KULSTOFCYKLUS: EGENSKABER, STADIER, BETYDNING - MILJØ - 2025

Den kulstofkredsløbet er processen med cirkulation af dette grundstof i luft, vand, jord og levende ting. Det er en biogeokemisk cyklus af gas-type, og den mest rigelige form for kulstof i atmosfæren er kuldioxid (CO2).

De største kulstoflagre findes i verdenshavene, fossile brændstoffer, organiske stoffer og sedimentære klipper. Ligeledes er det vigtigt i kropsstrukturen af ​​levende organismer og kommer ind i de trofiske kæder som CO2 gennem fotosyntesen.

Fotosynthesizers (planter, planteplankton og cyanobakterier) absorberer kulstof fra atmosfærisk CO2, hvorefter planteædere tager det fra disse organismer. Disse konsumeres af rovdyr, og til sidst behandles alle døde organismer af dekomponere.

Ud over atmosfæren og de levende væsener findes kulstof i jorden (edaphosphere) og i vand (hydrosphere). I verdenshavene tager fytoplankton, makroalger og akvatiske angiospermer CO2 opløst i vandet for at udføre fotosyntesen.

Illustration af kulstofcyklus

CO2 genintegreres i atmosfæren eller vandet gennem respiration af henholdsvis jordiske og akvatiske levende væsener. Når først levende væsener er døde, integreres kulstof i det fysiske miljø som CO2 eller som en del af sedimentære klipper, kul eller olie.

Kulstofcyklussen er meget vigtig, fordi den udfører forskellige funktioner, såsom at være en del af levende væsener, hvilket hjælper med at regulere planetens temperatur og surhedsgraden i vandet. Ligeledes bidrager det til de erosive processer af sedimentære klipper og tjener som en energikilde for mennesket.

egenskaber

Kulstof

Dette element rangerer sjette i overflod i universet, og dets struktur tillader det at danne bindinger med andre elementer såsom ilt og brint. Det dannes af fire elektroner (tetravalente), der danner kovalente kemiske bindinger, der er i stand til at udgøre polymerer med komplekse strukturelle former.

Atmosfæren

Kulstof findes i atmosfæren hovedsageligt som kuldioxid (CO2) i en andel af 0,04% af luftens sammensætning. Selvom koncentrationen af ​​atmosfærisk kulstof har ændret sig markant i de sidste 170 år på grund af menneskelig industriel udvikling.

Før den industrielle periode varierede koncentrationen fra 180 til 280 ppm (dele pr. Million) og overstiger i dag 400 ppm. Derudover er der metan (CH4) i en meget mindre andel og kulilte (CO) i små spor.

CO2 og methan (CH4)

Disse kulstofbaserede gasser har egenskaben til at absorbere og udstråle langbølgenergi (varme). Af denne grund regulerer dens tilstedeværelse i atmosfæren planettemperaturen ved at forhindre flugt i rummet af den varme, der udstråles af Jorden.

Af disse to gasser indfanger metan mere varme, men CO2 spiller den mest afgørende rolle på grund af dets relative overflod.

Den biologiske verden

De fleste strukturer af levende organismer består af kulstof, der er essentiel i dannelsen af ​​proteiner, kulhydrater, fedt og vitaminer.

Litosfæren

Kulstof er en del af det organiske stof og luft i jorden, det findes også i elementær form som kulstof, grafit og diamant. På samme måde er det en grundlæggende del af kulbrinterne (olie, bitumen), der findes i dybe aflejringer.

Kulstofdannelse

Når vegetationen dør i søbassiner, sumpe eller lavvandede søer, akkumuleres planteaffald i lag, der er dækket af vand. Derefter genereres en langsom anaerob nedbrydningsproces forårsaget af bakterier.

Sedimenterne dækker lagene med nedbrydende organisk materiale, der gennemgår en progressiv proces med kulstofberigelse over millioner af år. Dette passerer gennem et trin med tørv (50% kulstof), lignit (55-75%), kul (75-90%) og til sidst anthracit (90% eller mere).

Oliedannelse

Det begynder med en langsom aerob nedbrydning, så er der en anaerob fase, der består af rester af plankton, dyr og marine eller søplanter. Dette organiske stof blev begravet af sedimentære lag og udsat for høje temperaturer og pres inde i Jorden.

I betragtning af dens lavere densitet stiger olie imidlertid gennem porerne i sedimentære klipper. Til sidst bliver den enten fanget i uigennemtrængelige områder eller danner lavvandede bituminøse outcrops.

Hydrosfæren

Hydrosfæren opretholder en gasudveksling med atmosfæren, især ilt og kulstof i form af CO2 (opløselig i vand). Kulstof findes i vand, især i verdenshavene, hovedsageligt i form af bicarbonationer.

Bicarbonateioner spiller en vigtig rolle i reguleringen af ​​havmiljøets pH. På den anden side er der på havbunden store mængder methan fanget som methanhydrater.

Syreregn

Kulstof trænger også ind mellem det gasformige medium og væsken, når CO2 reagerer med atmosfærisk vanddamp og danner H2CO3. Denne syre udfældes med regnvand og forsyrer jord og vand.

Stadier af kulstofcyklussen

Carbon capture and storage. Kilde: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin og Jamie Paynederivative arbejde: Jarl Arntzen (tale) derivatarbejde: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Som enhver biogeokemisk cyklus er kulstofcyklussen en kompleks proces, der består af et netværk af relationer. Deres opdeling i definerede faser er kun et middel til deres analyse og forståelse.

- Geologisk stadium

Billetter

Kulstofindgange til dette trin kommer i mindre grad fra atmosfæren af ​​surt regn og luft filtreret til jorden. Imidlertid er de vigtigste input bidrag fra levende organismer, både ved deres ekskrementer og af deres kroppe, når de dør.

Opbevaring og cirkulation

I dette trin lagres kulstof og bevæger sig i dybe lag af litosfæren, såsom kul, olie, gas, grafit og diamanter. Det er også en del af karbonatklipper, fanget i permafrost (frosset jordlag i polære breddegrader) og opløses i vandet og luften i jordens porer.

I dynamikken inden for pladetektonik når kulstof også de dybere lag af mantelen og er en del af magmaen.

Afgange

Regnens virkning på kalkholdige klipper eroderer dem, og calcium frigives sammen med andre elementer. Calcium fra erosionen af ​​disse carbonatvægge vaskes i floderne og derfra til verdenshavene.

På samme måde frigøres CO _2, når permafrosten tiner eller ved at pløje jorden. Imidlertid drives hovedproduktionen af ​​mennesker ved at udvinde kul, olie og gas fra litosfæren for at brænde dem som brændstof.

Menneskelig aktivitet, baseret på forbrug af kulbrinter, frigiver kulstof i atmosfæren

- Hydrologisk fase

Billetter

Atmosfærisk CO _2, når den kommer i kontakt med vandoverfladen, opløses og danner kullsyre, og methan kommer ind i litosfæren fra havbunden, som det er blevet påvist i Arktis. Derudover kommer HCO _3- ioner ind i floder og oceaner på grund af erosion af karbonatklipper i litosfæren og jordvask.

Når det regner, bærer vandet kulstof i form af kuldioxid fra atmosfæren og fra klipperne. Når de når havet, bruger koraller, plankton og andre akvatiske dyr det til at vokse. Disse levende ting - koraller, plankton og akvatiske dyr - dør og trænger kulstof ind i jorden

Opbevaring og cirkulation

CO2 opløses i vand, der danner kullsyre (H2CO3), opløser kalkcarbonat af skaller og danner calciumsyrecarbonat (Ca (HCO3) 2). Derfor findes kulstof og cirkulerer hovedsageligt i vand som CO2, H2CO3 og Ca (HCO3) 2.

På den anden side opretholder marine organismer en konstant udveksling af kulstof med deres vandmiljø via fotosyntese og respiration. Store kulstofreserver er også i form af methanhydrater på havbunden, frosset af lave temperaturer og højt tryk.

Afgange

Havet udveksler gasser med atmosfæren, herunder CO2 og metan, og en del af sidstnævnte frigøres i atmosfæren. For nylig er der konstateret en stigning i oceanisk metanlækage på dybder på mindre end 400 m, fx ved Norges kyst.

Stigningen i den globale temperatur er opvarmning af vand på dybder ikke over 400 m og frigørelse af disse methanhydrater. En lignende proces fandt sted i Pleistocene, frigivelse af store mængder metan, opvarmning af Jorden mere og forårsagede afslutningen af ​​istiden.

- Atmosfærisk stadium

Billetter

Kulstof kommer ind i atmosfæren fra respirering af levende væsener og fra bakteriel methanogen aktivitet. Tilsvarende ved vegetationsbrande (biosfære), udveksling med hydrosfæren, forbrænding af fossile brændstoffer, vulkansk aktivitet og frigørelse fra jorden (geologisk).

Frigivelse af geologisk kulstof i atmosfæren af ​​en vulkan, der bryder ud. Forfatter: Ciencia1.com

Opbevaring og cirkulation

I atmosfæren er kulstof hovedsageligt i gasform som CO2, methan (CH4) og kulilte (CO). Tilsvarende kan du finde kulstofpartikler suspenderet i luften.

Afgange

De vigtigste kulstofudgange fra det atmosfæriske trin er CO2, der opløses i havvand og det, der bruges i fotosyntesen.

- Biologisk stadium

Billetter

Kulstof går ind i det biologiske stadium som CO2 gennem fotosynteseprocessen, der udføres af planter og fotosyntetiske bakterier. Ligeledes Ca2 + og HCO3-ioner, der når havet ved erosion og bruges af forskellige organismer til fremstilling af skaller.

Planter og mikroorganismer absorberer kuldioxid fra atmosfæren og omdanner det til ilt og energi gennem fotosyntesen

Opbevaring og cirkulation

Hver celle og derfor kroppen af ​​levende væsener består af en høj andel kulstof, der udgør proteiner, kulhydrater og fedt. Dette organiske kulstof cirkulerer gennem biosfæren gennem trofiske baner fra primære producenter.

Angiosperms, bregner, levervorter, moser, alger og cyanobakterier indarbejder det ved fotosyntesen. Derefter konsumeres disse organismer af planteetere, der vil være mad til rovdyr.

Urteagtige dyr indtager planter og frigiver kuldioxid i atmosfæren. Når disse dyr dør, integreres de kulstof i jorden. Det samme sker med koraller og plankton på havbunden

Afgange

Den vigtigste kulstoflækage fra dette trin til andre i kulstofcyklussen er døden af ​​levende væsener, der genintegrerer det i jorden, vandet og atmosfæren. En massiv og drastisk form for kulstofdød og frigivelse er skovbrande, der producerer store mængder CO2.

På den anden side er den vigtigste kilde til metan i atmosfæren de gasser, der udvises af husdyr i deres fordøjelsesprocesser. På samme måde er aktiviteten af ​​methanogene anaerobe bakterier, der nedbryder organisk stof i sumpe og risafgrøder, en kilde til metan.

Betydning

Kulstofcyklussen er vigtig på grund af de relevante funktioner, som dette element udfører på planeten Jorden. Dens afbalancerede cirkulation gør det muligt at regulere alle disse relevante funktioner til opretholdelse af planetariske forhold som en funktion af livet.

I levende væsener

Carbon er det vigtigste element i strukturen af ​​celler, da det er en del af kulhydrater, proteiner og fedtstoffer. Dette element er grundlaget for al livets kemi, fra DNA til cellemembraner og organeller, væv og organer.

Regulering af jordens temperatur

CO2 er den vigtigste drivhusgas, som gør det muligt at opretholde en passende temperatur for livet på Jorden. Uden atmosfæriske gasser som CO2, vanddamp og andre, ville den varme, der udsendes af Jorden, slippe helt ud i rummet, og planeten ville være en frossen masse.

Global opvarmning

På den anden side bryder et overskud af CO2, der udsendes til atmosfæren, såsom det, der i øjeblikket er forårsaget af mennesker, den naturlige balance. Dette får planeten til at overophedes, hvilket ændrer det globale klima og negativt påvirker den biologiske mangfoldighed.

Regulering af oceanisk pH

CO2 og metan opløst i vand er en del af den komplekse mekanisme til regulering af vandets pH i verdenshavene. Jo højere indholdet af disse gasser i vandet bliver pH-værdien surere, hvilket er negativt for vandlevende liv.

Strømkilde

Kul er en væsentlig del af fossile brændstoffer, både mineralsk kul, olie og naturgas. Selvom brugen af ​​tvivl omhyggeligt skyldes de negative miljøeffekter, den producerer, såsom global overophedning og frigivelse af tungmetaller.

Økonomisk værdi

Kul er et mineral, der genererer arbejdskilder og økonomiske overskud til dets anvendelse som brændstof, og den økonomiske udvikling af Humanity er baseret på brugen af ​​dette råmateriale. På den anden side er det i sin krystalliserede form af diamant, meget sjældnere, af stor økonomisk værdi for dets anvendelse som ædelsten.

Referencer

1. Calow, P. (red.) (1998). Leksikonet for økologi og miljøstyring.
2. Christopher R. og Fielding, CR (1993). En gennemgang af nyere forskning inden for fluvial sedimentology. Sedimentær geologi.
3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA og Castro-Romero, T. Biogeochemical cykler. Kapitel 7. Mexicansk rapport om klimaændringer, gruppe I, videnskabelige baser. Modeller og modellering.
4. Margalef, R. (1974). Økologi. Omega-udgaver.
5. Miller, G. og TYLER, JR (1992). Økologi og miljø. Grupo Redaktion Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP og Warrett, GW (2006). Grundlæggende om økologi. Femte udgave. Thomson.