Главная > Разное > Эволюция атмосферы, биосферы и климата
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

5. Круговорот углерода и кислорода

Рассмотрим сначала частную проблему круговорота углерода и кислорода. Введем обозначения:

- масса свободного атмосферного кислорода;

— общая масса углекислоты в атмосфере и в океане;

- общая масса кислорода и углерода в растениях;

— их общая масса в животных;

- их общая масса в остатках растений и животных, рассеянных в земной коре.

Отношения между этими переменными можно выразить схемой, изображенной на рис. 1, и следующими дифференциальными уравнениями;

Структура этих уравнений чрезвычайно проста, каждый член соответствует одной из стрелок на рис. 1.

Рис. 1.

Согласно уравнению (1) атмосферный кислород расходуется на дыхание животных и дыхание растений и освобождается в процессе питания растений Уравнение (2) показывает, что атмосфера получает углерод, освобожденный растениями и животными в процессе дыхания и разложения живой материи и что растения усваивают углекислый газ Для простоты полагается, что интенсивность этих процессов не зависит от содержания в атмосфере рассматриваемых газов — гипотеза, конечно, неверная, когда речь идет о геологических периодах, но приемлемая для рассматриваемых

интервалов бремени. Кроме, того, пока опущены все остальные источники и стоки вулканизм, промышленность, эрозия и т. д. В уравнении (3) члены описывают соответственно усвоение и отдачу газов животными в атмосферу; член отражает тот факт, что животные питаются растениями, причем этот процесс описывается в соответствии с так называемым «принципом ветрен» между поедающими и поедаемыми; член азъи описывает обогащение почвы в результате разложения трупов животных. Что касается структуры, то уравнения (4) и (5) не отличаются от предыдущих.

Через у обозначена общая масса как находящегося в свободном виде в атмосфере, так и растворенного в океане. Вторая часть в 30—40 раз больше первой и составляет своего рода резерв, восстанавливающий равновесие всякий раз, когда первая испытывает изменения. Легко понять, что этот механизм гарантирует известную устойчивость коэффициентов по сравнению с коэффициентами . Именно по этой причине мы не принимаем во внимание реакцию организмов на изменение парциального давления углекислого газа в атмосфере.

Что касается коэффициентов в уравнении для атмосферного кислорода, то они не так стабильны и могут зависеть от парциального давления 02. Однако масса атмосферного кислорода достаточно велика и влиянием ее изменений за не слишком большие промежутки времени можно пренебречь. Следовательно., гипотеза о постоянстве коэффициентов, упрощая уравнения, качественно не слишком сильно влияет на их решения. Допускаемые ошибки могли бы оказаться существенными, если бы нас интересовали численные результаты. Однако при низкой точности данных, которыми мы можем располагать, доводить изучение проблемы до численных, оценок было бы самообманом. Мы будем придавать значение лишь общему анализу уравнений, остающемуся неизменным при варьировании коэффициентов в широких пределах.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление