Круговорот углерода

Круговороты углекислоты и воды в глобальном масштабе — самые важные для человечества биогеохимические круговороты.

В круговороте СО₂ атмосферный фонд невелик по сравнению с запасами углерода в океанах, ископаемом топливе и других резервуарах земной коры. До наступления индустриальной эры потоки углерода между атмосферой, материками и океанами были сбалансированы. Но в XXв. содержание СО₂ постоянно растет в результате новых техногенных поступлений (сжигание горючих ископаемых, деградация почвенного слоя, сведение лесов и.д.). В 1800 г. в атмосфере Земли содержалось 0,29% С0₂; в 1958 - 0,315%, а к 1980 г. его содержание выросло до 0,335%. Если концентрация СО₂ вдвое превысит доиндустриальный уровень, что может случиться в середине XXI в., то температура поверхности Земли и нижних слоев атмосферы в среднем повысится на 3°С. В результате подъем уровня моря и перераспределение осадков могут погубить сельское хозяйство.

Биологический круговорот углерода достаточно прост; в нем участвуют только органические соединения и С0₂ в процессе фотосинтеза углерод включается в углеводы, а в процессе дыхания весь углерод, содержащийся в органических соединениях, превращается в СО₂. Растения потребляют ежегодно около 100 млрд. т углерода, 30 млрд. т возвращаются в атмосферу в результате дыхания растений. Остальные 70 млрд. т обеспечивают дыхание и продукцию животных, бактерий и грибов в различных трофических цепях. Растения и животные ежегодно пропускают через себя 0,25 - 0,30% углерода, содержащегося в атмосфере и океанах. Весь обменный фонд углерода совершает круговорот каждые 300 - 400 лет.

Кроме СО₂ в атмосфере присутствует в небольших количествах окись углерода — СО (примерно 0,1 части на миллион). Однако в городах с сильным автомобильным движением содержание СО может достигать 100 частей на миллион, что представляет уже угрозу для здоровья человека. Для сравнения можно привести другой пример: курильщик, потребляющий в день пачку сигарет, получает до 400 частей на миллион, что часто является причиной анемии и других сердечно-сосудистых заболеваний.

Другое соединение углерода в атмосфере — метан (СН₄). Его содержание составляет 1,6 частей на миллион. Считается, что метан поддерживает стабильность озонового слоя в атмосфере.

Рисунок 4: Круговорот углерода в биосфере

Круговорот воды

Вода составляет значительную часть живых существ: в теле человека — по весу 60%, а в растительном организме достигает 95%. На круговорот воды на поверхности Земли затрачивается около трети всей поступающей на Землю солнечной энергии. Испарение с водных пространств создает атмосферную влагу. Влага конденсируется в форме облаков, охлаждение облаков вызывает осадки в виде дождя и снега; осадки поглощаются почвой или стекают в моря и океаны.

Для человечества важны фазы круговорота в пределах экоси­стем. Здесь происходят четыре процесса (рисунок 5):

• перехват. Растительность перехватывает часть выпадающей в осадках воды до того, как она достигает почвы. Перехваченная вода испаряется в атмосферу. Величина перехвата в умеренных широтах может достигать 25% общей суммы осадков, это — физическое испарение;

• транспирация — биологическое испарение воды растениями, Это не дождевая вода, а вода, заключенная в растении, т. е. экосистемная. Растения, потребляя около 40% общего количества осадков, играют главную роль в круговороте воды;

Рисунок 5: Круговорот воды в природе

• инфильтрация — просачивание воды в почве. При этом часть инфильтрованной воды задерживается в почве тем сильнее, чем значительнее в ней коллодоидальный комплекс, соответствующий накоплению в почве перегноя;

• сток. В этой фазе круговорота избыток выпавшей с осадками воды стекает в моря и океаны.

Отличие циклов углерода и азота от круговорота воды состоит в том, что в экосистемах два названных элемента накапливаются и связываются, а вода проходит через экосистемы почти без потерь. Биосфера ежегодно использует на формирование биомассы 1% воды, выпавшей в виде осадков.

Круговорот фосфора

Фосфор — один из наиболее важных биогенных компонентов. Он входит в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, систем аккумуляции и переноса энергии, костной ткани и дентина. Круговорот фосфора всецело связан с деятельностью организмов.

Фосфор создает круговорот в наземных системах в качестве важной и необходимой части цитоплазмы. Биоредуценты минерализируют органические соединения фосфора отмерших организмов в фосфаты которые вновь потребляются корнями растений. Громадные запасы фосфора накопились за прошлые геологические эпохи, которые содержат горные породы. В процессе разряжения эти породы отдают наземные фосфаты экосистемам. Некоторое количество фосфатов оказывается вовлеченным в круговорот воды возвращающейся в моря. Здесь они обогащают соленые воды, питают фитопланктон и связанные с ним пищевые цепи. Затем с отмершими останками фосфаты погружаются в морские глубины. Часть их отлагается в пределах достигаемости морских экосистем, используется ими, частичный возврат фосфатов на землю возможен с помощью морских птиц, рыболовства и т.д. Каждый год примерно возвращается 60 тон фосфора.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: