Антропогенные изменения в биогеохимии углерода и климат

Среднегодовая температура приземного слоя атмосферы Земли около 15°С.

Если бы не было атмосферы с парами воды, двуокисью углерода и другими газами, эта температура была бы около —23°С. Известный шведский ученый Арренниус (цит. по: Goldschmidt, 1954) был, по-видимому, первым, кто отметил тепловой эффект CO₂ в земной атмосфере. Во времена интенсивного вулканизма (карбон, пермь, третичный период) благодаря увеличению поступлений CO₂ в атмосферу было значительно теплее; почти повсеместно господствовал влажный тропический климат, была развита пышная лесная и болотная растительность, т. е. существовали условия, благоприятствующие накоплению больших масс органики в низменностях, дельтах, эстуариях. Именно в таких условиях формировались будущие залежи углей. Гольдшмит указал и на то, что содержание CO₂ в атмосфере контролирует биопродуктивность растений и наоборот, что очень важно учитывать для нужд земледелия и лесного хозяйства.

Углекислота в современной атмосфере планеты находится порой в значительном минимуме, что снижает урожаи. Но баланс CO₂ в атмосфере контролируется также океаном, где растворены огромные количества Н₂СО₃ и Ca(НСO₃)₂, в 50—60 раз превышающие содержание CO₂ в атмосфере. Растворение карбоната кальция в океане будет сопровождаться связыванием части углекислоты в бикарбонат. Наоборот, осаждение Ca(НСO₃)₂, поступившего с суши в океан, будет сопровождаться возвращением половины CO₂ в атмосферу по реакции:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + Н₂О + CO₂↑

В антропогенную эпоху сжигание ископаемого топлива (уголь, нефть, торф, лигниты) человеком стало новым фактором коренного увеличения приходных статей баланса CO₂ и CO в атмосфере. К этому присоединяется углекислота уничтоженной биомассы лесов, трав, животных. Индустриальные поступления углерода ископаемых горючих (5 · 10⁹ т С в год) и углерод от использования лесов и сельскохозяйственного сырья и топлива (5 · 10⁹ т С в год) в сумме составляет около 10 · 10⁹ т С, или около 30-42 · 10⁹ т CO₂ в год (Kempes, 1979).

Ускоренное окисление гумуса пахотных и пастбищных почв вызвало уменьшение в них содержания углерода на 20—50% и значительно пополнило поступление CO₂ в атмосферу. То же происходит в результате осушения и освоения болот и торфяников. Это процессы, ведущие к возврату CO₂ в атмосферу, усиливаются и будут усиливаться в ближайшем будущем. Увеличение концентрации CO₂ в атмосфере составляет ежегодно 0,8—1,5 ppm. К настоящему времени среднеземная концентрация CO₂ в воздухе достигла 330—340 ppm, что на 10—12% превышает содержание CO₂ в воздухе доиндустриальной эпохи. Ученые ведут оживленные дискуссии по поводу возможных последствий этого нового глобального явления для климата и земледелия мира. Научные прогнозы весьма противоречивы: некоторые из них панические, а некоторые излишне беззаботные. Рассмотрим эти вопросы с точки зрения экологии, почвообразования и земледелия.