Круговорот углерода в природе

Важнейшие биогеохимические круговороты

Углерод — основная составля­ющая углеводов, белков, нуклеиновых кислот и других жизненно важных органических соединений.

В основе круговорота угле­рода в природе в основном лежат реакции окисления и восста­новления углерода. Принципиальная схема круговорота углерода в приро­де приведена на рис. 3.

Углекислый газ из атмосферы в процессе фотосинтеза превращается в органическое вещество растений:

.

Расте­ния (органическое вещество) поедаются животными:

Органическое вещество в ре­зультате (сжигания) жизнедеятельности организмов, разложения трупов и дру­гих процессов выделяется в атмосферу в виде СО₂ (и Н₂О), и запасается в виде гумуса, торфа. Последние являются основой превра­щения их в каменные угли, нефть и газы.

Источниками поступления углекислого газа в атмос­феру является также вулканическая деятельность, разложение органических веществ, Мировой океан и деятельность че­ловека, связанная со сжиганием угля, нефти, газа.

Круговорот углерода в гидросфере значительно сложнее континентального, поскольку возврат этого элемента в виде СО₂ зависит от поступления кислорода в верхние слои воды как из атмосферы, так и из нижележащей толщи воды. Поэтому в целом показатели годичного круговорота углерода в Мировом океане почти вдвое ниже, чем на суше.

В водных сис­темах огромное количество угольной кислоты (Н₂СО₃) за­консервировано в виде известняков и других пород. Часть углерода ускользает из круговорота и «уходит в геоло­гию» в виде торфа, угля, нефти и карбонатных отложе­ний водных систем.

Между сушей и Мировым океаном происходит постоянная миграция углерода. Здесь преобладает его вынос с суши в океан в виде карбонатов и органических соединений. Поступление углерода из Мирового океана на сушу осуществляется только в виде СО₂, переносимого воздушными течениями. СО₂ атмосферы и гидросферы полностью обменивается живыми организмами за 395 лет.

Суммарное количество СО₂ (т) составляет:

в атмосфере - 2,3 ∙10¹²

в Мировом океане - 1,3 ∙10¹⁴

в литосфере (в связанном состоянии) - 2 ∙10¹⁷

в живом веществе биосферы - около 2,3 ∙10¹²

Рис.3. Схема круговорота углерода

Основные отрицательные последствия нарушения кру­говорота углерода человеком проявляется в сокращении площадей лесов, разрушении почвы, сжигании топлива. Часть углерода накапливается в атмосфере в форме угле­кислого газа и метана, обуславливая парниковый эффект.

За геологический период с момента появления жизни на Земле углерод атмосферы и гидросферы неоднократно прошел через живые организмы. В течение 3-4 лет растения усваивают столько углерода, сколько его содержится в атмосфере. Следовательно, за четыре года может обновиться углеродный состав атмосферы, и условно можно считать, что углерод атмосферы за этот срок завершает свой цикл (Гришина, 1976). Цикл углерода гумосферы охватывает 300-400 лет. Однако цикл биологического круговорота углерода не замкнут: этот элемент часто выходит из круговорота на длительный срок в виде карбонатов, торфов, углей, гумуса. С другой стороны нарушение цикла происходит и благодаря поступлению в атмосферу глубинного углекислого газа и окиси углерода.

После рассмотрения свойств и особенностей углеродсодержащих соединений следует еще раз подчеркнуть ведущую роль углерода-органогена № 1:

во-первых, атомы углерода формируют скелет молекул органических соединений;

во-вторых, атомы углерода играют ключевую роль в окислительно-восстановительных про­цессах, поскольку среди атомов всех органогенов именно для углерода наиболее характерна окислительно-восстановительная двойственность.

Дата добавления: 2014-01-04