Масштабы фотосинтетической деятельности растений в биосфере

Фотосинтез — единственный процесс на Зем­ле, идущий в грандиозных масштабах и связанный с превраще­нием энергии солнечного света в энергию химических свя­зей. Выделяют пять аспектов космической и планетарной роли расте­ний:

В процес­се фотосинтеза наземные растения образуют 100—172 млрд. т, а растения морей и океанов - 60 - 70 млрд. т биомассы в год (в пересчете на сухое вещество). Общая масса растений на Земле в настоящее время составляет 2402,7 млрд. т, причем 90 % этой сухой массы приходится на целлюлозу. На долю на­земных растений приходится 2402,5 млрд. т, а на растения гидросферы - всего 0,2 млрд. т (из-за недостатка света). Общая масса животных и микроорганизмов на Земле — 23 млрд. т, что составляет около 1 % от. растительной биомассы.

За время существования жизни на Земле органические ос­татки растений и животных накапливались и модифицирова­лись. На суше эти органические вещества представлены в виде подстилки, гумуса и торфа, из которых при определенных условиях в толще литосферы формировался уголь. В морях и океанах органические остатки (главным образом животного происхождения) оседали на дно и входили в состав осадоч­ных пород. При опускании в более глубокие области литосферы из этих остатков под действием микроорганизмов, повы­шенных температур и давления образовывались газ и нефть.) Масса органических веществ подстилки, торфа и гумуса оцени­вается в 194, 220 и 2500 млрд. т соответственно. Нефть и газ составляют 10000-12 000 млрд. т. Содержание органи­ческих веществ в осадочных породах достигает 20 000 000 млрд. т (по углероду).

Образование органических веществ гумуса, осадочных пород и горючих ископаемых выводило значи­тельные количества СО2 из круговорота углерода. В атмосфере Земли СО2 становилось все меньше и в настоящее время он составляет только 0,03% (по объему), или (в абсолютных значениях) 711 млрд. т в пересчете на углерод.

Накопление кислорода в атмосфере. Первоначально в атмосфере Земли О2 присутствовал в следовых количествах. В настоящее время он составляет 21 % по объему воздуха. Появление и накопление О2 в атмосфере связано с жизнедеятельностью зеленых растений. Ежегодно в ходе фо­тосинтеза кислород поступает в атмосферу в количестве 70—120 млрд. т.Особое значение в поддержании высокой концентрации О2 в атмосфере имеют леса. Подсчитано, что 1 га леса весной и летом за час выделяет О2 в количестве, достаточном для дыхания 200 человек.

Ежегодное поступление СО2 в атмосферу в пересчете на углерод (в млрд. т) обусловлено: дыханием расте­ний – 10, дыханием и брожением микроорганизмов - 25, дыха­нием животных и человека – 1,6, производственной деятель­ностью людей — 5, геохимическими процессами — 0,05. При отсутствии этого поступления весь СО2 атмосферы был бы свя­зан в ходе фотосинтеза за 6 — 7 лет. Мощным резервом диоксида углерода является Мировой океан, в водах которого растворено в 60 раз больше СО2, чем находится в атмосфе­ре. Фотосинтез, с одной стороны, дыхание организмов и карбонатная система океана, с другой, поддерживают отно­сительно постоянный уровень СО2 в атмосфере.

Тенденция к повышению содержания СО2 в атмосфере из-за сжигания огромных количеств нефти, газа и из-за других причин, указанных выше, может способствовать увеличению средней температуры на поверхности Земли, что приведет к ускорению таяния ледников в горах и на полюсах и затоплению прибрежных зон. Возможно, однако, что повы­шение концентрации СО2 будет способствовать усилению фотосинтеза растений, что устранит избыточное накопление диоксида углерода. Известно, что изменение концентрации СО2 в биосфере выступает как элемент обратной связи.

В процессе фотосинтеза поглощается далеко не вся солнечная радиация. Большая ее часть отражается и рассеивается, а часть не подходит для фототрофов по длине волны. Но из-за деятельности человека, значительная часть и энергии, пригодной по физическим параметрам для фотосинтеза, становится недоступной природным экосистемам.

Как показало исследование Хельмута Хаберла (Helmut Haberl) с коллегами из австрийского Университета Клагенфурта, 23,8% мировой энергии фотосинтеза в настоящее время используется человеком. Из данного показателя более половины приходится на сельское хозяйство, 40% - другие формы землепользования, и 7% - пожары, возникающие по вине человека. В своих подсчетах ученые использовали модели глобального фотосинтеза и статистические данные Организации ООН по сельскому хозяйству и продовольствию.