Круговорот углерода в природе

Углерод — это ключевой элемент, необходимый для жизни на нашей планете. Он входит в состав многих органических соединений, проявляя удивительную способность объединяться в длинные цепочки и образовывать сложные молекулы.


Углерод играет жизненно важную роль в обеспечении энергией клеток, ее накоплении и формировании структур живых организмов. Источником углерода для живых существ служит углекислый газ, который поступает из атмосферы и воды. В природе биологический цикл углерода завершается его окислением и возвращением в атмосферу либо накоплением в виде угля и нефти.

В атмосфере над каждым гектаром почвы содержится примерно 2,5 тонны углерода в виде углекислого газа.
Каждый год на одном гектаре посевов растения поглощают из атмосферы и включают в свой состав до 8 тонн углерода, как, например, сахарный тростник. Если бы не возможность возобновления запасов углерода, зелёные растения исчерпали бы весь атмосферный углерод примерно за несколько сотен лет.

Углекислота также расходуется в процессе фиксации её бактериями и животными. В результате дыхания углекислота возвращается в воздух. Растения дышат постоянно, а ткани зелёного растения поедаются животными, которые при дыхании возвращают в воздух ещё большие количества углекислоты.

Чтобы поддерживать баланс углерода, природа задействует гнилостные бактерии и грибы, которые, разлагая органические вещества, возвращают углерод в атмосферу в виде углекислого газа.

Если бы не было возможности для обновления запасов углерода, зеленые растения могли бы исчерпать весь атмосферный углерод всего за несколько сотен лет. Углекислота расходуется не только в процессе фотосинтеза, но и в процессе фиксации ее бактериями и животными. При дыхании она возвращается в воздух. Растения дышат постоянно, а ткани зеленых растений поедаются животными, которые, в свою очередь, выделяют еще больше углекислоты в процессе дыхания.

Однако одного лишь дыхания было бы недостаточно для компенсации потери углекислоты в процессе фотосинтеза. Огромные количества углерода накапливались бы в телах мертвых растений и животных. Баланс углерода поддерживается благодаря деятельности гнилостных бактерий и грибов, которые осуществляют процессы гниения и брожения, разрушая соединения углерода и возвращая его в атмосферу.

Французские исследователи провели интересный эксперимент: они вырастили в специальных инкубаторах животных, лишенных бактерий. Это было сделано для изучения синтеза витаминов бактериями, которые обычно обитают в кишечнике. Со временем эти животные состарились и умерли, но их тела не подверглись разложению, и атомы углерода были временно изъяты из круговорота.

Если растения оказываются под давлением под водой, они не разрушаются бактериями, но претерпевают ряд химических изменений, превращаясь в торф, затем в бурый уголь (лигнит) и, наконец, в каменный уголь. Аналогичные процессы происходят и с некоторыми морскими растительными и животными организмами, которые могут превращаться в нефть.

Эти процессы временно удаляют часть углерода из круговорота, но в результате случайных геологических изменений или деятельности человека, такой как разработка недр и бурение, каменный уголь и нефть выносятся на поверхность, где их сжигают, возвращая углерод в круговорот.

Большая часть углерода на Земле находится в горных породах в виде карбонатов, таких как известняк и мрамор. Горные породы постепенно разрушаются, и карбонаты со временем включаются в круговорот углерода. Однако на морском дне из отложений мертвых животных и растений формируются другие породы, поэтому общие запасы углерода в круговороте остаются примерно постоянными.