo mit der Beschreibung des Prozesses beginnen zu können. Beginnen wir mit dem untersten Glied der trophischen Kette – den Zersetzern oder Totengräbern.

Krebstiere, Würmer, Larven, Mikroorganismen, Bakterien und andere Totengräber verarbeiten unter Sauerstoff- und Energieverbrauch anorganische chemische Elemente zu einer organischen Substanz, die für die Ernährung lebender Organismen und deren weitere Bewegung entlang der Nahrungskette geeignet ist. Darüber hinaus werden diese bereits organischen Stoffe von Konsumenten bzw. Konsumenten verzehrt, zu denen nicht nur Tiere, Vögel, Fische und dergleichen, sondern auch Pflanzen gehören. Letztere sind Produzenten bzw. Produzenten. Mithilfe dieser Nährstoffe und Energie produzieren sie Sauerstoff, das wichtigste Element zum Atmen aller Lebewesen auf dem Planeten. Verbraucher, Produzenten und sogar Zersetzer sterben. Ihre Überreste „fallen“ zusammen mit den darin enthaltenen organischen Substanzen den Totengräbern zur Verfügung.

Und alles wiederholt sich noch einmal. Beispielsweise vollendet der gesamte in der Biosphäre vorhandene Sauerstoff seinen Umsatz in 2000 Jahren und Kohlendioxid in 300 Jahren. Ein solcher Kreislauf wird üblicherweise als biogeochemischer Kreislauf bezeichnet.

Einige organische Stoffe gehen auf ihrer „Reise“ Reaktionen und Wechselwirkungen mit anderen Stoffen ein. Dadurch entstehen Gemische, die in der vorliegenden Form nicht von Zersetzern verarbeitet werden können. Solche Gemische bleiben im Boden „gelagert“. Nicht alle organischen Stoffe, die auf den „Tisch“ der Totengräber fallen, können von ihnen nicht verarbeitet werden. Nicht alles kann mit Hilfe von Bakterien verrotten. Solche unverrotteten Überreste werden eingelagert. Alles, was im Speicher oder in der Reserve verbleibt, wird dem Prozess entnommen und gelangt nicht in den Stoffkreislauf der Biosphäre.

So lässt sich in der Biosphäre der Stoffkreislauf, dessen treibende Kraft die Aktivität lebender Organismen ist, in zwei Komponenten gliedern. Einer – der Reservefonds – ist ein Teil der Substanz, der nicht mit der Aktivität lebender Organismen verbunden ist und vorerst nicht am Umlauf teilnimmt. Und der zweite ist der revolvierende Fonds. Es stellt nur einen kleinen Teil der Substanz dar, die von lebenden Organismen aktiv genutzt wird.

Welche chemischen Grundelemente sind Atome, die für das Leben auf der Erde so wichtig sind? Dies sind: Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und einige andere. Von den Verbindungen ist Wasser die wichtigste im Kreislauf.

Sauerstoff

Der Sauerstoffkreislauf in der Biosphäre sollte mit dem Prozess der Photosynthese beginnen, der vor Milliarden von Jahren entstand. Es wird von Pflanzen unter dem Einfluss von Sonnenenergie aus Wassermolekülen freigesetzt. Sauerstoff entsteht auch in den oberen Schichten der Atmosphäre bei chemischen Reaktionen im Wasserdampf, wo chemische Verbindungen unter dem Einfluss elektromagnetischer Strahlung zerfallen. Dies ist jedoch eine untergeordnete Sauerstoffquelle. Die wichtigste davon ist die Photosynthese. Sauerstoff kommt auch im Wasser vor. Obwohl es 21-mal weniger davon gibt als in der Atmosphäre.

Der dabei entstehende Sauerstoff wird von lebenden Organismen zur Atmung genutzt. Es ist auch ein Oxidationsmittel für verschiedene Mineralsalze.

Und der Mensch ist ein Sauerstoffverbraucher. Doch mit Beginn der wissenschaftlich-technischen Revolution ist dieser Verbrauch um ein Vielfaches gestiegen, da Sauerstoff bei zahlreichen industriellen Produktionen, Transporten, zur Befriedigung von Haushalts- und anderen Bedürfnissen im Laufe des menschlichen Lebens verbrannt oder gebunden wird. Der bisher vorhandene sogenannte Sauerstoffaustauschfonds der Atmosphäre betrug 5 % seines Gesamtvolumens, das heißt, bei der Photosynthese wurde so viel Sauerstoff erzeugt wie verbraucht. Jetzt wird dieses Volumen katastrophal klein. Sauerstoff wird sozusagen aus der Notreserve verbraucht. Von dort, wo es niemanden gibt, der es hinzufügen kann.

Dieses Problem wird dadurch etwas gemildert, dass ein Teil der organischen Abfälle nicht verarbeitet wird und nicht unter den Einfluss von Fäulnisbakterien gerät, sondern in Sedimentgesteinen verbleibt und Torf, Kohle und ähnliche Mineralien bildet.

Wenn das Ergebnis der Photosynthese Sauerstoff ist, dann ist ihr Rohstoff Kohlenstoff.

Stickstoff

Der Stickstoffkreislauf in der Biosphäre ist mit der Bildung so wichtiger organischer Verbindungen wie Proteine, Nukleinsäuren, Lipoproteine, ATP, Chlorophyll und andere verbunden. Stickstoff kommt in molekularer Form in der Atmosphäre vor. Zusammen mit lebenden Organismen sind dies nur etwa 2 % des gesamten Stickstoffs auf der Erde. In dieser Form kann es nur von Bakterien und Blaualgen verzehrt werden. Für den Rest der Pflanzenwelt kann Stickstoff in molekularer Form nicht als Nahrung dienen, sondern nur in Form anorganischer Verbindungen verarbeitet werden. Einige Arten solcher Verbindungen entstehen bei Gewittern und gelangen bei Niederschlägen in Wasser und Boden.

Die aktivsten „Recycler“ von Stickstoff oder Stickstofffixierern sind Knöllchenbakterien. Sie siedeln sich in den Zellen der Hülsenfruchtwurzeln an und wandeln molekularen Stickstoff in seine für Pflanzen geeigneten Verbindungen um. Nach ihrem Absterben wird der Boden zusätzlich mit Stickstoff angereichert.

Fäulnisbakterien zersetzen stickstoffhaltige organische Verbindungen in Ammoniak. Ein Teil davon gelangt in die Atmosphäre, der Rest wird von anderen Bakterienarten zu Nitriten und Nitraten oxidiert. Diese wiederum dienen den Pflanzen als Nahrung und werden durch nitrifizierende Bakterien zu Oxiden und molekularem Stickstoff reduziert. Die wieder in die Atmosphäre gelangen.

Somit ist klar, dass verschiedene Arten von Bakterien die Hauptrolle im Stickstoffkreislauf spielen. Und wenn Sie mindestens 20 dieser Arten vernichten, wird das Leben auf dem Planeten aufhören.

Und wieder wurde der etablierte Kreislauf von Menschenhand durchbrochen. Um die Ernteerträge zu steigern, begann er, aktiv stickstoffhaltige Düngemittel einzusetzen.

Kohlenstoff

Der Kohlenstoffkreislauf in der Biosphäre ist untrennbar mit der Zirkulation von Sauerstoff und Stickstoff verbunden.

In der Biosphäre basiert der Kohlenstoffkreislauf auf der Lebensaktivität grüner Pflanzen und ihrer Fähigkeit, Kohlendioxid in Sauerstoff umzuwandeln, also Photosynthese.

Kohlenstoff interagiert auf vielfältige Weise mit anderen Elementen und ist Bestandteil fast aller Klassen organischer Verbindungen. Es ist beispielsweise Bestandteil von Kohlendioxid und Methan. Es ist in Wasser gelöst, wo sein Gehalt viel höher ist als in der Atmosphäre.

Obwohl Kohlenstoff hinsichtlich der Häufigkeit nicht zu den Top Ten gehört, macht er in lebenden Organismen 18 bis 45 % der Trockenmasse aus.

Die Ozeane regulieren den Kohlendioxidgehalt. Sobald sein Anteil in der Luft zunimmt, gleicht das Wasser die Positionen aus, indem es Kohlendioxid aufnimmt. Ein weiterer Kohlenstoffverbraucher im Ozean sind Meeresorganismen, die daraus Muscheln bauen.

Der Kohlenstoffkreislauf in der Biosphäre basiert auf dem Vorhandensein von Kohlendioxid in der Atmosphäre und der Hydrosphäre, die eine Art Austauschfonds darstellt. Es wird durch die Atmung lebender Organismen wieder aufgefüllt. Bakterien, Pilze und andere Mikroorganismen, die am Zersetzungsprozess organischer Rückstände im Boden beteiligt sind, sind auch an der Wiederauffüllung von Kohlendioxid in der Atmosphäre beteiligt. Kohlenstoff wird in mineralisierten, unverrotteten organischen Rückständen „konserviert“. In Kohle und Braunkohle, Torf, Ölschiefer und ähnlichen Lagerstätten. Aber die wichtigsten Kohlenstoffreserven sind Kalkstein und Dolomit. Der darin enthaltene Kohlenstoff ist „sicher versteckt“ in den Tiefen des Planeten und wird nur bei tektonischen Verschiebungen und beim Ausstoß vulkanischer Gase bei Ausbrüchen freigesetzt.

Aufgrund der Tatsache, dass der Prozess der Atmung mit der Freisetzung von Kohlenstoff und der Prozess der Photosynthese mit seiner Absorption durch lebende Organismen sehr schnell ablaufen, nimmt nur ein kleiner Bruchteil des gesamten Kohlenstoffs auf dem Planeten am Kreislauf teil. Wenn dieser Prozess nicht reziprok wäre, würden Sushi-Pflanzen allein den gesamten Kohlenstoff in nur 4 bis 5 Jahren verbrauchen.

Dank menschlicher Aktivitäten herrscht in der Pflanzenwelt derzeit kein Mangel an Kohlendioxid. Der Nachschub erfolgt sofort und gleichzeitig aus zwei Quellen. Durch die Verbrennung von Sauerstoff während des Betriebs von Industrie, Produktion und Transport sowie im Zusammenhang mit der Verwendung dieser „Konserven“ – Kohle, Torf, Schiefer usw. – für die Arbeit dieser Art menschlicher Aktivitäten. Warum ist der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre um 25 % gestiegen?

Phosphor

Der Phosphorkreislauf in der Biosphäre ist untrennbar mit der Synthese organischer Substanzen wie ATP, DNA, RNA und anderen verbunden.

Der Phosphorgehalt in Boden und Wasser ist sehr gering. Seine Hauptreserven liegen in Gesteinen, die in der fernen Vergangenheit entstanden sind. Mit der Verwitterung dieser Gesteine ​​beginnt der Phosphorkreislauf.

Phosphor wird von Pflanzen nur in Form von Orthophosphorsäureionen aufgenommen. Dies ist hauptsächlich ein Produkt der Verarbeitung organischer Überreste durch Totengräber. Wenn die Böden jedoch einen hohen alkalischen oder sauren Faktor aufweisen, lösen sich Phosphate darin praktisch nicht auf.

Phosphor ist ein hervorragender Nährstoff für verschiedene Bakterienarten. Vor allem Blaualgen, die sich bei erhöhtem Phosphorgehalt schnell entwickeln.

Der größte Teil des Phosphors wird jedoch mit Flüssen und anderen Gewässern ins Meer verschleppt. Dort wird es aktiv vom Phytoplankton und damit von Seevögeln und anderen Tierarten gefressen. Anschließend sinkt Phosphor auf den Meeresboden und bildet Sedimentgestein. Das heißt, es kehrt nur unter einer Meerwasserschicht zum Boden zurück.

Wie Sie sehen, ist der Phosphorkreislauf spezifisch. Es ist schwierig, von einem Kreislauf zu sprechen, da er nicht geschlossen ist.

Schwefel

In der Biosphäre ist der Schwefelkreislauf für die Bildung von Aminosäuren notwendig. Es erzeugt die dreidimensionale Struktur von Proteinen. Dabei handelt es sich um Bakterien und Organismen, die Sauerstoff verbrauchen, um Energie zu synthetisieren. Sie oxidieren Schwefel zu Sulfaten und einzellige pränukleäre Lebewesen reduzieren Sulfate zu Schwefelwasserstoff. Darüber hinaus oxidieren ganze Gruppen von Schwefelbakterien Schwefelwasserstoff zu Schwefel und dann zu Sulfaten. Pflanzen können nur Schwefelionen aus dem Boden aufnehmen – SO 2-4. Daher sind einige Mikroorganismen Oxidationsmittel, während andere Reduktionsmittel sind.

Die Orte, an denen sich Schwefel und seine Derivate in der Biosphäre ansammeln, sind der Ozean und die Atmosphäre. Durch die Freisetzung von Schwefelwasserstoff aus Wasser gelangt Schwefel in die Atmosphäre. Darüber hinaus gelangt Schwefel in Form von Kohlendioxid in die Atmosphäre, wenn fossile Brennstoffe in der Produktion und für Haushaltszwecke verbrannt werden. Hauptsächlich Kohle. Dort oxidiert es und fällt im Regenwasser zu Schwefelsäure und fällt mit ihm zu Boden. Saurer Regen selbst verursacht erheblichen Schaden für die gesamte Pflanzen- und Tierwelt und gelangt darüber hinaus mit Sturm- und Schmelzwasser in Flüsse. Flüsse transportieren Schwefelsulfat-Ionen in den Ozean.

Schwefel kommt auch in Gesteinen in Form von Sulfiden und in gasförmiger Form vor – Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid. Auf dem Meeresgrund gibt es Vorkommen von natürlichem Schwefel. Aber das ist alles „Reserve“.

Wasser

Es gibt keinen weiter verbreiteten Stoff in der Biosphäre. Seine Reserven liegen hauptsächlich in der salzig-bitteren Form des Wassers der Meere und Ozeane vor – etwa 97 %. Der Rest ist Süßwasser, Gletscher sowie Grund- und Grundwasser.

Der Wasserkreislauf in der Biosphäre beginnt herkömmlicherweise mit der Verdunstung an der Oberfläche von Stauseen und Pflanzenblättern und beträgt etwa 500.000 Kubikmeter. km. Es kehrt in Form von Niederschlägen zurück, die entweder direkt in Gewässer zurückfallen oder über den Boden und das Grundwasser gelangen.

Die Rolle des Wassers in der Biosphäre und die Geschichte seiner Entwicklung ist so groß, dass alles Leben vom Moment seines Erscheinens an vollständig vom Wasser abhängig war. In der Biosphäre hat Wasser durch lebende Organismen viele Male Zyklen der Zersetzung und Entstehung durchlaufen.

Der Wasserkreislauf ist größtenteils ein physikalischer Prozess. Dabei spielt jedoch die Tier- und vor allem die Pflanzenwelt eine wichtige Rolle. Die Verdunstung von Wasser aus den Blattoberflächen von Bäumen führt dazu, dass beispielsweise ein Hektar Wald bis zu 50 Tonnen Wasser pro Tag verdunstet.

Wenn die Verdunstung von Wasser aus den Oberflächen von Stauseen für seine Zirkulation natürlich ist, dann ist ein solcher Prozess für Kontinente mit ihren Waldgebieten die einzige und wichtigste Möglichkeit, es zu erhalten. Hier erfolgt die Zirkulation wie in einem geschlossenen Kreislauf. Niederschlag entsteht durch Verdunstung von Boden- und Pflanzenoberflächen.

Bei der Photosynthese nutzen Pflanzen den in einem Wassermolekül enthaltenen Wasserstoff, um eine neue organische Verbindung zu bilden und Sauerstoff freizusetzen. Und umgekehrt durchlaufen lebende Organismen beim Atmen einen Oxidationsprozess und es entsteht wieder Wasser.

Wenn wir die Zirkulation verschiedener Arten von Chemikalien beschreiben, sehen wir uns mit einem aktiveren menschlichen Einfluss auf diese Prozesse konfrontiert. Derzeit ist die Natur aufgrund ihrer mehrmilliardenjährigen Überlebensgeschichte mit der Regulierung und Wiederherstellung gestörter Gleichgewichte beschäftigt. Aber die ersten Symptome der „Krankheit“ sind bereits da. Und das ist der „Treibhauseffekt“. Wenn zwei Energien, die Sonnenenergie und die von der Erde reflektierte, lebende Organismen nicht schützen, sondern sich im Gegenteil gegenseitig stärken. Dadurch steigt die Umgebungstemperatur. Welche Folgen könnte ein solcher Anstieg neben dem beschleunigten Abschmelzen der Gletscher, der Verdunstung von Wasser von den Meeres-, Land- und Pflanzenoberflächen haben?

Video - Stoffkreislauf in der Biosphäre