Біологія. Довідник школяра та абітурієнта
Кругообіг Карбону
Карбон входить до складу всіх органічних речовин, а тому його кругообіг найпоширеніший у природі. Він здійснюється за допомогою трьох груп організмів: продуцентів, консументів, редуцентів. Органічна речовина синтезується зеленими рослинами в процесі фотосинтезу з СО2 атмосфери, вміст якого становить лише 0,03-0,04 %. Якби СО2 не поповнювався за рахунок надходження із Землі, то його запаси вичерпалися б за 4-35 років.
Кругообіг Карбону в біосфері
Швидкі зміни вмісту СО2 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 під час виверження вулканів і надходить зі збагачених ним водних джерел. Головний споживач СО2 — фотосинтетичний апарат рослин. Протягом року рослини суходолу та океану засвоюють майже 5 • 1010 т Карбону (вбирають, за даними різних авторів, 1,7-2,0 ... 1011 т СО2), розкладають 1,3 • 104 т води, виділяють 1,2 • 1011 т О2 і запасають 4 • 1017 Ккал сонячної енергії у вигляді хімічної енергії продуктів фотосинтезу. Це в 100 разів перевищує виробництво енергії всіма електростанціями світу. Річний кругообіг маси СО2 на суходолі визначається як масою складових його ланок біосфери, так і кількістю, яку захоплює кожна ланка (т/рік).
Сумарне захоплення СО2 фотосинтезом — 60 • 109 т/рік; повернення від дихання (розкладу) — 48 • 109 т/рік; надходження в гумосферу й консервація у багаторічних фітоценозах — 10 • 109 т/рік; захоронения в осадовій товщі літосфери, включно з реакцією СО2 з гірськими породами — 1 • 109 т/рік; надходження від спалювання палива — 4 • 109 т/рік.
У гідросфері кругообіг СО2 значно складніший, ніж на суші. Вирішальну роль тут відіграє Світовий океан, який акумулює винесений річками із суходолу Карбон у формі карбонатних та органічних сполук. Повернення Карбону з океану чи суші відбувається з великим дефіцитом, головним чином повітряними потоками у вигляді СО2. Наявність СО2 у гідросфері залежить від надходження Оксигену у верхні шари як з атмосфери, так і з нижчих шарів води. В загальному вираженні річний кругообіг маси Карбону у Світовому океані майже удвічі менший, ніж на суші: сумарне захоплення в процесі фотосинтезу — 30 • 109 т; повернення у водне середовище від дихання й розкладу органічної речовини — 26 • 109 т; випадання у донний осад — 1,5 • 109 т; надходження з атмосфери від спалювання палива — 1 • 109 т; надходження з атмосфери з річковим стоком — 0,6 • 109 т; перехід у розчинні органічні сполуки — 10,9 • 109 т.
Багато Карбону вилучається з біологічного кругообігу речовин і потрапляє в океан переважно у вигляді карбонатних 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 кальцій карбонатом, утворюючи розчинний у воді кальцій бікарбонат. І навпаки, за зниження вмісту СО2 в атмосфері бікарбонати, що завжди містяться у морській воді, перетворюються в кальцій карбонати, які випадають з розчину, використовуються організмами для побудови скелетів або панцирів, осідають на морське дно. Реакція має такий вигляд:
Са(НСО3)2 = СаСО3 + Н2О + СО2.
Сумарна кількість СО2 на планеті становить не менше 2,3 • 1012 т, тоді як уміст його в Світовому океані оцінюють у 1,3 • 1012 т. У літосфері у зв’язаному стані перебуває 2 • 1017 т (майже стільки, скільки у всій атмосфері). Атмосферний і гідросферний СО2 обмінюється та обновлюється живими організмами за 300 років.
