Биогеохимический цикл углерода

Потоки углерода в биосфере поддаются лишь приблизительным оценкам. Однако баланс цикла можно оценить косвенно по изменению концентрации СО₂ в атмосфере. Из табл. 4 следует, что последние 80 млн лет концентрация СО₂ снижается, т.е. происходит сток углекислого газа. Эта общая закономерность неоднократно нарушалась, что свидетельствует об изменении отрицательного баланса на положительный. Как показано выше (рис. 13), основной причиной мог быть рифтогенез.

Таблица 4. Концентрация углекислого газа в атмосфере [7]
Эпоха	Границы, млн лет	Концентрация СО2, млн-1
Палеоцен	67-78	760
Эоцен	58-37	1200
Олигоцен	37-25	320
Миоцен	25-9	760
Плиоцен	9-2	450
Плейстоцен	2-0,01	200-300
Голоцен	0,01	280

Практический интерес представляет период последних десятков тысяч лет. Для этого периода общий баланс можно определить по концентрации СО₂ в пузырьках воздуха из керна льда скважин в Гренландии (исследования США) и Антарктиды (исследования СССР и Франции). Возраст пузырьков зависит от глубины взятия керна и достигает 10⁵ лет. Результаты показали, что концентрация СО₂ в этот интервал времени была примерно постоянной. Следовательно, осредненное за 10⁵ лет значение баланса можно считать равным [8]

Δ = 0±1·10^-4.

В приведенной оценке дана погрешность среднего значения за 10⁵ лет. За короткие интервалы времени нарушение баланса могло быть выше. Этот вопрос будет рассмотрен при анализе изменения климата Земли.

Прямые оценки величин синтеза и деструкции органического вещества, а также стока Сорг и выноса СО₂ из недр Земли весьма грубы. Но можно оценить косвенно сток Сорг в осадочные породы за длительные промежутки времени. Последние 1 млрд лет он составил примерно 8 10¹⁶ млрд т или 8∙10¹⁶/10⁹ = 8∙10⁷ т/год.

За рассмотренный ранее интервал времени 10⁵ лет это должно было привести к истощению запасов СО₂ в атмосфере. Однако этого не происходило, так как существует дегазация Земли.

Связь биогеохимического цикла углерода с потоками кислорода и воды в биосфере. Циклы углерода, кислорода и воды в биосфере тесно связаны. При фотосинтезе растения поглощают (т/год ) воду ~1,4∙10¹¹ и углекислый газ ~3,4∙10¹¹, выделяя одновременно кислород ~2,5∙10¹¹. Схема связи циклов углерода, кислорода и воды приведена на рис. 14. Выделенный кислород расходуется на жизнедеятельность биоты и окисление остатков организмов. Так как процессы синтеза и деструкции в биосфере не сбалансированы, то часть кислорода поступает в окружающую среду. В основном он расходуется на окисление горных пород, а небольшая доля (2∙10⁷ т/год) поступает в атмосферу. Отсюда, именно дисбаланс синтеза и деструкции органического вещества определяет особенности современной биосферы, в основе которой лежит аэробное дыхание.

Рис. 14. Глобальный биогеохимический цикл CO₂ и связанные с ним потоки O₂ и Н₂О