Cicluri biogeochimice

1. LECTIA 3 Cicluri biogeochimice

2. CHEMISTRY vs ECOLOGY Gheorghe DUCA, academician President of Academy of Sciences of Moldova

3. Chimie si ecologie Chimie Ştiinţă despre structura substanţelor şi transformările lor Ecologie Ştiinţa care studiază legităţile de interacţiune dintre organismele vii şi mediu

5. Several ecologicalinterdisciplinaryareas • Social ecology; • Ecological health; • Industrial ecology; • Media ecology; • Software ecology and information ecology. • Ecologicalchemistry; • Ecological physics; • Ecological engineering; • ecological economics; • Ecological anthropology;

6. Ciclul materiei de pe Pamânt se desfășoară prin reacțiile chimice, care se afla într-o stare de ECHILIBRUAcestea se studiaza deCHIMIA MEDIULUI

7. Chimia mediului este o ramură a ştiinţei, care se ocupa cu studiul atmosferei, hidrosferei, litosferei şi a relatiilor dintre ele.

8. Relație ATMOSFERĂ-APĂ

9. Diferite acțiuni antropice distrug acest echilibru efemer.De exemplu, dezvoltarea tehnologiei chimice (CHIMIE INDUSTRIALĂ).

11. Uzinele, precum și stațiile de energie atomică elimină substanțe toxice, ce au tendința spre acumulare. În scurt timp mediul ambiant nu se va mai potrivi valorii biologice de habitare.

12. Problema dată trebuie rezolvată. Cu căutarea soluțiilor se ocupă CHIMIA ECOLOGICĂ.

13. Chimia ecologica • Studiaza procesele chimice, fizico-chimice si biochimice, care aduc la formarea compozitiei chimice a mediului ambiant adecvat valorii biologice de abitare

14. CHIMIA ECOLOGICĂ este o ştiinţă foarte largă. CHIMIA VERDE, ca o parte a CHIMIEI ECOLOGICE, are ca scop de a rezolva problema “priorităţilor false” – preferinţa economiei faţa de starea mediului ambiant

15. Ca o parte a CHIMIEI ECOLOGICE, CHIMIA VERDE se ocupă cu: • Prevenirea deseurilor • Proiectarea produselor sau • Analiza în timp real pentru prevenirea poluării, monitorizare şi control • Proiectarea sintezei chimice mai puţin periculoase şi a substanţelor chimice mai sigure • Utilizarea materiei prime regenerabile • Proiectarea produselor si substanţelor chimice care să se degradeze dupa utilizare • Creşterea eficienţei energetice a proceselor tehnologice

18. CICLURI BIOGEOCHIMICE • Apariţia vieţii pe Pămînt. Biosfera. • Ciclurile de oxigen, carbon, azot, fosfor, sulf, de apăşi energie.

19. BIOGEOCHIMÍE Ramurăageochimieicarestudiazăcompoziţiachimicăabiosferei

20. Geneza Universului • Astronomii cred ca totul (Universul) a aparut în urma cu 15 miliarde de ani cu formarea particulelor, care se agitau cu viteze apropiate luminii ,intr-o mare masă de materie concentrata intr-un spațiu relativ redus. În urma presiunii si temperaturii uriașe a aparut fenomenul de fuziune nucleara.Particulele (protoni si neutroni) au fost „obligate” sa se uneasca , formand nuclee.Apoi s-au format atomii. Dupa sute de milioane de ani s-au format galaxiile.

22. Geneza Universului • Teoria Big Bang-ului a fost elaborata in baza analizei spectrale a luminii emisa de galaxii. Efectul spre rosu al galaxiilor care se departeaza de noi este numit efect Dopler Cristian (matematic austriac). Cu ajutorul acestuia putem afla distantele între acestea precum si daca se apropie sau se departează de noi. • Daca expansiunea va continua, Universul, va devenii din ce în ce mai gol, iar spatiul din ce în ce mai rece. Însa daca Universul va începe sa se contracte, galaxiile se vor apropia pâna când vor intra în coliziune si vor fuziona. Totul va fi distrus. Acesta va fi Big Crunch.

23. Sistemului Solar • Sistemul Solar face parte din Galaxia numitã Calea Lactee, o galaxie în formã de spiralã cu un diametru de • 100 000 ani de luminã fațã de o grosime de 1000-2000 ani luminã.

24. Formarea sistemului solar • Formarea sistemului solar a avut loc cu aproximativ 6 miliarde de ani în urmăunei explozii iniţiale, urmată de condensarea substanţei interstelare • În procesul comprimării gravitaţionale, substanţa stratificată pe orbite s-a concentrat determinând formarea planetelor la distanţe diferite de soare • În funcţie de distanţa de soare, compoziţia chimică a planetelor diferă • Apariţia vieţii pe Pămînt este strîns legată de evoluţia planetelor

25. Ilustratie in care se vede discul de gaz din care s-au format planetele (discul protoplanetar), Soarele si cîteva planete deja formate.

26. Organizarea Sistemului Solar propusa in anul 1543 de astronomul polonez Nicolas Copernic (sistem care se numeste si heliocentric, adica cu Soarele in centru) a fost o idee revolutionara pentru timpul sau. Dar sistemul heliocentric propus de Copernic a fost aspru criticat de Biserica Catolica, institutie care, din considerente religioase adoptase sistemul geocentric, adica cel care avea in centrul sau Pamantul. Pentru ca au sustinut si dezvoltat ideea heliocentrica, nu putini invatati au avut de suferit din ordinul Bisericii. Aspecte istorice

27. Sistemul solar

28. Sistemul solar Nume Orbitează Distanţa(mlnkm)Raza(km)Masa(kg) Soarele697000 1.99e30 MercurSoarele 58 2439 3.30e23 VenusSoarele 108 6052 4.87e24 PământulSoarele 149 6378 5.98e24 MarteSoarele 227 3398 6.42e23 JupiterSoarele 778 71492 1.90e27 SaturnSoarele 429 60268 5.69e26 UranusSoarele 2870 25559 8.69e25 NeptunSoarele 4504 24764 1.02e26 Pluton Soarele 5913 1160 1.32e22

29. Structura sistemului solar • Saturn, Uranus, Neptun, Pluton- cele mai îndepărtate planete • Compoziţia chimică: hidrogen, heliu, amoniac, apă, metan, diferiţi oxizi şi hidroxizi • Temperatura pe suprafaţa: 40-55 K • Atmosfera (în afară de Pluton, căruia îi lipseşte atmosfera): heliu şi hidrogen • Jupiter – 790 milioane km de la soare (liquida) Compozitia chimică: hidrogen(90%), heliu(10%) • Temperatura medie pe suprafaţa planetei:400 K • Atmosfera:hidrogen, heliu, presiunea 110 atm. • Marte - 230 milioane km depărtare de Soare • Compozitia chimică:fier, titan, aluminiu, siliciu, sulf. clor • Temperatura medie pe suprafaţa planetei: 200 K • Atmosfera: foarte rarefiată • Venus -“planeta furtunilor”, 110 milioane Km de Soare • Atmosfera: 90% de bioxid de carbon • Norii atmosferici - acid sulfuric sub formă de cristale • Temperatura: 700K (efect de seră) • Mercur - planeta cea mai apropiată de soare -58 de milioane de km • Compoziţia chimică:fier, siliciu, potasiu, sodiu, oxigen • Temperatura medie: 400 K • Atmosfera lipseşte (cratere)

30. Planeta Pământ(Albastră,Terra)văzută de pe Lună

31. Planeta Pământ • Cuvîntul „Pământ”provine din latinescul „pavimentum”, care înseamnă „pavaj”, „drum pietruit”. • Simbolul astrologic şi astronomic al Pământului este reprezentat de o cruce încadrată de un cerc ce reprezintă un meridian şi Ecuatorul (+). O altă varianta aşează crucea deasupra cercului (♁).

32. Planeta Pământ, Structura • Litosfera • Hidrosfera • Atmosfera

33. Suprafața PlaneteiPământ • APĂ – 70,8% • USCAT - 29,2%

35. Compoziţia Chimicăa Pămîntului • 49,13% oxigen26,00% siliciu • 7,45% aluminiu 4,20% fier • 3,25% calciu 2,40% sodiu • 2,35% potasiu 2,35% magneziu • 1,00% hidrogen 0,61% titan • 0,35% carbon0,20% clor

36. Evoluţia Pământului • în Evoluţia Pămîntului se pot distinge două mari etape: • 1. cosmică • Etapa cosmică, cu durata de circa 2 miliarde ani, este etapa în care Pămîntul era constituit dintr-o materie fluidă incandescentă, cu temperatura foarte mare, circa 4000-50000°C, şi care prin răcire treptată a trecut de la faza gazoasă la cea lichidă, apoi la faza lichido-viscoasă şi viscoasă. Din aceasta din urmă a luat naştere scoarţa terestră. • 2. geologică • Etapa geologică sau terestră propriu-zisă începe cu formarea primei scoarţe solide (cu cristalizarea mineralelor şi a rocilor) şi a cărei vîrstă este stabilită în perioada actuală circa 4,6 miliarde ani.

37. Planeta Pământ • Vârsta Terrei numără în prezent 4,6 miliarde de ani (sau46 de anidupă scara geologică Kaldar) • Condensarea vaporilor de apă, ce a dus la formarea oceanului mondial - 4 miliarde de ani în urmă • Particularităţile atmosferei timpurii: lipsa oxigenului liber, radiaţii ionizante şi temperaturi până la 1370 K • Procese abiotice de sinteză, din gaze simple, diverse substanţe chimiceau dus la formarea substanţelor organice cu structuri tot mai complicate

38. Planeta Pământ • Nasterea pe cale chimică a macromoleculelor (coacervate)ce se reproduceau şi transmiteau informaţia “ereditară” a avut loc cu 3,8 miliarde de ani în urmă • Atmosfera era reducătoare şi conţinea CO, CO2, N2, HCl, HF, H2 şi alte gaze. • Oceanul, iniţial avea aciditate sporita datorată dizolvării HCl, HF şi altor gaze vulcanice acide. • Centrul pămîntului ar fi un nucleu metalic, format din fier, în proporţie de 90% şi din nichel, în proporţie de 10%.

39. Planeta Pământ • Evoluţia vieţii biologice a dus la apariţia a unor bacterii care s-au “învăţat” să folosească apa în calitate de donor cu eliminarea oxigenului molecular în mediul extern • Formarea atmosferei aerobe a Pământului a început atunci când toate rezervele de substanţe reducătoare conţinute în apă au fost oxidate, principalul consumator de oxigen fiind ionii Fe2+ • Apariţia stratului de ozon care protejează suprafaţa Pământului de radiaţia solară a determinat ieşirea vieţii pe uscat • Apariţia vegetaţiei a intensificat procesul de fotosinteză şi compoziţia atmosferei a atins un nivel staţionar

40. Biosfera Biosfera a fost definită de englezul Hutchinson G.E. (1970) ca fiind ”spaţiul planetar ocupat de către mediul viu”

42. Biosfera • Biosfera este un înveliş termodinamic cu temperatura de la +50°C până la -50°C • presiunea în jurul unei atmosfere; • Aceste condiţii constituie limita vieţii pentru majoritatea organismelor; • limita superioară a biosferei este la 22 km deasupra nivelului mării; • Înoceane, limita inferioară a vieţii o constituie la adâncimea de 10 km; • în scoarţa terestră dură(litosferă) limita vieţii este determinată de temperatura înaltă şi organismele pătrund pînă la 4-5 km.

44. Ecosfera Ecosfera- sistemul unde se desfăşoară toate fenomenele biologice. Este alcătuit din: • Mediu chimic (litosferă, hidrosferă, atmosferă); • Mediu biologic (organismele vii); • Mediu cosmic (soarele - sursa de energie necesară vieţii) – fotosfera;

45. Cicluri biogeochimice • Circuitul elementelor biogene (carbon, oxigen, azot, sulf) în biosferă – reprezintă trecerea lor din forma minerală în materia vie şi invers, ca urmare a unor transformări chimice şi biologice • Se pot distinge două mari categorii de circuite biogeochimice globale: • circuite gazoase, în care rezervorul principal al elementelor este atmosfera (ex. C, N, O) • circuite sedimentare, în care rezervorul principal al elementelor îl reprezintă litosfera • Timpul caracteristic pentru circuitul biologic al rezervelor de substanţe nutritive din mediul ambiant este de circa 10 ani

47. Ciclul de oxigen • Atmosfera conţine aproximativ 1,21011 t O2 - 21%. • În urma fotosintezei se formează anual 2,31011 t O2 • Aproape toată această cantitate de oxigen este folosită în procesele de respiraţie şi fermentaţie • Cantitatea de oxigen nefolosită se apreciază după masa substanţei organice care se depune în roci

48. Ciclul de oxigen • O altă sursă de oxigen atmosferic o constituie procesul de fotodisocie-re a moleculelor de apă: hν H2O H2 + O2 • În urma fotodisocierii se formează circa 2106 t oxigen pe an

49. Ciclul oxigenului în biosferă Astfel, formarea şi consumarea oxigenului reprezintă practic un ciclu închis între fotosintezăşi distrucţia microbiologică a substanţei organice în biosferă: fotosinteza H2O respiraţie O2 H2O2 cataliza

50. Schema de reducere a oxigenuluiîn apă prin intermediul particulelor reactive