Антропогенное воздействие на круговорот углерода и его последствия

Основные формы влияния человека на цикл углерода:

– сжигание топлива: угля, нефти, газа и др., с которым связаны выбросы СО₂ (ежегодно выбрасывает в атмосферу более 22 млрд т CO₂);

– вырубка лесов и отчуждение земель под строительство сокращают продуктивность биосферы;

– уменьшение запасов органического вещества в почвах, которое вызвано эрозией пахотных земель и изъятием продуктов сельского хозяйства:

– загрязнением вод приводит к снижению продуктивности океанов и морей.

Последствия этих воздействий на круговорот углерода весьма ощутимо. Так, в период с 1980 по 1990 г. зарегистрирован рост концентрации СО₂ в атмосфере с 0,0335% до 0,0355%. Долгое время рост объясняли только антропогенным влиянием. Однако исследования показали, что есть и другие причины роста.

Данные об изменении запасов СО₂ в биосфере, основанные на изотопном составе углерода. В природе существуют два стабильных изотопа углерода: ¹²C (98,982%) и ¹³C(1,108%). При фотосинтезе и последующем седиментогенезе происходит фракционирование изотопов, и отношение ¹²C/¹³C в растениях несколько меньше, чем в углеводородном топливе. Оценка доли углекислого газа, поступившего в атмосферу при сжигании топлива, с привлечением данных о изотопном составе дала следующие результаты [129]:

– скорость накопления в атмосфере – 3,5·10⁹ т/год;

– поглощения в океане – 4·10⁹ т/год;

– выбросы при сжигании топлива – более 5·10⁹ т/год.

Таким образом, суммарные запасы углерода в атмосфере и гидросфере увеличиваются на 7,5∙10⁹ т/год, из них. 5·10⁹ т/год обусловлено сжиганием топлива. Остальная часть связана с деструкцией органического вещества. Это означает, что биосфера не повышает продуктивность в ответ на рост содержания CO₂, как это неоднократно наблюдалось в геологической истории Земли, а является источником выбросов CO₂ в размере 2,5·10⁹ т/год.

Возможные последствия снижения биоресурсов в Мировом океане. В гидросфере с фотосинтезом связано повышение содержания кислорода на малых глубинах, а в результате погружения остатков организмов и их разложения с глубиной кислорода становится меньше, а количество СО₂ и соединений азота и фосфора возрастает. Нужно обратить внимание еще на один момент, связанный с Мировым океаном. Допустим, концентрация СО₂ в атмосфере возросла. Учитывая, что концентрация СО₂ на границе вода–атмосфера должна находиться в равновесии, содержание СО₂ в поверхностных водах возрастет. Это, в свою очередь, ускорит процессы фотосинтеза и приведет к дополнительному стоку СО₂ в океан. Таким образом, биота океана стабилизирует концентрацию СО₂ в атмосфере. Поскольку СО₂ является одним из основных парниковых газов, это означает, что деятельность биоты является фактором стабилизации климата.

Представим, что жизнь в Мировом океане прекратилась. Разность концентраций в поверхностных и глубинных водах океана вызовет диффузию кислорода в глубины океана, а углерода и азота к его поверхности. СО₂ начнет поступать в атмосферу и климат может измениться.

Результаты исследований в Арктике [1310]. Мониторинг состава атмосферы показывает, что над Арктикой/Субарктикой концентрации CO₂ и CH₄ немного повышены. В этом регионе антропогенная активность невелика (между 60^° и 70^° с. ш. сжигается менее 5% топлива). Источниками поступления CO₂ и CH₄ являются:

– подозерные талики и прибрежные зон тундры и тайги, где в анаэробных условиях происходит деструкции органического вещества, являются источником CH₄;

– почвенная респирация – основная причина выделения CO₂.

Повышение эмиссии связывают с глобальным потеплением, которое в высоких широтах выше, чем среднее для планеты.

Таким образом, вмешательство человека приводит к перестройке биосферы. Последствия этого ясны, если рассмотреть две цепочки параллельно развивающихся событий.

1. Выбросы CO₂ → изменение климата → ускорение разложения органики → дополнительные выбросы CO₂.

2. Снижение продуктивности биосферы → уменьшение стока СО₂ → увеличение содержания СО₂ в атмосфере.

Оба процесса ведут к новому увеличению концентрации углекислого газа. Приведенные примеры и анализ закономерностей цикла органического углерода свидетельствуют о возможном самопроизвольном росте запасов СО₂ в атмосфере.