6.4.2 Кругообіг води
Вода є середовищем для живих організмів, вона ж входить до складу людини, тварин, рослин. У процесі фотосинтезу вона поставляє водень для побудови органічних сполук. Вода, точніше, молекули води є джерелом кисню, що виділяється при фотосинтезі.
Вона знову утворюється при диханні рослин (процес, протилежний фотосинтезу). Та все ж жива речовина не відіграє визначальної ролі у великому кругообігу води на земній кулі. Біологічної води в складі живих організмів усього 0,003%. Безпосередньо на синтезування біомаси витрачається всього 1% від загальної планетарної її кількості. Проте для утворення 1 кг біомаси використовується 130-230 кг води, тому біологічна частина циклу дуже активна. Схема кругообігу води показана на мал. 6.1.
Мал. 6.3 - Кругообіг води (за В.Ю.Некосом).
Енергія Сонця є рушійною силою цього кругообігу. Вона витрачається на випаровування води з поверхні водних басейнів або суші, а також на перенесення, перерозподіл вологи по поверхні Земної кулі. Випаровування й випадання опадів приблизно однакові й складають близько 520 тис. км3 за рік. Сумарний об'єм води на Землі складає 1600-2500 млн. км3.
Випаровування й транспірація визначають механізм кругообігу води.
Основними чинниками випаровування є температура повітря й ґрунту, їхня вологість, швидкість вітру. Окрім цих чинників транспірація залежить також від виду рослин, їхнього фізіологічного стану та ін. Для виробництва 1 тони сухої маси рослин необхідно в середньому 200-1000 тонн води, при цьому на фотосинтез витрачається всього 0,05-0,3% всієї води, що пройшла через рослини.
Витрата води за рік транспірація в межах території нашої країни досягає 3-4 тис. км3, що складає 1/3 річної кількості опадів. Для порівняння - на побутові потреби йде всього близько 2,5% від загальної кількості опадів. Приведені дані свідчать про значну роль рослинності у формуванні водного балансу річкових водозборів. Вони вказують також на вплив біологічних чинників на гідрологічні процеси.
З викладеного ясно, що транспіраційний потік (ґрунт - листя - атмосфера) є в загальному для планети кругообігу основним шляхом руху води через живу речовину.
6.4.3 Кругообіг вуглецю
У рослинах за участю сонячної енергії відбувається реакція фотосинтезу - вуглекислий газ розщеплюється, при цьому вуглець перетворюється на органічні речовини зеленої маси рослин, а кисень повертається в атмосферу. Маса вуглецю, що утворилася при відмиранні рослин або з'їданні її тваринами, окисленні, знову перетворюється на вуглекислий газ.
Одночасно із цією загальною схемою відбувається складна взаємодія атмосферної вуглекислоти з океаном - при низькій температурі води океану поглинають СО2, в інших обставинах вуглекислий газ десорбуєтся з його поверхні. Нарешті, деяка частина вуглецю виявляється похованою або випадає в осад, тобто виключається із кругообігу. До теперішнього часу в карбонатних осадових породах зв'язано приблизно в 15 000 разів більше вуглекислого газу, чим міститься в атмосфері.
У той же час у гідросфері розчиненого вуглецю міститься в 16 разів більше, ніж в атмосфері (700 млрд. тонн у формі СО2). Найбільша кількість вуглецю міститься в літосфері (104 млрд. тонн).
У зв'язку з тим, що частина вуглецю виходить із кругообігу (органічні речовини не мінералізуються), за мільярди років існування біосфери величезні запаси вуглецю зосередилися у вапняках і інших породах, в органічних опадах. Тому в кругообігу вуглецю зараз беруть участь лише десяті долі відсотка вуглецю від його загальної кількості, що є на Землі.
Спалювання людиною деревної рослинності й використання горючих копалин збільшило виділення вуглекислого газу і його повернення із запасу в атмосферу. За останні сторіччя кількість CO2 у атмосфері зросло на 13%. На рис. 6.4. показано довготривале наростання атмосферної вуглекислоти, головного парникового газу, починаючи з 1958, у значній мірі через антропогенний вплив.
Кругообіг вуглецю безпосередньо впливає на енергетику атмосфери - збільшення концентрації СО2 в атмосфері приводить до так званого парникового ефекту. У науковій літературі широко обговорюється питання про глобальне потепління клімату на декілька градусів і про вірогідність підвищення рівня океану на 50-60 м із-за танення арктичних і антарктичних льодів. Проте ряд дослідників висловлює протилежне, вважаючи, що від спалювання копалин в атмосфері залишається тільки 1/3 з утвореного СО2, а решта кількості, ймовірно, зв'язується океаном і рослинністю. Океан, може поглинути не менше половини тієї вуглекислоти, яка утворюється від спалювання органічного палива.
Рис.6.4 – Зміна середньої концентрації (у частках на мільйон об'єму-
ppmv) двоокису вуглецю (СО2), спостереження на Обсерваторії
Mauna Loa на Гаваях за період з 1955 р. по 1995 р. (дані Центру
Аналізу Інформації Двоокису вуглецю, Національна Лабораторія
США).
В.Ю.Некос в посібнику „Основы общей экологии и неоэкологии” ч. 1, Харьков – „Торнадо”, 1999 р. наводить дані про роль вуглекислого газу в житті людини, згідно з якими для нормального існування людини в складі повітря повинно бути 7% вуглекислоти й 2% кисню, а в ряді районів Землі кисню міститься до 21%. Це в 10 разів більше, ніж необхідно, а вуглекислоти ж повсюдно менше. Дитина до свого народження дихає виключно вуглекислотою, а після народження як би занурюється в кисневу «пожежу».
Життя на Землі виникло 4 млрд. років тому, коли вільного кисню не було зовсім, і не виключено, що тривалість життя багато в чому пов'язана з пониженим умістом кисню. В атмосфері Венери 90% вуглекислоти й 2% кисню. Схоже, саме там і слід шукати довгожителів, завершує цей аналіз автор.