Эволюция биоэнергетических процессов - Брода Э.
Скачать (прямая ссылка):
Небольшое время оборота, разумеется, говорит о том, что ежегодный вклад, обусловленный вулканическими процессами, в запас С02 в биосфере в наше время значительно меньше, чем вклад, обусловленный биологическими процессами. Если бы общее (количество биосферного углерода, включая углерод, содержащийся в отложениях, т. е. тот углерод, который появился в результате дегазации, равномерно распределить на промежуток времени 4,66 млрд. лет (3, Б), получится, что ежегодное поступление нового углерода составляет всего лишь 0,0005-1016 г. На самом деле это поступление в наши дни должно быть гораздо меньше, чем в более ранние периоды.
Заметим, что если принять общее количество восстановленного углерода в биосфере, включая осадочные породы, равным 6.8-1021 г, а годовой выход фотосинтеза—7,5-1016 г, то общее количество восстановленного углерода в биосфере будет соответствовать производству или потреблению этого элемента всего лишь примерно за 90 000 лет; не так много в сравнении с возрастом Земли! Даже количество углерода, отложенного в виде карбоната в осадочных породах (который, возможно, никогда не входил как составная часть в какие-либо организмы), соответствует периоду времени всего лишь в 240 000 лет, если принять за основу 'соотношение карбоната и органического углерода, даваемое Ревеллом и Фэйрбриджем [1532]. Другими словами, современная скорость восстановления и окисления углерода живой материей в сравнении с запасами его в биосфере крайне велика.
Если очень грубо, чтобы получить лишь порядок величин, перенести современную постоянную скорость фотосинтеза (величину Болина) на предыдущий миллиард лет, то мы получим, что лишь 1 часть из 10 000 частей растительного вещества сохранилась в осадочных породах, превратившись в ископаемый уголь. Разумеется, лишь небольшая часть этого сохранившегося углерода достаточно концентрирована, чтобы считать его топливом; соответствующие цифры будут приведены ниже.
Сопоставив полученную Болином величину ежегодного выхода фотосинтеза (2-1017 г 02) с запасом атмосферного свободного кислорода (1,2-1021 г), мы получим, что среднее
История атмосферного кислорода
249
время оборота кислорода в воздухе составляет 6000 лет. Время пребывания кислорода в доступном карбонате, естественно, равно времени пребывания углерода, т. е. 500 лет.
Кислород, высвобождаемый при фотосинтезе, происходит не из 002, а из воды (12, А). Таким образом, вода принимает участие в цикле фотосинтез—дыхание, и есть смысл подсчитать на основе современной скорости фотосинтеза среднее время пребывания атомов кислорода в воде биосферы, масса которой составляет 1,4- 1024 г. Принимая величину Болина для скорости фотосинтеза, мы получаем удивительно короткое время пребывания — примерно 2-Ю7 лет. Из этой упрощенной модели трех сходных между собой запасов подвижного кислорода делается вывод, что кислород проводит в среднем 0,0025% своего времени в виде СОг, 0,03% —в виде Ог и все остальное время — в виде воды.
Делались попытки сопоставить количество восстановленного углерода в биосфере, включая осадочные породы, с количеством свободного кислорода. На первый взгляд количество углерода (5,7-1020 молей) значительно превосходит количество кислорода (4-1019 молей). Такую «недостачу» кислорода можно объяснить тем, что некоторое количество кислорода содержится в окисленных осадочных породах [288, 388, 867, 868, 898]. К несчастью, любое совпадение цифр приходится рассматривать как случайное. Кроме всего прочего, кора, ;включая вторичную атмосферу, образованную в процессе дегазации, исходно содержала много восстановленного углерода (5, В). Этому количеству углерода не соответствует никакое количество кислорода.
Поскольку кислород, получающийся в результате фотосинтеза, в конце концов захватывается горными породами, деятельность растений можно рассматривать как использующее энергию света окисление горных пород с помощью СОд. Соответствующие уравнения для стандартных условий будут выглядеть так:
4FeO + C02+H20=2Fe2Os+(CH20); AG0=6 ккал (25.1)
и
0,5H2S + С02 + Н20=Н+ + 0,5SO24- + (СН20);
AG0 = 28 ккал. (11.5=25.2)
Эти процессы не обязательно необратимы, поскольку многие организмы могут восстанавливать ион двухвалентного железа (13, А) и. сульфатный ион (16, А).
250
Глава 25
д. влияние деятельности человека
Количество доступного разработке угля на Земле оценивается всего лишь в 7,6-1018 г [100], а количество поддающейся извлечению нефти (3/5 нефти, содержащейся в пропитанных нефтью леоках и нефтяных сланцах)—0,6-1018 г [889]. В эти цифры включены и еще «е разведанные запасы. К 1970 г. общее количество добытого угля составило 0,14-1018 г, а нефти — 0,04 • 1018 г, что составляет соответственно около 2 и 6,5% экономических запасов, известных и предсказываемых [889].
.Эти количества очень незначительны в сравнении с количеством 'восстановленного углерода в осадочных породах — 6,8-1021 г. Но они не малы в сравнении с количествами, участвующими в фотосинтезе и дыхании. Это — следствие того факта, что размер запаса доступного угля значительно меньше, чем запас восстановленного углерода в осадочных породах. Количество доступного для разработки ископаемого угля соответствует выходу фотосинтеза всего примерно за 100 лет. Разумеется, он соответствует общей энергии солнечного света, поступающего на Землю за гораздо меньшее время —¦ всего за несколько недель.
