Вопрос 2. Глобальный круговорот углерода
В круговороте СO2 (рис. 2) атмосферный фонд очень невелик в сравнении с запасами углерода в океанах, в ископаемом топливе и других резервуарах земной коры. Круговорот СО2 быстрый; время пребывания в атмосфере составляет около 4 лет.
Кроме СО2 в атмосфере присутствуют в небольших количествах еще два углеродных соединения: окись углерода (СО) - примерно 0,1 части на миллион и метан (СH4) - около 1,6 части на миллион. Как и СО2, эти соединения находятся в быстром круговороте и потому имеют небольшое время пребывания - около 0,1 года для СО, 3,6 года для СH4. В норме они образуются при неполном или анаэробном разложении органического вещества и быстро окисляются до СО2 в атмосфере.
Метан, как полагают, имеет полезную функцию: он поддерживает стабильность озонового слоя в верхней атмосфере, который блокирует смертельно опасное ультрафиолетовое излучение Солнца. Производство метана — одна из важных функций водно-болотистых угодий и мелководных морей мира.
Фотосинтезирующий «зеленый пояс» Земли и карбонатная система моря поддерживают постоянный уровень содержания СО2 в атмосфере. Полагают, что до наступления индустриальной эры потоки углерода между атмосферой, материками и океанами были сбалансированы. Но за последние сто лет содержание СO2 постоянно растет в результате новых антропогенных поступлений. Основным источником этих поступлений считается сжигание горючих ископаемых, однако свой вклад вносят также развитие сельского хозяйства и сведение лесов. Фиксация СO2 сельскохозяйственными культурами (многие из которых активны лишь часть года) не компенсирует количества СO2, высвобождающиеся из почвы, особенно в результате частой вспашки. Сведение леса высвобождает углерод, накопленный в древесине, и приводит к окислению гумуса в почве.Полагают, что в начале промышленной революции (примерно 1800 г.) в атмосфере Земли содержалось около 290 частей СО2 на миллион (0,29%). В 1958 г., когда были впервые проведены точные измерения, содержание СО2 составляло 315, а в 1980 г. оно выросло до 335 частей на миллион. Если концентрация СО2 вдвое превысит доиндустриальный уровень, что может случиться к середине XXI века, вероятно потепление климата Земли. В следующем веке установится новое, но ненадежное равновесие между увеличением содержания СО2 (способствующего разогреву Земли) и усилением загрязнения атмосферы пылью и другими частицами, отражающими излучение и этим охлаждающими Землю.
Рис. 2а. Схема круговорота углерода (по Одум, 1986).
Рис. 2б. Схема круговорота углерода (по данным Еремченко, 2010). Обозначения: жирные цифры – объем запасов, цифры курсивом – оценки годовых оборотов; С/х – сельскохозяйственные угодья, Пр – промышленность.
Недавно обнаружено влияние СО2 на круговорот других элементов питания. Например, Нельсон (Nelson), исследуя раковины двустворчатых моллюсков, показал, что в результате сведения лесов и распашки земель уменьшилось количество некоторых микроэлементов в почвенных водах. Это обусловлено уменьшением потока воды, насыщенной углекислотой, в почве. Вода в настоящее время быстро стекает по поверхности почвы, а не фильтруется через гумусовые слои.
Количество СО, образующегося сейчас при неполном сгорании горючих ископаемых, сравнялось с количеством СО, попадающим в атмосферу в результате естественного разложения. Окись углерода - смертельный яд для человека. Накопление его в глобальном масштабе не представляет собой угрозы, но в городах, где воздух застаивается, повышение концентрации этого газа в атмосфере начинает становиться угрожающим. Концентрации до 100 частей на миллион не так редки в районах с сильным автомобильным движением.