Круговорот углерода

Углерод можно считать самым главным химическим элементом в биосфере, так как именно способность этого элемента образовывать прочные химические связи между атомами (С-С-связь) лежит в основе структуры всех органических соединений, известных на Земле.

Круговорот углерода, как и любого другого элемента совершается по большому и малому циклам. Большой (геологический) круговорот углерода можно представить в виде следующей схемы, изображенной на рис.6.1.

Рис.6.1. Большой круговорот углерода

Круговорот углерода в значительной степени зависит от деятельности живых организмов. Диоксид углерода атмосферы ассимилируется наземными растениями в ходе фотосинтеза и включается в состав органических веществ. В процессе дыхания растений, животных и микроорганизмов углерод, содержащийся в организме, вновь переходит в атмосферу в виде СО₂. Эти два процесса полностью уравновешены: лишь около 1% углерода, усвоенного растениями, откладывается в виде торфа и удаляется из круговорота.

Суммарное количество диоксида углерода в атмосфере планеты составляет около 2,35·10 т, в то время как содержание его в Мировом океане оценивается в 1,3·10 т, а в литосфере – 2·10 т.

Подсчитано, что все зеленые растения Земли ежегодно извлекают из атмосферы до 3·10 т диоксида углерода. Если представить, что биотический возврат углерода в атмосферу прекратился («глобальная остановка дыхания»), а фотосинтез продолжается в прежнем объеме, то атмосфера полностью очистилась бы от СО₂ за 7-8 лет. Иными словами, живые организмы пропускают через свои тела весь углерод, содержащийся в атмосфере, всего за 7-8 лет.

Важную роль в круговороте углерода играет Мировой океан. Принято считать, что океан «вдыхает» СО₂ из атмосферы – около половины его поглощается океаном, а захоронение углерода в донных осадках приводит к выведению его из круговорота. Океан, таким образом, как бы компенсирует приток углерода от сжигаемого топлива и вместе с наземной растительностью вырабатывает необходимый для жизни кислород. Нынешнее поступление СО₂ в атмосферу от сжигания топлива составляет 2,34·10 т. Мировой океан и, отчасти, живые организмы поглощают около половины этого количества, остальное – задерживается в атмосфере, обусловливая явление парникового эффекта.

Механизм участия Мирового океана в круговороте углерода весьма сложен. Диоксид углерода, растворенный в воде, входит в состав так называемой карбонатной системы – суммы всех неорганических растворенных соединений углерода. В число последних входит угольная кислота Н₂СО₃ которая диссоциирует в морской воде и присутствует в виде карбонат- и биокарбонат-ионов, а также растворенные соли – карбонаты кальция и магния. Кроме того, углерод присутствует в океане в составе органических соединений, и в водной экосистеме складывается определенный баланс между содержанием неорганического и органического углерода. На содержание углерода влияет также обмен СО₂ между океаном и атмосферой, между углеродом придонных слоев воды и углеродом донных осадков.