Биогеохимические циклы и антропогенное влияние на них
Информация - Экология
Другие материалы по предмету Экология
?енные данные показывают, что существующий состав атмосферной оболочки Земли представляет собой последнюю стадию долговременного процесса, в котором важнейшая роль принадлежала биогеохимической активности живой материи.
Масса атмосферы составляет около (5,145,27)1015т [Walker,1977; Войтович, 1986]. Основная часть газовой массы (около 80%) находится в тропосфере. Именно здесь, где сосредоточена основная масса водных паров и взвешенных частиц, происходит активное взаимодействие физических, химических и биогеохимических процессов.
В настоящее время 99,8% газовой массы представлено азотом, кислородом и аргоном. Содержание воды сильно варьирует и не может быть охарактеризовано одной средней величиной. Лишь содержание азота и кислорода почти неизменно, тогда как содержание других газов сильно изменяется как в пространстве, так и во времени. Фотохимические реакции и многие биологические процессы ответственны за содержание ряда газов, находящихся в атмосфере в следовых количествах. В малых количествах в атмосфере обнаруживаются и инертные газы. Хорошо известно, что многие важнейшие биосферные фотохимические реакции также протекают в тропосфере.
В большинстве случаев наблюдаемые концентрации тропосферных соединений поддерживаются вследствие жизнедеятельности живой материи, прежде всего, микробов. Природные биогеохимические циклы азота и серы управляются биотой; однако в настоящее время эти циклы нарушаются под воздействием антропогенной активности. В отличие от других основных атмосферных газов, многие соединения серы и азота реактивны, имеют короткое время существования, их содержание сильно варьирует как во времени, так и в пространстве. Окислительные реакции и вымывание с дождями контролируют удаление этих соединений из тропосферы. В настоящее время содержание почти всех следов соединений серы и азота в тропосфере возрастает как следствие антропогенной активности и загрязнения атмосферы в глобальном масштабе.
Наиболее жизненно важными можно считать вещества, из которых, в основном, состоят белковые молекулы. К ним относятся углерод, азот, кислород, фосфор, сера.
.1.1 Углерод
По современным оценкам, в атмосфере содержится 6160109 т, или 1,41016 моль СО2. Основное поступление двуокиси углерода в атмосферу осуществляется в процессе дыхания, горения и разложения. Напротив, основной источник кислорода - процесс фотосинтеза, который, в свою очередь, ответственен за основное поглощение СО2 (коло 66109 т/год, или 1,51015 моль/год). Поскольку двуокись углерода в определенной степени растворима в воде, должен учитываться обмен с глобальным океаном. Приблизительное поглощение СО2 в системе атмосфера - океан составляет 71015 моль/год (308109 т/год), высвобождение - 61015 моль/год (264109 т/год). Время существования СО2 в атмосфере - около 2 лет, что достаточно для относительно равномерного распределения этого газа в глобальной атмосфере. В Мировом океане, наряду с присутствием в живых организмах, углерод представлен также в виде растворенного и взвешенного органического вещества и таких неорганических соединений, как СО2 и ионы НСО3- , СО32-. Количество СО2 в океане в 6 раз превышает его количество в атмосфере.
Процессы, контролирующие содержание СО2 в атмосфере (растворение в океане, фотосинтез и формирование карбонатов), играют важную роль в поддержании равновесия в системе биосфера-атмосфера-гидросфера. Для растений и микроорганизмов важнейшим является фотосинтез. Разница между затратами на общий фотосинтез и дыхание определяется как чистая первичная продуктивность, распределение ее величин в основных экологических зонах показано в таблице №2.
Табл№2
Чистая первичная продуктивность в основных экосистемах Земли
Глобальные экосистемыПлощадь, 106 км2Биомасса,109 тГодовой прирост,109 тПолярная8,113,81,3Хвойные леса23,2439,115,2Умеренная зона22,5278,718,0Субтропики24,3323,934,6Тропики55,91347,1102,5Общая суша133,92402,1171,6Озера и реки2,00,041,0Ледники13,900Всего на континентах149,32402,5172,6Океаны361,00,260,0Земля в целом510,32402,7232,6
На суше процесс фотосинтеза часто ограничен дефицитом питательных веществ, но в большей степени это ограничение определяется дефицитом воды и низкими температурами. Поэтому субтропические и тропические экосистемы вносят в глобальную продуктивность намного больший вклад, чем это можно предположить, основываясь на относительной доле их площади на поверхности Земли.
Вклад океана в глобальную продуктивность намного меньше, чем суши, несмотря на значительно большую площадь поверхности. Причина определяется большим дефицитом питательных веществ в поверхностных водах, что ограничивает процесс фотосинтеза. Продукция океанов в основном концентрируется в прибрежных водах.
Процессы синтеза и деградации органической массы в океане существенно отличается от аналогичных процессов на суше. Фитопланктон продуцирует основную часть фотосинтезированной органической массы. Сухая масса фитопланктона на три порядка меньше, чем вся глобальная биомасса суши, тогда как ежегодная продукция - только в три раза меньше. Это может быть объяснено большими скоростями жизненных циклов фитопланктона по сравнению с наземной растительностью. Современные оценки позволяют считать, что ежегодная продукция фотосинтеза в океане варьирует от 20-30109 до 100109 т органического углерода со средними величинами около 50-60109 т. (Табл.№3)
Рис. 3 Круговорот углерода в природе
Табл.№3