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.
После тою как в сосудах установилось равновесие, добавим в сосуд «атмосфера») столько же воды, сколько там ее было. Если говорить о природных условиях, пусть это будет экстремальный случай — катастрофически мощный выброс в атмосферу СО2 при извержении гигантского вулкана. Как ответит модель на такое мощное однократное возмущение? Из сосуда «атмосфера» избыток воды начнет поступать в сосуд «океан». Скорость перетекания зависит от разности уровней воды в сосудах и сечения трубки, соединяющей сосуды. Через некоторое время уровень воды в сосуде «атмосфера» заметно понизится, но, поскольку в сосуде «океан» воды в сто раз больше, мы почти не заметим повышения уровня в сосуде «океан». Но скорость перетекания воды тем больше, чем выше уровень воды в сосуде. Поэтому даже это незаметное для глаза повышение уровня воды в сосуде «океан» приведет к ускорению оттока воды из него через каналы, связанные с фотосинтезом и отложением известняка. Со временем, несмотря на вызванное нами мощное возмущение, уровни воды в сосудах «атмосфера» и «океан» займут то же самое положение, что и раньше. Если, наоборот, мы отчерпнем из сосуда «атмосфера» какое-то количество воды, все повторится, но в обратной последовательности. Результат окажется тот же. Эту способность возвращаться в исходное стационарное состояние после любого однократного возмущения называют эквифинальностью («экви» — одинаковый, «финал» — конец). По принципу эквифинальности происходит саморегуляция всех систем, открытых для обмена с окружающей средой. В этом отношении океан напоминает живую клетку.