ПРИРОДНЫЕ ПОТОКИ УГЛЕВОДОРОДОВ В БИОСФЕРЕ И ЛИТОСФЕРЕ

БИОСФЕРНЫЕ ПОТОКИ УГЛЕВОДОРОДОВ

Формы и резервы углерода в географической оболочке

Географическая оболочка может существовать как целостный комплекс только благодаря взаимному обмену веществом, энергией и информацией между его блоками. В такой обмен включены практически все известные химические элементы, но организуют его потоки всего трех элементов (Н, С, О) в формах живого вещества, воды, углекислоты и углеводородов. Эти главные активные потоки неразрывно связаны между собой, тесно взаимодействуют друг с другом и одинаково необходимы для географической оболочки, выполняя в ней определенные функции. Наиболее активно обмен веществ происходит в биосфере, но он не менее важен и за ее пределами.

Исключительная роль в этих потоках принадлежит углероду.

Все разнообразие форм существования углерода в географической оболочке вслед за В.И. Вернадским можно разделить на следующие большие группы: 1) живое вещество; 2) нефоссили-зированные продукты отмирания и жизнедеятельности живого вещества; 3) кислородные минеральные формы углерода (окислы, карбонаты); 4) некислородные формы существования углерода (углеродистые вещества) - самородный углерод, карбиды, твердые углеродные полимеры, асфальт, нефть, природный газ и др.

Эти группы представляют собой сложноорганизованные субстанции, состоящие из различных соединений, их модификаций, парагенетических ассоциаций. Самые простые из них - окислы и карбонаты,- и те редко встречаются в виде чистых соединений и выделений одного компонента или минерала. Это главная особенность проявления углерода в географической оболочке.

Вторая особенность всех групп соединений углерода на Земле - две формы их существования: концентрированная и рассеян-нал (диспергированная). В живом веществе это микроорганизмы и представители высших форм растительного и животного мира, для продуктов отмирания - рассеянное органическое вещество и скопления торфа, гумуса, сапропеля; для кислородных соединений - рассеянное СОг и толщи известняков, доломитов, карбонатов; для углеродистых веществ - рассеянные формы во всех типах горных пород и скопления угля, нефти и газа.

За пределами географической оболочки - в верхней атмосфере, ближнем и дальнем космосе, а также мантии Земли - углерод очень распространенный элемент и существует в иных, малоустойчивых для географической оболочки, формах. В межзвездных облаках и кометах Солнечной системы углерод присутствует в космической пыли и газах, в атомарном виде, в виде ионов, простых молекул, радикалов (СО, С, НС, СБ, СгН, СН3ОН и др.). В пылевом компоненте диффузных облаков находится в среднем 30% углерода (Мендыбаев, Лаврухин, 1986).

В коме кометы Галлея было идентифицировано около 20 соединений углерода, главными из них предполагаются СО2 и СО, по распространенности следующие после Н2О. Среди других соединений углерода в атмосфере кометы предполагаются СН4, НС1Ч, НСз^, CHзCN и СБг (Мендыбаев, Лаврухин, 1986).

В мантии Земли термобарические условия позволяют предполагать существование углерода в элементной форме (графит), в

форме ионов и радикалов (СН, СН3 , СН^, СИ, С8 и др.), а также простых молекул (СН4, СО, СО2). Как в космосе, так и в мантии наряду с углеродом наиболее широко распространен водород.

Реакции в вакууме под влиянием космических излучений и реакции в зонах мантии Земли в условиях высоких температур и давлений приводят к разнообразным сложным соединениям углерода, которые могут быть устойчивы в условиях географической оболочки, но могут распадаться в зоне реакции. Эти реакции -единственно возможные первоисточники всех форм углерода на Земле.

В географической оболочке цикл углерода можно представить в виде взаимодействия потоков углерода в четырех названных формах (рис. 1).

Резервы углерода в географической оболочке разделяются на подвижные и неподвижные. В подвижных резервах углерод может перемещаться в пространстве и обмениваться веществом с другими блоками географической оболочки. В неподвижных резервах углерод только фиксируется. Он приводится в движения в результате крупного природного катаклизма (например, внедрение магмы, крупное землетрясение) или техническими средствами.

Подвижные резервы углерода: 1) углеводороды и окислы углерода в водных и газовых потоках; 2) живое вещество; 3) отмершие остатки организмов в почве и донных отложениях; 4) скопления углеводородов в стратисфере.

Геохимический цикл углерода в географической оболочке. Квадраты - резервы углерода (т), стрелки - потоки углерода, цифры у стрелок - величина потоков

Рис. 1 Геохимический цикл углерода в географической оболочке. Квадраты - резервы углерода (т), стрелки - потоки углерода, цифры у стрелок - величина потоков

Всего в подвижных резервах географической оболочки содержится 4,5 • 1013 т углерода. Все неподвижные резервы углерода сосредоточены в литосфере в виде карбонатных отложений, минералов, карбонатитовых руд, рассеянного в породах углеродистого вещества, твердых углеродистых минералов, графита, алмазов, скоплений угля и горючих сланцев. Точных оценок всего неподвижного резерва углерода в литосфере пока не существует. Не менее 1 • 1017 т углерода находится в осадочной оболочке литосферы (Будыко и др., 1985). Масса углерода, перешедшего из подвижного резерва углерода в неподвижный за фанерозойскую историю, почти на три порядка больше, чем его находится в современном подвижном резерве. На этот факт обратил внимаш „• Г.И. Войтов (1986).

Как показывают данные современных исследований (Будыко и др., 1985; Голубев и др., 1986), в течение фанерозоя масса СО2 в атмосфере менялась неоднократно, но в пределах одного порядка. Таким образом, углерод, уходящий в неподвижный резерв, должен был постоянно пополняться из внешнего источника, которым могла быть только мантия Земли (Ронов, 1976, 1980; Кропоткин, 1986; Будыко и др., 1985; Войтов, 1986).

Резервы углерода в различных блоках географической оболочки и направления потоков между ними показаны на рис. 1. Большинство из них хорошо изучено и приводится почти на всех схемах геохимических циклов углерода. Некоторые важные потоки предполагаются теоретически, актуально их исследование.

Потоки вещества и энергии в географической оболочке в целом поддерживаются неравномерным привносом солнечной энергии, определяющим географическую зональность. Избыток энтропии в атмосфере в виде СО2, который создается дыханием биосферы, принимается гидросферой, а затем фиксируется в виде карбонатов в литосфере. Увеличение СО2 в атмосфере, связанное, например с увеличением вулканической деятельности, влечет интенсивное отторжение ее - накопление биомассы, карбонатов, увеличение скорости их фиксации в литосфере, что показано А.Б. Роновым (1976). Нарушение этого механизма может привести к быстрой деградации всей системы географической оболочки.

Единство географической оболочки, всех ее блоков проявляется как в функциональной связи потоков углерода, так и в характере его подвижных резервов. Подвижные резервы углерода в атмосфере (7 - 1011 т), живом веществе (7 • 1011 т) и в литосфере (нефть и газ — 8 - 1011 т) удивительно совпадают по массе. Смысл этой закономерности еще предстоит раскрыть.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >