Круговорот углерода.

В настоящее время количество углерода в атмосфере (в соединении с кислородом) невелико по сравнению с его запасами в литосфере в виде ископаемого топлива. Этот круговорот основан на поступлении углекислого газа в атмосферу и на его потреблении живыми организмами. Поступление С02 в биосферу обусловлено: 1) дыханием живых организмов; 2) выделением при минерализации мертвого органического вещества; 3) сжиганием топлива; 4) выделением из осадочных пород и при извержениях вулканов (рис. 2.5).

Круговорот углерода [19,с. 114(с изменениями)]

Рис. 25. Круговорот углерода [19,с. 114(с изменениями)]

В процессах жизнедеятельности организмов за счет кислорода, поступающего при дыхании, происходит последовательное окисление органических соединений. При этом образуется углекислый газ, который поступает либо в атмосферу, либо в гидросферу.

После завершения жизненного цикла организма (гибели) его ткани подвергаются последовательному разложению редуцентами. В результате этого процесса, происходящего в почвенных горизонтах, также выделяется

со2.

Значительная часть углекислого газа поступает в атмосферу в результате сжигания углеродного топлива на ТЭЦ, в котельных, в двигателях транспортных средств. Общепланетарный расход кислорода на сжигание углеродного топлива составляет почти 17 млрд т в год, при этом в атмосферу поступает около 23,4 млрд т углекислого газа.

Поступления С02 при извержении вулканов и из осадочных пород незначительны и не превышают 0,1%.

Потребление углекислого газа происходит в процессе фотосинтеза, при реакциях с карбонатами океана и при выветривании горных пород. Фотосинтезирующие организмы ежегодно связывают в первичном органическом веществе около 1,5 • 1012 т углерода. При этом, по расчетам М. И. Будыко, весь углекислый газ атмосферы при отсутствии его пополнения был бы исчерпан за 8 лет.

Часть углерода при отсутствии условий для разложения отмерших растений накапливается в виде органических соединений и переходит в ископаемое состояние (торф, каменный и бурый уголь, сланцы, нефть, битумы и газы). Общая масса углерода в ископаемом топливе достигает 1 • 1016 т, разведанные запасы составляют почти 1 • 1013 т. Это свидетельствует о том, что в прошлые геологические эпохи атмосфера Земли была достаточно богата углекислым газом и условия для фотосинтеза были более благоприятными. Низкое содержание С02 и высокая концентрация 02 в атмосфере в настоящее время являются лимитирующими факторами для фотосинтеза.

Кроме того, важнейшими минералами, содержащими углерод, являются карбонаты. Содержание углерода в них оценивается в 9,6 • 1015 т.

Значительную роль в круговороте углерода играют процессы, происходящие в гидросфере, где углекислый газ представлен как в виде разбавленных растворов угольной кислоты, так и главным образом в виде гидрокарбонатов металлов. Многие живые организмы гидросферы, поглощая углекислый кальций, создают свои скелеты, из которых впоследствии образуются донные известковые отложения. При этом часть углерода в составе карбоната кальция остается на дне Мирового океана и пресноводных водоемов в виде осадочных горных пород, а часть — в виде углекислого газа — возвращается вновь в атмосферу. Уменьшение содержания С02 в атмосфере вызывает дегазацию вод гидросферы и соответственно поступление углекислого газа в атмосферу. При повышении содержания С02 в атмосфере наблюдается обратный процесс.

Таким образом, атмосфера, гидросфера и литосфера представляют собой единую динамическую систему, регулирующую распределение углерода между ними. Фотосинтезирующие организмы Земли и карбонатная система гидросферы поддерживают примерно постоянное содержание С02 в атмосфере.

Кроме углекислого газа, в атмосфере присутствуют еще два углеродосодержащих газообразных соединения: оксид углерода СО (1 • 10~7%) и метан СН4 (1,6 • 10 б%).

В естественных природных условиях СО и СН4 образуются при неполном анаэробном (без доступа кислорода) разложении мертвого органического вещества. В эпоху индустриализации поступление СО в атмосферу стало возрастать. На сегодняшний день количество оксида углерода, образующегося в антропогенных установках (ТЭЦ, котельные, двигатели транспортных средств), равно его естественному поступлению.

Для человека СО является смертельным ядом. Существующая средняя концентрация его в атмосфере нс представляет опасности, но в городах его концентрация может быть значительно выше естественной и иногда превышать санитарные нормы. Самоочищение атмосферы от СО происходит в верхних слоях тропосферы, где в основном под воздействием озона СО окисляется до С02. При этом происходит разрушение озона:

Многие ученые-экологи считают, что до наступления индустриальной эры круговорот углерода был сбалансирован. В начале промышленной революции (1650) примерное содержание С02 в атмосфере составляло 0,027—0,029%. В 1958 г. содержание С02 повысилось до 0,0315%, а в 1980 г, — до 0,0335%. К 2003 г. концентрация С02 достигла 0,037%. Если содержание С02 в атмосфере достигнет 0,06%, то среднегодовая температура Земли может повыситься на 1,4—5,8 °С [261. По прогнозам специалистов, это может произойти уже в конце XXI в. и привести к катастрофическим последствиям для нынешней цивилизации.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >