Материал: Роль бореальных и тропических лесов в глобальном круговороте масс углерода и кислорода

Роль бореальных и тропических лесов в глобальном круговороте масс углерода и кислорода

Министерство сельского хозяйства российской федерации

Федеральное государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

Вятская государственная сельскохозяйственная академия

Биологический факультет

Специальность охотоведение

Курсовая работа

Тема: Роль бореальных и тропических лесов в глобальном круговороте масс углерода и кислорода

Киров 2014

Содержание

Введение

.       Характеристика бореальных и тропических лесов

.1     Бореальные леса

1.2   Тропические леса

.       Круговорот химических элементов

.1     Круговорот углерода

2.2    Круговорот кислорода

3.     Роль лесов в круговороте углерода

3.1   Роль бореальных лесов

3.2    Роль тропических лесов

4.     Роль лесов в круговороте кислорода

Выводы

Список литературы

Введение

Существует тесная связь состава земной коры, атмосферы и океана, которая поддерживается процессами циклического массообмена химических элементов.

Одними из наиболее значимых для биосферы, в связи с их огромным количеством и ролью в существовании всего живого на планете, являются глобальные круговороты масс углерода и кислорода.

Углерод и кислород относятся к тем элементам миграция и распределение масс, которых наиболее ярко отражают связь биосферы с глубинными частями планеты. Эти элементы непрерывно выделяются из Земли в виде газов, а их непрерывное поступление балансируется столь же непрерывным удалением из атмосферы.

Именно эти элементы являются одними из основных в образовании живого вещества Земли, они участвуют в построении тканей, так же они участвуют во всех химических процессах происходящих в организмах, именно поэтому существование жизни без них не возможно.

Огромную роль в круговороте этих веществ в биосфере играют бореальные и тропические леса. Их площади занимают знчительную часть нашей планеты и в них постоянно происходят процессы усвоения и выделения назад в атмосферу огромных масс углерода и кислорода, что делает роль их в глобальном круговороте данных химических элементов огромной, и как следствие огромно и их значение для биосферы земли.

1.      Характеристика бореальных и тропических лесов

1.1    Бореальные леса

Бореальные леса - это крупнейшая непрерывная наземная экосистема, покрывающая около 14 % территории суши, пригодной для произрастания растений. Они формируют своего рода «зеленый пояс», охватывающий Северное полушарие полосой разной ширины и проходящий через Россию, Аляску, Канаду и Скандинавию, приблизительно между 45 и 70° северной широты. Эти леса занимают около 1,4 млрд га, или 38 % общей покрытой лесом площади мира. Большая часть (46 %) площади бореальных лесов планеты находится в России (рис. 1). К северу от зоны бореальных лесов расположена безлесная зона тундры. К югу граница перехода не так выражена: там формируется переходная зона, примыкающая к зоне умеренных широколиственных лесов (Устойчивое лесопользование № 3, 2011).

Рисунок 1. Пояс бореальных лесов.

Границы пояса бореальных лесов в Северном полушарии принято увязывать с июльскими изотермами: северная граница - изотерма +13 °С, южная граница - изотерма + 18 °С (www.derev-grad.ru).

Одним из самых важных экологических факторов, определяющих бореальный характер этих лесов, является продолжительное наличие снежного покрова в зимние месяцы, который предохраняет почву от низких температур, тем самым создавая микроклимат, играющий важную роль для выживания многих растений и животных. Тем не менее во многих районах произрастания бореальных лесов почва промерзает, а в ряде районов, преимущественно в Сибири, такие леса растут на вечной мерзлоте. Приблизительно половина площади бореальных лесов по прежнему относится к малонарушенным лесным территориям, которые пока подвергаются незначительному воздействию лесохозяйственных мероприятий и другой антропогенной деятельности (Устойчивое лесопользование № 3, 2011).

Облик бореальных лесов определяют хвойные породы, как в Северной Америке (12 видов, из них 5 видов сосны, 3 - ели, по одному виду пихты, тсуги и туи), так и в Евразии (14 видов, из них 3 - сосны, 4 - пихты, 3 - ели и 4 вида лиственницы). В состав бореальных лесов входят также лиственные породы, в основном береза и осина. В зависимости от степени континентальности климата и антропогенных нарушений преимущество в породном составе получают те или иные древесные породы (www.derev-grad.ru).

В целом, крупнейшие массивы малонарушенных лесов находятся в отдаленных и очень малонаселенных районах Севера, причем чем южнее расположен лесной массив, тем большему антропогенному воздействию он подвергается. Более половины малонарушенных лесов планеты - это бореальные леса России и Канады. К самым интенсивно используемым бореальным лесам относятся леса Скандинавии и западной части России, где старовозрастные леса сохранились лишь на особо охраняемых природных территориях.

Бореальные леса - источник не только древесины, но и ряда важных экосистемных услуг, таких как чистая вода. Более того, они оказывают регулирующее действие на климат планеты, главным образом обеспечивая баланс теплового излучения и играя важную роль в глобальном углеродном цикле (Устойчивое лесопользование № 3, 2011).

1.2    Тропические леса

Тропический лес распространён в тропическом <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BF%D0%BE%D1%8F%D1%81>, экваториальном <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D0%BE%D1%8F%D1%81> и субэкваториальном поясах <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BF%D0%BE%D1%8F%D1%81> между 25° с.ш. и 30° ю. ш. Тропические леса встречаются в широком поясе, окружающем Землю по экватору <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80> и разрываемом только океанaми <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BA%D0%B5%D0%B0%D0%BD> и горами (рис.2) (ru.wikipedia.org).

Их распространение совпадает с областью низкого давления, которая возникает, когда поднимающийся вверх тропический воздух замещается влажным воздухом, приходящим с севера и с юга, и образующим область внутритропической конвергенции.

Рисунок 2. Пояс тропических лесов.

Дождевой лес - это реакция флоры на высокую температуру и обильное увлажнение. В любое время средняя температура должна находиться в пределах между примерно 21°C и 32°C, а годовое количество осадков должно превышать 150 сантиметров. Поскольку солнце находится приблизительно в зените на протяжении всего года, климатические условия находятся в постоянстве, чего нет ни в одной другой природной зоне. Тропический лес часто связан с большими реками, которые уносят избыток дождевой воды. Такие реки встречаются на Южноамериканском островном континенте, на африканском субконтиненте и на субконтиненте Австралии.

Несмотря на постоянное опадание отмерших листьев почвы в дождевом лесу очень тонкие. Условия для разложения столь благоприятны, что гумус не имеет возможности формироваться. Тропический дождь вымывает из почвы глинистые минералы, не давая возможности важным питательным веществам, таким, как нитраты, фосфаты, калий, натрий и кальций, накапливаться в почве, как это имеет место в почвах умеренных широт. В тропических почвах есть только те питательные вещества, которые содержатся в самих разлагающихся растениях.

На базе тропического леса формируется много вариантов, являющихся следствием как климатических различий, так и особенностей окружающей среды.

Галерейный лес встречается там, где лес резко обрывается, как на берегу широкой реки. Здесь ветви и листья формируют густую стену растительности, достигающую земли, чтобы получить выгоду от солнечного света, попадающего со стороны.

Менее пышные муссонные леса существуют на территориях, где есть выраженный сухой сезон. Они распространены по краям материков, где преобладающие ветры в какую-то определённую часть года дуют из сухих местностей, и типичны для полуострова Индостан и части Австралийского субконтинента.

Мангровый лес распространён в участках солёных морских болот вдоль илистых побережий и в устьях рек.

В тропическом лесу нет доминирующих видов деревьев, как в остальных лесных местообитаниях. Это связано с тем, что сезонность отсутствует, и поэтому численность популяции насекомых не колеблется; насекомые, которые кормятся на определённом виде деревьев, всегда в наличии, и уничтожают семена и проростки этого дерева, если они высеялись неподалёку. Поэтому успех в борьбе за существование ждёт только те семена, которые были перенесены на какое-то расстояние от родительского дерева и постоянно существующей на нём популяции насекомых. Таким способом возникает препятствие для формирования зарослей какого-то одного вида деревьев.

Территории тропических лесов заметно увеличились с Эпохи Человека. В прошлом значительную долю в причинении ущерба тропическим лесам занимала сельскохозяйственная деятельность человека. Примитивные общества срубали участок леса и эксплуатировали расчищенные участки под посевы в течение нескольких лет, пока почва не истощалась, вынуждая их переходить на другой участок. На расчищенных площадях первоначальный лес восстанавливался не сразу, и прошло несколько тысяч лет, прежде чем пояс тропических лесов вернулся к какому-то подобию своего естественного состояния (www.sivatherium.narod.ru).

2.      Круговорот химических элементов

2.1 Круговорот углерода

Круговорот углерода - циркуляция углерода в биосфере, один из самых важных биосферных процессов, поскольку углерод составляет основу органических веществ. В круговороте углерода особенно велика роль диоксида углерода (углекислого газа). Биологический цикл углерода в окружающей среде, который В. И. Вернадский называл жизненным, осуществляется при непосредственном участии живых организмов: зеленые растения в процессе фотосинтеза накапливают углерод из воздуха, превращая углекислый газ в сложные углеводороды. Этот восстановительный процесс сопровождается поглощением (накоплением) энергии. В результате дыхания живых организмов происходит обратный процесс - окисление фиксированного в живом веществе углерода в углекислый газ (С0₂), который вновь поступает в атмосферу, и этот процесс идет с выделением энергии. Примерно 2/3 объема углерода атмосферы, ежегодно усваиваемого организмами в процессе фотосинтеза, возвращается обратно в атмосферу редуцентами. На суше значительная доля углерода в форме углекислого газа возвращается в атмосферу микроорганизмами почвы. В большинстве случаев существует баланс между поступлением углерода в подсистему редуцентов и его выделением в виде С02- В тропическом лесуподстилка разлагается быстро и практически полностью, до ее конечных продуктов - воды и двуокиси углерода. В бореальных лесах разложение протекает медленно, и большое количество органических соединений накапливается при неполном разложении органического вещества.

Часть образуемого в процессе фотосинтеза органического вещества в определенных условиях, после гибели растений и живых организмов, преобразуется в ископаемые, обогащенные углеродом, твердые и жидкие органические продукты. Приблизительно 99 % углерода находится в осадочных породах и менее 1 % -в биосфере.

По данным ФАО ООН, за 2000 г. (ECE/TIM/SP/17) запасы углерода в атмосфере составляют 750 Пг (Пг = 10г), в составе растительности суши - 610 Пг, в почве - 1580 Пг, в поверхностных слоях океанов -1500 Пг и в глубинных слоях океанов - 38 000 Пг. Таким образом, объем углерода, содержащегося в растительности суши, сопоставим с объемом углерода во всей атмосфере и составляет приблизительно 40 % количества углерода, имеющегося в поверхностных слоях океанов. В почвах накоплено в 2 раза больше углерода, чем в атмосфере. Количество диоксида углерода в атмосфере над зоной тайги примерно в 3 раза выше, чем над тропическим лесом, т. к. в тропиках активнее идет процесс фотосинтеза. В тропиках в течение года содержание в атмосфере диоксида углерода более или менее стабильно. В тайге в зимнее время его концентрация больше, чем летом, когда активно протекает фотосинтез.

Скорость круговорота углерода в гидросфере существенно выше, чем в атмосфере. Время пребывания углерода в наземной растительности составляет от 10 до 100 лет, а в морской фитомассе - меньше месяца. Это объясняется, в основном, тем, что фитопланктон состоит, главным образом, из одноклеточных организмов, время жизни которых значительно меньше, чем у наземной древесной растительности. Древесина более устойчива к разложению, чем листья. В одном и том же лесу разные виды растений и их различные фракции (листья, ветви, сучья, стволы) разлагаются с различной скоростью. Скорость разложения зависит также от климатических условий. Напр., период полураспада подстилки в северных хвойных лесах составляет 10 лет и более, в южных сосновых - от одного года до нескольких лет, в тропических дождевых лесах - менее года. Объемы ежегодного поглощения и эмиссии углерода, согласно оценкам ФАО Баланс углерода отрицательный (-3,2 Пг /год). Это тот объем углерода, который ежегодно накапливается в атмосфере. Следовательно, средняя концентрация диоксида углерода в атмосфере ежегодно возрастает примерно на 0,5 %. Это обусловлено, в основном, сжиганием ископаемого топлива, разрушением пахотных почв и сведением лесов. В результате сжигания ископаемого топлива каждый год в атмосферу выбрасывается Зх10⁹т углерода. В тропических лесах заключено около 72 % мировых запасов органического углерода, который содержится в древесине и гумусе почв. Сейчас тропические леса вырубают со скоростью 15,4 млн га в год. Кроме того, разложение древесины после рубки леса приводит к дополнительному поступлению диоксида углерода в атмосферу. В результате деятельности почвенных редуцентов выделяется также метан. При проведении рубок выделение метана из лесной почвы возрастает вследствие ее переувлажнения и заболачивания. Метан и диоксид углерода являются главными виновниками парникового эффекта, следствие которого - постепенное глобальное потепление климата.

Лесам принадлежит важнейшая роль в поглощении углекислого газа и в поддержании относительной стабильности газового состава атмосферы. Леса России, площадь которых составляет более 1/5 площади лесов мира, являются огромным резервуаром углерода в виде биомассы живых растений, растительных остатков разной степени разложения, гумуса и торфов. Общий запас углерода, сосредоточенный в органическом веществе лесных экосистем России, составляет около 233 млрд т, в т. ч. 34 млрд т - в фитомассе, 17 млрд т - в отмершей растительной органической массе (морт-массе) и 182 млрд. т. - в гумусе почв. Особенно большие запасы углерода сосредоточены в морт-массе и органическом веществе почв бореальных лесов, расположенных в северных регионах России, где скорость биологического круговорота замедлена. В лесах России отмечается тенденция к увеличению чистой первичной продукции, которая достигает в настоящее время 600 млн. тон в год (www.derev-grad.ru).

2.2    Круговорот кислорода

Круговорот кислорода - циклический процесс образования кислорода и потребления его в ходе дыхания организмов, сжигания топлива и др. химических преобразований. Кислород является продуктом фотосинтеза растений, кроме того, некоторое его количество образуется в верхних слоях атмосферы при диссоциации воды и разрушении озона под действием ультрафиолетового излучения. Часть кислорода расходуется на окислительные процессы в земной коре, при вулканических извержениях и др. На поверхности земной коры также происходит непрерывное связывание свободного кислорода атмосферы при окислении различных минеральных, органических остатков и т. д. В атмосфере содержится примерно 1,2х 10¹⁴ т. кислорода и около 0,6х10¹³ т. растворено в гидросфере. 7 % кислорода на планете находится в свободном состоянии, остальная часть содержится в литосфере в составе различных окислов, сульфатов, карбонатов и других солей, а также в гидросфере в составе воды. Основным источником поступления кислорода в окружающую среду являются процессы фотосинтеза. Зеленые растения биосферы ежегодно выделяют в атмосферу около 4,67х10¹⁷ т. кислорода. Из этого количества 11,3 % производят наземные растения и 88,7 % - водные. В связи с тем, что океан является главным поставщиком кислорода в атмосферу, охрана морских экологических систем играет особую роль в деле сохранения нормальных условий развития биосферы.

В настоящее время поддерживается равновесный круговорот кислорода, хотя в крупных городах с большим количеством транспорта и промышленных предприятий возникают локальные нарушения. Деятельность человека приводит к уменьшению количества кислорода в атмосфере. Ежегодно человеком в процессе сжигания топлива из атмосферы извлекается около 3х10¹⁰ т. кислорода, что составляет 2 % его количества, вырабатываемого за этот период растениями биосферы. Рубки леса также вносят ощутимый вклад в уменьшение поступления кислорода в атмосферу. Обезлесение земель в результате урбанизации и индустриализации ведет к ускорению процессов окисления почв и верхнего слоя коренных пород. Большое развитие получают процессы окисления произведенных человеком металлов и др. промышленных продуктов (www.derev-grad.ru <#"791681.files/image003.gif">