Основи екології - Олійник Я.Б. - Кругообіг вуглецю

Виникнення на Землі живої матерії створило можливість безперервної циркуляції в біосфері хімічних елементів" переходу їх із зовнішнього середовища в організми і назад у середовище. Така циркуляція хімічних елементів отримала назву біогеохімічних кругообігів (циклів). Біогеохімічні кругообіги - це частина біологічного кругообігу, що включає обмінні цикли хімічних елементів абіотичного походження, без яких не може існувати жива речовина (таких як вуглецю, кисню, водню, азоту, фосфору, сірки та ін.). Циклами називають більш-менш замкнуті шляхи циркуляції різних речовин із зовнішнього середовища в організми і знов у зовнішнє середовище. При цьому біогенні елементи різними шляхами поперемінно переходять з живої речовини у неорганічну матерію, а з неї - знов у живу речовину.

У ході біогеохімічних циклів атоми більшості хімічних елементів проходять незліченну кількість разів через живу речовину. Наприклад, увесь кисень атмосфери "обертається" через живу речовину за 2 тис. років, вуглекислий газ за 395 років, а уся вода біосфери - за 2 млн років. Жива речовина є приймачем сонячної енергії. Енергія, яка поглинається в результаті фотосинтезу, а потім запасається у вигляді хімічної енергії вуглеводів, зіставляється з енергією, яку споживають 100 тис. великих міст протягом 100 років. Гетеротрофи використовують органічну речовину рослин як їжу: органіка окиснюється киснем, який постачають в організм органи дихання, а з утворенням вуглекислого газу реакція йде у зворотному напрямку. Таким чином, одночасне існування автотрофів та гетеротрофів робить життя практично вічним.

Під час кругообігів відбувається колоподібна циркуляція речовин між повітрям, ґрунтом, водою, рослинами, тваринами та мікроорганізмами, коли мінеральні речовини, потрібні для життя, поглинаються, трансформуються, надходять з навколишнього середовища і включаються до складу рослин, а від них через ланцюги живлення, у вигляді органічних речовин переходять до тварин, далі через ланку редуцентів - знову в навколишнє середовище у вигляді неорганічних речовин. Завдяки наявності в атмосфері та гідросфері великого резервного фонду вуглецю, азоту, кисню, сірки, фосфору кругообіги можуть відносно швидко саморегулюватися. Рослини використовують сонячну енергію з ефективністю від 0,1 до 1 %; рослиноїдні тварини споживають близько 10 % енергії, акумульованої рослинами; хижаки - до 10 % накопиченої травоїдними тваринами, тобто всього близько 0,001 % сонячної енергії, що надходить до Землі.

Кругообіг вуглецю

Розглянемо найпростішу схему руху вуглецю на Землі - так званий біогеохімічний цикл вуглецю. Цей кругообіг є одним з найважливіших у біосфері, оскільки з ним прямо пов'язані вміст кисню в атмосфері, зміни клімату на планеті тощо. Вуглецевий цикл здійснюється у такій послідовності: спочатку з атмосфери вуглець у складі вуглекислого газу поглинається рослинами у процесі фотосинтезу з утворенням органічних речовин та побічним виділенням кисню. Рослинами він частково повертається в атмосферу при диханні, але в основному переходить в опад (листя, квітки, гілки та ін.) у складі органічної речовини, яку синтезували рослини. Редуценти розкладають цей опад та інші органічні рештки, і вуглець у формі вуглекислого газу знов надходить до атмосфери. Частина вуглецю накопичується у біосфері у формі СаС03 (крейда, вапняки, корали), кам'яного вугілля, нафти тощо (ця частина вуглецю надовго "випадає" з кругообігу). Але під впливом коріння рослин, тварин, а також діяльності людини (використання палива, енергетика і промисловість) вуглець може вивільнятися і знов опинитися у кругообігу.

Щорічно у біосфері в процесі фотосинтезу зв'язується у середньому 60 млрд т вуглецю; у процесі розкладу органічної речовини вивільняється 48 млрд т; надходить у ґрунт - 10 млрд т; залишається в осадовій товщі літосфери - 1 млрд т; надходить в результаті згоряння палива - приблизно 4 млрд т вуглецю. Увесь вуглекислий газ атмосфери і гідросфери обмінюється та поновлюється живими організмами за 395 років. Подібно до кругообігу вуглецю відбуваються кругообіги інших хімічних елементів: азоту, фосфору, сірки тощо.