big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Количество углерода в живом веществе

Геохимический эффект размножения может быть количественно выявлен образованием живого вещества, его массой на определенной площади биосферы.

Это количество определяется зелеными растениями, которые одни обладают способностью захватывать лучистую энергию Солнца.

Количество растительной массы на определенном пространстве ограничено. Можно составить себе представление о порядке его величины, изучая урожаи наших культур. Так, например, максимальный урожай хлебов в Англии может давать больше 30 т сухой органической материи на гектар и на жатву. Но это исключительный пример. В общем «при лучших условиях и лучших культурах», согласно Дюкло, урожай не превышает 15 т на гектар.

В тропических странах это количество, несомненно, гораздо значительнее. Для плантаций бананов уже давно достигнут урожай до 50 т сухого органического вещества на гектар, не считая веса ветвей и листьев этих Musaceae.

Но по-видимому, мы и здесь еще далеки от достижения предельного плодородия почвы. Маниок — Manihot utilisissima Pohe — из семейства Euphorbiaceae дает нам еще большие количества продуктов, до 250 т свежих клубеньков на гектар, не считая воздушных частей растения. Скопления мхов и лишаев сырых тундр арктических и подарктических стран, так же как северные сырые луга, дают, по-видимому, не меньшие количества живого вещества, вероятно, большие, чем урожаи наших стран.

Леса наших широт дают на гектар ежегодный прирост древесины и листвы до 7,5 т. В тропических лесах масса живого вещества на гектар должна быть еще больше.

Эти числа соответствуют массам углерода, равняющимся от 6—7 до 50—60 т на гектар. Как бы эти числа ни казались нам высоки, они для полного учета, несомненно, дают лишь минимальные пределы.

Они никогда не отвечают всему собираемому живым веществом углероду на гектар, они являют лишь полезную человеку часть.

Человек никогда не интересуется всем живым веществом почвы. Так, для злаков не принимают во внимание их корней; следовало бы в последнем случае удвоить общую органическую массу. Никогда не принимают во внимание мир микробов и животных почв и подпочв. Оставляемое им без внимания количество жизни, наверное, не меньше органического вещества, которым человек пользуется для своих нужд; оно по крайней мере того же порядка, вероятно гораздо большего.

Сборы с полей нашего климата не соответствуют органическим массам, образующимся в тропических и субтропических странах, в наших торфяных болотах, в болотистых лесах тропиков, в сырых прериях субарктических стран. К тому же значительная часть углерода концентрируется всюду в животном царстве, особенно в царстве членистоногих.

Уже давно стало очевидным, что живое вещество, содержащее по крайней мере 60% легко выделяемой воды, концентрируется в областях Земли пропорционально ее количеству.

Максимальный расцвет жизни проявляется в водах гидросферы. Существуют два источника образования исходной массы живого вещества: во-первых, планктон поверхности моря, по большей части микроскопический, зоопланктон и фитопланктон и, во-вторых, растительность водорослей, зостер и других водяных растений в бентосе и в некоторых частях океанической поверхности — в прибрежных и саргассовых сгущениях жизни. На зеленом растительном субстрате зиждется вся жизнь моря. В океане преобладают богатые азотом животные организмы. Они резко господствуют не только по разнообразию форм, но, по-видимому, и по их количеству, по весу.

Весь углерод морской жизни в конце концов получается из зеленого живого вещества, почти исключительно из растений. В силу интенсивного своего метаболизма, быстроты размножения и взаимного поедания морские животные до конца используют один и тот же органический запас углерода, извлекаемый растениями из воздуха.

В гидросфере жизнь существует в жидком слое, средняя мощность которого равна 3,8 км, между тем как на суше этот слой не превышает нескольких метров. Отсюда следует (принимая во внимание, что океан занимает поверхность, в 2,4 раза большую, чем суша), что большая часть массы животного и растительного углерода сконцентрирована в океане. Несомненно, что он там не распределен равномерно. Явление, наблюдаемое и на суше — концентрация живых организмов в определенных ее слоях (в почве и около нее), — еще ярче проявляется в океане и в других водных вместилищах жизни.

Наряду с областями высокой концентрации жизни, в которых интенсивно идут геохимические процессы, можно здесь различить и такие бедные жизнью области, где ее влияние замирает. Мы можем выделить в океанических водах две пленки жизни: планктонную — в 50—60 м мощностью на поверхности и вблизи поверхности и донную, мощность которой иногда значительно больше. Мы должны отличать в океанах еще два других вида «сгущения жизни»: саргассовое сгущение на поверхности глубоких вод и на границе суши и моря — у берегов или над мелями — и тому подобные прибрежные концентрации жизни.

Такое распределение жизни представляет неизменную картину гидросферы (и водных вместилищ суши), существовавшую во все геологические периоды. Это геологически вечные формы структуры земной коры, распределения на ней геохимической энергии жизни и вызванной ею своеобразной миграции элементов.

Количественное определение планктона, начатое В. Генсеном более 40 лет назад, обнаруживает в нем все большие и большие количества организованных существ по мере улучшения методов исследования.

Более новые определения Е. Аллена указывают для планктона Атлантического океана более 464 600 мельчайших организмов на литр, не считая бактерий и наннопланктона.

Определение одного фитопланктона, не считая микропланктона и животного планктона, который превосходит его богатством жизни, ежегодно дает для северного Атлантического океана наших широт от 10 до 15 т сухой органической материи на гектар. Согласно Петерсену, органическое вещество в виде плавающих растений (например, Zostera) и их обломков соответствует по весу 4,1•10-3 до 1•10-2% массы морской воды в этих наиболее богатых жизнью ее концентрациях.

Чтобы сравнить ее с производительностью почвы, можно выразить общее количество живого вещества гидросферы, исчислив его на гектар. Оказывается, что количество видимой жизни в гидросфере немного больше количества ее в богатых жизнью участках суши.

Наибольшие урожаи суши и наибольшие урожаи водных вместилищ дают на гектар близкие количества сухого органического вещества, хотя мы в обоих случаях имеем резко разные по мощности слои планеты.

Толща вещества, отвечающая гектару моря, достигает в среднем нескольких километров. Мощность соответствующего слоя жизни на суше в пределе, например в лесах, может иногда достигнуть сотни и больше метров. Обычно она исчисляется немногими десятками метров, метрами или достигает метра. То, что урожаи зеленых растений суши и зеленых растений и животных моря дают близкие цифры, если их отнести на гектар, вероятно, связано с тем, что живое вещество в конце концов является созданием лучистой энергии Солнца, т. е. зависит от поверхности им освещенной площади, одинаковой и для суши и для моря.

Вопрос этот имеет огромный теоретический интерес и теснейшим образом связан со всем геохимическим режимом планеты. Современное состояние науки позволяет нам лишь вскользь его затронуть. Остановимся на некоторых его проявлениях.

Для животных морского дна, бентоса, морей Дании П. Бойсен-Иенсен определил ежегодный урожай живого вещества. Урожай колеблется в разные годы от 42,1 до 77,1 г углерода на 1 м2. Это соответствует приблизительно 206,3—377,8 кг углерода на гектар. К тому же Бойсен-Иенсен принимал в расчет лишь бентос и оставлял без внимания планктон, микробы, движущихся животных. Бентос, который он изучал, жил за счет Zostera и ее остатков. Zostera давала 12 т сухой органической материи в год на гектар. Животный мир питается ее остатками и ее живым веществом, не успевающим достигнуть зрелого возраста. Создается равновесие — животные, в значительной мере плавающие рыбы, поедают зостеру, которая своим ростом быстро покрывает потерю от поедания.

К сожалению, мы не можем дать точных чисел всего количества живого вещества в биосфере и углерода, в нем заключающегося. Мы можем приблизительно указать порядок отвечающих ему величин. Но такое несовершенное приближение предпочтительнее полного неведения.

Очевидно, что количество углерода, связанное с жизнью, ограничено и что количество его в общем по сравнению со всей массой углерода, находящегося в коре, невелико. Как мы видели, масса эта близка к 1•1017 т, считая весь углерод земной коры до 15—20 км равным 0,5%. Это число не максимальное и, мне кажется, при более точном подсчете газов, рассеянного органического вещества и углерода массивных пород должно быть увеличено. Возможно, что оно заходит за предел 0,5—0,6%.

Вся масса живого вещества едва ли многим превышает 0,1% земной коры, т. е. 2•1016 т; она, наверное, меньше, ибо, предполагая 100 т сухого органического вещества, отвечающего живым организмам на гектар, мы получим 5,1•1012 т на всю биосферу. Едва ли все живое вещество, принимая во внимание всех животных, микробов почв и грязей, сильно изменит порядок этой цифры. Вероятно, она отвечает величине п∙1013 т живого вещества, тогда как числа порядка 1014 будут отвечать предельным возможным его величинам. Для углерода живого вещества среднее его количество не может превысить 7%, вероятно же, значительно меньше, имея в виду водные организмы. Отсюда следует, что количество углерода, захваченного живым веществом, не может превышать п∙1013—1014 т, но, вероятно, меньше этой цифры. Оно, следовательно, соответствует нескольким тысячным долям общей массы земного углерода.

Но в действительности его значение несравненно больше. Живое вещество представляет динамическое равновесие атомов, их масса находится в энергичном движении — в миграции; часть атомов углерода выделяется из организма и немедленно же заменяется другими его атомами.

Тысячные доли не дают представления о значении углерода живого вещества. Значение его атомов в природе гораздо большее. В течение короткого времени, например одного года, живое вещество приводит в движение массы углерода, вероятно, того же порядка, как вся масса земного углерода.

Факт, отмеченный нами в истории кремния и кислорода, повторяется и здесь. Это, конечно, не значит, чтобы действительно все атомы углерода реально проходили через живое вещество. Часть атомов непрерывно находится в живом веществе, немедленно возвращаясь в него, если почему бы то ни было она его оставляет. Лишь небольшая их часть надолго, иногда на миллионы лет (например, в нефтях, углях, известняках и т. д.), уходит из живого вещества.

Некоторые исследователи другим путем получают меньшие цифры для всего количества живого вещества, постоянно находящегося на нашей планете. Однако разница не так велика. Более вероятные из наименьших определений дают для земного вещества суши п∙1011, быть может, п∙1010 т.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.