Χαρακτηριστικά κύκλου άνθρακα, δεξαμενές, εξαρτήματα, μεταβολές



Το άνθρακα είναι η βιογεωχημική διαδικασία που περιγράφει τη ροή του άνθρακα στη Γη. Συνίσταται στην ανταλλαγή άνθρακα μεταξύ των διαφόρων αποθεμάτων (ατμόσφαιρα, βιόσφαιρα, ωκεανοί και γεωλογικά ιζήματα), καθώς και η μετατροπή τους σε διαφορετικές μοριακές ρυθμίσεις..

Ο άνθρακας είναι βασικό στοιχείο στη ζωή των ζωντανών όντων. Στη Γη υπάρχει στην απλή της μορφή άνθρακας ή διαμάντια, με τη μορφή ανόργανων ενώσεων, όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και μεθάνιο (CH4) και ως οργανικές ενώσεις, όπως η βιομάζα (υλικό των ζώντων όντων) και τα ορυκτά καύσιμα (πετρέλαιο και φυσικό αέριο).

Ο κύκλος του άνθρακα είναι ένας από τους πιο πολύπλοκους βιογεωχημικούς κύκλους και έχει μεγάλη σημασία λόγω των επιπτώσεών του στη ζωή στον πλανήτη. Μπορεί να χωριστεί σε δύο απλούστερους κύκλους, οι οποίοι είναι διασυνδεδεμένοι.

Το ένα περιλαμβάνει την ταχεία ανταλλαγή άνθρακα που συμβαίνει μεταξύ των ζωντανών όντων και της ατμόσφαιρας, των ωκεανών και του εδάφους. Ένα άλλο περιγράφει τις μακροπρόθεσμες γεωλογικές διαδικασίες.

Τον περασμένο αιώνα επίπεδα CO2 η ατμόσφαιρα έχει αυξηθεί σημαντικά λόγω της χρήσης ορυκτών καυσίμων για τη διατήρηση ενός μη βιώσιμου οικονομικού, κοινωνικού και τεχνολογικού μοντέλου που καθοδηγείται από τη Βιομηχανική Επανάσταση του 19ου αιώνα.

Αυτή η ανισορροπία στον παγκόσμιο κύκλο άνθρακα έχει επιφέρει μια αλλαγή στα πρότυπα θερμοκρασίας και βροχόπτωσης που εκφράζονται σήμερα σε αυτό που γνωρίζουμε ως αλλαγή του κλίματος.

Ευρετήριο

  • 1 Γενικά χαρακτηριστικά
  • 2 δεξαμενές άνθρακα
    • 2.1 Ατμόσφαιρα
    • 2.2 Βιοσφαίρια
    • 2.3 Δάπεδα
    • 2.4 Ωκεανοί
    • 2.5 Γεωλογικά ιζήματα
  • 3 Εξαρτήματα
    • 3.1 - Κύκλος κύλισης
    • 3.2-Αργός κύκλος
  • 4 Μεταβολές του κύκλου άνθρακα
    • 4.1 Ατμοσφαιρικές αλλαγές
    • 4.2 Απώλεια οργανικής ύλης
  • 5 Αναφορές

Γενικά χαρακτηριστικά

Ο άνθρακας είναι ένα μη μεταλλικό χημικό στοιχείο. Το σύμβολό σας είναι Γ, ο ατομικός αριθμός του είναι 6 και η ατομική του μάζα είναι 12,01. Έχει τέσσερα ηλεκτρόνια για να σχηματίσει ομοιοπολικούς χημικούς δεσμούς (είναι τετρασθενής).

Είναι ένα από τα πιο άφθονα στοιχεία του φλοιού της γης. Το τέταρτο πιο άφθονο στοιχείο του σύμπαντος, μετά από υδρογόνο, ήλιο και οξυγόνο, και το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο στα ζωντανά όντα, μετά το οξυγόνο.

Ο άνθρακας έχει μεγάλη σημασία για τη ζωή. Είναι ένα από τα κύρια συστατικά των αμινοξέων που δημιουργούν πρωτεΐνες και αποτελεί ουσιαστικό συστατικό του DNA όλων των ζώντων όντων.

Μαζί με το οξυγόνο και το υδρογόνο σχηματίζει μια μεγάλη ποικιλία ενώσεων όπως λιπαρά οξέα, συστατικά όλων των κυτταρικών μεμβρανών.

Δεξαμενές άνθρακα

Ατμόσφαιρα

Η ατμόσφαιρα είναι το αέριο στρώμα που περιβάλλει τη Γη. Περιέχει 0,001% παγκόσμιου άνθρακα, κυρίως με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και μεθάνιο (CH4).

Παρά το γεγονός ότι είναι μία από τις χαμηλότερες δεξαμενές άνθρακα στη Γη, εμπλέκεται σε μεγάλο αριθμό βιοχημικών διεργασιών. Αντιπροσωπεύει μια σημαντική δεξαμενή στη διατήρηση της ζωής στη Γη.

Βιοσφαιρία

Η βιόσφαιρα περιέχει τα δύο τρίτα του συνολικού άνθρακα της Γης με τη μορφή βιομάζας (ζωντανός και νεκρός). Ο άνθρακας αποτελεί σημαντικό μέρος της δομής και των βιοχημικών διεργασιών όλων των ζωντανών κυττάρων.

Τα δάση δεν αποτελούν μόνο μια δεξαμενή σημαντικού άνθρακα στη βιόσφαιρα, αλλά ορισμένοι τύποι έχουν αναγνωριστεί ως νεροχύτες, όπως τα εύκρατα δάση.

Όταν τα δάση βρίσκονται σε πρωτεύοντα στάδια, παίρνουν το CO2 της ατμόσφαιρας και να το αποθηκεύσετε σε μορφή ξύλου. Ενώ όταν φτάσουν στην ωριμότητα απορροφούν λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα, αλλά το ξύλο των δέντρων τους περιέχει τεράστιες ποσότητες άνθρακα (περίπου το 20% του βάρους τους).

Οι θαλάσσιοι οργανισμοί αποτελούν επίσης μια σημαντική δεξαμενή άνθρακα. Αποθηκεύουν άνθρακα στα κελύφη τους, με τη μορφή ανθρακικού ασβεστίου.

Έδαφος

Το έδαφος περιέχει περίπου το ένα τρίτο του άνθρακα της Γης σε ανόργανες μορφές, όπως το ανθρακικό ασβέστιο. Αποθηκεύει τρεις φορές περισσότερο άνθρακα από την ατμόσφαιρα και τέσσερις φορές περισσότερο άνθρακα από τη βιομάζα των φυτών. Το έδαφος είναι η μεγαλύτερη δεξαμενή σε αλληλεπίδραση με την ατμόσφαιρα.

Εκτός από την ύπαρξη δεξαμενής άνθρακα, το έδαφος έχει αναγνωριστεί ως σημαντικό νεροχύτη. είναι μια απόθεση που συμβάλλει στην απορρόφηση της υψηλής και αυξανόμενης συγκέντρωσης άνθρακα στην ατμόσφαιρα, με τη μορφή CO2. Αυτός ο νεροχύτης είναι σημαντικός για τη μείωση της υπερθέρμανσης του πλανήτη.

Τα ποιοτικά εδάφη, με καλή ποσότητα χούμο και οργανική ύλη, είναι καλά δεξαμενές άνθρακα. Οι πρακτικές παραδοσιακής και αγρο-οικολογικής φύτευσης διατηρούν τις ιδιότητες του εδάφους ως δεξαμενή ή νεροχύτη άνθρακα.

Ωκεανοί

Οι ωκεανοί περιέχουν 0.05% του παγκόσμιου άνθρακα της Γης. Ο άνθρακας βρίσκεται κυρίως με τη μορφή διττανθρακικού άλατος, ο οποίος μπορεί να συνδυαστεί με ασβέστιο και να σχηματίσει ανθρακικό ασβέστιο ή ασβεστόλιθο, που κατακρημνίζεται στον πυθμένα του ωκεανού.

Οι ωκεανοί θεωρούνται ως ένας από τους μεγαλύτερους νεροχύτες του CO2, απορροφώντας περίπου το 50% του ατμοσφαιρικού άνθρακα. Κατάσταση που έχει θέσει σε κίνδυνο τη θαλάσσια βιοποικιλότητα με την αύξηση της οξύτητας του θαλασσινού νερού.

Γεωλογικά ιζήματα

Τα γεωλογικά ιζήματα που αποθηκεύονται σε αδρανή μορφή στη λιθόσφαιρα είναι η μεγαλύτερη δεξαμενή άνθρακα στη Γη. Ο άνθρακας που αποθηκεύεται εδώ μπορεί να είναι ανόργανης προέλευσης ή οργανικής προέλευσης.

Περίπου 99% του άνθρακα που αποθηκεύεται στη λιθόσφαιρα είναι ανόργανος άνθρακας αποθηκευμένος σε ιζηματογενή πετρώματα, όπως ασβεστολιθικά πετρώματα.

Ο εναπομείναντος άνθρακας είναι ένα μείγμα οργανικών χημικών ενώσεων που υπάρχουν σε ιζηματογενή πετρώματα, γνωστά ως kerogen, που σχηματίστηκαν πριν από εκατομμύρια χρόνια από ιζήματα βιομάζας τα οποία είναι θαμμένα και υπόκεινται στη δράση υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας. Ένα μέρος αυτών των χηρογόνων μετατρέπεται σε πετρέλαιο, φυσικό αέριο και άνθρακα.

Εξαρτήματα

Ο παγκόσμιος κύκλος άνθρακα μπορεί να κατανοηθεί καλύτερα μελετώντας δύο απλούστερους κύκλους που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους: ένας σύντομος κύκλος και ένας μακρύς κύκλος.

Η ταινία μικρού μήκους επικεντρώνεται στην ταχεία ανταλλαγή του άνθρακα που ζουν τα ζωντανά όντα. Ενώ ο μακρύς κύκλος εμφανίζεται για εκατομμύρια χρόνια και περιλαμβάνει την ανταλλαγή άνθρακα μεταξύ του εσωτερικού και της επιφάνειας της Γης.

-Γρήγορος κύκλος

Ο γρήγορος κύκλος του άνθρακα είναι επίσης γνωστός ως ο βιολογικός κύκλος, επειδή βασίζεται στην ανταλλαγή άνθρακα που συμβαίνει μεταξύ ζωντανών οργανισμών με την ατμόσφαιρα, τους ωκεανούς και το έδαφος.

Ο ατμοσφαιρικός άνθρακας υπάρχει κυρίως ως διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό το αέριο αντιδρά με μόρια νερού στους ωκεανούς για να παράγει διττανθρακικό ιόν. Όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα, τόσο μεγαλύτερος είναι ο σχηματισμός διττανθρακικού άλατος. Αυτή η διαδικασία βοηθά στη ρύθμιση του CO2 στην ατμόσφαιρα.

Ο άνθρακας, με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα, εισέρχεται σε όλα τα τροφικά δίκτυα, τόσο χερσαία όσο και υδρόβια, μέσω φωτοσυνθετικών οργανισμών, όπως φυκών και φυτών. Με τη σειρά τους, οι ετερότροφοι οργανισμοί λαμβάνουν άνθρακα με τροφή σε αυτοτροφικούς οργανισμούς.

Ένα μέρος του οργανικού άνθρακα επιστρέφει στην ατμόσφαιρα μέσω της αποσύνθεσης της οργανικής ύλης (που διεξάγεται από βακτήρια και μύκητες) και της κυτταρικής αναπνοής (σε φυτά και μύκητες). Κατά τη διάρκεια της αναπνοής, τα κύτταρα χρησιμοποιούν την ενέργεια που αποθηκεύεται σε μόρια που περιέχουν άνθρακα (όπως τα σάκχαρα) για να παράγουν ενέργεια και CO2.

Ένα άλλο μέρος του οργανικού άνθρακα μετατρέπεται σε ιζήματα και δεν επιστρέφει στην ατμόσφαιρα. Ο άνθρακας που αποθηκεύεται στα θαλάσσια ιζήματα βιομάζας στον πυθμένα της θάλασσας (όταν οι οργανισμοί πεθαίνουν), αποσυντίθενται και ο CO2 διαλύεται σε βαθιά νερά. Αυτό το CO2 αφαιρείται μόνιμα από την ατμόσφαιρα.

Ομοίως, μέρος του άνθρακα που αποθηκεύεται σε δέντρα, βότσαλα και άλλα δασικά φυτά αποσυντίθεται αργά σε έλη, έλη και υγρότοπους υπό αναερόβιες συνθήκες και χαμηλή μικροβιακή δραστηριότητα..

Αυτή η διαδικασία παράγει τύρφη, μια σπογγώδη και ελαφριά μάζα, πλούσια σε άνθρακα, η οποία χρησιμοποιείται ως καύσιμο και ως οργανικό λίπασμα. Περίπου το ένα τρίτο του συνόλου του χερσαίου οργανικού άνθρακα είναι τύρφη.

-Αργός κύκλος

Ο αργός κύκλος του άνθρακα περιλαμβάνει την ανταλλαγή άνθρακα μεταξύ των πετρωμάτων της λιθόσφαιρας και του επιφανειακού συστήματος της Γης: τους ωκεανούς, την ατμόσφαιρα, τη βιόσφαιρα και το έδαφος. Ο κύκλος αυτός είναι ο κύριος ελεγκτής της συγκέντρωσης του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα σε γεωλογική κλίμακα.

Ο ανόργανος άνθρακας

Το διοξείδιο του άνθρακα που διαλύεται στην ατμόσφαιρα συνδυάζεται με νερό για να σχηματίσει ανθρακικό οξύ. Αυτό αντιδρά με το ασβέστιο και το μαγνήσιο που υπάρχουν στο φλοιό της γης για να σχηματίσουν ανθρακικά άλατα.

Λόγω της δράσης διάβρωσης της βροχής και του ανέμου, τα ανθρακικά άλατα φθάνουν στους ωκεανούς, όπου συσσωρεύεται ο πυθμένας της θάλασσας. Τα ανθρακικά άλατα μπορούν επίσης να εξομοιωθούν με οργανισμούς, οι οποίοι τελικά πεθαίνουν και καθιζάνουν στον βυθό της θάλασσας. Αυτά τα ιζήματα συσσωρεύονται για χιλιάδες χρόνια και σχηματίζουν ασβεστολιθικά πετρώματα.

Τα ιζηματογενή πετρώματα του θαλάσσιου βυθού απορροφώνται στο μανδύα της Γης με υποπίεση (διαδικασία που περιλαμβάνει την βύθιση μιας ωκεάνιας ζώνης τεκτονικής πλάκας κάτω από την άκρη μιας άλλης πλάκας).

Στη λιθόσφαιρα, οι ιζηματογενείς βράχοι υποβάλλονται σε υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες και ως εκ τούτου τήκονται και αντιδρούν χημικά με άλλα μέταλλα, απελευθερώνοντας CO2. Το διοξείδιο του άνθρακα που απελευθερώνεται έτσι επιστρέφει στην ατμόσφαιρα μέσω ηφαιστειακών εκρήξεων.

Ο ανόργανος άνθρακας

Ένα άλλο σημαντικό στοιχείο αυτού του γεωλογικού κύκλου είναι ο οργανικός άνθρακας. Αυτό προέρχεται από τη βιομάζα που θάβεται σε αναερόβιες συνθήκες και από υψηλή πίεση και θερμοκρασία. Αυτή η διαδικασία οδήγησε στον σχηματισμό ορυκτών ουσιών με υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο, όπως άνθρακα, πετρέλαιο ή φυσικό αέριο..

Κατά τη διάρκεια της έναρξης της Βιομηχανικής Επανάστασης τον δέκατο ένατο αιώνα, η χρήση των ορυκτών οργανικού άνθρακα ως πηγή ενέργειας ανακαλύφθηκε. Καθώς η εικοστού αιώνα υπήρξε μια σταθερή αύξηση της χρήσης αυτών των ορυκτών καυσίμων, με αποτέλεσμα σε μερικές δεκαετίες την έκλυση στην ατμόσφαιρα μεγάλες ποσότητες άνθρακα συσσωρευτεί στη γη για χιλιάδες χρόνια.

Μεταβολές του κύκλου του άνθρακα

Ο κύκλος του άνθρακα, μαζί με τους κύκλους του νερού και των θρεπτικών ουσιών, αποτελεί τη βάση της ζωής. Η διατήρηση αυτών των κύκλων καθορίζει την υγεία και την ανθεκτικότητα των οικοσυστημάτων και την ικανότητά τους να παρέχουν ευημερία στην ανθρωπότητα. Οι κύριες αλλοιώσεις του κύκλου άνθρακα αναφέρονται παρακάτω:

Ατμοσφαιρικές αλλαγές

Το ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα αέριο θερμοκηπίου. Μαζί με το μεθάνιο και άλλα αέρια, απορροφά την ακτινοβολούμενη θερμότητα από την επιφάνεια της γης, εμποδίζοντας την απελευθέρωσή της στο χώρο.

Η ανησυχητική αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα και σε άλλα αέρια θερμοκηπίου έχει αλλάξει το ενεργειακό ισοζύγιο της Γης. Αυτό καθορίζει την παγκόσμια κυκλοφορία της θερμότητας και του νερού στην ατμόσφαιρα, τα πρότυπα θερμοκρασίας και βροχοπτώσεων, τις αλλαγές στις καιρικές συνθήκες και την άνοδο της στάθμης της θάλασσας.

Η κύρια ανθρώπινη μεταβολή του κύκλου του άνθρακα βασίζεται στην αύξηση των εκπομπών CO2. Από το 1987, οι ετήσιες παγκόσμιες εκπομπές CO2 από την καύση ορυκτών καυσίμων έχουν αυξηθεί κατά περίπου το ένα τρίτο.

Ο κλάδος των κατασκευών προκαλεί επίσης άμεσες εκπομπές CO2 στην παραγωγή χάλυβα και τσιμέντου.

Οι ατμοσφαιρικές εκπομπές μονοξειδίου και διοξειδίου του άνθρακα από τον τομέα των μεταφορών έχουν επίσης αυξηθεί τις τελευταίες δεκαετίες. Υπήρξε σχετικά μεγάλη αύξηση της αγοράς προσωπικών οχημάτων. Επιπλέον, η τάση είναι υπέρ των βαρύτερων αυτοκινήτων και με μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας.

Οι αλλαγές στη χρήση γης έχουν προκαλέσει περίπου το ένα τρίτο της αύξησης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα τα τελευταία 150 χρόνια. Ειδικά μέσω της απώλειας οργανικού άνθρακα.

Απώλεια οργανικής ύλης

Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, η αλλαγή στη χρήση γης έχει προκαλέσει σημαντική αύξηση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και μεθανίου στην ατμόσφαιρα.

Η μείωση της δασικής έκτασης σε παγκόσμιο επίπεδο προκάλεσε αρχικά σημαντική απώλεια βιομάζας ως αποτέλεσμα της μετατροπής σε βοσκοτόπους και γεωργικές εκτάσεις.

Η γεωργική χρήση των εδαφών μειώνει την οργανική ύλη, επιτυγχάνοντας μια νέα και κατώτερη ισορροπία, λόγω της οξείδωσης της οργανικής ύλης.

Η αύξηση των εκπομπών είναι επίσης το αποτέλεσμα της αποστράγγισης τύρφης και υγροτόπων υψηλής περιεκτικότητας σε οργανικές ουσίες. Με την αύξηση της παγκόσμιας θερμοκρασίας αυξάνει το ρυθμό της αποσύνθεσης της οργανικής ύλης του εδάφους και τύρφη, έτσι τον κίνδυνο ότι το σημαντικό αυτό δεξαμενή άνθρακα κορεσμού Επιταχύνει.

Τα tundras θα μπορούσαν να καταλήξουν να είναι ένας νεροχύτης άνθρακα για να γίνουν πηγές αερίων του θερμοκηπίου.

Αναφορές

  1. Barker, S, J. Α. Higg ins και Η. Elderfield. 2003. Το μέλλον του κύκλου του άνθρακα: ανασκόπηση, αντίδραση ασβεστοποίησης, έρματος και ανατροφοδότηση σχετικά με το ατμοσφαιρικό CO2. Φιλοσοφικές Συναλλαγές της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου Α, 361: 1977-1999.
  2. Berner, R.A. (2003). Ο μακροπρόθεσμος κύκλος άνθρακα, τα ορυκτά καύσιμα και η ατμοσφαιρική σύνθεση. Nature 246: 323-326.
  3. (2018, 1 Δεκεμβρίου). Wikipedia, Η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια. Ημερομηνία διαβούλευσης: 19:15, 23 Δεκεμβρίου 2018 από το es.wikipedia.org.
  4. Κύκλος άνθρακα. (2018, 4 Δεκεμβρίου). Wikipedia, Η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια. Ημερομηνία διαβούλευσης: 17:02, 23 Δεκεμβρίου 2018 από το en.wikipedia.org.
  5. Falkowski, Ρ, RJ Scholes, Ε Boyle, J. Canadell, D. Canfield, J. Elser, Ν Gruber, Κ Hibbard, Ρ Hogberg, S. Linder, FT Mackenzie, Β Moore III, T. Pedersen, Γ Rosenthal, Σ Seitzinger, Β Smetacek, W. Steffen. (2000). Ο παγκόσμιος κύκλος άνθρακα: μια δοκιμή της γνώσης μας για τη γη ως σύστημα. Science, 290: 292-296.
  6. Πρόγραμμα των Ηνωμένων Εθνών για το περιβάλλον. (2007). Παγκόσμια Προοπτική Περιβάλλοντος GEO4. Phoenix Design Aid, Δανία.
  7. Saugier, Β. And J.Y. Pontailler (2006). Ο παγκόσμιος κύκλος άνθρακα και οι συνέπειές του στη φωτοσύνθεση στο Bolivian Altiplano. Οικολογία στη Βολιβία, 41 (3): 71-85.