Концентрация углерода в земной коре

В осадочных породах углерод присутствует в виде карбонатов (до 80%) и органического вещества (до 20%) и находится как в рассеянной форме, так и в концентрированной, включая залежи горючих полезных ископаемых. В гидросфере более 90% углерода представлено в карбонатной форме, около 9% – в виде растворённого органического вещества. Углерод также найден в метеоритах, обнаружен в кометах и в атмосферах других планет в форме СО₂ и в виде органических соединений СН, СN, CS₂ и более сложных.

Биогеохимический цикл азота

В атмосфере сосредоточено около 80% азота, поступление которого явилось результатом дегазации верхней мантии и вулканических извержений. Газообразный азот ни растениями, ни людьми не может использоваться непосредственно. Большинству зеленых растений требуется азот в форме нитрат-ионов (NO₃^-) и ионов аммония (NH₄⁺).

Электрические и фотохимические реакции в высоких слоях атмосферы приводят к заметному поступлению соединений азота на сушу и в океаны вместе с осадками: до 8 кг/га в год аммония и до 6 кг/га в год нитратов. Этот азот включается в общий поток растворенных соединений и участвует в почвообразовательных процессах и формировании биомассы растений.

Рис. 7.5. Схема круговорота азота

Общая направленность биогеохимического круговорота азота на планете – это его аккумуляция в молекулярной форме в атмосфере (рис. 7.5). Огромное количество азота содержит биосфера в связанном виде: в органике почвенного покрова 1,5х10¹¹ т; в биомассе растений 1,1 х10⁹ т; в биомассе животных 6,1х10⁷ т.

Вследствие высокой растворимости солей азотной кислоты и солей аммония азота в почве не хватает для питания растений.Организмы нуждаются в различных химических формах азота для образования белков и генетически важных нуклеиновых кислот типа ДНК. Газообразный азот может преобразовываться в растворимые в воде соединения, усваиваемые корнями растений. Такое преобразование называется фиксацией азота.

Фиксация осуществляется синезелеными водорослями либо бактериями в почве и воде, либо бактериями, обитающими в клубеньках на корнях люцерны, клевера, гороха и других бобовых растений. Определенный вклад в фиксацию азота вносят грозовые разряды молний, при которых образуются оксиды азота. Эти газы, взаимодействуя с водяными парами, преобразуются в нитрат-ионы и нитратные соли.

В дальнейшем нитрат-ионы (NO₃^-) и ионы аммония (NH₄⁺) преобразуются растениями в белки и ДНК. Животные покрывают свои потребности в азотных питательных веществах, поедая растения или других растительноядных животных.Особые бактерии-редуценты превращают азотсодержащие биологические отходы и мертвые организмы в газообразный аммиак и растворимые в воде соли, содержащие ионы аммония. Круг замкнулся.

Велика роль азотных удобрений – до 35 млн тонн азота ежегодно вносится в почву в виде минеральных удобрений. Попадание в водные экосистемы стоков с животноводческих ферм, смытых с полей азотных удобрений, а также коммунально-бытовых стоков увеличивает количество нитрат-ионов и ионов аммония в воде. Избыток питательных веществ в воде способствует быстрому росту водорослей. Для разложения отмерших водорослей аэробными редуцентами расходуется растворенный в воде кислород. Это приводит к массовым заморам рыб.