ОЦЕНКА ПОВЕДЕНИЯ ПОТОКОВ СО2 В ГЛОБАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ С ПОМОЩЬЮ БАЛАНСОВО-БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ1
ЧАСТЬ 2
О. А. Бессонов, А. С. Гинзбург, Е. А. Денисенко
Ростовский государственный университет, Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН,
Институт географии РАН
В статье рассматриваются вопросы поведения потоков СО2 в современной биосфере.
The article discusses issues of CO2 streams behavior in the modern biosphere
Озерно-речная система. Озерно-речная система — самый эффективный биогеохимический барьер на пути миграции осадочного вещества, Сорг и Скарб с суши в океан. Суммарная протяженность рек оценивается в 40 X 106 км. На водотоки длиной менее 25 км приходится 75,9% общей длины русел рек мира. Протяженность рек длиной боле 1000 км едва превышает 1% от общей длины всей речной системы [1, 2].
Густота речной сети чрезвычайно вариабельна. В гумидных равнинных областях она варьирует от 0,15 до 1 км/км2, в аридных — от 0 до 0,1 км/км2. В горных странах густота возрастает до 2,03 км/км2. Около 98,9% числа рек имеет длину менее 25 км. Площадь речного ложа — 686 тыс. км2, единовременный запас воды — 1200 км3, глубина среднестатистической реки — 1,7 м [2].
Сведения о морфометрических характеристиках озер и водохранилищ крайне несистематичны. Ориентировочно площадь озер Мира принимается равной 2,1 X 109 км2, площадь рек, озер и водохранилищ — 3,2 X 109 км2 [3, 4]. Отсюда можно найти суммарную площадь водохранилищ — 0,3 X 109 км2.
Предпринятая нами попытка статистической обработки данных по 3 млн. озер, приводимых в каталоге [1], позволила конкретизировать особенности морфометрии и размещения озер в различных физико-географических зонах. Выяснилось, что на озера площадью менее 1 км2 приходится 98,2% общего количества озер и 32,7% их суммарной площади (в выборки не включались Каспий и Арал)2. Озера площадью более 1000 км2 не превышают 0,001% суммарного количества озер Мира и 29,4% их площади.
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки. Научная программа «Университеты России» 2004 г., подпрограмма «Фундаментальные исследования».
2 Каспий, Арал, а также озера с аномальными биогеохимическими режимами (Танганьика, Киву)
рассматривались отдельно.
В пределах водосбора внешнего стока сосредоточено 96,4% числа всех озер. Они же занимают 93,2% площади. Соотношения числа озер и их суммарной площади на водосборе внутреннего стока равны 3,6 и 6,8 % соответственно.
К горным областям приурочено 28% общего числа озер, которые занимают 18% площади. Максимальное число озер (99,2%) характеризуются размерами менее 1 км2. Занимаемая ими площадь — 41% от интегральной площади горных озер. Относительное число бессточных озер в горах площадью более 50 км2 составляет 11,8%, а относительная площадь — 23%.
Как уже говорилось, озерно-реч-ная система вбирает в себя ежегодно 49478,73 X 106т продуктов денудации пород и почв. В генетическом отношении они представлены веществом поверхностной водной эрозии и дефляции (81,44%), береговой абразии (14,17%), талассоген-ной атмофильной подземной составляющими (4,39%). На 91,39% это вещество представлено твердой фазой и на 8,61% — жидкой.
Перераспределение осадочного материала в пределах самой озерно-речной системы подчинено определенным закономерностям. Из 27 545,73 X 106т осадочного вещества, аккумулируемого в реках, озерах и водохранилищах, 21,9% массы закрепляется на водосборах внешнего стока, 6,8% — на водосборе внутреннего стока и 27% — в водохранилищах. Балансовые расчеты показывают также, что примерно 51% аллювиального материала накапливается в дельтовых частях речных систем, а соотношения скоростей седиментации в размерном ряду озер «более 1000 км2, 1000-100 км2, 100-10 км2 и менее 10 км2» равны 12,7 : 9,2 : 11,3 : 83,5 соответственно.
Совместная миграция осадочного вещества и углерода требует ответа на вопрос: что происходит с углеродсодержа-щими соединениями, поставляемыми в озерно-речную систему из фитосферы, почвенного покрова с продуктами денудации пород и с подземным стоком?
Как следует из структуры баланса Сорг (табл. 1), чистая продукция первичных продуцентов озерно-речной системы, включая продукцию фитопланктона и
высшей растительности, достигает 17079,21 X 106т СО2/год [5]. Это на порядок ниже продукции наземных первичных продуцентов.
Ежегодная аллохтонная поставка си-нэмиссионной органической компоненты оценивается в 4863,42 X 106т СО2, древней — в 688,62 X 106т СО2. В сумме сток органического вещества с суши достигает 5552,04 X 106т СО2/год, или 24,5% от тотального количества органических соединений, вовлекаемых в биогеохимический цикл.
Дальнейшая судьба углеродсодержащих фракций ставится под мощнейший контроль гидробионтов. Полной минерализации до СО2 подвергаются 80,4% произведенной первичной продукции и 60% ал-лохтонного органического вещества. Оставшаяся часть органических соединений подвергается мумификации и перераспределяется по геохимическим резервуарам. 2338,88 X 106т СО^/год выносится в океан и 4444,7 X 106т СО2/год переводится в донные отложения. Одновременно в атмосферу выбрасывается 15847,63 X 106т /год метаболического СО2.
Любопытно, что полученные количественные данные дают возможность оценить современное экологическое состояние озерно-речной системы. Известно, что баланс органического вещества в олиго-трофных водоемах, определяемый как отношение продукции (А) к деструкции (Ю, отрицательный (Л/И <1), в мезо-трофных он близок 1, в водоемах со значительной поставкой органического материала Л/И вновь близок 1. Поэтому можно сказать, что современная среднестатистическая озерно-речная система соответствует среднестатистическому ме-зотрофному водоему.
Основным биогеохимическим резервуаром озерно-речной системы, в котором закрепляется атмосферный СО2, выступает органическое вещество донных отложений. В синэмиссионной его части ежегодно аккумулируется 4264,26 X 106т СО2, из которых 70,1% генетически связаны с деятельностью первичных продуцентов озер-но-речной системы, а 29,9% - с деятельностью первичных продуцентов суши.
Ощутимый вклад органического вещества суши в седиментогенез озерно-реч-ной системы объясняется не в последнюю
Таблица 1
Структура баланса синэмиссионных и древних (Р) фракций Сорг озерно-речной системы, 106 т СО2/год
Процессы, ответственные Темп Процессы, ответствен- Темп
ные за перераспределе-
за поставку органических
соединений S P ние углеродсодержащих S P
соединений
Чистая продукция первич- Вынос в океан взвешен-
ных продуцентов 17 079,21 - ного органического
Поставка гумусового вещества:
материала 4,77 469,03 - мумифицированное
Поставка продуктов вещество автохтонной
мумификации продуктов первичной продукции; 977,79 -
опада фитосферы 3583,25 - - мумифицированное
Подземный сток 1275,40 - вещество наземной фито-
Поставка продуктов эрозии педосферы; 416,88 -
пород - 149,52 - продукты денудации
Поставка продуктов пород. - 59,03
абразии пород - 70,07 Вынос в океан растворен-
ного органического ве-
щества:
- мумифицированное
вещество автохтонной
первичной продукции; 595,39 -
- мумифицированное
вещество наземной фито-
педосферы; 253,85 -
- продукты денудации
пород. - 35,94
Захоронение органи-
ческого вещества в дон-
ных отложениях:
- мумифицированное
вещество автохтонной
первичной продукции; 2989,62 -
- мумифицированное
вещество наземной фито-
педосферы; 1274,64 -
- продукты денудации
пород. - 180,48
Минерализация органи-
ческого вещества с выде-
лением СО2 в атмосферу 15 847,80 -
Всего 21 942,63 688,62 Всего 22 355,80 275,45
Итого 22 631,25 Итого 22 631,25
очередь свойством этой системы ассимилировать и трансформировать алло-хтонную органическую фракцию. Из 5552,04 X 106т СО2/год, поставляемого в систему, 26,2% аккумулируется в донных отложениях, 13,8% выносится в океан и
60% включается в метаболический цикл с последующим выбросом диоксида углерода в атмосферу. Вторичное возрождение СО2 за счет аллохтонного органического вещества приводит к тому, что доля древней фракции в углеродных резерву-
арах и потоках снижается с 12% на входе в систему до 4% в самой озерно-реч-ной системе и на выходе из нее.
В отличие от органического, карбонатный углеродный резервуар демонстрирует чрезвычайно низкий уровень ассимиляционной активности в отношении атмосферного СО2. Причина этого коренится в особенностях современного поведения СО2газ Са, Mg и СО2карб при выветрива-
нии среднестатистической почвоматерин-ской породы. Ранее нами было показано, что в зависимости от степени подвижности упомянутые химические ингредиенты выстраиваются в миграционный ряд, в котором каждый предыдущий член ряда мигрирует более интенсивно относительно последующего. Цифры перед химическими символами соответствуют величинам коэффициентов миграции [5]:
100С > 85,7 Са.. > (52,5 СО2 б > 52,3 Са б >52,1 Mg б ) > 37,28 Mg .
газ. ' 811 ' 2 карб. ' карб. ' «-'карб. ' '-'з]
(5)
Опираясь на эти данные, можно было бы предположить, что в настоящее время процесс карбонатизации силикатов и связанный с ним сток атмосферного СО2 в карбонаты протекает более интенсивно, чем бикарбонатизация карбонатов. Но это не так. Существование мощной стратисферы, обедненной Са-Mg-силикатами и обогащенной карбонатами, надежно защищает первичные Са-Mg-силикаты гранитно-метаморфической оболочки от выветривания. По этой причине процесс бикарбонатизации карбонатов превалирует сегодня над процессом карбонати-зации Са-Mg-силикатов.
Атмосферный СО2, ассимилируемый бикарбонатами, удерживается лишь в водном растворе, при выпадении карбонатов из водного раствора он вновь высвобождается в атмосферу. В условиях озерно-речной системы судьба СО2 значительно усложняется в силу неразрывной его связи с поведением катионов Са++, Mg++ и Бг++ и избирательным к ним отношением биоты. Естественно, что баланс диоксида углерода требует своего соотнесения с балансом катионных групп карбонатов и бикарбонатов.
Расчеты
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.