Попытаемся оценить количественно, какое влияние оказывает замещение древесных форм травянистыми на массу связанной воды. Если считать доказанной замену 2/3 всех лесов лугами и пашнями за последние несколько тысячелетий, то площадь лесов в недалеком геологическом прошлом должна была быть равной 90 млн. км2, а безлесная площадь — около 40 млн. км2, не считая площади, покрытой многолетними снегами и ледниками.
При этом варианте (вариант 1) единовременная масса связанного растениями органического углерода будет равна, согласно расчету, 52∙109 т, если принять во внимание, средние числа связанного на единицу площади углерода 535 т/км2 и 94 т/км2, приведенные в табл. 6.
По последним данным, лесов в умеренном и тропическом поясах 38 млн. км2 (Васильев, 1967) и безлесной площади, покрытой травянистыми растениями, вместе с болотами — 100 млн. км2.
Из 100 млн. км2 на долю пашни приходится около 20 млн. км2. Эта величина не соответствует площади истребленных лесов, равной 90—38 = 52 млн. км2. Условно можно принять, что в состав 52 млн. км2 входят леса как замещенные естественными травянистыми формациями в процессе крио-аридизации растительных формаций земного шара, так и раскорчеванные человеком.
Приведем результаты второго варианта расчетов связанного углерода органического происхождения и разлагаемой фотосинтезом воды за год, исходя из современных соотношений площадей, покрытых древесной и травянистой растительностью.
Примем условно, что только половина из 20 млн. км2 была превращена в пашню путем раскорчевки лесов и половина распахана за счет искони целинных безлесных земель. В этом варианте исходными данными расчета примем следующие: лесов 30 млн. км2, пашни 20 млн. км2 и прочих необлесенных территорий с травянистым покровом, включая болота, 80 млн. км2.
Массу органического вещества, выращиваемую на пашне, увеличим в пять раз по сравнению с первичной массой его на целинных землях. Коэффициент равный 5—10 выведен нами приближенно из сравнения средней продуктивности естественных травянистых фитоценозов лугов и степей с окультуренными пашнями. В этом варианте расчета принято минимальное значение коэффициента роста продуктивности фотосинтеза под воздействием техники земледелия.
С другой стороны, 10 млн. км2 лесов было выкорчевано и замещено пашнями, на которых также возделывают преимущественно травянистые культурные растения.
Выкорчевывание древостоя леса практически означает высвобождение углерода и воды, связанных в течение одного-двух и более столетий. Замещая лес пашней на площади 10 млн. км2, человек высвободил около 0,53•109 т углерода органического происхождения и около 0,42•109 т воды, если принять среднее содержание воды в древостое 80%. Это небольшая доля наиболее мобильных водных ресурсов пресной воды. На месте выкорчеванного леса появилась пашня, продуктивность которой по условию в пять раз превышает естественные травянистые фитоценозы.
Результаты второго варианта расчетов, исходя из современных соотношений площадей, занятых древесными и травянистыми фитоценозами, приводят к выводу, что единовременная (многолетнее накопление углерода в лесных и однолетнее в травянистых фитоценозах) масса связанного растениями углерода равна: (16,0∙109) + (9,4∙109) + (7,5∙109) =33∙109 т, причем первое слагаемое относится к лесам, второе — к пашням и третье — к прочим травянистым фитоценозам.
Сравнивая результаты двух вариантов расчета, можно заключить, что согласно второму из них масса единовременно связанного углерода на суше убывает, составляя приблизительно 2/3 массы первого, точнее около 63%.
В перспективе человечество вынуждено будет продолжать вырубать леса, чтобы расширять площадь пахотных земель для продовольственных целей. Это позволит дополнительно высвободить около половины единовременно связанного углерода.
С учетом растущего потребления угля, нефти и природного горючего газа этот процесс будет протекать все более и более интенсивно.
Одновременно с высвобождением органического углерода происходит высвобождение воды, связанной в прошлые геологические периоды и связываемой в современную эпоху.
Полное истребление современной площади лесов на площади 30 млн. км2 означало бы непосредственное высвобождение 12,8∙109 т воды, если ее содержание в древостое принять равным 80%, без учета воды, освобождаемой при сжигании древесины.
Такое пополнение массы воды гидросферы составило бы небольшую долю ее наиболее мобильной части, принимающей многократное участие в общепланетарном влагообороте.
Для установления массы воды, ежегодно разлагаемой фитоценозами суши, необходимо из общей массы связываемого углерода вычесть углерод многолетнего накопления в лесных и травянистых фитоценозах, оставив массу углерода однолетнего накопления.
Суммарная годовая масса автотрофной растительности всей суши в органическом углероде равна 3,3•1010 т и всех океанов— 3,9∙1010 т, всего 7,2∙1010 т. Масса воды, ежегодно разлагаемой всеми фитоценозами суши, может быть легко установлена, если принять во внимание, что при образовании 1 т органического углерода разлагается 1,32 т воды. В таком случае масса ежегодно разлагаемой воды растениями суши будет равна 1,32∙ (3,3∙1010) т=4,3∙1010т.
Если исходить из суммарной годовой продукции автотрофной растительности всей суши и всех океанов вместе взятых, то масса ежегодно разлагаемой воды в процессе фотосинтеза составит (7,2•1010)•1,32 = 9,5•1010 т = 9,5∙1016 г. Общая масса пресной воды, ежегодно выпадающей в виде атмосферных осадков на всю поверхность Земли и составляющей наиболее мобильную часть гидросферы, исчисляется в 5∙1020 г.
Из этих данных видно, что ежегодно разлагаемая фотосинтезом вода составляет небольшую долю всей мобильной части гидросферы. Тем не менее без пополнения за счет испарения с океана и суши, без окислительного распада органических веществ вся пресная вода, поступающая на Землю в виде жидких и твердых атмосферных осадков, была бы разложена в течение 5260 лет, что в геологическом аспекте указывает на громадное значение фотосинтеза во влагообороте. За 600 млн. лет воздействия на природу фотосинтеза полное разложение наиболее мобильной части гидросферы (5∙1020 г) повторялось около 57 000 раз, если среднюю за все геологическое время годовую продукцию органического углерода принять равной половине современной. Разумеется, это число можно признать реальным при условии соответствия средней интенсивности общего влагооборота Земли современной, которая характеризуется числом 38. Это число показывает, сколько раз в течение года выпадает на земную поверхность масса воды, содержащаяся в атмосфере.
Заканчивая рассмотрение вопроса, относящегося к установлению массы воды, ежегодно разлагаемой в процессе фотосинтеза, приведем результаты выполненных нами расчетов по отдельным видам угодий суши и океану в целом (табл. 7).
Как видно из данных табл. 7, годовая масса разлагаемой воды невелика. Значительно больше масса воды, временно захватываемая и вновь ежегодно освобождаемая живым веществом биосферы. Она составляет около 1,1•1012 т, если массу живого вещества принять равной 1,4•1012 т и содержание воды в нем 80%.
Итак, развитие фитосферы, наиболее мобильной части биосферы, существенно доминирующей по массе над зоосферой, оказывает многостороннее влияние на развитие геосфер, особенно атмосферы и гидросферы. Возникновение и развитие фотосинтеза значительно повлияло на газовый состав атмосферы: парциальное давление углекислоты стало меньше, а кислорода — больше.
Так как источником кислорода в процессе фотосинтеза, согласно современным открытиям (Виноградов и Тейс, 1941), является вода, то фотосинтез в свете новых представлений необходимо рассматривать как один из общепланетарных процессов регулирования массы воды на Земле и трансформации гидросферы: фотосинтез частично разлагает воду безвозвратно, частично переводит ее в связанное состояние в процессе захоронения органического вещества.
В годовом цикле влияние фотосинтеза на массу разлагаемой и связываемой воды в общем невелико, но в геологическом времени оно приобретает громадное значение, так как фотосинтез непрерывно наращивает массу фоссилизируемого органического вещества, а через нее и массу связанной воды. Этому противостоят процессы распада органических веществ (дыхание, брожение), высвобождающие воду и углекислоту. Однако разлагается не все органическое вещество, около 1% его оказывается погребенным в осадочных отложениях на длительный период времени, исчисляемый миллионами лет.
—Источник—
Алпатьев, А.М. Влагообороты в природе и их преобразования/ А.М. Алпатьев. – Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1969.– 323 с.
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
