Углеродный цикл описывает хранение и обмен углерода между биосферой Земли (живое вещество), атмосферой (воздух), гидросферой (вода) и геосферой (Земля). Основными резервуарами углерода являются атмосфера, биосфера, океан, отложения и недра Земли. Как естественная, так и человеческая деятельность переносит углерод между резервуарами.
Ключевые выводы: углеродный цикл
- Углеродный цикл – это процесс, посредством которого углеродный элемент движется через атмосферу, сушу и океан.
- Углеродный цикл и азотный цикл являются ключевыми для устойчивости жизни на Земле.
- Основными резервуарами углерода являются атмосфера, биосфера, океан, осадки, земная кора и мантия.
- Антуан Лавуазье и Джозеф Пристли первыми описали углеродный цикл.
Зачем изучать углеродный цикл?
Есть две важные причины, по которым углеродный цикл стоит изучить и понять.
Углерод – это элемент, который необходим для жизни, какой мы ее знаем. Живые организмы получают углерод из окружающей среды. Когда они умирают, углерод возвращается в неживую среду. Однако концентрация углерода в живом веществе (18%) примерно в 100 раз превышает концентрацию углерода в земле (0,19%). Поглощение углерода живыми организмами и возвращение углерода в неживую среду не находятся в равновесии.
Вторая важная причина заключается в том, что углеродный цикл играет ключевую роль в глобальном климате. Хотя круговорот углерода огромен, люди могут влиять на него и изменять экосистему. Углекислый газ, выделяемый при сжигании ископаемого топлива, примерно вдвое превышает чистое поглощение растениями и океаном.
Формы углерода в углеродном цикле
Углерод существует в нескольких формах, когда он проходит через углеродный цикл.
Углерод в неживой среде
Неживая среда включает в себя вещества, которые никогда не были живыми, а также углеродсодержащие материалы, которые остаются после смерти организмов. Углерод содержится в неживой части гидросферы, атмосферы и геосферы в виде:
- Карбонатные (CaCO 3 ) породы: известняк и кораллы.
- Мертвое органическое вещество, такое как гумус в почве.
- Ископаемое топливо из мертвого органического вещества (уголь, нефть, природный газ)
- Двуокись углерода (CO 2 ) в воздухе
- Двуокись углерода, растворенная в воде с образованием HCO 3 –
Как углерод входит в живую материю
Углерод входит в живую материю через автотрофов, которые представляют собой организмы, способные производить собственные питательные вещества. из неорганических материалов.
- Фотоавтотрофы ответственны за большую часть преобразования углерода в органические питательные вещества. Фотоавтотрофы, в первую очередь растения и водоросли, используют солнечный свет, углекислый газ и воду для образования органических углеродных соединений (например, глюкозы).
- Хемоавтотрофы . бактерии и археи, которые превращают углерод из углекислого газа в органическую форму, но получают энергию для реакции за счет окисления молекул, а не от солнечного света.
Как углерод возвращается в организм Неживая среда
Углерод возвращается в атмосферу и гидросферу в результате:
- горения (в виде элементарного углерода и нескольких углеродных соединений)
- Дыхание растений и животных (как углекислый газ, CO 2 )
- Распад (как углекислый газ, если присутствует кислород, или как метан, CH 4 , если кислород отсутствует)
Глубокий углеродный цикл
Углеродный цикл в целом состоит из движения углерода через атмосферу, биосферы, океан и геосфера, но глубокий углеродный цикл между мантией и корой геосферы не так хорошо изучен, как другие части. Без движения тектонических плит и вулканической активности углерод в конечном итоге оказался бы в атмосфере. Ученые считают, что количество углерода, хранящегося в мантии, примерно в тысячу раз больше, чем количество, обнаруженное на поверхности.
Источники
- Арчер, Дэвид (2010). Глобальный углеродный цикл . Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 9781400837076.
- Falkowski, P .; Scholes, R.J .; Boyle, E .; и другие. (2000). «Глобальный углеродный цикл: проверка наших знаний о Земле как системе». Наука . 290 (5490): 291–296. DOI: 10.1126/science.290.5490.291
- Лал, Ротанг (2008). «Связывание атмосферного CO 2 в глобальные углеродные пулы». Энергетика и экология . 1: 86–100. doi: 10.1039/b809492f
- Морс, Джон В .; Маккензи, Ф. Т. (1990). «Глава 9 Текущий углеродный цикл и влияние человека». Геохимия осадочных карбонатов. Развитие седиментологии . 48. С. 447–510. DOI: 10.1016/S0070-4571 (08) 70338-8. ISBN 9780444873910.
- Prentice, I.C. (2001). «Круговорот углерода и углекислый газ в атмосфере». В Houghton, J.T. (ред.). Изменение климата 2001: научная основа: вклад Рабочей группы I в Третий оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата.