Ресурсы и круговорот углерода в природе

Общая масса углерода в земной коре очень значительна: 3,2 • 101 г> т (табл. 18.4). Наиболее распространенные углеродсодержащие минералы — карбонаты щелочноземельных и других металлов. Следующими за ними по суммарному содержанию углерода являются так называемые каустобиолиты. Это общее название всех горючих полезных ископаемых биогенного происхождения. Основная часть углерода каустобиолитов.

Таблица 18.4

Земные ресурсы углерода.

находится в горючих сланцах в виде керогенов — продуктов разложения биомассы. Главное горючее современной электрои теплоэнергетики — ископаемые угли, являющиеся продуктами обуглероживания керогенов: антрациты, каменные и бурые угли. Роль главного источника горючего для транспорта играет нефть. Горючий природный газ, содержащий 80—99% СН₄, — важное экологически чистое бытовое и промышленное топливо, а также сырье для химической промышленности. Основные химические формы углерода в гидросфере — это растворенный в воде диоксид углерода и гидрокарбонат-ион НСО3. В воде гидросферы концентрация С0₂ довольно велика: около 3 10 ¹ моль/л. Концентрация гидрокарбоиатов в морской воде приблизительно втрое выше (10 ³ моль/л), а в воде рек и озер еще выше: до 5 • I (Г³ моль/л.

Атмосфера содержит углерод в виде диоксида углерода С0₂ с объемной долей 0,03%. Содержание углерода в атмосфере гораздо ниже, чем в гидросфере, и соизмеримо с массой этого элемента в биомассе земли и в гумусе почвы (см. табл. 18.4).

Атмосфера и гидросфера интенсивно обмениваются С0₂. В гидросфере С0₂ и IICO3 гораздо больше, она является буферной системой, поддерживающей содержание С0₂ в атмосфере на довольно постоянном уровне.

Определяющую роль в природном круговороте углерода играют наземные растения и фитопланктон. Они являются автотрофами, т. е. самопитающимися организмами, использующими энергию Солнца и фотосинтез для получения всех биологически важных веществ из неорганических С0₂ и HCOJ. Растения и фитопланктон ассимилируют С0₂ атмосферы и 1 ICO) гидросферы, превращая их в биомассу. Годовой обмен углерода за счет прироста биомассы и отмирания живых организмов составляет около 2 • 10¹¹ т/г.

Одним из основных источников поступления С0₂ в атмосферу служит дыхание растений и фитопланктона. Этот поток из биомассы в атмосферу составляет приблизительно 1? 10″ т/г.

Деструкция органического вещества, в которой главную роль играют грибы и бактерии, начинается с отмирания организмов или их частей (листовой опад, стебли трав, ветви, корни). Образующиеся в результате их жизнедеятельности частично деструктурированные органические вещества в виде гумуса почв претерпевают длительную эволюцию, испытывая воздействие почвенной фауны и микроорганизмов, кислорода и т. п. Конечным результатом этой цепи превращений биомассы является С0₂, снова поступающий в атмосферу.

Гидрокарбонат-ионы НСО3 морских вод в значительной мере превращаются в карбонаты раковин моллюсков, скелеты кораллов и других морских организмов. Со временем осевшие на морском дне карбонаты образуют горные породы. Не подвергшиеся деструкции остатки наземной растительности образуют торф, который в ходе сложных геохимических процессов превращается в бурый уголь, затем в каменный уголь или нефть. Медленные процессы образования карбонатов и каустобиолитов выводят углеродсодержащие вещества из быстрого обмена с атмосферой и гидросферой, составляя приблизительно 2% этого обмена. Но медленные геологические процессы снова вовлекают этот углерод в круговорот.