Süsinikutsükli omadused, reservuaarid, komponendid, muutused



The süsinikutsükkel see on biogeokeemiline protsess, mis kirjeldab süsinikuvoogu Maal. See seisneb süsinikuvahetuses erinevate reservuaaride vahel (atmosfäär, biosfäär, ookeanid ja geoloogilised setted), samuti nende muundumisest erinevateks molekulaarseteks järjestusteks..

Süsinik on elusolendite elu oluline osa. Maal on see lihtsas vormis söe või teemantidena anorgaaniliste ühendite kujul, nagu süsinikdioksiid (CO2) ja metaan (CH4) ja orgaaniliste ühenditena, nagu biomass (elusolendite materjal) ja fossiilkütustel (nafta ja maagaas)..

Süsinikutsükkel on üks kõige keerulisemaid biogeokeemilisi tsükleid ja on kõige olulisem tänu selle mõjule planeedil elule. Seda saab jagada kaheks lihtsamaks tsükliks, mis on omavahel ühendatud.

Üks hõlmab kiiret süsinikuvahetust, mis toimub elusolendite ja atmosfääri, ookeanide ja pinnase vahel. Teine kirjeldab pikaajalisi geoloogilisi protsesse.

Viimase sajandi CO tasemed2 atmosfäärid on fossiilkütuste kasutamise tõttu märkimisväärselt kasvanud, et säilitada 19. sajandi tööstusrevolutsioonist lähtuv jätkusuutmatu majanduslik, sotsiaalne ja tehnoloogiline mudel.

See ülemaailmse süsinikutsükli tasakaalustamatus on toonud kaasa temperatuuri ja sademete muutumise, mis on täna väljendatud kliimamuutustena..

Indeks

  • 1 Üldised omadused
  • 2 Süsiniku reservuaarid
    • 2.1 Atmosfäär
    • 2.2 Biosfäär
    • 2.3 Põrandad
    • 2.4 Ookeanid
    • 2.5 Geoloogilised setted
  • 3 Komponendid
    • 3.1 - Kiire tsükkel
    • 3.2-aeglane tsükkel
  • 4 Süsinikutsükli muutmine
    • 4.1 Atmosfääri muutused
    • 4.2 Orgaanilise aine kadu
  • 5 Viited

Üldised omadused

Süsinik on mittemetalliline keemiline element. Teie sümbol on C, selle aatomi number on 6 ja selle aatomimass on 12,01. Kovalentsete keemiliste sidemete moodustamiseks on neli elektroni (see on neljapäevaline).

See on üks maapõue kõige rikkalikumaid elemente. Neljas kõige rikkalikum element universumis, vesiniku, heeliumi ja hapniku ning elusolendite teise kõige rikkalikumaks elemendiks pärast hapnikku.

Süsinik on eluks väga tähtis. See on üks peamisi aminohapete komponente, mis tekitavad valke ja on kõigi elusolendite DNA oluline koostisosa..

Koos hapnikuga ja vesinikuga moodustab see suure hulga ühendeid nagu rasvhapped, kõikide rakumembraanide koostisosad.

Süsiniku reservuaarid

Atmosfäär

Õhkkond on Maa ümbritsev gaasiline kiht. See sisaldab 0,001% ülemaailmsest süsinikust, peamiselt süsinikdioksiidi kujul (CO2) ja metaan (CH4).

Vaatamata sellele, et see on üks madalamaid süsinikuvarusid Maal, on ta seotud paljude biokeemiliste protsessidega. See kujutab endast olulist reservuaari elu säilitamisel Maal.

Biosfäär

Biosfäär sisaldab kahte kolmandikku Maa kogu süsinikust biomassina (elavad ja surnud). Süsinik on kõigi elusrakkude struktuuri ja biokeemiliste protsesside oluline osa.

Metsad moodustavad biosfääris mitte ainult olulise süsiniku reservuaari, vaid mõningaid tüüpe on tunnistatud valamuteks, näiteks parasvöötmeteks..

Kui metsad on algstaadiumis, võtavad nad CO2 atmosfääri ja hoidke seda puidu kujul. Kui nad jõuavad küpsuseni, neelavad nad vähem süsinikdioksiidi, kuid nende puude puit sisaldab tohutuid süsinikku (umbes 20% nende massist).

Mereorganismid moodustavad samuti olulise süsinikuvaru. Nad hoiavad süsinikku oma kestadesse kaltsiumkarbonaadi kujul.

Muld

Muld sisaldab anorgaanilistes vormides, näiteks kaltsiumkarbonaadis, umbes kolmandikku Maa süsinikust. Ta säilitab kolm korda rohkem süsinikku kui atmosfäär ja neli korda rohkem süsinikku kui taimede biomass. Pinnas on atmosfääriga suhtlemisel suurim mahuti.

Lisaks sellele, et muld on süsinikuvaru, on see määratletud kui oluline valamu; see on hoius, mis aitab kaasa süsinikdioksiidi suure ja kasvava kontsentratsiooni absorbeerimisele atmosfääri CO kujul2. See valamu on oluline globaalse soojenemise vähendamiseks.

Kvaliteetne muld, millel on hea humus ja orgaaniline aine, on head süsinikuvaru. Traditsioonilised ja agroökoloogilised istutusmeetodid säilitavad pinnase omadusi reservuaarina või süsiniku valamuna.

Ookeanid

Ookeanid sisaldavad 0,05% Maa globaalsest süsinikust. Süsinikku leidub peamiselt bikarbonaadina, mis võib kombineeruda kaltsiumiga ja moodustada kaltsiumkarbonaati või lubjakivi, mis sadestub ookeani põhjas.

Ookeane on peetud üheks suurimaks CO-i valamuks2, absorbeerides umbes 50% atmosfääri süsinikust. Olukord, mis on ohustanud mere bioloogilist mitmekesisust, suurendades merevee happesust.

Geoloogilised setted

Litosfääris inertses vormis säilitatavad geoloogilised setted on suurim süsinikuvaru Maa peal. Siin säilitatav süsinik võib olla anorgaanilise päritoluga või orgaanilise päritoluga.

Umbes 99% litosfääris säilitatavast süsinikust on anorgaaniline süsinik, mida hoitakse settekivimites, näiteks lubjakivimarkides.

Ülejäänud süsinik on orgaaniliste keemiliste ühendite segu, mis esinevad settekivimites, mida tuntakse kerogeenina ja mis on moodustunud miljonite aastate eest maetud biomassisette, mis alluvad kõrgele rõhule ja temperatuurile. Osa neist cherogeenidest muundatakse naftaks, gaasiks ja söeks.

Komponendid

Ülemaailmset süsinikutsüklit saab paremini mõista, uurides kahte lihtsamat tsüklit, mis omavahel suhtlevad: lühike tsükkel ja pikk tsükkel.

Lühifilm keskendub süsiniku kiirele vahetamisele, mida elavad olendid kogevad. Kuigi pikk tsükkel toimub miljonite aastate jooksul ja hõlmab süsinikuvahetust Maa seina ja pinna vahel.

-Kiire tsükkel

Süsiniku kiire tsükkel on tuntud ka kui bioloogiline tsükkel, sest see põhineb süsiniku vahetusel, mis toimub elusorganismide ja atmosfääri, ookeanide ja pinnase vahel..

Atmosfääri süsinikku esineb peamiselt süsinikdioksiidina. See gaas reageerib ookeanide veemolekulidega, saades bikarbonaadi iooni. Mida suurem on atmosfääri süsinikdioksiidi kontsentratsioon, seda suurem on bikarbonaadi moodustumine. See protsess aitab reguleerida CO2 atmosfääris.

Süsinikdioksiidi kujul olev süsinik siseneb fotosünteetiliste organismide, näiteks vetikate ja taimede kaudu, nii maismaale kui ka veekogudesse. Heterotroofsed organismid omakorda saavad süsinikdioksiidi, kandes autotroofseid organisme.

Osa orgaanilisest süsinikust naaseb atmosfääri orgaaniliste ainete (bakterite ja seente poolt) lagunemise ja rakkude hingamise kaudu (taimedes ja seentes). Hingamise ajal kasutavad rakud energia ja CO tootmiseks süsinikku sisaldavates molekulides (nt suhkrud) salvestatud energiat2.

Teine orgaanilise süsiniku osa konverteeritakse seteteks ja ei naase atmosfääri. Merepõhjas asuvates merepõhja setetes olevad süsinikud (kui organismid surevad) lagunevad ja CO \ t2 see lahustub sügavas vees. See CO2 atmosfäärist eemaldatakse.

Sarnaselt laguneb osa puid, kõrkju ja muudest metsataimedest ladustatud süsinikust sood, sood ja märgaladel aeglaselt anaeroobsetes tingimustes ja madala mikroobide aktiivsusega..

See protsess toodab turba, söe ja kerge mass, mis sisaldab rohkesti süsinikku, mida kasutatakse kütusena ja orgaanilise väetisena. Ligikaudu üks kolmandik maismaal toimuvast orgaanilisest süsinikust on turvas.

-Aeglane tsükkel

Süsiniku aeglane tsükkel hõlmab süsinikuvahetust litosfääri kivide ja Maa pinnasüsteemi vahel: ookeanid, atmosfäär, biosfäär ja pinnas. See tsükkel on atmosfääri süsinikdioksiidi kontsentratsiooni peamine kontroller geoloogilises ulatuses.

Anorgaaniline süsinik

Atmosfääris lahustunud süsinikdioksiid ühendab veega, saades süsinikhappe. See reageerib maakoores olevale kaltsiumile ja magneesiumile, moodustades karbonaate.

Vihma ja tuule erosiooniefekti tõttu jõuavad karbonaadid ookeanidesse, kus merepõhi koguneb. Karbonaate võib omaks võtta ka organismid, mis lõpuks surevad ja sadestuvad merepõhjal. Need setted kogunevad tuhandeid aastaid ja moodustavad lubjakivi kive.

Merepõhja settekivimid imenduvad maa mantlisse subduktsiooniga (protsess, mis hõlmab teise plaadi serva all oleva tektoonilise plaadi ookeani tsooni uppumist).

Litosfääris on settekivimid kõrge rõhu ja temperatuuri all ning seetõttu sulavad ja reageerivad keemiliselt teiste mineraalidega, vabastades CO-i.2. Sel viisil vabanenud süsinikdioksiid naaseb atmosfääri vulkaanipurskete kaudu.

Anorgaaniline süsinik

Teine oluline geoloogilise tsükli komponent on orgaaniline süsinik. See pärineb biomassist, mis on maetud anaeroobsetes tingimustes ning kõrge rõhu ja temperatuuri juures. Selle protsessi tulemusel tekkis kõrge energiaga fossiilseid aineid, nagu kivisüsi, nafta või maagaas..

Tööstusrevolutsiooni tekkimisel avastati 19. sajandil fossiilse orgaanilise süsiniku kasutamine energiaallikana. Alates kahekümnendast sajandist on nende fossiilkütuste kasutamine pidevalt kasvanud, põhjustades mõne aastakümne jooksul suure hulga süsinikdioksiidi kogunemise atmosfääri tuhandeid aastaid..

Süsinikutsükli muutmine

Süsinikutsükkel koos vee ja toitainete tsüklitega on aluseks elule. Nende tsüklite säilitamine määrab kindlaks ökosüsteemide tervise ja vastupidavuse ning nende võime pakkuda inimkonnale heaolu. Süsinikutsükli peamised muudatused on toodud allpool:

Atmosfääri muutused

Atmosfääri süsinikdioksiid on kasvuhoonegaas. Koos metaani ja muude gaasidega absorbeerib see maa pinnalt kiirgava soojuse, takistades selle vabanemist kosmosesse.

Süsinikdioksiidi murettekitav kasv atmosfääris ja muudes kasvuhoonegaasides on muutnud Maa energia tasakaalu. See määrab kindlaks soojuse ja vee ülemaailmse ringluse atmosfääris, temperatuuri ja sademete mustrid, ilmamuutuste muutused ja meretaseme tõusu.

Süsinikutsükli peamine inimese muutmine põhineb CO heitkoguste suurenemisel2. Aastast 1987 on ülemaailmsed CO heitkogused aastas2 fossiilkütuste põletamisel on suurenenud ligikaudu ühe kolmandiku võrra.

Ehitussektor põhjustab ka otseseid CO 2 heitmeid2 terase ja tsemendi tootmisel.

Viimastel aastakümnetel on suurenenud ka monoksiidi ja süsinikdioksiidi heitkogused transpordisektoris. Isiklike sõidukite ostmine on suhteliselt suur. Lisaks sellele on suundumus raskemate autode kasuks ja suurem energiatarbimine.

Maakasutuse muutused on tekitanud umbes ühe kolmandiku atmosfääris oleva süsinikdioksiidi kasvust viimase 150 aasta jooksul. Eriti orgaanilise süsiniku kadumise tõttu.

Orgaanilise aine kadu

Viimase kahe aastakümne jooksul on maakasutuse muutumine põhjustanud atmosfääri süsinikdioksiidi ja metaani heitkoguste märkimisväärse suurenemise.

Metsaalade vähenemine kogu maailmas on esialgu põhjustanud biomassi märkimisväärse vähenemise karjamaadele ja põllumaadele ülemineku tulemusena.

Maade põllumajanduslik kasutamine vähendab orgaanilist ainet, saavutades orgaanilise aine oksüdeerumise tõttu uue ja halvema tasakaalu..

Heitkoguste kasv on tingitud ka turba ja suure orgaanilise sisaldusega märgalade drenaažist. Ülemaailmse temperatuuri tõusuga suureneb orgaanilise aine lagunemiskiirus pinnases ja turbas, nii et selle olulise süsiniku neeldumise küllastumise oht kiireneb.

Tundras võiks minna süsiniku neeldajast kasvuhoonegaaside allikaks.

Viited

  1. Barker, S, J. A. Higg ins ja H. Elderfield. 2003. Süsinikutsükli tulevik: ülevaatus, kaltsfikatsiooni vastus, ballast ja tagasisidet atmosfääri CO2 kohta. Londoni Royal Society filosoofilised tehingud A, 361: 1977-1999.
  2. Berner, R.A. (2003). Pikaajaline süsinikutsükkel, fossiilkütused ja atmosfääri koostis. Nature 246: 323-326.
  3. (2018, 1. detsember). Wikipedia, vaba entsüklopeedia. Konsultatsiooni kuupäev: 19:15, 23. detsember 2018 es.wikipedia.org.
  4. Süsiniktsükkel. (2018, 4. detsember). Wikipedia, vaba entsüklopeedia. Konsulteerimise kuupäev: 17:02, 23. detsember 2018, 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). Ülemaailmne süsinikutsükkel: test meie Maa kui süsteemi kohta. Science, 290: 292-296.
  6. Ühinenud Rahvaste Organisatsiooni keskkonnaalane programm. (2007). Globaalne keskkond Outlook GEO4. Phoenixi disainiabi, Taani.
  7. Saugier, B. ja J.Y. Pontailler (2006). Globaalne süsinikutsükkel ja selle tagajärjed fotosünteesil Boliivia altiplanos. Ökoloogia Boliivias, 41 (3): 71-85.