УГЛЕРОДНЫЙ ЦИКЛ: ХАРАКТЕРИСТИКА, ЭТАПЫ, ЗНАЧЕНИЕ - ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА - 2025

Круговорот углерода - это процесс циркуляции этого химического элемента в воздухе, воде, почве и живых существах. Это биогеохимический цикл газового типа, и наиболее распространенной формой углерода в атмосфере является диоксид углерода (CO2).

Самые большие запасы углерода находятся в океанах, ископаемом топливе, органическом веществе и осадочных породах. Точно так же он важен в структуре тела живых организмов и попадает в трофические цепи в виде СО2 посредством фотосинтеза.

Фотосинтезаторы (растения, фитопланктон и цианобактерии) поглощают углерод из атмосферного CO2, а затем травоядные животные забирают его у этих организмов. Они потребляются плотоядными животными, и, наконец, все мертвые организмы обрабатываются разложителями.

Помимо атмосферы и живых существ, углерод содержится в почве (эдафосфере) и воде (гидросфера). В океанах фитопланктон, макроводоросли и водные покрытосеменные используют растворенный в воде СО2 для осуществления фотосинтеза.

Иллюстрация углеродного цикла

CO2 реинтегрируется в атмосферу или воду через дыхание наземных и водных живых существ соответственно. Когда живые существа умирают, углерод возвращается в физическую среду в виде СО2 или в составе осадочных пород, угля или нефти.

Круговорот углерода очень важен, потому что он выполняет различные функции, например, является частью живых существ, помогая регулировать планетарную температуру и кислотность воды. Точно так же он способствует эрозионным процессам осадочных пород и служит источником энергии для человека.

характеристики

углерод

Этот элемент занимает шестое место во Вселенной по распространенности, а его структура позволяет ему образовывать связи с другими элементами, такими как кислород и водород. Он образован четырьмя электронами (четырехвалентными), которые образуют ковалентные химические связи, способные образовывать полимеры со сложными структурными формами.

Атмосфера

Углерод содержится в атмосфере в основном в виде двуокиси углерода (CO2) в количестве 0,04% от состава воздуха. Хотя концентрация атмосферного углерода существенно изменилась за последние 170 лет из-за промышленного развития человека.

До индустриального периода концентрация составляла от 180 до 280 ppm (частей на миллион), а сегодня она превышает 400 ppm. Кроме того, существует гораздо меньшая доля метана (CH4) и небольшого количества окиси углерода (CO).

CO2 и метан (CH4)

Эти газы на основе углерода обладают свойством поглощать и излучать длинноволновую энергию (тепло). По этой причине его присутствие в атмосфере регулирует планетарную температуру, предотвращая утечку в космос тепла, излучаемого Землей.

Из этих двух газов метан улавливает больше тепла, но CO2 играет наиболее определяющую роль из-за его относительного содержания.

Биологический мир

Большая часть структуры живых организмов состоит из углерода, необходимого для образования белков, углеводов, жиров и витаминов.

Литосфера

Углерод является частью органического вещества и воздуха в почве, он также находится в элементарной форме, такой как углерод, графит и алмаз. Точно так же это основная часть углеводородов (нефти, битумов), обнаруженных в глубоких залежах.

Образование углерода

По мере того как растительность умирает в бассейнах озер, болотах или мелководных морях, растительные остатки накапливаются слоями, покрытыми водой. Затем возникает медленный анаэробный процесс разложения, вызываемый бактериями.

Осадки покрывают слои разлагающегося органического материала, который в течение миллионов лет подвергается прогрессивному процессу обогащения углеродом. Он проходит через стадию торфа (50% углерода), лигнита (55-75%), угля (75-90%) и, наконец, антрацита (90% или более).

Нефтяное образование

Он начинается с медленного аэробного разложения, затем следует анаэробная фаза, состоящая из остатков планктона, животных и морских или озерных растений. Это органическое вещество было погребено осадочными слоями и подвергалось воздействию высоких температур и давлений внутри Земли.

Однако, учитывая меньшую плотность, нефть поднимается через поры осадочных пород. В конце концов, он либо застревает в непроницаемых областях, либо образует неглубокие битуминозные обнажения.

Гидросфера

Гидросфера поддерживает газообмен с атмосферой, особенно кислород и углерод в форме СО2 (растворим в воде). Углерод содержится в воде, особенно в океанах, в основном в форме ионов бикарбоната.

Бикарбонат-ионы играют важную роль в регулировании pH морской среды. С другой стороны, на морском дне имеется большое количество метана, захваченного в виде гидратов метана.

Кислотный дождь

Углерод также проникает между газовой средой и жидкостью, когда CO2 реагирует с атмосферным водяным паром и образует H2CO3. Эта кислота выпадает в осадок с дождевой водой и подкисляет почвы и воды.

Этапы углеродного цикла

Улавливание и хранение углерода. Источник: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * ЛеДжин Хардин и Джейми Пейн производная работа: Jarl Arntzen (обсуждение) производная работа: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 )

Как и любой биогеохимический цикл, углеродный цикл представляет собой сложный процесс, состоящий из сети взаимосвязей. Их разделение на определенные этапы - лишь средство их анализа и понимания.

- Геологический этап

Билеты

Углерод на этой стадии в меньшей степени поступает из атмосферы в виде кислотных дождей и воздуха, отфильтрованного до земли. Однако основной вклад - это вклад живых организмов, как их экскрементов, так и их тел, когда они умирают.

Хранение и обращение

На этом этапе углерод накапливается и перемещается в глубокие слои литосферы, такие как уголь, нефть, газ, графит и алмазы. Он также является частью карбонатных пород, застрявших в вечной мерзлоте (слой мерзлого грунта в полярных широтах) и растворенных в воде и воздухе в порах почвы.

В динамике тектоники плит углерод также достигает более глубоких слоев мантии и является частью магмы.

Отправления

Действие дождя на известковые породы разрушает их, и вместе с другими элементами выделяется кальций. Кальций от эрозии этих карбонатных пород смывается в реки, а оттуда в океаны.

Точно так же CO ₂ выделяется при оттаивании вечной мерзлоты или при перепахивании почвы. Тем не менее, основная добыча обеспечивается человеком за счет добычи угля, нефти и газа из литосферы для сжигания их в качестве топлива.

Человеческая деятельность, основанная на потреблении углеводородов, выбрасывает углерод в атмосферу.

- Гидрологический этап

Билеты

Атмосферный CO _2, когда он вступает в контакт с поверхностью воды, растворяется с образованием угольной кислоты, и метан попадает в литосферу с морского дна, как это было обнаружено в Арктике. Кроме того, ионы HCO ₃ попадают в реки и океаны из-за эрозии карбонатных пород в литосфере и размыва почвы.

Когда идет дождь, вода уносит углерод в виде углекислого газа из атмосферы и горных пород. Достигнув океана, кораллы, планктон и другие водные животные используют его для роста. Эти живые существа - кораллы, планктон и водные животные - умирают и вносят углерод в почву.

Хранение и обращение

CO2 растворяется в воде, образуя угольную кислоту (H2CO3), растворяя карбонат кальция в оболочках, образуя карбонат кислоты кальция (Ca (HCO3) 2). Таким образом, углерод присутствует и циркулирует в воде в основном в виде CO2, H2CO3 и Ca (HCO3) 2.

С другой стороны, морские организмы поддерживают постоянный обмен углерода со своей водной средой посредством фотосинтеза и дыхания. Кроме того, большие запасы углерода находятся на морском дне в виде гидратов метана, замороженных низкими температурами и высокими давлениями.

Отправления

Океан обменивается с атмосферой газами, в том числе CO2 и метаном, и часть последнего выбрасывается в атмосферу. Недавно было обнаружено увеличение утечки метана из океанов на глубинах менее 400 м, например, у побережья Норвегии.

Повышение глобальной температуры нагревает воду на глубине не более 400 м и высвобождает эти гидраты метана. Подобный процесс произошел в плейстоцене, высвободив большое количество метана, еще больше нагрелив Землю и вызвав конец ледникового периода.

- Атмосферная сцена

Билеты

Углерод попадает в атмосферу в результате дыхания живых существ и метаногенной активности бактерий. Точно так же пожары растительности (биосфера), обмен с гидросферой, сжигание ископаемого топлива, вулканическая активность и выбросы из-под земли (геологические).

Выброс геологического углерода в атмосферу извергающимся вулканом. Автор: Ciencia1.com

Хранение и обращение

В атмосфере углерод находится в основном в газообразной форме, такой как CO2, метан (CH4) и окись углерода (CO). Точно так же вы можете найти частицы углерода, взвешенные в воздухе.

Отправления

Основные выбросы углерода на атмосферной стадии - это СО2, который растворяется в океанской воде и используется в фотосинтезе.

- Биологический этап

Билеты

Углерод входит в биологическую стадию в виде СО2 в процессе фотосинтеза, осуществляемого растениями и фотосинтезирующими бактериями. Точно так же ионы Ca2 + и HCO3-, которые достигают моря в результате эрозии и используются различными организмами при производстве раковин.

Растения и микроорганизмы поглощают углекислый газ из атмосферы и превращают его в кислород и энергию посредством фотосинтеза.

Хранение и обращение

Каждая клетка и, следовательно, тела живых существ состоят из большого количества углерода, составляющего белки, углеводы и жиры. Этот органический углерод циркулирует в биосфере через трофические сети первичных продуцентов.

Покрытосеменные, папоротники, печеночники, мхи, водоросли и цианобактерии включают его в процесс фотосинтеза. Затем эти организмы поедаются травоядными животными, которые станут пищей для плотоядных.

Травоядные животные потребляют растения и выделяют в атмосферу углекислый газ. Когда эти животные умирают, они реинтегрируют углерод в почву. То же самое происходит с кораллами и планктоном на дне океана.

Отправления

Основная утечка углерода на этой стадии в другие в углеродном цикле - это смерть живых существ, которая реинтегрирует его в почву, воду и атмосферу. Массовая и резкая форма смерти и выброса углерода - лесные пожары, которые производят большое количество CO2.

С другой стороны, наиболее важным источником метана в атмосферу являются газы, выделяемые домашним скотом в процессе их пищеварения. Точно так же деятельность метаногенных анаэробных бактерий, разлагающих органические вещества в болотах и ​​посевах риса, является источником метана.

значение

Углеродный цикл важен из-за соответствующих функций, которые этот элемент выполняет на планете Земля. Его сбалансированная циркуляция позволяет регулировать все эти важные функции для поддержания планетарных условий как функции жизни.

В живых существах

Углерод является основным элементом в структуре клеток, поскольку он входит в состав углеводов, белков и жиров. Этот элемент является основой всей химии жизни, от ДНК до клеточных мембран и органелл, тканей и органов.

Регулирование температуры земли

CO2 - основной парниковый газ, позволяющий поддерживать температуру, подходящую для жизни на Земле. Без атмосферных газов, таких как CO2, водяной пар и другие, тепло, излучаемое Землей, полностью улетучилось бы в космос, и планета была бы замороженной массой.

Глобальное потепление

С другой стороны, избыток CO2, выбрасываемый в атмосферу, например, вызванный в настоящее время людьми, нарушает естественный баланс. Это приводит к перегреву планеты, что изменяет глобальный климат и отрицательно сказывается на биоразнообразии.

Регулирование pH океана

CO2 и метан, растворенные в воде, являются частью сложного механизма регулирования pH воды в океанах. Чем выше содержание этих газов в воде, тем кислотнее становится pH, что отрицательно для водных организмов.

Источник питания

Уголь является важной частью ископаемого топлива, как минерального угля, так и нефти и природного газа. Хотя его использование ставится под сомнение из-за негативного воздействия на окружающую среду, которое он производит, например, глобального перегрева и выброса тяжелых металлов.

Экономическая ценность

Уголь - это минерал, который является источником работы и экономической прибыли для его использования в качестве топлива, и экономическое развитие человечества основано на использовании этого сырья. С другой стороны, в кристаллизованной форме алмаза, который встречается гораздо реже, он имеет большую экономическую ценность для использования в качестве драгоценного камня.

Ссылки

1. Калоу, П. (ред.) (1998). Энциклопедия экологии и природопользования.
2. Кристофер Р. и Филдинг, CR (1993). Обзор последних исследований в речной седиментологии. Осадочная геология.
3. Эспиноза-Фуэнтес, М. Де ла Л., Перальта-Росалес, О. А. и Кастро-Ромеро, Т. Биогеохимические циклы. Глава 7. Мексиканский доклад об изменении климата, группа I, научные основы. Модели и моделирование.
4. Маргалеф, Р. (1974). Экология. Издания Омега.
5. Миллер, Г. и ТАЙЛЕР, младший (1992). Экология и окружающая среда. Grupo Editor Iberoamérica SA de CV
6. Одум, EP и Уорретт, GW (2006). Основы экологии. Издание пятое. Thomson.