Колообіг карбону

У біосфері карбону понад 12000 млрд т. Колообіг вуглецю відбувається фактично між живою речовиною та двоокисом карбону. У процесі фотосинтезу, здійснюваного рослинами, диоксид карбону і вода за допомогою енергії сонячного світла перетворюються на різні органічні сполуки. Щорічно вищі рослини і водорості при фотосинтезі поглинають 200 млрд т карбону. Якби карбон не повертався в атмосферу, його запас у ній (700 млрд т) швидко б вичерпався. Відмерлі рослини і тваринні організми розкладаються грибами і мікроорганізмами на СО₂, який теж повертається в атмосферу. Повний цикл обміну атмосферного карбону здійснюється за 300 років. Але частина карбону вилучається у вигляді торфу, нафти, вугілля, вапняку, мармуру, викопних відкладів і осадових порід.

Колообіг оксигену

Щорічно лісові масиви виробляють 55 млрд т оксигену. Він використовується живими організмами для дихання і бере участь в окисних реакціях в атмосфері, літосфері й гідросфері. Циркулюючи через біосферу, оксиген перетворюється то на органічну речовину, то на воду, то на молекулярний оксиген. Весь оксиген атмосфери кожні 2 тис. років проходить через живу речовину біосфери. За час свого існування людство безповоротно втратило близько 273 млрд т оксигену. У наш час щорічно на спалювання вугілля, нафтопродуктів і газу витрачається величезна кількість оксигену. Інтенсивність цього процесу збільшується щороку.

Колообіг нітрогену, фосфору, сульфуру

Діяльність людини прискорює колообіг цих елементів. Головна причина прискорення – використання фосфору в добривах, що призводить до еутрифікації – надудобрення. При евтрифікації відбувається бурхливе розмноження водоростей – "цвітіння" води. Це призводить до зменшення кількості розчиненого у воді кисню. Продукти обміну водоростей знищують рибу та інші організми. Сформовані екосистеми при цьому руйнуються. Індустрія і двигуни внутрішнього згоряння викидають в атмосферу щорічно багато нітратів і сульфатів. Потрапляючи на землю разом з дощами, вони засвоюються рослинами.

Колообіг води

Вода покриває 3/4 поверхні Землі. За одну хвилину під дією сонячного тепла з поверхні водойм Землі випаровується 1 млрд т води. Після охолодження пари утворюються хмари, випадає дощ і сніг. Опади частково проникають у грунт. Грунтові води повертаються на поверхню землі через коріння рослин, джерела, насоси тощо. Діапазон швидкістей циркуляції води дуже великий: вода океанів поновлюється за 2 млн років, ґрунтова вода – за рік, річкова – за 12 діб, пара в атмосфері – за 10 діб. Двигуном колообігу є енергія Сонця.

Щорічно для створення первинної продукції біосфери використовують при фотосинтезі 1 % води, що потрапляє у вигляді опадів. Людина тільки для побутових і промислових потреб використовує 20 мм опадів – 2,5 % загальної їх кількості за рік. Безповоротний щорічний водозабір тепер становить 5,5 куб. м. Щорічно він збільшується на 4–5 %.

4.8. Ресурсний цикл в антропогенних екосистемах

До недавнього часу, приблизно до середини 18 ст, коли людина користувалась природними ресурсами, як і всі інші живі організми, її ресурсний цикл включався в загальний природний колообіг речовини та енергії і не порушувалася динамічна рівновага в біосфері. Мінеральні сполуки, які не використовувалися живою речовиною біосфери, накопичувалися в вигляді родовищ мінеральних ресурсів в природних кладових.

Значне зростання населення планети пов`язане з небувалим зростанням його потреб – людина почала залучати природні ресурси до ресурсного циклу.

Під ресурсним циклом розуміють сукупність перетворень і просторових переміщень певної речовини або групи речовин на всіх етапах використання її людиною (включаючи її пошук, підготовку для експлуатації, добування з природнього середовища, переробку, перетворення, повернення в природу).

Природний ресурсний цикл є відносно замкнутим. В ньому майже всі хімічні речовини (вода, гази, метали), що входять до складу живої речовини, рухаються по замкнутому циклу. Якби цей цикл не був замкнений, то речовини вичерпалися б як ресурс і перейшли б у якийсь інший стан.

Якщо в природному колообігу речовин карбон, спожитий рослинами в вигляді вуглекислого газу, в процесі синтезу зазнає ряд біохімічних перетворень в органічні речовини і в кінцевому результаті за допомогою редуцентів знову перетворюється у вуглекислий газ і споживається тими ж рослинами, то в антропогенних екосистемах цього не відбувається. Добутий карбон з родовищ в вигляді кам`яного вугілля спалюється людиною для отримання певного виду енергії, яка використовується для виготовлення різних продуктів з природної сировини. В результаті спалювання вугілля отримують також диоксид карбону, який включається в природний колообіг вуглецю і використовується рослинами, а не в антропогенному ресурсному циклі, тому що для останнього потрібен вуглець в вигляді мінерального палива. А щоб відбулося утворення кам`яного вугілля, знадобиться багато мільйонів років. Отже, використання вуглецю в антропогенному ресурсному циклі відбувається значно швидше, ніж його відтворення в природі.

Таким чином, характерною ознакою ресурсного циклу в антропогенних екосистемах є його незамкнутість. Природні ресурси безперервно поступають в цикл, перетворюються в певний продукт, який споживає людина. Отже, для функціонування цього циклу необхідне постійне втручання людини, яка б здійснювала постійне постачання природних ресурсів.