2017-11-30
1751
Малый и большой циклы углерода
В экосистемах за счет переноса вещества и энергии все химические элементы, из которых построены организмы, многократно используются в биосфере. Живое вещество рождается, изменяется и умирает, обеспечивая тем самым биогеохимический круговорот вещества и энергии. Этот круговорот имеет циклический характер и представляет собой обмен веществ биоты с веществами атмосферы, гидросферы и литосферы.
Сущность биотического (биохимического) круговорота вещества и энергии заключается в образовании живого вещества из неорганических соединений и его последующем разложении вновь в неорганические соединения. Этот круговорот для жизни биосферы является главным, при этом сам круговорот является порождением жизни.
Малыйглобальный цикл продолжительностью от нескольких суток до нескольких тысяч лет происходит в биосфере. Этот цикл ещё называют биотическим круговоротом вещества, потому что он происходит при участии живых организмов: растений, животных, микроорганизмов. В биотическом круговороте веществ участвует множество химических элементов и соединений (примерно 60), из которых наиболее важные вода, углерод, сера, азот и фосфор (Рис. 7.1).
Рис. 7.1. Основные элементы биотического круговорота
Углерод – это один из основных элементов, образующих живое вещество Земли. Он наиболее ярко отражает связь биосферы с глубинными частями Земли. Углерод является основным строительным материалом молекул углеводов, жиров, белков, нуклеиновых кислот и других важных органических соединений.
В атмосфере находится 2450∙109 т углекислого газа. Из реакции фотосинтеза следует, что связывание 1 г углерода в органическое вещество сопровождается выделением 2,7 г кислорода в результате расщепления молекул воды. Углекислый газ атмосферы в процессе фотосинтеза превращается в органическое вещество растений.
Хозяйственная деятельность человека интенсифицирует биотический круговорот углерода. Поступление техногенной углекислоты в атмосферу составляет примерно 46∙109 т/год, что намного меньше природных поступлений. Однако дальнейшая интенсификация этой деятельности может сопровождаться повышением концентрации диоксида углерода в атмосфере до опасного уровня 0,07%, при котором резко ухудшаются условия дыхания человека и животных.
В клетках животных и редуцентов происходит процесс клеточного дыхания, при котором глюкоза и другие органические соединения расщепляются до СО2 для повторного использования продуцентами.
Другой важной частью круговорота углерода является анаэробное дыхание, происходящее без доступа кислорода. В ходе этого процесса различные виды анаэробных бактерий преобразуют органические соединения в метан. Такой тип дыхания встречается в основном в болотных системах и на свалках отходов.
Рис. 7.2. Потоки вещества в биосфере
Связь между процессами фотосинтеза и клеточного дыхания заставляет углерод циркулировать внутри экосистемы. Углерод быстро циркулирует между атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Это важнейшее звено глобального круговорота углерода. На схеме рис. 7.2 ясно прослеживается важная взаимосвязь растений, животных и редуцентов. Одновременно с углеродом в экосистемах циркулируют и две другие части углеводов – кислород и водород.
В процессе фотосинтеза растения вырабатывают первичную биологическую продукцию, котораяявляется главным жизненным ресурсом животных и человека. Величина чистой биологической продукции за вычетом расхода растений на дыхание суши составляет примерно 140 млрд т/год, мирового океана – примерно 60 млрд т/год. Продукция, создаваемая консументами, является вторичной продукцией.
Таблица 7.1
