Značilnosti cikla ogljika, rezervoarji, komponente, spremembe



The ogljikovega cikla to je biogeokemični proces, ki opisuje tok ogljika na Zemlji. Sestoji iz izmenjave ogljika med različnimi rezervoarji (atmosfera, biosfera, oceani in geološki sedimenti), kakor tudi njihova pretvorba v različne molekularne ureditve..

Ogljik je bistven element življenja živih bitij. Na Zemlji je v enostavni obliki prisotna kot premog ali diamanti, v obliki anorganskih spojin, kot je ogljikov dioksid (CO2) in metana (CH4), in kot organske spojine, kot so biomasa (material živih bitij) in fosilna goriva (nafta in zemeljski plin).

Cikel ogljika je eden najzahtevnejših biogeokemičnih ciklov in ima največji pomen zaradi posledic za življenje na planetu. Lahko se razdeli na dva preprostejša cikla, ki sta med seboj povezana.

Ena vključuje hitro izmenjavo ogljika, ki nastane med živimi bitji in atmosfero, oceani in zemljo. Drugi opisuje dolgoročne geološke procese.

Na ravni CO v prejšnjem stoletju2 atmosfere so se znatno povečale zaradi uporabe fosilnih goriv za ohranitev nevzdržnega gospodarskega, socialnega in tehnološkega modela, ki ga poganja industrijska revolucija v 19. stoletju.

To neravnovesje v globalnem ogljikovem ciklu je prineslo spremembo v vzorcih temperature in padavin, ki se danes izražajo v podnebnih spremembah..

Indeks

  • 1 Splošne značilnosti
  • 2 Rezervoarji ogljika
    • 2.1 Atmosfera
    • 2.2 Biosfera
    • 2.3 Tla
    • 2.4 Oceani
    • 2.5 Geološki sedimenti
  • 3 Komponente
    • 3.1 - Hitri cikel
    • 3.2-Počasen cikel
  • 4 Spremembe ogljikovega cikla
    • 4.1 Atmosferske spremembe
    • 4.2 Izguba organske snovi
  • 5 Reference

Splošne značilnosti

Ogljik je nekovinski kemični element. Vaš simbol je C, atomsko število je 6, atomska masa pa 12,01. Ima štiri elektrone, ki tvorijo kovalentne kemijske vezi (tetravalent).

Je eden od najbolj bogatih elementov v zemeljski skorji. Četrti najpogostejši element v vesolju, po vodiku, heliju in kisiku, in drugi najpogostejši element v živih bitijih, po kisiku.

Ogljik ima velik pomen za življenje. Je ena glavnih sestavin aminokislin, ki povzročajo nastanek beljakovin in je bistvena sestavina DNK vseh živih bitij.

Skupaj s kisikom in vodikom tvori veliko raznolikost spojin, kot so maščobne kisline, sestavine vseh celičnih membran.

Akumulatorji ogljika

Atmosfera

Atmosfera je plinska plast, ki obdaja Zemljo. Vsebuje 0,001% svetovnega ogljika, predvsem v obliki ogljikovega dioksida (CO2) in metana (CH4).

Kljub temu, da je eden najnižjih rezervoarjev ogljika na Zemlji, je vključen v veliko biokemičnih procesov. Predstavlja pomemben rezervoar za vzdrževanje življenja na Zemlji.

Biosfera

Biosfera vsebuje dve tretjini celotnega ogljika Zemlje v obliki biomase (žive in mrtve). Ogljik je pomemben del strukture in biokemijskih procesov vseh živih celic.

Gozdovi ne predstavljajo le rezervoarja pomembnega ogljika v biosferi, ampak nekatere vrste so bile priznane kot ponori, kot so gozdovi z zmerno temperaturo..

Ko so gozdovi v primarni fazi, prevzamejo CO2 in ga shranite v obliki lesa. Medtem ko dosežejo zrelost, absorbirajo manj ogljikovega dioksida, vendar les njihovih dreves vsebuje ogromne količine ogljika (približno 20% njihove teže)..

Pomemben rezervoar ogljika so tudi morski organizmi. V svojih lupinah shranjujejo ogljik v obliki kalcijevega karbonata.

Tla

Tla vsebujejo približno tretjino ogljika Zemlje v anorganskih oblikah, kot je kalcijev karbonat. Vsebuje trikrat več ogljika kot atmosfera in štirikrat več ogljika kot biomasa rastlin. Tla so največji rezervoar v interakciji z atmosfero.

Poleg ogljikovega rezervoarja so bila tla opredeljena kot pomemben ponor; gre za depozit, ki prispeva k absorpciji visoke in naraščajoče koncentracije ogljika v ozračju, v obliki CO2. Ta ponor je pomemben za zmanjšanje globalnega segrevanja.

Kakovostna tla z dobro količino humusa in organske snovi so dobri rezervoarji ogljika. Tradicionalne in agroekološke prakse sajenja ohranjajo lastnosti tal kot rezervoar ali ponor ogljika.

Oceani

Oceani vsebujejo 0,05% svetovnega ogljika Zemlje. Ogljik se večinoma nahaja v obliki bikarbonata, ki se lahko kombinira s kalcijem in tvori kalcijev karbonat ali apnenec, ki se izloča na dnu oceana..

Oceani so veljali za enega največjih ponorov CO2, z absorpcijo okoli 50% ogljika v atmosferi. Stanje, ki je ogrožalo morsko biotsko raznovrstnost s povečanjem kislosti morske vode.

Geološki sedimenti

Geološki sedimenti, shranjeni v inertni obliki v litosferi, so največji rezervoar ogljika na Zemlji. Tu shranjen ogljik je lahko anorganskega izvora ali organskega izvora.

Približno 99% ogljika, shranjenega v litosferi, je anorganski ogljik, shranjen v sedimentnih kamninah, kot so apnenčaste skale..

Preostali ogljik je mešanica organskih kemičnih spojin, ki so prisotne v sedimentnih kamninah, znanih kot kerogen, ki so nastale pred milijoni let z usedlinami biomase, ki so zakopane in podvržene visokim tlakom in temperaturi. Del teh cherogenov se pretvori v olje, plin in premog.

Komponente

Globalni cikel ogljika se lahko bolje razume s preučevanjem dveh enostavnejših ciklov, ki medsebojno delujejo: kratek cikel in dolg cikel.

Kratki film se osredotoča na hitro izmenjavo ogljika, ki jo doživljajo živa bitja. Medtem ko se dolg cikel pojavlja več milijonov let in vključuje izmenjavo ogljika med notranjostjo in površino Zemlje.

-Hitri cikel

Hitri cikel ogljika je znan tudi kot biološki cikel, ker temelji na izmenjavi ogljika, ki nastane med živimi organizmi z ozračjem, oceani in zemljo..

Atmosferski ogljik je prisoten predvsem kot ogljikov dioksid. Ta plin reagira z vodnimi molekulami v oceanih, da proizvaja bikarbonatni ion. Višja kot je koncentracija ogljikovega dioksida v atmosferi, večja je tvorba bikarbonata. Ta proces pomaga uravnavati CO2 v ozračju.

Ogljik v obliki ogljikovega dioksida vstopa v vsa trofična omrežja, tako kopenska kot vodna, s fotosintetičnimi organizmi, kot so alge in rastline. Heterotrofni organizmi pa pridobivajo ogljik s hranjenjem z avtotrofnimi organizmi.

Del organskega ogljika se vrne v ozračje z razgradnjo organske snovi (ki jo izvajajo bakterije in glivice) in celično dihanje (v rastlinah in glivah). Med dihanjem celice za pridobivanje energije in CO uporabljajo energijo, ki je shranjena v molekulah, ki vsebujejo ogljik (kot so sladkorji)2.

Drugi del organskega ogljika se pretvori v usedline in se ne vrne v ozračje. Ogljik, ki je shranjen v morskih biomasah na dnu morja (ko umrejo organizmi), se razgradi in CO2 raztopi se v globoki vodi. Ta CO2 se trajno odstrani iz ozračja.

Podobno se del ogljika, ki je shranjen v drevesih, rogozih in drugih gozdnih rastlinah, počasi razgradi v močvirjih, močvirjih in mokriščih pod anaerobnimi pogoji in nizko mikrobno aktivnostjo..

Ta proces proizvaja šoto, gobasto in lahko maso, bogato z ogljikom, ki se uporablja kot gorivo in kot organsko gnojilo. Približno tretjina vsega zemeljskega organskega ogljika je šota.

-Počasen cikel

Počasen cikel ogljika vključuje izmenjavo ogljika med kamninami litosfere in površinskim sistemom Zemlje: oceane, atmosfero, biosfero in zemljo. Ta cikel je glavni kontrolor koncentracije ogljikovega dioksida v atmosferi na geološki ravni.

Anorganski ogljik

Ogljikov dioksid, raztopljen v atmosferi, se združi z vodo, da nastane karbonska kislina. Ta reagira s kalcijem in magnezijem v zemeljski skorji, da tvori karbonate.

Zaradi erozijskega učinka dežja in vetra karbonati dosežejo oceane, kjer se kopiči morsko dno. Karbonate lahko asimilirajo tudi organizmi, ki sčasoma umrejo in se oborijo na morsko dno. Ti sedimenti se kopičijo tisoče let in tvorijo apnenčaste kamnine.

Sedimentne kamnine morskega dna se absorbirajo v plašč Zemlje s subdukcijo (proces, ki vključuje potop oceanskega območja tektonske plošče pod rob druge plošče)..

V litosferi so sedimentne kamnine izpostavljene visokim tlakom in temperaturam in se posledično topijo in kemično reagirajo z drugimi minerali, pri čemer izpustijo CO2. Tako izpuščen ogljikov dioksid se v vulkanske izbruhe vrne v ozračje.

Anorganski ogljik

Drug pomemben del tega geološkega cikla je organski ogljik. To izvira iz biomase, ki je zakopana v anaerobnih pogojih in pod visokim tlakom in temperaturo. Ta proces je privedel do nastajanja fosilnih snovi z visoko energijsko vsebnostjo, kot so premog, nafta ali zemeljski plin..

Med nastankom industrijske revolucije je bila v 19. stoletju odkrita uporaba fosilnega organskega ogljika kot vira energije. Od dvajsetega stoletja se je uporaba teh fosilnih goriv stalno povečevala, kar je v nekaj desetletjih povzročilo sproščanje velikih količin ogljika, ki so se na Zemlji kopičile tisoče let..

Spremembe cikla ogljika

Cikel ogljika, skupaj s cikli vode in hranil, je osnova življenja. Ohranjanje teh ciklov določa zdravje in odpornost ekosistemov ter njihovo sposobnost zagotavljanja blaginje človeštvu. Glavne spremembe ogljikovega cikla so navedene spodaj: \ t

Atmosferske spremembe

Atmosferski ogljikov dioksid je toplogredni plin. Skupaj z metanom in drugimi plini absorbira sevano toploto s površine zemlje, kar preprečuje njegovo sproščanje v vesolje.

Zaskrbljujoče povečanje ogljikovega dioksida v ozračju in drugih toplogrednih plinov je spremenilo energetsko bilanco Zemlje. To določa globalno kroženje toplote in vode v ozračju, temperaturo in vzorce padavin, spremembe vremenskih vzorcev in dvig morske gladine.

Glavna človeška sprememba ogljikovega cikla temelji na povečanju emisij CO2. Od leta 1987 letne svetovne emisije CO2 fosilnih goriv se je povečala za približno tretjino.

Gradbena industrija povzroča tudi neposredne emisije CO2 pri proizvodnji jekla in cementa.

V zadnjih desetletjih so se povečale tudi emisije monoksida in ogljikovega dioksida v ozračje v prometnem sektorju. Pri nakupu osebnih vozil je prišlo do relativno visokega povečanja. Poleg tega je trend v prid težjim avtomobilom in višji porabi energije.

Spremembe v rabi zemljišč so v zadnjih 150 letih povzročile približno tretjino povečanja ogljikovega dioksida v ozračju. Zlasti z izgubo organskega ogljika.

Izguba organske snovi

V zadnjih dveh desetletjih je sprememba rabe zemljišč povzročila znatno povečanje emisij ogljikovega dioksida in metana v ozračje.

Zmanjšanje gozdnih površin po vsem svetu je na začetku povzročilo znatno izgubo biomase zaradi prehoda na pašnike in kmetijska zemljišča..

Kmetijska raba zemljišč zmanjšuje organsko snov, doseže novo in slabše ravnovesje zaradi oksidacije organskih snovi..

Povečanje emisij je tudi posledica izsuševanja šote in mokrišč z visoko vsebnostjo organskih snovi. S povečanjem globalne temperature se poveča stopnja razgradnje organske snovi v tleh in šoti, tako da se tveganje za to pomembno nasičenje ogljika potaplja..

Tundre bi lahko prešle iz ponora ogljika v izvor toplogrednih plinov.

Reference

  1. Barker, S, J. A. Higg in H. Elderfield. 2003. Prihodnost cikla ogljika: pregled, odziv kalcifikacije, balast in povratne informacije o atmosferskem CO2. Filozofske transakcije Kraljeve družbe v Londonu, 361: 1977-1999.
  2. Berner, R.A. (2003). Dolgoročni cikel ogljika, fosilna goriva in sestava atmosfere. Nature 246: 323-326.
  3. (2018, 1. december). Wikipedija, Prosta enciklopedija. Datum posvetovanja: 19:15, 23. december 2018 iz es.wikipedia.org.
  4. Ogljikov cikel. (2018, 4. december). Wikipedija, Prosta enciklopedija. Datum posvetovanja: 17:02, 23. december 2018 od 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 ogljikov cikel: preizkus našega znanja o Zemlji kot sistemu. Science, 290: 292-296.
  6. Program Združenih narodov za okolje. (2007). Globalni okoljski Outlook GEO4. Phoenix Design Aid, Danska.
  7. Saugier, B. in J.Y. Pontailler (2006). Globalni cikel ogljika in njegove posledice v fotosintezi v bolivijskem Altiplanu. Ekologija v Boliviji, 41 (3): 71-85.