Влияние человека на круговорот углерода


Невозможно отрицать, что человек значительно (и не лучшим образом) влияет на окружающую среду, в частности на круговорот углерода в природе. В наших силах сохранить экологическую обстановку на планете хотя бы в пригодном для жилья виде на как можно более долгий срок. Но почему, собственно, так важно наличие углерода? Что с ним вообще происходит, как он влияет на нас, и можем ли мы повлиять на круговорот в природе этого важного элемента?

Практически любая форма жизни на нашей планете содержит в себе углерод. Значит, он необходим для нормального существования всех биологических видов. Почему же нас пугают тем, что содержание углерода стремительно повышается? Сжигание нефти и газа в процессе эксплуатации машин, работы предприятий выбрасывает в атмосферу огромное количество углекислого газа, нарушая круговорот углерода в природе. Биосистема Земли перестает справляться с таким его количеством.

Где присутствует углерод?

Где присутствует углерод?

В, казалось бы, ничтожно малой концентрации (0.04%) углерод присутствует в атмосфере Земли как диоксид СО2. Но этого достаточно, чтобы поддерживать жизнедеятельность земной растительности. Углерод содержится также в почве и осадочных породах – в наземной биосфере. Как уже говорилось, этот элемент в большом количестве присутствует в океане в виде живой и неживой морской органики и в уже растворенном виде. Еще одно хранилище углерода – ископаемые ресурсы, обычно, органического происхождения.

Откуда появляется углерод?

Круговорот углерода в природе, как и любого другого вещества, подразумевает, что он откуда-то берется, потом куда-то девается и возвращается назад. Посмотрим, как это происходит с углеродом.

  • В атмосферу углерод выдыхают животные и люди.
  • Отмершие организмы растений и животных обрабатываются бактериями, которые с участием кислорода выделяют при этом углекислый газ или метан, в котором также присутствует углерод.
  • Углекислый газ образовывается также при сжигании нефти, угля, торфа и природного газа.
  • Лесные пожары – тот же источник попадания этого газа в атмосферу.
  • Еще один серьезный источник – деятельность активных вулканов, которые выбрасывают в атмосферу много углекислого газа, пара и диоксида серы.
  • Производство цемента, как результат человеческой деятельности; используя нагревание карбоната кальция (СаСО3), выделяем большое количество углерода в атмосферу.
  • Много говорят о глобальном потеплении. Нагреваясь, поверхность океана дополнительно выделяет углекислый газ из воды.
Читайте также:  Глутамат натрия: влияние на организм

Куда девается углерод?

Если бы весь попадающий в воздух углерод там и оставался, мы бы давно уже задохнулись, и жизнь на Земле перестала бы существовать. Но круговорот углерода в природе предполагает, что из атмосферы он куда-то девается. Куда?

  • Большое спасибо за очищение воздуха от углекислого газа нужно сказать деревьям, которые являются главными хранилищами этого элемента. Причем, углерод может сохраняться в них сотни лет. Особенно полезны в этом смысле молодые деревья, которые быстро растут и, значит, быстро расходуют углерод.
  • Чем ниже температура, тем более растворимым становится углекислый газ, и холодная поверхность воды ближе к северному полюсу отлично его поглощает. Но глобальное потепление грозит тем, что океан начнет испарять углекислый газ назад в атмосферу. Это еще одна проблема, которая волнует ученых и все человечество.
  • Еще одна серьезная фабрика по утилизации углерода – морские организмы, обитающие в верхних слоях океана. Они абсорбируют углерод для строительства своих клеток. Приблизительные подсчеты ученых говорят о 36 тысячах гигатонн углерода в мировом океане.
  • Отмирая, морские обитатели (их твердые части) оседают на морском дне, со временем складываясь в осадочные породы.

Антропогенное воздействие на круговорот углерода и его последствия

Основные формы влияния человека на цикл углерода:

  • сжигание топлива: угля, нефти, газа и др., с которым связаны выбросы СО2 (ежегодно выбрасывает в атмосферу более 22 млрд т CO2);
  • вырубка лесов и отчуждение земель под строительство сокращают продуктивность биосферы;
  • уменьшение запасов органического вещества в почвах, которое вызвано эрозией пахотных земель и изъятием продуктов сельского хозяйства;
  • загрязнением вод приводит к снижению продуктивности океанов и морей.

Последствия этих воздействий на круговорот углерода весьма ощутимо. Так, в период с 1980 по 1990 г. зарегистрирован рос концентрации СО2 в атмосфере с 0,0335% до 0,0355%. Долгое время рост объясняли только антропогенным влиянием. Однако исследования показали, что есть и другие причины роста.

Читайте также:  Магния стеарат: влияние на организм

Данные об изменении запасов СОв биосфере, основанные на изотопном составе углерода. В природе существуют два стабильных изотопа углерода: 12C (98,982%) и 13C(1,108%). При фотосинтезе и последующем седиментогенезе происходит фракционирование изотопов, и отношение 12C/13C в растениях несколько меньше, чем в углеводородном топливе. Оценка доли углекислого газа, поступившего в атмосферу при сжигании топлива, с привлечением данных о изотопном составе дала следующие результаты [12]:

  • скорость накопления в атмосфере – 3,5·109 т/год;
  • поглощения в океане – 4·109 т/год;
  • выбросы при сжигании топлива – более 5·109 т/год.

Таким образом, суммарные запасы углерода в атмосфере и гидросфере увеличиваются на 7,5∙109 т/год, из них. 5·109 т/год обусловлено сжиганием топлива. Остальная часть связана с деструкцией органического вещества. Это означает, что биосфера не повышает продуктивность в ответ на рост содержания CO2, как это неоднократно наблюдалось в геологической истории Земли, а является источником выбросов CO2 в размере 2,5·109 т/год.

Возможные последствия снижения биоресурсов в Мировом океане. В гидросфере с фотосинтезом связано повышение содержания кислорода на малых глубинах, а в результате погружения остатков организмов и их разложения с глубиной кислорода становится меньше, а количество СО2 и соединений азота и фосфора возрастает. Нужно обратить внимание еще на один момент, связанный с Мировым океаном. Допустим концентрация СО2 в атмосфере возросла. Учитывая, что концентрация СО2 на границе вода–атмосфера должна находиться в равновесии, содержание СО2 в поверхностных водах возрастет. Это, в свою очередь, ускорит процессы фотосинтеза и приведет к дополнительному стоку СО2 в океан. Таким образом, биота океана стабилизирует концентрацию СО2 в атмосфере. Поскольку СОявляется одним из основных парниковых газов, это означает, что деятельность биоты является фактором стабилизации климата.

Читайте также:  Влияние свинца на окружающую среду

Представим, что жизнь в Мировом океане прекратилась. Разность концентраций в поверхностных и глубинных водах океана вызовет диффузию кислорода в глубины океана, а углерода и азота к его поверхности. СОначнет поступать в атмосферу и климат может измениться.

Результаты исследований в Арктике [13]. Мониторинг состава атмосферы показывает, что над Арктикой/Субарктикой концентрации CO2 и CH4 немного повышены. В этом регионе антропогенная активность невелика (между 60° и 70° с. ш. сжигается менее 5% топлива). Источниками поступления CO2 и CH4 являются:

  • подозерные талики и прибрежные зон тундры и тайги, где в анаэробных условиях происходит деструкции органического вещества, являются источником CH4;
  • почвенная респирация – основная причина выделения CO2.

Повышение эмиссии связывают с глобальным потеплением, которое в высоких широтах выше, чем среднее для планеты.

Таким образом, вмешательство человека приводит к перестройке биосферы. Последствия этого ясны, если рассмотреть две цепочки параллельно развивающихся событий:

выбросы CO2 → изменение климата → ускорение разложения органики → дополнительные выбросы CO2;

снижение продуктивности биосферы → уменьшение стока СО2→ увеличение содержания СО2 в атмосфере.

Оба процесса ведут к новому увеличению концентрации углекислого газа. Приведенные примеры и анализ закономерностей цикла органического углерода свидетельствуют о возможном самопроизвольном росте запасов СО2 в атмосфере.

Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]