Экосистемы | Площадь, млн км2 | Чистая первичная продукция, млрд т/год | Вторичная продукция, млн т/год |
Тропические леса | 37,4 | ||
Тайга | 9,6 | ||
Саванна | 13,5 | ||
Болота | 2,0 | 4,0 | |
С/х земли | 9,1 | 9,0 | |
Открытый океан | 41,5 | ||
Шельф | 9,6 | ||
Биосфера в целом |
В океане углерод присутствует в двух главных формах: в составе органического вещества и в составе гидрокарбонат-иона.В водных экосистемах углерод и кислород, соединяясь с кальцием, образуют нерастворимый карбонат кальция, из которого состоят раковины моллюсков и минералы. Когда моллюски умирают, они опускаются на дно и погружаются в слой донных осадков. Возврат углерода из осадочных пород в активный круговорот происходит на протяжении миллионов лет. Расплавление горных пород в зонах субдукции,в ходе геологических процессов и при вулканических извержениях приводит к выбросу СО2 в воздух и в воду.
Океан действует как насос, забирая СО2 из атмосферы в холодных областях земного шара и отдавая его в тропических областях. На протяжении года живое вещество суши и океана поглощает 440 млрд т СО2.
|
|
Карбонатообразование и фотосинтез органического вещества имеют общую направленность: на удаление из атмосферы углекислого газа, непрерывно поступающего из мантии. Скорость выведения углерода в морские осадки достигает: 85 млн т/год Ск и 20 млн т/год Сорг. Эти процессы являются частью глобального механизма поддержания невысокой концентрации СО2 в атмосфере Земли, что важно в связи с недопущением возникновения на планете парникового эффекта.
В Мировом океане содержится примерно 2100 млрд т органического Сорг и 38600 млрд т карбонатного Ск углерода. Следует подчеркнуть, что те и другие биогенны. Основная масса Сорг представлена рассеянным органическим веществом. Концентрированные скопления Сорг представлены в виде залежей нефти и углей.
Карбонатообразование и фотосинтез – это два генеральных процесса в глобальной деятельности живого вещества на протяжении последних 3 млрд лет. Соотношение Ск и Сорг является важным показателем «лимита роста» живого вещества на разных этапах геологической истории. Это соотношение закономерно уменьшалось на протяжении последних полутора миллиардов лет. В толще осадков протерозоя (1500–570 млн лет) отношение Ск:Сорг равно 18, а в осадочной толще кайнозоя – всего 2,9.
В экосистемах перенос вещества и энергии осуществляется посредством трофических (пищевых) цепей (рис. 7.3), за счёт чего все химические элементы, из которых построены организмы, многократно используются в биосфере.
Рис. 7.3. Компоненты экосистемы поля
|
|
Наглядным способом отражения связей между организмами разных трофических уровней и организации биоценозов является пирамида биомасс или пирамида энергий(рис. 6.5). С каждого трофического уровня на следующий более высокий уровень по лестнице «продуцент – консумент – редуцент» передаётся только часть энергии – примерно 10%, а до 90% теряется, переходя в тепло. Кроме того, при переходе с уровня на уровень часть органического вещества исключается из круговорота и уходит в «геологический запас». В результате происходит накопление органических веществ в осадочных породах.
Малый цикл углерода является поставщиком этого элемента для большого глобальногоцикла продолжительностью многие миллионы лет (рис. 7.4). Неотъемлемым элементом этого цикла является нефте- и газообразование. При условии длительного и устойчивого погружения осадочных пород углеводороды являются продуктом промежуточной стадии глобального углеродного цикла.
Рис. 7.4. Большой и малый циклы углерода
Органическое вещество в результате дыхания организмов, их разложения и других процессов преобразуется, выделяется в атмосферу, гидросферу и запасается в осадках. Часть углерода на длительный срок выходит из биотического круговорота «в геологию» в виде торфа, сапропелей, гумуса.
Хранителями углерода являются также живая биомасса, гумус, карбонатные осадочные породы, горючие полезные ископаемые. В почве имеется значительное количество неживого органического вещества: разложившиеся растительные остатки – около 200 млрд т, скопления торфа – 500 млрд т и почвенный гумус. Примерно за 1000 лет в почве за счёт отмирающих продуктов фотосинтеза и образования гумусовых веществ связывается масса углерода, содержащаяся в атмосфере.
На рис. 7.4 схематично представлена последовательная эволюция органического веществакак в рассеянной, так и в концентрированной форме от момента его возникновения в живом веществе до захоронения и преобразования в диагенезе, затем трансформации в катагенезе до углеводородов и конечных продуктов преобразования – графита и метана.
Биогенная миграция химических элементов создала современную глобальную экосистему. За миллионы лет растения поглотили огромное количество СО2 и одновременно обогатили атмосферу кислородом. Скелеты беспозвоночных образовали такие осадочные породы как известняк и мел, растительные осадки образовали каменный уголь и нефть. Биогенное происхождение имеет и почва.
Главной формой нахождения углерода в земной коре является карбонатный углерод Ск. За всю историю фотосинтеза в осадочной оболочке Земли накоплено около 15·1015 т органического углерода Сорг.
Таблица 7.2