Теоретические основы круговорота водорода в лесотундре - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Теоретические основы круговорота водорода в лесотундре

Чупрова Л.И. 1
1Курганский государственный университет (640020, г. Курган, ул.Советская, 63, стр.4)
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность курсовой работы заключается в том, что круговорот водорода участвует в глобальном круговороте, он необходим для растительности лесотундры и животных, населяющих ее. В данной работе мы рассмотрим круговорот водорода в сообществе лесотундра. Лесотундра - это наша северная природа с очень хрупкой экосистемой. Изучим характеристики сообщества лесотундра, ее географическое положение, виды животных и растений обитающих в данном сообществе, их требования к внешним факторам.

Проблема: как круговороты водорода влияют на жизнедеятельность растений и животных лесотундры.

Объект исследования: сообщества - лесотундры

Предмет исследования: особенности сообщества лесотундры и круговорота водорода.

Цель исследования: провести теоретическое обоснование особенностей сообщества, определить требования к факторам жизни и рассмотреть круговороты водорода.

Задачи:

Теоретически описать сообщество лесотундра;

Выявить требования к внешним факторам растений и животных;

Рассмотреть значение водорода для человека, растений и животных;

Рассмотреть геологический и биологический круговороты водорода;

Сделать вывод по проведенной работе;

Теоретические методы: обработка и синтез данных, изучение тематической литературы.

Теоретическая значимость проведенного исследования заключается в том, что полученные результаты могут быть применены в определенной области знаний, доказательство возможности использования теоретических выводов при оптимизации практической части, а также приобретении умений и навыков по применению полученных знаний на практике.

Практическая значимость работы состоит в возможности использования результатов данной курсовой работы для оценки наземных экосистем.

Структура работы. Работа состоит из введения, трех глав,заключения, списка литературы. В работе содержится 9 рисунков. Список литературы представлен 19 наименованиями.

Глава 1. Теоретические основы особенностей сообщества лесотундры

1.1. Характеристика сообщества(состав сообщества)

Лесотундра представляет собой промежуточную зону перехода от тундровой к таежной зоне[14]. Находится в пределах субарктического климатического пояса. Тундра с лесом здесь сливаются воедино. Данная зона сурового климата лежит параллельно южным окраинам тундры. На ней происходит чередование редких лесных участков с тундровыми участками[8].

Повсеместно встречаются заболоченные места и озера[4]. Получило широкое распространение второе название данной зоны — тундролесье. Представляет собой широкую протяженную полосу, достигающую трехсоткилометровой ширины. Находится на евразийской территории. Начало свое берет на Кольском полуострове, проходя полностью североамериканскую территорию до реки Индигирка.

Особенности лесотундры

Лесотундру ученые относят как к разновидности зоны тундры, так и к самостоятельной промежуточной зоне перехода от тундровой к таежной[11]. Северные окраины данной зоны совпадают с водораздельным редколесьем, южные окраины лежат в крайних южных тундровых местах. Расстояние от северных до южных границ невелико. Оно составляет от 50 до 300 км.

В лесотундровой полосе расположено несколько городов, в том числе следующие города: Дудинка с Мурманском, Норильском и Салехардом. Особенности климата напоминают тундру[3]. Отличительными особенностями является наличие в лесотундре более теплого и длительного летнего периода. Однако, зимы лесотундры более суровы и холодны, чем в тундровой зоне. Лесотундровая зона удалена от побережья моря, находясь рядом с холодными внутренними евразийскими территориями.

Ветры лесотундры отличаются меньшими скоростями, чем в тундровой зоне[14]. Образование снежного покрова отличается равномерностью. Лесотундровая зона скована вечной мерзлотой. Однако, она распространяется неравномерно. Средние годовые осадки лесотундровой зоны составляют около 400 мм, однако испарение происходит слабо[14].

Развивается заболачиваемость, и повсеместно образуются мелководные озера с мощными торфяниками. Более половины территории занимают болота. Лесные участки состоят из лиственниц, елей с березами. Деревья отличаются крайней низкорослостью.

Географическое положение лесотундры, где расположена лесотундра

Взятое нами сообщество лесотундра находится в Ямало-Ненецком автономном округе Надымском районе. Надымский район занимает центральную часть севера Западно-Сибирской низменности и охватывает бассейн реки Надым и западную часть Тазовского полуострова[16]. Западная граница района проходит по водоразделу бассейнов рек Надым и Полуй. На юге и юго-западе район граничит с Ханты-Мансийским автономным округом. С востока граница проходит по водоразделу бассейнов рек Надым и Ныда с одной стороны и бассейна реки Пур — с другой[16]. В северо-восточной части Тазовского полуострова, район граничит с Тазовским районом. Северная граница проходит по акваториям Обской и Тазовской губы. Общая площадь района составляет 110 тысяч квадратных километров. Территория района покрыта множеством озер и более чем наполовину заболочена. Помимо самой крупной реки Надым, на территории района протекают реки Правая Хетта и Левая Хетта и другие. Повсеместно распространена многолетняя мерзлота[16].

Рисунок 1- Муниципальное образование Надымский район

Климат Надымского района — субарктический континентальный с продолжительной суровой зимой и достаточно прохладным коротким летом[17]. По его равнинной территории свободно продвигаются как холодные воздушные массы с севера, достигающие южных границ района, так и знойные ветры Средней Азии и Казахстана, проникающие далеко на север. Это приводит к резким и неожиданным перепадам температуры, годовая амплитуда колебаний которой составляет 95 градусов по шкале Цельсия. Средняя температура самого холодного месяца — января — минус 23 с половиной градуса, а самого теплого — июля — около плюс 15-ти, среднегодовая температура — 6 с половиной градуса ниже нуля. Абсолютный минимум — минус 62 градуса, абсолютный максимум — 35 градусов выше нуля[16].

Рисунок 2 - Лесотундра

Надымский район расположен в зонах тундры и лесотундры[16]. Растительность представлена в основном мхами, лишайниками, карликовыми кустарниками и ягодниками — черникой, голубикой, княженикой. Повсеместно встречаются брусника, морошка, на болотах — клюква. В долинах рек произрастают смородина и шиповник. В лесах много грибов.

Притундровые и северотаежные леса на территории района представлены в основном низкополнотными хвойными породами — елью и сосной[16]. Леса перемежаются с большими участками тундры на севере и болотами — на юге. В притундровых лесах преобладают лиственничники, в северотаежных -низкополнотные сосняки. В поймах рек произрастают ель и кедр.

Жесткий климат, а также медленный почвообразующий процесс в условиях вечной мерзлоты определяют бедный породный состав лесов и крайне низкую продуктивность посадок[16]. Так, семена хвойных пород вызревают только при сочетании не менее трех теплых летних периодов.

Растительность лесов, граничащих с тундрой, является важнейшим климатообразующим фактором, который уменьшает влияние холодных арктических масс воздуха на более южные районы страны и препятствует продвижению тундровой зоны к югу. Леса также играют важную роль в развитии оленеводства, так как в зимних условиях выпас оленей в тундре из-за резкого уплотнения снега невозможен. И только в лесу олени могут добывать ягель из-под снега[16].

Из животного мира на территории Надымского района обитают хорошо приспособленные к природным условиям Заполярья северный олень, песец, лемминг, из птиц — белая куропатка и полярная сова. На юге района можно встретить и хозяина русских лесов — бурого медведя. Местную фауну представляют также лось, бурундук, рысь, росомаха, волк, лисы, мыши-полевки. Из пернатых — гуси, лебеди, утки, глухарь, голуби, снегири[16].

В Обской губе (рис. 3) распространены осетровые, в реках — муксун, нельма, щёкур, ряпушка. Летом много комара, мошки, овода[17].

Рисунок 3 - Обская губа

1.2. Требования к факторам жизни

Рисунок 4 - Диаграмма средней температуры и осадков в Надымском районе

Рисунок 5 - Диаграмма облачно, солнечно и дни осадков в Надымском районе

Рисунок 6 - Диаграмма количество осадков в Надымском районе

Рисунок 7 - Диаграмма скорость ветра в Надымском районе

Сильное влияние на формирование климата автономного округа оказывают следующие факторы: значительная протяженность территории автономного округа с севера на юг, малое количество солнечной радиации, большое удаление от теплых воздушных и водных потоков, пологий равнинный рельеф, глубоко врезавшиеся в сушу заливы, многолетняя мерзлота, холодные воды Карского моря, большое количество рек, множество болот[17]. Вся территория автономного округа относится к территории Крайнего Севера, более половины территории находится за Полярным кругом.

Тундровые сообщества развиваются в условиях дефицита тепла, что создает абсолютную, «проникающую» экстремальность среды для всех биологических процессов[17].

Различные адаптации арктических растений и животных (мелкие размеры, поглощающая тепло окраска, опушение, форма тела, приспособление к лучшему использованию микроклимата, активная жизнь под снегом и др.) способствуют лишь несколько более экономному расходованию тепла, помогают избегать действия низких температур, но не могут кардинально изменить общую для всех специфику арктической среды[11]. Этим экстремальность среды заполярных ландшафтов коренным образом отличается от экстремальности аридных территорий, где наряду с общей сухостью влага все же есть, и местами в неограниченном количестве. Поэтому эволюция не бессильна в борьбе с экстремальностью аридного климата, и у животных и растений формируются разнообразные приспособления борьбы за влагу (рытье нор и глубоких вертикальных ходов, запасающие воду ткани, повышенная скорость передвижения, развитие мощной глубоко проникающей корневой системы и т.д.). Иными словами дефицит климатической влаги - гораздо более мощный фактор адаптивной радиации, интенсивности видообразования, чем недостаток тепла[1].

Холод влияет на структуру сообществ в значительной мере опосредованно, в частности через краткость вегетационного периода, малое количество азота, низкое видовое разнообразие флоры и фауны, структуру и динамику грунтов и т.д[1]. Особенно большое значение для тундровых сообществ имеет важнейшая черта климатических режимов Заполярья - их резкие широтные градиенты.

Адаптации растений (особенности флоры)[1]

Отсутствие однолетников (кроме некоторых сорных растений - мокрица), господствуют многолетники

Из цветковых растений господствуют мелкие кустарнички:

а) вечнозеленые: к моменту таяния снегов у них готова система органов ассимиляции (брусника, куропаточья трава);

б) летнезеленые: к моменту таяния снегов имеют систему ветвей, хотя и без листьев (карликовые березы, ивы).

Ксероморфоз листьев: кожистые, плоские или узкие верескового типа из-за физиологической сухости, недостатка воды и азота.

Почти нет растений с клубнями, луковицами, корневищами (геофитов). Если есть, то расположены неглубоко и на непромерзающих склонах речных долин.

Формы растений:

а) шпалерные - тянутся по поверхности почвы, поднимая кверху листья (ива полярная, сетчатая);

б) растения-подушки (крупка, камнеломка);

в) карликовые формы имеют многие виды, которые в обычных условиях достигают больших размеров (ива пушистая -20 см).

Корни растений сосредоточены в поверхностных горизонтах, что связано с низкой температурой почвы и постоянным движением грунтов.

Высокая морозоустойчивость. Цветущая ложечная трава выдерживает -460С, тогда как физиологический стресс наступает при -500С.

Безлесье, так как между испарением воды и поступлением ее в корни деревьев существует разрыв зимой и весной (испарение сильнее на непокрытых снегом растениях, а поступления воды почти нет).

Сроки цветения различных видов растений сближены, так как у них короткий вегетационный период (цветут почти виды сразу).

Цветки яркие, с неглубоким расположением нектарников, открытым венчиком, опыляются часто двукрылыми, шмелями (бобовые). Цветки существуют недолго: морошка 2 суток, так как шансов на опыление насекомыми мало (ветры, заморозки).

Доминирует вегетативное размножение, реже цветки опыляются ветром и насекомыми.

Долголетие тундровых растений позволяет «дождаться» благоприятного сезона для генеративного размножения. Ива арктическая живет 200 лет, багульник 100 лет, береза карликовая 80 лет.

Каротинизация листьев (желтоватый оттенок), так как необходимо отражение избытка ультрафиолетовой радиации.

Слой жизни, объединяющий в сообществе все подземные и надземные ярусы в тундре очень узкий - до 1 м.

Адаптации животных (особенности фауны):[1]

Резко выражены различия в составе летнего и зимнего населения. Зимой в тундре остаются лемминги, некоторые полевки, северный олень, тундровая куропатка. Летом воздействие животных не так сконцентрировано и не так заметно, чем зимой.

У некоторых северных птиц большие размеры кладок, чем у родственных видов южнее. Отмечен также более интенсивный рост птенцом (большой световой день и возможность выкармливания). Летом встречаются гуси, утки, казарки, лебеди, белые куропатки, воробьиные.

Из насекомых преобладают двукрылые: комары, мошки и др. Насекомые и другие беспозвоночные населяют подстилку и верхний торфяной горизонт почвы.

Правило Бергмана: при перемещении от полюсов к экватору размеры теплокровных животных уменьшаются, а холоднокровных - увеличиваются. При укрупнении размеров объем увеличивается быстрее (и теплопродукция), чем поверхность тела. Кроме того, половая зрелость наступает позже, чем на юге, поэтому животные приступают к размножению, достигнув больших размеров, чем южные сородичи.

Правило Аллена: при перемещении от полюсов к экватору у родственных видов происходит увеличение выступающих частей тела (ушей и хвостов). Это связано с уменьшением теплоотдачи через капилляры в ушных раковинах северных видов.

Мало зерноядных птиц, так как непродуктивны растения, дающие семена. Корм для птиц и млекопитаюших - это зеленая масса растений, кора и листья кустарничков, ягоды, лишайники (ягель). Рост их замедлен, поэтому олени оставляют пастбища надолго, совершая миграции.

Миграции: сезонные (гуси), пищевые поперек зоны (олени, лемминги, полярные совы).

Хорошо развит меховой, перьевой покровы, а также подкожный жир у птиц и млекопитающих.

Велика роль леммингов в переработке зеленой массы, а их ходы занимают до 20% площади тундры. Рост их численности повторяется через 3-4 года. Один лемминг за год съедает 50 кг фитомассы.

В тундре нет рептилий и пресмыкающихся.

Приморские адаптации:

- гнездование питающихся рыбой птиц на неприступных для хищников скалах (птичьи базара);

- жизнь ластоногих на льдинах возле прорубей;

- круглогодично активный образ жизни белого медведя в прибрежной зоне или во льдах океана.

Выводы по главе 1

Лесотундра представляет собой промежуточную зону перехода от тундровой к таежной зоне. Находится в пределах субарктического климатического пояса. Средняя температура самого холодного месяца — января — минус 23 с половиной градуса, а самого теплого — июля — около плюс 15-ти, среднегодовая температура — 6 с половиной градуса ниже нуля.

Основные факторы влияющие на формирование климата: значительная протяженность территории автономного округа с севера на юг, малое количество солнечной радиации, большое удаление от теплых воздушных и водных потоков, пологий равнинный рельеф, глубоко врезавшиеся в сушу заливы, многолетняя мерзлота, холодные воды Карского моря, большое количество рек, множество болот.

Глава 2 Роль водорода в природе и для социума

2.1 Значение водорода для человека

Являясь самым распространённым элементом Вселенной (мезжвёздный газ - почти исключительно состоит из него) ВОДОРОД почти так же мало известен широкой публике как и вода - его свойства и польза для человека так же малоизучены, точнее малоизвестны[5].

А между тем водород - это практически самый главный элемент в питании человека. Оказалось что и сама глюкоза - это во основном шаг к расщеплению атома водорода в ней. Состоя из одного протона и электрона, атом водорода является элементарной электрической корпускулой для энергопитания тела, содержащей и позитивный и негативный элементарный электрозаряд[5]. И легче других элементов расщепляется на положительно заряженное ядро-протон и отрицательно заряженный электрон. А они - носители электрического тока - движения энергии жизни.

В процессе приёма пищи мы едим сложные химические соединения, и чем они сложнее, чем больше в них связан водород - тем труднее пищу переваривать, тем тяжелее она для организма, мы чувствуем себя слабее[18]. Мы вынуждены тогда пить много воды, и не только для того, чтобы выводить шлаки - вода на две трети состоит из водорода. Львиная доля остальных химических элементов образует шлаки и отходы, которые организм выделяет с помощью той же воды (пот, кал, моча, выдыхание).

Чтобы рафинировать, утоньчить, сделать более лёгким процесс водородного питания нужны продукты, легко отдающие протоны (атомные ядра) и электроны. Легче всего это делает водород, как уже говорилось. В "лёгких" соединениях он находится в живой, не прошедшей термообработку пище.

Также водород:

Способствует очищению клеток и всего организма в целом;

Водород — мощнейший антиоксидант;

Нетоксичен и безопасен;

Отличное средство по ликвидации токсичных свободных радикалов;

Укрепляет иммунитет;

Ликвидирует воспаления и опухоли;

Предупреждает хронические заболевания;

Обладает регенерирующими свойствами;

Способствует быстрому заживлению ран;

Способствует быстрому восстановлению при физических нагрузках;

Способствует укрепление костей;

Активизирует работу мозга и также улучшает ее;

Обладает противовоспалительным свойством;

Выводит радиацию из организма;

Отличное средство в предупреждении раковых заболеваний и борьбе с раковыми клетками;

Защищает кожу от УФ лучей;

Уменьшает стресс;

Оказывает лечебное действие при ревматизме;

Помогает в усвоении минералов, витаминов, полезных добавок и избавляет от тяжелых металлов;

Поддерживает общий тонус организма, дарит бодрость и энергию;

Помощник в замедлении старения, борьбе с морщинами и восстановлении молодости.

Восстанавливает обмен веществ и ликвидирует целлюлит;

Способствует циркуляции крови;

Помощник в сохранение кожи лица и шеи свежей, в уменьшении количества забитых пор и акне;

Имеет противоаллергенные свойства: лечит кожные заболевания, аллергии, дерматиты, астму;

Помогает растворять и вымывать кислоту твердых отходов и токсинов, накопленных в организме;

Отличное средство от усталости;

Предупреждает инфаркт Миокарда;

Оказывает профилактику и лечение ЖКТ;

Оказывает лечебное действие при запорах и диарее;

Понижает уровень холестерина в организме;

Стабилизирует уровень сахара в крови;

Помогает поддерживать здоровое кровяное давление;

Улучшает функцию печени при циррозе печени и гепатите;

Защищает плод во время беременности и обеспечивает его здоровый рост и развитие.

Молекулярный водород (Н2) — это самый маленький элемент и самая легкая молекула во Вселенной. Его главная работа заключается в следующем:[13]

Молекулярный водород мгновенно превращает токсичные гидроксил-радикалы, находящиеся в организме, в воду. Он легко проникает в клетки и нейтрализует цитотоксические кислородные радикалы, защищая тем самым ДНК, РНК и белки от оксидативного стресса.

Молекулярный водород поддерживает гомеостатический уровень собственных антиоксидантов в организме, вызывает активацию или регулирование дополнительных антиоксидантных энизимов (например, глутатиона, супероксиддисмутазы, каталазы и др.) и /или белков тела, защищающих клетки.

Молекулярный водород является сигнальной молекулой, которая влияет на межклеточную коммуникацию, метаболизм клеток и экспрессию генов. Он обладает противовоспалительным, антиаллергическим и анти-апоптотическим действиями.

Молекулярный водород, благодаря мельчайшим водным кластерам, изменяя электрический заряд в воде, заставляет молекулы воды образовывать небольшие группы, что позволяет легче осуществлять увлажнение организма и транспортировку витаминов и минералов.

Водород является самым маленьким антиоксидантом, поэтому он может проникать в мозг и ткани организма, легко преодолевая физиологический барьер между кровеносной системой и центральной нервной системой[13]. Только водород способен проникать через клеточные мембраны и ликвидировать токсичные радикалы внутри клеток. Поскольку водород является антиоксидантом, то он помогает снизить нагрузку на иммунную систему, способствует сохранению здоровья организма и его способности к быстрому восстановлению.

2.2 Значение водорода для растений, животных природного сообщества

Водород биоэлемент, является структурной единицей органических соединений, участвующих в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности (витамины, гормоны, ферменты, белки, жиры, углеводы). На долю водорода на Земле, включая воду и воздух, приходится около 1% по массе. Водород составляет 6,3% от массы растения, входя в состав всех его клеток и тканей[13].

Водород в соединении с кислородом образует воду. Растения на 70–80% состоят из воды. Совокупность процессов поглощения, усвоения и выделения воды растением называется водным режимом растения. Вода является средой для биохимических реакций, участвует в фотосинтезе, обеспечивает структуру коллоидов цитоплазмы, определяет конформацию и функциональную активность ферментов и структурных белков клеточных мембран и органоидов. Насыщенность клеток водой (тургор) определяет их рост растяжением, придает тканям упругость и ориентирует органы растения в пространстве[18].

Поглощение и передвижение воды в растении происходит под действием присасывающей силы транспирации (испарения) и нагнетающей силы корневого давления в системе почва–растение–атмосфера. Вода, поглощаемая корнями (главным образом в зоне корневых волосков), поступает в сосуды центрального цилиндра и далее в побеги. С током воды транспортируются и растворенные в ней питательные вещества, поглощаемые (ионы минеральных солей) или синтезируемые (аминокислоты, цитокинины и др.) в корнях. Достигнув листовой поверхности, меньшая часть воды расходуется на рост и метаболизм листовых клеток, а большая (до 90%) – выделяется в атмосферу при транспирации и гуттации (выделение листьями растений через водяные устьица – гидатоды, расположенные на краях и кончиках листьев, капелек жидкости под воздействием корневого давления при избытке воды в растении)[5]. Некоторое количество воды образуется самим растением в процессе дыхания. Вода, заполняющая сосуды проводящей системы, представляет единую гидростатическую систему и, обладая большой силой сцепления молекул, может подниматься на высоту более 10 м. Скорость передвижения воды в растениях зависит от внешних факторов (температуры и влажности воздуха, освещенности, влажности и засоленности почвы и т.д.), а также от особенностей самого растения (величины листовой поверхности, протяженности корневой системы). У хвойных она может достигать 0,5–1 см/ч, а у лиственных – более 40 см/ч. В течение суток эти величины меняются, увеличиваясь днем[13].

Биологическое значение водорода для животных определяется тем, что он входит в состав молекул воды и всех важнейших групп природных соединений, в том числе белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов[5]. Примерно 10 % массы живых организмов приходится на водород. Способность водорода образовывать водородную связь играет решающую роль в поддержании пространственной четвертичной структуры белков, а также в осуществлении принципа комплементарности в построении и функциях нуклеиновых кислот (то есть в хранении и реализации генетической информации), вообще в осуществлении «узнавания» на молекулярном уровне. Водород (ион Н+) принимает участие в важнейших динамических процессах и реакциях в организме — в биологическом окислении, обеспечивающим живые клетки энергией, в фотосинтезе у растений, в реакциях биосинтеза, в азотфиксации и бактериальном фотосинтезе, в поддержании кислотно-щелочного равновесия и гомеостаза, в процессах мембранного транспорта. Таким образом, наряду с кислородом (O) и углеродом (C) водород образует структурную и функциональную основы явлений жизни[5].

Вывод по главе 2

Водород важный и значимый элемент, как и для людей так и для растений и животных. Он входит в состав молекул воды и всех важнейших групп природных соединений, в том числе белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов. Примерно 10 % массы живых организмов приходится на водород. Это практически самый главный элемент в питании человека. Состоя из одного протона и электрона, атом водорода является элементарной электрической корпускулой для энергопитания тела, содержащей и позитивный и негативный элементарный электрозаряд.

Глава 3. Круговорот водорода

3.1. Большой геологический круговорот водорода

Рисунок 8 - Большой геологический круговорот водорода

На рисунке 4 представлен большой геологический круговорот водорода, здесь показано откуда берет свое начало водород. Рассмотрим подробно. Основным носителем водорода является естественно гидросфера[10]. В литосфере осадочные породы, составляющие немногим более 10 % массы сферы, содержат почти половину общего водорода литосферы, причем только 1/10 часть его связана с углеродом в органические соединения, а остальной водород входит в состав минеральной части[10]. Биосфера содержит три миллионных части водорода осадочных пород, а атмосфера с ее парами воды содержит водорода в сто миллионов раз меньше, чем гидросфера. Это сопоставление показывает, что осадочные породы являются своеобразной «перевалочной базой» в круговороте водорода в земной коре: водород, заимствованный у гидросферы в седиментогенезе, становится составной частью литосферы, накапливается в ней, чтобы затем в катагенезе, метаморфизме или магмообразовании вновь вернуться в гидросферу в виде гидротерм или интертеллуричесних флюидов[10].

Заканчивая рассмотрение распределения водорода по геосферам, следует еще раз обратить внимание на ту особую роль, которую играют осадочные породы в распределении водорода в литосфере. Этот вывод о концентрации водорода в осадочных породах чрезвычайно важен при обсуждении вопросов генерации свободного водорода в осадочных толщах земной коры. В. И. Вернадский считал выделение свободного водорода редким явлением природы, но по мере развития геологических работ и совершенствования методов газового анализа участились случаи обнаружения примеси водорода в природных газах[10]. Свободный водород обнаруживается в газах и водах нефтяных и угольных месторождений, в газах, выделяемых породами магматического генезиса и метаморфизованными породами, в рудничных газах, а также установлен в газах и водах осадочных толщ. Приведем описание типичных случаев проявления свободного водорода в ассоциации с осадочными породами.

В составе газов горных пород нефтегазоносных площадей водород в виде примеси является обычным компонентом[10]. Обстоятельное знакомство с описанием проявлений свободного водорода в породах нефтегазоносных районов наталкивает на тот же вывод, который сделан ранее при обсуждении проявления водорода в угленосных отложениях: водород более характерен для газов вмещающих пород и менее свойствен газам пласта-коллектора. Более того, по мере приближения к нефтегазоносному пласту падает содержание водорода в газах; свободный водород присутствует в пластовых водах на некотором удалении от залежи. В. А. Соколов (1971) отмечает и вторую закономерность: имеется явная тенденция увеличения количества водорода в газах, приуроченных к более древним отложениям (вне связи с нефтенасыщенностью пород)[10]. Указанные закономерности не позволяют считать нефть или горючий газ донорами водорода и связывать его присутствие в газах с процессами метаморфизма нефти или углеводородных газов. Скорее наоборот, нефть выступает в качестве акцептора водорода, мобилизуя его из прилежащих пород.

Хотя водорода очень много на нашей планете, но в чистом виде его найти нелегко. Немного можно обнаружить при извержении вулканов, во время добычи нефти и в месте разложения органических веществ[15].

Каждый год в водоемах и почве разлагается колоссальное количество (миллиарды тонн) остатков растений и это разложение выплескивает в атмосферу огромную массу водорода. Так же он выделяется при любом брожении, вызываемом бактериями, сжигании и наравне с кислородом участвует в круговороте воды[15].

3.2. Биологический круговорот водорода

Рисунок 9 - Связь геологического круговорота водорода с биологическим.

На рисунке 5 мы можем подробно рассмотреть как взаимодействуют друг с другом геологический и биологический круговороты водорода. Рассмотрим подробно биологический круговорот водорода, откуда берется водород.

Многие виды брожения, вызываемые бактериями, сопровождаются выде­лением газа, содержащего водород. Это касается брожения целлюлозы и пектина, маслянокислого, ацетоно-бутилового, молочнокислого (гетеро-ферментативного), муравьинокислого и др.

При сбраживании бактериями самых различных веществ (углеводы, органические кислоты, спирты, аминокислоты, белки и т.п.) выделяется газ, содержащий водород. Углеводы разлагаются с образованием муравьиной кислоты, которая в дальнейшем дает водород[7].

Микробиологическое образование молекулярного водорода в природе связано с деятельностью только бактерий. Грибы, разлагая органическое вещество, как правило, его не образуют. При анализе газа, выделяющегося со дна озер, прудов и рек, обнаруживается относительно невысокое содержание водорода, обычно не более 3%. Это объясняется тем, что, во-первых, некоторое количество водорода окисляется до воды водородными бактериями, обитающими в иле. Во-вторых, часть водорода восстанавливает СО2, и в результате жизнедеятельности метанообразующих бактерий получается метан[9].

Бактерии, окисляющие водород. К собственно водородным относятся бактерии, способные расти на питательной среде, не содержащей органи­ческих веществ. Они окисляют водород и за счет образующейся при этом энергии усваивают углекислоту как источник углерода[7].

3.3. Экологические проблемы

Водород в природе находится весь в связанном состоянии, т. е. в виде химических соединений. Формулы основных соединений водорода встречающихся в природе: Н2О вода, СН4 метан, другие углеводороды СХНХ, H2S сероводород, NH3 аммиак[6]. Соединение кислорода и водорода - вода является основой жизни. Сероводород - это газ, который выделяется из недр Земли, кроме этого заводские трубы выбрасывают его в атмосферу в больших количествах. Он же соединяясь с водяными парами, вызывает кислотные дожди, которые уничтожают зелёные растения. Аммиак и метан так же вредны для здоровья человека. Но в тоже время метан, по сравнению с другими видами топлива, является более безвредным в экологическом отношении[6].

Чистый водород получается химическим путём. Он горит с выделением большого количества тепла. Водород "топливо будущего" т. к. является экологически чистым, при его сгорании образуются водяные пары не отравляющие атмосферу[9].

Рассматривается влияние водородного топлива на окружающую среду в циклах его образования и сгорания. Средства массовой информации изображают водород как экологически чистое топливо, потому что его сгорание приводит к образованию безвредной воды. Однако сначала должен быть получен водород[9]. Влияние генерации водорода на окружающую среду зависит от производственного процесса и связанных с ним побочных продуктов. Водород, доступный на рынке в настоящее время, в основном генерируется с помощью паровой конверсии природного газа, который является ископаемым топливом. Побочным продуктом природного газа является CO2 (парниковый газ), выбросы которого приводят к глобальному потеплению и изменению климата[9]. Следовательно, водород, образующийся из ископаемого топлива, способствует глобальному потеплению в той же степени, что и прямое сжигание ископаемого топлива. С другой стороны, водород, полученный из возобновляемой энергии, такой как солнечная энергия, является экологически чистым во время циклов производства и сжигания. Следовательно, внедрение водородной экономики должно сопровождаться разработкой водорода, который является экологически чистым.

Выводы по главе 3

Хотя водорода очень много на нашей планете, но в чистом виде его найти нелегко. Немного можно обнаружить при извержении вулканов, во время добычи нефти и в месте разложения органических веществ. Каждый год в водоемах и почве разлагается колоссальное количество (миллиарды тонн) остатков растений и это разложение выплескивает в атмосферу огромную массу водорода. Так же он выделяется при любом брожении, вызываемом бактериями, сжигании и наравне с кислородом участвует в круговороте воды.

Водород экологически чистое топливо, потому что его сгорание приводит к образованию безвредной воды. Однако сначала должен быть получен водород. Влияние генерации водорода на окружающую среду зависит от производственного процесса и связанных с ним побочных продуктов. Еще ряд причин почему водородное топливо до сих пор не внедрили в использование:

Практически полностью отсутствует инфраструктура водородных заправок, каждая из которых обходится примерно в 10 раз дороже традиционной (из-за дорогого оборудования).

Повышенная опасность хранения водорода, связанная с его повышенной летучестью и легкостью воспламенения.

Самая высокая из всех веществ летучесть водорода приводит к трудности его хранения: пары жидкого водорода проникают через мельчайшие зазоры. Так, специальный автомобильный бак, наполненный жидким водородом, за десять дней из-за испарения теряет половину объема.

Стоимость водородного топлива в несколько раз выше стоимости бензина и соляры, и требует значительного количества электроэнергии для его производства.

Заключение

При выполнении работы было теоретически описано сообщество лесотундра, определены требования к фактором жизни. Рассмотрены геологический и биологический круговороты водорода, а также значение водорода для человека, растений и животных.

Лесотундра - это промежуточная зона перехода от тундровой к таежной зоне. Находится в пределах субарктического климатического пояса. Тундра с лесом здесь сливаются воедино. Данная зона сурового климата лежит параллельно южным окраинам тундры. На ней происходит чередование редких лесных участков с тундровыми участками, господством экосистем, в который ведущую роль играют жизненные формы мхов, лишайников, стелющихся или низкорослых кустарников, включая находящиеся с ними в функциональной связи животные организмы.

Экосистемы тундр и лесотундр очень хрупки. Это связано с малым количеством вещества и энергии, вовлекаемых в круговорот, отсюда нарушение функций даже при слабых антропогенных воздействиях, низкая сопротивляемость, низкие восстановительные способности. Освоение Севера приводит к физическим деформациям, химическому и тепловому загрязнению экосистем, гибели видов и сообществ.

Почвы тундры малоустойчивы и легко ранимы, они нарушаются главным образом в результате антропогенных воздействий (например, от движения гусеничного транспорта, который повреждает дерновину), что приводит к деградации ландшафтов, к образованию оврагов, к снижению качества оленьих пастбищ.

Также нами было рассмотрено значение водорода для человека, растений и животных. Мы выяснили как важен данный элемент для живых организмов. Он входит в состав молекул воды и всех важнейших групп природных соединений, в том числе белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов. Примерно 10 % массы живых организмов приходится на водород.

Рассмотрели большой геологический и биологический круговороты водорода. Выяснили откуда берется водород. Каждый год в водоемах и почве разлагается колоссальное количество (миллиарды тонн) остатков растений и это разложение выплескивает в атмосферу огромную массу водорода. Так же он выделяется при любом брожении, вызываемом бактериями, сжигании и наравне с кислородом участвует в круговороте воды.

Список литературы

Алехин В.В., Кудряшов Л.В., Говорухин В.С. География растений с основами ботаники. - М.: Учпедгиз, 1961. - 287 с.

Алпатьев А.М. и др. Физическая география СССР (азиатская часть). Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Высш. школа, 1976. - 360 с.

Аршинова М.А., Ковалева Т.А., Власова Т.В. Физическая география материков и океанов. М.: Академия, 2008. - 640 с.

Брыксина Н.А., Полищук Ю.М., Булатов В.И. Ландшафтно-космический анализ динамики полей термокарстовых озер в зоне многолетней мерзлоты Западной Сибири. Вестник Томского педагогического университета. Выпуск № 7 / 2012.

Волков В.В. Водород. Его важнейшие соединения с кислородом. Издательство: СПб: Нордмедиздат 36 с; 2006 г

Гельфанд Б. Е.,Попов О. Е.,Чайванов Б. Б. ВОДОРОД параметры горения и взрыва. Москва «Книга по Требованию»

Клямкин С. Н., Тарасов Б. П. Водородная энергетика: достижения и проблемы // Возобновляемые источники энергии. Вып. 5 : 6 Всерос. науч.-молодежная школа, Москва, 2008 г. – М., 2008 – С. 157.

Любушкина С.Г. Общее землеведение : Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. "География" / С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. - М. : Просвещение, 2004. - 288 с.

Мокрушин А. С., Радченко Р. В. ,Тюльпа В. В. Водород в энергетике: учеб. пособие /Изд-во Урал. ун-та, 2014 — 229, с.

Молчанов В. И. Генерация водорода в литогенезе. Новосибирск: Наука, 1981 142 с.

Попов А.И., Трофимов В.Т. (ред.) Природные условия Западной Сибири. М.: Издательство Московского университета, Выпуск 2, 1972. - 226 с.

Попов А.И., Трофимов В.Т. (ред.) Природные условия Западной Сибири. М.: Издательство Московского университета, Выпуск 5, 1975. - 275 с.

Водород - биологическая роль [Электронный ресурс]. -

URL: http://sportklas.ru/view_articles.php?id=40&style=food,minerals

Зона лесотундры [Электронный ресурс]. -

URL: https://karatu.ru/zona-lesotundry/

Круговорот водорода [Электронный ресурс]. -

URL: https://studopedia.su/20_23471_krugovorot-vodoroda.html

Надымский район [Электронный ресурс]. -

URL: http://www.nadymregion.ru/

Об утверждении схемы размещения, использования и охраны охотничьих угодий на территории Ямало-Ненецкого автономного округа

(с изменениями на 30 октября 2020 года)(в ред. постановления Губернатора ЯНАО от 30.10.2020 N 189-ПГ) [Электронный ресурс]. -

URL: http://docs.cntd.ru/document/432879916

Роль водорода в клетках живых организмов [Электронный ресурс]. - URL: https://present5.com/rol-vodoroda-v-kletkax-zhivyx-organizmov/

Экологические проблемы тундры и лесотундры [Электронный ресурс]. - URL: https://bezotxodov.ru/jekologija/jekologicheskie-problemy-tundry

 
Просмотров работы: 11