Учебник Биология - ВУНМЦ 2000
Глава 7. БИОСФЕРНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО
7.5. БИОГЕННЫЙ КРУГОВОРОТ
7.5.2. КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА
Углерод - один из основных биогенных элементов. В сухой массе живого вещества на него приходится приблизительно 15-18%. Ежегодно зеленые растения в процессе фотосинтеза усваивают из атмосферы до 170 млрд. тонн СО3 (по другим данным - 105 млрд. тонн, из которых 32 млрд. тонн возвращают в результате дыхания).
Углерод, фиксированный растением, в составе пищи передается растительноядных и плотоядным животным, которые также часть его возвращают во внешнюю среду в процессе энергообмена (рис. 428).
Рис. 428. Биологический круговорот углерода (по Б. Болину, 1972).
Двуокись углерода образуется и поступает в атмосферу при гниении органического вещества, брожении, дыхании, из осадочных пород за счет химических процессов, совершающихся при высоких температурах, при сжигании горючих материалов. Все это - углекислый газ биогенного происхождения. Меньшая доля СО2 поступает в атмосферу из мантии Земли при вулканических извержениях.
В составе воздуха на углекислый газ приходится 0,03% (по объему); общее содержание его равно 2,3·1012 тонн; масса в гидросфере - 1,4·1014 тонн. Атмосфера и гидросфера - тесно связаны между собой обменом СО2, который осуществляется через поверхность океана. Ежегодно около 100 млрд. тонн атмосферной двуокиси углерода растворяется в море.
Образовавшиеся в процессе фотосинтеза углеводы частично используются самим растением на получение энергии в процессе дыхания; выделившаяся при этом углекислота возвращается во внешнюю среду. Мертвые остатки всех организмов подвергаются разложению редуцентами; углерод, входящий в состав трупов, подвергается окислению и также возвращается во внешнюю среду в форме двуокиси.
Весь запас СО2 в атмосфере претерпевает круговорот через фотосинтез приблизительно за 300 лет.
Основными потребителями двуокиси углерода на суше являются леса; они на длительный период связывают углерод в теле многолетних растений, главным образом, в древесине. За год больше всего фиксируются углекислоты в быстрорастущих влажных тропических лесах. Двуокись углерода, растворенная в водоемах, также усваивается фитопланктонными растениями. От них углерод в составе органического вещества потребляется зоопланктоном и другими гетеротрофами Мирового океана.
В активном круговороте участвует сравнительно небольшая часть углерода по сравнению с его запасами на Земле. Огромное количество отложено в виде горючего материала, известняков и других пород. Извлечение во всевозрастающих масштабах депонированного углерода в виде угля, нефти, торфа, горючих сланцев и сжигание их (сокращение площадей, занятых лесом) может существенно нарушить исторически установившееся динамическое равновесие между геосферами по содержанию в них углекислоты и вовлечению ее в обменные реакции. Содержание двуокиси углерода в атмосфере за последнее столетие заметно возросло.
Необдуманное вмешательство человека в биологическое и геохимическое равновесие может оказаться не только вредным, но и губительным для него самого. Деятельность человека более интенсивна, чем природные явления, приводящие к естественному выравниванию процессов, совершающихся на Земле.