4.4 Глобальные круговороты углерода и воды
В глобальном масштабе биохимические круговороты воды и углекислого газа имеют, на наш взгляд, самое важное значение для человечества. Для биохимических круговоротов характерно наличие в атмосфере небольших, но подвижных фондов.
Атмосферный фонд СО2в круговороте, по сравнению с запасами углерода в океанах, ископаемом топливе и других резервуарах земной коры, относительно невелик.
С наступлением научно-технического прогресса сбалансированные прежде потоки углерода между атмосферой, материками и океанами начинают поступать в атмосферу в количестве, которое не полностью может связаться растениями.
Существуют разные оценки влияния деятельности человека на обогащение атмосферы СО2однако все авторы сходятся во мнении, что основными накопителями углерода являются леса, так как в биомассе лесов содержится в 1,5 раза, а в гумусе, содержащемся в почве – в 4 раза больше СО2, чем в атмосфере.
Растения– хороший регулятор содержания СО2в атмосфере. Для большинства растений характерно увеличение интенсивности фотосинтеза при повышенном содержании диоксида углерода в воздухе.
Фотосинтезирующий «зеленый пояс» Земли и карбонатная система моря поддерживают постоянный уровень СО2в атмосфере. Однако стремительное увеличение потребления горючих ископаемых, а также уменьшение поглотительной способности «зеленого пояса» приводят к тому, что содержание СО2в атмосфере постепенно растет. Предполагают, что если уровень СО2в атмосфере будет превышен вдвое (до начала активного влияния человека на окружающую среду он составлял 0,29 %), то не исключено повышение глобальной температуры на 1,5 – 4,5оС. Это может привести к таянию ледников и как следствие – к повышению уровня Мирового океана, а также к неблагоприятным последствиям в сельском хозяйстве. В настоящее время в США существует национальная научно-исследовательская программа по ведению сельского хозяйства на случай потепления или похолодания климата.
Помимо СО2в атмосфере в небольших количествах присутствуют оксид углерода СО – 0,1 части на миллион и метан СН4– 1,6 части на миллион. Эти углеродные соединения активно включены в круговорот и поэтому имеют небольшое время пребывание в атмосфере: СО – около 0,1 года, СН4– 3,6 года, а СО2– 4 года. Оксид углерода и метан образуются при неполном или аэробном разложении органического вещества и в атмосфере окисляются до СО2.
Накопление СО в глобальном масштабе не представляется реальным, но в городах, где воздух застаивается, имеет место повышение концентрации этого соединения, что негативно влияет на здоровье людей.
Метан образуется при разложении органического вещества в болотистых местностях и мелководных морях. По мнению некоторых ученых, метан выполняет полезную функцию – он поддерживает стабильность озонового слоя, который предохраняет все живое на Земле от гибельного воздействия ультрафиолетового излучения.
Рис. 2.5. Глобальные круговороты: А– круговорот диоксида углерода. Числа обозначают содержание СО2в миллиардах тонн;Б– круговорот воды. Содержание Н2О указано в геограммах (1020г) (по Ю. Одуму, 1975)
Фонд воды в атмосфере, как показано на рисунке 2.5 невелик, и скорость ее оборота выше, а время пребывания меньше, чем СО2. Как и на круговорот СО2, деятельность человека оказывает влияние на круговорот воды.
С энергетической точки зрения можно выделить две части круговорота СО2: «верхнюю», которая приводится в движение Солнцем, и «нижнюю», в которой выделяется энергия. Как уже отмечалось, около 30 % всей энергии Солнца, поступающей на поверхность Земли, затрачивается на приведение в движение круговорота воды.
В экологическом плане особое внимание следует обратить на два аспекта круговорота воды. Во-первых, море за счет испарения теряет больше воды, чем получает с осадками, то есть значительная часть осадков, поддерживающих экосистемы суши, в том числе и агроэкосистемы, состоит из воды, которая испарилась с поверхности моря. Во-вторых, в результате деятельности человека возрастает поверхностный сток и сокращается пополнение фонда грунтовых вод. Уже сейчас имеются территории, на которых используются грунтовые воды, накопившиеся в предыдущем столетии. Следовательно, в этом случае вода – невозобновимый ресурс. После истощения грунтовых вод ее будут доставлять с других территорий, что потребует вложения дополнительного количества энергии.