Кругообіг вуглецю

Цей круговорот – один з найважливіших кругообігів речовин в біосфері. Зміни глобального масштабу круговороту вуглецю, викликані антропогенною діяльністю, призводять до несприятливих для біосфери наслідків. З процесом кругообігу вуглецю прямо пов’язані вміст кисню в атмосфері і його кругообіг в біосфері, зміни клімату та погодних умов на земній поверхні і т. д.

Вуглець бере участь у великому і малому круговоротах речовини. Його з’єднання в біосфері постійно виникають, випробовують перетворення і розкладаються. Основний шлях міграції вуглецю – від вуглекислого газу в атмосфері в живе речовина і з живої речовини в атмосферну вуглекислоту. При цьому частина вуглецю виходить з кругообігу, розчиняючись в гідросфері і осідаючи у формі карбонатних порід, а частина залишається в грунті.

У біологічному кругообігу вуглецю виділяють три стадії. На першій стадії зелені рослини поглинають вуглекислий газ з повітря, створюють органічну речовину, головною складовою частиною якого є вуглець. Надалі жовтня, харчуючись рослинами, з містяться в органічній речовині сполук, в тому числі сполук вуглецю, продукують інші сполуки. На кінцевій стадії після відмирання організмів рослинного або тваринного походження їх мертві тканини руйнуються мікроорганізмами, які звільняють вуглець. Він знову потрапляє в атмосферу у формі вуглекислого газу. Крім того, джерелом вуглецю є вуглекислий газ, що надходить в атмосферу при диханні рослин у темний час доби, що виділяється при диханні тварин і людини, а також надходить в атмосферу в результаті вулканічних вивержень і при вивітрюванні гірських порід, що містять вуглець у зв’язаному вигляді.

Частина вуглецю накопичується у вигляді відмерлих органічних речовин і там, де відсутні умови для їх розкладу, тобто у відновних умовах. У цьому випадку органічний вуглець переходить в викопне стан і накопичується у вигляді торфу, нафти і газу і надалі переробляється в кам’яне вугілля та горючі сланці, а при метаморфизме переходить в графіт.

Розглядаючи глобальне перетворення органічного вуглецю та інтенсивне його поховання в болотах, заплавно-старичних умовах, лагунах, манграх, морських басейнах і прісноводних водоймах, треба визнати, що даний процес здійснювався на Землі в період всієї біологічної еволюції біосфери, причому цей процес протягом тривалого геологічного часу протікав з великою інтенсивністю, але з різною швидкістю. У геологічному минулому, коли існувала ландшафтно-кліматична обстановка, благоприятствующая розвитку рослинного покриву, а в атмосфері концентрація вуглекислого газу майже на порядок перевищувала сучасну, надлишок органічного вуглецю захороняются в надрах Землі, утворивши родовища корисних копалин. Загальна маса вуглецю, яка похована у формі горючих корисних копалин, оцінюється більш ніж в 100 000 трлн. т.
Сучасна рослинність, включаючи водорості, щорічно продукує близько 1,5 трлн. Т. вуглецю. Згідно з розрахунками М. І. Будико, весь запас вуглекислого газу в атмосфері, якби він не поновлювався, був би вичерпаний рослинами за вісім років.

Крім біосфери вуглекислий газ продукується відсталими системами, зокрема вулканічними виверженнями. Дуже істотним джерелом і споживачем вуглекислоти виступають водні маси гідросфери. Вуглекислий газ представлений в ній у вигляді розбавлених розчинів вугільної кислоти і головним чином у формі гідрокарбонатів металів. Існує глобальний обмін між атмосферою і гідросферою не тільки енергією, але і речовиною у формі газів. Підвищення концентрації і парціального тиску СO2 в атмосфері, регіональне або сезонне охолодження вод – все це супроводжується негайним збільшенням концентрації вуглекислого газу у воді і розчинів гідрокарбонату кальцію. Необхідні кількості вуглекислоти вилучаються з атмосфери.
Відомо, що багато гідробіонти, поглинаючи вуглекислий кальцій, будують свої скелети, а після смерті формують донні вапняні відкладення, надалі перетворюються в процесі літогенезу в товщі органогенних вапняків. Осідаючи, карбонат кальцію пов’язує частина вуглекислого газу у формі вапняних опадів на дні Світового океану і прісноводних водойм, але при цьому частина вуглекислоти знову повертається в атмосферу.

Між атмосферним вуглекислим газом і вуглекислим газом, розчиненим у Світовому океані, існує рівновага. Зменшення вуглекислого газу в атмосфері неминуче викликає дегазацію вод океану і призводить до вступу вуглекислого газу в атмосферу. В якості порушника рівноважного процесу нерідко виступає температурний фактор.
Постійно діючим фактором поглинання вуглекислого газу з атмосфери, а також газів, розчинених у водному середовищі, виступає фотосинтез в гідросфері. Причому цей процес протікає з відповідним звільненням кисню.

Таким чином, Світовий океан і атмосфера являють собою єдину систему, яка регулює взаємне розподіл діоксиду вуглецю. Ряд дослідників вважають, що в сучасну епоху, незважаючи на підвищення концентрації вуглекислого газу в атмосфері, Світовий океан продовжує ефективно виконувати функцію захоплення і зв’язування надлишкової кількості вуглекислого газу, переводячи його в розчинні бікарбонати і облягаючи у вигляді карбонату кальцію, а також шляхом утворення біомаси живої речовини з карбонатним скелетом.

Кругообіг вуглецю продовжує контролювати вміст кисню в атмосфері. При цьому загальну масу кисню М. І. Будико і А. Б. Ронов оцінюють в 1,2 * 106 млрд. т. загальнопланетарну витрата кисню на спалювання органічного палива складає близько 15 млрд. т щорічно. Це майже на порядок менше, ніж щорічне надходження в атмосферу кисню, звільненого при фотосинтезі (140-200 млрд. т.). Виділяється кисень майже повністю використовується при диханні організмів і мінералізації відмерлої органічної маси, а також частково консервується в літосфері у вигляді оксидів металів і сполук.
На спалювання мінерального палива використовується кисень, вже накопичений атмосферою, і щорічне його зменшення складає приблизно одну десятитисячний частина його маси в атмосфері. Повне спалювання вуглецевого палива зменшує вміст кисню в атмосфері тільки на частки відсотка. Значні зміни маси кисню можуть проявитися за дуже тривалі проміжки часу, що обчислюються мільйонами років. Виходячи з цього вважають, що найбільшу небезпеку для біосфери представляє порушення круговороту вуглецю.

У сучасну епоху, на відміну від минулих геологічних періодів, потік вуглецю в атмосферу збільшився за рахунок антропогенних викидів, а рослинність повністю його засвоїти виявилася не в змозі. Внаслідок цього знизилося самоочищення атмосфери від оксиду вуглецю, тобто від чадного газу.
Самоочищення повітря від оксиду вуглецю відбувається в результаті міграції СО у верхні шари атмосфери, де в присутності діоксиду азоту та озону він окислюється до СO2. Встановлено, що якби припинилося постійне надходження в атмосферу техногенного оксиду вуглецю, то вона б очистилася від нього протягом декількох років.

ПОДІЛИТИСЯ: