ki i ostali biogeohemijski ciklusi u prirodi.pdf

Trinaesto predavanje

Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 1

CILJEVI PREDAVANJA

Hidrološki ciklus. Oblici energije u prirodi i

zakoni po kojima dolazi dopromena energije.

Fotosinteza i ćelijsko disanje. Prenos energije kroz trofičke

lance. Biogeohemijski ciklusi

ugljenika i azota.

ISHODI PREDAVANJA

Na kraju predavanja studentće biti osposobljen da:

objasni protok materije ienergije na Zemlji,

objasni prenos energijekroz trofičke lance,

objasni kruženje ugljenika, objasni kruženje azota.

Hidrološki ciklus. Oblici energije u prirodi i

zakoni po kojima dolazi dopromena energije.

Fotosinteza i ćelijsko disanje. Prenos energije kroz trofičke

lance. Biogeohemijski ciklusi

ugljenika i azota.

Na kraju predavanja studentće biti osposobljen da:

objasni protok materije ienergije na Zemlji,

objasni prenos energijekroz trofičke lance,

objasni kruženje ugljenika, objasni kruženje azota.


Voda mora i okeana, kopna i atmosfere se pod uticajem Sunca i Zemljine teženalazi u stalnom kruženju.Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 3

Io + Ik = Po + Pkgde su Io i Ik godišnje količine vode koje isparavaju sa površine

Svetskog mora i površine kopna, a Po i Pk godišnja količinapadavina na akvatoriji Svetskog mora i površini celokupnogkopna.

Zahvaljujući kruženju, količina vode na Zemlji se ne smanjuje,pa je voda praktično neiscrpna. Ovo čini vodu drugačijom oddrugih resursa.

Io + Ik = Po + Pkgde su Io i Ik godišnje količine vode koje isparavaju sa površine

Svetskog mora i površine kopna, a Po i Pk godišnja količinapadavina na akvatoriji Svetskog mora i površini celokupnogkopna.

Zahvaljujući kruženju, količina vode na Zemlji se ne smanjuje,pa je voda praktično neiscrpna. Ovo čini vodu drugačijom oddrugih resursa.


Io + Ik = Po + Pk

505 000 km3

72 000 km3577 000 km3


72 000 km3

458 000 km3

119 000 km3

577 000 km3

577 000 km3

Razliku od 47 000 kmRazliku od 47 000 km33 vode (Iovode (Io--Po)Po) odnose vazdušneodnose vazdušne mase odmase odokeana u unutrašnjost kontinenta, pa se od tih padavinaokeana u unutrašnjost kontinenta, pa se od tih padavina

stvaraju resursi površinskih voda.stvaraju resursi površinskih voda.

U neorganskoj materiji,elementi sujednostavno grupisaniu molekule vazduha,vode i minerala.

U organskoj materiji,grupisani su u vrlokompleksne organskemolekule, koji gradećelije, tkiva, organe iceo organizam.

Nivoi organizacije senastavljaju krozpopulacije, vrste,ekosisteme dobiosfere.

U neorganskoj materiji,elementi sujednostavno grupisaniu molekule vazduha,vode i minerala.

U organskoj materiji,grupisani su u vrlokompleksne organskemolekule, koji gradećelije, tkiva, organe iceo organizam.

Nivoi organizacije senastavljaju krozpopulacije, vrste,ekosisteme dobiosfere.


Univerzum je sačinjen iz materije i energije. Materija je sve ono što zaposeda prostor i ima masu. Svetlost, toplota, kretanje i elektricitet nemaju

masu i ne zauzimaju prostor. Energija utiče na materiju, prouzrokujući promene

položaja i stanja materije. ENERGIJA JE SPOSOBNOST POKRETANJA

MATERIJE

Univerzum je sačinjen iz materije i energije. Materija je sve ono što zaposeda prostor i ima masu. Svetlost, toplota, kretanje i elektricitet nemaju

masu i ne zauzimaju prostor. Energija utiče na materiju, prouzrokujući promene

položaja i stanja materije. ENERGIJA JE SPOSOBNOST POKRETANJA

MATERIJE


Energija se razlikuje odmaterije po tome štonema masu i nezauzima prostor.

Ima svojstvo da deluje namateriju, pri čemumenja stanje i/ili mestomaterije.

Kinetička E je E u jednomod njenih aktivnihoblika.

Potencijalna E se odnosina sisteme ilimaterijale koji imajupotencijal da oslobodekinetičku E.

Energija se razlikuje odmaterije po tome štonema masu i nezauzima prostor.

Ima svojstvo da deluje namateriju, pri čemumenja stanje i/ili mestomaterije.

Kinetička E je E u jednomod njenih aktivnihoblika.

Potencijalna E se odnosina sisteme ilimaterijale koji imajupotencijal da oslobodekinetičku E.

Hemija životne sredine I (T. Anđelković)8

Toplota je takav oblik E koji se kreće iz nekog sistema ili tela ka drugom ukolikose oni nalaze na različitim temperaturama, pri čemu se E uvek prenosi nahladnije telo.


Prvi zakon termodinamike: E ne može bitistvorena ni uništena, ona može samo menjatisvoj oblik postojanja.

Drugi zakon termodinamike: Sistemi sespontano uvek kreću ka stanju sa većomentropijom.

Entropija se odnosi na stanje neuređenosti.Povećanje entropije, znači povećanje nereda.

Prvi zakon termodinamike: E ne može bitistvorena ni uništena, ona može samo menjatisvoj oblik postojanja.

Drugi zakon termodinamike: Sistemi sespontano uvek kreću ka stanju sa većomentropijom.

Entropija se odnosi na stanje neuređenosti.Povećanje entropije, znači povećanje nereda.


Sistem će spontano ići samo u pravcu povećanja entropije.Kada glukoza, gradivni molekul drva, sagoreva, oslobađa se toplota iatomi prelaze sve više u stanje nereda – to su dva aspekta entropije.Činjenica da drvo spontano gori, ali da se ne može spontano stvoriti jeprimer drugog zakona termodinamike.


Svi organski molekuli imaju visok sadržaj Ep.Neorganski molekuli imaju nizak sadržaj Ep.Stvaranje organskih molekula iz neorganskih podrazumeva

zadržavanje Ep, dok razlaganje organskih molekulapodrazumeva oslobađanje E.

Svi organski molekuli imaju visok sadržaj Ep.Neorganski molekuli imaju nizak sadržaj Ep.Stvaranje organskih molekula iz neorganskih podrazumeva

zadržavanje Ep, dok razlaganje organskih molekulapodrazumeva oslobađanje E.


a) Jednostavan fizički primer zadržavanja i oslobađanja potencijalne E.b) Isti princip zadržavanja i oslobađanja potencijalne E prikazan je u

ekosistemu.


6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2ONiska vrednostpotencijalne E

Visoka vrednostpotencijalne E

Brzina fotosinteze (koja određuje količinu nastale glukoze)proporcionalna je intenzitetu svetlosti.Na svakih 100 cal svetlosne energije, koja padne na list, nastane 2 calšećera. Prema tome, biljke nisu efikasne “mašine” konverzije svetlostiu hemijsku energiju!


Brzina fotosinteze (koja određuje količinu nastale glukoze)proporcionalna je intenzitetu svetlosti.Na svakih 100 cal svetlosne energije, koja padne na list, nastane 2 calšećera. Prema tome, biljke nisu efikasne “mašine” konverzije svetlostiu hemijsku energiju!Glukoza koja je nastala u fotosintezi igra tri uloge u biljci:

- glukoza je gradivni materijal za sve ostale organskemolekule (proteine, ugljene hidrate itd.) koji grade list, cvet, stablo,koren,

- ćelijsko disanje,- skladište energije.

Šećer

Mineralni nutrijentinitrat,fosfat,kalijum

Rast tkiva(produkcija

biomase)

Rezerva(skrob)(ulja)


Ćelijskodisanje

E se oslobađaza rast biljke

Šećer

Kiseonikatmosfera

Rezerva(skrob)(ulja)

Ugljen-dioksid

Bruto primarni produktivitet (gross primary production) predstavljaukupnu količinu fotosintetičke aktivnosti producenata. Izražava sekoličinom organske materije stvorene u jedinici vremena.

Neto primarni produktivitet (net primary production) predstavljaukupnu količinu organske materije koja je u vidu hrane dostupnasledećim trofičkim nivoima.

6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

Niska vrednostpotencijalne E



6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O


FOTOSINTEZA

ĆELIJSKODISANJE




Zemlja jezatvorensistem u

odnosu namateriju

Prematome…

materija sekonstantnoreciklira na

Zemlji


Zemlja jezatvorensistem u

odnosu namateriju

Prematome…

materija sekonstantnoreciklira na

Zemlji

Zemlja je otvorensistem u odnosu

na energiju

Toplota


Zemlja je otvorensistem u odnosu

na energiju

Sunčeva svetlost

Uglavnom otvoren u odnosu na energiju!


Uglavnom zatvoren u odnosu na materiju!


Biosfera 1 Biosfera 2

predstavlja način na koji hemijski elementi kružeod žive ka neživoj prirodi i obrnuto.

Bio – organski svetGeo – neorganski svetHemijskiCiklus – kretanje elemenata i jedinjenja


predstavlja način na koji hemijski elementi kružeod žive ka neživoj prirodi i obrnuto.

Bio – organski svetGeo – neorganski svetHemijskiCiklus – kretanje elemenata i jedinjenja

Materija se ne može ni stvoriti ni uništiti, ona samo menjasvoj oblik postojanja.

U pogledu materije Zemlja je ZATVOREN SISTEM.U pogledu energije Zemlja je OTVOREN SISTEM.REZERVOAR - elementi se zadrže na jednom mestu za dugi

period godina, kada ne učestvuju u procesu kruženja.IZMENJIVAČKI PUL - ukoliko se element zadržava samo neko

izvesno, kratko vreme.REZIDENCIJALNO VREME - vreme koje element provede na

nekom određenom mestu.FLUKS - kretanje elemenata i jedinjenja između rezervoara.

Materija se ne može ni stvoriti ni uništiti, ona samo menjasvoj oblik postojanja.

U pogledu materije Zemlja je ZATVOREN SISTEM.U pogledu energije Zemlja je OTVOREN SISTEM.REZERVOAR - elementi se zadrže na jednom mestu za dugi

period godina, kada ne učestvuju u procesu kruženja.IZMENJIVAČKI PUL - ukoliko se element zadržava samo neko

izvesno, kratko vreme.REZIDENCIJALNO VREME - vreme koje element provede na

nekom određenom mestu.FLUKS - kretanje elemenata i jedinjenja između rezervoara.


Najpoznatiji i najvažniji biogeohemijski ciklusiuključuju ciklus ugljenika, azota, kiseonika,fosfora i vode.

Najpoznatiji i najvažniji biogeohemijski ciklusiuključuju ciklus ugljenika, azota, kiseonika,fosfora i vode.


Predstavlja biogeohemijski ciklus kojim dolazi do kruženjaugljenika između biosfere, geosfere, hidrosfere i atmosfere.

Najvažniji biogeohemijski ciklus za čoveka je ciklus ugljenika, jerje važan za našu egzistenciju:

1. predstavlja glavni hemijski element od koga je izgrađenonaše tkivo,

2. neophodan za biljke, osnovu ljudske ishrane,3. glavni faktor regulacije klime na Zemlji - CO2 i CH4 su glavni

gasovi staklenika, koji regulišu temperaturu na Zemlji.

Predstavlja biogeohemijski ciklus kojim dolazi do kruženjaugljenika između biosfere, geosfere, hidrosfere i atmosfere.

Najvažniji biogeohemijski ciklus za čoveka je ciklus ugljenika, jerje važan za našu egzistenciju:

1. predstavlja glavni hemijski element od koga je izgrađenonaše tkivo,

2. neophodan za biljke, osnovu ljudske ishrane,3. glavni faktor regulacije klime na Zemlji - CO2 i CH4 su glavni

gasovi staklenika, koji regulišu temperaturu na Zemlji.


Ugljenik se na našoj planeti nalazi u sledećimrezervoarima: u biosferi kao organski molekuli živih i uginulih

organizama, u atmosferi kao gas ugljen-dioksid, u zemljištu kao organska materija, u litosferi kao fosilno gorivo i naslage sedimentnih

stena (krečnjak, dolomit), u okeanima kao rastvoreni ugljen-dioksid i kalcijum

karbonat.

Ugljenik se na našoj planeti nalazi u sledećimrezervoarima: u biosferi kao organski molekuli živih i uginulih

organizama, u atmosferi kao gas ugljen-dioksid, u zemljištu kao organska materija, u litosferi kao fosilno gorivo i naslage sedimentnih

stena (krečnjak, dolomit), u okeanima kao rastvoreni ugljen-dioksid i kalcijum

karbonat.


pre 360 miliona godina

360 miliona godinakasnije


CO2, CH4, CFCFiksacija atmosferskog C

fotosintezom irastvaranjem u okeanuna polovima.

Emitovanje C u atmosferurespiracijom,razlaganjem isagorevanjemorganske materije,razlaganjem krečnjaka,isparavanjem izokeana, vulkanskimerupcijama.

CO2, CH4, CFCFiksacija atmosferskog C

fotosintezom irastvaranjem u okeanuna polovima.

Emitovanje C u atmosferurespiracijom,razlaganjem isagorevanjemorganske materije,razlaganjem krečnjaka,isparavanjem izokeana, vulkanskimerupcijama.


Prisutan kaoneorganskiugljenik (HCO3

– iliCO2 (aq)).

Ugljen dioksiddifuzijom prodire uhidrosferu.

Prisutan kaoneorganskiugljenik (HCO3

– iliCO2 (aq)).

Ugljen dioksiddifuzijom prodire uhidrosferu.


CO2(aq) + H2O(l) ↔ H2CO3(aq) ↔ H+(aq) + HCO3

–(aq)

u organskoj formi i neorganskoj formi

karbonatni sedimenti(krečnjak)

organska materijaraspadnuta organska

materijahumusfosilno gorivo (ugalj, ulje,

prirodni gas, bituminozniškriljci)


organska materijaraspadnuta organska

materijahumusfosilno gorivo (ugalj, ulje,

prirodni gas, bituminozniškriljci)

Od industrijske revolucije čovek je uvećao količinuugljen dioksida u atmosferi (oko 30%) i okeanima.

Nivo ugljen dioksida uvećao se sa oko 275 ppm1700.-tih na iznad 365 ppm danas.

Procena: do 2100. g. nivo će porasti na 450 do 600ppm, pri istom trendu porasta.

65% povećanja se pripisuje povećanju potrošnjefosilnih goriva, a preostalih 35% deforestaciji.

Od industrijske revolucije čovek je uvećao količinuugljen dioksida u atmosferi (oko 30%) i okeanima.

Nivo ugljen dioksida uvećao se sa oko 275 ppm1700.-tih na iznad 365 ppm danas.

Procena: do 2100. g. nivo će porasti na 450 do 600ppm, pri istom trendu porasta.

65% povećanja se pripisuje povećanju potrošnjefosilnih goriva, a preostalih 35% deforestaciji.


Glavni rezervoarazota je vazduh.

Organizmi ne koristegasoviti azot.

Organizmi koristemineralni azot(NH4

+, NO3–).

Procesi ciklusaazota:1. Fiksacija azota2. Nitrifikacija3. Denitrifikacija

Glavni rezervoarazota je vazduh.

Organizmi ne koristegasoviti azot.

Organizmi koristemineralni azot(NH4

+, NO3–).

Procesi ciklusaazota:1. Fiksacija azota2. Nitrifikacija3. Denitrifikacija


proces konverzije gasovitogazota u oblike koje mogukoristiti živi organizmi (kaošto su amonijak, nitrati iazot-dioksid).

Fiksacija se odvija na tri načina:- hemijskim procesima u

atmosferi,- proizvodnjom azotnih

đubriva,- biološkim procesom –

BIOLOŠKA FIKSACIJA.

proces konverzije gasovitogazota u oblike koje mogukoristiti živi organizmi (kaošto su amonijak, nitrati iazot-dioksid).

Fiksacija se odvija na tri načina:- hemijskim procesima u

atmosferi,- proizvodnjom azotnih

đubriva,- biološkim procesom –

BIOLOŠKA FIKSACIJA.


N2 → NOx → NO3-

Pri sevanju munja dolazi doreakcije između azota ikiseonika u atmosferi.NOx se rastvara u kišnimkapima i pada na tlo uobliku veoma razblaženeazotne kiseline, pri čemu utlu dolazi do stvaranjanitrata koje biljke daljemogu da koriste.

N2 → NOx → NO3-

Pri sevanju munja dolazi doreakcije između azota ikiseonika u atmosferi.NOx se rastvara u kišnimkapima i pada na tlo uobliku veoma razblaženeazotne kiseline, pri čemu utlu dolazi do stvaranjanitrata koje biljke daljemogu da koriste.


Industrijska proizvodnjaazotnih đubriva.

Haber-Bošov proces:4N2 + 12H2 → 8NH3

Industrijska proizvodnjaazotnih đubriva.

Haber-Bošov proces:4N2 + 12H2 → 8NH3


se vrši uz pomoć slobodnih isimbiotičkih bakterija.

Slobodno živeće bakterije vrsteAZOTBAKTER koje žive slobodno utlu, pretvaraju atmosferski azotdirektno u nitrate.

Simbiotičke azoto fiksirajuće bakterije,kao što su RIZOBIUM bakterije, živeu čvorićima na korenu leguminoza.

se vrši uz pomoć slobodnih isimbiotičkih bakterija.

Slobodno živeće bakterije vrsteAZOTBAKTER koje žive slobodno utlu, pretvaraju atmosferski azotdirektno u nitrate.

Simbiotičke azoto fiksirajuće bakterije,kao što su RIZOBIUM bakterije, živeu čvorićima na korenu leguminoza.


Nitrifikacija je biološka oksidacija amonijaka sa kiseonikom donitrita, uz kasniju oksidaciju nitrita do nitrata.

NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−Nitrosomonas

NO2− + H2O → NO3

− + 2H+ + 2e− Nitrobacter

Amonifikacijaje proces nastanka amonijaka raspadanjem izmurle organske

materije bakterijama koje se zovu razlagači.


Nitrifikacija je biološka oksidacija amonijaka sa kiseonikom donitrita, uz kasniju oksidaciju nitrita do nitrata.

NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−Nitrosomonas

NO2− + H2O → NO3

− + 2H+ + 2e− Nitrobacter

Denitrifikacijaje proces redukcije nitrata nazad u inertan gas azot. To je

suprotan proces fiksaciji azota. Ovaj proces se odvija uzpomoć bakterija Pseudomonas.

38Hemija životne sredine I (T. Anđelković)

Sunce je izvor energije za skoro sveekosisteme na Zemlji.

Tačno Netačno

Sunce je izvor energije za skoro sveekosisteme na Zemlji.

Tačno Netačno


Variranje intenziteta svetlosti ne utiče nastepen fotosinteze u zelenim biljkama.

Tačno Netačno

Variranje intenziteta svetlosti ne utiče nastepen fotosinteze u zelenim biljkama.

Tačno Netačno


Ukupna godišnja količina padavina na akvatorijiSvetskog mora je veća od ukupne količinepadavina na površini celokupnog kopna.

.

Tačno Netačno

Ukupna godišnja količina padavina na akvatorijiSvetskog mora je veća od ukupne količinepadavina na površini celokupnog kopna.

.

Tačno Netačno


Industrijska fiksacija azota je važan deociklusa konverzije azota u iskoristljiveoblike za biljke.

Tačno Netačno

Industrijska fiksacija azota je važan deociklusa konverzije azota u iskoristljiveoblike za biljke.

Tačno Netačno


Ciklus ugljenika je prirodni proces na koji neutiče ljudska aktivnost.

Tačno Netačno

Ciklus ugljenika je prirodni proces na koji neutiče ljudska aktivnost.

Tačno Netačno


Stvaranje organske materije iz neorganskematerije uključuje gubitak potencijalneenergije.

Tačno Netačno

Stvaranje organske materije iz neorganskematerije uključuje gubitak potencijalneenergije.

Tačno Netačno


Rezervoari predstavljaju abiotički faktor, dokizmenjivački pulovi predstavljaju biotičkifaktor.

Tačno Netačno

Rezervoari predstavljaju abiotički faktor, dokizmenjivački pulovi predstavljaju biotičkifaktor.

Tačno Netačno


Fiksacija atmosferskog C se vrši fotosintezom irastvaranjem u okeanu na polovima.

Tačno Netačno

Fiksacija atmosferskog C se vrši fotosintezom irastvaranjem u okeanu na polovima.

Tačno Netačno


Najveći deo porasta CO2 u vezduhu se pripisujepovećanju potrošnje fosilnih goriva.

Tačno Netačno

Najveći deo porasta CO2 u vezduhu se pripisujepovećanju potrošnje fosilnih goriva.

Tačno Netačno


Nitrifikacija je proces stvaranja amonijaka.

Tačno Netačno

Nitrifikacija je proces stvaranja amonijaka.

Tačno Netačno


ki i ostali biogeohemijski ciklusi u prirodi.pdf

Documents