Биогеохимический цикл кислорода
Круговорот кислорода играет важную роль в функционировании всей биосферы. Наличие свободного кислорода является обязательным условием жизнедеятельности большинства живых организмов. С другой стороны, живые организмы обуславливают появление кислорода в атмосфере. В биосфере кислород вступает во множество химических реакций и входит в состав тканей всех живых организмов.
На рис.4 приведена схема круговорота кислорода в атмосфере.
Рис.4 Биогеохимический цикл кислорода
Содержание кислорода в атмосфере относительно постоянно и составляет около 23 %. В верхних слоях атмосферы под действием жесткого ультрафиолетового излучения образуется озон (О3). На образование озона расходуется около 5 % поступающей на Землю солнечной энергии. Эта реакция обратима − при разложении озона образуется свободный кислород (О2) и выделятся большое количество энергии, что обуславливает высокую температуру в верхних слоях атмосферы.
Кроме атмосферы, большое количество кислорода содержится в литосфере и гидросфере (кислородсодержащие горные породы).
Общее количество кислорода, находящееся в резерве в лито- и гидросфере, составляет 590·104 тонн. В состоянии свободного обмена находится значительное меньшее количество кислорода − всего 39·104 тонн. Это газообразный кислород, а также кислород, входящий в состав живых организмов и растворимые соединения. Большое количество атмосферного кислорода расходуется на процессы окисления горных пород, а также на реакции, протекающие при извержении вулканов.
Огромную роль в круговороте кислорода играют живые организмы. Продуценты производят свободный кислород в процессе фотосинтеза, причем от фотосинтетиков океана кислорода поступает в 8 раз больше, чем от наземных растений. Значительная часть этого кислорода расходуется на процесс дыхания. Фотосинтез и дыхание являются взаимосвязанными процессами, обеспечивающими постоянное содержание кислорода в атмосфере.
Именно появление в атмосфере большого количество свободного кислорода в результате деятельности продуцентов прошлых геологических эпох во многом способствовало развитию жизни на Земле. В.И. Вернадский писал: «Жизнь, создающая в земной коре свободный кислород, тем самым создает озон и предохраняет биосферу от губительных коротких излучений небесных светил». Возникновение озонового слоя способствовало выходу жизни из океанов и заселению суши.
Обмен кислорода в живой природе (биологический круговорот) совершается сравнительно быстро. Подсчитано, что для полного обновления всего кислорода, содержащегося в атмосфере, требуется около 2000 лет − по геологическим меркам небольшой срок.
В настоящее время на биогеохимический цикл кислорода все большее влияние оказывает деятельность человека. Огромное количество свободного кислорода тратится на процессы сжигания топлива и окисления загрязняющих веществ. Вырубка зеленых насаждений сопровождается уменьшением общей интенсивности фотосинтеза на планете. При этом нарушается равновесие процессов синтеза и потребления свободного кислорода, следствием чего является постепенная потеря круговоротом цикличности.