Біогеохімічний цикл вуглецю

БІОГЕОХІМІЧНІ ЦИКЛИ ЕЛЕМЕНТІВ

ЛЕКЦІЯ

(ЧАСТИНА ІІ)

План викладення матеріалу:

9.1. Біогеохімічний цикл вуглецю

9.2. Біогеохімічний цикл азоту

9.3. Біогеохімічний цикл фосфору

9.4. Біогеохімічний цикл кисню.

9.5. Біогеохімічний цикл кальцію.

9.6. Біогеохімічний цикл сірки.

9.7. Біогеохімічний цикл води.

9.8. Біогеохімічний цикл заліза.

До формування на нашій планеті біосфери вуглець знаходився у вигляді графіту і алмазу у розплавлених магмах і частково у вигляді летких вуглеводнів і диоксиду вуглецю. В атмосфері переважав СО₂ (91%). В наш час у атмосфері вуглець знаходиться у вигляді диоксиду вуглецю, але його вміст дорівнює 0,03%. У літосфері вуглецю міститься близько 0,3% у вигляді карбонатів, кам’яному вугіллі, нафти, частково алмазів. Проте, кількість розчиненого вуглекислого газу в океані в 50 разів більша за його вміст в атмосфері. В континентальних водах вміст вуглекислоти невеликий, але при взаємодії з мінералами, наприклад, з вапняком, останній розчиняється та переносить гідрокарбонат іон до водного середовища.

На протязі існування живої речовини відбувалося концентрування вуглецю у її біомасі (18%) і він неодноразово пройшов крізь живі організми. Вуглець є самим біофільним елементом (біофільність = 7800). Розраховано, що рослинність суши засвоює вісь вуглець в атмосфері за 3-4 роки. За цей період відбувається повне оновлення вуглецю в атмосфері, тобто одиниця ритмічності біогеохімічного циклу вуглецю для атмосфери складає 3-4 роки, тоді як для гумусосфери вона дорівнює 300-400 років. Подібна різниця пояснюється тим, що вуглець надовго затримується в живих організмах і в органічних залишках.

Біогеохімічний цикл вуглецю ініціюється двома фундаментальними процесами - фотосинтезом та диханням (рис.29). На протязі року в процесі фотосинтезу акумулюється близько 2*10¹⁰ т вуглецю, а повертається в результаті дихання 11,5*10¹⁰ т. БГХ цикл вуглецю складається з фотосинтезу, утворення органічних речовин і повернення до атмосфери у вигляді диоксиду вуглецю. Частина вуглецю після відмирання організмів закріплюється в гумусі, при неповній мінералізації органічних залишків інша частина переходить до осадкових порід і каустобіолітів, а частина повертається до атмосфери як продукт гниття.

Дихання грунту

Дихання рослин і тварин

Тварини

Рослини

Гумус грунту

карбонати

Н₂СО₃

Водні організми

фотосинтез

СО₂ атмосфери

Рис. 29. Біогеохімічний цикл вуглецю

Фотосинтезуючі рослини Землі та карбонатна система морів підтримують постійний рівень СО₂ в атмосфері. Проте, в наш час, в період інтенсивного антропогенного впливу, що супроводжується зростанням використання горючих копалень, зменшенням площі лісів, підсиленим розпахування земель спостерігається поступове підвищення вмісту двооксиду вуглецю в атмосфері. Це суттєво змінює біогеохімічний цикл вуглецю (рис.30). Викиди вуглецю при спалюванні нафти, газу, вугілля вже складають 6-10% від об’єму біогеохімічного циклу ((6,85-11,4)*10⁹ т С). Припускають, що при зростанні вмісту СО₂ в атмосфері вдвічі можливим є підвищення глобальної температури на 1,5-4,5 ⁰С. Це може привести до таїння криг і підняття рівню Світового океану.

Рис. 30 Порушення біогеохімічного циклу вуглецю

Але, більша частина вуглекислого газу антропогенного походження розчиняється в океані. Так, в 1967 році до атмосфери надійшло 5,08*10­⁹ т вуглецю у складі вуглекислого газу. З цієї кількості біля 60% розчинилося в океані, 30% залишилося в атмосфері, а 10% було включено до біомаси (Bolin, 1970). Таким чином, з року в рік кількість СО₂ в атмосфері зростає та накопичується в біоценозах. З цього випливає два питання: наскільки велика карбонатна буферна ємність Світового океану щоб розчиняти зростаючу кількість СО₂ і як довго рослинність буде зберігати рівновагу кругообігу вуглецю? Хоча більшість вчених схильні думати, що зростання кількості вуглекислого газу піднімає продуктивність фітоценозів. Ці міркування базуються на тому, що при відсутності обмежуючих факторів зростання концентрації атмосферного СО₂ викликає збільшення інтенсивності фотосинтезу, тобто первинної продуктивності на 5-8%. В цілому баланс вуглецю в біосфері зберігається за рахунок його витрачання на утворення і накопичення органічної речовини і осадження карбонатів у водоймах.

Крім СО₂ в атмосфері у невеликих кількостях присутні моно оксид вуглецю та метан. Ці сполуки активно включені до кругообігу і тому мають невеликий час існування в атмосфері: СО – близько 0,1 року, СН₄ – 3,6 року.

Дата добавления: 2014-10-23