Главная » Справочник » Человек и биосфера » Углерод

Углерод

Круговорот углекислоты (углерода) – процесс освобождения и связывания двуокиси углерода (СО2), включая ее растворение в воде океанов, идущий практически по двум циклам – океаническому и континентальному, объединение между которыми происходит через атмосферную углекислоту.

Углерод непрерывно циркулирует в биосфере Земли под влиянием химических и других процессов.

Вся земная жизнь основана на углероде. Каждая молекула живого организма построена на основе углеродного скелета. Атомы углерода постоянно мигрируют из одной части биосферы в другую.

Источником первичной углекислоты в биосфере является вулканическая деятельность как выражение вековой дегазации мантии и нижних горизонтов земной коры. Часть глубинной углекислоты возникает при термическом разложении древних известняков в зонах метаморфизма.

Основные запасы углерода на Земле находятся в виде содержащегося в атмосфере и растворенного в Мировом океане диоксида углерода, то есть углекислого газа (CO2).

Растения поглощают эти молекулы, затем в процессе фотосинтеза атом углерода превращается в разнообразные органические соединения и таким образом включается в структуру растений (рис. 2.9).

Далее возможно несколько вариантов:

углерод может оставаться в растениях, пока растения не погибнут. Тогда их молекулы пойдут в пищу редуцентам, таким как грибы и термиты. В конце концов углерод вернется в атмосферу в качестве CO2;
растения могут быть съедены травоядными животными. В этом случае углерод либо вернется в атмосферу (в процессе дыхания животных и при их разложении после смерти), либо травоядные животные будут съедены плотоядными (и тогда углерод опять же вернется в атмосферу теми же путями);
растения могут погибнуть и оказаться под землей. Тогда в конечном итоге они превратятся в ископаемое топливо — например, в уголь.

В случае же растворения исходной молекулы CO2 в морской воде также возможно несколько вариантов:

углекислый газ может просто вернуться в атмосферу (этот вид взаимного газообмена между Мировым океаном и атмосферой происходит постоянно);
углерод может войти в ткани морских растений или животных. Тогда он будет постепенно накапливаться в виде отложений на дне Мирового океана и в конце концов превратится в известняк или из отложений вновь перейдет в морскую воду.

Если углерод вошел в состав осадочных отложений илиископа емого топлива, он изымается из атмосферы. На протяжении существования Земли изъятый таким образом углерод замещался углекислым газом, попадавшим в атмосферу при вулканических извержениях и других геотермальных процессах. В современных условиях к этим природным факторам добавляются также выбросы при сжигании человеком ископаемого топлива.

Таким образом, миграция СО2 в биосфере протекает двумя путями. Первый путь заключается в его поглощении при фотосинтезе и образовании органических веществ, часть которых после гибели организмов захороняется в благоприятных восстановительных условиях в литосфере в виде рассеянной органики осадочных пород, торфа, угля, горючих сланцев и нефтей.

По второму пути миграция углерода приводит к созданию карбонатной системы в гидросфере. СО2, растворяясь в морской воде, приводит к образованию Н2СО3, НСО3, СО2-3, взаимосвязанных друг с другом.

Затем с участием кальция (реже магния и железа) происходит осаждение карбонатов биогенным путем (чаще), и абиогенным путем (реже). Формируются мощные толщи известняков, сложенных главным образом СаСО3 (рис. 2.10).

Подсчитано, что весь углерод атмосферы проходит через живые организмы за время, равное 7–8 годам. Другая часть двуокиси углерода запасается в протоплазме клеток. После смерти организмов протоплазма их клеток разлагается, в результате чего двуокись углерода также освобождается и уходит в атмосферу.

Углерод