Кругообіг вуглецю

Вуглець входить до складу всіх органічних речовин, а тому його кругообіг найбільш поширений у природі (рис.7.25). Він здійснюється за допомогою трьох груп організмів: продуцентів, консументів, редуцентів. Органічна речовина синтезується зеленими рослинами в процесі фотосинтезу з вуглекислого газу атмосфери, вміст якого дорівнює лише 0,03-0,04%.

Якби вуглекислий газ не поповнювався за рахунок надходження із Землі, то його запаси вичерпалися б за 4-35 років. У найближчі 50-60 років завдяки зростанню спалювання горючих речовин вміст вуглекислого газу в атмосфері подвоїться. Такі швидкі зміни вмісту вуглекислого газу в атмосфері, внаслідок якого відбувається так званий парниковий ефект (нагрівання атмосфери інфрачервоним промінням завдяки вмісту в ній СО2), може призвести до перегрівання географічної оболонки. Частина СО2 утворюється при виверженні вулканів і надходить зі збагачених ним водних джерел. Головний споживав СО2 — фотосинтетичний апарат рослин.

За рік рослини суші і океану засвоюють майже 5 • 1010 т вуглецю (вбирають, за різними авторами, 1,7—2,0 •1011 СО2), розкладають 1,3 • 1011 т води, виділяють 1,2 • 1011 т молекулярного кисню і запасають 4*1017 ккал сонячної енергії у вигляді хімічної енергії продуктів фотосинтезу, що в 100 разів перевищує виробництво енергії всіма електростанціями світу.

Річний кругообіг маси СО2 на суші визначається як масою складових його ланок біосфери, так і кількістю, яку захоплює кожна ланка (т/рік):

Сумарне захоплення фотосинтезом 60*109

Повернення від дихання (розкладу) 48* 109

Надходження в гумосферу і консервація

в багаторічних фітоценозах 10*109

Захоронення в осадовій товщі літосфери,

включаючи реакцію СО2 із гірськими породами 1*109

Надходження від спалення палива 4*109

У гідросфері кругообіг СО2 значно складніший, ніж на суші. Вирішальну роль тут відіграє Світовий океан, який акумулює винесений ріками із суші вуглець у формі карбонатних і органічних сполук. Повернення вуглецю із океану чи суші відбувається з великим дефіцитом, головним чином, повітряними потоками у вигляді СО2. Наявність вуглекислого газу у гідросфері залежить від надходження кисню у верхні шари як із атмосфери, так із нижчих шарів води. В загальному виразі річний кругообіг маси вуглецю у Світовому океані майже удвічі менший, ніж на суші:

Сумарне захоплення в процесі фотосинтезу 30*109

Повернення у водне середовище від дихання

і розкладу органічної речовини 26* 109

Випадання в донний осад 1.5*109

Надходження із атмосфери від спалювання палива 1*109

Те ж із річним стоком 0.6*109

Перехід у розчинні органічні сполуки 10.9*109

Багато вуглецю вилучається з біологічного кругообігу речовин і по-трапляє в океан переважно у вигляді вуглекислих солей. Ці солі, особливо СаСО3, витрачаються на побудову панцирів тварин, дуже багато їх і в морській воді. Якщо в атмосфері підвищується вміст СО2, частина його розчиняється у воді, вступає в реакцію з карбонатом кальцію, утворюючи розчинний у воді бікарбонат кальцію. І навпаки, при зниженні вмісту вуглекислого газу в атмосфері бікарбонати, що завжди містяться у морській воді, перетворюються у карбонати кальцію, які випадають з розчину, використовуються організмами для побудови скелетів або панцирів, осідають на морське дно. Реакція має такий вигляд:

Са (НСОз)2 = СаСОз + Н2О + СО2 .

Сумарна кількість вуглекислого газу на планеті становить не менше 2,*' 1012 т, тоді як вміст його у Світовому океані оцінюється в 1,3* 1012 т. У літосфері у зв'язаному стані перебуває 2*1017 т вуглекислого газу. В живій речовині біосфери міститься близько 1,5* 1012 т (майже стільки, скільки у всій атмосфері). Вуглекислий газ атмосфери і гідросфери обмінюється і обновлюється живими організмами за 300 років (рис.7.27).