УГЉЕНИ ЦИКЛУС: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ФАЗЕ, ЗНАЧАЈ - ЖИВОТНА СРЕДИНА - 2025

Угљеника циклус је процес циркулације овог хемијског елемента у ваздуха, воде, земљишта и живих бића. То је биогеохемијски циклус гасног типа, а најзаступљенији облик угљеника у атмосфери је угљен диоксид (ЦО2).

Највеће залихе угљеника су у океанима, фосилним горивима, органским материјама и седиментним стијенама. Исто тако, то је неопходно у тјелесној структури живих организама и улази у трофичке ланце као ЦО2 путем фотосинтезе.

Фотосинтезизатори (биљке, фитопланктон и цијанобактерије) апсорбују угљен из атмосферског ЦО2, а затим биљоједи га узимају из ових организама. Њих конзумирају месождерке и на крају се сви мртви организми прерађују депозиторима.

Поред атмосфере и живих бића, угљен се налази у земљи (едафосфера) и у води (хидросфера). У океанима фитопланктон, макроалге и водени ангиосперми узимају ЦО2 растворен у води да би извршили фотосинтезу.

Илустрација карбонског циклуса

ЦО2 се поново интегрише у атмосферу или воду дисањем копнених и водених живих бића. Једном када су жива бића мртва, угљеник се поново укључује у физичко окружење као ЦО2 или као део таложних стена, угља или нафте.

Циклус угљеника је веома важан јер испуњава различите функције као што су део живих бића, помажући у регулисању планетарне температуре и киселости воде. Исто тако, доприноси ерозивним процесима седиментних стијена и служи као извор енергије за људско биће.

карактеристике

Царбон

Овај елемент је рангиран на шесто место у Универзуму и његова структура му омогућава да формира везе са другим елементима као што су кисеоник и водоник. Формирају га четири електрона (тетравалентна) који формирају ковалентне хемијске везе способне да чине полимере сложених структурних облика.

Атмосфера

Угљен се налази у атмосфери углавном као угљен диоксид (ЦО2) у сразмери 0,04% од састава ваздуха. Иако се концентрација атмосферског угљеника значајно изменила у последњих 170 година, услед људског индустријског развоја.

Пре индустријског периода, концентрација се кретала од 180 до 280 ппм (делова на милион), а данас прелази 400 ппм. Поред тога, постоји метан (ЦХ4) у знатно мањем удјелу и угљен моноксид (ЦО) у малим траговима.

ЦО2 и метан (ЦХ4)

Ови гасови на бази угљеника имају својство апсорпције и зрачења дуготаласне енергије (топлоте). Из тог разлога, његово присуство у атмосфери регулише планетарну температуру, спречавајући изливање у простор топлоте коју зрачи Земља.

Од ова два гаса, метан хвата више топлоте, али ЦО2 има најважнију улогу због свог релативног обиља.

Биолошки свет

Већина структуре живих организама састоји се од угљеника, који је неопходан за стварање протеина, угљених хидрата, масти и витамина.

Литосфера

Угљен је део органске материје и ваздуха у тлу, а налази се и у елементарном облику као што су угљеник, графит и дијамант. На исти начин, то је основни део угљоводоника (нафта, битумени) који се налазе у дубоким лежиштима.

Формирање угљеника

Како вегетација умире у језерским базенима, мочварама или плитким морима, биљне крхотине се накупљају у слојевима прекривеним водом. Затим се ствара спор анаеробни процес распадања узрокован бактеријама.

Седименти прекривају слојеве органског материјала који се распада и који се током милиона година подвргава прогресивном процесу обогаћивања угљеника. Ово пролази кроз фазу тресета (50% угљеника), лигнита (55-75%), угља (75-90%) и коначно антрацита (90% или више).

Творба уља

Почиње спорим аеробним распадањем, затим долази до анаеробне фазе која се састоји од остатака планктона, животиња и морских или језерских биљака. Ова органска материја је била сахрањена седиментним слојевима и изложена високим температурама и притисцима унутар Земље.

Међутим, с обзиром на нижу густину, нафта се диже кроз поре седиментних стијена. На крају се или зароби у непропусним подручјима или формира плитке битуменске истјечке.

Хидросфера

Хидросфера одржава гасовиту измену са атмосфером, нарочито кисеоником и угљеником у облику ЦО2 (растворљив у води). Угљен се налази у води, посебно у океанима, углавном у облику бикарбонатних јона.

Јонови бикарбоната играју важну улогу у регулисању пХ морске средине. С друге стране, на морском дну постоје велике количине метана заробљене као хидрати метана.

Кисела киша

Угљик такође продире између гасовитог медијума и течности, када ЦО2 реагује са атмосферском воденом паром и формира Х2ЦО3. Ова киселина се таложи са кишницом и закисељује тла и воде.

Фазе циклуса угљеника

Сакупљање и складиштење угљеника. Извор: Царбон_секуестратион-2009-10-07.свг: * ЛеЈеан Хардин и Јамие Паинедеривативни рад: Јарл Арнтзен (разговор) изведбени рад: Ортиса / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/3.0 )

Као и било који биогеохемијски циклус, и угљенични циклус је сложен процес састављен од мреже односа. Њихово раздвајање у дефинисане фазе само је средство за њихову анализу и разумевање.

- Геолошка фаза

Карте

Улаз угљеника у ову фазу долази у мањој мери из атмосфере, киселом кишом и ваздухом који се филтрира до земље. Међутим, главни допринос су доприноси живих организама, како њиховим излучевинама, тако и њиховим телима када умру.

Складиштење и промет

У овој фази, угљеник се складишти и креће се у дубоким слојевима литосфере попут угља, нафте, гаса, графита и дијаманата. Такође је део карбонатних стена, заробљене у вечној смрзнутости (смрзнути слој земље у поларним ширинама) и растворен у води и ваздуху у поре на тлу.

У динамици тектонике плоча, угљен доспева и до дубљих слојева плашта и део је магме.

Поласци

Деловање кише на вапненачким стенама их еродира и заједно са осталим елементима ослобађа се калцијум. Калцијум из ерозије ових карбонатних стена испире се у реке и одатле у океане.

Слично томе, ЦО ₂ се ослобађа када се пермафрост одмрзне или преоптерећењем тла. Међутим, главни производ покреће човек вађењем угља, нафте и гаса из литосфере, како би их сагорели као гориво.

Људска активност, заснована на потрошњи угљоводоника, ослобађа угљен у атмосферу

- Хидролошка фаза

Карте

Атмосферска ЦО ₂ када дође у контакт са воденом површином раствара се формирајући угљеничну киселину, а метан улази у литосферу са морског дна, као што је откривено на Арктику. Поред тога, јони ХЦО ₃ улазе у реке и океане због ерозије карбонатних стена у литосфери и испирања тла.

Кад пада киша, вода носи угљен у облику угљен диоксида из атмосфере и стијена. Када дођу до океана, кораљи, планктон и друге водене животиње користе га за раст. Ове живе ствари - кораљи, планктон и водене животиње - умиру и улазе угљен у тло

Складиштење и промет

ЦО2 се раствара у води формирајући угљеничну киселину (Х2ЦО3), растварајући калцијум-карбонат шкољке, формирајући карбонат калцијумове киселине (Ца (ХЦО3) 2). Стога се угљеник налази и циркулише у води углавном као ЦО2, Х2ЦО3 и Ца (ХЦО3) 2.

С друге стране, морски организми одржавају сталну размену угљеника са воденим окружењем путем фотосинтезе и дисања. Такође, велике резерве угљеника су у облику хидрата метана на морском дну, залеђених ниским температурама и великим притисцима.

Поласци

Океан размењује гасове са атмосфером, укључујући ЦО2 и метан, а део последњег се ослобађа у атмосферу. Недавно је откривено пораст истјецања метанског океана на дубинама мањим од 400 м, попут обала Норвешке.

Пораст глобалне температуре је загревање воде у дубинама не већим од 400 м и ослобађање ових хидрата метана. Сличан процес се догодио и у плеистоцену, ослобађајући велике количине метана, загревајући Земљу више и проузрокујући крај леденог доба.

- Атмосферски стадиј

Карте

Угљен улази у атмосферу дисањем живих бића и бактеријским метаногеним деловањем. Слично томе, вегетацијским пожарима (биосфера), разменом са хидросфером, сагоревањем фосилних горива, вулканском активношћу и испуштањем из земље (геолошки).

Испуштање геолошког угљеника у атмосферу ерупцијом вулкана. Аутор: Циенциа1.цом

Складиштење и промет

У атмосфери, угљеник је углавном у гасовитом облику, као што су ЦО2, метан (ЦХ4) и угљен моноксид (ЦО). Слично томе, можете наћи и честице угљеника суспендоване у ваздуху.

Поласци

Главни излази угљеника из атмосферске фазе су ЦО2 који се раствара у океанској води и онај који се користи у фотосинтези.

- Биолошка фаза

Карте

Угљен улази у биолошку фазу као ЦО2 кроз процес фотосинтезе који спроводе биљке и фотосинтетске бактерије. Исто тако, иони Ца2 + и ХЦО3 који у ерозију допиру до мора и користе се разним организмима у производњи шкољки.

Биљке и микроорганизми апсорбују угљен диоксид из атмосфере и претварају га у кисеоник и енергију фотосинтезом

Складиштење и промет

Свака ћелија, а самим тим и тела живих бића, сачињавају високи удео угљеника, који чине протеине, угљене хидрате и масти. Овај органски угљеник циркулише кроз биосферу кроз трофичне мреже примарних произвођача.

Ангиосперми, папрати, јетрене црве, маховине, алге и цијанобактерије садрже га фотосинтезом. Тада ове организме конзумирају биљоједи, што ће бити храна месождерима.

Биљке животиње конзумирају биљке и у атмосферу испуштају угљен диоксид. Кад ове животиње умру, они поново убацују угљеник у тло. Иста ствар се догађа и са кораљем и планктоном на океанском дну

Поласци

Главно цурење угљеника из ове фазе у друге у угљеничном циклусу је смрт живих бића која га поново интегришу у тло, воду и атмосферу. Масиван и драстичан облик угинућа и испуштања угљеника су шумски пожари који производе велике количине ЦО2.

Са друге стране, најважнији извор метана у атмосферу су гасови које у сточарству избацују стока. Исто тако, активност метаногених анаеробних бактерија које разграђују органске материје у мочварама и културама риже извор је метана.

Значај

Циклус угљеника је важан због одговарајућих функција које овај елемент испуњава на планети Земљи. Његова уравнотежена циркулација омогућава регулисање свих ових релевантних функција за одржавање планетарних услова као функције живота.

У живим бићима

Угљен је главни елемент у структури ћелија, јер је део угљених хидрата, протеина и масти. Овај елемент је основа читаве хемије живота, од ДНК до ћелијских мембрана и органела, ткива и органа.

Регулација температуре земље

ЦО2 је главни стакленички гас, који омогућава одржавање одговарајуће температуре за живот на Земљи. Без атмосферских гасова као што су ЦО2, водена пара и друго, топлота коју емитује Земља у потпуности би побјегла у свемир, а планета би била смрзнута маса.

Глобално загревање

С друге стране, вишак ЦО2 који се емитује у атмосферу, какав је тренутно узрокован човеком, нарушава природну равнотежу. То узрокује прегријавање планете, што мијења глобалну климу и негативно утјече на биодиверзитет.

Регулација океанског пХ

ЦО2 и метан растворени у води део су сложеног механизма за регулисање пХ воде у океанима. Што је већи садржај ових гасова у води, пХ постаје киселији што је негативно за живот воде.

Извор напајања

Угаљ је битан део фосилних горива, и минерални угаљ, нафта и природни гас. Иако је његова употреба доведена у питање због негативних утицаја на животну средину које производи, као што су глобално прегревање и ослобађање тешких метала.

Економска вредност

Угаљ је минерал који ствара изворе рада и економске добити за његово коришћење као гориво, а економски развој човечанства заснован је на употреби те сировине. С друге стране, у кристализованом облику дијаманта, ређе, има велику економску вредност због употребе драгоценог камена.

Референце

1. Цалов, П. (ур.) (1998). Енциклопедија екологије и управљања животном средином.
2. Цхристопхер Р. анд Фиелдинг, ЦР (1993). Преглед недавних истраживања флувијалне седиментологије. Седиментарна геологија.
3. Еспиноса-Фуентес, М. Де ла Л., Пералта-Росалес, ОА и Цастро-Ромеро, Т. Биогеохемијски циклуси. Поглавље 7. Мексички извештај о климатским променама, група И, научне базе. Модели и моделирање.
4. Маргалеф, Р. (1974). Екологија. Омега издања.
5. Миллер, Г. и ТИЛЕР, ЈР (1992). Екологија и животна средина. Групо Редакција Ибероамерица СА де ЦВ
6. Одум, ЕП и Варретт, ГВ (2006). Основе екологије. Пето издање. Тхомсон.