Биогеохимический цикл углерода

Современный глобальный биогеохимический цикл углерода состоит из двух главных циклов. Условно их можно считать биотическим и абиотическим. В первом, биотическом цикле углерода, протекают восстановительные процессы под действием УФ-излучения и растительного хлорофилла. В результате фотосинтеза углекислый газ связывается в первичное органическое вещество — глюкозу. После окисления органического вещества гетеротрофными аэробными организмами снова образуется С02 (рис. 2.5, где hv — УФ-излучение), и цикл можно представить следующим образом:

В основе второго, абиотического цикла, лежат физико-химические процессы взаимодействия С02 атмосферы и природных вод, приводящие к образованию угольной кислоты Н2С03, масса которой более чем в 60 раз превышает массу углекислого газа, находящегося в атмосфере.

Фотосинтез органических веществ и потребление растворенного С02 осуществляются водорослями в поверхностном слое воды, куда проникает солнечный свет. Поэтому между газами приземных слоев атмосферы и поверхностным слоем океана существует подвижное равновесие: океан поддерживает концентрацию углекислого газа на постоянном уровне. Органические вещества также могут разлагаться и без доступа кислорода (анаэробные процессы, протекающие в глубинных слоях и донных отложениях) с образованием метана СН4 и углекислого газа, поэтому концентрация этих газов на глубине выше, чем у поверхности. На больших глубинах образуются залежи метангидрата — гидратированной кристаллической формы метана, которые при повышении температуры могут высвобождать газообразный метан.

Глобальный круговорот углерода и кислорода

Рис. 2.5. Глобальный круговорот углерода и кислорода

(по Д. А. Кривошеину и др., 2000)1

В результате протекания обоих циклов происходит выведение из них части углерода в форме карбонатов и неживого органического вещества. За счет деятельности грибов и бактерий органическая масса отмерших растений, животных и микроорганизмов со временем минерализуется. В аэробных условиях все вещества биологического происхождения частично или полностью окисляются до С02 и Н20. В анаэробных условиях природные биополимеры (белки, жиры, углеводы и другие высокомолекулярные соединения) могут частично трансформироваться в восстановленные углеводороды (нефть, каменный уголь) или разлагаться до метана СН4 (преимущественно) и С02.

Таким образом, метанообразование и метанопотребление также являются важными биохимическими процессами глобального цикла углерода. В анаэробных условиях метан образуется бактериями-метаногенами, а в аэробных потребляется бактериями-метанотрофами. По современным данным, анаэробные бактерии выделяют ежегодно в атмосферу метан в количестве примерно 1 млрд т. Механизм анаэробного сбраживания будет подробно рассмотрен в последующих главах.

Метан и его гомологи, содержащиеся в природном газе, вовлекаются в цикл биохимического превращения метанокисляющими бактериями. Образующийся в анаэробных условиях метан диффундирует в аэробную приповерхностную зону (150—200 м), где больше всего аэробных метано- [1]

трофов, интенсивно окисляющих метан. Меган окисляется метанмоноок- сигеназой, которая способна окислять также гомологи метана (этан С2116, пропан С3Н8 и бутан С4Н10) до спиртов и кислот. Продукты окисления гомологов метана используются другими гетеротрофными организмами[2].

  • [1] Экология и безопасность жизнедеятельности : учеб, пособие / Д. А. Кривошеип [и др.|.М : ЮПИТИ-ДАНА, 2000.
  • [2] 2 Кузнецов Л. Е., Градова Н. Б. Указ. соч.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >