CICLUL CARBONULUI: CARACTERISTICI, ETAPE, IMPORTANȚĂ - MEDIU INCONJURATOR - 2025

Ciclul carbonului este procesul de circulație a acestui element chimic în lucruri de aer, apă, sol și de viață. Este un ciclu biogeochimic de tip gaz și cea mai abundentă formă de carbon din atmosferă este dioxidul de carbon (CO2).

Cele mai mari depozite de carbon sunt în oceane, combustibili fosili, materie organică și roci sedimentare. De asemenea, este esențial în structura corpului organismelor vii și intră în lanțurile trofice sub formă de CO2 prin fotosinteză.

Fotosintetizatoarele (plantele, fitoplanctonul și cianobacteriile) absorb carbonul din CO2 atmosferic și apoi ierbivorele îl iau din aceste organisme. Acestea sunt consumate de carnivore și în final toate organismele moarte sunt procesate de descompunători.

Pe lângă atmosferă și ființe vii, carbonul se găsește în sol (edafosferă) și în apă (hidrosferă). În oceane, fitoplanctonul, macroalge și angiospermele acvatice iau CO2 dizolvat în apă pentru a realiza fotosinteza.

Ilustrația ciclului carbonului

CO2 este reintegrat în atmosferă sau apă prin respirația ființelor vii terestre și acvatice, respectiv. Odată ce ființele vii sunt moarte, carbonul este reintegrat în mediul fizic sub formă de CO2 sau ca parte a rocilor sedimentare, a cărbunelui sau a petrolului.

Ciclul carbonului este foarte important, deoarece îndeplinește diferite funcții, cum ar fi parte a ființelor vii, ajutând la reglarea temperaturii planetare și a acidității apei. De asemenea, contribuie la procesele erozive ale rocilor sedimentare și servește ca sursă de energie pentru ființa umană.

caracteristici

Carbon

Acest element se află pe locul șase în abundență în Univers și structura lui îi permite să formeze legături cu alte elemente, cum ar fi oxigenul și hidrogenul. Este format din patru electroni (tetravalenți) care formează legături chimice covalente capabile să constituie polimeri cu forme structurale complexe.

Atmosfera

Carbonul se găsește în atmosferă în principal sub formă de dioxid de carbon (CO2) într-o proporție de 0,04% din compoziția aerului. Deși concentrația de carbon atmosferică s-a schimbat substanțial în ultimii 170 de ani din cauza dezvoltării industriale umane.

Înainte de perioada industrială, concentrația a fost cuprinsă între 180 și 280 ppm (părți pe milion) și astăzi depășește 400 ppm. În plus, există metan (CH4) într-o proporție mult mai mică și monoxid de carbon (CO) în urme mici.

CO2 și metan (CH4)

Aceste gaze pe bază de carbon au proprietatea de a absorbi și de a radia energie cu undă lungă (căldură). Din acest motiv, prezența sa în atmosferă reglează temperatura planetară, împiedicând scăparea în spațiul căldurii radiate de Pământ.

Dintre aceste două gaze, metanul captează mai multă căldură, dar CO2 joacă cel mai determinant rol datorită abundenței sale relative.

Lumea biologică

Cea mai mare parte a structurii organismelor vii este formată din carbon, esențială în formarea de proteine, carbohidrați, grăsimi și vitamine.

Litosfera

Carbonul face parte din materia organică și aer din sol, se găsește și sub formă elementară, cum ar fi carbonul, grafitul și diamantul. În același mod, este o parte fundamentală a hidrocarburilor (ulei, bitume) găsite în depozitele adânci.

Formarea carbonului

Pe măsură ce vegetația moare în bazinele lacurilor, mlaștinile sau mările puțin adânci, resturile vegetale se acumulează în straturile acoperite de apă. Un proces lent de descompunere anaerobă cauzat de bacterii este apoi generat.

Sedimentele acoperă straturile de material organic care se descompun, care trece printr-un proces progresiv de îmbogățire a carbonului pe parcursul a milioane de ani. Aceasta trece printr-o etapă de turbă (50% carbon), lignit (55-75%), cărbune (75-90%) și în final antracit (90% sau mai mult).

Formarea uleiului

Începe cu o descompunere aerobă lentă, apoi există o fază anaerobă, formată din resturi de plancton, animale și plante marine sau lacustre. Această materie organică a fost îngropată de straturi sedimentare și supusă temperaturilor ridicate și presiunilor din interiorul Pământului.

Cu toate acestea, având în vedere densitatea sa mai mică, uleiul crește prin porii rocilor sedimentare. În cele din urmă, el devine fie prins în zone impermeabile, fie formează afecțiuni bituminoase superficiale.

Hidrosfera

Hidrosfera menține un schimb gazos cu atmosfera, în special oxigenul și carbonul sub formă de CO2 (solubil în apă). Carbonul se găsește în apă, în special în oceane, în principal sub formă de ioni bicarbonat.

Ionii de bicarbonat joacă un rol important în reglarea pH-ului mediului marin. Pe de altă parte, pe fundul mării există cantități mari de metan prinse ca hidrați de metan.

Ploaie acidă

De asemenea, carbonul pătrunde între mediul gazos și lichid, când CO2 reacționează cu vaporii de apă atmosferici și formează H2CO3. Acest acid precipită cu apa de ploaie și acidifiază solurile și apele.

Etapele ciclului carbonului

Captarea și stocarea carbonului. Sursa: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * Lucrare LeJean Hardin și Jamie Paynederivative: lucrare derivată Jarl Arntzen (discuție): Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 )

Ca orice ciclu biogeochimic, ciclul carbonului este un proces complex format dintr-o rețea de relații. Separarea lor în etape definite este doar un mijloc pentru analiza și înțelegerea lor.

- stadiul geologic

Bilete

Intrările de carbon în această etapă vin într-o măsură mai mică de atmosferă, prin ploaia acidă și aerul filtrat la sol. Cu toate acestea, contribuția principală o reprezintă contribuțiile organismelor vii, atât prin excremente, cât și prin corpul lor atunci când mor.

Depozitare și circulație

În această etapă, carbonul este depozitat și se deplasează în straturi adânci ale litosferei, cum ar fi cărbune, petrol, gaz, grafit și diamante. De asemenea, face parte din rocile carbonatate, prinse în permafrost (strat de sol înghețat în latitudinile polare) și dizolvate în apă și aer în porii solului.

În dinamica tectonicii plăcilor, carbonul atinge și straturile mai adânci ale mantei și face parte din magmă.

Plecări

Acțiunea ploii asupra rocilor calcaroase le erodează și calciul este eliberat împreună cu alte elemente. Calciul din eroziunea acestor roci carbonatice este spălat în râuri și de acolo în oceane.

În mod similar, CO ₂ este eliberat atunci când permafrostul se dezgheață sau prin supra-aratarea solului. Cu toate acestea, producția principală este determinată de om, prin extragerea cărbunelui, a petrolului și a gazului din litosferă, pentru a le arde ca combustibil.

Activitatea umană, bazată pe consumul de hidrocarburi, eliberează carbon în atmosferă

- stadiul hidrologic

Bilete

Când CO ₂ atmosferic intră în contact cu suprafața apei, acesta se dizolvă formând acid carbonic și metanul din fundul mării intră în litosferă, așa cum a fost detectat în zona arctică. În plus, ionii HCO ₃ intră în râuri și oceane datorită eroziunii rocilor carbonatate din litosferă și spălarea solului.

Când plouă, apa transportă carbon sub formă de dioxid de carbon din atmosferă și din roci. La atingerea oceanului, coralii, planctonul și alte animale acvatice îl folosesc pentru a crește. Aceste lucruri vii - corali, plancton și animale acvatice - mor și intră carbonul în sol

Depozitare și circulație

CO2 se dizolvă în apă formând acid carbonic (H2CO3), dizolvând carbonatul de calciu al cojilor, formând carbonat acid de calciu (Ca (HCO3) 2). Prin urmare, carbonul este găsit și circulă în apă în principal sub formă de CO2, H2CO3 și Ca (HCO3) 2.

Pe de altă parte, organismele marine mențin un schimb constant de carbon cu mediul acvatic prin fotosinteză și respirație. De asemenea, rezerve mari de carbon sunt sub formă de hidrați de metan pe fundul mării, înghețați de temperaturi scăzute și presiuni ridicate.

Plecări

Oceanul schimbă gaze cu atmosfera, inclusiv CO2 și metan, iar o parte din acesta este eliberată în atmosferă. Recent, a fost detectată o creștere a scurgerii de metan oceanic la adâncimi mai mici de 400 m, cum ar fi în largul coastei Norvegiei.

Creșterea temperaturii globale este încălzirea apei în adâncimi nu mai mari de 400 m și eliberarea acestor hidrați de metan. Un proces similar a avut loc în Pleistocen, eliberând cantități mari de metan, încălzind mai mult Pământul și provocând sfârșitul epocii de gheață.

- Etapa atmosferică

Bilete

Carbonul intră în atmosferă din respirația ființelor vii și din activitatea metanogenă bacteriană. În mod similar, din cauza incendiilor de vegetație (biosferă), schimbul cu hidrosfera, arderea combustibililor fosili, activitatea vulcanică și eliberarea de pe sol (geologice).

Eliberarea de carbon geologic în atmosferă de către un vulcan în erupție. Autor: Ciencia1.com

Depozitare și circulație

În atmosferă, carbonul este în principal sub formă gazoasă precum CO2, metan (CH4) și monoxid de carbon (CO). În mod similar, puteți găsi particule de carbon suspendate în aer.

Plecări

Principalele producții de carbon din stadiul atmosferic sunt CO2 care se dizolvă în apa oceanelor și cel utilizat în fotosinteză.

- stadiul biologic

Bilete

Carbonul intră în stadiul biologic ca CO2 prin procesul de fotosinteză efectuat de plante și bacterii fotosintetice. De asemenea, ionii Ca2 + și HCO3 care ajung la mare prin eroziune și sunt folosiți de diverse organisme la fabricarea scoicilor.

Plantele și microorganismele absorb dioxidul de carbon din atmosferă și îl transformă în oxigen și energie prin fotosinteză

Depozitare și circulație

Fiecare celulă și, prin urmare, corpul ființelor vii sunt alcătuite dintr-o proporție mare de carbon, constituind proteine, carbohidrați și grăsimi. Acest carbon organic circulă prin biosferă prin pânze trofice de la producătorii primari.

Angiospermele, ferigile, viermele, mușchii, algele și cianobacteriile o încorporează prin fotosinteză. Apoi aceste organisme sunt consumate de ierbivore, care vor fi hrană pentru carnivore.

Animalele erbivore consumă plante și eliberează dioxid de carbon în atmosferă. Când aceste animale mor, reintegrează carbonul în sol. Același lucru se întâmplă cu coralul și planctonul de pe fundul oceanului

Plecări

Principala scurgere de carbon de la acest stadiu la altele din ciclul carbonului este moartea ființelor vii care îl reintegrează în sol, apă și atmosferă. O formă masivă și drastică de moarte și eliberare de carbon sunt incendiile forestiere care produc cantități mari de CO2.

Pe de altă parte, cea mai importantă sursă de metan în atmosferă sunt gazele expulzate de animale în procesele lor digestive. De asemenea, activitatea bacteriilor anaerobe metanogene care descompun materii organice în mlaștinile și culturile de orez este o sursă de metan.

Importanţă

Ciclul carbonului este important datorită funcțiilor relevante pe care acest element le îndeplinește pe planeta Pământ. Circulația echilibrată permite reglementarea tuturor acestor funcții relevante pentru menținerea condițiilor planetare în funcție de viață.

La ființele vii

Carbonul este elementul principal în structura celulelor, deoarece face parte din carbohidrați, proteine ​​și grăsimi. Acest element este baza întregii chimii a vieții, de la ADN la membranele celulare și organele, țesuturile și organele.

Reglarea temperaturii pământului

CO2 este principalul gaz cu efect de seră, ceea ce face posibilă menținerea unei temperaturi adecvate pentru viața pe Pământ. Fără gazele atmosferice precum CO2, vaporii de apă și altele, căldura emisă de Pământ ar scăpa complet în spațiu, iar planeta ar fi o masă înghețată.

Încălzire globală

Pe de altă parte, un exces de CO2 emis în atmosferă, precum cel cauzat în prezent de oameni, rupe echilibrul natural. Acest lucru face ca planeta să se supraîncălzească, ceea ce modifică climatul global și afectează negativ biodiversitatea.

Reglarea pH-ului oceanic

CO2 și metanul dizolvat în apă fac parte din mecanismul complex de reglare a pH-ului apei din oceane. Cu cât conținutul acestor gaze este mai mare, pH-ul devine mai acid, ceea ce este negativ pentru viața acvatică.

Sursa de putere

Cărbunele este o parte esențială a combustibililor fosili, atât cărbune mineral, cât și petrol și gaze naturale. Deși utilizarea acesteia este pusă la îndoială din cauza efectelor negative asupra mediului pe care le produce, cum ar fi supraîncălzirea globală și eliberarea de metale grele.

Valoare economica

Cărbunele este un mineral care generează surse de muncă și profituri economice pentru utilizarea sa ca combustibil, iar dezvoltarea economică a Umanității se bazează pe utilizarea acestei materii prime. Pe de altă parte, în forma sa cristalizată de diamant, mult mai rară, are o valoare economică deosebită pentru utilizarea sa ca piatră prețioasă.

Referințe

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Enciclopedia ecologiei și a managementului mediului.
2. Christopher R. and Fielding, CR (1993). O trecere în revistă a cercetărilor recente în sedimentologia fluvială. Geologie sedimentară.
3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA și Castro-Romero, T. Cicluri biogeochimice. Capitolul 7. Raport mexican privind schimbările climatice, Grupul I, baze științifice. Modele și modele.
4. Margalef, R. (1974). Ecologie. Ediții Omega.
5. Miller, G. și TYLER, JR (1992). Ecologie și mediu. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP și Warrett, GW (2006). Fundamentele ecologiei. A cincea ediție. Thomson.