big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Круговорот двуокиси углерода

В атмосфере Земли содержание двуокиси углерода равно 0,03% по объему или 0,046% по весу, т. е. над каждым квадратным метром земной поверхности (в 10 т воздуха) ее только 4,6 кг. Насколько это мало, видно как из того, что кислорода в воздухе в 500, а азота в 1640 раз больше, так и из того, что по реакции фотосинтеза

из 4,6 кг двуокиси углерода может образоваться только 3,1 кг органического вещества. Между тем известно, что в тропических условиях на каждом квадратном метре за год вырастает несколько десятков килограммов растительности. По расчетам А. П. Виноградова, вся двуокись углерода, содержащаяся в атмосфере (2,3∙1012), связывается в фотосинтезе на протяжении 10 лет.

Кроме СО 2 атмосферы в фотосинтезе участвует и та двуокись углерода, которая растворена в воде морей и океанов, ибо существует равновесное распределение СО2 между атмосферой и водой и при уменьшении содержания СО2 в воздухе она выделяется из воды. Общее количество СО2, растворенной в воде океанов и морей, при массе воды 1,40 • 1018 т и при содержании в ней СО2 — 0,005 вес. % достигает 7∙1013 т, что только в 30 раз больше, чем в воздухе.

Такое предельно малое количество двуокиси углерода, по мнению многих, способно поддерживать фотосинтез на высоком уровне вследствие того, что существует установившееся на протяжении уже свыше 1—2 млрд. лет равновесие между образованием и распадом продуктов фотосинтеза. Существующие формы флоры и фауны, как правило, не долговечны — продолжительность их жизни измеряется днями, месяцами, реже годами. Отмирание и распад до исходных веществ фотосинтеза казалось бы объясняет возможность длительного существования жизни.

Однако известно, что органическое вещество постоянно выпадает из круговорота, накапливаясь в земной коре в виде горючих ископаемых и главным образом в виде рассеянного органического вещества. Общее количество органического вещества в земной коре измеряется величиной 1∙1015 т. При образовании этого количества органического вещества было связано —4∙1016 т СО2,что в ~50 раз больше, чем содержится в настоящее время в атмосфере и в воде океанов.

Надо также принять во внимание, что СО2 выходит из круговорота и в результате постоянного захоронения карбонатов биогенного происхождения, которые ежегодно десятками миллионов тонн падают на дно Мирового океана.

Это приводит к мысли о том, что в постоянном круговороте должна находиться не только та двуокись углерода, которая участвует в фотосинтезе, но и та, которая как будто бы все время выходит из круговорота и входит в состав земной коры. Процессы, в результате которых двуокись углерода поступает в недра, хорошо известны. Чтобы понять круговорот СО2 надо рассмотреть процессы, постоянно поднимающие ее из недр в свободном виде.

В число постоянно действующих причин восходящего движения двуокиси углерода входят процессы выделения углекислого газа из пород, слагающих дно океана. К ним относятся: процессы разложения неорганических минералов — солей угольной кислоты, процессы разложения органического вещества, накапливающегося в осадочных породах, покрывающих дно океана, и процессы взаимодействия этого органического вещества с неорганическими веществами вмещающих пород.

Процессы разложения минералов с выделением свободной двуокиси углерода могут иметь место как в результате нагрева карбонатов, что происходит при довольно высоких температурах, превосходящих температуры, господствующие в слоях земной коры, так и в результате вытеснения ее другими, более сильными кислотами (серной, соляной и др.), если такие кислоты находятся в свободном состоянии. По-видимому, все эти процессы случайны и не пригодны для объяснения постоянного возвращения СО2 из недр.

К закономерно обусловленным, постоянно действующим процессам выделения двуокиси углерода из карбонатов земной коры можно отнести процессы взаимодействия последних с окисью кремния. Такие процессы могут идти по уравнению

Карбонаты накапливаются на дне океана в осадочных породах, постепенно погружающихся в недра коры и далее в пределы верхней мантии. Процесс накопления панцирей и ракушек простейших и более сложных морских организмов идет уже на протяжении около 3 млрд. лет.

Кремнезем постоянно выносится к верхней границе дренажной оболочки, поскольку SiO2 относится к веществам, летучим с водяным паром. Восходящий ток кремнезема так же постоянен, как и вертикальная циркуляция воды в дренажной оболочке.

Следовательно, карбонаты осадочных пород, опускающихся к дренажной оболочке, могут по вышеприведенному уравнению отдавать свободную двуокись углерода, которая выносится в океан восходящими водными растворами. Так замыкается круговорот двуокиси углерода карбонатов, выпадающих на дно океанов.

Вероятно, не менее закономерно обусловлено постоянное выделение двуокиси углерода из пород земной коры, в том числе из пород коры океанического дна, за счет постоянного взаимодействия рассеянного органического вещества с неорганическими окислами вмещающих пород.

Известно, что породы земной коры уже на небольших глубинах являются восстановленными (железо в них встречается главным образом в виде двухвалентных окислов). О процессах восстановления свидетельствуют также многочисленные примеры нахождения многих элементов в свободном состоянии.

Естественно считать, что постоянно текущие процессы восстановления являются результатом взаимодействия неорганических окислов с органическим веществом, находящимся в осадочных породах в рассеянном состоянии. Органическое вещество находится в породах земной коры также в виде хорошо подвижного компонента, каким являются углеводородные газы.

Взаимодействие органического вещества с окислами вмещающих пород ведет к появлению двуокиси углерода, например, по уравнению

Выдвигаемое представление о дренажной оболочке позволяет понять процессы, которыми обеспечивается восходящая ветвь круговорота СО2, постоянно подвергающейся захоронению в недрах земной коры. Участие вещества верхней мантии в круговороте твердого вещества между корой материков и океанов объясняет накопление карбонатов в земной коре. Двуокись углерода, как вода, азот и другие летучие компоненты, уходит из вещества мантии и накапливаются в земной коре, гидросфере и атмосфере. Круговорот СО2 делает понятным длительное существование жизни на Земле и устраняет необходимость в представлении о том, что в начальный период существования жизни Земля имела невероятно мощную атмосферу, состоявшую из двуокиси углерода.

По-видимому, такой круговорот имел в виду В. И. Вернадский, когда он писал: «Можно предположить, что весь углерод жизненного цикла в конце концов возвращается в него через достаточно продолжительное время из земных глубин».

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.