Круговорот кислорода

В количественном отношении кислород – главная составляющая живой материи. Тело человека содержит в своих тканях до 62% кислорода. Круговорот кислорода в биосфере усложняется его способностью образовывать многочисленные химические соединения. Атмосферный кислород и кислород, содержащийся в поверхностных минералах, имеют биогенное происхождение. В первичной атмосфере кислород отсутствовал. Он начал вырабатываться с появлением автотрофных организмов. Поэтому в основном круговорот кислорода происходит между атмосферой и живыми организмами.

Как уже отмечалось ранее, основным поставщиком кислорода в атмосферу являются наземные зелёные растения, водоросли и фитопланктон, выделяющие его в процессе фотосинтеза. Небольшим источником кислорода являются процессы разложения озона O₃ и водяных паров в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения солнца. Потребление кислорода происходит при дыхании живых организмов, горении, окислении минералов, при образовании озона.

Процесс потребления и возмещения осуществляется достаточно быстро. Подсчитано, что для полного обновления всего атмосферного кислорода требуется 2000 лет. Если не учитывать деятельности Человека (как было до цивилизации), фотосинтез и дыхание в природных условиях довольно точно уравновешивают друг друга. Поэтому накопление кислорода в атмосфере не происходит и его процентное содержание остаётся постоянным.

Соединения кислорода расходуются при сжигании горючего в двигателях, самолётов, ракет, в топках ТЭС и металлургических печей и т.д.. Это дополнительное расходование кислорода может нарушить равновесие его цикла. Пока биосфера справляется с вмешательством Человека в цикл кислорода: его потери компенсируют зелёные растения. При дальнейшем уменьшении площади лесов и сжигании всё большего количества топлива содержание кислорода в атмосфере начнёт уменьшаться.

Круговорот углерода

Углерод – первостепенный биогенный элемент. В природе он существует в трёх преобладающих минеральных форм: в виде карбонатных (СО₃²ˉ) известняков биогенного происхождения, которые составляют мощные отложения в литосфере, в виде ископаемых топлив такого же биогенного происхождения и в виде углекислого газа (СО₂), который является циркулирующей формой неорганического углерода. Небольшое количество углерода содержится в литосфере в виде графита и алмазов. Так как содержание его в атмосфере остаётся постоянным, то можно предположить его большую мобильность и существование помимо атмосферы дополнительного источника углекислого газа. Таким источником является океан. Количество растворённого в нём углекислого газа в 50 раз превосходит его содержание в атмосфере. Т.о., атмосферный и растворённый в воде углекислый газ – единственный источник неорганического углерода, из которого автотрофами вырабатываются все биохимические компоненты живой клетки (органические соединения), а значит и вся первичная продукция.

С другой стороны, все живые организмы в процессе жизнедеятельности выделяют при дыхании углекислый газ. Кроме того, он выделяется в процессе разложения органических остатков. Причём в процессе разложения происходит минерализация органических веществ (превращение в неорганические вещества, минеральные). Но при любых условиях органический комплекс до конца полностью, как правило, не минерализуется и поэтому накапливается различных осадочных, так называемых, породах, как мы уже говорили. То есть происходит блокирование круговорота углерода – так происходит образование уже в наше время торфа, а ещё ранее угля, нефти и газа. Очевидно, что это явление, судя по громадным залежам осадочных формаций, было значительным в прошлые геологические эпохи. В настоящее время эти процессы в масштабах биосферы незначительны. Итак, биомасса живых организмов содержит меньше 0,001% углерода Земли, но практически полностью определяет его планетарный круговорот.

Следует отметить, что до появления промышленно развитого общества круговорот углерода в биосфере был хорошо сбалансирован. Наибольшая часть годовой первичной продукции разлагалась при «общем дыхании» организмов, а выдыхаемый углекислый газ почти полностью компенсировал ту его часть, которая использовалась при фотосинтезе. Однако Человек, используя как топливо большое количество ископаемых углеводородов, увеличивает содержание углекислого газа в атмосфере. Пока это повышение незначительно, так как дополнительный углекислый газ успевают использовать леса и фитопланктон океана. Кроме того, этот газ поглощается и самой водой океана, образующиеся соединения захорǎниваются на его дне. Если площадь лесов будет и дальше сокращаться, а океан – загрязняться, то может произойти значительное увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере.