8.6. Вуглець у біосфері

Надзвичайно велика роль у біосфері належить вуглецю та його сполукам. Саме вони є основою життєдіяльності автотрофних організмів, які володіють унікальною здатністю накопичувати і пе­ретворювати сонячну енергію в енергію органічних речовин, забез­печувати ріст, живлення і відновлення біомаси рослин, тварин і мік­роорганізмів.

Нині основна маса вуглецю (99,06 %) зосереджена в карбонат­них гірських породах і органічній речовині, розсіяний в осадових породах. Вуглець каустоболітів (паливних корисних копалин, вугіл­ля, нафти, газу, сланців) становить близько 0,18 %. На карбонатну систему Світового океану, тобто вуглець, який входить до складу роз­чинених у морській воді СО₂, СаСО₃і Н₂СО₃, припадає 0,66 %. Доля активного вуглецю, тобто тієї його частини, яка бере участь у круго­обігу, становить тільки 0,0026 % його загальної маси, а до складу органічної речовини входить лише 0,0007 %.

Хоча доля активного вуглецю є дуже малою, роль його в енерге­тичному балансі географічної оболонки величезна, оскільки він є тим діяльним каналом, через який постійно надходить (завдяки фото­синтезу) потік сонячної енергії. У процесі розкладу органічної речо­вини сонячна енергія, яка була затрачена на синтез, переходить в географічну оболонку у формі тепла, а молекули вуглекислоти, що звільняються при цьому, повертаються в енергетичні цикли. Прак­тично безмежна можливість повторення даного процесу перетворює органічну речовину в безперервно діючий фактор розвитку компо­нентів географічної оболонки.

Вміст вуглецю в атмосфері у минулі геологічні епохи був істотно вищим. Саме цією обставиною пояснюється нагромадження в давніх осадових товщах земної кори великих мас доломітів, вапняків, кар­бонатів. З розвитком флори і фауни та включенням кальцію в склад живої речовини відбувалося прискорення і посилення кругообігу вуглецю. Наростали процеси утворення карбонатів та їх геохімічна міграція в просторі. В океані, прибережних мілководдях, а пізніше і на суші стало можливим утворення і захоронения в літосфері орга­нічних речовин у вигляді покладів кам'яного вугілля, сланців, нафти, газу, сапропелю, торфу, асфальту тощо. Спільний вплив процесів фо­тосинтезу, вуглекислого вивітрювання й утворення похованих мас карбонатів та органічної речовини неодноразово посилювався в період пожвавлення вулканізму, яке супроводжувалося періодичним збіль­шенням вмісту вуглекислоти в атмосфері.

Аналіз розподілу карбонатних відкладів у земній корі не тільки допомагає відтворити минулу екологічну обстановку, в якій відбуло­ся утворення тих чи інших осадових товщ, а й дозволяє пояснити певні сучасні особливості географічного поширення і розподілу вуг­лецю на поверхні планети. Так, наприклад, вміст гумусу (найбільш родюча частина ґрунту, в будові якої переважають сполуки вугле­цю) збільшується від тайгових підзолистих ґрунтів до дерново-підзо­листих і далі до сірих та чорноземів і знову падає до каштанових ґрунтів сухих степів, бурих напівпустинних і сіро-бурих пустинних (табл. 10).

Таблиця 10. Середній вміст і склад гумусу деяких типів ґрунтів (за

М.М. Кононовою, 1963р.)

Ґрунти	Гумус, %	Вуглець, % загального вмісту в ґрунті		Співвідно­шення вуглецю гумінових кислот і вуглецю фульво-кислот
		гумінових ки­слот (чорного кольору, розчинний у лужних розчинах)	Фульво-кислот (бурого ко­льору, роз­чинний У воді)
Тундрові	близько 1,0	10	зо	0,3
Підзолисті	2,5—4,0	12—20	25 — 28	0,6—0,8
Сірі лісові	4,0—6,0	25—30	25—27	1,0
Чорноземи (типові і звичайні)	7,0—10,0	35—40	16—20	1,7—2,5
Каштанові	1,5—4,0	25—35	20—25	1,2—1,7
Бурі напівпустинні	1,0—1,2	15—18	20—23	0,5—0,7
Сіроземи світлі	0,8—1,0	17—23	25—35	0,7
Сіроземи	4,0-6,0	15—20	22—28	0,6—0,8

Відповідно до процентного вмісту гумусу в ґрунтах змінюються і його запаси. Так, за даними І.В. Тюріна (1949 р.) і М.М. Коконової (1963 p.), загальний запас гумусу у метровому шарі підзолистих ґрунтів вимірюється величиною близько 100 т/га, сірих лісових —150—300, а в типових чорноземах перевищує 700 т/га. На південь від лучних степів запаси гумусу швидко зменшуються і становлять в бурих напівпустинних ґрунтах лише 62 т/га.

Характер розподілу гумусу в профілі різних ґрунтів також є не­однаковим. Так, в підзолистих і сірих лісових ґрунтах приблизно половина всього запасу гумусу концентрується в шарі 0—20 см від поверхні землі. В чорноземах гумус розподілений на більшу глиби­ну, і тому у верхньому шарі тут міститься лише 25—ЗО % загального запасу метрової товщі. З просуванням на південь у каштанових і бурих напівпустинних ґрунтах знову спостерігається дещо більша концентрація гумусу в шарі 0—20 см.

Ці закономірності пояснюються особливістю надходження рос­линних решток, які є вихідним матеріалом вуглецевих сполук для утворення гумусу. В лісових ґрунтах головним джерелом гумусо­вих речовин служить підстилка, яка залягає на поверхні землі, а в ґрунтах під трав'янистою рослинністю — підземні кореневі залиш­ки трав'янистої рослинності, маса якої в кілька разів перевищує над­земну масу організмів. Тому гумусові речовини акумулюються в першому випадку переважно у поверхневих шарах ґрунту, а в друго­му — поширюються на значну глибину.