Karakteristike ciklusa ugljika, spremnici, komponente, promjene



ciklus ugljika to je biogeokemijski proces koji opisuje protok ugljika na Zemlji. Sastoji se od razmjene ugljika između različitih ležišta (atmosfera, biosfera, oceani i geološki sedimenti), kao i njihova transformacija u različite molekularne aranžmane..

Ugljik je bitan element u životu živih bića. Na Zemlji je prisutan u jednostavnom obliku kao ugljen ili dijamant, u obliku anorganskih spojeva, kao što je ugljični dioksid (CO2) i metana (CH4), i kao organski spojevi, kao što su biomasa (materijal živih bića) i fosilna goriva (nafta i prirodni plin).

Ciklus ugljika jedan je od najsloženijih biogeokemijskih ciklusa i od najveće je važnosti zbog svojih posljedica na život na planeti. Može se podijeliti na dva jednostavnija ciklusa, koja su međusobno povezana.

Jedan podrazumijeva brzu razmjenu ugljika koji nastaje između živih bića i atmosfere, oceana i tla. Drugi opisuje dugoročne geološke procese.

U razinama CO u prošlom stoljeću2 atmosfere su se znatno povećale zbog korištenja fosilnih goriva kako bi se održao neodrživ ekonomski, društveni i tehnološki model vođen industrijskom revolucijom u 19. stoljeću.

Ova neravnoteža u globalnom ciklusu ugljika dovela je do promjene u obrascima temperature i oborina koji se danas izražavaju u onome što znamo kao klimatske promjene.

indeks

  • 1 Opće karakteristike
  • 2 Spremnici ugljika
    • 2.1 Atmosfera
    • 2.2 Biosfera
    • 2.3 Podovi
    • 2.4 Oceani
    • 2.5 Geološki sedimenti
  • 3 Komponente
    • 3.1 - Brz ciklus
    • 3.2-Usporavanje ciklusa
  • 4 Promjene ciklusa ugljika
    • 4.1 Atmosferske promjene
    • 4.2 Gubitak organske tvari
  • 5 Reference

Opće karakteristike

Ugljik je nemetalni kemijski element. Vaš simbol je C, atomski broj je 6, a atomska masa je 12.01. Ima četiri elektrona u obliku kovalentnih kemijskih veza (tetravalentno).

To je jedan od najobilnijih elemenata u zemljinoj kori. Četvrti po veličini element u svemiru, nakon vodika, helija i kisika, te drugi najzastupljeniji element u živim bićima, nakon kisika.

Karbon ima veliku važnost za život. To je jedan od glavnih sastojaka aminokiselina koje potiču nastanak proteina i bitan je sastavni dio DNA svih živih bića.

Zajedno s kisikom i vodikom stvara veliku raznolikost spojeva kao što su masne kiseline, sastojci svih staničnih membrana.

Spremnici ugljika

atmosfera

Atmosfera je plinoviti sloj koji okružuje Zemlju. Sadrži 0,001% globalnog ugljika, uglavnom u obliku ugljičnog dioksida (CO2) i metana (CH4).

Iako je jedan od najnižih rezervoara ugljika na Zemlji, uključen je u veliki broj biokemijskih procesa. Predstavlja važan rezervoar u održavanju života na Zemlji.

biosfera

Biosfera sadrži dvije trećine ukupnog ugljika Zemlje u obliku biomase (žive i mrtve). Ugljik je važan dio strukture i biokemijskih procesa svih živih stanica.

Šume ne predstavljaju samo rezervoar važnog ugljika u biosferi, već su neke vrste prepoznate kao sudoperi, poput umjerenih šuma..

Kada su šume u primarnim fazama, one preuzimaju CO2 atmosfere i pohraniti u obliku drva. Dok dosežu zrelost, apsorbiraju manje ugljičnog dioksida, ali drvo njihovih stabala sadrži ogromne količine ugljika (oko 20% njihove težine)..

Morski organizmi također predstavljaju važan spremnik ugljika. Ugljik se skladišti u školjkama u obliku kalcijevog karbonata.

podovi

Tlo sadrži otprilike jednu trećinu Zemljinog ugljika u anorganskim oblicima, kao što je kalcijev karbonat. U njemu se čuva tri puta više ugljika od atmosfere i četiri puta više ugljika od biomase biljaka. Tlo je najveći rezervoar u interakciji s atmosferom.

Osim što je spremnik ugljika, tlo je identificirano kao važan sudoper; to je talog koji doprinosi apsorpciji visoke i rastuće koncentracije ugljika u atmosferi, u obliku CO2. Ovaj sudoper je važan za smanjenje globalnog zatopljenja.

Kvalitetna tla, s dobrom količinom humusa i organske tvari, dobra su spremnika ugljika. Tradicionalne i agroekološke prakse sadnje održavaju svojstva tla kao spremnik ili ponor ugljika.

oceani

Oceani sadrže 0,05% globalnog ugljika Zemlje. Ugljik se nalazi uglavnom u obliku bikarbonata, koji se može kombinirati s kalcijem i formirati kalcijev karbonat ili vapnenac, koji se taloži na dnu oceana..

Oceani su smatrani jednim od najvećih ponora CO2, apsorpcijom oko 50% ugljika u atmosferi. Situacija koja je ugrozila biološku raznolikost mora povećanjem kiselosti morske vode.

Geološki sedimenti

Geološki sedimenti pohranjeni u inertnom obliku u litosferi najveći su rezervoar ugljika na Zemlji. Ugljik uskladišten ovdje može biti anorganskog podrijetla ili organskog podrijetla.

Oko 99% ugljika pohranjenog u litosferi je anorganski ugljik pohranjen u sedimentnim stijenama, kao što su vapnenačke stijene.

Preostali ugljik je mješavina organskih kemijskih spojeva prisutnih u sedimentnim stijenama, poznatim kao kerogen, formiran prije milijunima godina od sedimenata biomase koji su zakopani i podložni djelovanju visokog tlaka i temperature. Dio tih cherogena pretvara se u naftu, plin i ugljen.

komponente

Globalni ciklus ugljika može se bolje razumjeti proučavanjem dva jednostavnija ciklusa koji međusobno djeluju: kratkog ciklusa i dugog ciklusa.

Kratki film fokusira se na brzu razmjenu ugljika koju doživljavaju živa bića. Dok se dugi ciklus odvija tijekom milijuna godina i uključuje razmjenu ugljika između unutrašnjosti i površine Zemlje.

-Brzi ciklus

Brzi ciklus ugljika je također poznat kao biološki ciklus, jer se temelji na razmjeni ugljika koji nastaje između živih organizama s atmosferom, oceanima i tlom..

Atmosferski ugljik je prisutan uglavnom kao ugljični dioksid. Ovaj plin reagira s molekulama vode u oceanima da bi proizveo bikarbonatni ion. Što je veća koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi, to je veća formacija bikarbonata. Ovaj proces pomaže regulirati CO2 u atmosferi.

Ugljik, u obliku ugljičnog dioksida, ulazi u sve trofičke mreže, i kopnene i vodene, kroz fotosintetske organizme, kao što su alge i biljke. S druge strane, heterotrofni organizmi dobivaju ugljik hranjenjem na autotrofne organizme.

Dio organskog ugljika vraća se u atmosferu razgradnjom organske tvari (koju provode bakterije i gljivice) i staničnim disanjem (u biljkama i gljivama). Tijekom disanja, stanice koriste energiju pohranjenu u molekulama koje sadrže ugljik (kao što su šećeri) za proizvodnju energije i CO2.

Drugi dio organskog ugljika pretvara se u sedimente i ne vraća se u atmosferu. Ugljik uskladišten u sedimentima morske biomase na dnu mora (kada organizmi umiru), razgrađuju se i CO2 otapa se u dubokoj vodi. Ovaj CO2 trajno se uklanja iz atmosfere.

Slično tome, dio ugljika pohranjenog u drveću, rogozu i drugim šumskim biljkama polako se raspada u močvarama, močvarama i močvarama pod anaerobnim uvjetima i niskom mikrobnom aktivnošću..

Ovaj proces proizvodi treset, spužvastu i laganu masu, bogatu ugljikom, koja se koristi kao gorivo i kao organsko gnojivo. Otprilike jedna trećina ukupnog zemaljskog organskog ugljika je treset.

-Spori ciklus

Spori ciklus ugljika uključuje razmjenu ugljika između stijena litosfere i površinskog sustava Zemlje: oceane, atmosferu, biosferu i tlo. Ovaj ciklus je glavni kontrolor koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi na geološkoj skali.

Anorganski ugljik

Ugljični dioksid otopljen u atmosferi kombinira se s vodom u obliku ugljične kiseline. To reagira s kalcijem i magnezijem prisutnim u zemljinoj kori u obliku karbonata.

Zbog erozijskog učinka kiše i vjetra, karbonati stižu do oceana, gdje se akumulira dno mora. Karbonati se također mogu asimilirati organizmima koji na kraju umiru i talože se na morskom dnu. Ovi se sedimenti akumuliraju tisućama godina i tvore vapnenačke stijene.

Sedimentne stijene morskog dna apsorbiraju se u Zemljin plašt subdukcijom (proces koji uključuje potapanje oceanske zone tektonske ploče ispod ruba druge ploče).

U litosferi se sedimentne stijene podvrgavaju visokim tlakovima i temperaturama i posljedično se topi i kemijski reagiraju s drugim mineralima, oslobađajući CO2. Tako oslobođeni ugljični dioksid vraća se u atmosferu vulkanskim erupcijama.

Anorganski ugljik

Druga važna komponenta ovog geološkog ciklusa je organski ugljik. To potječe od biomase zakopane u anaerobnim uvjetima i visokog tlaka i temperature. Taj je proces doveo do stvaranja fosilnih tvari s visokim energetskim sadržajem, kao što su ugljen, nafta ili prirodni plin..

Tijekom nastanka industrijske revolucije, u 19. stoljeću, otkriveno je korištenje fosiliziranog organskog ugljika kao izvora energije. Od dvadesetog stoljeća došlo je do stalnog porasta uporabe tih fosilnih goriva, što je za nekoliko desetljeća uzrokovalo oslobađanje velikih količina ugljika akumuliranih u zemlji tisućama godina u atmosferu..

Promjene ciklusa ugljika

Ciklus ugljika, zajedno s ciklusima vode i hranjivih tvari, čini osnovu života. Održavanje tih ciklusa određuje zdravlje i otpornost ekosustava i njihovu sposobnost da pruže dobrobit čovječanstvu. Glavne promjene ciklusa ugljika navedene su u nastavku:

Atmosferske promjene

Atmosferski ugljični dioksid je staklenički plin. Zajedno s metanom i drugim plinovima, on apsorbira zračenu toplinu s površine zemlje, sprječavajući njegovo oslobađanje u svemir.

Zabrinjavajući porast ugljičnog dioksida u atmosferi i drugih stakleničkih plinova promijenio je energetsku bilancu Zemlje. To određuje globalnu cirkulaciju topline i vode u atmosferi, temperaturu i oborine, promjene u vremenskim obrascima i porast razine mora.

Glavna ljudska promjena ciklusa ugljika temelji se na povećanju emisija CO2. Od 1987. godine, godišnje globalne emisije CO2 izgaranja fosilnih goriva povećala se za otprilike jednu trećinu.

Građevinska industrija također uzrokuje izravne emisije CO2 u proizvodnji čelika i cementa.

Atmosferske emisije monoksida i ugljičnog dioksida u sektoru prometa također su se povećale u posljednjih nekoliko desetljeća. Uočen je relativno visok porast u kupnji osobnih vozila. Osim toga, trend je u korist težih automobila i veće potrošnje energije.

Promjene u korištenju zemljišta generirale su otprilike jednu trećinu povećanja ugljičnog dioksida u atmosferi tijekom proteklih 150 godina. Osobito zbog gubitka organskog ugljika.

Gubitak organske tvari

Tijekom posljednja dva desetljeća promjena korištenja zemljišta dovela je do značajnog povećanja emisija ugljičnog dioksida i metana u atmosferu.

Smanjenje šumskog područja u svijetu u početku je uzrokovalo značajan gubitak biomase kao posljedicu pretvaranja u pašnjake i poljoprivredne površine..

Poljoprivredna uporaba zemljišta smanjuje organsku tvar, dostižući novu i inferiornu ravnotežu, zbog oksidacije organske tvari.

Porast emisija također je posljedica isušivanja treseta i močvarnih područja s visokim udjelom organskih tvari. Povećanjem globalne temperature povećava se brzina razgradnje organske tvari u tlu i tresetu, tako da se ubrzava rizik od ovog značajnog zasićenja ugljika ugljika..

Tundre bi mogle biti od poniranja ugljika do izvora stakleničkih plinova.

reference

  1. Barker, S, J. A. Higg ins i H. Elderfield. 2003. Budućnost ciklusa ugljika: pregled, odgovor kalcifikacije, balast i povratne informacije o atmosferskom CO2. Filozofski poslovi Kraljevskog društva u Londonu, 361: 1977-1999.
  2. Berner, R.A. (2003). Dugoročni ciklus ugljika, fosilna goriva i sastav atmosfere. Nature 246: 323-326.
  3. (2018., 1. prosinca). Wikipedija, slobodna enciklopedija. Datum konzultacije: 19:15, 23. prosinca 2018. na adresi es.wikipedia.org.
  4. Ciklus ugljika. (2018., 4. prosinca). Wikipedija, slobodna enciklopedija. Datum savjetovanja: 17:02, 23. prosinca 2018. na 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). Globalni ciklus ugljika: test našeg znanja o Zemlji kao sustavu. Science, 290: 292-296.
  6. Program Ujedinjenih naroda za okoliš. (2007). Globalni okolišni Outlook GEO4. Phoenix Design Aid, Danska.
  7. Saugier, B. i J.Y. Pontailler. (2006). Globalni ciklus ugljika i njegove posljedice u fotosintezi u bolivijskom Altiplanu. Ekologija u Boliviji, 41 (3): 71-85.