6.16. Кругообіг вуглекислого газу і кисню
Концентрація вуглекислого газу у атмосфері (0,032%) значно менша оптимального рівня, необхідного для повного насичення темнових реакцій фотосинтезу. Тому підвищення його концентрації до 0,3% і вище супроводжується зростанням інтенсивності й продуктивності фотосинтезу. При вмісті цього газу у повітрі 0,008% фотосинтез не відбувається.
У природних умовах рослини одержують СО2 не тільки з атмосфери, але й з грунту. За розрахунками Лундегорда, малогумусні піскові грунти за 1 год виділяють до 2 кг СО2 з кожного гектара, суглинкові грунти – близько 4 кг, а багаті на органічну речовину лісові грунти – від 10 до 25 кг. У середньому з 1га угноєного грунту виділяється щогодини близько 5 кг вуглекислого газу. Встановлено, що 1 га посіву вівса у процесі фотосинтезу споживає за 1 год 15 кг СО2. З них 5 кг забезпечує грунт і 10 кг – атмосфера, у шарі якої товщиною 100 м на площі 1 га міститься 550 кг вуглекислоти.
Зважаючи на те, що найбільш інтенсивно фотосинтез здійснюється протягом 8 год на добу, можна вважати, що 1 га посівів за 1 день споживає 120 кг СО2, з яких 40 кг надходить із грунту і 80 – з атмосфери. Отже, у денні години вміст вуглекислого газу у земному шарі повітря зменшується і відновлюється за решту годин доби. Баланс СО2 є позитивним на родючих грунтах і від’ємним – на бідних.
На рисунку 49 наведена схема кругообігу вуглекислого газу у природі.
Рослинність планети за дуже тривалий час свого існування поглинула з атмосфери величезну кількість СО2, надлишок якого створював “парниковий ефект”.
Щорічно зелені рослини споживають для фотосинтезу близько 3% запасів вуглекислого газу атмосфери і 0,3% його запасів у водах планети. Поглинання СО2 компенсується навіть із надлишком унаслідок зростаючих об’ємів спалювання пального, газу, вугілля, вирубування лісів, промислових викидів, вулканічної діяльності Землі та ін.
Рис. 49. Кругообіг вуглецю у природі (за Варасовою Н.М. і Шунтовою А.П.):
1 – вміст СО2 в атмосфері; 2 – засвоюється СО2 при фотосинтезі наземними рослинами;
3 – засвоюється рослинними організмами гідросфери; 4 – виділяється СО2 при перетворенні органічних речовин; 5- при диханні, 6 – перетворенні мертвих залишків;
7 – продуктів фотосинтезу минулих геологічних епох (вугілля, нафта, газ тощо).
Незважаючи на те, що кисень не бере безпосередню участь у фотосинтезі, він має значний вплив на цей процес. При збільшенні концентрації його у атмосфері й одночасному підвищенні освітленості у рослин виникає фотодихання.
Атмосфера має два джерела вільного кисню – дисоціацію молекул водяної пари під дією ультрафіолетових променів і фотосинтез. Перше джерело було, очевидно, єдиним постачальником кисню до появи на Землі хлорофілоносних рослин. Фотосинтез став основним джерелом масового накопичення кисню у атмосфері, вміст якого на сьогодні становить за об’ємом 21% і постійно підтримується на цьому рівні.
У нижніх шарах стратосфери під впливом коротких ультрафіолетових променів молекули кисню розпадаються на атоми, у зв’язку з чим стає можливим утворення молекули озону (О3). Більш довгі ультрафіолетові хвилі, що поглинаються озоном, руйнують його молекули. Залежно від поглинання енергії киснем і озоном, між ними встановлюється відповідне кількісне співвідношення. Область максимальної концентрації озону знаходиться на висоті 20–30 км. Тут створений своєрідний озоновий екран, яким поглинаються згубні для життя ультрафіолетові промені. Але значення озону полягає не тільки у цьому: він поглинає частину інфрачервоних променів, зменшуючи цим втрату тепла Землею.
Космічне значення рослин полягає насамперед у перетворенні сонячної енергії у потенційну хімічну, що нагромаджується у органічних сполуках кам’яного вугілля, нафти, газу, врожаю сільськогосподарських культур, маси лісів та ін. і вивільненні у атмосферу кисню, завдяки якому можливе життя аеробних організмів.