На суше и на море - 1974

В действительности способность океана поглощать из атмосферы избыточную углекислоту еще выше. Говоря о растворении газов, мы невольно уподобляли океан стакану с водой. Более правильно сравнить с бассейном, который имеет входы и выходы. Этот бассейн соединен с атмосферным резервуаром углекислоты по принципу сообщающихся сосудов, причем первый из этих сосудов в сто раз больше, чем второй. Через один из входов в бассейн, как показано на рисунке, происходит обмен углекислым газом между океаном и атмосферой, причем преимущественно поступление его в океан, а через другой — обмен (преимущественно отвод) благодаря химическим и биохимическим реакциям в океане. Химический канал такой транспортировки углекислого газа представляет собой систему последовательных обратимых (как и процесс растворения) реакций, включающих распад угольной кислоты на ионы водорода и бикарбонатионы (НСО^-₃), а последних — снова на ионы водорода и карбонат-ионы (СО^2-₃). Ионы СО^2-₃ связываются ионами кальция в нерастворимый СаС0₃, оседающий на дно океана и образующий известковые породы.

Благодаря осаждению СаС0₃ на протяжении миллионов лет осуществляется перекачивание СО₂ из океана и через океан из атмосферы в донные отложения — известняк. За историю Земли его отложилось в десять тысяч раз больше, чем сейчас СО₂ в атмосфере. Такое же направление потока и биологического канала транспортировки СО₂. Фотосинтезирующие организмы потребляют углекислоту, создавая органическое вещество, которое включается через пищевые блоки в биомассу всех организмов океана, заключающую в себе 3х10¹⁰ т СО₂. Отмершие организмы, или, как их называют океанологи, детрит, оседают на дно океана, превращаясь со временем в ископаемый уголь и нефть. Количество этих ископаемых в тысячу раз больше содержания в атмосфере углекислого газа, из которого они в конечном счете образовались. Интенсивность биологического потока, выводящего углекислый газ из атмосферы и в значительной степени из круговорота его в природе вообще, очень велика: за 300–400 лет (ничтожный срок в геологических масштабах!) организмы потребляют такое же количество углекислоты, какое содержится во всей атмосфере.

Оба потока, регулирующие кон-цен грацию СО₂, составляют равновесную систему и состоят из последовательных звеньев, содержащих различные химические формы углерода. Нельзя изменить концентрацию углерода ни в одном звене без того, чтобы не вызвать ее изменений во всех остальных звеньях, что приводит к новому состоянию равновесия.

Проследим за этой взаимосвязью в биологическом потоке. Если концентрация СО₂ в атмосфере повысится, значительная часть углекислого газа поглотится по закону Генри морской водой. Но из-за повышения концентрации углекислого газа в морской воде возрастет его потребление организмами, а так как должно соблюдаться равновесное соотношение СО₂ в океане и атмосфере, то океан поглотит дополнительное количество углекислого газа и т. д. Эта волна интенсификации потока пройдет до самого конца цепочки — до увеличения количества отмерших организмов (детрита), попадающих за год на дно океана: равновесная система реагирует на внешнее изменение так, чтобы ослабить проявление этого изменения.

Для наглядного представления о природной системе автоматического регулирования вернемся к рисунку с сообщающимися сосудами. Стрелками, устремленными к крану, отмечены процессы, приводящие к поступлению СО₂ в атмосферу. Это вулканическая деятельность, химическое и биологическое окисление содержащих углерод веществ в природных условиях, наконец, работа промышленных предприятий.

Все, что показано на рисунке, можно построить в виде модели, в которой запасы и потоки углерода или углекислого газа будут заменены объемами и потоками воды. Такие модели называют гидродинамическими. До последнего времени их успешно использовали в научных исследованиях и технических расчетах, пока на сцепе не появились быстродействующие электронно-вычислительные машины. Но гидродинамические модели помогают наглядно представить сложные процессы. Сейчас такая модель нам пригодится, чтобы выяснить, почему океан регулирует содержание СО₂ в атмосфере, хотя существует и обратное влияние атмосферы на содержание углекислоты в океане.