|
Одно из замечательных открытий геохимии заключается в установлении того, что движение многих химических элементов осуществляется циклически. Именно эти элементы слагают земную кору, жидкую и газовую оболочки нашей планеты. Их круговая миграция может происходить на ограниченном пространстве и на протяжении небольших отрезков времени и может охватывать всю наружную часть планеты и огромные периоды. При этом малые круговые движения входят в более крупные, которые в своей совокупности складываются в колоссальные геохимические циклы. Их нельзя представлять как круговые процессы, замкнутые в непроницаемых границах. Они тесно связаны с окружающей средой. Огромное число атомов непрерывно вовлекается в эти миграционные потоки и свободно выходит из них.
История углерода дает нам один из наиболее ярких примеров циклической миграции. В первую очередь обращает на себя внимание миграция углерода в системе атмосфера-»- живое вещество. Исходя из данных о годовом приросте органического вещества — 60,0 млрд. т в океане и 172,5 млрд. т на суше, можно считать, что в океане связывается 24, а на суше 69 млрд. т углерода из углекислого газа. Количество поглощенного углерода компенсируется выделением углекислого газа в результате разрушения органических остатков. Однако некоторая часть растительных остатков не разрушается до углекислого газа, а находится в виде мертвого органического вещества. Таким образом, круговая миграция углерода в системе атмосфера живое вещество не сбалансирована, углекислого газа поглощается больше, чем выделяется. Но она компенсируется другим путем.
Круговое движение углерода между живым веществом и атмосферой связано с другой круговой миграцией этого элемента в системе гидросфера атмосфера. Весьма значительное количество углекислого газа растворяется в морских водах. Содержание его в атмосфере, как мы знаем, регулируется карбонат-гидрокарбонатным равновесием в водах Мирового океана. Углерод углекислого газа, растворенного в океане, через некоторое время может оказаться в атмосфере, откуда он будет поглощен растительностью и войдет в биологический круговорот. В то же время углерод живого вещества после его отмирания и разложения выделится в составе углекислого газа, который может быть растворен в океанической воде. В итоге происходит совмещение двух круговых процессов движения углерода.
Основываясь на данных советских и зарубежных ученых (акад. А. П. Виноградов, Н. И. Базилевич, Б. Болин), можно рассчитать распределение углерода на поверхности нашей планеты (табл. 18).
Анализируя цифры таблицы 18, можно обнаружить неожиданные факты. Оказывается, основная масса углерода на поверхности Земли сосредоточена не в растениях и животных, а в углекислом газе. Большая часть этого газа находится не в газовой оболочке, где присутствует лишь около 2% всего его количества, а растворена в воде. Второе место занимает органическое вещество, растворенное в морской воде. Именно с этими двумя формами нахождения углерода, которым мы обычно не придаем большого значения, связана основная масса углерода на поверхности планеты. Значительно меньше, чем в океане, углерода на суше. Интересно, что этого элемента в мертвом органическом веществе, находящемся на поверхности почвы и, главное, в ней самой, значительно больше, чем в живых организмах. И последний характерный штрих геохимии углерода: живого вещества в Мировом океане несравнимо меньше, чем на суше. Количество углерода во всех морских организмах составляет примерно 0,25% от углерода живых организмов суши.
Мощной движущей силой миграции углерода служит живое вещество. В результате фотосинтеза зеленые организмы поглощают углерод углекислого газа, связывают его в органическое вещество и вовлекают в сложную миграцию. Как быстро осуществляется эта миграция? Можно рассчитать время, на протяжении которого происходит полный оборот всего количества углерода, находящегося в углекислом газе. Для этого мы должны знать, сколько элемента захватывается годовой продукцией живого вещества. Масса этой продукции близка к 930 млрд. т. В первом приближении можно считать, что в живом веществе содержится 25% органического вещества, а остальные 75% приходятся на слабо связанную воду. Масса сухого органического вещества, ежегодно создаваемого фотосинтез» рующими организмами, составляет 232 млрд. т. В этом веществе около 40% его приходится на углерод. Живые организмы в год связывают углерода 69 млрд. т на суше, в морях и океанах — 24 млрд. т, т. е. всего 93 млрд. т. Из данных таблицы 18 можно определить, что общее содержание углерода во всей массе углекислого газа, находящегося в атмосфере и океане, равно 36 700 млрд. т. Разделим это количество на количество углерода, которое растения ежегодно связывают в органическое вещество, извлекая его из углекислого газа. В результате определим время, за которое органическое вещество может связать весь углерод из углекислого газа: 36 700:93 « 394,6 (года).
Таким образом, за 350—400 лет весь углерод углекислого газа, имеющегося на поверхности Земли, совершает полный оборот благодаря фотосинтезирующей деятельности растений.
|