Биогеохимические круговороты основных химических элементов.

С появлением на Земле живой материи создалась возможность беспрерывной циркуляции в биосфере химических элементов, их перехода из внешней среды в организмы и снова во внешнюю среду. Такая циркуляция химических элементов получила название биогеохимических круговоротов.

Круговорот углерода.

Но современным оценкам концентрация двуокиси углерода в атмосфере составляла в середине XIX века приблизительно 290 ррм (5,2 х 105 мкг/м2). Сегодня она приблизительно равна 340 ррм (6,0 х 105 мкг/м2), В настоящее время скорость роста составляет около 1 ррм (1,8x103 мкг/м3) или 0,4 % в год. Основными поставщиками СО и СО2 служат США, Западная Европа и Япония.

В круговороте углерода участвуют только органические соединения и двуокись углерода. Фотосинтез и дыхание полностью комплементарны.

Весь ассимилированный в процессе фотосинтеза углерод включается в углеводы; а в процессе дыхания весь углерод, содержащийся в органических соединениях, превращается в двуокись углерода и воду

Растения ежегодно ассимилируют примерно 110 млрд. т углерода (рис. 4.2), из которых 55 млрд. т возвращается в фонд двуокиси углерода в результате дыхания растений. Остальные обеспечивают дыхание и продукцию животных, бактерий и грибов в растительноядных и детритных пищевых цепях. При анаэробном дыхании (в отсутствие кислорода) продуцируется небольшое количество метана (СНД который превращается в двуокись углерода в результате фотохимической реакции в атмосфере. Растения и животные ежегодно пропускают через себя от 0,25 до 0,30 % углерода, содержащегося в атмосфере и в океанах в виде двуокиси углерода и угольной кислоты.

Сжигание ископаемого топлива приводит к попаданию в атмосферу ежегодно 5-7 млрд. т углерода в форме диоксида, а обеслесение и эрозия почвы - добавляют еще 3 млрд. т. Однако всего в атмосфере каждый год аккумулируется 3,5 млрд. т углерода, 3,0 млрд. т растворяется в океане и

Круговорот углерода

Круговорот углерода

гидросфере. Фактически содержание двуокиси углерода в атмосфере за последнее столетие заметно возросло, и следует ожидать, что в будущем оно будет возрастать еще быстрее. Ученые расходятся во мнениях относительно возможных последствии возросшего содержания в атмосфере двуокиси углерода для температуры воздуха или продукции растений; бесспорно, однако, что человек сдвигает стационарное равновесие экосистем. В ближайшие два десятилетия станет ясно, действительно ли парниковый эффект играет существенную роль.

Отжившие растения и животные разлагаются микроорганизмами, 8 результате чего углерод мертвого органического вещества окисляется до углекислого газа и снова попадает в атмосферу. Подобный круговорот углерода совершается и в водной среде. Фиксированный в растениях углерод в значительном количестве потребляется животными, которые, в свою очередь, при дыхании выделяют его в виде углекислого газа. Круговорот углерода в гидросфере является более сложным по сравнению с континентальным, поскольку возврат этого элемента в форме углекислого газа зависит от поступления кислорода в верхние слои воды как из атмосферы, так нижележащей толщи. В целом показатели годичного круговорота массы углерода в Мировом океане почти в два раза ниже, чем на суше.

Между сушей и Мировым океаном происходит постоянная миграция углерода.

 Преобладает вынос этого элемента в форме карбонатных и органических соединений с суши в океан. Поступление углерода из Мирового океана на сушу совершается в несравненно меньших количествах, и то лишь в форме углекислого газа, диффундирующего в атмосферу и переносимого воздушными течениями. Растворимость газов в воде зависит от давления, температуры, а также от количества растворенных солей. В пресной воде газов растворяется больше, чем в соленой.

В отличие от других газов СО2 вступает в химическую реакцию с водой. При этом образуется угольная кислота Н^СОэ, которая диссоцирует ступенчато, образуя карбонат - гидрокарбонатную систему

Iienaiea: image19

В результате химического взаимодействия ССЬ и Н20 в Мировом океане содержится огромное количество угольной кислоты. Это количество в 60 раз превышает массу углекислого газа, находящегося в атмосфере. Таким образом, океан является основным резервуаром ССЬ на поверхности Земли.

Движение масс С02 схематично можно представить следующим образом. Углекислый газ активно растворяется в холодной воде приполярных районов океана. При охлаждении возрастает плотность воды. Массы холодной воды опускается на глубину и виде мощных холодных течений перемещается к экватору Они постепенно нагреваются, уменьшают плотность, поднимаются вверх и освобождаются от избытка СО2 По выражению А.П. Виноградова  океан действует как грандиозный насос, забирая ССЬ из атмосферы в холодных областях и отдавая ее в тропических областях. На массообмен СО2 между поверхностным слоем океана и тропосферой весьма активно влияет вещество планктона, освещенность, сезон- но-термические условия.

Характерной чертой двух главных циклов массообмена является их относительная незамкнутость и выведение из циклов некоторого количества углерода в форме неживого органического вещества и карбонатов. Непрерывный вывод углерода из глобального цикла и захоронение его в осадках морей имеет кардинальное значение для развития биосферы. Непрекращающееся выведение углерода из атмосферы могло бы обусловить постепенное убывание его в атмосфере и постепенное сокращение массы живого вещества, а затем и полное прекращение жизни на нашей планете. Однако углекислый газ постоянно дополнительно поступает на поверхность планеты в виде вулканических газов, сжигания ископаемого топлива и сведения лесов.

Если бы живые организмы не обеспечивали геохимический цикл углерода, поддерживающих невысокую концентрацию СО2 в атмосфере, то захороненное количество углерода находилось бы в виде углекислого газа в атмосфере в десятки тысяч раз больше, чем сейчас.

Температура земли определяется динамическим равновесием между солнечным излучением, идущим от Земли, которое находится главным образом в инфракрасной области спектра (тепловое излучение). Некоторые газы (метан, озон, фреоны, водяные пары), входящие в состав атмосферы, сильно поглощают инфракрасные лучи: самый важный из них - диоксид углерода (СО2). Концентрация двуокиси углерода играет роль клапана, регулируя поток тепла от Земли и в настоящее время поддерживает температуру на Земле на уровне, достаточном для сохранения жизни. В отсутствии СО2 температура Земли понизилась бы на 5,5 °С, что создало бы условия аналогичные условиям ледникового периода. Повышение количества СОг привело бы к повышению температуры в результате уменьшения потерь тепла. Этот феномен получил название парникового эффекта, потому что стекло в парниках выполняет аналогичную функцию, задерживая тепло.

Леса земного шара содержат больше углекислого газа, чем атмосфера. В целом по земному шару сведение лесов составляет 30 - 35 тыс. га в день. Увеличение содержания в атмосфере двуокиси углерода оказывает воздействие на сельскос и лесное хозяйство, т.е. увеличивается их продуктивность.

Климатическая карт ина на земном шаре может коренным образом измениться. Возможны временные локальные понижения температуры. Так к 2010 г. повышение уровня моря составит 3,7 м. Предсказать скорость потепления с достаточной точностью не представляется возможным. Она, наверное, будет неравномерной с обычными колебаниями в ту и другую сторону. Использование альтернативных источников энергии сейчас представляется нереальным. Ее использование упирается в сложнейшие технические и экономические проблемы, В заключении отметим, что сжигание более 90 % горючих веществ происходит в северном полушарии, что отражается на неравномерном распределении оксида углерода. Максимальные концентрации С02 приурочены к полосе между 40 и 50е с.ш., где расположены главные центры индустрии.



Похожие статьи:

Нашли неточность, аошибку в тексте?

Выделите текст и нажмите
Ctrl + Enter и напишите вашу версию текста.
Спасибо.

Мы бесплатно разместим статьи, тексты, книги, публикации

ekologiyastati.ru@gmail.com