Poluarea atmosferica si ciclurile biogeochimice

Cantitatile mari de CO si CO₂ emise in atmosfera prin arderea combustibililor fosili perturba considerabil ciclul biogeochimic al carbonului in natura.

Cantitatea totala de CO₂ de origine industriala emisa in atmosfera este egala cu intreaga cantitate de CO₂ produs de toate autotrofele din biosfera sau cu CO₂ produs prin respiratia tuturor vietuitoarelor si a celui eliminat prin fermentatii.

Studiul concentratiei gazelor carbonice din atmosfera din ultima suta de ani a aratat ca ritmul de crestere a concentratiei de CO₂ a fost de 1,5 ppm/an. Daca in 1900 concentratia de CO₂ in atmosfera era de 270 ppm, in 1954 ajungea la 312 ppm iar actualmente la circa 354 ppm.

Ciclul carbonului in natura este reglat de doua categorii de factori antagonici. Pe de o parte respiratia vietuitoarelor, fermentatia substantelor organice si vulcanismul duc la cresterea cantitatii de CO₂, iar pe de alta parte fotosinteza si dizolvarea in apa si sedimentele Oceanului Planetar determina scaderea concentratiei de CO₂.

Cea mai mare parte a rezervelor de carbon din natura se gasesc sub forma de carbon mineral fixat in sedimentele de pe fundul Oceanului Planetar. O alta parte se gaseste sub forma de CO₂ dizolvat in apele profundale ale hidrosferei si in substanta organica dizolvata sau aflata in suspensie in apa. In apele de suprafata ale Oceanului Planetar carbonul mineral mai este prezent sub forma de carbonati si bicarbonati( Woodwell,1978 si Bolin,1983).

In mediul terestru exista un echilibru intre cantitatea de CO₂ absorbita si cea eliminata de organismele din biosfera, in timp ce in mediul acvatic intervin si fenomene de dizolvare si sedimentare a carbonului, ceea ce face ca in Oceanul Planetar circuitul carbonului sa aiba un caracter autonom.

Din atmosfera, bioxidul de carbon trece prin difuzie in apa unde se dizolva. Fitoplanctonul utilizeaza CO₂ in producerea de biomasa vegetala si elimina in apa oxigen. Zooplanctonul si nectonul utilizeaza carbonul fixat de autotrofe sub forma de substanta organica, dar si oxigenul produs de acestea si elimina prin respiratie CO₂. Bacterioplanctonul si bacteriotentosul actioneaza asupra substantelor organice din biomasa vegetala si animala si prin procese de fermentatie produc si CO₂, care inlocuieste bioxidul de carbon consumat de autotrofe. O mica parte din substanta organica stocata in biomasa vegetala si animala se sedimenteaza in gropile oceanice iar carbonul se fosilizeaza.

Exista un schimb permanent de bioxid de carbon intre atmosfera si hidrosfera, estimat la 385 miliarde tone pe an, care este controlat de un sistem enzimatic de tipul anhidrazei carbonice, prezente in apa marilor. Din totalul de CO₂ emis in atmosfera prin diferite activitati umane circa o treime ramane in atmosfera sub diferite forme iar doua treimi se fixeaza in substanta organica prin fotosinteza sau se dizolva in Oceanul Planetar.

Prin deforestarile masive si prin arderea combustibililor fosili, omul pune in circulatie sub forma de CO₂ cantitati imense din carbonul stocat in biomasa padurilor si in substanta organica din solul acestora. Prin aceasta, omul perturba grav circuitul carbonului in atmosfera, cu atat mai mult cu cat stocul de carbon organic din mediul terestru este de circa doua ori mai mare decat cel din atmosfera, aflat sub forma de bioxid de carbon.

Stuiver (1984), studiind inelele de crestere de la Sequoia cu ajutorul izotopului C¹⁴, estimeaza ca intre 1600-1975 omul a eliminat in atmosfera circa 150 miliarde tone echivalent carbon de origine biologica (cea mai mare parte provenind din distrugerea padurilor) si 78 miliarde tone echivalent carbon de origine industriala.

In aceste conditii de crestere continua a concentratiei gazelor carbonice in atmosfera, mecanismele homeostazice care mentineau concentratia CO₂ relativ constanta in atmosfera sunt blocate, concentratia gazului creste si se intensifica efectul de sera, cu consecinte catastrofale asupra zonelor litorale si deltaice.

Ciclul oxigenului in natura nu este perturbat direct de om prin procesul de poluare a atmosferei. Exista un echilibru riguros intre oxigenul produs de autotrofe prin fotosinteza si oxigenul consumat de vietuitoare prin respiratie sau pentru descompunerea substantelor organice. De fapt, se produce mai mult oxigen decat se consuma. Excesul de oxigen este consumat pentru oxidarea CO la CO₂ sau pentru oxidarea compusilor de fier si sulf in diferite procese biochimice.

Temerea ca arderea accelerata a combustibililor fosili ar provoca reducerea semnificativa a concentratiei oxigenului atmosferic a fost infirmata. S-a calculat ca arderea in totalitate a rezervelor de gaze naturale, carbune si petrol, tehnic recuperabile la ora actuala, nu ar determina decat o scadere nesemnificativa a concentratiei oxigenului atmosferic de la 20,95% la 20,80%.

Si in mediul acvatic cantitatile de oxigen sunt suficiente hidrobiontilor. Daca omul ar arunca in Oceanul Planetar intreaga biomasa produsa anual de toate organismele autotrofe din biosfera, ar trebui cel putin 50 de ani sa fie consumat tot oxigenul din apele marine.

Prin urmare, concentratia de oxigen din atmosfera este practic nelimitata in raport cu nevoile umane. Singura perturbare majora a concentratiei oxigenului atmosferic, datorate omului, este legata de ciclul ozonului.

Actiunea omului asupra ciclului azotului este complexa dar fara ca acesta sa fie factorul perturbator principal. Ciclul azotului in natura este influentat de functionarea motoarelor cu ardere interna (un automobil degaja in medie cca. 60 kg de oxizi de azot pe an), precum si de arderea combustibililor fosili din care rezulta milioane de tone de oxizi de azot pe an.

Ciclul sulfului in natura este perturbat de activitati antropice cat si de procese naturale. Din diferite activitati antropice rezulta cantitati insemnate de sulf si substante volatile cu sulf (H₂S), care ajung in atmosfera, se oxideaza si ajung pe pamant odata cu precipitatiile sub forma de sulfat de amoniu si acid sulfuric.

Eruptiile vulcanice arunca in atmosfera cantitati mari de gaze sulfuroase, iar magma vulcanica ce ajunge in apa marilor ii sporeste concentratia de sulf.

Atat in mediul marin cat si in cel terestru, substantele organice cu sulf sunt descompuse in aminoacizi esentiali cu sulf (metionina si cistina), cu rol fundamental in sinteza proteinelor. In soluri reducatoare, precum si in ape si maluri sarace in oxigen, are loc o descompunere anaeroba a substantelor organice sub actiunea unor ciuperci si bacterii, proces din care rezulta si H₂S. Din acesta, o parte se degaja in atmosfera, iar o alta parte este fixat sub forma de sulfura de fier.

O parte a compusilor de sulf ce ajung in troposfera, in prezenta vaporilor de apa, formeaza H₂SO₄, care revine pe pamant odata cu precipitatiile sub forma ploilor acide. Ploile acide scad productivitatea solurilor, duc la degenerarea padurilor si scad productivitatea apelor interioare.