Кругообіг вуглецю

Фотосинтез. Особливо велика роль в кругообігу речовин у природі зелених рослин. Зелені рослини будують органічні речовини із вуглекислого газу та води за рахунок енергії сонячних променів. З допомогою зеленого пігменту хлорофілу зелені рослини синтезують вуглеводи, які потім перетворюються у різні органічні речовини аж до самих складних – білків. Утворення зеленими рослинами органічних речовин на світлі з вуглекислоти та води називається фотосинтезом.

Основна реакція фотосинтезу виражається такою формулою:

6СО₂ + 6Н₂О+674ккалС₆Н₁₂О₆+6О₂

Використовуючи вуглекислий газ повітря, води або ґрунту, зелені рослини накопичують органічні речовини і одночасно як би зберігають у собі на довгий час сонячну енергію, заново вивільнюючи її при згоранні та гнитті або передаючи її іншим організмам за ланками трофічного ланцюга.

Хемосинтез. Фотосинтез є основним і дуже важливим, але не єдиним процесом, при якому проходить синтез органічних речовин. Крім зелених рослин існують організми, яким властивий синтез органічних речовин із мінеральних елементів і які для цього використовують енергію окислення різних неорганічних сполук. Цей процес отримав назву хемосинтезу. Він властивий для бактерій, у яких хлорофіл відсутній. Характерним представником цієї групи організмів є Nitrobacter, який окислює аміак до солей азотної та азотистої кислот.

Кругообіг вуглецю. Продуценти засвоюють вуглець, будуючи із нього органічні речовини. У подальшому вуглець може мігрувати із одного організму до іншого по трофічному ланцюгу.

Якщо заміряти вміст двоокисі вуглецю у лісі на різній висоті над поверхнею ґрунту, то можна побачити, що концентрація СО₂ на протязі доби змінюється. Середній вміст діоксиду вуглецю у повітрі має величину 320 млн^-1 (0,03%). Ранком концентрація діоксиду вуглецю різко знижується з початком фотосинтезу (на 10…15 мільйонних часток менше середньодобового вмісту). Після заходу сонця концентрація двоокисі вуглецю збільшується до 400 млн^.-1 і більше.

Фітопланктон океану споживає за рік до 40 млрд. т вуглецю у формі двоокисі, тобто приблизно стільки же, як і наземна рослинність. Вуглекислий газ і кисень розчинені у воді, тому кругообіг вуглецю цілком автономний: виділений кисень засвоюється морськими тваринами, а після їх загибелі двоокис вуглецю – продукт розкладання – повертається у розчин.

Вуглець, фіксований у процесі фотосинтезу на суші, рано або пізно повертається в атмосферу при розкладанні мертвих органічних речовин. Листки та інші органічні залишки падають на землю і окислюються в ґрунті завдяки багатьом складним процесам. Швидкість окислення вимірюється десятками років у тропіках і сторіччями у північних лісах.

Ліси не тільки основний споживач вуглецю на суші, але й головний резервуар біологічно зв’язаного вуглецю (не рахуючи горючих копалин, які випадають із кругообігу, хоча частина накопиченого у них вуглецю людина повертає у повітря, спалюючи їх). В лісах утримується 400…500 млрд. т вуглецю, тобто приблизно дві третини його атмосферного запасу (700 млрд. т).

Людина значно змінює геохімічний кругообіг вуглецю. У першу чергу за рахунок спалення горючих копалин. Крім того великі площі лісів були розчищені й відведені під сільськогосподарські культури. В таких районах значно змінився характер ґрунтового дихання, а це значно змінило би вміст вуглекислого газу в атмосфері, коли б не відбувалось спалення горючих копалин. Динамічна рівновага між головними резервуарами вуглецю – біосферою, атмосферою, гідросферою та ґрунтом – порушена і можна сказати, що зараз система знаходиться у перехідному періоді.