Круговорот воды, азота и углерода
«Ибо все в конце концов возвращается в море, в круговорот океана, в вечно текущую реку времени, у которой нет ни начала, ни конца.»
Рэйчел Карсон
Вот уже больше четырех миллиардов лет, с тех пор как на Земле образовалась атмосфера, количество воды на нашей планете остается неизменным. Где-то царит засуха, где-то идут ливни, где-то лежат снега — и все это часть бесконечного цикла перемещения воды в природе.
Круговорот воды
Без воды невозможно существование жизни, ведь она есть и в растениях, и в животных, где играет роль универсальной среды для всех химических реакций. Именно присутствие воды сделало нашу планету населенной — и поэтому уникальной. Вода может пребывать в трех состояниях: жидком — когда она является собственно водой, газообразном — когда происходит испарение и она превращается в пар, и твердом — когда вода замерзает и становится льдом и снегом. В одном из этих состояний вода покрывает три четверти земного шара, и эта водная оболочка называется гидросферой.
Каждая молекула воды является заядлой путешественницей. Ее можно обнаружить в море или океане, под землей, где текут грунтовые воды, и даже в небе, в составе дождевой тучи. Каким образом воде удается совершать такие грандиозные перемещения? Топливо для путешествий молекулы воды поставляет главная «батарейка» нашей планеты — Солнце.
Под воздействием солнечного тепла вода испаряется с поверхности морей, рек и океанов — превращается в пар и поднимается вверх. Надо отметить, что испарение воды происходит не только в водоемах: на суше тоже достаточно влаги. Водяной пар движется в атмосфере вместе с массами воздуха, пока не окажется в области низкой температуры, где из него формируются облака. Рано или поздно вода из облаков, в виде осадков, снова попадает на землю. Просачиваясь сквозь почву, она оказывается в подземных реках, которые выходят на поверхность, впадая в водоемы. И все начинается с начала.
Конечно, возможны разные варианты. Осадки могут выпасть в зоне вечной мерзлоты, и тогда вода надолго останется льдом. Но и льды испаряются или тают, так что и в этом случае движение продолжится.
Ученые подсчитали, что в озере среднего размера полное обновление воды происходит за 15–17 лет, в реке — за 20 дней, в ледниках — за 5–10 лет, а в океане — за 3000 лет
Круговорот углерода и азота
Круговорот воды в меньшей степени задействует живую природу, чем круговорот таких веществ, как углерод и азот. Начнем с углерода. Он присутствует в каждой живой молекуле на Земле, причем не просто присутствует, а служит одним из строительных материалов клетки. Кроме того, большое количество углерода находится в атмосфере и в мировом океане.
Из атмосферы атомы углерода попадают в растения, это происходит в процессе фотосинтеза. Когда растения погибают, углерод становится пищей организмов, содержащихся в почве, а потом возвращается в атмосферу вместе с углекислым газом. Если растения будут съедены животными, то углерод вернется в атмосферу частично в процессе дыхания, частично после гибели животного.
Примерно тоже самое происходит с углеродом, растворенным в океане. Он попадает в морские растения и животных, затем испаряется в атмосферу или откладывается на дне, в виде горных пород, и со временем снова растворяется водой.
Около 80% воздуха составляет азот. Этот элемент циркулирует в природе несколькими путями. Растения усваивают азот из почвы, животные — из растений. Продукты жизнедеятельности животных перерабатываются в почве микроорганизмами и снова становятся пищей для растений.
В атмосфере находится много свободного азота, но растения не могут усваивать его напрямую. Некоторые бактерии перерабатывают его и обогащают им почву. Часть атмосферного азота попадает в почву во время грозы, благодаря электрическим разрядам, которые нагревают атмосферу и меняют структуру молекул.
С тех пор как человечество вступило в эпоху технического прогресса, в циклы круговорота азота и углерода в природе включилась химическая промышленность. Она использует уголь и известняк (производные углерода) в виде топлива, а азот поставляет в почву в виде удобрений