Загальне землезнавство - Олійник Я.Б. - 8.6. Вуглець у біосфері

Надзвичайно велика роль у біосфері належить вуглецю та його сполукам. Саме вони є основою життєдіяльності автотрофних організмів, які володіють унікальною здатністю накопичувати і перетворювати сонячну енергію в енергію органічних речовин, забезпечувати ріст, живлення і відновлення біомаси рослин, тварин і мікроорганізмів.

Нині основна маса вуглецю (99,06 %) зосереджена в карбонатних гірських породах і органічній речовині, розсіяний в осадових породах. Вуглець каустоболітів (паливних корисних копалин, вугілля, нафти, газу, сланців) становить близько 0,18 %. На карбонатну систему Світового океану, тобто вуглець, який входить до складу розчинених у морській воді СО₂ у СаСО₂ і Н2С08, припадає 0,66 %. Доля активного вуглецю, тобто тієї його частини, яка бере участь у кругообігу, становить тільки 0,0026 % його загальної маси, а до складу органічної речовини входить лише 0,0007 %.

Хоча доля активного вуглецю є дуже малою, роль його в енергетичному балансі географічної оболонки величезна, оскільки він є тим діяльним каналом, через який постійно надходить (завдяки фотосинтезу) потік сонячної енергії. У процесі розкладу органічної речовини сонячна енергія, яка була затрачена на синтез, переходить в географічну оболонку у формі тепла, а молекули вуглекислоти, що звільняються при цьому, повертаються в енергетичні цикли. Практично безмежна можливість повторення даного процесу перетворює органічну речовину в безперервно діючий фактор розвитку компонентів географічної оболонки.

Вміст вуглецю в атмосфері у минулі геологічні епохи був істотно вищим. Саме цією обставиною пояснюється нагромадження в давніх осадових товщах земної кори великих мас доломітів, вапняків, карбонатів. З розвитком флори і фауни та включенням кальцію в склад живої речовини відбувалося прискорення і посилення кругообігу вуглецю. Наростали процеси утворення карбонатів та їх геохімічна міграція в просторі. В океані, прибережних мілководдях, а пізніше і на суші стало можливим утворення і захоронення в літосфері органічних речовин у вигляді покладів кам'яного вугілля, сланців, нафти, газу, сапропелю, торфу, асфальту тощо. Спільний вплив процесів фотосинтезу, вуглекислого вивітрювання й утворення похованих мас карбонатів та органічної речовини неодноразово посилювався в період пожвавлення вулканізму, яке супроводжувалося періодичним збільшенням вмісту вуглекислоти в атмосфері.

Аналіз розподілу карбонатних відкладів у земній корі не тільки допомагає відтворити минулу екологічну обстановку, в якій відбулося утворення тих чи інших осадових товщ, а й дозволяє пояснити певні сучасні особливості географічного поширення і розподілу вуглецю на поверхні планети. Так, наприклад, вміст гумусу (найбільш родюча частина ґрунту, в будові якої переважають сполуки вуглецю) збільшується від тайгових підзолистих ґрунтів до дерново-підзолистих і далі до сірих та чорноземів і знову падає до каштанових ґрунтів сухих степів, бурих напівпустинних і сіро-бурих пустинних (табл. 10).

Таблиця 10. Середній вміст і склад гумусу деяких типів ґрунтів (за М.М. Кононовою, 1963 р.)

Відповідно до процентного вмісту гумусу в ґрунтах змінюються і його запаси. Так. за даними І.В. Тюріна (1949 р.) і М.М. Кононової (1963 p.), загальний запас гумусу у метровому шарі підзолистих ґрунтів вимірюється величиною близько 100 т/га, сірих лісових — 150—300, а в типових чорноземах перевищує 700 т/га. На південь від лучних степів запаси гумусу швидко зменшуються і становлять в бурих напівпустинних ґрунтах лише 62 т/га.

Характер розподілу гумусу в профілі різних ґрунтів також є неоднаковим. Так, в підзолистих і сірих лісових ґрунтах приблизно половина всього запасу гумусу концентрується в шарі 0—20 см від поверхні землі. В чорноземах гумус розподілений на більшу глибину, і тому у верхньому шарі тут міститься лише 25—30 % загального запасу метрової товщі. З просуванням на південь у каштанових і бурих напівпустинних ґрунтах знову спостерігається дещо більша концентрація гумусу в шарі 0— 20 см.

Ці закономірності пояснюються особливістю надходження рослинних решток, які є вихідним матеріалом вуглецевих сполук для утворення гумусу. В лісових ґрунтах головним джерелом гумусових речовин служить підстилка, яка залягає на поверхні землі, а в ґрунтах під трав'янистою рослинністю — підземні кореневі залишки трав'янистої рослинності, маса якої в кілька разів перевищує надземну масу організмів. Тому гумусові речовини акумулюються в першому випадку переважно у поверхневих шарах ґрунту, а в другому — поширюються на значну глибину.