Transcript Slide 1

Elemek biogeokémiai ciklusai
kompartmentek + áramlási sebességek = tápanyagciklusok
Általános jellemzők:
•Sebességük nem egyenletes - tartózkodási idő
•Szoros kapcsolat van az anyag és az energiaáramlás között
•Az emberi tevékenység nagyban befolyásolja a működésüket
•Bioelemek – a ciklus élő szervezeteken keresztül záródik
•kompartmentek vagy raktárak
•fluxusok a kompartmentek között
•transzport mechanizmusok
meteorológiai (légköri gázok, száraz és nedves ülepedés)
geológiai (felületi és felület alatti (drén) áramlások)
biológiai (az élőlények ökoszisztémák közötti mozgása)
a transzportmechanizmusok természetéből következően léptékük lehet helyi és
globális
Ökoszisztéma tápanyag-mérlegek
Kapcsolat (input, output) a globális folyamatok felé – nem zárt rendszer
- egyensúlyi állapot (steady state, klimax társulás..)
- „forrás”
- „nyelő”
A vízforgalom
•
•
•
Hajtóereje a Napból érkező energiaáram – ez befolyásolja a globális
csapadékeloszlást
Fő limitáló tényező nem a csapadék, hanem a talajban rendelkezésre álló
víz mennyisége – ez az összes vízmennyiség 0.01 %-a – gyors a
kicserélődési ideje
Erózió – nem megfelelő tájhasználat
A globális vízciklus. A
feltüntetett mennyiségek
km3/év-ben értendők. A
keretezett mennyiségek a
nagy víz-rezervoárok,
nyilakkal a fluxusok irányát és
mellettük nagyságukat
jelöltük.
Vízforgalom ökoszisztéma szinten
Oxigénciklus
Jelenlegi légkör kialakulása
Urey szint
Pasteur szint
Szárazföldi szint
Ózon
Képződés és bomlás
O2 + hν → O +O
O + O2 → O3
O3 + hν → O + O2
O + O3 → 2 O2
Dinamikus egyensúly,
befolyásolják:
CFC-k, nitrogén-oxidok
A globális szénforgalom
sematizált ábrája. A fő
széntárolók mellett
(keretezett) feltüntettük
a becsült szénmennyiséget is, valamint
a szén fluxusok irányát
és azok becsült
mennyiségét. A számok
pedagramm/év-ben
értendők.
(1pedagramm= 1015 g)
A föld alatti, föld feletti biomassza és a talaj széntartalma
C-forgalom
ökoszisztéma szinten
CO2 fluxusok gyepfelszín
felett
Bugac
Szurdokpüspöki
Az atmoszférikus CO2koncentráció a ’70-es évektől
napjainkig (Mauna Loa,
Hawaii)
A metán
koncentrációjának
emelkedése
1850-től
napjainkig
CO2 szint növekedési előrejelzés
(IPCC 2007)
Nitrogénforgalom
• A nitrogén körforgalmát (légkör-bioszféra) az antropogén tevékenység
(műtrágya, energiafelhasználás) jelentősen befolyásolta, a jövőben ez
a hatás nőni fog
• Az ülepedő nitrogénvegyületek (főleg káros) hatással vannak a bioszférára
• A bioszférából felszabaduló nitrogénvegyületek hatással vannak a légkörre
• A nitrogénvegyületek egy része nedves ülepedéssel kerül a felszínekhez
• Másik része turbulens áramokkal jut a felszínre (száraz ülepedés)
• Kétirányú fluxus esetén (ülepedés-kibocsátás) a „nettó fluxusról” van szó
• A növényzet ammónia kibocsátása (nagy N-bevétel) elsősorban a
gázcserenyílásokon történik, kis nitrogénbevételnél az ammónia
ülepedése dominál
• A talaj jelentős mértékű NO vagy N2O forrás, a körülmények függvényében
• Nagyobb víztartalom esetén (60-80 WFPS) a talaj az ülepedett nitrogénvegyületeknek akár 1/3-át is üvegházgáz formájában juttathatja vissza
A nitrogén globális
körforgása. Az
egységek
teragramm/év-ben
értendők
(1Tg= 1012 g).
N = élelem (14%, 6%); Energia = N
7000
5000
Föld népessége
Mezőg. területek M ha
Műtrágya Tgr
NOx kibocsátás
80
70
60
4000
50
3000
40
30
2000
20
1000
0
1850
10
0
1900
1950
2000
Year
Carl Bosch Fritz Haber
Műtrágya és NOx
Népesség
Mezőg . terület
6000
90
Légkör – felszín közti kicserélődésben szerepet játszó nitrogénvegyületek
(szerepük és légköri tartózkodási idejük igen változó)
GÁZFÁZISBAN
• NH3 (ammónia)

• N2O (dinitrogén-oxid)

• NO (nitrogén-monoxid) 
-----------------------------------------------------• NO2 (nitrogén-dioxid)

• HONO (salétromossav) 
• HNO3 (salétromsav)

• PAN (peroxi-acetil-nitrát) 
AEROSZOL RÉSZECSKÉKBEN, CSAPADÉKBAN
• NH4+ (ammónium)

• NO3- (nitrát)

A nitrogénvegyületek hatása
légkörbioszféra
LÉGKÖR HATÁSA A BIOSZFÉRÁA
• Savasodás („savas esők”, 50% S, 50% N), kritikus terhelés
• Eutrofizáció (tavak, erdők)
• Tápanyag-utánpótlás (erdők)
• Közvetlen hatások, kritikus szint (pl. zuzmó  NH3)
BIOSZFÉRA HATÁSA A LÉGKÖRRE
• Üvegház hatás növekedése (N2O)
• Aeroszol részecskék (légköri optika) (NH3)
• Légköri oxidánsok koncentrációja (NO ózon „prekurzor”)
A különböző nitrogénformák keletkezése (produkciója) a
talaj víztelítettségének függvényében
•
•
•
Kis víztartalomnál jó az oxigén ellátás  nitrifikáció (oxidáció), NO
Közepes-nagy víztartalomnál denitrifikáció, redukció, N2O elillanhat
Telítettség közelében az N2O a talajban marad (viszonylag jól
oldódik vízben) és a redukció az N2-ig végbemegy
biotikus: Azotobacter, Rhizobium sp,
cianobaktériumok
abiotikus: villámlás
Biológiai N-kötés 70%-a szimbiotikus kapcsolatokból, 30 %-a nem
szimbiotikus fixáció
- N2 fixáció → energia a cukrok és egyéb organikus vegyületek oxidációjából
- a szabadon élő bakt.→ a szerves hulladék oxidációjából
- Rhizobium → szimbiózis, cukor
Nitrifikáció 1 NH3→NO2 (Nitrosomonas) 2 NO2→NO3 (Nitrobacter)
(oxidáció, e-akceptor: oxigén)
Denitrifikáció: Anoxiás környezetben a NO2 és NO3 e-akceptorként (oxidáló)
lép fel. NO3→ NO2→ NO →N2a
N2O
talajok dinitrogén-oxid kibocsátása
•N=N=O
•Üvegház hatása kb. 300-szorosa a CO2-nek
•Az összes antropogén üvegház-hatásnak 5-6 %-át teszi ki
•Sztratoszférikus ózon
•Nagyrészt talajeredetű
Az erdőtalajok a légkörből származó N-vegyületek akár 1/3-át is visszabocsáthatják
A foszfor
globális
körforgása. Az
egységek
teragramm/évben értendők
-Kőzetek mállása, a P talajoldatba kerül, felvehetőség:
Ca5(PO4)3 +4H2CO3→ 6Ca2++3HPO42-+4HCO3-+H2O
- szerves vegyületekből:
C-O-P észterkötés enzimatikus bontása, foszfatázok (→PO43-)
savas pH: H2PO4- (mobilis, felvehetőség jobb)
lúgos pH: HPO42- (kevésbé felvehető)
Nagy reakcióképesség (H2PO4- )→ általában kötött formákban (Fe, Al,..)
A kén globális
körforgalma. Az
egységek
teragramm/év-ben
értendők
savas esők
SO2 (antropogén +
vulkáni)→H2SO4
H2S, tengeri
ökoszisztémákban
energiaforrás
DMS→kondenzációs mag,
albedo↑→hűtő hatás
Redukció anaerob környezetben (e-akceptor az
oxigén helyett a szulfát-csoport)
2CH2O + 2H+ + SO42- --> H2S + 2CO2 + 2H2O
Kén alapú anaerob fotoszintézis (a víz helyett a H2S
a hidrogén (elektron) donor a CO2 redukciójához,
bíbor kén-baktériumok)
2H2S + CO2 --> CH2O + 2S + 2H2O
Kemoautotrófia (Thiobacillus, mélytengeri S (H2S)források környezetében)
4H2S + CO2 + O2 --> CH2O + 4S + 3H2O
Egyéb tápanyagok
A növények számára esszenciális kationok: K, Ca, Mg, Mn, Fe
• elsősorban a kőzetek mállásából kerülnek be az életközösségbe.
• mozgásuk főként az ökoszisztémák internális ciklusához kötött, a talajból felvett és az
elhalt szervesanyaggal visszajutott mennyisége sokkal jelentősebb, mint az
ökoszisztémába egyéb folyamat révén bejutó, illetve kimenő mennyiség.
•
kisebb mennyiségre van szükség, de jelentőségük nem elhanyagolható.
Szerepük:
• elsősorban enzimek aktiválásában,
• káliumnak a vízmozgásban, transzspirációban,
• magnéziumnak a klorofill alkotóelemeként,
• kalciumnak pedig a sejtfal szerkezetének és a sejthártya áteresztőképességének
szabályozásában van.
•
káliumtartalom limitáló tényező lehet, mivel könnyen kimosódik a talajbeli vízmozgás
révén.
A kimosódás a legjelentősebb veszteségi útvonal a tápanyagok számára, különösen a
nagy évi csapadékösszeggel bíró, illetve a savas esőkkel terhelt élőhelyeken
jelentős.
Nincs gázállapotú előfordulásuk, de a szél okozta erózió révén – főként a sivatagokból és
a művelt területekről származó – az atmoszférában szálló porral jelentős
mennyiségük jut az óceánba, illetve egyéb ökoszisztémákba.
Klímaváltozás
IPCC 2007
IPCC 2007
Az előadás letölthető
nofi.szie.hu
oktatás
letöltések
mgBSc