Круговорот воды

Вода не только среда обитания, она составная часть тела. Она поставщик ( в процессе фотосинтеза) водорода для построения органических соединений. Вода - точнее молекулы воды, источник кислорода, выделяемого при фотосинтезе. Вода, при дыхании (противоположный процесс фотосинтезу) вновь образуется (новообразование молекул воды). Вместе с тем, живое вещество не играет определяющей роли в большом круговороте воды на земном шаре. Движущей силой этого круговорота является энергия солнца, которая тратится на испарение воды с поверхности водных бассейнов или суши. Испарение и осадки - уравновешенны. Это 520 тыс.км.куб. в год - в сумме это продуцирует два процесса, а именно испарение и выпадение осадков.

Воды на Земле 2500-1600 млн.км.куб. из них 86-98% в океанах и морях, остальное- лед и грунтовые воды.

В большом круговороте живое вещество имеет небольшой удельный вес, а вот в ландшафтах ее роль очень большая.

Механизм круговорота воды определяется испарением и транспирацией. Осадки попадают на землю, частично задерживаются листьями, затем испаряются. Поглощаются почвой. Это зависит от физических свойств почвы и содержания гумуса. Это определяет влагоемкость почвы (полная влагоемкость). Инфильтрация в грунтовые воды зависит от влагоемкости типа почв, грунтов, растительного покрова, особенностей рельефа. Испарение в основном зависит от плотности почвы.

Транспирация зависит от доступной влаги в почве, температуры воздуха и почвы, влажности их, силы ветра, вида растений, их физиологического состояния и т.д.

За сутки 1 га леса транспирирует 10-50 тонн воды, 1 га пшеницы транспирирует от 25 до 45 тонн.

Для производства 1 тонны сухой массы (выращивания) надо 200-1000 тонн воды, при этом на фотосинтез расходуется 0,05-0,3% воды от всей прошедшей через растение.

В атмосферу в умеренных широтах возвращается через траспирацию 2-3 тыс.тонн воды с 1 га растительного покрова в год; в теплых широтах - до 4-6 тыс.тонн и более. На территории бывшего СССР за год транспирация достигает 3000-4000 км.куб., это 1/3 годового количества осадков. Растительность мира за год транспирирует 30000 км.куб.воды. Это 27-30% всей влаги, получаемой за счет осадков. Для сравнения укажем, что на бытовые расходы уходит около 2,5% от общего количества осадков.

Таким образом, транспирационный ток (почва-корни растений -листья- атмосфера) представляет собой основной путь воды через живое вещество в ее большом круговороте планеты.

Круговорот углерода

Круговорот углерода является важнейшим в природе. Он, непосредственно, влияет на энергетику атмосферы, поскольку увеличение концентрации углекислоты в атмосфере приводит к т.н. тепличному эффекту. Его смысл достаточно прост - углекислота пропускает коротковолновое излучение, которое нагревает поверхность Земли и океана и задерживает длинноволновое (тепловое) излучение планеты, что приводит к повышению ее средней температуры.

Схема круговорота углерода в природе известна со школьной скамьи. Под действием солнечной энергии в растениях происходит реакция фотосинтеза - углекислый газ (СО₂) расщепляется (т.е. мы получаем отдельно углерод и кислород). Углерод превращается в зеленую массу растений, а кислород возвращается в атмосферу. Образовавшаяся масса углерода (растения отмирают или съедаются животными) окисляясь, снова превращается в углекислоту. Но это лишь главная схема углеродного цикла. Одновременно происходит сложное взаимодействие атмосферной углекислоты с океаном. В известных случаях океан поглощает углекислоту (например, при малой температуре), в других - с его поверхности углекислый газ может выделяться. Наконец, известная часть углерода оказывается захороненной или выпадает в осадок, т.е. исключается из круговорота. К настоящему времени в карбонатных осадочных породах связано углекислого газа примерно в 15000 раз больше, чем содержится в атмосфере.

Известно, что все многообразие органических веществ, биохимических процессов и жизненных факторов и т.д. определяет углерод, точнее его свойства и особенности (45% от сухой биомассы - столько в большинстве живых организмов углерода;)

Основа круговорота (механизм) - процесс жизнедеятельности: возникновение, видоизменение, разложение. И снова поддержание круговорота - фотосинтетическая деятельность наземных растений и океанический фитопланктон. Механизм - растения поглощают углекислоту с помощью энергии солнечного света, используют ее на построение первичных продуктов фотосинтеза и получают разнообразные вещества своего тела. Дыхание - это выброс в круговорот т.е. кроме фиксации углекислоты идет незамкнутый цикл обращения.

Образованная первичная продукция постепенно убывает. Прежде всего, потребляется животными, растениями т.д. (пищевые цепи). В свою очередь, организмы выделяют в атмосферу углекислый газ (прежде всего за счет дыхания). Отмершие растения, трупы - тоже пища для грибов, микроорганизмов и т.д. Последние тоже дышат. Создается так называемое "почвенное дыхание". В этом дыхании участвуют корни растений, создавая значительную концентрацию углекислого газа в приземном слое атмосферы.

Не полностью разложившие и минерализованные органические вещества создает гумус. Но далее гумус под воздействием бактерий и грибов может разлагаться до углекислоты и минеральных соединений.

Важно обратить внимание на различие между круговоротом углерода Мирового океана и суши. Причина - сама среда и организмы. На Земле - продукция биомассы зависит от недостатка влаги и низкой температуры,. в океане - от низкого содержания необходимых элементов минерального питания, поэтому здесь слабо представлены организмы высших трофических уровней, а поэтому отсутствуют все звенья круговорота углерода.

Хотя разложение идет быстро, но размеры микроскопичны и малая продолжительность жизни фитопланктона - в результате создаются незначительные запасы фитомассы. "Прохождение углерода" здесь не годы (как у дерева), а дни и часы. Тоже в целом характерно, и для зоопланктона. Значит и суммарное выделение углекислого газа очень незначительно. Уменьшение общей биомассы в каждом последующем трофическом звене снижает долю участия в круговороте углерода океана.

Вместе с тем океан и атмосфера тесно связана обменом углекислого газа. Воды океана - это буферная зона, состоящая из угольной кислоты и ее солей (карбонатов). Это депо углекислоты, связанное с атмосферой через диффузию СО₂ из воды в атмосферу и обратно действует по следующей схеме:

СО₂ (атмосфера)

↕

СО₂ (вода) ↔ Н₂ СО₃ ↔ Са₃(НСО )₂ ↔ СаСО₃

Днем углекислота усиленно расходуется и карбонаты служат дополнительным источником ее образования. Ночью, же за счет дыхания значительная часть (идет увеличение ее количества) снова входит в состав карбонатов. Происходящие процессы идут в следующих направлениях:

Живое вещество ↔ СО₂ ↔ НСО₃ ↔ Са₂(НСО )₃ ↔ CaCo₃

Таким образом, является основным регулятором содержания углекислого газа в атмосфере. В связи с тем, что часть углерода выходит из круговорота (органические вещества не подвергаются минерализации) за миллиарды лет существования биосферы запасы углерода сосредоточились в (известняках и других породах ), органичесикх осадках. Поэтому в круговороте углерода сейчас участвуют лишь десятые доли процента углерода от всего количества, имеющегося на Земле.

Деятельность человека вносит существенные изменения в круговорот. Изменяются ландшафты, вносятся удобрения, пестициды. Сжигание древесной растительности с возникновением огня усилило выделение углекислого газа. Сначала эта причина не сказывалась на атмосфере. Но дальше, благодаря этому, начал ускоряться цикл и увеличилась скорость круговорота. Далее горючие ископаемые - обеспечивают возвращение СО₂ в атмосферу и за последние столетия возрос СО₂ в атмосфере на 13%.

Много говорят о повышении температуры на 3-4 градуса и соответствующие прогнозы о повышении уровня океана на 50-60 м. Высказываются и противоположные мнения, что все это Пессимистично, т.к. не всегда учитываются разнообразные факторы, играющие роль в круговороте углерода. Считают, что от сжигания ископаемых в атмосфере остается только 1/3, а остальное количество, вероятно, связалось океаном и растительностью. Океан, благодаря своей огромной площади может поглотить около половины той углекислоты, которая образуется от сжигания топлива.

И последнее, о роли углекислоты в жизни человека. По некоторым авторам (Бутейко) для нормального существования человека требуется в составе воздуха 7% углекислоты и 2% кислорода, а в ряде мест кислород содержится до 21%. Это в 10 раз больше, а углекислоты в 250 раз меньше повсеместно. Ребенок до своего рождения дышит только углекислотой, а после рождения погружается в кислородный "пожар". Жизнь на Земле возникла 4 млрд.лет назад. Кислорода совсем не было - только "углекислота". Вот и были боги-долгожители, а затем увлеклись растениями, садами. На Венере 90% углекислоты и 2% кислорода, Похоже там надо искать долгожителей.