В тоже время накопление СО2 в атмосфере способно существенно повлиять на климат, т.е. масштабы и тепы использования ископаемого топлива несут серьезную угрозу глобальных изменений климата, последствия которых трудно оценить, но по общему мнению – они отрицательны для развития цивилизации.
Круговорот кислорода. Фотосинтез.
В процессах составляющих основу круговорота О2 участвует кислород, присутствующий в атмосфере.
В атмосфере содержится 1,2*1015 тонн О2 . Главный источник кислорода – фотосинтез, который дает около 2,5*1011 тонн/год. Другой источник – фотодиссоциация молекул Н2О дает примерно 2*106 тонн О2 в год, т.е. на несколько порядков меньше.
Свободный кислород будучи окислителем участвует в геохимических процессах окисляя восстановленные формы элементов
и
др.
Окисление органических веществ(СН4), N2 в сумме не более 1% от общего расхода.
Основная масса О2 используется для обеспечения:
1. жизнедеятельности (дыхание)
2. микробиологической деструкции органических веществ
3. очень небольшую долю составляет расход О2 в производственных процессах (сжигание топлива, технологические процессы).
Таким образом образование и потребление О2 происходит практически в замкнутом цикле фотосинтеза и деструкции органического вещества в биосфере и цикл О2 можно представить простой схемой (рис 2 раздатка).
Фотохимические процессы составляют основу круговорота О2 и его соединений (Н2О, СО2). Они протекают в фотосинтезирующих организмах – растениях. Фотосинтезирующие организмы составляют около 90% биомассы всех живых организмов на Земле, общая же биомасса животных примерно 0,1% биомассы растений, таки образом вклад животных в биологический круговорот О2 пренебрежимо мал в сравнении с вкладом автотрофных растений и микроорганизмов.
Источником фотосинтетического О2 являются континентальная и морская растительность. Причем почти половину его общего количества (по разны источникам от 30 до 50%) образуется за счет фитопланктона (микроскопических водорослей), содержащегося в верхних слоях вод морей и океанов, хотя биомасса фитопланктона существенно меньше биомассы континентальной растительности.
Фотосинтез – процесс образования глюкозы из двух простых соединений Н2О и СО2 , протекающий при освещении под действием катализатора, которым является хлорофилл, содержащийся в клетках листьев зеленых растений или водорослей. Суммарная химическая реакция процесса фотосинтеза выражается уравнением:
Глюкоза служит исходным материалом для формирования растений
По-существу, фотосинтез, - процесс преобразования энергии солнечного излучения в химическую энергию (протекающей с достаточно высокой эффективностью ~ 5 %)
Фундаментальный процесс запасания солнечной энергии в виде химической при фотосинтезе – окисление воды до О2
(1) 
Эта реакция – 1-ый этап фотосинтеза, требующий освещения.
Второй процесс (темновая) стадия синтеза органического вещества – восстановление СО2 до уровня глюкозы
(2) 
Суммарная реакция:
,
где под 
подразумевается 1/6 часть глюкозы.
Фотосинтез протекает во фрагментах клетки, которые называются хлоропласты – в их структурах содержаться фотосинтетические пигменты, основным из которых является хлорофилл.
Хлорофилл представляет собой порфириновую систему, основой которой является пиррольный цикл.
Механизм фотосинтеза имеет сложную природу и еще до конца не ясен. В общем виде механизм выглядит следующим образом:
При поглощении солнечного излучения (хлорофилл поглощает главным образом синий – 450 нм и красный 650 нм свет) молекулы Chl переходят в возбужденное состояние:
Энергия возбуждения по
цепи сопряжения передается в реакционный центр хлоропласта (включающий до 300
молекул пигмента). В реакционных центрах образуются катион-радикалы димера
хлоропласта (Chl2+), лоторые окисляют воду в 4-х электронном процессе
(реакция 1) (
). Т.е. энергия
активированных молекул хлорофилла расходуется на окисление воды до О2 и
восстановление СО2.
Важную роль при это играет, как полагают, Mn, который является непосредственным окислителем.
Формальная схема фотокаталитического окисления воды выглядит следующим образом:
Первоначально Mn окисляется катион-радикалом димера Chl2+ , затем Mn4+ непосредственно окисляет воду.
Скорость фотосинтеза (R) зависит от интенсивности света. Влияние этого фактора отражает следующая зависимость:
В темноте скорость
фотосинтеза = 0, затем по мере увеличения интенсивности R возрастает линейно и затем форм
зависимости меняется и при некоторой интенсивности R достигает максимального значения (Rmax), величина которого зависит от
соотношения парциальных давлений 
и 
в атмосфере. В ясный день
интенсивность света может достигать 3,3дж/см2мин, что обеспечивает
максимальную скорость фотосинтеза (Rmax). В пасмурный день освещенность может снижаться примерно в 5
раз, а скорость фотосинтеза лишь наполовину.
Как видно из представленной зависимости, чтобы вызвать существенное изменение скорости фотосинтеза и соответственно снижение количества поступающего в атмосферу кислорода, нужно очень существенное уменьшение интенсивности света. Такой случай по естественным причинам маловероятен (разве что какая либо гипотетическая катастрофа типа падения на Землю гигантского астероида, взрыв которого в плотных слоях атмосферы) мог бы вызвать образование мощных пылевых облаков над всей территорией Земли. Аналогичные катастрофические последствия могла бы вызвать глобальная ядерная война.
Существенную угрозу для фотосинтеза представляет розливы нефти и нефтепродуктов в мировом океане. Как отмечалось, очень важную роль в снабжении атмосферы кислородом играет фитопланктон. При разливах нефтепродуктов образуется такая углеводородная пленка на поверхности воды, препятствующая газообмену с атмосферой и естественно нарушающая процесс фотосинтеза. На баланс О2 в атмосфере в определенной степени может влиять сельскохозяйственная деятельность, а именно распашка земель, занимаемых лесами, т.е. уменьшение площадей, занимаемой фотосинтезирующей наземной растительностью (и аналогичные по последствия действия).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.