OGLJIKOV CIKEL: ZNAČILNOSTI, STOPNJE, POMEMBNOST - OKOLJE - 2026

Cikel ogljika je proces kroženja tega kemijskega elementa v zraka, vode, tal in živih bitij. Gre za biogeokemični cikel plinskega tipa, najpogostejša oblika ogljika v ozračju pa je ogljikov dioksid (CO2).

Največje zaloge ogljika so v oceanih, fosilnih gorivih, organskih snoveh in sedimentnih kamninah. Prav tako je bistvenega pomena v telesni zgradbi živih organizmov in skozi fotosintezo vstopa v trofične verige kot CO2.

Fotosintezalizatorji (rastline, fitoplankton in cianobakterije) absorbirajo ogljik iz atmosferskega CO2, nato pa rastlinojede odvzamejo te organizme. Te zaužijejo mesojede, na koncu pa vse mrtve organizme predelajo razkroji.

Poleg ozračja in živih bitij se ogljik nahaja v tleh (edafosfera) in v vodi (hidrosfera). V oceanih fitoplankton, makroalge in vodni angiospermi odvzamejo CO2, raztopljen v vodi, za izvajanje fotosinteze.

Ilustracija ogljikovega cikla

CO2 se ponovno vgradi v ozračje ali vodo z dihanjem kopenskih in vodnih živih bitij. Ko so živa bitja mrtva, se ogljik ponovno vključi v fizično okolje kot CO2 ali kot del sedimentnih kamnin, premoga ali nafte.

Ogljikov cikel je zelo pomemben, saj izpolnjuje različne funkcije, kot so del živih bitij, pomaga pri uravnavanju planetarne temperature in kislosti vode. Prav tako prispeva k erozivnim procesom sedimentnih kamnin in služi kot vir energije za človeka.

značilnosti

Ogljik

Ta element se v vesolju uvršča na šesto mesto, njegova struktura pa mu omogoča, da tvori vezi z drugimi elementi, kot sta kisik in vodik. Tvorijo ga štirje elektroni (tetravalentni), ki tvorijo kovalentne kemične vezi, ki so sposobni tvoriti polimere s kompleksnimi strukturnimi oblikami.

Ozračje

Ogljik najdemo v atmosferi predvsem kot ogljikov dioksid (CO2) v deležu 0,04% sestave zraka. Čeprav se je koncentracija ogljika v atmosferi v zadnjih 170 letih zaradi človekovega industrijskega razvoja bistveno spremenila.

Pred industrijskim obdobjem se je koncentracija gibala med 180 in 280 ppm (deli na milijon), danes pa presega 400 ppm. Poleg tega je v veliko manjšem deležu tudi metan (CH4), v majhnih sledeh pa ogljikov monoksid (CO).

CO2 in metan (CH4)

Ti plini na osnovi ogljika imajo lastnost absorpcije in sevanja dolgo valovne energije (toplote). Zaradi tega njegova prisotnost v ozračju uravnava planetarno temperaturo tako, da preprečuje pobeg v vesolje toplote, ki jo izžareva Zemlja.

Od teh dveh plinov metan zajame več toplote, vendar ima CO2 najpomembnejšo vlogo zaradi njegove relativne številčnosti.

Biološki svet

Večino strukture živih organizmov sestavlja ogljik, ki je nujen pri tvorbi beljakovin, ogljikovih hidratov, maščob in vitaminov.

Litosfera

Ogljik je del organske snovi in ​​zraka v tleh, najdemo ga tudi v elementarni obliki, kot so ogljik, grafit in diamant. Na enak način je temeljni del ogljikovodikov (nafta, bitumni), ki jih najdemo v globokih nahajališčih.

Tvorba ogljika

Ko vegetacija umira v jezerskih kotlinah, močvirjih ali plitvem morju, se rastlinske naplavine kopičijo v plasteh, ki jih pokriva voda. Nato nastane počasen anaerobni proces razkrajanja, ki ga povzročajo bakterije.

Usedline prekrivajo plasti organskega materiala, ki se razgradi, ki skozi milijone let napreduje postopkom bogatenja ogljika. Ta prehaja skozi stopnjo šote (50% ogljika), lignita (55-75%), premoga (75-90%) in na koncu antracita (90% ali več).

Tvorba olja

Začne se s počasnim aerobnim razkrojem, nato sledi anaerobna faza, sestavljena iz ostankov planktona, živali in morskih ali jezerskih rastlin. To organsko snov so pokopali sedimentni sloji in podvrženi visokim temperaturam in pritiskom znotraj Zemlje.

Vendar pa se zaradi manjše gostote nafta dviga skozi pore sedimentnih kamnin. Sčasoma se bodisi ujame na neprepustnih območjih ali tvori plitva bitumenska odsevanja.

Hidrosfera

Hidrosfera vzdržuje plinovito izmenjavo z atmosfero, zlasti kisika in ogljika v obliki CO2 (topnega v vodi). Ogljik najdemo v vodi, zlasti v oceanih, predvsem v obliki bikarbonatnih ionov.

Soda bikarbona igra pomembno vlogo pri uravnavanju pH morskega okolja. Po drugi strani pa so na morskem dnu velike količine metana, ujetega kot hidrati metana.

Kisel dež

Ogljik prodre tudi med plinasto tekočino in tekočino, ko CO2 reagira z atmosfersko vodno paro in tvori H2CO3. Ta kislina se obori z deževnico in zakisa tla in vode.

Stopnje ogljikovega cikla

Zajemanje in shranjevanje ogljika. Vir: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin in Jamie Paynederivativno delo: Jarl Arntzen (pogovorno) izpeljano delo: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 )

Kot vsak biogeokemični cikel je tudi ogljikov cikel zapleten postopek, sestavljen iz mreže odnosov. Njihova ločitev na določene stopnje je le sredstvo za njihovo analizo in razumevanje.

- Geološka faza

Vstopnice

Vnos ogljika v to fazo prihaja v manjši meri iz ozračja, s kislim dežjem in zrakom, ki se filtrira na tla. Glavni prispevek pa so prispevki živih organizmov, tako po njihovih iztrebkih kot po telesu, ko umrejo.

Skladiščenje in obtok

V tej fazi se ogljik shranjuje in premika v globokih plasteh litosfere, kot so premog, nafta, plin, grafit in diamanti. Je tudi del karbonatnih kamnin, ujetih v večno zmrzal (zmrznjena talna plast v polarnih širinah) in se raztopi v vodi in zraku pore tal.

V dinamiki tektonike plošč ogljik doseže tudi globlje plasti plašča in je del magme.

Odhodi

Delovanje dežja na apnenčastih kamninah jih zmoti in kalcij se sprošča skupaj z drugimi elementi. Kalcij iz erozije teh karbonatnih kamnin se spere v reke in od tam v oceane.

Podobno se CO ₂ sprošča pri odtajanju večne zmrzali ali pretiranem oranju tal. Kljub temu je glavni proizvod človek, ki iz litosfere pridobiva premog, nafto in plin, ki gorijo kot gorivo.

Človekova dejavnost, ki temelji na porabi ogljikovodikov, sprošča ogljik v ozračje

- Hidrološka stopnja

Vstopnice

Atmosferski CO _2, ko pride v stik z vodno površino, se raztopi in tvori ogljikovo kislino, metan pa v morsko dno vstopi v litosfero, kot je bilo ugotovljeno na Arktiki. Poleg tega ioni HCO ₃ vstopajo v reke in oceane zaradi erozije karbonatnih kamnin v litosferi in izpiranja tal.

Ko dežuje, voda prenaša ogljik v obliki ogljikovega dioksida iz ozračja in kamnin. Koraki, plankton in druge vodne živali, ko dosežejo ocean, ga uporabljajo za gojenje. Ta živa bitja - korale, plankton in vodne živali - umrejo in v zemljo vnesejo ogljik

Skladiščenje in obtok

CO2 se raztopi v vodi, ki tvori ogljikovo kislino (H2CO3), raztopi kalcijev karbonat lupin in tvori kalcijev kislin karbonat (Ca (HCO3) 2). Zato ogljik najdemo in kroži v vodi predvsem v obliki CO2, H2CO3 in Ca (HCO3) 2.

Po drugi strani morski organizmi ohranjajo stalno izmenjavo ogljika s svojim vodnim okoljem s pomočjo fotosinteze in dihanja. Tudi velike rezerve ogljika so v obliki hidratov metana na morskem dnu, zamrznjene zaradi nizkih temperatur in visokega tlaka.

Odhodi

Okean izmenjuje pline z atmosfero, vključno s CO2 in metanom, del slednjega pa se sprošča v ozračje. V zadnjem času je bilo zaznano povečanje uhajanja oceanskega metana na globinah manj kot 400 m, na primer ob obali Norveške.

Povišanje globalne temperature segreva vodo v globinah, ki niso večje od 400 m, in sprošča te hidrane metana. Podoben postopek se je zgodil v pleistocenu, ki je sprostil velike količine metana, bolj ogreval Zemljo in povzročil konec ledene dobe.

- Atmosferski stadij

Vstopnice

Ogljik v ozračje vstopi zaradi dihanja živih bitij in iz bakterijskih metanogenih aktivnosti. Podobno je z rastlinskimi požari (biosfera), izmenjavo s hidrosfero, izgorevanjem fosilnih goriv, ​​vulkansko dejavnostjo in sproščanjem iz tal (geološki).

Sprostitev geološkega ogljika v ozračje s pomočjo izbruhanega vulkana. Avtor: Ciencia1.com

Skladiščenje in obtok

V ozračju je ogljik v glavnem v plinasti obliki, kot so CO2, metan (CH4) in ogljikov monoksid (CO). Podobno lahko najdete ogljikove delce, ki so suspendirani v zraku.

Odhodi

Glavna izpusta ogljika iz atmosferske faze sta CO2, ki se raztaplja v oceanski vodi in tisti, ki se uporablja pri fotosintezi.

- Biološka faza

Vstopnice

Ogljik vstopa v biološko fazo kot CO2 s postopkom fotosinteze, ki ga izvajajo rastline in fotosintetske bakterije. Prav tako ioni Ca2 + in HCO3, ki z erozije dosežejo morje in jih uporabljajo različni organizmi pri izdelavi školjk.

Rastline in mikroorganizmi absorbirajo ogljikov dioksid iz atmosfere in ga s fotosintezo pretvorijo v kisik in energijo

Skladiščenje in obtok

Vsaka celica in s tem telesa živih bitij sestavljajo velik delež ogljika, ki predstavlja beljakovine, ogljikove hidrate in maščobe. Ta organski ogljik kroži po biosferi skozi trofične mreže primarnih proizvajalcev.

Angiospermi, praproti, jetrni piki, mahovi, alge in cianobakterije ga vključujejo s fotosintezo. Nato te organizme zaužijejo rastlinojede živali, ki bodo hrana mesojedcem.

Rastlinojede živali uživajo rastline in v ozračje sproščajo ogljikov dioksid. Ko te živali umrejo, ponovno vključijo ogljik v tla. Enako se dogaja s koralom in planktonom na oceanskem dnu

Odhodi

Glavni odtok ogljika s te faze na druge v ogljikovem ciklu je smrt živih bitij, ki ga ponovno vključijo v tla, vodo in ozračje. Ogromna in drastična oblika smrti in izpustov ogljika so gozdni požari, ki proizvajajo velike količine CO2.

Po drugi strani so najpomembnejši vir metana v ozračje plini, ki jih živina izloča v svojih prebavnih procesih. Prav tako aktivnost metanogenih anaerobnih bakterij, ki razgrajujejo organsko snov v močvirjih in riževih kulturah, je vir metana.

Pomen

Ogljikov cikel je pomemben zaradi ustreznih funkcij, ki jih ta element opravlja na planetu Zemlja. Uravnoteženo kroženje omogoča uravnavanje vseh teh pomembnih funkcij za vzdrževanje planetarnih razmer kot funkcije življenja.

V živih bitjih

Ogljik je glavni element v strukturi celic, saj je del ogljikovih hidratov, beljakovin in maščob. Ta element je osnova vse kemije življenja, od DNK do celičnih membran in organelov, tkiv in organov.

Uravnavanje zemeljske temperature

CO2 je glavni toplogredni plin, ki omogoča vzdrževanje primerne temperature za življenje na Zemlji. Brez atmosferskih plinov, kot so CO2, vodna para in drugo, bi toplota, ki jo oddaja Zemlja, popolnoma ušla v vesolje in planet bi bil zamrznjena masa.

Globalno segrevanje

Po drugi strani presežek CO2, ki se sprošča v ozračje, kot je ta, ki ga trenutno povzroča človek, poruši naravno ravnovesje. Zaradi tega se planet pregreva, kar spreminja globalno podnebje in negativno vpliva na biotsko raznovrstnost.

Uravnavanje oceanskega pH

CO2 in metan, raztopljen v vodi, sta del zapletenega mehanizma za uravnavanje pH vode v oceanih. Višja kot je vsebnost teh plinov v vodi, pH postane bolj kisel, kar je negativno za vodno življenje.

Vir energije

Premog je bistveni del fosilnih goriv, ​​tako mineralnega premoga, nafte kot zemeljskega plina. Čeprav je njegova uporaba pod vprašajem zaradi negativnih vplivov na okolje, kot so globalno pregrevanje in sproščanje težkih kovin.

Gospodarska vrednost

Premog je mineral, ki ustvarja vire dela in gospodarskih dobičkov za njegovo uporabo kot gorivo, gospodarski razvoj človeštva pa temelji na uporabi te surovine. Po drugi strani pa je v svoji kristalizirani obliki diamanta, ki je precej redkejša, za gospodarsko uporabo dragocenega kamna velike gospodarske vrednosti.

Reference

1. Calow, P. (ur.) (1998). Enciklopedija ekologije in upravljanja z okoljem.
2. Christopher R. in Fielding, CR (1993). Pregled nedavnih raziskav fluvialne sedimentologije. Sedimentna geologija.
3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA in Castro-Romero, T. Biogeokemični cikli. Poglavje 7. Mehiško poročilo o podnebnih spremembah, skupina I, znanstvene podlage. Modeli in modeliranje.
4. Margalef, R. (1974). Ekologija. Izdaje Omega.
5. Miller, G. in TYLER, JR (1992). Ekologija in okolje. Grupo Uredništvo Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP in Warrett, GW (2006). Osnove ekologije. Peta izdaja. Thomson.