<<
>>

Нарушения в балансе и круговороте углерода и кислорода в биосфере

Кислород и углерод - два биофильных элемента, играющие важнейшую роль в природе и особенно в биосфере (табл. 10).

Лучше всего роль углерода в биосфере иллюстрируется интересной схемой его круговорота (рис.

8). Это схема суммирует данные А.А. Ничипоровича и П. Дювинье (PoDuvigneaud, 1974). Из этой схемы следует, что в биосфере суши продуцентом кислорода является фотосинтез, основным потребителем углекислоты является также фотосинтез, а хранителем углерода - живая био-

Таблица 10

alt="" />

масса, органическое вещество, осадочные породы и каустобиолиты, гумусовая оболочка суши и мелководий.

Данные табл. 10. 11 и рис. 8 весьма приближенны и у различных авторов расходятся на величины до одного порядка. Однако бесспорно огромное обогащение живого вещества и почв углеродом, что и способствовало накоплению кислорода в атмосфере.

Содержание углерода невелико в земной коре, но углерод и его соединения - основа всех форм жизни. С циклами углерода связаны циклы кислорода, азота, фосфора, серы. Без понимания циклов углерода невозможно оценить роль фотосинтеза в энергетике биосферы и разобраться в биогеохимии кислорода. Биогеохимический круговорот углерода рассмотрен в большом числе публикаций (Goldschmidt, 1954; P.Duvigneaud, 1967; 1974; Ничипо- рович, 1967; Перельман, 1972; Woodwell, 1972; Woodwell and Pecan, 1973 и др.). Поэтому здесь автор сосредоточивается исключительно на рассмотрении тех нарушений в биогеохимии углерода и кислорода, которые характеризуются современными данными, как явления, угрожающие человеку. Общепризнанно, что биогеохимический цикл углерода нарушен в биосфере крайне сильно. Трудно сказать, какая форма хозяйственной деятельности человека играет наибольшую роль в этих нарушениях.

Количество двуокиси углерода, создаваемой в процессе хозяйственной деятельности человека и поступающей в атмосферу, достигло 15-25*10^ т в год и теперь более чем в 100-150 раз превышает ювенильные поступления (0,15*10^ т в год). Если исходить из цифр П.Дювинье ( Duvigneaud, 1974) и А.А. Ничипоровича (1967), то надо считать, что нормально в процессе биологического круговорота углерода в биосфере создаются ежегодно около 267*10^ т двуокиси углерода (дыхание растений, микроорганизмов, животных и человека, гниение и другие окислительные процессы). Таким образом, индустриальная и хозяйственная эмиссия двуокиси углерода составляет в настоящее время от 6 до 10% по отношению к ежегодному нормальному притоку двуокиси углерода. Эта заметная величина, и она имеет тенденцию к дальнейшему увеличению до 30-40* 10^ т/год, что превысит уже 10% по отношению к нормальному уровню биогенного поступления СХgt;2* Притоком двуокиси и окиси углерода от сжигания ископаемого топлива не ограничиваются источники современного антропогенного пополнения запасов СО 2 в атмосфере.

Металлургия и химическая промышленность в 1970 г. расходовали до 45 млрд, м3 кислорода для получения чугуна, стали, ацетилена и др. с соответственными отходами окислов углерода. Уничтожение 2/3 поверхности и биомассы лесов, разрушение и минерализация лесных подстилок, дернины лугов, степей и пампы, окисление гумуса пахотных почв и осушенных торфяников (иногда на 30*50%) за минувшие одно-два столетия также дало значительные поступления двуокиси углерода в атмосферу. Некоторые авторы считают, что эти процессы способствовали увеличению ССgt;2 в атмосфере на 50% (СWilson, 1970). Недопустимо интенсивная охота, рыбная ловля, китобойный промысел привели, как известно, к полному уничтожению 150 видов животных и поставили сотни видов на грань истребления. Этот процесс подлежит количественной биогеохимической оценке. Но он (процесс) сопровождался переводом соединений органического углерода в форму двуокиси с поступлением ее в атмосферу планеты.

Уничтожение пышной водной и амфибиальной растительности в дельтах рек и эстуариях, загрязнение водоемов и морей в раде мест ослабили планктон и это, в свою очередь, не только ослабило фотосинтез, но и увеличило поступления двуокиси углерода в атмосферу. Промышленность строительных материалов (обжиг извести, производство, цемента и др.) также сделала свой вклад в нарушение баланса окислов углерода.

В ходе окисления антропогенных соединений серы, азота, хлора в тропосфере в настоящее время образуются большие количества разбавленных растворов серной, азотной, соляной кислот, количество которых может достигать миллиарда тонн в год. Их выпадение с атмосферными осадками на карбонатные почвы и скалы известняков неизбежно сопровождается разрушением углекислого кальция и магния с поступлением в воздух свободной двуокиси углерода.

В этом же направлении действуют кислые сбросные шахтные воды и окисление сульфидов в выбросах горных пород. Нагревание индустриальных, городских речных и подземных вод, взятых для орошения или водоснабжения, также сопровождается нарушением растворимости бикарбонатов кальция, их осаждением в виде карбонатов и выходом в атмосферу эквивалентной части двуокиси углерода.

Мы перечислили лишь некоторые из многочисленных процессов, возникших в нашу эпоху и ведущих к увеличению поступлений окислов углерода в атмосферу. Все эти процессы количественно мало изучены в региональном плане и применительно к определенным типам территории и акватории.

Отмеченные явления дополнительных поступлений двуокиси углерода в атмосферу имеют особое значение на фоне вековых геологических и климатических изменений в послеледниковую эпоху. Как справедливо отметил В.Голь- шмидт (Goldschmidt, 1954), вторая половина четвертичной эпохи характеризуется ослаблением вулканической деятельности (столь характерной для конца третичной эпохи и начала четвертичного периода) и, следовательно, ослаблением ювенильных поступлений двуокиси углерода в атмосферу!. С другой стороны, прогрессирующее послеледниковое обшее потепление планеты сопровождается потеплением Мирового океана, осаждением углекислого кальция, освобождением и поступлением в атмосферу значительных масс углекислоты, ранее связанной в бикарбонатах или растворенной в водах океана (главный запас и регулятор режима углекислоты).

Не исключено, по мнению В.Гольдшмидта, что общее равновесие в режиме СО2 в послеледниковое время вообще еше не наступило. Поэтому небольшие изменения общего содержания двуокиси углерода в атмосфере могут сопровождаться скрадыванием или, наоборот, заметным увеличением прироста концентрации СО2 при сравнительно кратковременном (50-70 лет) повышенном поступлении двуокиси в результате хозяйственной деятельности человека. В.Гольдшмидт показал, что годичный антропогенный приток двуокиси углерода уже в 30-40-х годах был на два порядка выше, чем поступления ювенильной двуокиси углерода за миллиарды лет геологической истории планеты (3-6 у и 800 у СО2 на 1 кв. см земной поверхности в год). С тех пор сжигание каменного угля, нефти, газа, лигнитовых сланцев, дерева увеличило поступления СО о в атмосферу в 4-5 раз. Возможный приток СО2 в атмосферу теперь достигает, как отмечено, величины порядка 15-25* 10^ т ежегодно. С учетом окисления гумуса, торфов, подстилок и термохимических реакций, упомянутых выше, эта величина может считаться вполне вероятной.

Для того, чтобы оценить биогеохимическое значение этих процессов, следует рассмотреть и противоположные явления связывания двуокиси углерода, вывода ее из биологического круговорота в виде тех или иных соединений. Это тем более необходимо, что наблюдаемые фактические данные о происходящем увеличении концентрации двуокиси углерода в атмосфере примерно в два раза меньше того, что можно было бы ожидать как следствие ежегодных антропогенных поступлений этого окисла в окружающую среду. />В последние 10-15 лет вулканическая деятельность на планете явно оживилась.

Совершенно очевидно, что существуют факторы и процессы, которые chi жают общую тенденцию возрастания COg в атмосфере. Такими факторами М' гут являться динамика углерода в Мировом океане, выросшая биомасса на планете, усиление процессов углекислого выветривания минералов и новооб разования карбонатов кальция, магния, натрия, усиление процессов гумусо- образования в наземных и подводных почвах.

В количественном отношении названные процессы изучены мало.

В мировом круговороте биофильных элементов, и особенно углерода и кислорода, эти факторы играли и играют роль крайне сложного механизма, контролирующего концентрацию двуокиси углерода в атмосфере. О роли эти факторов за прошлую историю земной планеты можно судить по данным табл. 11, рис. 9.

Таблица 11

Содержание углерода и его соединений в различных оболочках планеты, т (по данным Болин, 1972; Reiners, 1973)

Содержание углерода в карбонатах и в рассеянной

форме в литосфере

2-4

•ю16

Содержание углерода в органических веществах осадочных пород (главным образом в сланцах и глинах)

п

• 1016

Содержание углерода в живом веществе

п

• 109-10

Содержание углерода в отмершем органическом веществе

п

• 1012

Содержание углерода в ископаемых горючих

п

• 1013-14

Содержание СС^ в гидросфере (в мировом океане)

п

• Ю14

Содержание ССgt;2 в атмосфере

п

• 1012

Содержание гумуса в почвах

2,4

•1012

Содержание растворенных органических веществ в океане

3

•1012

По этим данным можно убедиться в том, что главным "резервуаром накопления и хранения" углерода являются осадочные породы земной коры. Общая сумма углерода в литосфере достигает до п • 1016 т и может бьгп до 1017 т# Около половины этого количества представлено углеродом осадков углекислого кальция и магния, а другая часть того же порядка по величине представлена углеродом органических соединений, рассеянных в толщах осадочных пород и в виде горючих ископаемых.

Общепризнанным является мнение, что эти колоссальные аккумуляции соединений углерода - продукт геохимического и биогеохимического происхождения. Выветривание минералов магматических пород сопровождалось в течение геологической истории планеты образованием бикарбонатов кальция и магния, которые, поступая в растворах в озера, моря, океаны, бессточные впадины материков, накапливались в континентальных и морских осадочных породах. Этот процесс продолжается и поныне. С речным стоком в мировой океан, по подсчетам В.И.Вульфсона (1964), ежегодно поступает около 1,4*10^ т карбонатов кальция и магния (табл. 12). Часть углекислых соединений на суше представлена солями калия и натрия, которые также образуются при карбонатном выветривании первичных минералов и связывают значительные массы СО2 атмосферы.

Антропогенные поступления двуокиси углерода в атмосферу должны были бы усилить процессы выветривания минералов и новообразвание карбонатов и бикарбонатов щелочных земель и щелочей. Мы не имеем эксперименталь-

Рис. 9. Диаграмма глобального цикла углерода. Числовые данные приводиться там, где это возможно; источники данных указаны ниже. Вопросительные знаки показывают отсутствие данных. Все величины даны в млрд, т углерода. Данные представлены участниками Брукхейвнского симпозиума (особые случаи оговорены специально). Ниже приводятся данные, полученные из других источников: а) 683 (SCEP, прим. I, стр. 161) и 700 х 10^ т (по Болину); б) SCEP, прим. I, стр. 304; в) 450 х 10^ т (по Болину); г) 25x10% (по Болину); д) на основе определения количества азота по Делвичу и отношения C/N = 12 Болин определяет количество углерода как 9000x10^ т; е) 10 х 109 т (по Болину); ж) данные Болина; з) 3000 х 10^ т (по Болину).

Годовой приток донных (Вульфсон, 1964)

отложений в

океане

Соединения

Млн.т

%

Карбонаты кальция и магния

1360

45,73

Органическое вещество

1200

40,35

Минеральные коллоиды

360

12,10

Микроэлементы Неорганические биогенные

36

1,21

вещества

18

0,61

Общее количество

2974

100,00

ных цифр и количественных наблюдений, но сомневаться в этом не приходится.

Процесс связывания углерода в форме органических соединений начался на земле намного позже геохимического связывания углерода в виде карбонатов. Но протекал он очень интенсивно и порядок величин захороненных масс углерода в форме различных органических соединений оказался столь же значительным, как и новообразование и накопление углекислых солей. Возможно, что интенсивность накопления захороненных органических соединений при современном осадкообразовании уменьшилась.Это следует изучать. Сооружение плотин и водохранилищ на реках, разрушение растительного покрова и ландшафтов дельт, эстуариев, мангровых берегов, осушение и освоение торфяных болот могло сократить биогенное накопление неразложивше- гося органического вещества. Однако и современные, аллювиальные и донные осадки рек, озер, морей и океана всегда содержат органическое вещество в заметных количествах (до 40%, табл. 12), что говорит о выводе части углерода из малого цикла в геологический. />Окончание подписи

1- углерод живого органического вещества? 2 - углерод неживого органического вещества; 3(a) - атмосфера С02 - С.670; 4(6) - сжигание ископаемого топлива 3,6; 5 - тропосфера, 610; стратосфера, 60; 6-гетеротрофное дыхание и пожары, 13; 7 - валовый фотосинтез, 100; 8-дыхание растений. 50; 9 - поступление в растворах, 100; 10 - потери с растворами, 98,2; 11 (в) - углерод живого органического вещества (в основном растений), 833; 12 - 0,2-1; 13 - чистый поток, 1,8;14(г)- перенос детрита, 37; 14(a) - пожары? 15 - валовый фотосинтез, 50;

16 (ж) - неорганический углерод, 500; 17 — океан верхние слои; 18 -

дыхание растений, 25; 19(ж) - разложение, 35; 20 - разложение, 37;

21(e) углерод живого органического вещества, 1,5; 22(ж) - перерос

детрита; 20; 23(д) - углерод неживого органического вещества, 700;

24(ж) - перемешивание слоев, 45; 25(ж) - перемешивание слоев, 40;

2б(з) - углерод неживого органического вещества, 1000; 27 - суша;

28 - перенос детрита и растворенного углерода? 29 - океан. Глубоководные слои; 30(ж) - разложение, 5; 31 - пресные воды, 330; 32 - вынос в океаны; 33(ж) - неорганический углерод 35000; 34 - выветривание? 35 - отложения; 36(ж) - ископаемое топливо, 10.000; 37(ж) - выпадение в осадки, 1; 38 (ж) — рассеянный углерод и неорганические углеродные отложения 20.000.000; 39 - растворение?

Считается, что более 2% общего оборота углерода уходит из круговорота в длительный геологический цикл. Вряд ли эта величина может компенсировать антропогенные поступления углерода в виде двуокиси.

Третьим и притом весьма автивным фактором и звеном в круговороте углерода являются водные массы Мирового океана. Если сравнить содержание двуокиси углерода в водах, океанах и в атмосфере, то можно видеть, что океан содержит более 98% общего запаса двуокиси углерода атмосферы - 2,1*10^ т и гидросферы - 1,3-10^^ т (Перельман, 1972).

В гидросфере двуокись углерода представлена как в форме разбавленных растворов угольной кислоты, так и главным образом в виде бикарбонатов металлов. Повышение концентрации и парциального давления СО2 в атмосфере и охлаждение вод (региональное или сезонное) сопровождается немедленным увеличением концентрации двуокиси углерода в воде и новообразованием растворов бикарбонатов кальция. В последующем бикарбонаты могут, выпадая в осадок, связывать часть СО2 в карбонатах. Другая часть СО2 бикарбонатов при этом вернется вновь в атмосферу по реакции

Ca(HC0g)2 СаСО ^              ; F^COg -gt; Н2О + СО2

Уменьшение концентрации двуокиси углерода в атмосфере неизбежно вызывает дегазацию вод океана и поступление углекислого газа в атмосферу. При этом опять-таки в осадок выпадает эквивалентная часть углекислого кальция.

Фотосинтез в гидросфере также является постоянно действующим механизмом поглощения двуокиси углерода из атмосферы и растворенных газов с соответственным освобождением кислорода. Таким образом, океан и атмосфера образуют тесно связанную систему, регулирующую распределение двуокиси углерода между ними. Многие авторы считают, что в современную эпоху нашей цивилизации океан продолжает эффективно выполнять ту же функцию захвата и иммобилизации избыточной двуокиси углерода путем перевода ее в осадки углекислого кальция и магния, а также путем образования биомассы живого вещества и растворенной органики в толщах морской воды.

Растительность суши, как полагают, может производить значительно большее количество биопродукции при некотором увеличении концентрации СО2 в атмосфере и при обеспеченности влагой, светом и минеральным питанием. Можно думать поэтому, что появление в атмосфере планеты углекислого газа антропогенного происхождения должно бы увеличить интенсивность фотосинтеза, биомассу растений и ежегодные приросты органического вещества на планете. Естественно ожидать, что это должно бы увеличить биомассу животных, а также запасы углерода в почвах и донных осадках в форме гумуса и сапропеля.

Предположения о возможном или даже начавшемся увеличении годового прироста биомассы (и связывании тем самым антропогенной двуокиси углерода на 5-7-10% уже высказывались (Peterson, 1969; Герасимов, 1971). Но пока объективных данных в пользу такого мнения нет. Увеличение продуктивности биомассы на 5-10% требует не только углекислоты, но и влаги, и плодородных почв, и новых сортов растений.

Нам известно, что современное земледелие действительно создало агробиогеоценозы, продуктивность которых выше, чем продуктивность бывших целинных территорий. Таковы оросительные системы в пустынях Азии и Африки или интенсивное земледелие Западной Европы на мелиорированных, болотных и известкованных лесных (в прошлом кислых) почвах.

В целом же, зная низкую среднюю продуктивность мирового земледелия, учитывая имевшее место сокращение площади лесов, потери продуктивных

почв под покровом городов, дорог, складов, жилищ, разрушение земель от эрозии и других причин, нельзя, к сожалению, ожидать, что суммарно на планете произошло общее возрастание биомассы. Наоборот, есть мнение о том, что в современную эпоху биомасса планеты уменьшилась на 25% по сравнению с прошлым (Рябчиков, 1972). Общеизвестно также, что запасы гумуса пахотных почв в большинстве случаев сокращаются, а лесные и степные подстилки постепенно исчезают. Именно этими обстоятельствами приходится объяснять, что несмотря на возможное увеличение КПД ФАР при фотосинтезе, растущие поступления СО2 в атмосферу как побочного продукта современной цивилизации не были компенсированы общим ростом биомассы и увеличением запасов гумуса в почвах. Однако интенсивность увеличения СО2 в атмосфере была существенно задержана и оказалась значительно мень- шей, чем могла быть.

Итак, анализ имеющихся сведений о балансе углерода на планете позволяет видеть, что его распределение и круговорот в целом представляют динамическую, hq устойчивую буферную систему, изменение которой может происходить сравнительно легко в локальных микро- и мезоциклах, но нарушение которое в глобальном плане встречает буферное действие процессов образования и осаждения углекислой извести и доломита, дополнительное образование и накопление запасов органического вещества на суше или в океане, увеличение растворенной СО2 в водах океана и суши.

Рассмотренные нарушения в нормальном (до вмешательства индустриального общества) биологическом круговороте углерода распространяются и на его изотопы.

Изотоп углерода с 12 является абсолютно преобладающим во всех продуктах биогенного или минерально-биогенного происхождения. Объясняется это тем, что при фотосинтезе происходит наибольшее обогащение углерода тканей растений и затем животных легким изотопом углерода              (Гали

мов, 1968). По этим причинам и углерод почв, лигнитов, углей относительно обогащен углеродом 0^ . Из почв наибольшую обогащенность легким изотопом обнаружила углекислота воздуха торфяно-болотных почв (Галимов, 1968). Эрозия обедняет почвы и биосферу углеродом , который со стоком рек уходит в океан. В биогенном углероде отношение              всегда

выше 90,0%. В небиогенном углероде это отношение варьирует от 88,0 до 90,2% (Rutten, 1971). Вследствие этого углерод изверженных пород все1%- да несколько обогащен изотопом •

Горнодобывающая и нефтяная промышленность приводит к обогащению окружающей среды углеродом , Разработка минералов зоны окисления сульфидных руд увеличивает в биосфере относительное количество С1 о По-видимому, Сбыстрее выпадает в осадок при образовании карбонатов кальция. Возможно, поэтому морские известняки значительно обогащены изотопом с 13

12

Углерод углеводородных газов на 1% богаче изотопом С по сравнению с углеродом нефти (Галимов, 1968) и на 2% - по отношению к газам литосферы. Разрг\ботка и сжигание газов увеличивает поступление С^. Сжигание нефти и газов больших глубин (2-3 тыс.метров), наоборот, способствует более повышенному поступлению              в атмосферу. Атомно-ядерные взрывы сильно повышают содержание изотопа              в атмосфере и в биогенных

органических материалах. Как показал опыт, несмотря на значительные уменьшения числа атомных взрывов, изменения в изотопном составе углерода в современной атмосфере все еще сохраняются.

Каковы последствия для человека наблюдаемых изменений в изотопном составе углерода остается неизвестным. Эта задача будущих исследований.

Все же есть ряд оснований для мнения в пользу поддержания в окружающей среде изотопного состава с нормальным (сложившимся) или повышенным количеством              . Именно этим изотопом характеризуются био

генные продукты в биосфере. В пользу этого же говорят и интереснейшие данные американских исследований на биологических моделях (рис.10). Уверение доступа атмосферной углекислоты удваивает биомассу Selenastrum 3 1 24 дня. Но подача на ту же культуру углекислоты из бутылей с культурой бактерий (т.е. обогащенной изотопом С^) утраивает биомассу за более короткое время - 12 дней.

Имеется еще одна неучтенная форма антропогенной аккумуляции и вывода углерода на длительный период из биогеохимического круговорота - это бесчисленные деревянные дома и постройки, корабли, заборы, шпалы, экипажи, мебель, домашняя утварь, запасы дров и досок, ткани, пластмассы, запасы растительных и животных материалов, продовольствия и взрывчатых веществ в складах и арсеналах, наконец, биомасса трех миллиардов домашних животных, четырех миллиардов самого человека, свалки, захороненные органические отбросы, кладбища и гробы. Трудно оценить величину этой биомассы и количество связанных углерода, азота, фосфора и других зольных элементов, тем более, что эта величина продолжает расти. Но она может приближаться к биомассе суши. Часть этих веществ выключается на десятилетия, а некоторая часть - на столетия и даже тысячелетия. Возможно и эти изъятия несколько компенсировали прирост углекислоты в атмосфере. Вероятно, все эти факторы поглощения, изъятия, вывода антропогенной двуокиси углерода из активного круговорота в "геохимические ниши" на длительное время приводят к тому, что прирост СО2 в атмосфере отвечает лишь 1/3 суммарных дополнительных поступлений двуокиси в окружающую среду. Примерно около 60% дополнительной СО2 изымается факторами и процессами, рассмотренными нами здесь и выше (Johnson, 1974).

В прекрасной монографии "Углерод и биосфера", опубликованной в 1973 г. под редакцией Г. Вудвелла и Е. Пекан, приведены различные материалы и точки зрения по поводу фактического положения и достоверности данных о динамике содержания двуокиси углерода в земной атмосфере. Многолетних наблюдений немного, но они свидетельствуют о том, что действительно происходит медленнее, но постоянное возрастание общей концентрации ССgt;2 в атмосфере. За последние 100 лет этот прирост составляет 10- 15% (рис. 11,12). Как сообщает W.Reiners (1973), данные наблюдений в Швеции, Майна Лоа (Гавайи), Антарктике, Аляске, Нью-Йорке и др. обнаруживают, что концентрация СО о в атмосфере возрастала в прошлом с интенсивностью 0,2% в год или 0,7 части/млн год. Однако теперь интенсивность прироста СО2 увеличилась до 1,5 части/млн год (1973) и общая концентрация СО2 в воздухе достигла 3 20 части/млн. При продолжении существующих темпов прироста и режима использования ископаемых топлив (годовой прирост 3 1/2-4%) к 2000 году концентрация СО2 в воздухе по прогнозам (Machta, 1973) может достигнуть 385 части/млн.

Так это *или не так, в настоящее время судить трудно, так как станций многолетнего наблюдения за динамикой СО2 и круговоротом углерода на планете крайне мало. Это неотложная задача ближайшего будущего, но тенденция, выявленная американскими учеными ( W.Bishof, L,Machta, (TEkdahl and CoKeeling, G*Woodwell*), довольно тревожная. На почве этих данных возникли прогнозы тепловых и гидрологических нарушений на планете (рис. 13).

См. сборник Carbon and the Biosphere, изданный под редакцией G.Woodwell and E.V,Pecan (1973)-

Р и с. 13. Прогноз возмож ного изменения температуры планеты при возрастании концентрации СО2 в атмосфере (при стабильности средних условий) . Заимствовано из книги Carbon and the Biosphere" , 1973.

Угроза общеземного потепления связывается не только с увеличением содержания двуокиси углерода в атмосфере, но и ^ продолжающимся ростом выработки энергии и поступлениями тепла в биосферу (рис. 14).

Но еще тревожнее долгосрочные прогнозы возможного снижения концент*- рапии кислорода (02) и озона (О3) в связи с увеличением их расхода при сжигании топлива и на окисление антропогенных соединений азота, серы, моноокиси углерода, углеводородов, водорода и др. В настоящее время на все формы сжигания топлива на металлургическую и химическую

продукцию и на дополнительное окисление различных отходов ежегодно расходуется 10—20*10^ т кислорода.

Рис. 14. Прогноз векового хода отклонения от нормы средней температуры воздуха для северного полушария. 1 - данные наблюдений; 2 - изменения, обусловленные ростом производства энергии (увеличение на 6% в год); 3 - изменения, обусловленные ростом концентрации углекислоты (Будыко, 1972).

Ежегодная фотосинтетическая продукция кислорода составляет 120-190*10^ Таким образом, ежегодный дополнительный расход кислорода, вызванный антропогенными факторами, составляет не менее 10-16% от его биогенного образования. Та часть кислорода, которая связывается в карбонатах или в органическом веществе, уходящем в континентальные или в морские осадки, выключается на сотни, тысячи и миллионы лет из атмосферы и биосферы. Необратимо связываются значительные массы кислорода: в процессах выветривания минералов, на окисление добываемых металлов и сульфидов, на интенсивное глинообразование и на гидратацию окислов и глин.

Все эти процессы усилились в настоящее время на планете. Но количественно они еще не уточнены. В оценке опасности дефицита кислорода в биосфере мнения ученых расходятся. Большинство американских исследователей считает, что этот вопрос неактуален. Советские исследователи А.А. Ничипо- рович, А.С. Оканенко неоднократно подчеркивали, что путем увеличения обще- щеземного коэффициента использования физиологически активной радиации (КПД ФАР) с крайне низкой средней величиной 0,2-0,5% до 1-2% можно решить проблему получения необходимого количества кислорода. Современная агрономия, генетика, агрохимия и мелиорация почв позволяют предвидеть значительно большее реальное повышение КПД ФАР в будущем до 3-5-8%.

Создание продуктивных оросительных систем в пустынях (ныне бесплодных! ) на площади порядка 600-700 млн.га^при урожаях зерновых 50 ц/га позволит ежегодно связывать до 20-30[III]10 т двуокиси углерода, производить до 15-20*10^ т кислорода и обеспечить каждого из 7 млрд, жителей планеты в будущем 500 кг пищевых зернопродуктов (Ковда, 1973).

Восстановление лесной и кустарниковой растительности на всех пустырях, оголенных склонах и скалах будет действовать также в направлении улучшения баланса углерод-кислород.

Итак, нет оснований говорить о катастрофе, вызванной дефицитом кислорода. Но не следует и недооценивать возможность проявления дефицита в будущем. Необходимы исследования, наблюдения и обоснованные прогнозы. Проблема возникнет в будущем, если уже теперь не будут приняты необходимые меры. Нельзя допустить в дальнейшем бездумное стихийное вмешательство человека в круговорот углерода и кислорода. Необходимо сознательное направление человеком всего комплекса процессов использования природных ресурсов и сохранения нормального соотношения углекислоты и кислорода в биосфере. Решение этой проблемы потребует огромных знаний, усилий и средств. Снятие угрозы войн ю расходов на вооружения обеспечит ресурсы, необходимые для человечества в этой области,

<< | >>
Источник: Ковда.В.А. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ В БИОСФЕРЕ. 1976

Еще по теме Нарушения в балансе и круговороте углерода и кислорода в биосфере:

  1. IL3. Энергетические и вещественные особенности экосферы
  2. 1.1. Концепция экосистемы
  3. Нарушения в балансе и круговороте углерода и кислорода в биосфере
  4. Нарушение человеком биогеохимического круговорота азота 
  5. Глобальный процесс нарушения равновесного состояния географической оболочки Земли. 
  6. Биосфера как космопланетарная геосистема Земли
  7. Элементы круговорота веществ и энергии в природных системах
  8. Основы глобальной экологии (биосферологии)
  9. 6.2.1. Природные биогеохимические циклы химических элементов и их техногенное нарушение.