Сколько тонн углекислого газа ежегодно поглощают растения на земле

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 19.09.2024

Экологическая обстановка в мире давно уже перестала радовать земные экосистемы. Множество заводов, без которых человечеству просто не обойтись, выбрасывают ежегодно в атмосферу около 10 миллиардов тон углекислого газа. Многие относятся к этому скептически, утверждая, что количество диоксида углерода не меняется в экосистеме Земли.

На деле, проблема не столько в превышении количества CO₂, сколько в нарушении обмена веществ в экосистеме Земли. До начала промышленной деятельности человека углекислый газ, при взаимодействии с водой выпадал в осадок в виде карбонатов, потом переходил в почву, откуда служил для многих растений и водорослей удобрениями. Но это процесс, растянутый на десятки и сотни лет. Человечество же использует запасы миллионов лет в сокращенные сроки, перерабатывая твердые формы углерода в виде нефти и угля. При сжигании этих ископаемых в механизмах и на заводах происходит выброс диоксида углерода в воздух.

Единственный выход это воспользоваться другим механизмом и размножить флору. Фотосинтез — это естественный механизм, предусмотренный природой для переработки CO₂. Сегодня эта система нужна, как никогда ранее. Производство диоксида углерода растет и соизмеримо выбросам должно расти количество лесов, джунглей, парков и искусственных насаждений. Растение поглощает углекислый газ и выделяет кислород.

Дневное дыхание растений

Дневное дыхание связано с двумя процессами: непосредственно дыханием и фотосинтезом. Процесс дыхания, как и у человека, связан с окислением органических соединений и выделением диоксида углерода, воды и энергии. Вместо человеческих легких выступает вся поверхность растения. Химическая формула, описывающая реакции в процессе дыхания растений:

Любое дерево способно дышать всей поверхностью, даже поверхностью плодов. Но наиболее активно процесс дыхания происходит через устья листа, откуда и попадает по межклеточному пространству большая часть необходимых газов.

Если речь идет о дневном времени суток, то дыхание не столь заметно, как ночью. Поскольку работа растения направлена большей частью на постоянное запасание энергии в виде органических соединений (глюкозы). Попадающий в листья газ, при содействии воды и энергии солнечного света в хлоропластах превращается в глюкозу, которую организм запасает для дальнейшего использования. Собственно дыхание и является этим дальнейшим использованием.

Запасенная глюкоза, с помощью воды и кислорода разлагается на молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), углекислый газ и водород. АТФ – это твердая энергия. Биологический аккумулятор клеток, который обеспечивает энергетическими запасами все живое на планете. Позднее эти запасы будут использованы в жизнедеятельности каждой молекулы организма.

Кажется, что образуется замкнутый круг: фотосинтез происходит с образованием глюкозы и кислорода, но что толку, если потом в результате дыхания растений выделяется диоксид углерода и АТФ. А энергию растения расходуют лично на себя, ничего не оставляя другим. Но весь вопрос в количестве. Далеко не весь кислород, который образуется во время фотосинтеза, поглощается организмом во время дыхания. Растения производят в разы больше, чем поглощают. Может этим они и отличаются от человека. А все энергетические запасы растений рано или поздно переходят в запасы животных или человека. Так растения отдают все свои накопления ради существования экосистемы Земли.

В среднем 1 гектар лесов ежегодно выделяет 4 тонны кислорода и потребляет 5 тонн углекислого газа. Человек в день выдыхает до 1 килограмма диоксида углерода, в год — 365 кг. Следовательно, 1 гектар леса поглощает углекислоту, которую выдыхают 13 человек.

Ночное дыхание растений

Процесс дыхания растений мало чем отличается от дыхания животных и человека. Есть и ночное дыхание. Это явление было открыто Отто Варбургом в начале XX века. Ночью света нет, а значит нет и энергии для фотосинтеза. Растения перестают вырабатывать O₂, но не могут перестать дышать. Кислород поглощается, а углекислый газ все так же продолжает выделяться.

Белки, жиры и углеводы, запасенные в процессе жизнедеятельности днем, благодаря циклу Кресса превращаются в углекислый газ, молекулы АТФ и водород.

АТФ расходуются на дальнейшие нужды, углекислый газ уходит в атмосферу по устьицам, а вот водород окисляется до воды. Растение не может позволить себе сбрасывать водород в атмосферу, поскольку легко может погибнуть от этого, поэтому происходит частичный выброс паров воды. Большая часть организма растения – вода. Она нужна во всех процессах, включая дневное и ночное дыхание. Окисленный водород будет использован вновь в следующих реакциях.

Именно из-за ночного дыхания не рекомендуется ставить цветы в спальнях. Это увеличивает содержание углекислоты в комнате. Что никак не скажется на цветах, но будет чувствительно для человека.

Для дыхания растений существует пороговое значение содержания кислорода. При увеличении содержания О₂ в воздухе до 5-8 процентов – интенсивность дыхания у растений скачкообразно растет. Но после это рост практически прекращается. Сейчас кислорода в воздухе около 21 процента. А значит, растениям еще долго не нужно будет о нем беспокоиться.

В природе есть еще одно интересное явление, названное САМ — фотосинтезом. Это явление характерно для пустынных цветов и растений. В вечной погоне за сохранением водных ресурсов, эти растения приспособились к проведению фотосинтеза в ночь.

Водоросли и CO2

Под водорослями понимают все растения, находящиеся под водой и не имеющие корня. Интенсивнее всего, из водорослей, поглощает углекислоту одноклеточные водоросли — фитопланктон. В основном все водоросли дышат растворенным в воде кислородом, за исключением нескольких видов, осуществляющих бескислородный фотосинтез. Те в качестве акцептора электронов при дыхании используют элементную серу.

Получение энергии в группе цианобактерий

Фитопланктон обитает в верхних слоях воды, поскольку ему требуется большое количество солнечной энергии для фотосинтеза. При наличии в воде растворенного углекислого газа фитопланктон осуществляет фотосинтезирующий процесс, побочным продуктом которого является кислород. Большим отличием этих водорослей от наземных растений является количество производимого кислорода. За один цикл фотосинтеза фитопланктон производит кислорода в 3-4 раза больше собственного веса. Неудивительно, что при таких показателях 70 процентов атмосферного кислорода произведено в воде.

Фотосинтез

О фотосинтезе уже шла речь в этой статье. Стоит рассмотреть его более подробно. Как уже говорилось ранее, фотосинтез происходит в хлоропластах. За две фазы происходит процесс образования новой молекулы глюкозы, которая после используется в химических процессах растения.

Во время световой фазы используется энергия солнца. Под ее действием вода отдает электрон и распадается на положительно заряженные частицы водорода (Н) и радикалы гидроксида (ОН). После этого оставшиеся частицы ОН образуют воду и кислород, который сразу же удаляется в атмосферу. В хлоропласте остались электроны и положительно заряженные частицы водорода. Эти частицы накапливаются на различных сторонах мембраны тилакоида (одной из частей хлоропластов), из-за разницы концентраций протоны из большей концентрации стремятся проникнуть через мембрану к протонам с меньшей концентрацией. Когда разность потенциалов между ними достигнет 200 миллиВольт, произойдет разряд и молекула АТФ зарядится, а никотинамидадениндинуклеотидфосфат (сокращенно НАДФ) восстановится до НАДФ*Н. Эти два компонента и будут необходимы в темновой фазе фотосинтеза.

Схематический процесс фотосинтеза

В теневой фазе АТФ является аккумулятором, а НАДФ курьером, который доставляет в другую часть хлоропласта протон Н. К тому же растению нужен будет СО₂, который послужит основой для будущей молекулы глюкозы. В итоге химических реакций из молекул СО₂ и водорода, с помощью энергии из АТФ получается глюкоза С₆Н₁₂О₆, которая и является первым питательным веществом во всех пищевых цепочках Земли.

Заключение

Хлоропласты — устройство для сбора солнечной энергии возрастом 3 миллиарда лет. Эта микроскопическая солнечная батарея дает жизнь лесам, полям, планктону морей, а также животным включая нас с вами.

Биосфера, работающая на солнечной энергии, собирает и обрабатывает в 6 раз больше энергии, чем вся человеческая цивилизация. Сейчас мы понимаем, как фотосинтез работает на химическом уровне. Мы способны повторить этот процесс лабораторных условиях, но у нас это получается хуже, чем у растений. Неудивительно, ведь природа занималась этим миллиарды лет, а мы только что начали. Но если бы мы смогли раскрыть тайны фотосинтеза, все источники энергии, от которых мы зависим сегодня — уголь, нефть, природный газ ушли в прошлое. Фотосинтез — идеальная экологическая энергия, она не загрязняет воздух, не даёт выбросов углерода. Искусственный фотосинтез в достаточно больших масштабах позволил бы снизить парниковый эффект, ведущий к опасному изменению климата …

Ежегодно леса, находящиеся на территории объектов Всемирного наследия, поглощают 190 млн т углекислого газа, подсчитали эксперты ЮНЕСКО. Однако порядка 4% заповедников оказались нетто-загрязнителями воздуха

Что происходит

Эксперты ЮНЕСКО, Института мировых природных ресурсов (WRI) и Международного союза охраны природы (МСОП) впервые оценили уровни поглощения и выброса углекислого газа в лесах на объектах Всемирного наследия с 2001 по 2020 год. Выяснилось, что ежегодно эти территории поглощают в среднем около 190 млн т СО₂.
В рамках исследования были объединены спутниковые данные с данными мониторинга на 257 отдельных лесных участках площадью около 69 млн га.
Общий объем накопления углерода этими лесами составил около 13 млрд т, — если весь этот углерод будет выброшен в атмосферу в виде углекислого газа, это будет сопоставимо с одной третью от общего годового объема выбросов человечества.
Треть совокупного объема улавливания углерода за последние 20 лет пришлась на пять заповедников: Дикую природу Тасмании (Австралия), Те-Вахипоунаму (Новая Зеландия), Центральный заповедник Амазонки (Бразилия), Национый парк Салонга (Демократическая Республика Конго) и Парки Канадских скалистых гор (Канада).
Тем не менее, выводы, сделанные на основе данных по десяти из 257 лесов вызывают беспокойство, — на их территории объем выбросов СО₂ за последние 20 лет превысил объем его поглощения, в первую очередь в связи с деятельностью человека, масштабных лесных пожаров, а также других экстремальных погодных условий.
Эксперты ЮНЕСКО призывают национальные правительства обеспечить более эффективное управление объектов Всемирного наследия и окружающих их ландшафтов, чтобы лесные участки и впредь смогли выполнять свою важную экологическую функцию поглотителя и хранилища углерода.

Что это значит

По оценкам ООН, леса покрывают 31% площади Земли и представляют собой богатые биологическим разнообразием экосистемы, которые играют важную роль в углеродном цикле планеты, поглощая углекислый газ из атмосферы. Несмотря на то, что леса в целом являются мощными чистыми поглотителями углерода, некоторые из них в связи с факторами антропогенного характера превратились в источники выбросов СО₂, даже несмотря на статус заповедной территории.

Стоит отметить, что лесной покров Земли не охраняется должным образом, — на международной повестке дня до сих пор стоит проблема вырубки леса, в том числе под предлогом так называемых санитарных рубок. Кроме того, неэффективные действия правительства по защите заповедных территорий привели к тому, что заповедные тропические леса Амазонии продавались на маркетплейсе Facebook и, вероятно, на других торговых площадках и оффлайн.

Однако проблема давно вышла за рамки сокращения лесного покрова: уже сейчас десять лесных территорий являются источниками выбросов СО₂, нарушая углеродный баланс планеты, а в случае отсутствия эффективных мер для управления заповедными лесами их число может увеличиться, тем самым усугубив последствия климатических изменений.

Согласно новой карте потоков углерода в лесах планеты, с 2001 по 2019 годы эти биомы ежегодно выбрасывали в атмосферу 8,1±2,5 миллиардов тонн парниковых газов и поглощали 15,6±49 миллиардов тонн, являясь местом поглощения и консервации углерода атмосферы. При этом уже в четырех странах (Индонезии, Малайзии, Камбодже и Лаосе) ежегодная эмиссия углекислого газа превосходит его поглощение.Статья опубликована в журнале Nature Climate Change.

Смягчить последствия антропогенного изменения климата невозможно без участия лесных массивов, поглощающих углекислый газ по всей планете. На текущий момент оценить их эффективность в рамках глобальных климатических моделей сложно: в каждом регионе баланс между поглощением и эмиссией углерода в лесах меняется в зависимости от межгодовой изменчивости, пожаров и природоохранной политики.

Ученые под руководством Нэнси Харрис (Nancy L. Harris) из Института мировых природных ресурсов в Вашингтоне создали карту углеродных потоков из лесов, которые наблюдались на планете с 2001 по 2019 годы. Для этого они использовали данные спутниковых наблюдений, баз FAOSTAT и Global Forest Watch, национальные кадастровые отчеты и карты, а также методики Межправительственной группы экспертов по изменению климата, разработанные для расчета выбросов в секторах сельского и лесного землепользования.

a — валовые годовые выбросы парниковых газов; b — валовое годовое поглощение парниковых газов; c — чистый годовой поток парниковых газов. Значения в легенде отражают среднегодовой поток парниковых газов.

В такую цифру эксперты оценили удерживающую способность российских лесов.

фото: canva

Накопленные лесами выбросы углекислого газа в разных частях страны были изучены экспертами. На сегодняшний день больше всего эмиссий смогли уловить сибирские леса на территории Красноярского края и Иркутской области. Всего в их запасах порядка 13 миллиардов тонн углекислого газа.

Второе место занимают массивы в российской части Дальнего Востока (10 миллиардов тонн), третье — леса Северо-Западного федерального округа (5 миллиардов тонн).

Лиственные породы, по словам аналитиков, лучше всего справляются со сдерживанием парниковых газов.

Самым мощным поглотителем оказалась осина, следом за ней идут береза и дуб. На эти виды деревьев приходится около 30 процентов лесного фонда России.

Напомним, что только этим летом выбросы от сибирских лесных пожаров составили 800 миллионов тонн CO2. Это абсолютный рекорд, — прошлым летом российские леса выбросили 540 миллионов тонн углерода.

Читайте также: