Круговорот углерода в природе

При горении угля, оксида углерода(И) и всех органических веществ углерод образует углекислый газ, переходящий в атмосферу. Процессы жизнедеятельности как многоклеточных, так и одноклеточных организмов, включая гниение растительных и животных остатков, также приводят к конечной стадии превращений биоорганических соединений углерода — образованию углекислого газа. Это соединение углерода обладает минимальным запасом энергии. Весь запас свободной энергии выделился в процессе образования С02. Значительная часть образующегося углекислого газа растворяется в водных бассейнах Земли, больше всего, конечно, в океанах.

На протяжении прошедших геологических периодов происходили лишь очень медленные изменения содержания С02 в воздухе. Но все же реальность таких изменений очевидна из факта частичного вывода углерода из круговорота, так как постепенно накапливались не окисленные растительные остатки в виде каменного угля. Отложения углерода в торфе растут и в настоящее время. В XX в. и текущем XXI в. сжигание всех видов топлива достигло таких масштабов, что началось неуклонное повышение содержания С02 в атмосфере. В учебных химических расчетах доля С02 в воздухе все еще принимается равной 0,03%, но фактически она достигает 0,04—0,045%.

Постоянное количество углекислого газа в природе, не затронутой вмешательством цивилизации, поддерживалось работой "зеленых" растений (растения почти все зеленые), которые превращают три компонента — углекислый газ, воду и кванты солнечного излучения — в первичный органический продукт глюкозу. Этот процесс, называемый фотосинтезом, осуществляется в хлорофилловых зернах. При участии хлорофилла с точки зрения термодинамики вместо бесполезного нагревания зеленого листа кванты излучения направленно поглощаются и переводят электроны в возбужденное состояние в определенных химических связях. При последующей перестройке связей поглощенная энергия в потенциальной форме сохраняется в связях С-С и С-Н молекул глюкозы. Это эквивалентно совершению работы. Суммарный процесс образования глюкозы выражается уравнением

6С02(г) + 6Н20(ж) = С6Н1206(р-р) + 602(г), АГС° = 2877 кДж/моль.

Одновременно с переходом углерода в состав богатой энергией глюкозы в атмосферу возвращается затраченный на процессы окисления кислород.

Синтезированная в листьях растений глюкоза служит исходным веществом для всех цепей биосинтеза аминокислот, жиров, азотсодержащих гетероциклических соединений. Кроме органических соединений в этих процессах биосинтеза участвуют неорганические соединения азота и фосфаты. Другая часть образовавшейся глюкозы служит источником энергии и при этом снова превращается в углекислый газ и воду. Для создания энергетических запасов организма часть глюкозы превращается в крахмал, жиры и некоторые другие вещества.

Углерод в атмосферном углекислом газе содержит примесь радиоактивного изотопа ^С, об образовании которого под действием космического излучения сказано выше. Атомы этого изотопа попадают в состав глюкозы и далее участвуют во всех биохимических процессах наряду со стабильными атомами углерода. Таким образом, доля радиоактивного углерода в организме относительно всего углерода такая же, как и в атмосфере. Если биологический материал, как, например, кости, или изделия из биологических материалов (кожа, растительные волокна, древесина) па длительное время изолированы от атмосферы под землей, то за промежуток времени порядка 1000 лег в них обнаруживается падение относительного содержания *б С (^1/2 = 5730 лет). На этом основан так называемый углеродный метод датировки археологических находок. В найденных при раскопках кусках тканей, костях и т.д. с помощью счетчиков регистрируются распады атомов С, и по уменьшению их содержания, не восполнявшегося за счет обмена с атмосферой, вычисляется возраст находки.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >