1. Круговорот углерода.

В биологическом круговороте углерода участвуют только органические соединения и двуокись углерода. Фотосинтез и дыхание полностью комплементарны. Весь ассимилированный в процессе фотосинтеза углерод, содержащийся в органических соединениях, превращается в двуокись углерода. Обширные фонды углерода неорганического происхождения – атмосферная двуокись углерода, растворённая двуокись углерода, угольная кислота и карбонатные отложения – участвуют в круговороте углерода в различной степени. Обмен между углеродом, содержащемся в изверженных породах, отложениях карбоната кальция (известняк), каменном угле и нефти, и другими более активными его фондами происходит настолько медленно, что влияние этого углерода на краткосрочное функционирование экосистемы незначительно.

Растения и животные ежегодно пропускают через себя от 0,25 до 0,30% углерода, содержащегося в атмосфере и в океанах в виде двуокиси углерода и угольной кислоты, а, следовательно, весь активный неорганический фонд претерпевает круговорот каждые 300 – 400 лет. Поскольку обмен двуокисью углерода между атмосферой и океанами происходит медленно, на коротких интервалах их можно рассматривать как обособленные фонды.

Рис.17.1. Глобальный круговорот углерода с указанием размера некоторых фондов и годичных переносов. Цифры указывают количества в миллионах миллиардов (10¹⁵) граммов.

Сжигание угля и нефти повышает содержание СО₂ в атмосфере. Хотя на современном уровне использования ископаемого топлива человеком, количество СО₂, добавляемого в атмосферу в результате его сгорания, соответствует менее чем 2% всего углерода, ежегодно участвующего в круговороте, однако это количество превышает то, которое поглощается при фотосинтезе. Фактически содержание двуокиси углерода в атмосфере за последнее столетие заметно возросло, и следует ожидать, что в будущем оно будет возрастать ещё быстрее. Учёные расходятся во мнениях относительно возможных последствий возросшего содержания в атмосфере СО₂ для температуры воздуха или продукции растений; бесспорно, однако, что человек сдвигает стационарное равновесие экосистемы.

2. Круговорот воды.

Несмотря на то, что вода участвует в химических реакциях, из которых слагается фотосинтез, большая часть потока воды, проходящего через экосистему, связана с испарением, транспирацией и выпадением осадков.

Более чем 90% имеющейся на земном шаре воды связано в горных породах, образующих земную кору, и в отложениях на поверхности Земли; эта вода вступает в происходящий в экосистеме гидрологический цикл очень редко: лишь при вулканических выбросах водяных паров. Таким образом, большие запасы воды, имеющиеся в земной коре, вносят весьма незначительный вклад в передвижение воды вблизи поверхности Земли.

Осадки, выпадающие на поверхности суши, превышают испарение и транспирацию в наземных местообитаниях. Соответственно количество осадков, выпадающих на поверхности океанов, меньше того количества воды, которая испаряется с поверхности океанов. Большая часть водяных паров, приносимых ветрами с океанов на сушу конденсируется над горными районами и в тех местах, где быстрое нагревание и охлаждение суши создаёт вертикальные токи воздуха. Чистый поток атмосферных водяных паров от океанов к наземным областям уравновешивается водой, стекающей с суши в бассейны океанов.

Рис.17.2. Круговорот воды и его главные компоненты в глобальном масштабе. Количества воды во всех фондах и перемещающиеся количества воды (цифры в скобках) выраже­ны в миллиардах миллиардов (10") граммов в год.