Круговороты газообразных веществ

Круговороты газообразных веществ, в которых участвуют, например, углекислый газ, азот, кислород, благодаря наличию крупных атмосферных или океанических (или тех и других) фондов достаточно быстро компенсируют возникающие нарушения. Например, избыток СO₂, обусловленный интенсивным окислением, горением или промышленными выбросами в каком-либо районе, обычно быстро рассеивается с воздушными потоками. Кроме того, излишки СO₂ компенсируются усиленным фото­синтезом и превращением их в гидрокарбонаты в море: СO₂ + Н₂O + СаСО₃ Þ Са(НСО₃)₂. Таким образом, круговороты газообразных веществ с большими резервными фондами имеют мощные буферные системы в глобальном масштабе и хорошо приспособлены к изменениям. Однако способность к саморегуляции даже при таком резервном фонде, как атмосфера и океан, конечно, не беспредельна.

Биогеохимические циклы углерода и азота - примеры кругово­ротов наиболее важных газообразных биогенных веществ.

Круговорот углерода. Сейчас запасы углерода в атмосфере в виде СO₂ относительно невелики в сравнении с его запасами в океанах и земной коре (в виде ископаемого топлива).

Вспомним, как образовалась современная земная атмосфера с низким содержанием углекислого газа и высоким содержанием кислорода. Когда более 2 млрд. лет назад появилась жизнь, атмосфера Земли, подобно современной атмосфере Юпитера и других планет состояла из вулканических газов. В ней было много СO₂ и мало (или совсем ни было) кислорода. Первые организмы были анаэробными, т. е. жили в отсутствие кислорода. В результате того, что первичная продукция в среднем превышала расходы органических веществ на дыхание, в атмосфере стал появляться О₂.

Накопление кислорода началось с докембрия, и к началу палеозоя его содержание в атмосфере не превышало 10 % от современного. В дальнейшем оно подвергалось значительным флуктуациям, но неуклонно росло. Предполагают, что в истории Земли были периоды, когда концентрация кислорода превышала современную. Сейчас: наличный запас свободного кислорода оценивается приблизительно в 1,610¹⁵ т. Современные зеленые растения могут воссоздать такое количество за 10 000 лет. Накоплению кислорода, по-видимому, способствовали также геологические и физико-химические процессы: высво­бождение его из оксидов железа, восстановление кислородсодержащих соединений азота, расщепление воды ультрафиолетовыми лучами и др. Содержание же СO₂ до мелового периода в 6 - 10 раз превышало современный уровень, а затем неуклонно падало.

Циркуляция углерода в биосфере основана на поступлении С0₂ в атмосферу и его потреблении.

Поступление углекислого газа в атмосферу в современных условиях происходит в результате: 1) дыхания всех организмов; 2) минерализации органических веществ; 3) выделения по трещинам земной коры из осадочных пород (имеют также биогенное происхождение); 4) выделения из мантии Земли при вулканических извержениях (незначительная часть - до 0,01 %); и 5) сжигания топлива.

Потребление углекислого газа происходит главным образом: 1) в процессе фотосинтеза; 2) в реакциях его с карбонатами в океане; 3) при выветривании горных пород (рис. 5.4).

Низкое содержание СO₂ и высокие концентрации О₂ в атмосфере сейчас служат лимитирующими факторами для фотосинтеза, а зеленые растения являются регуляторами этих газов.

Дата добавления: 2014-01-04