Атмосферные газы
На протяжении большей части биосферы состав атмосферы поразительно постоянен, если не считать резких колебаний содержания водяных паров, о которых говорилось выше. Интересно, что концентрации двуокиси углерода (0,03% по объему) и кислорода (21% по объему) в современной атмосфере являются до какой-то степени лимитирующими для многих высших растений.
Общеизвестно, что у многих растений удается повысить интенсивность фотосинтеза, умеренно повысив концентрацию СО2, однако менее известно, что снижение в эксперименте содержания кислорода также может приводить к увеличению фотосинтеза. Например, у бобов понижение содержания кислорода в воздухе, окружающем листья,, до 5% повышает интенсивность фотосинтеза на 50% (Bjorkman,. 1966). У С4-растений в отличие от Сз-растений фотосинтез не ингибируется высокими концентрациями О2 (см. гл. 2, разд. 5). Так,, С4-злаки, в том числе кукуруза и сахарный тростник, не проявляют кислородной ингибиции. Быть может, это объясняется тем, что широколиственные Сз-растения появились и развивались в то время, когда концентрация СО2 в атмосфере была выше, а концентрация О2 ниже, чем сейчас.В более глубоких слоях почвы и отложений (а также в организме крупных животных, например в рубце жвачных, где существуют анаэробные условия) увеличивается содержание СО2, а кислород становится лимитирующим фактором для аэробов. В результате замедляется процесс разложения (о значении которого подробно говорилось в гл. 2), или изменяются его конечные продукты, или же происходит и то и другое. Роль человека в круговороте СО2 рассматривалась в гл. 4.
В водных местообитаниях количество кислорода, двуокиси углерода и других атмосферных газов, растворенных в воде и потому доступных организмам, сильно варьирует во времени и в пространстве, чего в наземных местообитаниях не бывает. В озерах и в водоемах с высоким содержанием органических веществ кислород является лимитирующим фактором первостепенной важности.
Хотя кислород лучше растворяется в воде, чем азот, даже в самом благоприятном случае в воде содержится значительно меньше кислорода, чем в атмосферном воздухе. Так, если на долю кислорода в воздухе приходится 21% (по объему), т. е. в I л воздуха содержится 210 см3 кислорода, то в воде содержание кислорода не превышает 10 см3 на I л. Температура воды и количество растворенных солей сильно влияют на способность воды удерживать кислород: растворимость кислорода повышается с понижением температуры и снижается с повышением солености. Запас кислорода в воде пополняется главным образом из двух источников: путемдиффузии из воздуха и благодаря фотосинтезу водных растений. Кислород диффундирует в воду очень медленно; диффузии способствует ветер и движение воды; важнейшим фактором, обеспечивающим фотосинтетическую продукцию кислорода, является свет, проникающий в толщу воды. Таким образом, содержание кислорода в водной среде сильно меняется в зависимости от времени суток, времени года и местоположения.
Содержание двуокиси углерода в воде также может сильно варьировать, но по своему поведению она сильно отличается от кислорода, а ее экологическая роль не так хорошо изучена. Поэтому трудно сделать какие-то обобщения, касающиеся роли CO2 как лимитирующего фактора. Хотя в воздухе содержание двуокиси углерода невелико, она прекрасно растворяется в воде; кроме того, в воду поступает много двуокиси углерода, освобождающейся при дыхании и разложении, а также из почвы или подземных источников. Поэтому «минимальный предел» содержания СО2 не имеет такого значения, как в случае О2. Кроме того, в отличие от кисло- .рода двуокись углерода реагирует с водой, образуя H2CO3, которая
в свою очередь вступает в реакцию с имеющимся известняком, образуя карбонаты (—СОз) и бикарбонаты (—НСОз). Основной резервуар СОг в биосфере—карбонатная система океанов (см. рис. 4.8, А). Эти соединения служат не только источником биогенных элементов, но и буфером, поддерживающим концентрацию водородных ионов в водных средах на уровне, близком к нейтральному значению.
Небольшое повышение содержания СО2, по-видимому, повышает интенсивность фотосинтеза и стимулирует процессы развития многих организмов. Обогащение СО2, а также азотом и фосфором может быть основной причиной культурной эвтрофи- капии (Lange, 1967; Kuentzel, 1969). Высокие концентрации СО2 определенно могут быть лимитирующим фактором для животных, особенно потому, что высокое содержание двуокиси углерода обычно связано с низким содержанием кислорода. Рыбы весьма чувствительны к повышению концентрации СО2: при слишком высоком содержании свободного СО2 в воде многие рыбы погибают.Концентрация водородных ионов (pH) во многом зависит от карбонатной системы; pH сравнительно легко измерить, поэтому его изучили во многих водных местообитаниях. Если pH не приближается к крайнему значению, то сообщества способны компенсировать изменения этого фактора с помощью описанных ранее в этой главе механизмов, и толерантность сообщества к диапазону pH, встречающемуся в природе, весьма значительно. Однако, поскольку при постоянной общей щелочности изменение pH пропорционально изменению количества СО2, pH может служить полезным индикатором скорости (или скоростей) общего метаболизма сообщества (фотосинтеза и дыхания). В почвах и водах с низким pH (т. е. в кислых) часто содержится мало биогенных элементов, в связи с чем продуктивность здесь мала.
Еще по теме Атмосферные газы:
- 36. Природные газы и их использование
- Природные источники углеводородов: нефть, природные и попутные нефтяные газы
- Гл а в а 24 ЗАЩИТА ОТ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
- Атмосферные осадки
- 2.5. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ (МЕТЕОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ)
- Глава I ИСТОРИЯ ПРОБЛЕМЫ АЭРОИОНИФИКАЦИИ И АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
- 1.4. Атмосферные осадки
- АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ
- Безопасность зданий и атмосферные нагрузки
- Атмосферные выбросы города-миллионера.
- Астральный мир и атмосферные явления
- 3.1. Термодинамические расчеты синтезамеламинапри атмосферном давлении
- ТРАНСПОРТНАЯ ДОЛЯ В ЗАГРЯЗНЕНИИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
- ОПАСНОСТЬ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА Vi ЗАЩИТА ОТ НЕГО ЛЮДЕЙ И ЖИВОТНЫХ