8.6. Вуглець у біосфері

Надзвичайно велика роль у біосфері належить вуглецю та його сполукам. Саме вони є основою життєдіяльності авто­трофних організмів, які володіють унікальною здатністю на­копичувати і перетворювати сонячну енергію в енергію ор­ганічних речовин, забезпечувати ріст, живлення і відновлення біомаси рослин, тварин і мікроорганізмів.

Нині основна маса вуглецю (99,06 %) зосереджена в карбо­натних гірських породах і органічній речовині, розсіяний в осадових породах. Вуглець каустоболітів (паливних корисних копалин, вугілля, нафти, газу, сланців) становить близько 0,18 %. На карбонатну систему Світового океану, тобто вуг­лець, який входить до складу розчинених у морській воді С0₂, СаСО_д і Н₂С0₃, припадає 0,66 %. Доля активного вуглецю, тоб­то тієї його частини, яка бере участь у кругообігу, становить тільки 0,0026 % його загальної маси, а до складу органічної речовини входить лише 0,0007 %.

Хоча доля активного вуглецю є дуже малою, роль його в енергетичному балансі географічної оболонки величезна, ос­кільки він є тим діяльним каналом, через який постійно над­ходить (завдяки фотосинтезу) потік сонячної енергії. У процесі розкладу органічної речовини сонячна енергія, яка була затра­чена на синтез, переходить в географічну оболонку у формі тепла, а молекули вуглекислоти, що звільняються при цьому, повертаються в енергетичні цикли. Практично безмежна мож­ливість повторення даного процесу перетворює органічну ре­човину в безперервно діючий фактор розвитку компонентів географічної оболонки.

Вміст вуглецю в атмосфері у минулі геологічні епохи був іс­тотно вищим. Саме цією обставиною пояснюється нагромад­ження в давніх осадових товщах земної кори великих мас до­ломітів, вапняків, карбонатів. З розвитком флори і фауни та включенням кальцію в склад живої речовини відбувалося при­скорення і посилення кругообігу вуглецю. Наростали процеси утворення карбонатів та їх геохімічна міграція в просторі. В океані, прибережних мілководдях, а пізніше і на суші стало можливим утворення і захоронення в літосфері органічних ре­човин у вигляді покладів кам'яного вугілля, сланців, нафти, газу, сапропелю, торфу, асфальту тощо. Спільний вплив про­цесів фотосинтезу, вуглекислого вивітрювання й утворення похованих мас карбонатів та органічної речовини неодноразо­во посилювався в період пожвавлення вулканізму, яке супро­воджувалося періодичним збільшенням вмісту вуглекислоти в атмосфері.

Аналіз розподілу карбонатних відкладів у земній корі не тільки допомагає відтворити минулу екологічну обстановку, в якій відбулося утворення тих чи інших осадових товщ, а й доз­воляє пояснити певні сучасні особливості географічного поши­рення і розподілу вуглецю на поверхні планети. Так, напри­клад, вміст гумусу (найбільш родюча частина ґрунту, в будові якої переважають сполуки вуглецю) збільшується від тайго­вих підзолистих ґрунтів до дерново-підзолистих і далі до сірих та чорноземів і знову падає до каштанових ґрунтів сухих степів, бурих напівпустинних і сіро-бурих пустинних (табл. 10).

Таблиця 10. Середній вміст і склад гумусу деяких типів ґрунтів (за М.М. Кононовою, 1963 р.)

		Вуглець, % загального вміс­ту в ґрунті		Співвідно­шення
Ґрунти	Гумус, %	гумінових кис­лот (чорного кольору, роз­чинних у лужних роз­чинах)	фульво- кислот (бурого кольору, роз­чинних У воді)	вуглецю гумінових кислот і вуглецю фульво- кислот
Тундрові	близько 1,0	10	зо	0,3
Підзолисті	2,5—4,0	12—20	25—28	0,6—0,8
Сірі лісові	4,0—6,0	25—30	25—27	1,0
Чорноземи (ти­пові і звичайні)	7,0—10,0	35—40	16—20	1,7—2,5
Каштанові	1,5—4,0	25—35	20—25	1,2-1,7
Бурі напівпус­тинні	1,0—1,2	15—18	20—23	0,5—0,7
Сіроземи світлі	0,8—1,0	17—23	25—35	0,7
Сіроземи	4,0—6,0	15—20	22—28	0,6—0,8

Відповідно до процентного вмісту гумусу в ґрунтах зміню­ються і його запаси. Так, за даними І.В. Тюріна (1949 р.) і М.М. Кононової (1963 р.), загальний запас гумусу у метровому шарі підзолистих ґрунтів вимірюється величиною близько 100 т/га, сірих лісових — 150—300, а в типових чорноземах перевищує 700 т/га. На південь від лучних степів запаси гуму­су швидко зменшуються і становлять в бурих напівпустинних ґрунтах лише 62 т/га.

Характер розподілу гумусу в профілі різних ґрунтів також є неоднаковим. Так, в підзолистих і сірих лісових ґрунтах при­близно половина всього запасу гумусу концентрується в шарі 0—20 см від поверхні землі. В чорноземах гумус розподілений на більшу глибину, і тому у верхньому шарі тут міститься лише 25—ЗО % загального запасу метрової товщі. З просуванням на південь у каштанових і бурих напівпустинних ґрунтах знову спостерігається дещо більша концентрація гумусу в шарі 0— 20 см.

Ці закономірності пояснюються особливістю надходження рослинних решток, які є вихідним матеріалом вуглецевих спо­лук для утворення гумусу. В лісових ґрунтах головним джере­лом гумусових речовин служить підстилка, яка залягає на по­верхні землі, а в ґрунтах під трав'янистою рослинністю — під­земні кореневі залишки трав'янистої рослинності, маса якої в кілька разів перевищує надземну масу організмів. Тому гуму­сові речовини акумулюються в першому випадку переважно у поверхневих шарах ґрунту, а в другому — поширюються на значну глибину.