Характеристики циклу вуглецю, резервуари, компоненти, зміни



The циклу вуглецю це біогеохімічний процес, що описує потік вуглецю на Землі. Вона полягає в обміні вуглецю між різними резервуарами (атмосфера, біосфера, океани і геологічні опади), а також їх перетворення в різні молекулярні домовленості..

Вуглець є невід'ємним елементом життя живих істот. На Землі він присутній у простому вигляді, як вугілля або алмази, у вигляді неорганічних сполук, таких як діоксид вуглецю (СО).2) і метану (СН4), і як органічні сполуки, такі як біомаса (матеріал живих істот) і викопне паливо (нафта і природний газ).

Цикл вуглецю є одним з найскладніших біогеохімічних циклів і має найбільше значення через його наслідки для життя на планеті. Вона може бути розбита на два більш прості цикли, які взаємопов'язані.

Один передбачає швидкий обмін вуглецю, який відбувається між живими істотами і атмосферою, океанами і грунтом. Ще один опис довгострокових геологічних процесів.

У минулому столітті рівень CO2 атмосфери значно збільшилися завдяки використанню викопного палива для підтримки нестійкої економічної, соціальної та технологічної моделі, керованої промисловою революцією 19-го століття.

Цей дисбаланс у глобальному вуглецевому циклі призвів до змін у моделях температури та опадів, які виражаються сьогодні в тому, що ми знаємо як зміну клімату.

Індекс

  • 1 Загальна характеристика
  • 2 Вуглецеві резервуари
    • 2.1 Атмосфера
    • 2.2 Біосфера
    • 2.3 Підлоги
    • 2.4 Океани
    • 2.5 Геологічні опади
  • 3 Компоненти
    • 3.1 - Швидкий цикл
    • 3.2-Повільний цикл
  • 4 Зміни циклу вуглецю
    • 4.1 Атмосферні зміни
    • 4.2 Втрата органічної речовини
  • 5 Посилання

Загальна характеристика

Вуглець є неметалевим хімічним елементом. Ваш символ є C, атомний номер - 6, а атомна маса - 12,01. Вона має чотири електрона для утворення ковалентних хімічних зв'язків (чотиривалентний).

Це один з найпоширеніших елементів земної кори. Четвертий найбільш поширений елемент у Всесвіті, після водню, гелію і кисню, і другий найбільш поширений елемент у живих істотах, після кисню.

Вуглець має велике значення для життя. Це одна з основних складових амінокислот, які породжують білки і є важливою складовою ДНК всіх живих істот.

Разом з киснем і воднем він утворює велику різноманітність сполук, таких як жирні кислоти, складові всіх клітинних мембран.

Вуглецеві резервуари

Атмосфера

Атмосфера - це газоподібний шар, що оточує Землю. Він містить 0,001% глобального вуглецю, головним чином у вигляді вуглекислого газу (CO2) і метану (СН4).

Незважаючи на те, що він є одним з найнижчих резервуарів вуглецю на Землі, він бере участь у великій кількості біохімічних процесів. Вона є важливим резервуаром у забезпеченні життя на Землі.

Біосфера

Біосфера містить дві третини всього вуглецю Землі у вигляді біомаси (жива і мертва). Вуглець є важливою частиною структури та біохімічних процесів всіх живих клітин.

Ліси не тільки є резервуаром важливого вуглецю в біосфері, але деякі види були визнані як поглиначі, такі як помірний ліс..

Коли ліси знаходяться на початкових стадіях, вони приймають СО2 атмосфери і зберігати її у вигляді деревини. Коли вони досягають зрілості, вони поглинають менше вуглекислого газу, але деревина їхніх дерев містить величезні кількості вуглецю (приблизно 20% їх ваги).

Морські організми також є важливим резервуаром вуглецю. Вони зберігають вуглець у своїх оболонках, у вигляді карбонату кальцію.

.Рунти

Грунт містить приблизно одну третину вуглецю Землі в неорганічних формах, таких як карбонат кальцію. Вона зберігає в три рази більше вуглецю, ніж атмосфера і в чотири рази більше вуглецю, ніж біомаса рослин. Грунт є найбільшим резервуаром у взаємодії з атмосферою.

На додаток до того, що ґрунт є резервуаром вуглецю, ґрунт був визначений як важливий потік; це родовище, що сприяє поглинання високої і зростаючої концентрації вуглецю в атмосфері, у вигляді СО2. Ця раковина є важливою для зменшення глобального потепління.

Якісні ґрунти з хорошим вмістом гумусу та органічних речовин є хорошими резервуарами вуглецю. Традиційні та агро-екологічні методи посадки зберігають властивості ґрунту як резервуар або поглинання вуглецю.

Океани

Океани містять 0,05% глобального вуглецю Землі. Вуглець зустрічається головним чином у вигляді бікарбонату, який може поєднуватися з кальцієм і утворювати карбонат кальцію або вапняк, який осідає на дні океану..

Океани вважалися одним з найбільших поглиначами СО2, шляхом поглинання близько 50% вуглецю в атмосфері. Ситуація, яка загрожує морському біорізноманіттю за рахунок підвищення кислотності морської води.

Геологічні опади

Геологічні опади, що зберігаються в інертній формі в літосфері, є найбільшим резервуаром вуглецю на Землі. Вуглець, що зберігається тут, може бути неорганічного походження або органічного походження.

Приблизно 99% вуглецю, що зберігається в літосфері, є неорганічним вуглецем, що зберігається в осадових породах, таких як вапнякові породи..

Залишився вуглець - суміш органічних хімічних сполук, що містяться в осадових породах, відомих як кероген, що утворилися мільйони років тому відкладеннями біомаси, які поховані і піддані дії високого тиску і температури. Частина цих герогенів перетворюється на нафту, газ і вугілля.

Компоненти

Глобальний цикл вуглецю можна краще зрозуміти, вивчивши два більш простих циклу, які взаємодіють один з одним: короткий цикл і довгий цикл.

Короткий фільм зосереджується на швидкому обміні вуглецю, який переживають живі істоти. Хоча довгий цикл відбувається протягом мільйонів років і включає обмін вуглецю між внутрішньою і поверхнею Землі.

-Швидкий цикл

Швидкий цикл вуглецю також відомий як біологічний цикл, оскільки він заснований на обміні вуглецю, що відбувається між живими організмами з атмосферою, океанами і грунтом..

Атмосферний вуглець присутня головним чином як діоксид вуглецю. Цей газ реагує з молекулами води в океанах для отримання бікарбонатного іона. Чим вище концентрація вуглекислого газу в атмосфері, тим більше утворення бікарбонату. Цей процес допомагає регулювати СО2 в атмосфері.

Вуглець у вигляді діоксиду вуглецю надходить у всі трофічні мережі, як наземні, так і водні, через фотосинтетичні організми, такі як водорості та рослини. У свою чергу, гетеротрофні організми отримують вуглець, живлячись на автотрофних організмах.

Частина органічного вуглецю повертається в атмосферу через розкладання органічної речовини (здійснюваної бактеріями та грибами) та клітинного дихання (у рослин та грибів). Під час дихання клітини використовують енергію, що зберігається в молекул, що містять вуглець (наприклад, цукру), для виробництва енергії та СО2.

Інша частина органічного вуглецю перетворюється в осад і не повертається в атмосферу. Вуглець, що зберігається в відкладеннях морської біомаси на дні моря (коли організми вмирають), розкладаються і СО2 розчиняється в глибокій воді. Це CO2 постійно видаляється з атмосфери.

Подібним чином частина вуглецю, що зберігається в деревах, личинках та інших лісових рослинах, повільно розкладається в болотах, болотах і водно-болотних угіддях в анаеробних умовах і низькою мікробною активністю..

Цей процес виробляє торф, губчасту і легку масу, багату вуглецем, який використовується як паливо і як органічне добриво. Приблизно третина всього наземного органічного вуглецю є торфом.

-Повільний цикл

Уповільнений цикл вуглецю включає обмін вуглецю між породами літосфери і поверхневою системою Землі: океани, атмосфера, біосфера і грунт. Цей цикл є головним контролером концентрації вуглекислого газу в атмосфері в геологічному масштабі.

Неорганічний вуглець

Діоксид вуглецю, розчинений в атмосфері, поєднується з водою з утворенням вуглекислоти. Це реагує з кальцієм і магнієм, що знаходяться в земній корі, утворюючи карбонати.

Через ерозійний ефект дощу та вітру карбонати досягають океанів, де накопичується дно моря. Карбонати також можуть бути засвоєні організмами, які зрештою гинуть і осідають на морському дні. Ці опади накопичуються тисячі років і утворюють вапнякові породи.

Осадові породи морського дна поглинаються в мантію Землі субдукцією (процес, що передбачає занурення океанічної зони тектонічної пластини під краєм іншої пластини)..

У літосфері осадові породи піддаються високим тискам і температурам і, як наслідок, плавляться і хімічно реагують з іншими мінералами, вивільняючи СО2. Таким чином, виділений вуглекислий газ повертається в атмосферу через виверження вулканів.

Неорганічний вуглець

Іншим важливим компонентом цього геологічного циклу є органічний вуглець. Це походить від біомаси, похованої в анаеробних умовах і високого тиску і температури. Цей процес призвів до утворення викопних речовин з високим вмістом енергії, таких як вугілля, нафта або природний газ..

Під час виникнення промислової революції в XIX столітті було виявлено використання органічного вуглецю як джерела енергії. Починаючи з двадцятого століття спостерігається постійне зростання використання цих викопних видів палива, що призводить до викиду в атмосферу великої кількості вуглецю, накопиченого в землі протягом тисяч років, в атмосферу..

Зміни циклу вуглецю

Цикл вуглецю, разом з циклами води і поживних речовин, є основою життя. Підтримання цих циклів визначає здоров'я і стійкість екосистем, а також їх здатність забезпечувати людство добробутом. Основні зміни циклу вуглецю вказані нижче:

Атмосферні зміни

Атмосферний двоокис вуглецю є парниковим газом. Разом з метаном та іншими газами він поглинає випромінюване тепло з поверхні землі, запобігаючи її випуску в космос.

Тривожний приріст двоокису вуглецю в атмосфері та інших парникових газах змінив енергетичний баланс Землі. Це визначає глобальну циркуляцію тепла і води в атмосфері, температуру і опадів, зміни погодних умов і підвищення рівня моря.

Основна людська зміна циклу вуглецю базується на збільшенні викидів CO2. З 1987 року щорічні глобальні викиди CO2 від спалювання викопного палива збільшилася приблизно на третину.

Будівництво також викликає прямі викиди CO2 у виробництві сталі і цементу.

Атмосферні викиди монооксиду та вуглекислого газу транспортним сектором також зросли в останні десятиліття. Відбувається відносно високе зростання закупівель особистих транспортних засобів. Крім того, тенденція на користь більш важких автомобілів і з більш високим енергоспоживанням.

Зміни у землекористуванні породили приблизно третину приросту вуглекислого газу в атмосфері за останні 150 років. Особливо через втрату органічного вуглецю.

Втрата органічної речовини

Протягом останніх двох десятиліть зміна землекористування призвела до значного збільшення викидів двоокису вуглецю та метану в атмосферу.

Скорочення лісових площ у всьому світі спочатку спричинило значні втрати біомаси в результаті переходу на пасовища та сільськогосподарські угіддя.

Сільськогосподарське використання земель зменшує органічну речовину, досягаючи нової і нижчої рівноваги внаслідок окислення органічної речовини.

Збільшення викидів також є результатом дренування торфу та водно-болотних угідь з високим вмістом органіки. Зі збільшенням глобальної температури швидкість розкладання органічної речовини в ґрунті і торфі збільшується, так що ризик цього важливого насичення вуглецевого поглинання прискорюється.

Тундри могли перейти від поглинання вуглецю до джерел парникових газів.

Список літератури

  1. Barker, S, J. A. Higg ins і H. Elderfield. 2003. Майбутнє циклу вуглецю: огляд, реакція кальцифікації, баласт і зворотній зв'язок з атмосферним CO2. Філософські операції Лондонського королівського товариства, 361: 1977-1999.
  2. Berner, R.A. (2003). Тривалий цикл вуглецю, викопне паливо і атмосферний склад. Nature 246: 323-326.
  3. (2018, 1 грудня). Вікіпедія, Вільна енциклопедія. Дата консультації: 19:15, 23 грудня 2018 р. На сайті es.wikipedia.org.
  4. Вуглецевий цикл. (2018, 4 грудня). Вікіпедія, Вільна енциклопедія. Дата консультації: 17:02, 23 грудня 2018 р. На сайті en.wikipedia.org.
  5. Falkowski, P., RJ Scholes, E. Boyle, J. Canadell, D. Canfield, J. Elser, N. Gruber, K. Hibbard, P. Hogberg, S. Linder, FT Mackenzie, B. Moore III, T. Педерсен, Ю. Розенталь, С. Сейтцінгер, В. Сметачек, В. Штеффен. (2000). Глобальний вуглецевий цикл: випробування нашого знання про Землю як систему. Science, 290: 292-296.
  6. Програма ООН з навколишнього середовища. (2007). Глобальний екологічний Outlook GEO4. Phoenix Design Aid, Данія.
  7. Saugier, B. та J.Y. Pontailler (2006). Глобальний цикл вуглецю та його наслідки в фотосинтезі в болівійському Альтіплано. Екологія в Болівії, 41 (3): 71-85.