Кучерявий В.П. Екологія - Кругообіг вуглецю

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом Скачати підручник Екологія

7.5.2.2. Кругообіг вуглецю

Вуглець входить до складу всіх органічних речовин, а тому його кругообіг найбільш поширений у природі (рис. 7.25). Він здійснюється за допомогою трьох груп організмів: продуцентів, консументів, редуцентів. Органічна речовина синтезується зеленими рослинами в процесі фотосинтезу з вуглекислого газу атмосфери, вміст якого дорівнює лише 0,03-0,04%.

Рис. 7.25. Кругообіг вуглецю в біосфері. (доступно при скачуванні повної версії книжки)

Якби вуглекислий газ не поповнювався за рахунок надходження із Землі, то його запаси вичерпалися б за 4-35 років (табл. 7.11). У найближчі 50-60 років завдяки зростанню спалювання горючих речовин вміст вуглекислого газу в атмосфері подвоїться. Такі швидкі зміни вмісту вуглекислого газу 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 при виверженні вулканів і надходить зі збагачених ним водних джерел. Головний споживач СО2 – фотосинтетичний апарат рослин (рис. 7.26).

Таблиця 7.11 Кількість вуглекислого газу в біосфері, кг (доступно при скачуванні повної версії книжки)

Рис. 7.26. Основні глобальні пули вуглецю і річні швидкості обміну між ними. (доступно при скачуванні повної версії книжки)

Варто нагадати, що про явище фотосинтезу, яке є головним чинником руху речовини й енергії в біосфері, стало відомо лише в другій половині XVIII ст. В 1772-1782 pp. Д.Прістлі, Я.Інгенхауз і Ж.Сенсб'є, доповнюючи один одного, описали процес повітряного вуглецевого живлення, або фотосинтез. Через століття К.А.Тимірязєв (1843-1920) розкрив енергетичну закономірність фотосинтезу як процесу використання світла для утворення органічної речовини в рослинах. Механізм фотосинтезу був розкритий американським біохіміком Кальвіном, за що йому було присуджено Нобелівську премію. Сьогодні під фотосинтезом розуміють перетворення зеленими рослинами і фотосинтезуючими організмами променистої енергії Сонця. Процес фотосинтезу відбувається за участю поглинаючих світло пігментів (хлорофіл та ін.).
Попадаючи в клітину зеленого листя вуглекислий газ приєднується до акцептора (вуглевод рибулезодифосфат), з яким продовжує подальший рух і перетворення. Завдяки ферменту альдолази утворюється простий цукор – глюкоза, а з нього – цукроза і крохмаль. Частина синтезованої речовини в цьому процесі переходить знову в акцептор – так утворюється саморегульований циклічний процес. Далі з участю інших ферментів цукри перетворюються у білки, жири та інші органічні речовини, потрібні для життя рослини.
Основна реакція фотосинтезу має такий вигляд:

Формула (доступно при скачуванні повної версії книжки)

або в розрахунку на моль СО2:

Формула (доступно при скачуванні повної версії книжки)

За рік рослини сутні і океану засвоюють майже 5·1010 т вуглецю (вбирають, за різними авторами, 1,7-2,0·1011 СО2), розкладають 1,3·1011 т води, виділяють 1,2·1011 т молекулярного кисню і запасають 4·1017 ккал сонячної енергії у вигляді хімічної енергії продуктів фотосинтезу, що в 100 разів перевищує виробництво енергії всіма електростанціями світу.

Річний кругообіг маси СО2 на суші визначається як масою складових його ланок біосфери, так і кількістю, яку захоплює кожна ланка (т/рік):

Таблиця (доступно при скачуванні повної версії книжки)

У гідросфері кругообіг СО2 значно складніший, ніж на суші. Вирішальну роль тут відіграє Світовий океан, який акумулює винесений ріками із суші вуглець у формі карбонатних і органічних сполук. Повернення вуглецю із океану чи суші відбувається з великим дефіцитом, головним чином, повітряними потоками у вигляді СО2. Наявність вуглекислого газу у гідросфері залежить від надходження кисню у верхні шари як із атмосфери, так із нижчих шарів води. В загальному виразі річний кругообіг маси вуглецю у Світовому океані майже удвічі менший, ніж на суші:

Таблиця (доступно при скачуванні повної версії книжки)

Багато вуглецю вилучається з біологічного кругообігу речовин і потрапляє в океан переважно у вигляді вуглекислих 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 карбонатом кальцію, утворюючи розчинний у воді бікарбонат кальцію. І навпаки, при зниженні вмісту вуглекислиго газу в атмосфері бікарбонати, що завжди містяться у морській воді, перетворюються у карбонати кальцію, які випадають з розчину, використовуються організмами для побудови скелетів або панцирів, осідають на морське дно. Реакція має такий вигляд:

Формула (доступно при скачуванні повної версії книжки)

Сумарна кількість вуглекислого газу на планеті становить не менше 2,3·1012 т, тоді як вміст його у Світовому океані оцінюється в 1,3·1012 т. У літосфері у зв'язаному стані перебуває 2·1017 т вуглекислого газу. В живій речовині біосфери міститься близько 1,5·1012 т (майже стільки, скільки у всій атмосфері). Вуглекислий газ атмосфери і гідросфери обмінюється і обновлюється живими організмами за 300 років (рис. 7.27).

Рис. 7.27. Тривалість циклу кругообігу вуглецю, кисню та води між абіотичним середовищем і біосферою (кількість років). (доступно при скачуванні повної версії книжки)

◄ Кругообіг води (частина 2)

Зміст підручника "Кучерявий В.П.Екологія."

Кругообіг азоту ►

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом Скачати підручник Екологія

Загрузка...