Глобальный цикл углерода

Циклические процессы массообмена углерода имеют особо важное значение для биосферы. Распределение масс этого элемента следующее. В атмосфере, по данным Г. В. Войткевича (1986), находится 2450×10⁹ т углекислого газа, что соответствует 668×10⁹ т углерода; по данным К. И. Кобак (1988), масса углерода в атмосфере по состоянию на 1983 г. составляла 728×10⁹ т. В океане углерод (помимо его содержания в живых организмах) присутствует в двух главных формах: в составе органического вещества (растворенного в воде и отчасти находящегося в виде взвешенных дисперсных частиц) и в составе взаимосвязанных ионов НСО₃^-, СО₃^2- и СО₂.

Средняя концентрация растворимого органического вещества в океане оценивается в 1,5 мг/л органического углерода (С_орг), концентрация дисперсного взвешенного органического вещества значительно ниже — около 0,02 мг/л С_орг (Лисицын А. П. и др., 1983). Учитывая объем Мирового океана, можно считать, что в нем содержится примерно 2100×10⁹ т С_орг. Наряду с углеродом, входящим в состав органических соединений, в океане присутствует углерод, находящийся в карбонатной системе (С_к), главным образом в составе гидрокарбонат-иона НСО₃^-. Средняя концентрация НСО₃^- в океане (см. табл. 4.1) равна 143 мг/л, общая масса — 196 000×10⁹ т. В этой массе содержится 38 600×10⁹ т С_к.

Как отмечено ранее, основная масса живых организмов находится на суше и в пересчете на сухое вещество составляет 2500×10⁹ т. Это значение характеризует массу растений Мировой суши до начала активной хозяйственной деятельности человечества. Есть основания полагать, что в результате деятельности человека масса природной растительности суши сократилась на 25 % и составляет 1880×10⁹ т. Средняя концентрация углерода в сухом веществе растительности суши равна 46 % (см. табл. 2.2), следовательно, масса углерода в растительности суши до ее нарушения человеком составляла 1150×10⁹ т, а в настоящее время около 865×10⁹ т.

В океане в биомассе организмов-фотосинтетиков по последним данным Е.А. Романкевича (1988) сосредоточено 1,7×10⁹ т С_орг. Это на порядок больше, чем считали ранее, — около 0,1×10⁹ т (Добродеев О. П. и др., 1976). Кроме того, в океане существует значительная масса организмов-консументов, в которой связано 2,3×10⁹ т С_орг. В целом, количество углерода, находящегося в живых организмах океана, составляет доли процента от количества, которое сосредоточено в массе растений Мировой суши.

На суше, в педосфере, имеется значительное количество неживого органического вещества: слабо разложенных растительных остатков, образующих лесные подстилки и скопления торфа, а также почвенного гумуса. Масса подстилок близка к 200- 10⁹ т, торфа — 500×10⁹ т. Согласно последним данным (Орлов Д. С., Бирюкова О.Н., 1995; Глазовская М.А., 1997), во всем неживом органическом веществе Мировой суши связано около 2500×10⁹ т углерода. В океане средняя концентрация растворимого органического вещества около 1,5 мг/л, взвешенного — 0,02 мг/л. Соответственно масса растворенного С_орг равна 2055×10⁹ т, масса С_орг взвешенного — 27×10⁹т.

Обобщая изложенные сведения, можно заключить, что наименьшее количество углерода находится в атмосфере, несколько больше — в живом веществе суши, еще больше — в неживом органическом веществе педосферы. Значительная масса углерода содержится в океане в составе гидрокарбонатов — в 10 раз больше, чем в живом веществе, атмосфере и педосфере вместе.

Приведенные данные являются ориентировочными и отражают современный уровень знаний. Данные о распределении масс углерода в биосфере, полученные другими авторами и другими путями, принципиально не расходятся с нашими результатами, хотя численно отличаются (Виноградов А. П., 1967; Иванов А.И. и др., 1988; Кобак К.И., 1988; Романкевич Е.А., 1988; Болин Б., 1979 и др.).

Общая картина распределения масс углерода в земной коре представлена в табл. 7.1. Главной формой нахождения углерода в земной коре является С_к. Средняя концентрация карбонатного углерода на порядок превышает концентрацию органического. Это имеет место для земной коры в целом и ее главных слоев: осадочном, гранитном и базальтовом, а также для основных типов коры: континентальном, субконтинентальном и океаническом. Соотношение масс С_к: С_орг составляет около пяти и несколько возрастает в океанической коре из-за высокого процента карбонатных осадков.

Таблица 7.1