Н.В. Чибисова, Е.К. Долгань
Экологическая химия Учебное пособие / Калинингр. ун-т. - Калининград, 1998. - 113 с.
4. Химические элементы в биосфере
4.1. Круговорот углерода
Большой (геологический) круговорот углерода
можно представить в виде схемы (рис. 4.1).
Биотический круговорот углерода является
составной частью большого круговорота в связи с жизнедеятельностью организмов.
Углекислота, или СО2, находящаяся в атмосфере (23,5·1011
т) или в растворенном состоянии в воде, служит сырьем для фотосинтеза растений
и переработки углерода в органическое вещество живых существ, т.е. в процессе
фотосинтеза превращается в сахара, затем преобразуется в протеины, липиды и
т.д. Эти вещества служат углеводным питанием животным и наземным растениям,
т.е. поступают в распоряжение консументов разных уровней, а далее - редуцентов.
При дыхании организмов
СО2 возвращается в атмосферу. Определенная часть углерода
накапливается в виде мертвой органики и переходит в ископаемое состояние. Когда
наступает смерть, то сапрофаги и биоредуценты двух типов разлагают и
минерализуют трупы, образуя цепи питания, в конце которых углерод нередко
поступает в круговорот в форме углекислоты («почвенное дыхание»).
Животные-сапрофаги и
сапрофатические микроорганизмы, обитающие в почве, превращают накопившиеся в
ней остатки в новое образование органической материи, более или менее мощный
слой коричневой или черной массы - гумус.
Иногда из-за
недостатка воздуха или высокой кислотности цепь бывает неполной или короткой,
т.е. органические остатки накапливаются в виде торфа, образуя торфяные болота.
В некоторых болотах слой торфа достигает мощности 20 м и более. Здесь и приостанавливается природный (биологический) круговорот. Залежи каменного угля
или торфа - продукт процессов фотосинтеза растений прошлых геологических эпох.
Однако солнечную
энергию, аккумулированную в ископаемом топливе, человек интенсивно высвобождает
при сжигании топлива, при этом СО2 поступает в атмосферу.
Основная масса
углерода биосферы аккумулирована в карбонатных отложениях дна океана
(известняки и кораллы): 1,3·1016 т, кристаллических породах - 1,0·1016
т. В 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.
Однако в настоящее время человек интенсивно замыкает на себя круговорот
веществ, в том числе и углерода.
Так, например,
подсчитано, что суммарная биомасса всех домашних животных уже превышает
биомассу всех диких наземных животных. Площади культурных растений приближаются
к площади естественных биогеоценозов, и многие культурные растения экосистемы
по своей продуктивности значительно превосходят природные.
С другой стороны,
поступление диоксида углерода в атмосферу в результате сжигания энергоносителей
ведет к глобальным нарушениям в биосфере - нарушению теплового баланса. За
последнее столетие содержание СО2 увеличилось на 10%, причем
основной прирост произошел в последние десятилетия.
В атмосфере задерживается около половины всего «антропогенного» СО2,
остальное поглощается Мировым океаном. Считается, что экосистемы (наземные)
ассимилируют около 12% СО2, общее время его переноса - 8 лет.
В пособии Н.М. Кузьменко, Е.А. Стрельцова и А.И. Кумачева «Экология
на уроках химии» отмечается, что еще в 1962 году климатолог и метеоролог М.И.
Будыко предостерегал, что сжигание огромного количества топлива неизбежно
приведет к возрастанию в атмосфере СО2. Так, в 1956 г. содержание СО2 было 0,028%, в 1985 г. - 0,034%, а в 1989 г. составило 0,035%. Следовательно, за 33 года содержание СО2 возросло на 25% от
первоначальной величины.
По прогнозам, к середине XXI века содержание СО2 в
атмосфере удвоится.
Накопление СО2 в атмосфере во всем мире связывается
сейчас с так называемым «парниковым эффектом» (этому способствует также накопление
СН4, СFCl2, N2О). Диоксид углерода не
поглощает видимую и ближнюю УФ-области солнечной радиации, а с другой стороны,
ИК-излучение Земли поглощается СО2 в атмосфере, не пропускается в
космос.
Задерживание тепла вблизи поверхности Земли - процесс очень важный
для поддержания жизни на Земле, иначе средняя температура была бы на 33оС
ниже существующей. Но перспективы быстрого повышения tоС Земли очень
опасны, так как приведут к повышению уровня Мирового океана. Многие
климатологии рассматривают длительную жару 1988 г. в Северном полушарии последствиями «парникового эффекта».
|