«Биология. Общие закономерности. 9 класс». С.Г. Мамонтова и др. (гдз)

Биосфера. Биотический круговорот элементов

Вопрос 1.
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговоротов химических элементов. Глобальный биотический круговорот осуществляется при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами.

Вопрос 2.
Под действием энергии Солнца вода испаряется с поверхности водоемов и воздушными течениями переносится на большие расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород и делает составляющие их минералы доступными для растений, микроорганизмов и животных. Она размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими и неорганическими частицами в моря и океаны. Циркуляция воды между океаном и сушей — важнейшее звено в поддержании жизни на Земле.
Растения участвуют в круговороте воды двояким способом: извлекают ее из почвы и испаряют в атмосферу; часть воды в клетках растений расщепляется в процессе фотосинтеза. При этом водород фиксируется в виде органических соединений, а кислород поступает в атмосферу. Животные потребляют воду для поддержания осмотического и солевого равновесия в организме и выделяют ее во внешнюю среду вместе с продуктами обмена веществ.

Вопрос 3.
Углекислый газ ассимилируется зелеными растениями и бактериями-фотосинтетиками и включается в состав органических веществ.

Вопрос 4.
Углерод возвращается в атмосферу:
1) в виде СО₂ в ходе процессов дыхания живых организмов;
2) при окислении (разложении) органических веществ, конечными продуктами которого являются СО₂ и вода;
3) при растворении известняков.

Вопрос 5.
Главный источник азота органических соединений — молекулярный азот в составе атмосферы. Переход его в доступные живым организмам соединения может осуществляться разными путями. Так, электрические разряды при грозах синтезируют из азота и кислорода воздуха оксиды азота, которые с дождевыми водами попадают в почву в форме селитры или азотной кислоты. Имеет место и фотохимическая фиксация азота. Живые организмы способны усваивать только связанный азот в форме нитрат-иона NО₃^— или аммония NH₄⁺. Поэтому азот является основным лимитирующим фактором питательных веществ в живых системах. Способностью связывать свободный азот обладают некоторые бактерии этот процесс называется азотфиксацией. Азотфиксирующие бактерии обитают в клубеньках бобовых растений — гороха, фасоли и других и преобразуют свободный азот N₂ в ион аммония NH₄⁺, который используется для построения аминокислот, белков и нуклеотидов. Большинство же растений, не способных к фиксации азота, получают азот из почвы в виде нитрат-иона NО₃^— и ассимилируют его, превращая в ион NH₄⁺. Гетеротрофные организмы поглощают азот в виде аминокислот и азотистых оснований при поедании биомассы других организмов. После смерти всех живых организмов их тела разлагаются бактериями и грибами в присутствии кислорода, а соединения азота окисляются по схеме:

NH₄⁺ + 5/2О₂ → NО₃^— + 2H₂O.

Таким же образом может происходить окисление аммиака нитрифицирующими бактериями, получающими энергию за счет окисления неорганического вещества, т.е. используя хемотрофный путь питания. Обратный процесс превращения связанного азота в инертный называется денитрификацией. Он происходит в бескислородных условиях под действием денитрифицирующих бактерий, использующих в качестве окислителя вместо кислорода нитрат-ион:

3C_орг + 2NО₃^—  → 3СО₂ + N₂

Эти бактерии активны в почвах, богатых азотом и углеродом. Благодаря их деятельности ежегодно с 1 га почвы улетучивается до 50—60 кг азота.
Таким образом замыкается круговорот азота, что позволяет запасам этого важнейшего биогенного элемента в живых системах не истощаться.
Азот может выключаться из круговорота путем аккумуляции в глубоководных осадках океана. В известной мере это компенсируется выделением молекулярного N₂ в составе вулканических газов.

Вопрос 6.
Сера входит в состав белков и также представляет собой жизненно важный элемент. В виде соединений с металлами — сульфидов — она залегает в виде руд на суше и входит в состав глубоководных отложений. В доступную для усвоения растворимую форму эти соединения переводятся хемосинтезирующими бактериями, способными получать энергию путем окисления восстановленных соединений серы. В результате образуются сульфаты, которые используются растениями. Глубоко залегающие сульфаты вовлекаются в круговорот другой группой микроорганизмов, восстанавливающих сульфаты до сероводорода (рис. 5), который поднимается вверх и окисляется аэробными бактериями до сульфатов. В наше время в круговорот вовлекается и сера промышленного происхождения (дымы), переносимая с дождевой водой.

Рис. 5. Круговорот серы