Влияние соединений генетического ряда углерода на экологию Земли

С -> СО₂ -> Н₂СО₃ -> СаСО₃

Рассмотрев родственный генетический ряд углерода, давайте проанализируем влияние этих веществ на экологию Земли и круговорот углерода в природе. Выступление учащихся (трое учащихся заранее готовят сообщение): Существует тесная связь между загрязнениями атмосферы и климатическими факторами, которые во многом определяются тепловым балансом планеты. Нарушение такого баланса может привести к диаметрально противоположным экологическим катастрофам - к всемирному оледенению или резкому потеплению. Средняя температура воздуха вблизи земной поверхности составляет 14⁰С. Расчеты показывают, что если бы из атмосферы исчез углекислый газ, то температура была бы минус 20⁰С. Диоксид углерода создает так называемый парниковый эффект. Речь идет о том, что слой СО₂ играет ту же роль, что и стекло парника: поглощая излученное Землей тепло, он повышает температуру нижней части тропосферы. Ежегодно выбросы углекислого газа в атмосферу увеличиваются, но его концентрация растет значительно медленнее, чем это следует из расчетов по количеству сжигаемого топлива. Большое значение в этом имеет океан, в котором содержание СО₂ по массе в несколько десятков раз больше чем в атмосфере. Углекислота, образующаяся при растворении СО₂ в воде, связывается с ионами кальция в растворимый известняк СаСО₃:

СО₂+ Н₂О <-> Н₂СО₃

Са²⁺ + Н₂SО₄ ->СаСО₃+2Н⁺

Количество известняка, образовавшееся за всю историю Земли, в десять тысяч раз больше современного содержания СО₂ в атмосфере. Кроме того, углекислота потребляется фотосинтезирующими организмами океана и через трофические цепи переходит в биомассу других организмов океана. Отмершие организмы оседают на дно океана, со временем превращаясь в ископаемый уголь и нефть. Количество СО₂, погребенного с этими ископаемыми, примерно в 1000 раз больше современного его содержания в атмосфере. Углекислый газ выводится из атмосферы так же и фотосинтезирующими наземными организмами. Интенсивность этого биологического потока характеризируется следующим образом: за 300 - 400 лет организмы потребляют такое количество СО₂, которое равно его содержанию в атмосфере. Вывод углекислого газа из атмосферы можно проиллюстрировать схемой:

Скорость массаобмена между атмосферой и поверхностным слоем океана достаточно велика. За год в океане могут раствориться десятки миллиардов тонн атмосферного СО₂, что превышает его количество, образующееся при сжигании всех видов топлива. Известно, что концентрация диоксида углерода в атмосфере в разные периоды истории нашей планеты подвергались резким колебаниям. Вполне вероятно, что именно содержание СО₂ в атмосфере определяло температурный уровень Земли. В истории Земли наблюдались периоды с тропическим климатом и периоды оледенения, которые следовали друг за другом с интервалом примерно 250 млн. лет. Важнейшую роль в круговороте элементов играют растения и животные. В последнее столетие особенно заметно влияние деятельности человека на природные циклы. В атмосфере углерод содержится в виде газообразующего диоксида углерода. В океане и пресных водах Земли углерод находится в двух главных формах - в составе взаимосвязанных неорганических частиц: гидрокарбонат - иона НСО₃⁼, карбонат - иона СО₃^2- и растворенного диоксида углерода. Огромное количество углерода сосредоточено в виде органических соединений в тканях животных, и растений, в почве и минералах - карбонатах (известняк, доломит, мел, мрамор). Часть углерода входит в состав нефти, каменного угля и природного газа. Связующим звеном в природном круговороте углерода является диоксид углерода. В последнее столетие в углеродный цикл существенные изменения внесла хозяйственная деятельность человека. Она привела к увеличению поступления диоксида углерода в атмосферу. Это поступление не очень сильно влияет на распределение масс углерода между оболочками Земли, но может иметь серьёзные последствия из-за усиления парникового эффекта.