Vlastnosti uhlíkového cyklu, zásobníky, komponenty, zmeny



uhlíkového cyklu Je to biogeochemický proces, ktorý opisuje tok uhlíka na Zemi. Spočíva vo výmene uhlíka medzi rôznymi rezervoármi (atmosféra, biosféra, oceány a geologické sedimenty), ako aj ich premena na rôzne molekulárne usporiadania..

Uhlík je základným prvkom života živých bytostí. Na Zemi je prítomná vo svojej jednoduchej forme ako uhlie alebo diamanty, vo forme anorganických zlúčenín, ako je oxid uhličitý (CO)2) a metánu (CH4) a ako organické zlúčeniny, ako napríklad biomasa (materiál živých bytostí) a fosílne palivá (ropa a zemný plyn).

Cyklus uhlíka je jedným z najkomplexnejších biogeochemických cyklov a má veľký význam pre jeho dôsledky na život na planéte. Dá sa rozdeliť do dvoch jednoduchších cyklov, ktoré sú vzájomne prepojené.

Jedným z nich je rýchla výmena uhlíka medzi živými bytosťami a atmosférou, oceánmi a pôdou. Ďalší popisuje dlhodobé geologické procesy.

V poslednom storočí hladiny CO2 atmosféry sa výrazne zvýšili v dôsledku využívania fosílnych palív na udržanie neudržateľného hospodárskeho, sociálneho a technologického modelu poháňaného priemyselnou revolúciou v 19. storočí.

Táto nerovnováha v globálnom uhlíkovom cykle spôsobila zmenu vzorcov teploty a zrážok, ktoré sú dnes vyjadrené v tom, čo poznáme ako klimatické zmeny..

index

  • 1 Všeobecné charakteristiky
  • 2 Uhlíkové zásobníky
    • 2,1 Atmosféra
    • 2.2 Biosféra
    • 2.3 Podlahy
    • 2.4 Oceány
    • 2.5 Geologické sedimenty
  • 3 Komponenty
    • 3.1 - Rýchly cyklus
    • 3.2 - Pomalý cyklus
  • 4 Zmeny uhlíkového cyklu
    • 4.1 Atmosférické zmeny
    • 4.2 Strata organickej hmoty
  • 5 Referencie

Všeobecné charakteristiky

Uhlík je nekovový chemický prvok. Váš symbol je C, jeho atómové číslo je 6 a jeho atómová hmotnosť je 12,01. Má štyri elektróny na vytvorenie kovalentných chemických väzieb (je to štvormocný).

Je to jeden z najhojnejších prvkov zemskej kôry. Štvrtý najhojnejší prvok vo vesmíre, po vodíku, héliu a kyslíku, a druhý najhojnejší prvok v živých bytostiach, po kyslíku.

Uhlík má veľký význam pre život. Je to jedna z hlavných zložiek aminokyselín, ktoré vytvárajú bielkoviny a sú základnou zložkou DNA všetkých živých bytostí..

Spolu s kyslíkom a vodíkom vytvára veľkú rozmanitosť zlúčenín, ako sú mastné kyseliny, zložky všetkých bunkových membrán.

Uhlíkové zásobníky

atmosféra

Atmosféra je plynná vrstva, ktorá obklopuje Zem. Obsahuje 0,001% celosvetového uhlíka, najmä vo forme oxidu uhličitého (CO2) a metánu (CH4).

Napriek tomu, že je jedným z najnižších zásobníkov uhlíka na Zemi, podieľa sa na veľkom počte biochemických procesov. Predstavuje dôležitý rezervoár na udržanie života na Zemi.

biosféra

Biosféra obsahuje dve tretiny celkového uhlíka Zeme vo forme biomasy (živej a mŕtvej). Uhlík je dôležitou súčasťou štruktúry a biochemických procesov všetkých živých buniek.

Lesy nielenže predstavujú rezervoár dôležitého uhlíka v biosfére, ale niektoré typy boli uznané ako výlevky, ako sú lesy mierneho pásma..

Keď sú lesy v primárnych štádiách, berú CO2 atmosféry a skladovať ho vo forme dreva. Kým keď dospejú, absorbujú menej oxidu uhličitého, ale drevo ich stromov obsahuje obrovské množstvo uhlíka (približne 20% ich hmotnosti)..

Morské organizmy tiež predstavujú dôležitý rezervoár uhlíka. Ukladajú uhlík vo svojich puzdrách vo forme uhličitanu vápenatého.

podlahy

Pôda obsahuje približne jednu tretinu uhlíka Zeme v anorganických formách, ako je uhličitan vápenatý. Skladuje trikrát viac uhlíka ako atmosféra a štyrikrát viac uhlíka ako biomasa rastlín. Pôda je najväčšia nádrž v interakcii s atmosférou.

Okrem toho, že pôda je zásobárňou uhlíka, bola identifikovaná ako dôležitý výlev; je to ložisko, ktoré prispieva k absorbovaniu vysokej a rastúcej koncentrácie uhlíka v atmosfére vo forme CO2. Tento pokles je dôležitý pre zníženie globálneho otepľovania.

Kvalitné pôdy s dobrým množstvom humusu a organických látok sú dobrými zásobníkmi uhlíka. Tradičné a agroekologické postupy výsadby zachovávajú vlastnosti pôdy ako rezervoár alebo zachytávač uhlíka.

oceány

Oceány obsahujú 0,05% globálneho uhlíka na Zemi. Uhlík sa nachádza hlavne vo forme bikarbonátu, ktorý sa môže kombinovať s vápnikom a vytvárať uhličitan vápenatý alebo vápenec, ktorý sa zráža na dne oceánu..

Oceány boli považované za jeden z najväčších prepadov CO2, absorbovaním približne 50% uhlíka v atmosfére. Situácia, ktorá ohrozila morskú biodiverzitu zvýšením kyslosti morskej vody.

Geologické sedimenty

Geologické sedimenty uložené v inertnej forme v litosfére sú najväčšou zásobárňou uhlíka na Zemi. Uhlík tu uložený môže byť anorganického pôvodu alebo organického pôvodu.

Približne 99% uhlíka uloženého v litosfére je anorganický uhlík uložený v sedimentárnych horninách, ako sú vápencové skaly.

Zostávajúci uhlík je zmes organických chemických zlúčenín prítomných v sedimentárnych horninách, známych ako kerogén, vytvorených pred miliónmi rokov pred usadeninami biomasy, ktoré sú vystavené vysokému tlaku a teplote. Časť týchto cherogénov sa premieňa na ropu, plyn a uhlie.

komponenty

Globálny uhlíkový cyklus sa dá lepšie pochopiť štúdiom dvoch jednoduchších cyklov, ktoré vzájomne pôsobia: krátky cyklus a dlhý cyklus.

Krátky film sa zameriava na rýchlu výmenu uhlíka, ktorú zažívajú živé bytosti. Kým dlhý cyklus nastáva v miliónoch rokov a zahŕňa výmenu uhlíka medzi vnútrom a povrchom Zeme.

-Rýchly cyklus

Rýchly cyklus uhlíka je tiež známy ako biologický cyklus, pretože je založený na výmene uhlíka, ktorý sa vyskytuje medzi živými organizmami s atmosférou, oceánmi a pôdou..

Atmosférický uhlík je prítomný hlavne ako oxid uhličitý. Tento plyn reaguje s molekulami vody v oceánoch, čím vzniká hydrogenuhličitanový ión. Čím vyššia je koncentrácia oxidu uhličitého v atmosfére, tým väčšia je tvorba bikarbonátu. Tento proces pomáha regulovať CO2 v atmosfére.

Uhlík vo forme oxidu uhličitého vstupuje do všetkých trofických sietí, pozemných aj vodných, prostredníctvom fotosyntetických organizmov, ako sú riasy a rastliny. Na druhej strane heterotrofné organizmy získavajú uhlík tým, že sa živia autotrofnými organizmami.

Časť organického uhlíka sa vracia do atmosféry rozkladom organickej hmoty (vykonávanej baktériami a hubami) a bunkovým dýchaním (v rastlinách a hubách). Počas dýchania bunky využívajú energiu uloženú v molekulách obsahujúcich uhlík (ako sú cukry) na výrobu energie a CO2.

Ďalšia časť organického uhlíka sa premení na sedimenty a nevráti sa do atmosféry. Uhlík uložený v morských biomasových sedimentoch na dne mora (keď organizmy umierajú) sa rozkladá a CO2 rozpúšťa sa v hlbokej vode. Tento CO2 je trvalo odstránený z atmosféry.

Podobne sa časť uhlíka uloženého na stromoch, v zhone a iných lesných rastlinách pomaly rozkladá v močiaroch, močiaroch a mokradiach za anaeróbnych podmienok a nízkej mikrobiálnej aktivity..

Tento proces produkuje rašelinu, hubovitú a ľahkú hmotu, bohatú na uhlík, ktorý sa používa ako palivo a ako organické hnojivo. Približne jedna tretina všetkého suchozemského organického uhlíka je rašelina.

-Pomalý cyklus

Pomalý cyklus uhlíka zahŕňa výmenu uhlíka medzi kameňmi litosféry a povrchovým systémom Zeme: oceány, atmosféra, biosféra a pôda. Tento cyklus je hlavným regulátorom koncentrácie oxidu uhličitého v atmosfére v geologickom meradle.

Anorganický uhlík

Oxid uhličitý rozpustený v atmosfére sa kombinuje s vodou za vzniku kyseliny uhličitej. To reaguje s vápnikom a horčíkom prítomným v zemskej kôre za vzniku uhličitanov.

V dôsledku erózneho pôsobenia dažďa a vetra sa uhličitany dostávajú do oceánov, kde sa hromadí dno mora. Uhličitany môžu byť tiež asimilované organizmami, ktoré nakoniec zomierajú a precipitujú na morskom dne. Tieto sedimenty sa akumulujú tisíce rokov a tvoria vápencové skaly.

Usadené horniny morského dna sú absorbované do plášťa Zeme subdukciou (proces, ktorý zahŕňa potopenie oceánskej zóny tektonickej dosky pod okrajom inej dosky).

V litosfére sú sedimentárne horniny vystavené vysokým tlakom a teplotám av dôsledku toho sa tavia a chemicky reagujú s inými minerálmi, čím sa uvoľňuje CO2. Takto uvoľnený oxid uhličitý sa vracia do atmosféry sopečnými erupciami.

Anorganický uhlík

Ďalšou dôležitou zložkou tohto geologického cyklu je organický uhlík. To pochádza z biomasy, ktorá sa nachádza v anaeróbnych podmienkach a vysokom tlaku a teplote. Tento proces viedol k tvorbe fosílnych látok s vysokým obsahom energie, ako je uhlie, ropa alebo zemný plyn..

Počas vzniku priemyselnej revolúcie, v 19. storočí, bolo objavené využitie fosílneho organického uhlíka ako zdroja energie. Od dvadsiateho storočia dochádza k trvalému zvyšovaniu využívania týchto fosílnych palív, čo v priebehu niekoľkých desaťročí spôsobuje uvoľňovanie veľkého množstva uhlíka nahromadeného na zemi po tisíce rokov do atmosféry..

Zmeny uhlíkového cyklu

Cyklus uhlíka spolu s cyklami vody a živín tvorí základ života. Zachovanie týchto cyklov určuje zdravie a odolnosť ekosystémov a ich schopnosť poskytovať blahobyt ľudstvu. Hlavné zmeny uhlíkového cyklu sú uvedené nižšie: \ t

Atmosférické zmeny

Atmosférický oxid uhličitý je skleníkový plyn. Spolu s metánom a inými plynmi absorbuje vyžarované teplo z povrchu zeme, čím zabraňuje jeho uvoľneniu do vesmíru.

Alarmujúci nárast oxidu uhličitého v atmosfére a ďalších skleníkových plynov zmenil energetickú bilanciu Zeme. To určuje globálnu cirkuláciu tepla a vody v atmosfére, teplotné a zrážkové modely, zmeny počasia a nárast hladiny morí.

Hlavná zmena ľudského uhlíkového cyklu je založená na zvýšení emisií CO2. Od roku 1987 ročné globálne emisie CO2 zo spaľovania fosílnych palív sa zvýšili približne o jednu tretinu.

Stavebníctvo tiež spôsobuje priame emisie CO2 pri výrobe ocele a cementu.

Emisie oxidu uhoľnatého a oxidu uhličitého v ovzduší v posledných desaťročiach tiež vzrástli. Došlo k relatívne vysokému nárastu nákupu osobných vozidiel. Okrem toho je trend v prospech ťažších vozidiel a vyššej spotreby energie.

Zmeny vo využívaní pôdy priniesli za posledných 150 rokov približne jednu tretinu nárastu oxidu uhličitého v atmosfére. Najmä stratou organického uhlíka.

Strata organickej hmoty

Počas posledných dvoch desaťročí priniesla zmena vo využívaní pôdy výrazný nárast emisií oxidu uhličitého a metánu do atmosféry.

Zníženie zalesnenej oblasti na celom svete pôvodne spôsobilo výraznú stratu biomasy v dôsledku premeny na pasienky a poľnohospodársku pôdu.

Poľnohospodárske využitie pôdy zmenšuje organickú hmotu, dosahuje novú a nižšiu rovnováhu v dôsledku oxidácie organických látok..

Zvýšenie emisií je tiež dôsledkom odvodňovania rašeliny a mokradí s vysokým obsahom organických látok. S nárastom globálnej teploty sa zvyšuje rýchlosť rozkladu organickej hmoty v pôde a rašeliny, takže sa riziko tohto významného nasýtenia uhlíkovým dymom urýchli..

Tundry by mohli ísť od prechodu na uhlík až po zdroje skleníkových plynov.

referencie

  1. Barker, S, J. A. Higg ins a H. Elderfield. 2003. Budúcnosť uhlíkového cyklu: preskúmanie, odozva kalcifikácie, predradník a spätná väzba o atmosférickom CO2. Filozofické transakcie Kráľovskej spoločnosti v Londýne A, 361: 1977-1999.
  2. Berner, R.A. (2003). Dlhodobý uhlíkový cyklus, fosílne palivá a zloženie atmosféry. Nature 246: 323-326.
  3. (2018, 1. december). Wikipédia, slobodná encyklopédia. Dátum konzultácie: 19:15, 23. decembra 2018 z es.wikipedia.org.
  4. Cyklus uhlíka. (2018, 4. december). Wikipédia, slobodná encyklopédia. Dátum konzultácie: 17:02, 23. decembra 2018 z 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). Globálny uhlíkový cyklus: Test našich vedomostí o Zemi ako systému. Science, 290: 292-296.
  6. Program OSN pre životné prostredie. (2007). Globálne prostredie Outlook GEO4. Phoenix Design Aid, Dánsko.
  7. Saugier, B. a J.Y. Pontailler. (2006). Globálny uhlíkový cyklus a jeho dôsledky vo fotosyntéze v bolívijskom Altiplane. Ekológia v Bolívii, 41 (3): 71-85.