Биогеохимический цикл углерода

Современный глобальный биогеохимический цикл углерода состоит из двух главных циклов. Условно их можно считать биотическим и абиотическим. В первом, биотическом цикле углерода, протекают восстановительные процессы под действием УФ-излучения и растительного хлорофилла. В результате фотосинтеза углекислый газ связывается в первичное органическое вещество — глюкозу. После окисления органического вещества гетеротрофными аэробными организмами снова образуется С0₂ (рис. 2.5, где hv — УФ-излучение), и цикл можно представить следующим образом:

В основе второго, абиотического цикла, лежат физико-химические процессы взаимодействия С0₂ атмосферы и природных вод, приводящие к образованию угольной кислоты Н₂С0₃, масса которой более чем в 60 раз превышает массу углекислого газа, находящегося в атмосфере.

Фотосинтез органических веществ и потребление растворенного С0₂ осуществляются водорослями в поверхностном слое воды, куда проникает солнечный свет. Поэтому между газами приземных слоев атмосферы и поверхностным слоем океана существует подвижное равновесие: океан поддерживает концентрацию углекислого газа на постоянном уровне. Органические вещества также могут разлагаться и без доступа кислорода (анаэробные процессы, протекающие в глубинных слоях и донных отложениях) с образованием метана СН₄ и углекислого газа, поэтому концентрация этих газов на глубине выше, чем у поверхности. На больших глубинах образуются залежи метангидрата — гидратированной кристаллической формы метана, которые при повышении температуры могут высвобождать газообразный метан.

Рис. 2.5. Глобальный круговорот углерода и кислорода.

(по Д. А. Кривошеину и др., 2000)¹

В результате протекания обоих циклов происходит выведение из них части углерода в форме карбонатов и неживого органического вещества. За счет деятельности грибов и бактерий органическая масса отмерших растений, животных и микроорганизмов со временем минерализуется. В аэробных условиях все вещества биологического происхождения частично или полностью окисляются до С0₂ и Н₂0. В анаэробных условиях природные биополимеры (белки, жиры, углеводы и другие высокомолекулярные соединения) могут частично трансформироваться в восстановленные углеводороды (нефть, каменный уголь) или разлагаться до метана СН₄ (преимущественно) и С0₂.

Таким образом, метанообразование и метанопотребление также являются важными биохимическими процессами глобального цикла углерода. В анаэробных условиях метан образуется бактериями-метаногенами, а в аэробных потребляется бактериями-метанотрофами. По современным данным, анаэробные бактерии выделяют ежегодно в атмосферу метан в количестве примерно 1 млрд т. Механизм анаэробного сбраживания будет подробно рассмотрен в последующих главах.

Метан и его гомологи, содержащиеся в природном газе, вовлекаются в цикл биохимического превращения метанокисляющими бактериями. Образующийся в анаэробных условиях метан диффундирует в аэробную приповерхностную зону (150—200 м), где больше всего аэробных метано-^[1]

трофов, интенсивно окисляющих метан. Меган окисляется метанмонооксигеназой, которая способна окислять также гомологи метана (этан С₂11₆, пропан С₃Н₈ и бутан С₄Н₁₀) до спиртов и кислот. Продукты окисления гомологов метана используются другими гетеротрофными организмами^[2].

• [1] Экология и безопасность жизнедеятельности: учеб, пособие / Д. А. Кривошеип [и др.|.М: ЮПИТИ-ДАНА, 2000.
• [2] 2 Кузнецов Л. Е., Градова Н. Б. Указ. соч.