Круговорот углерода

Биосфера, по В. И. Вернадскому, - это "организованная, отчетливо обозначена оболочка земной коры, пронизана жизнью". В течение миллиарда лет существования биосферы организованность создается и сохраняется благодаря деятельности живого вещества - совокупности всех живых организмов. Форма же деятельности живого, его биогеохимическая работа в биосфере состоит в осуществлении необратимых и незамкнутых круговоротов вещества и потоков энергии между основными структурными компонентами биосферной целостности: горными породами, природными водами, воздухом, почвами, растительностью, животными, микроорганизмами. Этот процесс непрерывного круговорота является одним из краеугольных камней в учении о биосфере и называется биогеохимической цикличностью.

Большой биосферный круговорот состоит из связанных между собой процессов - биогеохимических циклов углерода, воды, азота, фосфора, серы, биогенных компонентов - кальция, калия, натрия, железа, бора, цинка, меди и др. Жизненно важное значение для всех организмов имеет круговорот кислорода.

Особенность круговорота углерода состоит в том, что существуют два круговороты этого элемента в биосфере. Один - на суше, другой - в океане.

В тепловом балансе атмосферы и выветривания горных пород главную роль играет двуокись углерода. Он образуется в результате окисления органического вещества и является источником углерода для растений. В окружающей среде двуокись углерода существует в разных формах. В атмосфере содержится 0,03% С02. Двуокись углерода является источником углерода для всех растений, а когда животные питаются растениями, то большая часть органического углерода выдыхаемого как двуокись углерода. Определенная часть органического углерода похоронена под отложениями. Содержание углерода (в молях) в атмосфере 5,4- 10 в; в океане на глубине 0-100 м - 7,4-1016; на глубине 100 м - 3,3-1018; в составе живых сухопутных организмов - 7-10, морских - 8-10. Часть круговорота углерода происходит очень медленно. При соответствующих условиях растительные и животные остатки, накопившиеся на поверхности почвы, при участии сапрофагов, животных и микроорганизмов превращаются в гумус. Скорость разложения гумуса неодинакова и зависит от многих обстоятельств.

Поступления речной воли в океан в течение длительного времени и ее испарение приводит к увеличению в морской воде содержания НСО2 Избыток СО2 выделяется в атмосферу, где двуокись углерода растворяется в дождевой воде. Щелочность и концентрация СО, в чистой воде равна нулю. Когда СО2 растворяется в чистой воде, то увеличивается общее содержание СО2, а щелочность остается без изменений.

Дождевая вода, насыщенная СО2, попадает на сушу, где взаимодействует с известняком и, растворяя его, образует ионы Са 2+ и НС03 ". Впоследствии речная вода возвращается в океан и цикл повторяется. Общим результатом цикла является растворение карбонатных пород на суше и осадки их в море . Концентрация в атмосфере и океане остается одинаковой.

В круговороте углерода является ответвления, которые заканчиваются глубокими тупиками. Одним из них является торфяники. Недостаток кислорода и высокая кислотность препятствуют распада веществ, и углерод "сохраняется" в органической массе торфа, слой которого достигает иногда мощности 20 метров. Еще меньше в углерода шансов на самостоятельное возвращение в круговорот с огромных "кладовых" - мощных залежей каменного угля. В мировых залежах известняка, нефтеносных сланцев и осадочных пород, содержащих углерод, его масса составляет примерно 20 10ь5 тонн. В угле и нефти примерно в 50 раз больше углерода, чем его содержится во всех живых организмах. В биосфере быстро вращается лишь несколько процентов колоссального количества углерода, который находится на поверхности Земли или близко к ней. В водных глубинах и вдали от берега обмен СО, с атмосферой не происходит, углерод не поступает также в виде НСО, - с речными водами Организмы в море, однако, взаимодействуют с карбонатной системой двумя путями. Растения поглощают СО2, синтезируя органическое вещество, в то время как животные поедают органическое вещество, выделяя С02. Поглощение углекислого газа в процессе фотосинтеза ограничивается верхними слоями Мирового океана. Растительный планктон океанов потребляет за год около 40000000000 тонн углерода в виде его двуокиси, растворенного в поверхностных водах. Здесь же растворенный и кислород, который производит фитопланктон. Углерод, который в процессе фотосинтеза трансформируется в органическое вещество сухопутных организмов, рано или поздно возвращается в атмосферу.

Животные могут выделять CO., В морскую воду на всех глубинах. Дыхание животных в глубинных водах, в темноте, увеличивает концентрацию СО ,, в то время как щелочность воды остается неизменной.

Внутренний или внешний скелет многих растений и животных состоит из клеток, то содержащие карбонат кальция. Многие из этих животных обитают в море и, когда погибают, их скелеты попадают на морское дно. Другие растения ии животные живут на дне шельфовой зоны. Таким образом, на мелководье накапливается карбонат кальция. Именно поэтому, когда происходит процесс погружения поверхности, на вершинах вулканов, которые лежат на незначительной глубине в тропических водах, образуются наибольшие скопления отложений карбоната кальция - продукта жизнедеятельности морских растений и животных.

Две огромные системы биосферы, океан и атмосфера, обмениваются двуокисью углерода через поверхность океана. Автономность этих систем нарушают ветер и волны. Количество двуокиси углерода, растворенного в поверхностных слоях океана, находится в равновесии с его концентрацией во всей атмосфере. Полный цикл круговорота углерода в биосфере происходит за 2000 лет.

Человек, вступив в эпоху индустриальной революции, все больше нарушает естественный круговорот карбонатов, интенсивно сжигая ископаемое топливо - уголь и нефть. При существующей интенсивности сжигания топлива содержание СО в атмосфере через 240 лет удвоится. Однако потребление топлива постоянно увеличивается. По последним прогнозам, содержание СЩ2 в атмосфере удвоится уже примерно к 2020

В атмосфере CO, является сильным поглотителем инфракрасной радиации, поэтому вызывает парниковый эффект, в результате чего температура у поверхности Земли неуклонно растет

6.1.16 Круговорот вещества

Живые организмы биогеоценоза является неодинаковыми с точки зрения ассимиляции и передачи вещества и энергии от одного типа к другому. Эта цепь называется пищевым или трофическим. На самом деле существуют не цепочки, атрофические сети различной сложности, какие часто охватывают тысячи организмов. Но схема пищевой цепочки наглядно иллюстрирует две закономерности.

Первая - принадлежность всех организмов к определенному трофического уровня. Трофический уровень - это совокупность организмов, объединенных типом питания. На одну цепочку с светляком мы можем посадить и маленькую тлю, питающийся соком растений и огромного слона, который поедает листья и побеги деревьев. Они прежде всего гетеротрофы, которые питаются органическим веществом, которое образовали растения - автотрофы. В специальной системе понятий растения известны как продуценты. Этот термин подчеркивает их способность создавать органическую массу. А вот ее потребители - это консументы. Тлю и слона роднит не только принадлежность к большому братства потребителей, они консументы первого порядка, исключительно растительноядные животные. Консументы второго порядка - плотоядные животные.

Есть консументы третьего порядка - "хищники хищников". Таков, например, орел, способен напасть и на голубя, и на волка или лису. Некоторые животные могут быть консументами и первого, и второго порядка.

Г второй закономерность - продвижение органического вещества "снизу вверх", вол продуцентов растений - до консументов - животных все более высоких рангов.

Солнечные лучи в химических лабораториях зеленых растений запускают в действие процессы фотосинтеза. Растения синтезируют органическое вещество, которое поедают консументы первого порядка - растительноядные животные. Потери вещества или связанной с ними энергии при переходе на этот уровень составляют в среднем 90 процентов. Они расходуются на поддержание жизнедеятельности животных. Плотоядные съели растительноядных животных - теряется еще 90 процентов энергии. Третье звено получает энергию от второго звена. Последнее звено - это редуценты, то есть организмы, которые "утилизируют" мертвую органическое вещество, способствуя ее разложению и минерализации. К ним относятся бактерии, грибы, животные всех систематических групп, которые питаются экскрементами. Последнее звено замыкает трофическая цепь, делая его бесконечным и обеспечивая тем самым замкнутость круговорота веществ. Трофические отношения - сила, движущая биогенный круговорот веществ в природе, рождает потоки энергии, заключенной в химических соединениях тканей живых организмов. Только на суше ежегодно образуется и разрушается от 10 до 55000000000 тонн органического вещества. Около 90 процентов ее в конечном итоге попадает в атмосферу Земли, а остальные - в совершенно другой форме - возвращается в круговорот или остается в переходном этапе.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >