KARBONSYKLUS: EGENSKAPER, STADIER, VIKTIGHET - MILJØ - 2025

Den karbonsyklusen er prosessen med sirkulasjonen av dette grunnstoff i luft, vann, jord og levende ting. Det er en biogeokjemisk syklus av gass-type, og den mest tallrike formen for karbon i atmosfæren er karbondioksid (CO2).

De største karbonlagrene er i havene, fossilt brensel, organisk materiale og sedimentære bergarter. På samme måte er det essensielt i kroppsstrukturen til levende organismer og kommer inn i de trofiske kjedene som CO2 gjennom fotosyntesen.

Fotosyntese-midler (planter, planteplankton og cyanobakterier) tar opp karbon fra atmosfærisk CO2, og deretter tar planteetere det fra disse organismer. Disse konsumeres av rovdyr, og til slutt blir alle døde organismer behandlet av spaltning.

I tillegg til atmosfæren og levende vesener, finnes karbon i jorden (edaphosphere) og i vann (hydrosphere). I verdenshavene tar planteplankton, makroalger og vannlevende angiospermer CO2 oppløst i vannet for å utføre fotosyntese.

Carbon syklus illustrasjon

CO2 blir integrert i atmosfæren eller vannet gjennom respirasjonen av henholdsvis landlevende og vannlevende vesener. Når levende vesener er døde, blir karbon integrert i det fysiske miljøet som CO2 eller som en del av sedimentære bergarter, kull eller olje.

Karbonsyklusen er veldig viktig fordi den utfører forskjellige funksjoner som å være en del av levende vesener, og bidra til å regulere planettemperaturen og surheten i vannet. På samme måte bidrar det til de erosive prosessene av sedimentære bergarter og fungerer som en energikilde for mennesket.

kjennetegn

Karbon

Dette elementet rangerer sjette i overflod i universet, og dets struktur gjør det mulig å danne bindinger med andre elementer som oksygen og hydrogen. Det er dannet av fire elektroner (tetravalente) som danner kovalente kjemiske bindinger som kan utgjøre polymerer med komplekse strukturelle former.

Atmosfæren

Karbon finnes i atmosfæren hovedsakelig som karbondioksid (CO2) i en andel på 0,04% av luftens sammensetning. Selv om konsentrasjonen av atmosfærisk karbon har endret seg betydelig de siste 170 årene på grunn av menneskelig industriell utvikling.

Før den industrielle perioden varierte konsentrasjonen fra 180 til 280 ppm (deler per million) og i dag overstiger den 400 ppm. I tillegg er det metan (CH4) i en mye mindre andel og karbonmonoksid (CO) i små spor.

CO2 og metan (CH4)

Disse karbonbaserte gassene har egenskapen til å absorbere og utstråle langbølgenergi (varme). Av denne grunn regulerer dens tilstedeværelse i atmosfæren planetens temperatur ved å forhindre rømning til rommet til varmen som utstråles av jorden.

Av disse to gassene fanger metan mer varme, men CO2 spiller den mest avgjørende rollen på grunn av dens relative overflod.

Den biologiske verdenen

Det meste av strukturen til levende organismer består av karbon, essensielt for dannelse av proteiner, karbohydrater, fett og vitaminer.

Litosfæren

Karbon er en del av organisk materiale og luft i jorda, det finnes også i elementær form som karbon, grafitt og diamant. På samme måte er det en grunnleggende del av hydrokarboner (olje, bitumen) som finnes i dype avsetninger.

Karbondannelse

Når vegetasjonen dør i bassenger, sumper eller grunne hav, akkumuleres planteavfall i lag dekket av vann. En langsom anaerob nedbrytningsprosess forårsaket av bakterier genereres deretter.

Sedimentene dekker lagene med nedbrytende organisk materiale som gjennomgår en progressiv prosess med karbonanriking over millioner av år. Dette passerer gjennom et trinn med torv (50% karbon), lignitt (55-75%), kull (75-90%) og til slutt antrasitt (90% eller mer).

Oljedannelse

Det begynner med en langsom aerob nedbrytning, så er det en anaerob fase, bestående av rester av plankton, dyr og marine eller innsjøplanter. Dette organiske materialet ble begravet av sedimentære lag og utsatt for høye temperaturer og trykk inne i Jorden.

Gitt sin lavere tetthet stiger imidlertid oljen gjennom porene i sedimentære bergarter. Etter hvert blir den enten fanget i ugjennomtrengelige områder eller danner grunne bituminøse utmark.

Hydrosfæren

Hydrosfæren opprettholder en gassutveksling med atmosfæren, spesielt oksygen og karbon i form av CO2 (løselig i vann). Karbon finnes i vann, spesielt i verdenshavene, hovedsakelig i form av bikarbonationer.

Bicarbonateioner spiller en viktig rolle i å regulere pH i det marine miljøet. På havbunnen er det derimot store mengder metan fanget som metanhydrater.

Sur nedbør

Karbon trenger også inn mellom det gassformige mediet og væsken, når CO2 reagerer med atmosfærisk vanndamp og danner H2CO3. Denne syren faller ut med regnvann og forsurer jord og vann.

Stadier av karbonsyklusen

Karbonfangst og lagring. Kilde: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin og Jamie Paynederivative arbeid: Jarl Arntzen (snakk) derivatarbeid: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 )

Som enhver biogeokjemisk syklus, er karbonsyklusen en kompleks prosess som består av et nettverk av relasjoner. Deres separasjon i definerte stadier er bare et middel for deres analyse og forståelse.

- Geologisk stadium

billetter

Karboninnganger til dette stadiet kommer i mindre grad fra atmosfæren, av sur nedbør og luft filtrert til bakken. Imidlertid er hovedinnspillet bidrag fra levende organismer, både ved deres ekskrementer og av kroppene deres når de dør.

Lagring og sirkulasjon

I dette stadiet lagres karbon og beveger seg i dype lag av litosfæren som kull, olje, gass, grafitt og diamanter. Det er også en del av karbonatbergarter, fanget i permafrost (frosset grunnlag i polare breddegrader) og oppløst i vannet og luften i jordsporene.

I dynamikken til platetektonikk når karbon også de dypere lagene i mantelen og er en del av magmaen.

avganger

Handlingen av regn på kalkholdige bergarter eroderer dem, og kalsium frigjøres sammen med andre elementer. Kalsiumet fra erosjonen av disse karbonatbergartene vaskes i elvene og derfra til verdenshavene.

Tilsvarende frigjøres CO ₂ når permafrosten tiner eller ved å pløye jorda. Imidlertid blir hovedproduksjonen drevet av mennesker ved å trekke ut kull, olje og gass fra litosfæren for å brenne dem som drivstoff.

Menneskelig aktivitet, basert på forbruk av hydrokarboner, frigjør karbon i atmosfæren

- Hydrologisk stadium

billetter

Når atmosfærisk CO ₂ kommer i kontakt med vannoverflaten, løses den opp og danner kullsyre og metan fra havbunnen kommer inn i litosfæren, slik det er blitt påvist i Arktis. I tillegg kommer HCO _3- ioner inn i elver og hav på grunn av erosjon av karbonatbergarter i litosfæren og jordvask.

Når det regner, bærer vannet karbon i form av karbondioksid fra atmosfæren og fra steinene. Når de når havet, bruker koraller, plankton og andre vannlevende dyr det til å vokse. Disse levende tingene - koraller, plankton og akvatiske dyr - dør og kommer inn i karbonet i jorden

Lagring og sirkulasjon

CO2 løses opp i vann som danner kullsyre (H2CO3), løser opp kalsiumkarbonatet i skjellene og danner kalsiumsyrekarbonat (Ca (HCO3) 2). Derfor blir karbon funnet og sirkulerer i vann hovedsakelig som CO2, H2CO3 og Ca (HCO3) 2.

På den annen side opprettholder marine organismer en konstant utveksling av karbon med vannmiljøet sitt via fotosyntese og respirasjon. Også store karbonreserver er i form av metanhydrater på havbunnen, frosset av lave temperaturer og høyt trykk.

avganger

Havet utveksler gasser med atmosfæren, inkludert CO2 og metan, og en del av sistnevnte slippes ut i atmosfæren. Nylig er det påvist en økning i osean metanlekkasje på dyp under 400 m, som utenfor kysten av Norge.

Økningen i den globale temperaturen er å varme opp vannet i dybder ikke over 400 m og frigjøre disse metanhydratene. En lignende prosess skjedde i Pleistocene, og frigjorde store mengder metan, varmet jorden mer og forårsaket slutten av istiden.

- Atmosfærisk stadium

billetter

Karbon kommer inn i atmosfæren fra respirasjon av levende vesener og fra bakteriell metanogen aktivitet. Tilsvarende ved vegetasjonsbranner (biosfære), utveksling med hydrosfæren, forbrenning av fossilt brensel, vulkansk aktivitet og frigjøring fra bakken (geologisk).

Frigjøring av geologisk karbon i atmosfæren av en utbruddende vulkan. Forfatter: Ciencia1.com

Lagring og sirkulasjon

I atmosfæren er karbon hovedsakelig i gassform som CO2, metan (CH4) og karbonmonoksid (CO). På samme måte kan du finne karbonpartikler suspendert i luften.

avganger

De viktigste karbonutgangene fra det atmosfæriske stadiet er CO2 som løses opp i havvann og som brukes i fotosyntesen.

- Biologisk stadium

billetter

Karbon går inn i det biologiske stadiet som CO2 gjennom fotosynteseprosessen utført av planter og fotosyntetiske bakterier. På samme måte er Ca2 + og HCO3-ionene som når havet ved erosjon og brukes av forskjellige organismer i fremstilling av skjell.

Planter og mikroorganismer absorberer karbondioksid fra atmosfæren og omdanner det til oksygen og energi gjennom fotosyntesen

Lagring og sirkulasjon

Hver celle og derfor kroppene til levende vesener består av en høy andel karbon, som utgjør proteiner, karbohydrater og fett. Dette organiske karbonet sirkulerer gjennom biosfæren gjennom trofiske nett fra primærprodusenter.

Angiospermer, bregner, levervorter, moser, alger og cyanobakterier innlemmer den ved fotosyntese. Da konsumeres disse organismer av planteetere, som vil være mat for rovdyr.

Urteaktige dyr konsumerer planter og slipper karbondioksid ut i atmosfæren. Når disse dyrene dør, integrerer de karbon igjen i jorden. Det samme skjer med koraller og plankton på havbunnen

avganger

Den viktigste karbonlekkasjen fra dette stadiet til andre i karbonsyklusen er døden av levende vesener som integrerer den i jorda, vannet og atmosfæren. En massiv og drastisk form for karbondød og utslipp er skogbranner som produserer store mengder CO2.

På den annen side er den viktigste kilden til metan i atmosfæren gassene som blir utvist av husdyr i fordøyelsesprosessene. På samme måte er aktiviteten til metanogene anaerobe bakterier som bryter ned organisk materiale i sumper og risavlinger en kilde til metan.

Betydning

Karbonsyklusen er viktig på grunn av de relevante funksjonene dette elementet utfører på planeten Jorden. Den balanserte sirkulasjonen gjør det mulig å regulere alle disse relevante funksjonene for å opprettholde planetariske forhold som en funksjon av livet.

I levende vesener

Karbon er hovedelementet i strukturen til celler da det er en del av karbohydrater, proteiner og fett. Dette elementet er grunnlaget for all livets kjemi, fra DNA til cellemembraner og organeller, vev og organer.

Reguleringen av jordens temperatur

CO2 er den viktigste klimagassen, som gjør det mulig å opprettholde en passende temperatur for livet på jorden. Uten atmosfæriske gasser som CO2, vanndamp og andre, ville varmen som sendes ut av jorden fullstendig sluppet ut i verdensrommet, og planeten ville være en frossen masse.

Global oppvarming

På den annen side bryter et overskudd av CO2 som slippes ut i atmosfæren, slik som for øyeblikket forårsaket av mennesker, den naturlige balansen. Dette får planeten til å overopphetes, noe som endrer det globale klimaet og påvirker biologisk mangfold negativt.

Regulering av oseanisk pH

CO2 og metan oppløst i vann er en del av den komplekse mekanismen for å regulere pH i vann i havene. Jo høyere innholdet av disse gassene i vannet, blir pH surere, noe som er negativt for vannlevene.

Strømkilde

Kull er en essensiell del av fossilt brensel, både mineralkull, olje og naturgass. Selv om bruken blir stilt spørsmål om på grunn av de negative miljøeffektene den gir, for eksempel global overoppheting og frigjøring av tungmetaller.

Økonomisk verdi

Kull er et mineral som genererer kilder til arbeid og økonomiske overskudd for bruk som drivstoff, og den økonomiske utviklingen av Humanity er basert på bruken av dette råstoffet. På den annen side er det i sin krystalliserte form av diamant, mye sjeldnere, av stor økonomisk verdi for bruken som en edelsten.

referanser

1. Calow, P. (Red.) (1998). Oppslagsverket for økologi og miljøledelse.
2. Christopher R. og Fielding, CR (1993). En gjennomgang av nyere forskning innen fluvial sedimentology. Sedimentær geologi.
3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA og Castro-Romero, T. Biogeochemical cycles. Kapittel 7. Meksikansk rapport om klimaendringer, gruppe I, Vitenskapelige baser. Modeller og modellering.
4. Margalef, R. (1974). Økologi. Omega-utgaver.
5. Miller, G. og TYLER, JR (1992). Økologi og miljø. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP og Warrett, GW (2006). Grunnleggende om økologi. Femte utgave. Thomson.