Colonizarea uscatului cu plante

1. EVOLUŢIA CONCENTRAŢIEI DE CO2 DIN ATMOSFERĂ ÎN ULTIMII 500 MILIOANE DE ANI (DE LA APARIŢIA PLANTELOR ÎNCOACE). Colonizarea uscatului cu plante Diversificarea plantelor vasculare RCO2 =raportul concentraţiei de CO2 de atunci, către concentraţia CO2 de acum. Ext. din Devonian Milioane de ani în urmă Ext. din Permian Extincţia din Ordovician Ext. din Triasic Ext. din Cretacic

3. Ciclul carbonului implicat în materia vie

4. Rate de schimb a carbonului in biosfera Felul schimbului în tone/an Oxigen eliberat de plante 230 din care: de păduri 130 de suprafeţe cultivate 45 Bioxid de carbon consumat de biosferă 300 din care: de păduri 170 circa 30 t/ha de suprafeţe cultivate 60 circa 5 t/ha Bioxid de carbon eliminat prin arderi 25 Producţia de deşeuri organice 40 Producţia de biomasă 117 (58.109 t carbon) Prelevări de lemn (1982) 2,5 din care pentru combustibil 1,4 Producţia de combustibili fosili 7,5 din care:cărbune 3,9 petrol 2,6 gaze combustibile 1,0

5. Circuitul global al carbonului Deoarece ieşirile din „sistem" realizate numai prin fotosinteză nu cresc în aceeaşi proporţie cu intrările industriale, se înregistrează în atmosferă, în ultimul secol al mileniului II, o creştere progresivă de CO2 în aer (de la 280 ppm, la începutul secolului, la 375 ppmastăzi) Acest lucru a condus la încălzirea atmosferei şi crearea unor dezechilibre globale în circuitul apei în natură, îndeosebi, topiri ale calotelor glaciare

7. Circuitul azotului Circuitul azotului este mult mai complex decât alcelorlalte elemente biogene analizate până acum; acest ciclu esteinfluenţat de rezerva uriaşă de azot liber din atmosferă.

8. Circuitul azotului Spre deosebire de carbon, atmosfera este foarte bogată în azot (79%) Azotul se prezintă sub formă moleculară (N2) Deasupra fiecărui hectar de pământ sau apă se află 80.000 t azot molecular (considerat practic un gaz inert); există însă foarte puţine organisme capabile să-l utilizeze şi sub această formă (N2) Din punct de vedere biologic, principalul rezervor de azot este alcătuit din azotul mineral, amoniac, nitriţi, nitraţi etc.

10. Circuitul azotului implicat în materia vie

11. Circuitul azotului implicat în materia vie În evoluţia mediului viu, câteva fenomene biologice şi biochimice, în care este implicat azotul, sunt determinante pentru funcţionarea „sistemului biologic“: Fixarea azotului (se efectuează de către bacterii, alge albastre şi anumite ciuperci) Amonificarea (proces de mineralizare a substanţelor organice cu formare de amoniac) Nitrificarea (procesul de transformare a amoniacului în nitraţi) Denitrificarea

16. Ciclul apei in natura Hidrologia este stiinta care se ocupa cu studierea distribuirii apei pe pamant. Ciclu hidrologic este miscarea continua a apei intre pamant si atmosfera. Datorita diferitor influente , apa se evapora atat de pe suprafata pamantului cat si a apei si transpira din celulele vii. Acesti vapori circula prin atmosfera si se precipita sub forma de ploaie si zapada. Atingand suprafata pamantului , apa urmeaza doua cai : o parte determinata de intensitatea ploii , de porozitatea , permeabilitatea , si umiditatea anterioara a solului , se scurge pe suprafata solluli direct in rauri , lacuri si oceane. Cealalta parte se ifiltreaza in sol..

18. Circuitul apei în biosferă Cantităţile de apă reprezintă milioane km3/an

19. Ciclul de apă Biosfera conţine circa 1 350 milioane km3 de apă, din care cea mai mare parte (97%) se află în oceane Apele continentale (fluvii, lacuri, pânze freatice etc.) reprezintă 8,3 milioane km3, adică numai 0,6% din cantitatea totală Restul de apă din biosferă se distribuie astfel: 12 700 km3 este prezentă în atmosferă sub formă de vapori 400 km3 este conţinută în biomasa animalăşi vegetală

21. Ciclul de apă Dinamica ciclului este variabilă în funcţie de sectoarele sale: Statistic, o moleculă de apă staţionează în medie 9 zile în rezervorul atmosferic şi mai multe milenii în rezervorul oceanic şi în calotele glaciare. Totalul evaporaţiei este evaluat la 70 x 1012 m3 / an deasupra continentelor şi 350 x 1012 m3 / an deasupra oceanelor, iar cantitatea totală de precipitaţii 100 x 1012 m3 / an deasupra continentelor şi 320 x 1012 m3 / an deasupra oceanelor.

22. Ciclul de apă Norii sunt mase de apă uneori enorme, chiar dacă nouă ne par "uşori". Ei sunt cel mai mare mijloc de transport de pe Terra, deoarece un singur nor de furtună poate conţine sute de mii de tone de apă! 633 mm de precipitaţii (cât e media anuală pe la noi) pe o suprafaţă de 1 km pătrat înseamnă 633.000.000 litri de apă, adică zeci de mii de vagoane pentru un singur km pătrat. Moldova are 37 000 km pătraţi, deci.23,4mlrd tone apa.

23. Ciclul de apă Formarea norilor necesită, paradoxal, existenţa unei cantităţi de particule solide fine cu rol de nuclee de condensare, adică dacă "poluarea" ar lipsi complet şi aerul ar fi "pur" nu am avea nori!

24. Modificări ale ciclului hidrologic · Defrişări: scade capacitatea de retenţie a apei, creşte eroziunea şi sedimentarea ·  Lacuri aritificiale: cresc evaporarea, sedimentarea şi timpul de rezidenţă a apei, astfel că în aval scad nutrienţii şi suspensiile şi adesea creşte salinitatea; Prizarea de ape de la fund la lacuri adânci dau aval ape reci, anoxice, cu compuşi toxici etc.; uzinarea neregulată produce debite cu mari oscilaţii; · Irigaţiile: Produc sărăturarea solurilor şi apelor subterane în regiuni semiaride şi aride; ·  Dragarea(a sapa fundul apei pentru a extrage material) pentru navigaţie produce mobilizarea sedimentelor şi creşterea concentraţiei unor toxici; · Aducţiuile(canale de transport artificial al apei)interbazinale scad capacitatea de diluţie a râului din care se fac şi îi cresc salinitatea, coboară nivelele freatice şi fac transfer interbazinal de poluanţi;

25. Circuitul apei în plante Apa reprezintă solventul pentru substanţele minerale şi unii compuşi organici solubili şi sub această formă este absorbită prin rădăcini şi condusă prin vasele luminoase (xilem) câtre frunze, unde participă la biosinteza organică O parte din această apă se pierde prin evaporare şi transpiraţie şi reintră în circuitul natural O altă parte coboară împreună cu „elaboratele biosintetizate" şi se depozitează în organe de rezervă, constituind apa înglobată (tuberculi, bulbi, parenchime speciale). Această coborâre se face prin vasele liberiene (floemul).

26. Circuitul apei în plante Prin circulaţia ei în plante, apa asigură următoarele procese: a) Transport ca solvent substanţele minerale câtre frunze; b) Asigură turgescenţa celulelor şi conferă poziţia erectă plantelor ierboase: c) Asigură mediul pentru desfurarea unor reacţii de biosintezăşi de biodegradare a unor substanţe din plante; d) Participă la procesul de creştere a plantelor; e) Contribuie la reglarea temperaturii plantelor. Pentru vaporizarea unui gram de apă în procesul de transpiraţie se consumă o energie echivalentă cu 2257 kJ; f) Participă la procesul de fotosinteză cu protonii şi electronii din procesul de fotoliză a apei.

27. Circuitul apei în plante

28. Ciclul de energie La nivelul planetei au loc transformări energetice de tot felul, însă ele se supun legilor şi principiilor termodinamicii Fiecare fenomen biologic are, neapărat, o componentă energetică Principala sursă energetică a biosferei o constituie soarele Cantitatea totală de energie care intră în atmosferă prin fluxul solar însumează 132020 Kcal sau 54,51020 KJ

29. Fluxul energiei solare în biosferă

30. Distribuţia fluxului energetic

31. Alte tipuri de energie Energia geotermică Energia mareelor Energia cinetică a nivelului Aceste tipuri de energie sunt prezente în bilanţul energetic al biosferei, dar într-o măsură cu totul neglijabilă Ele pot juca un rol important în bilanţul energetic al unor ecosisteme locale, în raport cu fluxul energetic solar

32. Procese cinetice şi fotochimice de transformare a energiei solare Asigurarea cu energie electrică determină nivelul de dezvoltare a societăţii Consum de energie creşte în 2 ori fiecare 10-15 ani Mai mult de 90% din energetica contemporană se bazează pe utilizarea combustibilului natural: petrol, gaz, cărbune Este necesar de a găsi noile surse de energie – ieftine şi ecologic pure

33. Hidrogen – combustibil secolului XXI Avantajele: Înaltă capacitate de energie Tehnologie ecologic pură – oxidarea hidrogenului în orice regim duce la formarea H2O Sursa practic neepuizabilă a materiei prime – apa conţine 10% de hidrogen Energia obţinută se transformă uşor în energia termică

34. Energetica hidrogen-solară Concepţia energiei hidrogen-solare se bazează pe transformarea energiei solare în cea chimică în rezultatul descompunerii H2O hν hidrogen Transport şi păstrarea Fotoliza apei Energie Combustibil apă oxigen oxigen apă Mediul ambiant

35. Descompunerea apei Metode termochimice Utilizarea energiei termice, obţinute din energia solară Electroliza apei Metoda fotochimică – cea mai perspectivă Descompunerea fotochimică a apei este posibilă numai în baza proceselor fotocatalitice

36. Fotocataliza şi fotosensibilizarea La elaborarea sistemelor fotocatalitice artificiale pentru fotoliza apei se folosesc fenomene de fotosensibilizare şi fotocataliză Fotosensibilizarea – modificarea regiunii spectrale de sensibilitate a substanţei date în rezultatul trecerii energiei de la un sensibilizator Fotocataliza - iniţierea sub acţiunea luminii a transformărilor chimice într-un sistem ce conţine substanţa dată şi un fotocatalizator Fotocatalizator – substanţa care sub acţiunea luminii reacţionează cu alte substanţe, iniţiind transformările lor chimice, şi se regenerează după fiecare ciclu de transformări intermediare

37. Fotosinteza H2O + CO2 + hν (CH2O) + O2 În acest proces clorofilă (Clrf) participă ca fotosensibilizator şi fotocatalizator Mai mult de 90% întră în componenţa complecşilor care asigură absorbţia efectivă a luminii (fotosensibilizatori) S S* Energia acestui complex se transmite dimerului clorofilei P (fotocatalizator) S* + P P* P* participă în transferul electronilor de la H2O la nicotinamiddinucleotid fosfatului, NADP+ 2H2O + 4NADP+ + 8hν O2 + 4NADPH Clrf hν

38. Biofotoliza apei (sisteme-model) hν Cloroplast H2O O2 FD H2 F II TE Dehidrogenaza + M MH2 H2 Pt F II – faza a II-a a fotosintezei TE – reţea de transport de electroni FD – ferredoxin (proteină, acceptor de electroni) M – transportor de electroni

39. Sisteme fotocatalitice artificiale de descompunere a apei O direcţia perspectivă – crearea sistemelor fotocatalitice artificiale preconizate pentru descompunerea apei, prin folosirea principiilor de transformare a energiei solare în cea chimică În prezenţa fotocatalizatorului (FK): D + A + hν D+ + A- 4D+ + 2H2O 4D + 4H+ + O2 4A- + 4H2O 4A + 4OH- + 2H2 Procesul sumar de fotodescompunere a apei: 2H2O + 4hν 2H2 + O2 ΔG = 113,4 kkal/mol FK K1 K2 FK, K1, K2

40. Transport de electroni în sisteme moleculare de fotodescompunere a apei Eliminarea catalitică a oxigenului Împărţirea fotocatalitică a sarcinilor Eliminarea catalitică a hidrogenului

41. Cerinţe către substanţe ce pot fi folosite în calitate de fotocalizatori, donori şi acceptori de electroni Fotocatalizatori: Absorbţia intensivă a radiaţiei solare Rezistenţa chimică şi fotochimică Capacitatea de regenerare a formei iniţiale după interacţiune cu donori şi acceptori intermediari Donori şi acceptori: Rezistenţa chimică şi fotochimică Capacitate de a participa în procese catalitice reversibile de eliminare a oxigenului şi hidrogenului din H2O

42. Concluziile Metode propuse până în prezent pentru descompunerea fotolitică a apei nu au fost acceptate pentru aplicare în industrie Este posibilă crearea transformatorilor fotocatalitici pentru modificarea energiei solare în cea chimică prin fotodescompunerea apei cu formarea oxigenului şi hidrogenului