Биотическая регуляция окружающей среды (2 раздел)
2. МЕХАНИЗМЫ БИОТИЧЕСКОЙ РЕГУЛЯЦИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Перечислим несколько важнейших факторов, доказывающих существование биотической регуляции окружающей среды.
1. а) По данным ледовых кернов Антарктиды концентрация неорганического (СО2) и органического (биота) углерода в биосфере изменялась менее, чем на порядок величины: m » 103 Гт C на протяжении t » 104 лет (Lorius, Oeschger, 1994). Синтез P+ и разложение P— органического углерода имеют порядок 100 Гт C/год (Degens et al., 1984). Эти цифры означают, что глобальные потоки синтеза и разложения совпадают с точностью до четырех значащих цифр: (P+ — P—) t £ m.
б) Поток неорганического углерода в биосферу из земных недр имеет порядок величины F— » 10—2 Гт С/год (Degens et al., 1984). За T = 109 лет в биосфере должно было бы накопиться M » 107 Гт С, в 104 раз больше наблюдаемого количества m » 103 Гт С. Этого не происходит, потому что биота депонирует в осадочных породах органический углерод с той же скоростью F+ » 10—2 Гт С/год (Будыко и др., 1985). По аналогичным рассуждениям поток выбросов неорганического углерода и поток депонированного органического углерода совпадают с точностью до четырех значащих цифр: (F+ — F—) T £ m.
Сохранение пригодного для жизни климата Земли однозначно указывает на то, что порядок величины концентрации такого парникового газа как СО2 не изменялся за последний миллиард лет. Это значит, что биота контролирует величину синтеза и разложения с точностью до 8 значащих цифр. В отсутствие биоты и захоронения органического углерода выбросы СО2 из недр Земли изменили бы массу СО2 в атмосфере в несколько раз за времена порядка сотен тысяч лет.
2. Отношения биогенов в океане С/N/P/O2 (отношения Редфилда) совпадают с отношениями при синтезе органического вещества. Это указывает на то, что концентрации этих биогенных элементов в океане сформированы и поддерживаются биотой (Горшков, 1995; Redfield, 1958; Chen et al., 1996).
3. Круговорот воды на суше также определяется биотой суши. Речной сток в океан равен осадкам, приносимым с океана. Речной сток в три раза меньше осадков на суше. Следовательно, 2/3 осадков определяется испарением воды на суше, которого бы не было в отсутствие биоты (Львович, 1974; Горшков, 1995).
4. Современные данные по распределению радиоуглерода в океане и изменению кислорода в атмосфере указывают на то, что невозмущенная биота океана поглощает избытки СО2, выбрасываемые в атмосферу человеком, т.е. функционирует в соответствии с отрицательными обратными связями. В то время как сильно возмущенная человеком биота суши утратила эту способность (Горшков, 1995).
См. следующие публикации по этой тематике:
Gorshkov V.G., Makarieva A.M. (1998) Экологическая химия, 7(2), 129-137.
Горшков В.Г. и Макарьева А.М. (2002) Геохимия, №5 (2002), 526-535.
5. Концентрация СО2 в атмосфере совпадает с концентрацией растворенного СО2 в поверхностном слое океана и в три раза меньше, чем в его глубинах. Это обеспечивается биотическим насосом: диффузионный поток неорганического углерода из глубин океана к поверхности компенсируется синтезом органического углерода у поверхности и его погружением в глубины океана, где он разлагается. В результате, биотой океана поддерживается концентрация СО2 в атмосфере в три раза меньше, чем она была бы в отсутствие биоты (Горшков, 1995).
В отдельных природных сообществах, образующих локальные экосистемы, соотношения между физическими потоками выноса биогенных элементов F— и биологической продуктивностью P+ могут быть различными. Для почвенных биогенов имеет место неравенство F— £ P+. Концентрации этих биогенов (например, азота и фосфора) могут отличаться в несколько раз или даже по порядкам величины от их концентраций за пределами области активности живых организмов (Горшков, 1995). Изменение концентраций биогенов в локальных экосистемах происходит за счет превышения синтеза над разложением или наоборот.
Для всех атмосферных газов F—>>P+. В этом случае концентрации биогенов в локальной экосистеме могут отличаться на малые величины порядка P+/F— от их концентраций во внешней окружающей среде. Однако, если величина P+/F— превосходит чувствительность биоты, то сообщества, изменяющие концентрации биогенов в благоприятном направлении, приобретают преимущество и увеличивают свою конкурентоспособность. Остальные сообщества подвергаются естественному отбору. Поэтому все однородные сообщества, занимающие большие территории земной поверхности, уменьшают или увеличивают концентрации биогенов по отношению к их концентрациям во внешней среде в одном и том же благоприятном для биоты направлении. В результате, возникает поток неорганических биогенов из внешней окружающей среды в локальные экосистемы, где увеличивается или уменьшается масса органического вещества. Очевидно, что такие процессы будут продолжаться до тех пор, пока концентрация неорганического биогена во внешней среде не сравняется с благоприятной для биоты концентрацией. Так происходит биотическая регуляция глобальных запасов биогенов в биосфере.
Все встречающиеся в природе физико-химические системы устойчивы. Это означает, что после прекращения внешнего возмущения эти системы возвращаются в прежнее состояние. При постоянном возмущении положение физико-химического равновесия сдвигается. Буферные системы обладают малым сдвигом положения равновесия при больших величинах постоянного возмущения. Биотически регулируемые системы не сдвигают положения устойчивого равновесия при любых постоянных возмущениях ниже порога их разрушения. В этом смысле они эквивалентны фихико-химическим системам с бесконечно большим буферным эффектом.
loading...