Круговорот углерода и живые организмы. 

  Углерод встречается на 1емле в разных формах: в виде твердых тел (организмы, почва,

литосфера), в растворенной форме (водоемы, почвенная и грунтовая вода, жидкости организмов) и в виде газа (атмосфера, поры почвы и межклетники). Между разными формами углерода постоянно идет обмен. Литосферный углерод переходит в раствор, растворенный С02 уравновешивается с С02 воздуха, а углеродный обмен организмов приводит к постоянному круговороту углерода.
Круговорот углерода на Земле поддерживается прежде всего благодаря биологическим процессам (рис. 9.6). Соединения угле рода составляют основу живого вещества биосферы. Они непрерывно синтезируются, передаются, изменяются и разлагаются организмами. Основная миграция углерода на Земле идет от С02 атмосферы в живые организмы и обратно. Атмосферный диоксид углерода проходит этот цикл примерно за 300 лет. По сравнению с биологическим циклом углерода геохимические его превраше ния ничтожны. Они включают выделение С02 при извержении вулканов, пожарах и промышленных выбросах. Вместе взятые, они дают менее 10% выделяемого в год С02.
Круговорот углерода начинается с фиксации атмосферной С02 в процессе фотосинтеза, Годовое фотосинтетическое потребление диоксида углерода растениями составляет около 6 — 7 % С02 атмосферы и поверхностных вод. Растения суши и фитопланктон фиксируют примерно одинаковые количества углерода. В водных сообществах водоросли поглощают диоксид углерода из воды, в которой он находится в свободном или связанном состоянии (в виде карбонатов и бикарбонатов). Основные потребители С02 на суше — леса и болота. Если не считать горючих ископаемых, древесина — главный резервуар биологически связанного углерода. В лесах запасено 400—500 млрд т углерода (примерно 2/3 атмосферного запаса). Во влажном тропическом лесу на 1 м2 за год фиксируется 1 — 2 кг С02, что равно его количеству в столбе воздуха сечением 1 м2, доходящем до границ атмосферы. В тундрах

Рис. 9.6. Схема пищевых цепей и круговорота С02 в лесу (по Г. Вальтеру, 1974)


же и аридных пустынях фиксируется лишь около 1 % этого количества (И.М.Культиасов, 1982).
При ассимиляции растениями С02 образуются углеводы и высвобождается кислород. Около трети полученного вещества используется растениями на дыхание, продукт которого — С02 — возвращается в атмосферу. При этом у растений дышат и нефотосинтезирующие ткани, которые существуют за счет деятельности листьев. Например, у степных, пустынных и высокогорных растений 70—90% фитомассы приходится на подземные органы.
С02 ассимилируется не только в процессе фотосинтеза. Ее используют также хемосинтетические автотрофные микроорганизмы. Часть энергии, выделяющейся при окислении ими неорганических соединений, идет на восстановление С02 и синтез органики. В 1914 г. А. Ф. Лебедев предположил, что и гетеротрофы могут частично ассимилировать углерод из С02. Впоследствии гетеротрофная фиксация С02 была экспериментально подтверждена.

Оказалось, что гетеротрофы усваивают С02, связывая его с кетокислотами. Гетеротрофное усвоение С02 свойственно также корням высших зеленых растений. Диоксид углерода почвы при этом присоединяется к пировиноградной кислоте, образующейся при расщеплении в корнях сахаров. Получившиеся органические кислоты перемещаются в листья, где содержащийся в них углерод используется для биосинтеза. Активно усваивают С02 и клубеньки азотфиксирую- ших растений. Таким образом, С02 почвы — важный дополнительный источник углеродного питания растений. Но при этом следует подчеркнуть, что автотрофы могут синтезировать органику полностью за счет неорганических соединений (Н20 и С02), а гетеротрофы делают это лишь имея в распоряжении готовые органические соединения (например, пи- ровиноградную кислоту) (В.Л. Кретович, 1986).
Почти вся органика, оставшаяся после использования части ее на дыхание растений, становится пищей для гетеротрофных орга- нп шов (лишь У,ООО доля ассимилированного углерода выбывает н i круговорота при погребении растительных остатков). Дыхание, брожение и гниение, происходящие в организмах, высвобождают С02 и пополняют ее общий запас. Отмирающие ткани растений и животных разлагаются (минерализуются) микроорганизмами. При этом углерод окисляется до С02 и через «дыхание почвы» возвращается в атмосферу. Деятельность почвенных микроорганизмов в круговороте углерода имеет очень большое значение. В эволюции биосферы вместе с развитием автотрофного блока, производящего органику, сопряженно, но с опозданием шло совершенствование редуцентов, минерализующих органические ос- I 11 ки и способствующих более полному замыканию биологиче- 1 кого круговорота. Так, известны мощные слои битумов из цианобактерий в докембрийских отложениях, накопление которых в »о временных условиях (с обилием разнообразных редуцентов) невозможно. Так же количество почвенных грибов, разлагающих древесину, нарастало постепенно. В девоне их было еще немного, поэтому с тех времен остались огромные запасы недоразложив- шейся древесины. С02 атмосферы связывалась тогда растениями заболоченных лесов и депонировалась в торфяных остатках, которые метаморфизировались в каменный уголь. Со временем роль сапротрофов росла, активизировался почвообразующий процесс, и растения расселялись на ранее малодоступные субстраты.
Циркуляция воздушных масс в атмосфере связывает наземные экосистемы с атмосферным резервуаром С02. Морские течения перемешивают поверхностные воды океанов и медленно выравнивают различия поверхностных и глубинных вод. Относительно самостоятельные круговороты углерода в атмосфере и океане связаны через обмен С02 между воздухом и водоемами, особенно в ветреную погоду. С02 хорошо растворима в воде, и по расчетам, почти весь диоксид углерода атмосферы мог бы раствориться и океане за 5—10 лет. Но притом, что в год в океане растворяется до 100 млрд т атмосферного С02, почти столько же за это время и выделяется из него в атмосферу. Таким образом, для всемирного круговорота углерода Мировой океан представляет собой глобальный буфер. 

Еще по теме Круговорот углерода и живые организмы. :

1. РОЛЬ БОЛОТ В КРУГОВОРОТЕ УГЛЕРОДА
2. ВЫЯВЛЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ, УЧАСТВУЮЩИХ В КРУГОВОРОТЕ УГЛЕРОДА
3. 2. 2. 4. Живые организмы как среда обитания
4. Биомасса, продуктивность, глобальный круговорот углерода Запасы биомассы
5. ЦИКЛ УГЛЕРОДА
6. Захороненный углерод и его мобилизация
7. ЗАХОРОНЕННЫЙ УГЛЕРОД И ЕГО МОБИЛИЗАЦИЯ
8. ЖИВЫЕ НЕБОСКРЕБЫ
9. «ЖИВЫЕ ТАНКИ»
10. Единство жизни в биосферном круговороте
11. Живые пресмыкающиеся в неволе
12. 3. 2. Биотический круговорот
13. УГЛЕРОД
14. ЕГО РОДСТВЕННИКИ — ЖИВЫЕ ДЬЯВОЛЫ
15. X    ЖИВЫЕ ЗВЕНЬЯ ОДНОЙ ЦЕПИ
16. «ЖИВЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ» И ПРОИСХОЖДЕНИЕ МЛЕКОПИТАЮЩИХ
17. 3. Стабильность биосферы. Круговорот веществ и элементов
18. Глава V УГЛЕРОД В БИОСФЕРЕ И ПОЧВАХ