Лекция 8. Биогенная миграция (стр. 5 )

Сопоставляя биотические и абиотические потоки вещества в ландшафте можно сделать следующие выводы:

1. По своим масштабам биотические потоки значительно превосходят абиотические.

2. В абиотических потоках доминирует латеральная составляющая, относящаяся к внешним связям геосистем.

3. В биотических потоках преобладает вертикальная составляющая, относящаяся к внутренним связям.

4. Абиотические потоки разомкнуты, входные потоки не скомпенсированы с выходными, последние доминируют, что придает абиотической миграции однонаправленный характер и ведет к потере вещества.

5. Биотические потоки квазизамкнуты, они имеют характер круговоротов, и способствуют удержанию вещества в ландшафте, выполняя тем самым стабилизирующую функцию.

6. В сформировавшихся ландшафтах величины создаваемой продукции равны разлагаемой. Поэтому по скорости разложения опада можно судить о БИК.

8.7. Функции биоты в ландшафтах

Газовая функция является одной из важнейших функций растительности в географической оболочке. отмечал, что "связь живых существ с тропосферой - благодаря дыханию и распадению после смерти на газы - А. Буссенго и И. Дюма в 1844 г. выразили в афоризме: "Жизнь может быть рассматриваема как придаток атмосферы. Из нее она получает главную часть своего вещества и в нее в виде газов возвращается подавляющая часть вещества организмов после ее смерти". (Вернадский, 1980, с.38-39). А далее следует блестящее озарение самого : "Жизнь, несомненно, однако, больше, чем придаток атмосферы. Она активно меняет тропосферу, строит ее вещество, охватывает всю ее химию" (там же, с.39).

В современных условиях основной источник кислорода - фотосинтез автотрофных растений. Геохимические данные, как отмечалось ранее, свидетельствуют, что так и было на протяжении практически всей геологической истории. Однако есть и отличное мнение.

По , атмосферный кислород накапливается в основном за счет действия двух источников примерно одинаковой мощности:

фотосинтез, подводный базальтоидный магматизм.

Некоторое очень небольшое количество кислорода образуется при фотодиссации воды в атмосфере и ее радиолизе в литосфере.

В обоснование новой точки зрения указывает на то, что по содержанию свободного кислорода океанические воды близки к насыщению, а иногда в рифтовых зонах дна океана - и к пересыщению. В глубинных и промежуточных водах океана растворено около 1013 т кислорода, тогда как в атмосфере он содержится в количестве 20,946% объемн., что примерно оценено в 120х1013 т.

Главный аргумент - несоответствие соотношения легкого (16О) и наиболее тяжелого (18О) изотопов кислорода в современной атмосфере и в непосредственно выделяемой их смеси при фотосинтезе. Кислород нашего воздуха на 2,3% тяжелее фотосинтетического. Между тем, с увеличением глубины в океане наблюдается прирост количества 18О.

Использовав эти данные, подсчитал, что кислород современной атмосферы может содержать 30% образованного при фотосинтезе и 70% выделившегося из глубин Земли через дно океана. Конечно, пока это только гипотеза и цифры, приводимые , могут еще сильно измениться.

Пока же все балансовые расчеты строятся на сведениях о количестве захороненного в литосфере биогенного углерода. Так, уже отмечалось, что только в осадочной оболочке находится 11 800 000 млрд. т СОРГ. в рассеянной форме. Это свидетельствует о высвобождении при фото - и хемосинтезе 31 400 000 млрд. т О2, что в двадцать шесть раз больше массы современного кислорода атмосферы.

Необходимо учесть, что в первично-осадочных породах гранитно-метаморфического слоя находится еще очень большое количество биогенного углерода, соизмеримое с таковым в осадочной оболочке. Значит, большая часть кислорода, прошедшего через атмосферу, ныне захоронена в форме окислов и производных от них соединений, входящих в состав горных пород, как это и отмечают многие геохимики.

Замечательно, что использование кислорода в окислительных процессах во многом связано с деятельностью, так называемых, литотрофных микроорганизмов. Одни представители живой природы снабжают кислородом воздух и воды биосферы, а другие фоссилизуют его. Возможно, это также полезная функция, ведь кислород не может накапливаться в атмосфере выше некоторой предельной концентрации, иначе горимость наземной растительности будет слишком высокой.

Огромное влияние живое вещество оказывает на содержание в воздухе углекислого газа. Углекислота, растворенная в океане, входит в состав, так называемой, карбонатной системы. Углекислотный резерв мировой акватории примерно в 60 раз больше, чем в атмосфере. Углекислота извлекается в основном организмами и от их деятельности зависит скорость накопления карбонатного материала в донных осадках. В основном "усилия" океанических экосистем направлены на поддержание стабильности карбонатной системы океана.

Судя по палеогеохимическим данным, ее относительно стабильное состояние сохранялось едва ли не на протяжении всей геологической истории. Значит, и колебания содержания СО2 в воздухе не должны были быть слишком большие. Все же, согласно , , (1985), на протяжении по крайней мере последних 570 млн. лет изменения концентрации атмосферного СО2 имели место, причем в раннем карбоне углекислоты в воздухе было в 10 раз больше, чем в конце доиндустриального времени.

Воздействие живого вещества на баланс азота в атмосфере не является слишком значительным, но без него нельзя себе представить современную биосферу.

Азот является фактором жизнедеятельности для значительной группы микроорганизмов: клубеньковых бактерий, азотобактеров, актиномицетов, сине-зеленых водорослей. Усваивая молекулярный азот, они после отмирания и минерализации обеспечивают корни высших растений доступными формами этого элемента (Сытник и др., 1987).

О масштабах вовлечения азота в биологический круговорот можно судить по следующим цифрам. Из 2,9х1015 т атмосферного азота (78,084% объемн.) ежегодно в современных условиях 6,9 млрд. т азота связывается в первичной валовой продукции биоты на суше и, вероятно, 1,2 млрд. т в первичной чистой продукции океана. Таким образом, ежегодно в планетарной биоте аккумулируется немногим менее 0,0003% массы азота воздуха. Для сравнения укажем: только на суше ежегодно в валовой первичной продукции биоты связывается 13% углекислого газа атмосферы.

Несмотря на столь относительно скромное потребление азота планетарной биотой, она оказывает заметное влияние на баланс газов-примесей в атмосфере. При биологической деструкции опада и других органических остатков в почве образуется аммиак, который довольно быстро нитрофицируется микроорганизмами до нитритов и нитратов, а также побочного продукта нитрификации N2О. Следующей стадией является биологическое или химическое восстановление нитритов и нитратов, т. е. их денитрификация. В результате возникает целый спектр газов, в числе которых присутствует N2O, NO и N2 .

Биологический механизм играет главную, но не единственную роль в снабжении атмосферы окислами азота и возвращении в нее молекулярного азота. Окислы азота возникают также под воздействием грозовых разрядов и при пожарах, в том числе подземных. Из-за нарушения цикла азота человеком концентрация N2O в атмосфере в начале 1990-х годов достигла 310 частей на млрд. Прирост происходит со скоростью 2 части на млрд. в год. Скорость поступления NОX в атмосферу порядка 40 млн. т в год. Какова же судьба окислов азота?

Часть из них вымывается из нижних слоев атмосферы снова на земную поверхность, а другая, поднимаясь в стратосферу, распадается, участвуя в реакциях разрушения озона по азотному циклу.

Микроорганизмы постоянно подпитывают атмосферу такими газами как водород и метан. Оба, кроме того, попадают в воздух из глубин Земли, в частности, при вулканизме. Водород, как известно, является газом, который диссипирует в мировое пространство, а оттуда может поступать в газовую оболочку Земли с солнечным ветром. Метан продуцируется в анаэробных условиях в почвах, илах и торфяниках метанообразующими бактериями, которые используют для этого СО2. Например, на рисовых чеках при температуре 30ОС образуется за сутки от 0,07 до 0,2 г СН4 в 100 г почвы в пересчете на сухое вещество.

Огромное количество метана выделяют животные, перерабатывающие клетчатку. При процессах кишечной ферментации одна овца или коза выделяет 15 г/сутки этого газа, а лошадь или корова 100-200 г/сутки. Термиты - одни из главных продуцентов газа-утеплителя. и приводят такие оценки эмиссии СН4 из биогенных источников (млн. т):

- болота, тундры, торфяники, топи, илы - 110-130;

- рисовые поля - 110-115;

- термиты - 40-50;

- домашние животные - 60-100;

- океан и пресные воды 14-40;

- дикие животные - 3-4;

- брожение и гниение твердых и жидких отходов - 25-70.

Метан и другие углеводороды выделяются также из глубинных источников как из природных (вулканы, гейзеры, фумаролы, разломы, так и из природно-антропогенных (разработка метаноносных, угольных и прочих месторождений). Небиогенные источники дают не более 5-10% от общих выбросов.

Содержание метана в атмосфере в начале 1990-х гг. достигло почти 1,75 частей на млн. Ежегодный прирост массы 40-70 млн. т при выбросе порядка 550 млн. т.

Принципиально по иному влияют на газовый состав атмосферы высшие растения.

Леса выполняют важнейшую работу по сохранению высокого качества воздуха. Кислород, вырабатываемый ими, отличается от продуцируемого планктоном морей и океанов. Первый насыщен ионами отрицательного заряда, благоприятно влияющими на организм людей. Леса не только обогащают атмосферу кислородом, но и очищают ее от пыли.

В 1928 г. Россиянин открыл фитонциды - различные биологически активные органические соединения, выделяемые высшими растениями. Последние обладают бактерицидными и протистоцидными свойствами; играют важную роль в иммунитете растений и взаимоотношениях организмов в биоценозах. Большие количества летучих фракций фитонцидов выделяются в атмосферу в лесу: в лиственном около 2 кг с каждого га в год, в сосновом около 5. Можжевеловые насаждения продуцируют до 30 кг. В одном кубометре лесного воздуха содержится не более 500 патогенных бактерий, тогда как в городе почти на два порядка больше. Многие фитонциды вредны для одних организмов, но полезны или даже необходимы для других.