Круговорот углерода

Главным участником биотического круговорота является углерод как основа органических веществ. Круговорот углерода занимает ключевое место в глобальной экодинамике. Биотический круговорот в целом - это циклы отдельных элементов, связанные между собой количественными отношениями. Цикл органического углерода приводит в движение все остальные циклы.

Имеется информация о следующих изменениях в глобальном цикле углерода:

• Наблюдается увеличение концентрации СО2 в атмосфере: в настоящее время концентрация СО₂ достигает 370 ррт, что на 28% выше доинду-стриального уровня. Наблюдаемое изменение круговорота углерода происходит главным образом вследствие антропогенного возмущения биоты суши и прямых антропогенных возмущений окружающей среды, в основном из-за сжигания ископаемого топлива. Океанская биота сохраняет устойчивость и продолжает частично компенсировать возмущения окружающей среды, но она уже не справляется с глобальными антропогенными возмущениями, что и приводит к глобальным изменениям в атмосфере и океане.
• Глобальный цикл углерода существенно изменен в результате интенсивного земледелия и сжигания больших количеств ежегодно продуцируемой биомассы в качестве топлива, а также вследствие лесных пожаров. Предполагают, что в общепланетарном масштабе годовой почвенный цикл углерода идет с дефицитом, т.е. идет разрушение гумуса на планете, что может в конечном итоге сказаться на функционировании и устойчивости биосферы в целом.

Из вышеизложенного следует, что наряду с увеличением концентрации СО₂ в атмосфере происходит снижение запасов органического углерода в почве. Так, по данным В. Г. Горшкова (1995), средние потери углерода почвы при переходе ее в культурное состояние составляют 30%. Максимум достигается в тропиках и составляет 70%.

Использование переработанных ТБО для повышения плодородия почв можно рассматривать как один из путей возврата органического углерода в биологический круговорот веществ. Массовая доля углерода в ТБО составляет около 33% на сухое вещество (табл. 1.3). Принимая, что в настоящее время в мире образуется 550-660 млн. т ТБО в год (см. раздел 1.1), и в общемировом масштабе переработке (сжиганию, компостированию, сепарации) подвергается только 10% ежегодно образующихся отходов, получаем, что на свалках ежегодно захоранивается 495-594 млн. т ТБО. Следовательно, при средней влажности ТБО 50%, в настоящее время на свалки поступает от 82 до 98 млн. т органического углерода.

О. И. Минько и А. Б. Лифшиц (1992) приводятся сходные оценки. Показано, что по порядку величины количество углерода, ежегодно поступающее на свалки, соответствует количеству, ежегодно поступающему в донные океанические осадки или притекающему в биосферу из глубинных слоев планеты в виде СО2 и углеводородных газов и составляющему 100-200 Тг (100200 млн. т).

В почвенном резервуаре в форме гумуса находится 2020 млрд. т органического углерода. Ежегодно в почвенный резервуар с растительными остатками поступает 2,5 млрд. т органического углерода. В атмосферу возвращается большая часть ассимилированного углерода - 2,2 млрд. т в год.>

Сопоставление этих данных с расчетными значениями ежегодно поступающего на свалки углерода показывает, что количество углерода, захораниваемого на свалках равно 3,3-3,9% от ежегодного поступления его в почву с растительными остатками.

Рассчитанная нами по данным Т. А. Акимовой и В. В. Хаскина (2000) масса углерода в биомассе живого вещества биосферы в настоящее время составляет 340 млрд. т. Ежегодно нетто-биопродукция биосферы по углероду составляет около 35 млрд. т. Такое же количество высвобождается в процессе дыхания и деструкции.

Таким образом, количество углерода, ежегодно захораниваемого на свалках составляет до 0,28% от биопродукции биосферы (по углероду). И если в биосфере процессы синтеза и распада совпадают с точностью до 10^-4, замкнуты до 10 и, значит, скоррелированы с точностью до 10 (Горшков, 1995), то в условиях свалок не существует равновесия между поступлением углерода и выведением его в атмосферу, а происходит накопление органического углерода.

Известно (Минько, Лифшиц, 1992), что примерно 40-50% захороненного с ТБО органического углерода в течение первых десятилетий возвращается в круговорот в виде СН₄ и СО₂. Оставшаяся часть переходит в результате гумификации и консервации в стабильные формы и выводится из круговорота на сроки, исчисляемые, вероятно, столетиями. Авторы утверждают, что представленные оценки глобальных потоков и резервуаров органического углерода, связанных с захоронением ТБО, дают основания предполагать, что свалочные отложения планеты в настоящее время играют значимую роль в формировании биосферного цикла органического углерода.