ВЪГЛЕРОДЕН ЦИКЪЛ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЕТАПИ, ЗНАЧЕНИЕ - ОКОЛЕН СВЯТ - 2025

В въглероден цикъл е процес на разпространение на този химичен елемент на въздух, вода, почва и живи същества. Това е газогеогеохимичен цикъл и най-изобилната форма на въглерод в атмосферата е въглеродният диоксид (CO2).

Най-големите запаси от въглерод са в океаните, изкопаемите горива, органичните вещества и утаените скали. По същия начин той е от съществено значение в телесната структура на живите организми и постъпва в трофичните вериги като CO2 чрез фотосинтеза.

Фотосинтезаторите (растения, фитопланктон и цианобактерии) абсорбират въглерод от атмосферния CO2, а след това тревопасните го поемат от тези организми. Те се консумират от месоядни и накрая всички мъртви организми се обработват от разлагачи.

Освен атмосферата и живите същества, въглеродът се намира в почвата (едафосфера) и във водата (хидросфера). В океаните фитопланктонът, макроводораслите и водните покритосеменни организми приемат разтворения във водата CO2 за извършване на фотосинтеза.

Илюстрация на въглеродния цикъл

CO2 се реинтегрира в атмосферата или водата чрез дишането съответно на земни и водни живи същества. След като живите същества са мъртви, въглеродът се реинтегрира във физическата среда като CO2 или като част от утаени скали, въглища или нефт.

Въглеродният цикъл е много важен, тъй като той изпълнява различни функции, като например да бъде част от живи същества, помага да се регулира планетарната температура и киселинността на водата. По същия начин той допринася за ерозивните процеси на утаените скали и служи като източник на енергия за човека.

характеристики

въглероден

Този елемент е на шесто място по изобилие във Вселената и неговата структура му позволява да образува връзки с други елементи като кислород и водород. Той се формира от четири електрона (четиривалентни), които образуват ковалентни химични връзки, способни да съставят полимери със сложни структурни форми.

Атмосферата

Въглеродът се намира в атмосферата главно като въглероден диоксид (CO2) в съотношение 0,04% от състава на въздуха. Въпреки че концентрацията на атмосферния въглерод се е променила съществено през последните 170 години поради индустриалното развитие на човека.

Преди индустриалния период концентрацията варира от 180 до 280 ppm (части на милион), а днес тя надхвърля 400 ppm. Освен това има метан (СН4) в много по-малка пропорция и въглероден оксид (СО) в малки следи.

CO2 и метан (CH4)

Тези газове на базата на въглерод имат свойството да абсорбират и излъчват дълговълнова енергия (топлина). Поради тази причина присъствието му в атмосферата регулира планетарната температура, като предотвратява изтичането в космоса на излъчваната от Земята топлина.

От тези два газова метан улавя повече топлина, но най-определящата роля има CO2, поради относителното му изобилие.

Биологичният свят

По-голямата част от структурата на живите организми се състои от въглерод, необходим за образуването на протеини, въглехидрати, мазнини и витамини.

Литосферата

Въглеродът е част от органичната материя и въздуха в почвата, намира се и в елементарна форма като въглерод, графит и диамант. По същия начин тя е основна част от въглеводородите (нефт, битуми), намиращи се в дълбоки находища.

Образуване на въглерод

Тъй като растителността умира в езерни басейни, блата или плитки морета, растителните остатъци се натрупват в слоеве, покрити с вода. След това се генерира бавен процес на анаеробно разлагане, причинен от бактерии.

Утайките покриват слоевете разлагащ се органичен материал, който преминава през прогресивен процес на обогатяване на въглерода в продължение на милиони години. Това преминава през стадий на торф (50% въглерод), лигнит (55-75%), въглища (75-90%) и накрая антрацит (90% или повече).

Образуване на нефт

Започва с бавно аеробно разлагане, след това има анаеробна фаза, с останки от планктон, животни и морски или езерни растения. Тази органична материя е погребана от утаечни слоеве и е подложена на високи температури и налягане вътре в Земята.

Въпреки това, като се има предвид по-ниската му плътност, маслото се издига през порите на утаените скали. В крайна сметка той или се хваща в капан в непромокаеми области, или образува плитки битуминозни огнища.

Хидросферата

Хидросферата поддържа газообразен обмен с атмосферата, особено кислород и въглерод под формата на CO2 (разтворим във вода). Въглеродът се намира във водата, особено в океаните, главно под формата на бикарбонатни йони.

Бикарбонатните йони играят важна роля за регулиране на pH на морската среда. От друга страна, на морското дъно има големи количества метан, хванат като хидрат на метан.

Киселинен дъжд

Въглеродът също прониква между газообразната среда и течността, когато CO2 реагира с атмосферната водна пара и образува H2CO3. Тази киселина се утаява с дъждовна вода и подкислява почвите и водите.

Етапи на въглеродния цикъл

Улавяне и съхранение на въглерод. Източник: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin и Jamie Paynederivative work: Jarl Arntzen (беседа) производна работа: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Както всеки биогеохимичен цикъл, въглеродният цикъл е сложен процес, съставен от мрежа от взаимоотношения. Разделянето им на определени етапи е само средство за техния анализ и разбиране.

- Геологически етап

Билети

Въвеждането на въглерод в този етап идва в по-малка степен от атмосферата, чрез киселинен дъжд и въздух, филтриран до земята. Основният принос обаче е приносът на живите организми, както чрез екскрементите им, така и от техните тела, когато умрат.

Съхранение и обращение

На този етап въгленът се съхранява и се движи в дълбоки слоеве на литосферата като въглища, нефт, газ, графит и диаманти. Той също така е част от карбонатни скали, хванат в вечна замръзване (замръзнал почвен слой в полярни ширини) и се разтваря във водата и въздуха на почвените пори.

В динамиката на тектониката на плочите въглеродът достига и до по-дълбоките слоеве на мантията и е част от магмата.

Заминаване

Действието на дъжда върху варовити скали ги ерозира и калцият се отделя заедно с други елементи. Калцият от ерозията на тези карбонатни скали се измива в реките и оттам до океаните.

По същия начин CO ₂ се отделя при размразяване на вечна замръзване или при прекомерно оран на почвата. Основната продукция обаче се задвижва от човека чрез извличане на въглища, нефт и газ от литосферата, за да ги изгори като гориво.

Човешката дейност, основана на консумацията на въглеводороди, отделя въглерод в атмосферата

- Хидрологичен стадий

Билети

Атмосферният CO _2, когато влезе в контакт с водната повърхност, се разтваря, образувайки въглеродна киселина, а метанът навлиза в литосферата от морското дъно, както беше открито в Арктика. В допълнение, HCO ₃ йони навлизат в реки и океани поради ерозията на карбонатните скали в литосферата и измиването на почвата.

Когато вали, водата носи въглерод под формата на въглероден диоксид от атмосферата и от скалите. При достигане на океана, коралите, планктонът и други водни животни го използват за отглеждане. Тези живи същества - корали, планктон и водни животни - умират и влизат въглерода в почвата

Съхранение и обращение

CO2 се разтваря във вода, образувайки въглеродна киселина (H2CO3), разтваряйки калциевия карбонат на черупките, образувайки калциево-карбонатен карбонат (Ca (HCO3) 2). Следователно въглеродът се намира и циркулира във вода главно като CO2, H2CO3 и Ca (HCO3) 2.

От друга страна, морските организми поддържат постоянен обмен на въглерод с тяхната водна среда чрез фотосинтеза и дишане. Също така, големите запаси от въглерод са под формата на метанови хидрати на морското дъно, замразени от ниски температури и високо налягане.

Заминаване

Океанът обменя газове с атмосферата, включително CO2 и метан, а част от последния се отделя в атмосферата. Наскоро бе установено увеличение на изтичането на океан от метан на дълбочина под 400 м, като край бреговете на Норвегия.

Увеличаването на глобалната температура е нагряването на водата на дълбочина не по-голяма от 400 м и освобождаването на тези метанови хидрати. Подобен процес се случи в плейстоцена, отделяйки големи количества метан, затопляйки Земята повече и причинявайки края на ледниковата ера.

- Атмосферна фаза

Билети

Въглеродът влиза в атмосферата от дишането на живите същества и от бактериалната метаногенна активност. По същия начин, поради растителните пожари (биосфера), обмен с хидросферата, изгаряне на изкопаеми горива, вулканична активност и изпускане от земята (геоложки).

Изпускане на геологичен въглерод в атмосферата от изригващ вулкан. Автор: Ciencia1.com

Съхранение и обращение

В атмосферата въглеродът е главно в газообразна форма като CO2, метан (CH4) и въглероден оксид (CO). По подобен начин можете да намерите въглеродни частици, суспендирани във въздуха.

Заминаване

Основните изходи на въглерод от атмосферния етап са CO2, който се разтваря в океанската вода и този, използван при фотосинтезата.

- Биологичен етап

Билети

Въглеродът навлиза в биологичния стадий като CO2 чрез процеса на фотосинтеза, осъществяван от растения и фотосинтетични бактерии. По същия начин, Ca2 + и HCO3- йони, които достигат до морето чрез ерозия и се използват от различни организми при производството на черупки.

Растенията и микроорганизмите абсорбират въглеродния диоксид от атмосферата и го превръщат в кислород и енергия чрез фотосинтеза

Съхранение и обращение

Всяка клетка и следователно телата на живите същества са съставени от висок дял въглерод, съставляващ протеини, въглехидрати и мазнини. Този органичен въглерод циркулира през биосферата през трофични мрежи от първични производители.

Ангиоспермите, папратите, черния дроб, мъховете, водораслите и цианобактериите го включват чрез фотосинтеза. Тогава тези организми се консумират от тревопасните, които ще бъдат храна за месоядните животни.

Растителноядните животни консумират растения и отделят въглероден диоксид в атмосферата. Когато тези животни умрат, те реинтегрират въглерода в почвата. Същото се случва с корали и планктон на океанското дъно

Заминаване

Основното изтичане на въглерод от този етап към другите в въглеродния цикъл е смъртта на живите същества, които го реинтегрират в почвата, водата и атмосферата. Масова и драстична форма на смърт и изпускане на въглерод са горските пожари, които произвеждат големи количества CO2.

От друга страна, най-важният източник на метан в атмосферата са газовете, изхвърляни от добитъка при храносмилателните им процеси. По същия начин активността на метаногенните анаеробни бактерии, разлагащи органичната материя в блата и оризови култури, е източник на метан.

важност

Въглеродният цикъл е важен поради съответните функции, които този елемент изпълнява на планетата Земя. Балансираната му циркулация позволява да се регулират всички тези релевантни функции за поддържане на планетарните условия като функция на живота.

При живите същества

Въглеродът е основният елемент в структурата на клетките, тъй като е част от въглехидрати, протеини и мазнини. Този елемент е в основата на цялата химия на живота, от ДНК до клетъчни мембрани и органели, тъкани и органи.

Регулирането на земната температура

CO2 е основният парников газ, който позволява поддържането на подходяща температура за живот на Земята. Без атмосферни газове, като CO2, водна пара и други, топлината, отделяна от Земята, напълно би избягала в космоса, а планетата ще бъде замръзнала маса.

Глобално затопляне

От друга страна, излишъкът от CO2, отделян в атмосферата, като този, причинен в момента от хората, нарушава естествения баланс. Това кара планетата да се прегрява, което променя глобалния климат и влияе негативно на биоразнообразието.

Регулация на океанското pH

Разтвореният във вода CO2 и метан са част от сложния механизъм за регулиране на pH на водата в океаните. Колкото по-високо е съдържанието на тези газове във водата, pH става по-кисел, което е отрицателно за водния живот.

Източник на захранване

Въглищата са важна част от изкопаемите горива, както минерални въглища, нефт и природен газ. Въпреки че използването му е поставено под въпрос поради отрицателните въздействия върху околната среда, които произвежда, като глобално прегряване и отделяне на тежки метали.

Икономическа стойност

Въглищата са минерал, който генерира източници на работа и икономически печалби за използването му като гориво, а икономическото развитие на човечеството се основава на използването на тази суровина. От друга страна, в кристализираната си форма на диамант, много по-рядко, той има голяма икономическа стойност за използването му като скъпоценен камък.

Препратки

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Енциклопедия по екология и управление на околната среда.
2. Christopher R. and Fielding, CR (1993). Преглед на последните изследвания във флуиалната седиментология. Седиментарна геология.
3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA и Castro-Romero, T. Биогеохимични цикли. Глава 7. Мексикански доклад за изменението на климата, I група, Научни бази. Модели и моделиране.
4. Margalef, R. (1974). Екология. Омега издания.
5. Милър, Г. и TYLER, JR (1992). Екология и околна среда. Grupo Редакция Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP и Warrett, GW (2006). Основи на екологията. Пето издание. Thomson.