Характеристики на въглеродния цикъл, резервоари, компоненти, промени



на въглероден цикъл това е биогеохимичният процес, който описва потока въглерод на Земята. Тя се състои в обмяната на въглерод между различните резервоари (атмосфера, биосфера, океани и геоложки утайки), както и превръщането им в различни молекулярни структури..

Въглеродът е съществен елемент в живота на живите същества. На Земята тя присъства в простата си форма като въглища или диаманти, под формата на неорганични съединения, като въглероден диоксид (CO2) и метан (СН4), и като органични съединения като биомаса (материал от живи същества) и изкопаеми горива (нефт и природен газ).

Цикълът на въглерода е един от най-сложните биогеохимични цикли и е от най-голямо значение поради последиците за живота на планетата. Тя може да бъде разделена на два по-прости цикъла, които са взаимосвързани.

Едната включва бърз обмен на въглерод, който се случва между живите същества и атмосферата, океаните и почвата. Друг описва дългосрочните геоложки процеси.

В нивата на СО през миналия век2 атмосферите са се увеличили значително поради използването на изкопаеми горива за поддържане на неустойчив икономически, социален и технологичен модел, воден от индустриалната революция през 19 век.

Този дисбаланс в глобалния въглероден цикъл доведе до промяна в моделите на температурата и валежите, които се изразяват днес в това, което знаем като изменение на климата..

индекс

  • 1 Общи характеристики
  • 2 Въглеродни резервоари
    • 2.1 Атмосфера
    • 2.2 Биосфера
    • 2.3 Подове
    • 2.4 Океани
    • 2.5 Геологични утайки
  • 3 Компоненти
    • 3.1 -Бърз цикъл
    • 3.2-Бавен цикъл
  • 4 Промени в въглеродния цикъл
    • 4.1 Атмосферни промени
    • 4.2 Загуба на органична материя
  • 5 Препратки

Общи характеристики

Въглеродът е неметален химичен елемент. Вашият символ е C, атомният му номер е 6, а атомната му маса е 12.01. Той има четири електрона, които образуват ковалентни химически връзки (това е четиривалентен).

Той е един от най-изобилните елементи в земната кора. Четвъртият най-разпространен елемент във Вселената, след водород, хелий и кислород, и вторият най-разпространен елемент в живите същества, след кислород.

Въглеродът има голямо значение за живота. Той е една от основните съставки на аминокиселините, които пораждат протеини и е съществена съставна част на ДНК на всички живи същества..

Заедно с кислорода и водорода той образува голямо разнообразие от съединения като мастни киселини, съставни части на всички клетъчни мембрани.

Въглеродни резервоари

атмосфера

Атмосферата е газообразен слой, който обгражда Земята. Той съдържа 0,001% от световния въглерод, главно под формата на въглероден диоксид (CO2) и метан (СН4).

Въпреки че е един от най-ниските въглеродни резервоари на Земята, той участва в голям брой биохимични процеси. Той представлява важен резервоар в поддържането на живота на Земята.

биосфера

Биосферата съдържа две трети от общия въглерод на Земята под формата на биомаса (жива и мъртва). Въглеродът е важна част от структурата и биохимичните процеси на всички живи клетки.

Горите не само представляват резервоар от важни въглеродни емисии в биосферата, но някои видове са признати за поглътители, като например умерените гори..

Когато горите са на начален етап, те поемат СО2 на атмосферата и се съхранява под формата на дърво. Докато достигнат зрялост, те абсорбират по-малко въглероден диоксид, но дърветата на дърветата им съдържат огромни количества въглерод (приблизително 20% от теглото им).

Морските организми също представляват важен резервоар на въглерода. Те съхраняват въглерод в техните черупки под формата на калциев карбонат.

подове

Почвата съдържа около една трета от въглерода на Земята в неорганични форми, като калциев карбонат. Той съхранява три пъти повече въглерод от атмосферата и четири пъти повече въглерод от биомасата на растенията. Почвата е най-големият резервоар при взаимодействие с атмосферата.

Освен че е въглероден резервоар, почвата е определена като важна мивка; това е находище, което допринася за абсорбирането на високата и нарастваща концентрация на въглерод в атмосферата, под формата на СО2. Тази мивка е важна за намаляване на глобалното затопляне.

Качествените почви с добро количество хумус и органични вещества са добри въглеродни резервоари. Традиционните и агроекологични практики за засаждане поддържат почвените свойства като резервоар или поглътител на въглерод.

океани

Океаните съдържат 0,05% от глобалния въглерод на Земята. Въглеродът се намира главно под формата на бикарбонат, който може да се комбинира с калций и да образува калциев карбонат или варовик, който се утаява на дъното на океана..

Океаните се считат за един от най-големите поглътители на СО2, чрез абсорбиране на около 50% от атмосферния въглерод. Ситуация, която застрашава морското биоразнообразие чрез увеличаване на киселинността на морската вода.

Геоложки утайки

Геоложките утайки, съхранявани в инертна форма в литосферата, са най-големият резервоар на въглерода на Земята. Въглеродът, съхраняван тук, може да бъде от неорганичен произход или от органичен произход.

Приблизително 99% въглерод, съхраняван в литосферата, е неорганичен въглерод, съхраняван в седиментни скали, като варовикови скали..

Останалият въглерод е смес от органични химични съединения, намиращи се в седиментни скали, известни като кероген, образувани преди милиони години от утайки от биомаса, които са погребани и подложени на действие под високо налягане и температура. Част от тези херогени се превръщат в нефт, газ и въглища.

елементи

Глобалният въглероден цикъл може да бъде по-добре разбран чрез изучаване на два по-прости цикъла, които взаимодействат помежду си: кратък цикъл и дълъг цикъл.

Краткият филм се фокусира върху бързия обмен на въглерод, който живите същества преживяват. Докато дългият цикъл се случва в продължение на милиони години и включва обмен на въглерод между вътрешността и повърхността на Земята.

-Бърз цикъл

Бързият цикъл на въглерода е известен също като биологичен цикъл, тъй като се основава на обмена на въглерод, който възниква между живите организми с атмосферата, океаните и почвата..

Атмосферният въглерод присъства главно като въглероден диоксид. Този газ реагира с водните молекули в океаните, за да произведе бикарбонатен йон. Колкото по-висока е концентрацията на атмосферния въглероден диоксид, толкова по-голямо е образуването на бикарбонат. Този процес спомага за регулирането на CO2 в атмосферата.

Въглеродът под формата на въглероден диоксид навлиза във всички трофични мрежи, както наземни, така и водни, чрез фотосинтетични организми, като водорасли и растения. От своя страна хетеротрофните организми получават въглерод, като се хранят с автотрофни организми.

Част от органичния въглерод се връща в атмосферата чрез разлагане на органична материя (извършвана от бактерии и гъбички) и клетъчно дишане (при растения и гъби). По време на дишането клетките използват енергията, съхранявана в молекули, съдържащи въглерод (като захари), за да произвеждат енергия и СО2.

Друга част от органичния въглерод се превръща в седименти и не се връща в атмосферата. Въглеродът, съхраняван в утайките на морската биомаса в дъното на морето (когато организмите умират), те се разлагат и CO2 разтваря се в дълбоки води. Този CO2 се отстранява постоянно от атмосферата.

По същия начин част от въглерода, съхраняван в дървета, тръстика и други горски растения, бавно се разлага в блата, мочурища и влажни зони при анаеробни условия и ниска микробна активност..

Този процес произвежда торф, пореста и лека маса, богата на въглерод, която се използва като гориво и като органичен тор. Приблизително една трета от всички органични въглеродни емисии са торф.

-Бавен цикъл

Бавният цикъл на въглерода включва обмена на въглерод между скалите на литосферата и повърхностната система на Земята: океаните, атмосферата, биосферата и почвата. Този цикъл е главният контролер на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата в геоложки мащаб.

Неорганичен въглерод

Разтвореният в атмосферата въглероден диоксид се смесва с вода, за да образува въглеродна киселина. Той реагира с калций и магнезий в земната кора, за да образува карбонати.

Поради ерозионния ефект на дъжда и вятъра, карбонатите достигат до океаните, където се натрупва дъното на морето. Карбонатите могат също да бъдат асимилирани от организми, които в крайна сметка умират и се утаяват на морското дъно. Тези седименти се натрупват хиляди години и образуват варовикови скали.

Седиментните скали на морското дъно се абсорбират в мантията на Земята чрез субдукция (процес, който включва потъването на океанска зона на тектонична плоча под ръба на друга плоча)..

В литосферата седиментните скали се подлагат на високи налягания и температури и като следствие се стопят и реагират химически с други минерали, освобождавайки CO \ t2. Така освободеният въглероден диоксид се връща в атмосферата чрез вулканични изригвания.

Неорганичен въглерод

Друг важен компонент на този геоложки цикъл е органичният въглерод. Това произтича от биомасата, заровена в анаеробни условия и високо налягане и температура. Този процес доведе до образуването на изкопаеми вещества с високо енергийно съдържание, като въглища, нефт или природен газ..

По време на възникването на индустриалната революция през 19-ти век беше открито използването на фосилизиран органичен въглерод като енергиен източник. От двадесети век се наблюдава постоянно нарастване на употребата на тези изкопаеми горива, което води до изпускане в атмосферата на големи количества въглерод, натрупани в земята в продължение на хиляди години..

Промени в въглеродния цикъл

Цикълът на въглерода, заедно с циклите на вода и хранителни вещества, формира основата на живота. Поддържането на тези цикли определя здравето и устойчивостта на екосистемите и тяхната способност да осигуряват благополучие на човечеството. Основните изменения на въглеродния цикъл са посочени по-долу:

Атмосферни промени

Атмосферният въглероден диоксид е парников газ. Заедно с метан и други газове той абсорбира излъчената топлина от повърхността на земята, предотвратявайки изпускането му в космоса.

Тревожното увеличение на въглеродния диоксид в атмосферата и други парникови газове промени енергийния баланс на Земята. Това определя глобалната циркулация на топлината и водата в атмосферата, температурата и моделите на валежите, промените във времето и повишаването на морското равнище.

Основната човешка промяна на въглеродния цикъл се основава на увеличаването на емисиите на CO2. От 1987 г. годишните глобални емисии на CO2 от изгарянето на изкопаеми горива са се увеличили с около една трета.

Строителната индустрия също предизвиква директни емисии на CO2 в производството на стомана и цимент.

Атмосферните емисии на монооксид и въглероден диоксид от транспортния сектор също се увеличиха през последните десетилетия. Наблюдава се относително голямо нарастване на покупката на лични автомобили. Освен това тенденцията е в полза на по-тежките автомобили и с по-висока консумация на енергия.

Промените в земеползването са генерирали приблизително една трета от увеличението на въглеродния диоксид в атмосферата през последните 150 години. Особено чрез загуба на органичен въглерод.

Загуба на органична материя

През последните две десетилетия промяната в земеползването доведе до значително увеличаване на емисиите на въглероден диоксид и метан в атмосферата.

Намаляването на залесените площи в световен мащаб първоначално е причинило значителна загуба на биомаса в резултат на преминаването към пасища и земеделски земи..

Земеделската употреба на земите намалява органичната материя, достигайки ново и по-ниско равновесие, дължащо се на окисляването на органичната материя.

Увеличаването на емисиите е резултат и от отводняването на торф и влажни зони с високо органично съдържание. С увеличаването на глобалната температура, скоростта на разграждане на органичната материя в почвата и торфа се увеличава, така че рискът от това натрупване на въглероден поток да се ускори.

Тундрата може да премине от поглъщане на въглерод до превръщането им в източници на парникови газове.

препратки

  1. Barker, S, J. A. Higg ins и H. Elderfield. Бъдещето на въглеродния цикъл: преглед, реакция на калциране, баласт и обратна връзка за атмосферния CO2. Философски сделки на Кралското общество в Лондон A, 361: 1977-1999.
  2. Berner, R.A. (2003 г.). Дългосрочният въглероден цикъл, изкопаемите горива и атмосферния състав. Nature 246: 323-326.
  3. (2018, 1 декември). Уикипедия, Свободната енциклопедия. Дата на консултацията: 19:15, 23 декември 2018 г. от es.wikipedia.org.
  4. Въглероден цикъл. (2018, 4 декември). Уикипедия, Свободната енциклопедия. Дата на консултацията: 17:02, 23 декември, 2018 от 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. Pedersen, Y. Rosenthal, S. Seitzinger, V. Smetacek, W. Steffen. (2000 г.). Глобалният въглероден цикъл: тест на нашето познание за Земята като система. Science, 290: 292-296.
  6. Програма на ООН за околната среда. (2007 г.). Глобална околна среда Outlook GEO4. Phoenix Design Aid, Дания.
  7. Saugier, B. и J.Y. Pontailler. (2006 г.). Глобалният въглероден цикъл и неговите последствия при фотосинтезата в боливийския Алтиплано. Екология в Боливия, 41 (3): 71-85.