Charakteristika uhlíkového cyklu, stupně, význam

4954
Simon Doyle
Charakteristika uhlíkového cyklu, stupně, význam

The uhlíkový cyklus Jedná se o proces cirkulace tohoto chemického prvku ve vzduchu, vodě, půdě a živých bytostech. Jedná se o biogeochemický cyklus plynného typu a nejhojnější formou, ve které se uhlík nachází v atmosféře, je oxid uhličitý (CO2)..

Největší zásoby uhlíku jsou v oceánech, fosilních palivech, organických látkách a sedimentárních horninách. Stejně tak je nezbytný ve struktuře těla živých organismů a vstupuje do trofických řetězců jako CO2 prostřednictvím fotosyntézy.. 

Fotosyntetizéry (rostliny, fytoplankton a sinice) absorbují uhlík z atmosférického CO2 a pak ho býložravci z těchto organismů berou. Ty jsou konzumovány masožravci a nakonec jsou všechny mrtvé organismy zpracovány rozkladači.

Kromě atmosféry a živých bytostí se uhlík nachází v půdě (edafosféra) a ve vodě (hydrosféra). V oceánech bere fytoplankton, makrořasy a vodní krytosemenné rostliny CO2 rozpuštěný ve vodě k provádění fotosyntézy.

Uhlíkový cyklus ilustrace

CO2 se znovu integruje do atmosféry nebo vody dýcháním suchozemských a vodních živých bytostí. Jakmile jsou živé bytosti mrtvé, uhlík se znovu integruje do fyzického prostředí jako CO2 nebo jako součást sedimentárních hornin, uhlí nebo ropy..

Uhlíkový cyklus je velmi důležitý, protože plní různé funkce, jako například být součástí živých bytostí, pomáhá regulovat planetární teplotu a kyselost vody. Rovněž přispívá k erozivním procesům sedimentárních hornin a slouží jako zdroj energie pro člověka..

Rejstřík článků

  • 1 Funkce
    • 1.1 Uhlík
    • 1.2 Atmosféra
    • 1.3 Biologický svět
    • 1.4 Litosféra
    • 1.5 Hydrosféra
  • 2 fáze uhlíkového cyklu
    • 2.1 - Geologická fáze
    • 2.2 - Hydrologický stupeň
    • 2.3 - Atmosférické jeviště
    • 2.4 - Biologické stádium
  • 3 Důležitost
    • 3.1 V živých bytostech
    • 3.2 Regulace pozemské teploty
    • 3.3 Regulace oceánského pH
    • 3.4 Zdroj energie
    • 3.5 Ekonomická hodnota
  • 4 Odkazy

Vlastnosti

Uhlík

Tento prvek je ve vesmíru na šestém místě a jeho struktura mu umožňuje vytvářet vazby s dalšími prvky, jako je kyslík a vodík. Je tvořen čtyřmi elektrony (čtyřmocnými), které tvoří kovalentní chemické vazby schopné vytvářet polymery se složitými strukturními formami.

Atmosféra

Uhlík se v atmosféře nachází hlavně jako oxid uhličitý (CO2) v podílu 0,04% složení vzduchu. I když se koncentrace atmosférického uhlíku za posledních 170 let podstatně změnila v důsledku lidského průmyslového rozvoje.

Před průmyslovým obdobím se koncentrace pohybovala od 180 do 280 ppm (dílů na milion) a dnes přesahuje 400 ppm. Kromě toho existuje metan (CH4) v mnohem menším podílu a oxid uhelnatý (CO) v malých stopách..

CO2 a metan (CH4)

Tyto plyny na bázi uhlíku mají vlastnost absorbovat a vyzařovat energii dlouhých vln (teplo). Z tohoto důvodu jeho přítomnost v atmosféře reguluje planetární teplotu tím, že brání úniku tepla vyzařovaného Zemí do vesmíru..

Z těchto dvou plynů zachycuje více tepla metan, ale rozhodující roli hraje díky jeho relativní hojnosti CO2.

Biologický svět

Většinu struktury živých organismů tvoří uhlík, který je nezbytný pro tvorbu bílkovin, sacharidů, tuků a vitamínů..

Litosféra

Uhlík je součástí organické hmoty a vzduchu v půdě, nachází se také v elementární formě, jako je uhlík, grafit a diamant. Stejným způsobem je to základní část uhlovodíků (ropa, bitumeny), které se nacházejí v ložiskách v.

Tvorba uhlíku

Jak vegetace umírá v povodích, bažinách nebo mělkých mořích, zbytky rostlin se hromadí ve vrstvách pokrytých vodou. Poté se vytvoří pomalý proces anaerobního rozkladu způsobený bakteriemi..

Sedimenty pokrývají vrstvy rozkládajícího se organického materiálu, který po miliony let prochází progresivním procesem obohacování uhlíku. To projde stupněm rašeliny (50% uhlíku), lignitu (55-75%), uhlí (75-90%) a nakonec antracitu (90% nebo více).

Tvorba oleje

Začíná to pomalým aerobním rozkladem, poté probíhá anaerobní fáze se zbytky planktonu, zvířat a mořských nebo jezerních rostlin. Tato organická hmota byla pohřbena sedimentárními vrstvami a vystavena vysokým teplotám a tlakům uvnitř Země..

Vzhledem k nižší hustotě však ropa stoupá póry sedimentárních hornin. Nakonec se buď uvězní v nepropustných oblastech, nebo vytvoří mělké asfaltové výchozy.

Hydrosféra

Hydrosféra udržuje plynnou výměnu s atmosférou, zejména kyslíkem a uhlíkem ve formě CO2 (rozpustného ve vodě). Uhlík se nachází ve vodě, zejména v oceánech, zejména ve formě hydrogenuhličitanových iontů.

Ionikarbonátové ionty hrají důležitou roli při regulaci pH mořského prostředí. Na druhé straně na mořském dně je velké množství metanu zachyceného jako hydráty metanu..

Kyselý déšť

Uhlík také proniká mezi plynné médium a kapalinu, když CO2 reaguje s atmosférickými vodními parami a vytváří H2CO3. Tato kyselina se vysráží dešťovou vodou a okyseluje půdy a vody.

Fáze uhlíkového cyklu

Zachycování a skladování uhlíku. Zdroj: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin a Jamie Paynederivativní práce: odvozená práce Jarla Arntzena (diskuse): Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 )

Jako každý biogeochemický cyklus je uhlíkový cyklus složitým procesem tvořeným sítí vztahů. Jejich rozdělení do definovaných fází je pouze prostředkem pro jejich analýzu a porozumění..

- Geologická fáze

Vstupenky

Uhlíkové vstupy do této fáze pocházejí v menší míře z atmosféry kyselými dešti a vzduchem filtrovaným k zemi. Hlavním vstupem jsou však příspěvky živých organismů, a to jak jejich výkaly, tak jejich těly, když zemřou..

Skladování a oběh

V této fázi se uhlík ukládá a pohybuje se v hlubokých vrstvách litosféry, jako je uhlí, ropa, plyn, grafit a diamanty. Je také součástí uhličitanových hornin, zachycených v permafrostu (zmrzlá přízemní vrstva v polárních šířkách) a rozpuštěná ve vodě a vzduchu v půdních pórech..

V dynamice deskové tektoniky uhlík zasahuje také do hlubších vrstev pláště a je součástí magmatu.

Odlety

Působení deště na vápnité horniny je eroduje a spolu s dalšími prvky se uvolňuje vápník. Vápník z eroze těchto uhličitanových hornin se promývá do řek a odtud do oceánů.. 

Podobně se uvolňuje COdva v důsledku rozmrazení permafrostu nebo nadměrné orby půdy. Hlavní výstup je však řízen člověkem těžbou uhlí, ropy a plynu z litosféry, která je spaluje jako paliva..

Lidská činnost, založená na spotřebě uhlovodíků, uvolňuje uhlík do atmosféry

- Hydrologické stádium

Vstupenky

COdva Když se atmosféra dostane do styku s vodní hladinou, rozpouští se a tvoří kyselinu uhličitou a metan z mořského dna vstupuje do litosféry, jak bylo zjištěno v Arktidě. Ionty HCO navíc vstupují do řek a oceánůerozí uhličitanových hornin v litosféře a promýváním půd.

Když prší, voda nese uhlík ve formě oxidu uhličitého z atmosféry a ze skal. Po dosažení oceánu jej korály, plankton a další vodní živočichové používají k růstu. Tyto živé bytosti - korály, plankton a vodní živočichové - umírají a vstupují do uhlíku do půdy

Skladování a oběh

CO2 se rozpouští ve vodě a tvoří kyselinu uhličitou (H2CO3), rozpouští uhličitan vápenatý ve skořápkách a vytváří uhličitan vápenatý (Ca (HCO3) 2). Uhlík se proto nachází a cirkuluje ve vodě hlavně jako CO2, H2CO3 a Ca (HCO3) 2.

Na druhou stranu si mořské organismy udržují neustálou výměnu uhlíku se svým vodním prostředím pomocí fotosyntézy a dýchání. Velké zásoby uhlíku jsou také ve formě metanhydrátů na mořském dně, zmrazené nízkými teplotami a vysokými tlaky..

Odlety

Oceán si vyměňuje plyny s atmosférou, včetně CO2 a metanu, a část z nich se uvolňuje do atmosféry. Nedávno byl v hloubkách menších než 400 m, například při pobřeží Norska, zjištěn nárůst úniku metanu v oceánu..

Zvýšení globální teploty zahřívá vodu do hloubky ne větší než 400 m a uvolňuje tyto hydráty metanu. Podobný proces nastal i v pleistocénu, kdy došlo k uvolnění velkého množství metanu, což více zahřívalo Zemi a způsobilo konec doby ledové..

- Atmosférické jeviště

Vstupenky

Uhlík vstupuje do atmosféry z dýchání živých bytostí a z bakteriální methanogenní aktivity. Podobně v důsledku vegetačních požárů (biosféra), výměny s hydrosférou, spalování fosilních paliv, vulkanické činnosti a uvolňování ze země (geologické).

Uvolňování geologického uhlíku do atmosféry vybuchující sopkou. Autor: Ciencia1.com [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Skladování a oběh

V atmosféře je uhlík převážně v plynné formě, jako je CO2, metan (CH4) a oxid uhelnatý (CO). Podobně můžete najít částice uhlíku suspendované ve vzduchu..

Odlety

Hlavními uhlíkovými výstupy z atmosférického stupně jsou CO2, který se rozpouští ve vodě oceánu a který se používá při fotosyntéze.

- Biologické stádium

Vstupenky

Uhlík vstupuje do biologického stadia jako CO2 procesem fotosyntézy prováděným rostlinami a fotosyntetickými bakteriemi. Podobně ionty Ca2 + a HCO3-, které se dostávají do moře erozí a jsou používány různými organismy při výrobě skořápek..

Rostliny a mikroorganismy absorbují oxid uhličitý z atmosféry a pomocí fotosyntézy ho přeměňují na kyslík a energii.

Skladování a oběh

Každá buňka, a tedy i těla živých bytostí, jsou tvořena vysokým podílem uhlíku, který tvoří bílkoviny, sacharidy a tuky. Tento organický uhlík cirkuluje biosférou prostřednictvím potravinářských sítí od primárních výrobců.

Angiospermy, kapradiny, játra, mechy, řasy a sinice jej začleňují fotosyntézou. Pak jsou tyto organismy konzumovány býložravci, kteří budou potravou pro masožravce.

Bylinožravá zvířata konzumují rostliny a uvolňují oxid uhličitý do atmosféry. Když tato zvířata zemřou, znovu začlení uhlík do půdy. Totéž se děje s korály a planktony na dně oceánu.

Odlety

Hlavním únikem uhlíku z této fáze do ostatních v uhlíkovém cyklu je smrt živých bytostí, která jej znovu integruje do půdy, vody a atmosféry. Masivní a drastickou formou smrti a uvolňování uhlíku jsou lesní požáry, které produkují velké množství CO2..

Na druhou stranu nejdůležitějším zdrojem metanu do atmosféry jsou plyny vypuzené hospodářskými zvířaty při jejich trávení. Zdrojem metanu je rovněž aktivita anaerobních methanogenních bakterií rozkládajících organickou hmotu v bažinách a rýžových plodinách..

Důležitost

Uhlíkový cyklus je důležitý díky příslušným funkcím, které tento prvek plní na planetě Zemi. Jeho vyvážený oběh umožňuje regulovat všechny tyto důležité funkce pro udržení planetárních podmínek ve funkci života..

V živých bytostech

Uhlík je hlavním prvkem ve struktuře buněk, protože je součástí sacharidů, bílkovin a tuků. Tento prvek je základem veškeré chemie života, od DNA po buněčné membrány a organely, tkáně a orgány..

Regulace pozemské teploty

CO2 je hlavní skleníkový plyn, který umožňuje udržovat vhodnou teplotu pro život na Zemi. Bez atmosférických plynů, jako je CO2, vodní pára a další, by teplo emitované Zemí zcela uniklo do vesmíru a planeta by byla zmrzlá hmota..

Globální oteplování

Na druhou stranu přebytek CO2 vypouštěný do atmosféry, například v současnosti způsobený člověkem, narušuje přirozenou rovnováhu. To způsobí přehřátí planety, což mění globální klima a negativně ovlivňuje biologickou rozmanitost..

Regulace oceánského pH

CO2 a metan rozpuštěný ve vodě jsou součástí komplexního mechanismu pro regulaci pH vody v oceánech. Čím vyšší je obsah těchto plynů ve vodě, tím je pH kyselější, což je negativní pro vodní život..

Zdroj energie

Uhlí je podstatnou součástí fosilních paliv, a to jak minerálního uhlí, ropy, tak zemního plynu. Ačkoli je jeho použití zpochybňováno kvůli negativním dopadům na životní prostředí, které produkuje, jako je globální přehřátí a uvolňování těžkých kovů..

Ekonomická hodnota

Uhlí je minerál, který generuje zdroje práce a ekonomické zisky pro své použití jako palivo a ekonomický rozvoj lidstva je založen na použití této suroviny. Na druhou stranu, ve své krystalizované formě diamantu, který je mnohem vzácnější, má velkou ekonomickou hodnotu pro jeho použití jako drahého kamene..

Reference

  1. Calow, P. (vyd.) (1998). Encyklopedie ekologie a environmentálního managementu.
  2. Christopher R. a Fielding, C.R. (1993). Přehled nedávného výzkumu fluviální sedimentologie. Sedimentární geologie.
  3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, O.A. a Castro-Romero, T. Biogeochemické cykly. Kapitola 7. Mexická zpráva o změně klimatu, skupina I, Vědecké základy. Modely a modelování.
  4. Margalef, R. (1974). Ekologie. Edice Omega.
  5. Miller, G. a TYLER, J.R. (1992). Ekologie a životní prostředí. Grupo Editorial Iberoamérica S.A. autor: C.V.
  6. Odum, E.P. a Warrett, G.W. (2006). Základy ekologie. Páté vydání. Thomson.

Zatím žádné komentáře