Характеристики углеродного цикла, резервуары, компоненты, изменения



углеродный цикл это биогеохимический процесс, который описывает поток углерода на Земле. Он заключается в обмене углерода между различными резервуарами (атмосфера, биосфера, океаны и геологические осадки), а также в превращении их в различные молекулярные структуры..

Углерод является неотъемлемым элементом в жизни живых существ. На Земле он присутствует в своей простой форме в виде угля или алмазов, в форме неорганических соединений, таких как диоксид углерода (СО2) и метан (СН4), а также в качестве органических соединений, таких как биомасса (материал живых существ) и ископаемое топливо (нефть и природный газ).

Углеродный цикл является одним из самых сложных биогеохимических циклов и имеет огромное значение из-за его последствий для жизни на планете. Его можно разбить на два более простых цикла, которые связаны между собой.

Один включает быстрый обмен углерода, который происходит между живыми существами и атмосферой, океанами и почвой. Другой описывает долгосрочные геологические процессы.

В прошлом веке уровни СО2 атмосфера значительно увеличилась из-за использования ископаемого топлива для поддержания неустойчивой экономической, социальной и технологической модели, вызванной промышленной революцией в 19 веке.

Этот дисбаланс в глобальном углеродном цикле привел к изменению моделей температуры и осадков, которые сегодня выражаются в том, что мы называем изменением климата.

индекс

  • 1 Общая характеристика
  • 2 Углеродные резервуары
    • 2.1 Атмосфера
    • 2.2 Биосфера
    • 2.3 Этажи
    • 2.4 Океаны
    • 2.5 Геологические отложения
  • 3 компонента
    • 3.1 -Быстрый цикл
    • 3.2-медленный цикл
  • 4 Изменения углеродного цикла
    • 4.1 Атмосферные изменения
    • 4.2 Потеря органического вещества
  • 5 ссылок

Общие характеристики

Углерод является неметаллическим химическим элементом. Ваш символ С, его атомный номер равен 6, а его атомная масса равна 12.01. Он имеет четыре электрона для образования ковалентных химических связей (это четырехвалентный).

Это один из самых распространенных элементов в земной коре. Четвертый самый распространенный элемент во вселенной, после водорода, гелия и кислорода, и второй самый распространенный элемент в живых существах после кислорода.

Углерод имеет большое значение для жизни. Это одна из основных составляющих аминокислот, которые дают белки, и является важной составляющей ДНК всех живых существ..

Вместе с кислородом и водородом он образует большое разнообразие соединений, таких как жирные кислоты, составляющие всех клеточных мембран.

Углеродные резервуары

атмосфера

Атмосфера - это газообразный слой, который окружает Землю. Он содержит 0,001% мирового углерода, в основном в форме диоксида углерода (СО2) и метан (СН4).

Несмотря на то, что он является одним из самых низких резервуаров углерода на Земле, он участвует в большом количестве биохимических процессов. Он представляет собой важный резервуар в поддержании жизни на Земле.

биосфера

Биосфера содержит две трети общего углерода Земли в виде биомассы (живой и мертвой). Углерод, являясь важной частью структуры и биохимических процессов всех живых клеток.

Леса не только представляют собой резервуар важного углерода в биосфере, но некоторые типы были признаны поглотителями, например, леса умеренного пояса..

Когда леса находятся в начальной стадии, они берут СО2 атмосферы и хранить его в форме дерева. Хотя, достигнув зрелости, они поглощают меньше углекислого газа, но древесина их деревьев содержит огромное количество углерода (примерно 20% от их веса).

Морские организмы также являются важным резервуаром углерода. Они хранят углерод в своих оболочках в форме карбоната кальция.

этажей

Почва содержит примерно треть углерода Земли в неорганических формах, таких как карбонат кальция. Он хранит в три раза больше углерода, чем атмосфера, и в четыре раза больше углерода, чем биомасса растений. Почва является крупнейшим резервуаром во взаимодействии с атмосферой.

Помимо того, что это резервуар углерода, почва была определена как важный сток; это осадок, который способствует поглощению высокой и растущей концентрации углерода в атмосфере в форме CO2. Эта раковина важна для уменьшения глобального потепления.

Качественные почвы с большим количеством гумуса и органических веществ являются хорошими резервуарами углерода. Традиционные и агроэкологические методы посадки поддерживают свойства почвы в качестве резервуара или поглотителя углерода..

океаны

Океаны содержат 0,05% мирового углерода Земли. Углерод находится в основном в форме бикарбоната, который может соединяться с кальцием и образовывать карбонат кальция или известняк, который выпадает в осадок на дне океана..

Океаны считаются одним из крупнейших поглотителей СО2, поглощая около 50% атмосферного углерода. Ситуация, которая угрожает морскому биоразнообразию из-за увеличения кислотности морской воды.

Геологические отложения

Геологические осадки, хранящиеся в инертной форме в литосфере, являются крупнейшим резервуаром углерода на Земле. Углерод, хранящийся здесь, может быть неорганического или органического происхождения..

Приблизительно 99% углерода, хранящегося в литосфере, представляет собой неорганический углерод, хранящийся в осадочных породах, таких как известняковые породы..

Оставшийся углерод представляет собой смесь органических химических соединений, присутствующих в осадочных породах, известных как кероген, образованных миллионы лет назад из-за отложений биомассы, которые захоронены и подвергаются воздействию высокого давления и температуры. Часть этих черогенов превращается в нефть, газ и уголь.

компоненты

Глобальный углеродный цикл можно лучше понять, изучив два более простых цикла, которые взаимодействуют друг с другом: короткий цикл и длинный цикл.

Короткометражный фильм посвящен быстрому обмену углерода, который переживают живые существа. В то время как длинный цикл происходит в течение миллионов лет и включает обмен углерода между внутренней частью и поверхностью Земли..

-Быстрый цикл

Быстрый цикл углерода также известен как биологический цикл, потому что он основан на обмене углерода, который происходит между живыми организмами с атмосферой, океанами и почвой..

Атмосферный углерод присутствует в основном в виде диоксида углерода. Этот газ реагирует с молекулами воды в океанах с образованием бикарбонат-иона. Чем выше концентрация углекислого газа в атмосфере, тем больше образование бикарбоната. Этот процесс помогает регулировать СО2 в атмосфере.

Углерод в виде диоксида углерода проникает во все трофические сети, как наземные, так и водные, через фотосинтезирующие организмы, такие как водоросли и растения. В свою очередь, гетеротрофные организмы получают углерод, питаясь автотрофными организмами..

Часть органического углерода возвращается в атмосферу посредством разложения органического вещества (осуществляется бактериями и грибами) и клеточного дыхания (у растений и грибов). Во время дыхания клетки используют энергию, запасенную в углеродсодержащих молекулах (таких как сахара), для производства энергии и СО2.

Другая часть органического углерода превращается в отложения и не возвращается в атмосферу. Углерод, хранящийся в осадках морской биомассы на дне моря (когда организмы умирают), разлагается и СО2 растворяется в глубокой воде. Это CO2 навсегда удален из атмосферы.

Точно так же часть углерода, хранящегося в деревьях, камышах и других лесных растениях, медленно разлагается в болотах, болотах и ​​водно-болотных угодьях в анаэробных условиях и с низкой микробной активностью..

Этот процесс производит торф, губчатую и легкую массу, богатую углеродом, который используется в качестве топлива и в качестве органического удобрения. Примерно треть всего земного органического углерода составляет торф.

-Медленный цикл

Медленный цикл углерода включает обмен углерода между породами литосферы и поверхностной системой Земли: океанами, атмосферой, биосферой и почвой. Этот цикл является основным регулятором концентрации углекислого газа в атмосфере в геологическом масштабе..

Неорганический углерод

Растворенный в атмосфере углекислый газ в сочетании с водой образует углекислоту. Это реагирует с кальцием и магнием, присутствующим в земной коре, с образованием карбонатов.

Из-за эрозионного воздействия дождя и ветра карбонаты достигают океанов, где накапливается дно моря. Карбонаты также могут усваиваться организмами, которые в конечном итоге погибают и осаждаются на морском дне. Эти отложения накапливаются в течение тысячелетий и образуют известняковые породы..

Осадочные породы морского дна поглощаются в мантию Земли путем субдукции (процесс, который включает погружение океанической зоны тектонической плиты под край другой плиты).

В литосфере осадочные породы подвергаются высоким давлениям и температурам и, как следствие, плавятся и вступают в химическую реакцию с другими минералами, выделяя СО2. Выброшенный таким образом диоксид углерода возвращается в атмосферу в результате извержений вулканов..

Неорганический углерод

Другим важным компонентом этого геологического цикла является органический углерод. Это происходит из биомассы, захороненной в анаэробных условиях и при высоком давлении и температуре. Этот процесс привел к образованию ископаемых веществ с высоким содержанием энергии, таких как уголь, нефть или природный газ..

Во время возникновения промышленной революции, в 19 веке, было обнаружено использование ископаемого органического углерода в качестве источника энергии. С двадцатого века наблюдается постоянное увеличение использования этих ископаемых видов топлива, что привело к выбросу в атмосферу большого количества углерода, накопленного в земле в течение тысячелетий в течение нескольких десятилетий..

Изменения углеродного цикла

Углеродный цикл, вместе с циклами воды и питательных веществ, составляет основу жизни. Поддержание этих циклов определяет здоровье и устойчивость экосистем, а также их способность обеспечивать благосостояние человечества. Основные изменения углеродного цикла упомянуты ниже:

Атмосферные изменения

Атмосферный углекислый газ является парниковым газом. Вместе с метаном и другими газами он поглощает излучаемое тепло от поверхности земли, предотвращая его выброс в космос.

Тревожное увеличение содержания углекислого газа в атмосфере и других парниковых газов изменило энергетический баланс Земли. Это определяет глобальную циркуляцию тепла и воды в атмосфере, температуру и характер осадков, изменения в погодных условиях и повышение уровня моря.

Основное изменение человеком углеродного цикла основано на увеличении выбросов СО2. С 1987 года ежегодные глобальные выбросы CO2 от сжигания ископаемого топлива увеличились примерно на треть.

Строительная отрасль также вызывает прямые выбросы СО2 в производстве стали и цемента.

Атмосферные выбросы моноксида и углекислого газа транспортным сектором также увеличились в последние десятилетия. Произошел относительно высокий рост покупки личного автотранспорта. Кроме того, тенденция в пользу более тяжелых автомобилей и с более высоким потреблением энергии.

Изменения в землепользовании привели примерно к одной трети увеличения содержания углекислого газа в атмосфере за последние 150 лет. Особенно из-за потери органического углерода.

Потеря органического вещества

В течение последних двух десятилетий изменение в землепользовании привело к значительному увеличению выбросов углекислого газа и метана в атмосферу..

Сокращение лесопокрытой площади во всем мире первоначально привело к значительной потере биомассы в результате перехода на пастбища и сельскохозяйственные угодья..

Сельскохозяйственное использование земель уменьшает органическое вещество, достигая нового и более низкого равновесия из-за окисления органического вещества.

Увеличение выбросов также является результатом осушения торфа и заболоченных территорий с высоким содержанием органических веществ. С повышением глобальной температуры скорость разложения органических веществ в почве и торфе увеличивается, так что риск такого важного насыщения поглотителем углерода увеличивается.

Тундры могут превратиться из поглотителя углерода в источник парниковых газов.

ссылки

  1. Баркер С., Х. А. Хиггс и Х. Элдерфилд. 2003. Будущее углеродного цикла: обзор, реакция на кальцификацию, балласт и отзывы об атмосферном CO2. Философские труды Лондонского королевского общества A, 361: 1977-1999.
  2. Бернер Р.А. (2003). Долгосрочный углеродный цикл, ископаемое топливо и состав атмосферы. Природа 246: 323-326.
  3. (2018 год, 1 декабря). Википедия, Свободная энциклопедия. Дата консультации: 19:15, 23 декабря 2018 года на сайте es.wikipedia.org..
  4. Углеродный цикл. (2018 год, 4 декабря). Википедия, Свободная энциклопедия. Дата консультации: 17:02, 23 декабря 2018 г. на en.wikipedia.org.
  5. Фальковски П., Р. Дж. Скоулз, Э. Бойл, Дж. Канаделл, Д. Кэнфилд, Дж. Элсер, Н. Грубер, К. Хиббард, П. Хогберг, С. Линдер, Ф. Т. Маккензи, Б. Мур III, Т. Педерсен, Ю. Розенталь, С. Зейтцингер, В. Сметачек, В. Штеффен. (2000). Глобальный углеродный цикл: проверка наших знаний о Земле как системе. Science, 290: 292-296.
  6. Программа ООН по окружающей среде. (2007). Глобальная экологическая перспектива GEO4. Phoenix Design Aid, Дания.
  7. Saugier, B. and J.Y. Pontailler. (2006). Глобальный углеродный цикл и его последствия в фотосинтезе в боливийском Альтиплано. Экология в Боливии, 41 (3): 71-85.