Charakterystyka cyklu węglowego, zbiorniki, składniki, zmiany



The obieg węgla jest to proces biogeochemiczny opisujący przepływ węgla na Ziemi. Polega na wymianie węgla pomiędzy różnymi zbiornikami (atmosfera, biosfera, oceany i osady geologiczne), a także ich przekształceniu w różne układy molekularne..

Węgiel jest niezbędnym elementem w życiu żywych istot. Na Ziemi występuje w formie prostej jak węgiel lub diamenty w postaci związków nieorganicznych, takich jak dwutlenek węgla (CO2) i metan (CH4) oraz jako związki organiczne, takie jak biomasa (materiał istot żywych) i paliwa kopalne (ropa naftowa i gaz ziemny).

Cykl węglowy jest jednym z najbardziej złożonych cykli biogeochemicznych i ma największe znaczenie ze względu na jego wpływ na życie na planecie. Można go podzielić na dwa prostsze cykle, które są ze sobą połączone.

Jedna z nich polega na szybkiej wymianie węgla między żywymi istotami a atmosferą, oceanami i glebą. Inny opisuje długoterminowe procesy geologiczne.

W ostatnim stuleciu poziom CO2 atmosfery znacznie wzrosły dzięki wykorzystaniu paliw kopalnych w celu utrzymania niezrównoważonego modelu gospodarczego, społecznego i technologicznego napędzanego przez rewolucję przemysłową w XIX wieku.

Ta nierównowaga w globalnym obiegu węgla spowodowała zmianę wzorców temperatury i opadów, które są dziś wyrażone w zmianach klimatu.

Indeks

  • 1 Ogólna charakterystyka
  • 2 zbiorniki węgla
    • 2.1 Atmosfera
    • 2.2 Biosfera
    • 2.3 Podłogi
    • 2.4 Oceany
    • 2.5 Osady geologiczne
  • 3 komponenty
    • 3.1 - Szybki cykl
    • 3.2-wolny cykl
  • 4 Zmiany cyklu węglowego
    • 4.1 Zmiany atmosferyczne
    • 4.2 Utrata materii organicznej
  • 5 referencji

Ogólna charakterystyka

Węgiel jest niemetalicznym pierwiastkiem chemicznym. Twój symbol to C, jego liczba atomowa wynosi 6, a masa atomowa wynosi 12,01. Ma cztery elektrony tworzące kowalencyjne wiązania chemiczne (jest czterowartościowe).

Jest jednym z najliczniejszych elementów skorupy ziemskiej. Czwarty najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we wszechświecie, po wodorze, helu i tlenu, i drugi najbardziej rozpowszechniony pierwiastek w żywych istotach, po tlenie.

Węgiel ma ogromne znaczenie dla życia. Jest to jeden z głównych składników aminokwasów, które powodują powstawanie białek i jest podstawowym składnikiem DNA wszystkich żywych istot.

Wraz z tlenem i wodorem tworzy wielką różnorodność związków, takich jak kwasy tłuszczowe, składniki wszystkich błon komórkowych.

Zbiorniki węgla

Atmosfera

Atmosfera jest warstwą gazową, która otacza Ziemię. Zawiera 0,001% globalnego węgla, głównie w postaci dwutlenku węgla (CO2) i metan (CH4).

Pomimo tego, że jest jednym z najniższych zbiorników węgla na Ziemi, bierze udział w wielu procesach biochemicznych. Stanowi ważny rezerwuar w utrzymaniu życia na Ziemi.

Biosfera

Biosfera zawiera dwie trzecie całkowitego węgla Ziemi w postaci biomasy (żywej i martwej). Węgiel jest ważną częścią struktury i procesów biochemicznych wszystkich żywych komórek.

Lasy nie tylko stanowią rezerwuar ważnego węgla w biosferze, ale niektóre typy zostały uznane za pochłaniacze, takie jak lasy umiarkowane.

Kiedy lasy znajdują się w początkowej fazie, biorą CO2 atmosfery i przechowywać ją w postaci drewna. Kiedy osiągają dojrzałość, pochłaniają mniej dwutlenku węgla, ale drewno ich drzew zawiera ogromne ilości węgla (około 20% ich wagi).

Organizmy morskie stanowią również ważny rezerwuar węgla. Przechowują węgiel w skorupach w postaci węglanu wapnia.

Gleby

Gleba zawiera około jednej trzeciej węgla ziemskiego w postaciach nieorganicznych, takich jak węglan wapnia. Przechowuje trzy razy więcej węgla niż atmosfera i cztery razy więcej węgla niż biomasa roślin. Gleba jest największym zbiornikiem w interakcji z atmosferą.

Oprócz tego, że gleba jest rezerwuarem węgla, została uznana za ważny zlew; jest to depozyt, który przyczynia się do pochłaniania wysokiej i rosnącej koncentracji węgla w atmosferze w postaci CO2. Ten zlew jest ważny dla zmniejszenia globalnego ocieplenia.

Dobre gleby, z dużą ilością próchnicy i materii organicznej, są dobrymi rezerwuarami węgla. Tradycyjne i agroekologiczne praktyki sadzenia utrzymują właściwości gleby jako zbiornik lub pochłaniacz węgla.

Oceany

Oceany zawierają 0,05% globalnego węgla Ziemi. Węgiel występuje głównie w postaci wodorowęglanu, który może łączyć się z wapniem i tworzyć węglan wapnia lub wapień, który wytrąca się na dnie oceanu.

Oceany zostały uznane za jeden z największych pochłaniaczy CO2, pochłaniając około 50% węgla atmosferycznego. Sytuacja, która zagroziła bioróżnorodności morskiej poprzez zwiększenie kwasowości wody morskiej.

Osady geologiczne

Osady geologiczne przechowywane w formie obojętnej w litosferze są największym zbiornikiem węgla na Ziemi. Przechowywany tutaj węgiel może być pochodzenia nieorganicznego lub pochodzenia organicznego.

Około 99% węgla zgromadzonego w litosferze to węgiel nieorganiczny przechowywany w skałach osadowych, takich jak skały wapienne.

Pozostały węgiel jest mieszaniną organicznych związków chemicznych obecnych w skałach osadowych, znanych jako kerogen, utworzonych miliony lat temu przez osady biomasy zakopane i poddane działaniu wysokiego ciśnienia i temperatury. Część tych cherogenów jest przekształcana w ropę naftową, gaz i węgiel.

Komponenty

Globalny obieg węgla można lepiej zrozumieć, badając dwa prostsze cykle, które wzajemnie na siebie oddziałują: krótki cykl i długi cykl.

Krótki film skupia się na szybkiej wymianie węgla, którego doświadczają żywe istoty. Podczas gdy długi cykl zachodzi przez miliony lat i obejmuje wymianę węgla między wnętrzem a powierzchnią Ziemi.

-Szybki cykl

Szybki cykl węgla jest również znany jako cykl biologiczny, ponieważ opiera się na wymianie węgla zachodzącego między żywymi organizmami a atmosferą, oceanami i glebą.

Węgiel atmosferyczny występuje głównie w postaci dwutlenku węgla. Gaz ten reaguje z cząsteczkami wody w oceanach, wytwarzając jon wodorowęglanowy. Im wyższe stężenie atmosferycznego dwutlenku węgla, tym większe tworzenie się wodorowęglanu. Ten proces pomaga regulować CO2 w atmosferze.

Węgiel, w postaci dwutlenku węgla, dostaje się do wszystkich sieci troficznych, zarówno lądowych, jak i wodnych, poprzez organizmy fotosyntetyczne, takie jak glony i rośliny. Z kolei organizmy heterotroficzne uzyskują węgiel poprzez karmienie organizmami autotroficznymi.

Część węgla organicznego wraca do atmosfery poprzez rozkład materii organicznej (prowadzonej przez bakterie i grzyby) i oddychanie komórkowe (u roślin i grzybów). Podczas oddychania komórki wykorzystują energię zmagazynowaną w cząsteczkach zawierających węgiel (takich jak cukry) do produkcji energii i CO2.

Inna część węgla organicznego jest przekształcana w osady i nie wraca do atmosfery. Węgiel przechowywany w osadach biomasy morskiej na dnie morza (gdy umierają organizmy), rozkładają się i CO2 rozpuszcza się w głębokiej wodzie. To CO2 jest trwale usuwany z atmosfery.

Podobnie część węgla składowanego w drzewach, szuwarach i innych roślinach leśnych powoli rozkłada się na bagnach, bagnach i terenach podmokłych w warunkach beztlenowych i niskiej aktywności mikrobiologicznej..

Proces ten wytwarza torf, gąbczastą i lekką masę, bogatą w węgiel, który jest używany jako paliwo i jako nawóz organiczny. Około jedna trzecia całego ziemskiego węgla organicznego to torf.

-Powolny cykl

Powolny cykl węgla obejmuje wymianę węgla między skałami litosfery a układem powierzchniowym Ziemi: oceanami, atmosferą, biosferą i glebą. Cykl ten jest głównym kontrolerem stężenia dwutlenku węgla w atmosferze w skali geologicznej.

Węgiel nieorganiczny

Dwutlenek węgla rozpuszczony w atmosferze łączy się z wodą, tworząc kwas węglowy. Reaguje z wapniem i magnezem obecnym w skorupie ziemskiej, tworząc węglany.

Ze względu na efekt erozji deszczu i wiatru, węglany docierają do oceanów, gdzie gromadzi się dno morza. Węglany mogą być również asymilowane przez organizmy, które ostatecznie umierają i wytrącają się na dnie morskim. Osady te gromadzą się przez tysiące lat i tworzą wapienne skały.

Skały osadowe dna morskiego są wchłaniane do płaszcza Ziemi przez subdukcję (proces polegający na zatonięciu strefy oceanicznej płyty tektonicznej pod krawędzią innej płyty).

W litosferze skały osadowe są poddawane wysokim ciśnieniom i temperaturom, aw konsekwencji topią się i reagują chemicznie z innymi minerałami, uwalniając CO2. Tak uwolniony dwutlenek węgla powraca do atmosfery w wyniku erupcji wulkanicznych.

Węgiel nieorganiczny

Innym ważnym elementem tego cyklu geologicznego jest węgiel organiczny. Pochodzi z biomasy zakopanej w warunkach beztlenowych, wysokiego ciśnienia i temperatury. Proces ten doprowadził do powstania substancji kopalnych o wysokiej zawartości energii, takich jak węgiel, ropa naftowa lub gaz ziemny..

Podczas powstania rewolucji przemysłowej w XIX wieku odkryto wykorzystanie skamieniałego węgla organicznego jako źródła energii. Od dwudziestego wieku obserwuje się stały wzrost wykorzystania tych paliw kopalnych, powodując w ciągu kilku dziesięcioleci uwolnienie do atmosfery dużych ilości węgla nagromadzonego w ziemi przez tysiące lat.

Zmiany cyklu węglowego

Cykl węglowy wraz z cyklami wody i składników odżywczych stanowi podstawę życia. Utrzymanie tych cykli determinuje zdrowie i odporność ekosystemów oraz ich zdolność do zapewnienia dobrobytu ludzkości. Główne zmiany cyklu węglowego są wymienione poniżej:

Zmiany atmosferyczne

Atmosferyczny dwutlenek węgla jest gazem cieplarnianym. Wraz z metanem i innymi gazami pochłania promieniowanie cieplne z powierzchni ziemi, zapobiegając jego uwolnieniu w kosmos.

Alarmujący wzrost dwutlenku węgla w atmosferze i innych gazach cieplarnianych zmienił bilans energetyczny Ziemi. Decyduje o globalnym obiegu ciepła i wody w atmosferze, wzorcach temperatury i opadów, zmianach pogody i wzroście poziomu morza.

Główna ludzka zmiana cyklu węglowego opiera się na wzroście emisji CO2. Od 1987 r. Roczna globalna emisja CO2 ze spalania paliw kopalnych wzrosły o około jedną trzecią.

Przemysł budowlany powoduje również bezpośrednie emisje CO2 w produkcji stali i cementu.

W ostatnich dziesięcioleciach wzrosła również emisja tlenku i dwutlenku węgla w atmosferze przez sektor transportu. Odnotowano stosunkowo wysoki wzrost zakupu samochodów osobowych. Ponadto trend popiera cięższe samochody i większe zużycie energii.

Zmiany w użytkowaniu gruntów spowodowały około jednej trzeciej wzrostu dwutlenku węgla w atmosferze w ciągu ostatnich 150 lat. Zwłaszcza dzięki utracie węgla organicznego.

Utrata materii organicznej

W ciągu ostatnich dwóch dekad zmiana sposobu użytkowania gruntów spowodowała znaczny wzrost emisji dwutlenku węgla i metanu do atmosfery.

Zmniejszenie powierzchni lasów na całym świecie początkowo spowodowało znaczną utratę biomasy w wyniku przekształcenia na pastwiska i pola uprawne.

Użytkowanie gruntów w rolnictwie zmniejsza materię organiczną, osiągając nową i gorszą równowagę dzięki utlenianiu materii organicznej.

Wzrost emisji jest również wynikiem odwodnienia torfu i terenów podmokłych o wysokiej zawartości substancji organicznych. Wraz ze wzrostem globalnej temperatury, tempo rozkładu materii organicznej w glebie i torfie wzrasta, tak że ryzyko tego ważnego nasycenia dwutlenkiem węgla jest przyspieszone.

Tundry mogą przechodzić od pochłaniacza węgla do źródeł gazów cieplarnianych.

Referencje

  1. Barker, S, J. A. Higg ins i H. Elderfield. 2003. Przyszłość cyklu węglowego: przegląd, reakcja wapnienia, balast i informacja zwrotna na temat atmosferycznego CO2. Transakcje filozoficzne Royal Society of London A, 361: 1977-1999.
  2. Berner, R.A. (2003). Długoterminowy obieg węgla, paliwa kopalne i skład atmosfery. Nature 246: 323-326.
  3. (2018, 1 grudnia). Wikipedia, darmowa encyklopedia. Data konsultacji: 19:15, 23 grudnia 2018 r. Z es.wikipedia.org.
  4. Cykl węglowy. (2018, 4 grudnia). Wikipedia, darmowa encyklopedia. Data konsultacji: 17:02, 23 grudnia 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). Globalny cykl węglowy: test naszej wiedzy o Ziemi jako systemie. Science, 290: 292-296.
  6. Program Narodów Zjednoczonych na rzecz środowiska. (2007). Global Environment Outlook GEO4. Phoenix Design Aid, Dania.
  7. Saugier, B. and J.Y. Pontailler (2006). Globalny obieg węgla i jego konsekwencje w fotosyntezie w boliwijskim Altiplano. Ekologia w Boliwii, 41 (3): 71-85.