Круговорот углерода

Тема 6. Круговорот веществ и основные биогеохимические законы В.И. Вернадского

Биогеохимические круговороты отдельных веществ

В круговороте отдельных элементов различают две части: резервный фонд– большая масса медленно движущихся веществ (в основном, небиологическая часть) – и подвижный, или обменный фонд– меньший, но более активный, который быстро обменивается между организмами и окружающей их средой. Иногда резервный фонд называют «недоступным», а обменный – «доступным».

Следует иметь в виду, что циклы с малым объёмом резервного фонда более подвержены воздействию человека. Биогеохимические циклы делятся на два типа: круговороты газообразных веществс резервным фондом в атмосфере и гидросфере и осадочные циклыс резервным фондом в земной коре. Главными биогеохимическими циклами, обеспечивающими жизнь на планете, кроме круговорота воды, являются циркуляции углерода, кислорода, азота, фосфора, серы и других биогенных элементов. Рассмотрим некоторые из них.

Круговороты газообразных веществ.Круговороты газообразных веществ, в которых участвуют, например, углекислый газ, азот, кислород, благодаря наличию крупных атмосферных или океанических (или тех и других) фондов достаточно быстро компенсируют возникающие нарушения. Например, избыток СО₂, обусловленный интенсивным окислением, горением или промышленными выбросами в каком-либо районе, обычно быстро рассеивается с воздушными потоками. Кроме того, излишки СО₂ компенсируются усиленным фотосинтезом и превращением их в гидрокарбонаты в море: СО₂+ Н₂О + СаСО₃ → Са(НСО₃)₂.

Таким образом, круговороты газообразных веществ с большими резервными фондами имеют мощные буферные системы в глобальном масштабе и хорошо приспособлены к изменениям. Однако способность к саморегуляции даже при таком резервном фонде, как атмосфера и океан, конечно, не беспредельна.

Биогеохимические циклы углерода, азота и кислорода наиболее совершенны.Благодаря большим атмосферным резервам, они способны к быстрой саморегуляции. Биогеохимические циклы углерода и азота – примеры круговоротов наиболее важных газообразных биогенных веществ.

5.3. Круговорот углерода

Сейчас запасы углерода в атмосфере в виде СО₂ относительно невелики в сравнении с его запасами в океанах и земной коре (в виде ископаемых топлива). Основная масса углерода биосферы аккумулирована в карбонатных отложениях дна океана (известняки и кораллы): 1,3*10¹⁶ т, кристаллических породах - 1,0*10¹⁶ т, каменном угле и нефти - 3,4*10¹⁵ т. Именно этот углерод принимает участие в медленном геологическом круговороте. Жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживается количеством углерода, содержащегося в растительных (5*10¹¹ т) и животных (5*10⁹ т) тканях.

Циркуляция углерода в биосфере основана на поступлении СО₂ в атмосферу и его потреблении. В круговороте углерода, а точнее – наиболее подвижной его формы – углекислый газ, чётко прослеживается трофическая цепь: продуценты, улавливающие углерод из атмосферы при фотосинтезе, консументы – поглощение углерода вместе с телами продуцентов и консументов низших порядков, редуцентов – возвращающих углерод вновь в круговорот. Скорость оборота углекислого газа составляет порядка 300 лет (полная его замена в атмосфере). Скорость круговорота кислорода – 2 тыс. лет.

Поступление углекислого газа в атмосферув современных условиях происходит в результате: 1) дыхания всех организмов; 2) минерализации органических веществ; 3) выделения по трещинам земной коры из осадочных пород (имеют также биогенное происхождение); 4) выделения из мантии Земли при вулканических извержениях (незначительная часть – до 0,01 %); и 5) сжигания топлива.

Естественными источниками СО₂ также являются извержения вулканов и лесные пожары. Из-за недостатка воздуха или высокой кислотности часть углерода покидает цикл, переходит в ископаемое состояние в виде торфа, залежей каменного угля, нефти (каустобиолиты).

Каустобиолиты (от греч. кaustos - горючий, bios - жизнь, lithos - камень) – твердые горючие ископаемые органического происхождения, представляющие собой продукты преобразования остатков растительных и животных организмов под воздействием физико-химических, биологических и геологических факторов. Термин «каустобиолиты» предложен Г. Потонье в 1888 г.

Потребление углекислого газапроисходит главным образом: 1) в процессе фотосинтеза; 2) в реакциях его с карбонатами в океане; 3) при выветривании горных пород.

Низкое содержание СО₂ и высокие концентрации О₂ в атмосфере сейчас служат лимитирующими факторами для фотосинтеза, а зелёные растения являются регуляторами этих газов.

12 3 Следующая ⇒