Г.А. Заварзин - Лекции по природоведческой микробиологии (1125587), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Атмосфера взаимодействует с океаном, который служит для нее основным источником водяных паров. С поверхностными водами океана атмосфера находится в физико-химическом взаимодействии, обусловленном растворением газов пропорционально их парциальному давлению (закон Генри). Океан представляет большой резервуар растворенных газов, которые могут подвергаться в ием трансформации с участием бноты. Взаимодействие океана с атмосферой в первую очередь физико-химическое, поскольку в пелагиали океана циклы биотнческих элементов замкнуты за счет аэробной деградации оседающей мортмассы планктона.
С атмосферой взаимодей- 4 ствуют поверхностный фотический слой, где развивается фито- планктон, и находящийся под ним слой регенерации биотических элементов. Если фотический слой составляет около 30х10 м, то вместе со слоем регенерации он составляет 100-200 м. Океан служит областью седиментации карбонатов. В осадках развивается микрофлора донных отложений, образующая восстановленные газы (газогенерирующий этап), прежде всего Нз8 с доминированием сульфатредукции как заключительного этапа анаэробной деградации мортмассы и развитием на поверхности ила организмов, окисляющих соединения серы (сообщество сульфуреты), и даже придонные воды обычно оксигенированы.
Благодаря высокому слою оксигенированной воды донные выделения из океана не достигают поверхности, даже в случае Черного моря — модели состояния древнего стратифицированного океана. Особый случай представляет локальное просачивание метана, наподобие грязевого вулканизма на суше (холодные метановые "сипы").
Источником этого метана, помимо деятельности метаногенов, может служить разложение газогидратов метана. На дне океана в области спрединга на выходе эндогенных газов, образующихся при контакте морской воды с перегретыми породами базальтов океанической коры, развиваются особые микробные сообщества подводных гидротерм (термальные глубоководные "оазисы*'), в которых продукция органического вещесгва осуществляется за счет хемосинтеза и окисления газов кислородом фотосинтетического происхождения, приносимого в глубину холодными океаническими водами. Твердая поверхность суши прямо контактирует с атмосферой. Находящаяся в субаэральных условиях биота непосредственно взаимодействует с атмосферой, и поэтому ее влияние на состав атмосферы гораздо значительнее и, главное, быстрее, чем воздействие морской бноты. Взаимодействие атмосферы с сушей происходит через слой почвенного воздуха" — газов, находящихся в пористом пространстве почвы и горных пород.
Состав почвенного воздуха заметно отличается от состава атмосферы в связи с тем, что здесь идут реакции как с грунтовыми водами, так и с минеральными компонентами.Почвенный воздух находится под влиянием жизнедеятельности биоты, и в первую очередь микробиоты. Над поверхностью почвы н до вершины растительного покрова располагается воздушное пространство, получившее название "аэротоп". Дыхание почвы представляет наиболее быстрый механизм газообмена с атмосферой.
Среди природных объектов с особой интенсивностью газообмена следует выделить амфибиальные ландшафты — такие природные системы, в которых есть наиболее тесное взаимодействие между твердой, жидкой, газообразной фазами. Под амфибиальными ландшафтами (см, Лекцию 6) можно понимать болота, гидроморфные почвы, мелководные внутренние водоемы, приливные отмели, лагуны. Здесь создаются условия для тесного взаимодействия генериру- ющего газы анаэробного сообщества и окисляющего их аэробного сообщества. Быстрый газообмен с атмосферой обусловливает усиленное влияние этих сообществ на ее состав.
В каждой из рассмотренных сред развивается микробное сообщество с сопряженными трофическими связями. Среди организмов, входящих в эти сообщества, необходимо выделить организмы с газовой функцией, 4.2. ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ И МИКРООРГАНИЗМЫ Состояние земной поверхности обусловлено энергией, получаемой от Солнца, т.е. радиационным балансом.
Эта энергия обусловливает, во-первых, тепловой климатический режим и, во-вторых, после поглощения фотосннтетически активной радиации (ФАР) деятельность биосферной трофической системы. ФАР изменялась в течение геологического времени, но считается постоянной, с небольшими колебаниями, в течение исторического времени, хотя ее величина зависит, например, от облачности, не говоря о суточных и сезонных колебаниях. Радиационный баланс атмосферы определяется: 1) радиацией, полученной извне атмосферы от Солнца, соответственно солнечной постоянной Е = 1380 Вт .
м-з, эта энергия распределяется в солнечном спектре так: 10% Х < 400 нм — ультрафиолет, включая ОУ-В, 45% Х 400 — 750 нм — видимый свет, включая ФАР, 45% Х > 750 нм — инфракрасные тепловые лучи; 2) радиацией, профильтрованной через атмосферу с поглощением и доходящей до поверхности Земли, где часть ее поглощается н переходит в тепловую энергию, а часть отражается: Оз поглощает радиацию с Х < 210 нм и не допускает радиацию с Х<50 им, Оз поглощает 210 < Х < 310 нм (1Л~-В), НзО и СОз поглощают инфракрасную радиацию с 7 > 750 нм особенно эффективно в диапазоне 8000-20000 нм.
Радиация, дошедшая до Земли, отражается от облачного покрова, затем от поверхности льдов, океана, континентов. Отраженная радиация сдвигается в длинноволновую область. Отраженная радиация определяется уравнением: Е (1 — а)/4 = зТ4 где Е = 1380 Вт и-з; а — альбедо; з — постоянная Больцмана 5,67. 10-зВт м-з К-4; 4 — отношение поверхности к сечению диска Земли; Т вЂ” температура в градусах Кельвина. В присутствии атмоается соответственно = ЬТ4 105 2,6 3,0 2,5 йэ 2,0 1 1,0 0,2 0,6 1,0 1,4 1,8 2,2 Длина волны, мкм В окнах пропускания помимо СО2 радиацию поглощают СН4 н )х)20, но особенно сильно — инертные в тропосфере галогенуглеводороды, которые в дополнение реагируют в стратосфере под воздействием жесткого ультрафиолета с разрушением стратосферного озона.
СН4 поглощает примерно в 20 раз сильнее, чем СО2 (в пересчете на молекулу), а )э)20 — в 320 раз. Фреоны поглощают еще сильнее. На основе поглощения и времени пребывания в атмосфере был рассчитан "парниковый потенциал": уцлрииковый потенциал" по !РОС' !992.
!994 ! !! 320 4000 8500 ! 700 1З00 Рис.4.1. "Окна пропусквния". Интенсивность солнечного излучения эв пределами атмосферы (!) и ив уровне моря (2) в зависимости от длины света (по: Исидоров, 200 Ц Звштриховеиы участки, соответствующие линиям поглошсиия укаэанных компонентов где г" = 0,61 — поглощение атмосферой. Отраженная радиация может уходить обратно в окружающее пространство через "окна*' пропускания. Они располагаются в области 8000-12 000 нм (рис. 4.1).
Небольшое увеличение поглощения в окнах пропускания резко сказывается на радиационном балансе: инфракрасная отраженная радиация попадает в ловушку и не рассеивается в окружающем пространстве. Это явление и называется "парниковым эффектом", а газы, поглощающие в указанном диапазоне, — "парниковыми". Явление это было описано в начале ХХ в. Сванте Арреннусом, который предсказал повышение температуры Земли при увеличении содержания СО2 от сжигания топлив. Одним из первых, кто обратил внимание на предстоящее изменение климата, был М.И.
Будыко, Парниковый эффект обусловливает среднюю температуру у поверхности Земли 15 'С, в то время как без этого поглощения она была бы -18 'С, как на Луне. Отсюда ясно, что наряду с прямым получением энергии Солнца важно удержание тепла атмосферой. Парниковый эффект обеспечивает нахождение Земли между двумя крайними устойчивыми состояниями: оледенения, как на Марсе, или разогрева, как на Венере. К парниковым газам относят: пары воды, углекислоту, метан, закись азота, окислы азота, озон, окись углерода, хлорфторуглеводороды. Пары воды в наибольшей степени обусловливают парниковый эффект и его сильную положительную обратную связь: с повышением температуры их содержание в атмосфере увеличивается, Моделирование показывает, что атмосфера очень чувствительно откликается на изменение своего состава прежде всего радиационным балансом и соответственно изменением климата. Содержание углекислоты возросло с Х (/П столетия на 25%, с 290 рршу до 355 рруку, прирост ее содержания за этот период по данным на 1991 г, составлял 1,5 ррту/год, что соответствует 1,6 Гт С/год, Прирост за последнее столетие коррелировал с численностью человечества.
Углекислота атмосферы (рнс. 4.2, 4.3) представляет малый динамичный резервуар, отражающий равновесие с растворенной углекислотой океана, дисбаланс между стоком н продукцией в биотическом цикле, захоронением в виде карбонатов при седиментации и регазацией в геологическом цикле. Пополнение резервуара углекислоты в прошлом шло за счет эндогенных источников. Ее содержание в воздухе коррелирует с темпераурой. Метан образуется микроорганизмами и разрушается в тропосфере в результате фотохимических реакций.
С 1850 г. концентрация возросла с 0,8 рргпу до 1,7 рруку, Начиная с 1990 г. прирост метана снизился с 20 рртв/год до 10 рршч/год. Закись азота образуется микроорганизмами при нитрифнкации н деннтрнфикации как промежуточный продукт. Считается, что увеличение ее образования обусловлено применением азотистых удобрений.
Окись углерода не является парниковым газом, но влияет на окислительное состояние атмосферы, снижая окисление метана. Источником служат пожары, фотохимические реакции окисления углеродистых веществ. ' 1РСС. дшдлбхе гого!пв впс( сдщвге с)щпве: дероп о( дэе Бс!епдбс Аззеззпмпг 8гоцр (тэ(О1) оп пэе 1пгегяоуепппепш1 Рвпе1 оп С!пил!с Спипяе (1РСС), !994. 107 -1 -2 1980 1985 1990 1995 2000 Ряс. 4.3. Межгодовое вврьнровлние глобального наземного потока по мониторингу 8)зС в Тасмвяии [цо: Ешнсеу ег е1., 200 Ц ) — поступление от топлив; 2 — СОз в атмосфере: 3 — окееи; 4 — наземный сток, оценке по 'зС;5 — ревность истоке в океан Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
