Презентация (химия) на тему: Круговорот химических элементов в природе. Химические элементы в природе – круговорот и миграция

В мировом океане процесс круговорота углерода является более сложным, поскольку есть зависимость от поступления кислорода в верхние слои воды. В мировом океане круговорот массы углерода почти в 2 раза меньше, чем на суше. На поверхности воды двуокись углерода растворяется и используется для фотосинтеза. Фитопланктон – начало пищевой цепочки в океане. После поедания фитопланктона животные выделяют углерод в процессе дыхания и передают его вверх по пищевой цепи.

Погибший планктон оседает на дно океана. Благодаря этому процессу ложе мирового океана содержит в себе большие запасы углерода. Холодные течения в океане переносят углерод к поверхности воды. Нагреваясь, вода освобождает растворенный в ней углерод. В виде углекислого попадает в атмосферу.

В природе, между литосферой и гидросферой, также происходит постоянная миграция углерода. Наибольший выброс этого элемента происходит в форме карбонатных и органических соединений с суши в океан. Из мирового океана на поверхность Земли углерод поступает в меньших количествах в форме углекислого газа.

Углекислый газ атмосферы и гидросферы обменивается и обновляется живыми организмами за 395 лет.

Изъятие углерода из круговорота

К ископаемому топливу относится нефть, природный газ, каменный уголь.

К неорганическим соединениям относится карбонат кальция. Образование залежей карбоната кальция приводит к уменьшению запаса углерода, доступного для фотосинтезирующих организмов. Но в конечном итоге часть этого углерода возвращается благодаря выветриванию горных пород и жизнедеятельности микроорганизмов.

Влияние углеродного цикла на климат

Углерод - это химический элемент, находящийся в 4 группе периодической системы. Существуют две наиболее изученные аллотропные модификации углерода - графит и алмаз. Последний широко используется в промышленности и ювелирном деле.

Углерод в природе

Свободный углерод встречается в природе только в виде алмаза или графита (изотопы с атомной массой 12 или 13). В атмосфере ученые обнаружили изотоп с атомной массой, равной 14. Он образуется в результате взаимодействия углерода с первичным космическим излучением. Круговорот углерода в природе происходит с помощью углекислого газа, который образуется при сгорании топлива (включая ископаемое), работе гейзеров, а также в процессе жизнедеятельности животных и растений.

Химические свойства углерода

В свободном состоянии углерод встречается гораздо реже чем в виде различных соединений. Все дело в том, что он способен образовывать прочную ковалентную связь со многими химическими элементами. Это объясняет большое разнообразие углеводородов.

Углерод способен взаимодействовать с большинством химических элементов только при достаточно высокой температуре. При низкой температуре реакция возможна только с сильнейшими окислителями, к которым относится фтор.

Фтор - это единственный галоген, с которым может взаимодействовать углерод. Это объясняется его низкой реакционной способностью с подобными веществами. В результате такого взаимодействия получается фторид углерода.

При горении углерода могут получаться два типа его оксидов: четырехвалентный (углекислый газ) и двухвалентный. Это зависит от количества молей углерода. Двухвалентный оксид углерода имеет другое название - угарный газ. Он ядовит и в больших количествах способен убить человека.

При очень высокой температуре углерод способен взаимодействовать с водяными парами. В итоге получается углекислый газ (четырехвалентный оксид) и водород.

Углерод обладает восстановительными свойствами. Кокс (одна из его ) применяется в металлургии для получения металлов из их оксидов. Так получают, например, цинк. На выходе такой реакции образуется чистый цинк и углекислый газ. Углерод способен нейтрализовать серную и азотную кислоту при достаточно высокой температуре.

Применение углерода

N2 + O2 = 2NO – Q,
2NO + O2 = 2NO2.

Эти оксиды растворяются в воде и образуют разбавленную азотную кислоту:

2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3 (на холоде),
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO (при нагревании).

Азотная кислота уже, в свою очередь, образует в почве, которые могут появляться там также из присутствующих в почве аммонийных соединений (фекалии животных, тел) под действием особых бактерий.

Нитраты могут дополнительно вноситься в почву человеком в виде удобрений.

Растения усваивают нитраты из почвы через свою корневую систему и используют их для синтеза белков. Животные употребляют растения и продуцируют собственные белки. После смерти растений и животных их белки разлагаются, образуя аммоний и его соединения. В конце концов эти соединения под воздействием гнилостных бактерий превращаются в нитраты, остающиеся в почве, и атмосферный азот.

Диапозитив 1

I. Солнце – важнейший источник энергии и жизни на Земле, условие процесса фотосинтеза и главный фактор круговорота веществ в природе, поэтому изображение Солнца помещают на схемах круговоротов или мысленно предполагают его участие в различных процессах.

II. Углекислый газ в атмосфере и гидросфере Земли. Направленными в противоположные стороны стрелками на диапозитиве представлено динамическое равновесие, определяющее содержание углекислого газа в атмосфере и Мировом океане. На состояние этого равновесия влияют не только биохимические процессы, но и производственная деятельность людей, извержения вулканов.

III. Кислород в атмосфере и гидросфере Земли.

Рисунок аналогичен предыдущему.

При рассмотрении отдельных круговоротов следует ограничиться только одной составной частью атмосферы, например азотом, или рассматривать атмосферу как не что целое (диапозитивы 14, 15, 16).

(В отличие от указанного выше учебного пособия, где представлены только атмосфера и гидросфера, в отдельных круговоротах, представленных на диапозитивах, обозначена и литосфера («неживая природа»), охватывающая берега и дно океана.)

Диапозитив 2.

IV. Извержение вулкана.

V. Молния на фоне неба.

VI. Завод с дымящими трубами.

Диапозитив 3.

VII. Горные породы, литосфера.

VIII. Залежи карбонатов.

IX. Растительные и животные остатки.

X. Залежи горючего ископаемого.

Диапозитив 4.

XI. Почва.

XII. Микроорганизмы (гнилостные, нитрифицирующие, денитрифицирующие бактерии, азотобактер, серобактерии и др.); при обсуждении диапозитива предложите учащимся расшифровать, какое изображение относится к тому или иному микроорганизму.

XIII. Минеральные удобрения

XIV. Залежи фосфорных удобрений (фосфоритов, апатитов).

Диапозитив 5.

XV. Наземные растения.

XVI Водоросли.

XVII. Сухопутные животные.

XVIII. Водные животные – рыбы.

Помещенные на диапозитивах 1–5 изображения служат для составления схем различных круговоротов. Диапозитивы 1, 2 отражают глобальные природные явления, совершающиеся на Земле, производственную деятельность людей, соизмеримую по масштабам с биогеохимическими процессами, происходящими во всех оболочках земной коры: лито-, гидро- и атмосфере. Диапозитивы 3, 4, 5 так или иначе связаны с биогеохимическими процессами, происходящими на поверхности Земли. Содержание каждого из диапозитивов может быть использовано как тема для оживленной беседы или выступления учащегося. При этом школьники используют знания из курсов природоведения, биологии, географии, физики; таким образом укрепляются межпредметные связи.

В серии подчеркивается сложность и противоречивость биогеохимических процессов. Они включают процессы созидания (фотосинтез и хемосинтез) и разрушения (гниение и распад органических веществ). Особо отмечается роль различных микроорганизмов, без которых немыслима жизнь на нашей планете.

Уже при таком общем рассмотрении вопроса вырисовываются грандиозные контуры процессов созидания и разрушения, протекающих в виде круговоротов веществ и сопровождающих их энергетических процессов. Затем круговороты конкретизируются на примере отдельных химических элементов (вначале примеры должны быть несложными, включать небольшое число компонентов). Постепенно круговороты усложняются, в них участвуют большее число компонентов, увеличивается число связей между ними.

В качестве примеров в диапозитивах 6–20 приведены схемы круговоротов (рекомендации, имеющиеся в учебном пособии «Круговорот некоторых веществ в природе», целесообразно использовать и в данном случае: примерный порядок построения схем, выделение главного путем отбора компонентов и установления связи между ними с помощью различных стрелок – по направлению, цвету, толщине и пр.).

На приведенных схемах далеко не исчерпываются возможности использования названных ранее 18 компонентов. Здесь в полной мере могут проявиться творчество учащихся, их любознательность, дух соревнования в достижении лучших результатов. В поле зрения учащихся могут быть вовлечены и другие химические элементы, имеющие биологическое значение, такие, как марганец, железо, цинк. Все это будет стимулировать познавательную активность учащихся, способствовать расширенному и углубленному изучению химии, творческому применению знаний для решения посильных познавательных задач. В диапозитивах представлены схемы круговоротов разной степени сложности, что позволит использовать индивидуальный подход к учащимся, в известной мере дифференцировать обучение. По каждому из приведенных ниже диапозитивов можно организовать беседу, рассказ, что будет способствовать развитию мышления, устной речи школьников.

Диапозитив 6.

Показаны только самые общие связи между неживой природой (VII – горные породы) и живой природой (XV – растения, XVII – животные), Главные и побочные связи обозначены разными стрелками.

Диапозитив 7.

Предыдущая схема дополняется новым компонентом – почвой (XI).

Диапозитив 8.

Вводится очередное усложнение в схему круговорота – микроорганизмы (XII), играющие существенную роль в почвообразовании.

Диапозитив 9.

Микроорганизмы прежде всего превращают органические остатки в неорганические вещества, усвояемые растениями. Они осуществляют также синтезы органических веществ.

Диапозитивы 10, 11

Показывают взаимосвязь между растениями и животными суши и взаимосвязь между водными животными и растениями.

Диапозитив 12.

В схему круговорота с участием наземных растений и животных включены новые компоненты (IX, XI, XII, VII, IV). Аналогичную схему для водных растений и животных можно предложить учащимся построить самостоятельно.

Диапозитив 13.

Сжигание топлива и обжиг известняка увеличивают содержание углекислого газа в атмосфере (гидросфере); одновременно происходит уменьшение содержания кислорода в воздухе.

Диапозитив 14.

На схеме, в частности, показано, что движение углекислого газа и кислорода в растениях и организмах животных происходит в противоположных направлениях.

Диапозитив 15.

На схеме представлены два противоположных процесса: связывание атмосферного азота и превращение связанного азота в атмосферный азот. В естественных условиях эти процессы уравновешиваются.

Диапозитив 16.

На естественный круговорот азота большое влияние оказывает то, что с урожаем из почвы уносится связанного азота больше, чем его запас восполняется.

Вопрос учащимся: Какой вывод из этого следует?

Диапозитив 17.

В отличие от азота соединения фосфора в почве не восполняются, и их необходимо вносить в виде удобрений.

Диапозитив 18.

Стрелками отмечены пути миграции серы, причем начало – это усвоение сульфат-иона растениями и включение серы в состав органических веществ. Дальше миграцию серы учащиеся могут проследить самостоятельно. Обратите внимание учеников на пути попадания соединений серы в атмосферу и связанное с этим загрязнение окружающей среды.

Диапозитив 19.

Учащиеся смогут самостоятельно разобраться в представленной схеме, принимая во внимание, что с почвенным раствором в растения поступают ионы калия.

Диапозитив 20.

Ионы кальция, как и ионы калия, поступают из почвенного раствора в растения, а от них к животным. Дальше миграция этих элементов идет разными путями, что обусловлено неодинаковой растворимостью их солей в воде. Кальций скапливается в костях, раковинах, меле, гипсе, фосфорите, апатите и др. В то время как карбонат кальция практически не растворим в воде, гидрокарбонат кальция растворяется в воде хорошо. В этом взаимном превращении карбоната в гидрокарбонат (и наоборот) состоит причина большой подвижности кальция в природе. Значительная роль в этом процессе отведена углекислому газу. Но это только один из вариантов круговорота кальция. Круговорот кальция в гидросфере происходит иначе. Предложите учащимся самостоятельно проследить этот процесс.

Между литосферой, гидросферой, атмосферой и живыми организмами Земли постоянно происходит обмен химическими элементами. Этот процесс имеет циклический характер: переместившись из одной сферы в другую, элементы вновь возвращаются в первоначальное состояние. Круговорот элементов имел место в течение всей истории Земли, насчитывающей 4,5 млрд. лет.

Гигантские массы химических веществ переносятся водами Мирового океана. В первую очередь это относится к растворенным газам - диоксиду углерода, кислороду, азоту. Холодная вода высоких широт растворяет газы атмосферы. Поступая с океаническими течениями в тропический пояс, она их выделяет, так как растворимость газов при нагревании уменьшается. Поглощение и выделение газов происходит также при смене теплых и холодных сезонов года.

Огромное влияние на природные циклы некоторых элементов оказало появление жизни на планете. Это, в первую очередь, относится к круговороту главных элементов органического вещества - углерода, водорода и кислорода, а также таких жизненно важных элементов как азот, сера и фосфор. Живые организмы оказывают влияние и на круговорот многих металлических элементов. Несмотря на то, что суммарная масса живых организмов Земли меньше массы земной коры в миллионы раз, растения и животные играют важнейшую роль в перемещении химических элементов.

Деятельность человека также оказывает влияние на круговорот элементов. Особенно заметным оно стало в последнее столетие. При рассмотрении химических аспектов глобальных изменений в круговоротах химических элементов следует учитывать не только изменения в природных круговоротах за счет добавления или удаления присутствующих в них химических веществ в результате обычных циклических или вызванных человеком воздействий, но и поступление в окружающую среду химических веществ, ранее не существовавших в природе. Рассмотрим один из наиболее важных примеров циклического перемещения и миграции химических элементов.

Углерод - основной элемент жизни - содержится в атмосфере в виде диоксида углерода. В океане и пресных водах Земли углерод находится в двух главных формах: в составе органического вещества и в составе взаимосвязанных неорганических частиц: гидрокарбонат-иона - , карбонат иона и растворенного диоксида углерода . Большое количество углерода сосредоточено в виде органических соединений в животных и растениях. Много "неживого" органического вещества имеется в почве. Углерод литосферы содержится также в карбонатных минералах (известняк, доломит, мел, мрамор). Часть углерода входит в состав нефти, каменного угля и природного газа.

Связующим звеном в природном круговороте углерода является диоксид углерода (рис. 1).

Упрощенная схема глобального цикла углерода. Числа в рамках отражают размеры резервуаров в миллиардах тонн - гигатоннах (Гт). Стрелки показывают потоки, а связанные с ними числа выражены в Гт/год.

Самыми крупными резервуарами углерода являются морские отложения и осадочные породы на суше. Однако большая часть этого вещества не взаимодействует с атмосферой, а подвергается круговороту через твердую часть Земли в геологических временных масштабах. Поэтому эти резервуары играют лишь второстепенную роль в сравнительно быстром цикле углерода, протекающем с участием атмосферы. Следующим по величине резервуаром является морская вода. Но и здесь глубинная часть океанов, где содержится основное количество углерода, не взаимодействует с атмосферой так быстро, как их поверхность. Самыми маленькими резервуарами являются биосфера суши и атмосфера. Именно небольшой размер последнего резервуара делает его чувствительным даже к незначительным изменениям процентного содержания углерода в других (больших) резервуарах, например, при сжигании ископаемых топлив.

Современный глобальный цикл углерода состоит из двух меньших циклов. Первый из них заключается в связывании диоксида углерода в ходе фотосинтеза и новом образовании его в процессе жизнедеятельности растений и животных, а также при разложении органических остатков. Второй цикл обусловлен взаимодействием диоксида углерода атмосферы и природных вод:

В последнее столетие в углеродный цикл существенные изменения внесла хозяйственная деятельность человека. Сжигание ископаемого топлива - угля, нефти и газа - привело к увеличению поступления диоксида углерода в атмосферу. Это не очень сильно влияет на распределение масс углерода между оболочками Земли, но может иметь серьезные последствия из-за усиления парникового эффекта.

Углерод в природе содержится в различных осадочных горных породах: меле, известняке. Большое количество углерода входит в состав растительной биомассы. Содержание в атмосфере углекислого газа сравнительно невелико – менее 1 % (точнее 0,03 % по объему), но именно этот углерод приковывает сегодня внимание ученых.

Углекислый газ необходим растениям для фотосинтеза. В процессе фотосинтеза образуются органические вещества, служащие источником питания для всех живых организмов. В то же время углекислый газ способен вызывать парниковый эффект.

Фотосинтез – основной процесс, постоянно изымающий углекислый газ из атмосферы. В настоящее время происходит сокращение площади лесов, что особенно пагубно – влажных тропических лесов. Загрязнение поверхности океана нефтепродуктами препятствует нормальному газообмену и фотосинтезу водорослей.

В то же время неуклонно растет потребление ископаемого топлива: природного газа, нефти, каменного угля, – при сжигании которого в атмосферу выбрасывается углекислый газ. Углекислый газ выделяется также при гниении органических веществ, дыхании животных и человека.

В создавшейся ситуации, важную роль в регуляции содержания CO 2 в атмосфере играют донные отложения карбоната кальция, образующиеся при отмирании мелких морских беспозвоночных. При повышении содержания в атмосфере углекислого газа, он растворяется в воде, известняк вступает с ним в реакцию с образованием гидрокарбонатов, что связывает избыток углекислоты:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3) 2

Если в атмосфере возникает недостаток углекислого газа, равновесие смещается влево, гидрокарбонаты разлагаются с освобождением CO 2 .

Билет № 24

1. Аммиак: состав молекулы, химическая связь в молекуле. Физические и химические свойства аммиака.

Молекулярная формула аммиака NH 3 . Три атома водорода соединены с азотом ковалентными полярными связями(азот более электроотрицателен). В образовании связей принимают участие три неспаренных электрона азота и по одному электрону водорода. Структурная формула:
H – N – H
l
H
Аммиак – бесцветный газ с характерным резким запахом. Легче воздуха, его можно собирать в перевернутые вверх дном сосуды. Аммиак хорошо растворяется в воде (в 1 литре воды при комнатной температуре растворяется около 700 литров аммиака). При повышенном давлении аммиак легко переходит в жидкое состояние. При последующем испарении поглощается много тепла, поэтому его используют в качестве хладагента в холодильных установках.

Аммиак химически активен.

Ион аммония образуется, например, при растворении аммиака в воде:

NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH –

Поэтому раствор аммиака обладает щелочными свойствами и окрашивает индикатор фенолфталеин в малиновый цвет.

Аммиак взаимодействует с кислотами. Если близко поднести стеклянные палочки, смоченные концентрированным раствором аммиака и концентрированной соляной кислотой, образуется «дым» из кристалликов хлорида аммония:

NH 3 + HCl = NH 4 Cl

Аммиак горит в кислороде с образованием молекулярного азота:

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O

В присутствии платины в качестве катализатора, азот аммиака окисляется до оксида азота (II):

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O

Эта реакция используется в производстве азотной кислоты и азотных удобрений. 10%-ный раствор аммиака в воде используется в медицине под названием «нашатырный спирт».

При нагревании аммиак разлагается (реакция обратная синтезу):

2NH 3 N 2 + 3H 2

Билет № 25

1. Источники химического загрязнения воздуха. Пагубные последствия химического загрязнения воздуха. Меры предупреждения химических загрязнений воздуха.

1) С промышленными выбросами в атмосферу ежегодно поступает более 600 млн тонн различных химических соединений. Основным источником химического загрязнения воздуха считается металлургия , в первую очередь, коксохимическое производство. В атмосферу выбрасывается большое количество дыма, содержащего сажу и газы, вызывающие у людей астму, хронический бронхит и др.

Для уменьшения выбросов необходимо устанавливать очистные сооружения. Снижать потребление металлов за счет производства изделий с меньшими затратами материалов, защиты металлических конструкций от коррозии, переработки металлолома. Металлургические цеха не должны располагаться на территории населенных пунктов.

Перспективным направлением считается разработка способов получения металлов с использованием биотехнологии.

2) Во многих регионах основным источником загрязнений является транспорт , главным образом, автомобильный. Выхлопы содержат оксиды азота, угарный газ CO, продукты неполного сгорания топлива. В городах это приводит к образованию смога, вызывает у людей заболевания дыхательных путей. Плоды, растущие около автомобильных дорог, нельзя употреблять в пищу.

Для уменьшения загрязнения воздуха вводятся новые экологические стандарты для двигателей, они оснащаются каталитическими дожигателями выхлопных газов. Запрещено производство этилúрованного бензина, содержащего свинец, который выбрасывается в атмосферу.

Очистке воздуха растениями от вредных газов способствует озеленение городов.

3) Значительное количество сернúстого газа SO 2 в атмосферу выбрасывают тепловые электростанции и котельные , работающие на каменном угле, который обычно содержит примеси серы. Оксид серы (IV) взаимодействует с водяными парами с образованием сернúстой кислоты. Выпадают кислотные дожди, разрушающие постройки из мрамора и известняка, ускоряющие коррозию металлов. Гибнут леса, в первую очередь хвойные.

Для сокращения выбросов необходимо производить очистку дымовых газов, а улавливаемые соединения серы могут быть использованы для производства серной кислоты.

4) Сжигание ископаемого топлива повышает содержание в атмосфере углекислого газа CO 2 , вызывающего парниковый эффект, что может привести к глобальному потеплению климата.

Так как зеленые растения связывают углекислый газ в процессе фотосинтеза, необходимо сохранять существующие леса и засаживать деревьями новые площади.

5) Загрязнение воздуха происходит в результате утечек и аварий на предприятиях химической промышленности (производство аммиака, кислот, полимеров и пр.).

Необходимо добиваться снижения аварийности и установки современных очистных сооружений.

6) Серьезную проблему в последние годы представляют свалки и сжигание мусора . При этом в атмосферу попадают продукты неполного сгорания полимеров (пластмасс), способные разрушать озоновый слой в атмосфере.

Необходимо производить сортировку бытовых отходов с последующим сжиганием в специальных печах, где за счет более высокой температуры достигается полное сгорание. Категорически запрещается сжигание бытового мусора на территории населенных пунктов. Особенно опасна резина и пластмассы, дым от сжигания которых является канцерогеном (вызывает развитие злокачественных опухолей). Дым от сжигания опавшей листвы содержит соединения тяжелых металлов, поглощенных зелеными насаждениями, поэтому листья не должны сжигаться в городе.

Из растительных остатков, ботвы на приусадебных участках целесообразно готовить компост, что уменьшает задымление территории и повышает плодородие почвы.

Между литосферой, гидросферой, атмосферой и живыми организмами Земли постоянно происходит обмен химическими элементами. Этот процесс имеет циклический характер: переместившись из одной сферы в другую, элементы вновь возвращаются в первоначальное состояние. Круговорот элементов имел место в течение всей истории Земли, насчитывающей 4,5 млрд. лет.

Огромные массы химических веществ переносятся водами Мирового океана. В первую очередь это относится к растворенным газам – диоксиду углерода, кислороду, азоту. Холодная вода высоких широт растворяет газы атмосферы. Поступая с океаническими течениями в тропический пояс, она их выделяет, так как растворимость газов при нагревании уменьшается. Поглощение и выделение газов происходит также при смене теплых и холодных сезонов года.

Огромное влияние на природные циклы некоторых элементов оказало появление жизни на планете. Это, в первую очередь, относится к круговороту главных элементов органического вещества – углерода, водорода и кислорода, а также таких жизненно важных элементов как азот, сера и фосфор. Живые организмы оказывают влияние и на круговорот многих металлических элементов. Несмотря на то, что суммарная масса живых организмов Земли меньше массы земной коры в миллионы раз, растения и животные играют важнейшую роль в перемещении химических элементов.

Процессы фотосинтеза органического вещества из неорганических компонентов продолжается миллионы лет, и за такое время химические элементы должны были перейти из одной формы в другую. Однако этого не происходит благодаря их круговороту в биосфере. Ежегодно фотосинтезирующие организмы усваивают около 350 млрд т углекислого газа, выделяют в атмосферу около 250 млрд т кислорода и расщепляют 140 млрд т воды, образуя более 230 млрд т органического вещества (в пересчёте на сухой вес).

Громадные количества воды проходят через растения и водоросли в процессе обеспечения транспортной функции и испарения. Это приводит к тому, что вода поверхностного слоя океана фильтруется планктоном за 40 дней, а вся остальная вода океана – приблизительно за год. Весь углекислый газ атмосферы обновляется за несколько сотен лет, а кислород за несколько тысяч лет. Ежегодно фотосинтезом в круговорот включается 6 млрд т азота, 210 млрд т фосфора и большое количество других элементов (калий, натрий, кальций, магний, сера, железо и др.). существование этих круговоротов придаёт экосистеме определённую устойчивость.

Различают два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).

Большой круговорот, продолжающийся миллионы лет, заключается в том, что горные породы подвергаются разрушению, а продукты выветривания (в том числе растворимые в воде питательные вещества) сносятся потоками воды в Мировой океан, где они образуют морские напластования и лишь частично возвращаются на сушу с осадками. Геотектонические изменения, процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещения морей и океанов в течение длительного времени приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу и процесс начинается вновь.

Малый круговорот (часть большого) происходит на уровне экосистемы и состоит в том, что питательные вещества, вода и углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и на жизненные процессы как самих этих растений, так и других организмов (как правило животных), которые поедают эти растения (консументы). Продукты распада органического вещества под действием деструкторов и микроорганизмов (бактерии, грибы, черви) вновь разлагаются до минеральных компонентов, доступных растениям и вовлекаемых ими в потоки вещества.

Во всех природных водах в растворенном состоянии содержатся различные газы, главным образом азот, кислород и углекислый газ. Количество газов, которое способна растворить морская вода, зависит от ее солености, гидростатического давления, но главным образом от температуры. Чем больше соленость и чем выше температура, тем меньше газов может растворить морская вода, и наоборот.

Морская вода участвует во множестве химических и биохимических преобразований веществ, которые находятся в ней в растворенном, коллоидном и взвешенном виде, в свободном состоянии и в различных соединениях. Гидросфера в целом служит средой и могучим транспортным средством в сложных изменениях и перемещениях химических элементов, происходящих в биосфере и литосфере.

В Мировой океан реками ежегодно выносится около 10 миллионов тонн азота в ионной форме и примерно 20 миллионов тонн в виде органических соединений. Поскольку в осадочные породы азота уходит мало, можно считать, что в ходе естественных процессов денитрификация в Мировом океане уравновешивает фиксацию азота и его вынос в сушу. В связи с применением удобрений резко возросло его количество, поступающее в водоёмы, ухудшая качество воды.

Фосфор – важнейший биогенный элемент, чаще всего лимитирующий развитие продуктивности водоемов. Поэтому поступление избытка соединений фосфора с водосбора с поверхностным стоком с полей, со стоками с ферм, с неочищенными бытовыми сточными водами, а также с некоторыми производственными отходами приводит к резкому неконтролируемому приросту растительной биомассы водного объекта (это особенно характерно для непроточных и малопроточных водоемов). Деятельность человека нарушила природный круговорот фосфора. Соединения фосфора используются для производства удобрений и моющих средств. Это приводит к загрязнению водоемов соединениями фосфора. В таких условиях фосфор перестает быть элементом, ограничивающим рост массы живых существ, особенно водорослей и других водных растений.

Сера содержится в атмосфере в небольших количествах, в основном, в виде сероводорода и диоксида серы. Довольно много этого элемента (в виде сульфат-ионов) находится в гидросфере. В литосфере сера встречается в виде простого вещества (самородная сера) и в составе многочисленных минералов – сульфидов и сульфатов металлов. Кроме того, соединения серы есть в углях, сланцах, нефти, природном газе. Сера входит в состав многих белков, поэтому она всегда содержится в организмах животных и растений. Человеческая деятельность существенно изменила круговорот серы между атмосферой, океанами и поверхностью суши. Эти изменения сильнее, чем воздействие человека на цикл углерода. Как и в случае глобального цикла углерода, техногенные выбросы серы в окружающую среду мало влияют на распределение масс этого элемента на поверхности Земли. Однако повышенное содержание серы в промышленных и бытовых отходах создают опасность для жизни на обширных территориях. Массированный выброс диоксида серы в атмосферу порождает кислотные дожди, которые могут выпадать далеко за пределами индустриальных районов. Загрязнение природных вод растворимыми соединениями серы несет угрозу живым организмам внутренних водоемов и прибрежных областей морей.

Углерод – основной элемент жизни. Он содержится в атмосфере в виде диоксида углерода. В океане и пресных водах Земли углерод находится в двух главных формах: в составе органического вещества и в составе взаимосвязанных неорганических частиц: гидрокарбонат - иона, карбонат иона и растворенного диоксида углерода. Основная масса аккумулирована в карбонатах на дне океана (1016 т), в кристаллических породах (1016 т), каменном угле и нефти (1016 т) и участвует в большом цикле круговорота. В последнее столетие в углеродный цикл существенные изменения внесла хозяйственная деятельность человека. Сжигание ископаемого топлива – угля, нефти и газа – привело к увеличению поступления диоксида углерода в атмосферу. Это не очень сильно влияет на распределение масс углерода между оболочками Земли, но может иметь серьезные последствия из-за усиления парникового эффекта.

Кремний является вторым по распространенности (после кислорода) химическим элементом в земной коре. Его кларки в земной коре – 29,5, в почве – 33, в океане – 5х10 -5 . Однако, несмотря на огромную распространенность кремния и его соединений в природе (кварц и силикаты составляют 87% литосферы), биогеохимические циклы кремния (особенно на суше) изучены еще недостаточно. Марганец и железо являются постоянными компонентами природных пресных вод, и их содержание зачастую превышает уровни основных макроэлементов.