4. Круговорот углерода
Круговорот углерода - это совокупность процессов, которые переносят углерод между различными резервуарами. Цикл углерода не всегда одинаков, он менялся раньше, меняется, и по сей день. Изменения были как медленные постепенные, так и быстрые катастрофические события. Как и во всех круговоротах, важнейшую роль играют живые организмы. Во всех земных оболочках присутствует углерод, но в различном виде. Все соединения углерода связаны с живым веществом. Многие минералы, содержащие углерод, состоят в своей основе из живого вещества и представляют видоизменённые продукты минеральных веществ, когда-то связанных с жизнью.
Единственное соединение углерода, проникающее в большом количестве в биосферу это СО2. На Земле существует очень много химических процессов, связанных с получением угольной кислоты. Все они находятся в очевидной связи с живым веществом, потому что они все образуются под воздействием свободного кислорода. Свободный кислород окисляет углеродистую, и даже графитовую пыль, большие количества угольной кислоты создаются в среде самого живого вещества под влиянием процессов дыхания.[6]
Из глубоких слоев земной коры приходят углеводороды (главным образом метан), которые только отчасти ювенильного происхождения. Большая часть их - газы болот, другие углеводороды выделяются при разработке каменноугольных бассейнов, третьи - связаны с месторождениями нефти. А возникновение некоторых из них связано с рассеянным органическим веществом осадочных пород и имеет сложное происхождение выраженное схемой: Морская жизнь → морской ил → осадочные породы → газы. Превращение в газы должно происходить в процессах биохимического и безжизненного изменения в бескислородной среде. Но все же часть метана может быть связана с магматическими очагами, она то и является составной частью глубоких подземных атмосфер. [3]
Очень часто упоминается углерод, в связи с проблемами в геологии, биологических системах, а сейчас и в технике .[7]
Углерод (С) встречается на нашей планете в абсолютно различных соединениях, начиная с нахождения в виде чистого углерода (графит, уголь и т. д.), и до высокомолекулярных органических соединений. В основе биогенного цикла углерода лежит неорганическое вещество - диоксид углерода (углекислый газ СО2). Это соединение является одним из главных составляющих атмосферы, оно же находится в гидросфере в растворенном виде. Во время фотосинтеза углерод переходит из состава диоксида углерода в сахара (глюкозу и др.). Следующие за этим разнообразные реакции синтеза в биологических системах превращают образовавшиеся углеводы в более сложные органические соединения: липиды, крахмал, гликоген и др. Постепенно происходит образование тканей и их рост за счет вновь сформированных соединений. В свою очередь эти вещества - источник органических соединений для других живых организмов. В последующих жизненных процессах за счет кислорода, поступающего при дыхании, происходит окисление органических соединений, представляющее в данном случае ряд последовательных реакций, после чего образуется диоксид углерода, он то и выводится за пределы организма и поступает либо в атмосферу, либо растворяется в воде [1].
После гибели организма его ткани подвергаются биологическому разложению, это также приводит к поступлению диоксида углерода в атмосферу. Этот процесс связан с почвенными горизонтами и даёт представление о почвенном дыхании.
Ещё один процесс, который помогает перемещаться углероду, это образование гумуса с помощью сапрофагов и последующая минерализация вещества под действием различных грибов и бактерий. Конечно это очень медленный процесс, скорость его обусловлена количеством кислорода, химическим составом почвы и её температурой. При нехватке кислорода и высокой кислотности почвы углерод накапливается в торфе, это останавливает процесс круговорота углерода. Эти же процессы в отдаленные геологические эпохи сформировали залежи угля и нефти.
Когда все процессы жизнедеятельности проходят в гидросфере, то аналогичная приостановка осуществляется за счёт связывания углерода в кальците (СаСО3), входящим в состав кораллов и ракушек, писчего мела и др. Это самые глубокие хранилища углерода, освобождение которого возможно лишь при отступлении моря и дальнейшем выщелачивании пород за счет осадков или при биологическом выветривании под действием растений, лишайников и микроорганизмов. [7]