Миграция масс углерода в биосфере

Образование карбонатов, так же как аккумуляция органического вещества, не ограничено океаном, но происходит и на суше. Масса карбонатов, ежегодно образующихся в почвах аридных ландшафтов, достаточно велика, хотя она пока не поддается даже ориентировочной количественной оценке.

Глобальная динамика масс углерода в биосфере определяется двумя крупными циклами массообмена. Первый из них обеспечивается ассимиляцией СО₂ и разложением Н₂О путем фотосинтеза органического вещества и его последующего разложения с образованием СО₂. Второй цикл обусловлен процессом поглощения-выделения углекислого газа природными водами при химическом взаимодействии СО₂ с Н₂О и образованием карбонат-гидрокарбонатной системы. Оба цикла неразрывно связаны деятельностью живого вещества. Живое вещество биосферы, глобальный круговорот воды и карбонат-гидрокарбонатная система регулируют циклический массообмен углерода между атмосферой, сушей и океаном.

Характерной чертой двух главных циклов массообмена является их незамкнутость и выведение из циклов некоторого количества углерода в форме неживого органического вещества и карбонатов. Непрерывный вывод углерода из глобального цикла и захоронение его в осадках морей имеет кардинальное значение для развития биосферы. На основании тщательных расчетов А. Б. Ро-нова и А. А. Ярошевского (1976) можно сделать вывод, что в гранитном слое земной коры содержится углерода (от): 4,1×10¹⁵ в составе органических соединений и 18×10¹⁵в форме карбонатов, всего 22,1×10¹⁵. Это количество примерно в 4 раза меньше, чем в осадочной оболочке. Следовательно, углерод в биосферу не мог поступить в результате гипергенного преобразования пород гранитного слоя литосферы. Резервуаром, откуда на протяжении почти 4 млрд лет черпался углерод, служит атмосфера. В то же время содержание этого элемента в форме углекислого газа в атмосфере весьма ограничено. Непрекращающееся выведение углерода из атмосферы могло бы обусловить его постепенное убывание в ней и сокращение массы живого вещества, а затем и полное прекращение жизни на нашей планете. В действительности этого нет, так как углекислый газ постоянно поступает на поверхность планеты из недр Земли в составе вулканических газов.

А. Б. Ронов (1976) определил объемы всех типов осадочных горных пород, образованных на протяжении фанерозоя, и рассчитал количество углерода, содержащегося в карбонатных породах и рассеянном органическом веществе. Одновременно он установил объем вулканических лав, которые изливались в периоды, когда отлагались осадки. Было обнаружено, что массы углерода, связанного в карбонатных толщах, и углерода, содержащегося в рассеянном органическом веществе древних пород, изменяются согласно с колебаниями величин объемов вулканических пород. В те эпохи, когда происходили бурные извержения вулканов и изливалось огромное количество лавы, отлагалось особенно много карбонатных пород и рассеянного органического вещества (рис. 7.1). Очевидно, объем лав отражает интенсивность выноса вулканических газов. На протяжении 570 млн лет в осадочных отложениях было погребено 71 300×10¹² т углерода, связанного в составе карбонатов, и 9100×10¹² т — в рассеянном органическом веществе. Приведенные данные показывают, что, с одной стороны, существование и развитие жизни неожиданно связаны с процессом дегазации мантии и поступлением углекислого газа из недр Земли. С другой стороны, создание биосферы, поддержание ее функционирования обусловлены геохимической деятельностью живого вещества. Если бы живые организмы не обеспечивали геохимический цикл углерода, поддерживающий невысокую концентрацию СО₂ в атмосфере, то захороненное количество углерода находилось бы в виде углекислого газа в атмосфере в десятки тысяч раз больше, чем сейчас. Это имело бы самые серьезные последствия из-за так называемого парникового эффекта.