Определение углеродного цикла

Углеродный цикл – это цикл, посредством которого углерод проходит через различные системы нашей Земли. На углеродный цикл влияют живые существа, атмосферные изменения, химический состав океана и геологическая активность – все это часть этого цикла. Уровни углерода находятся на рекордно высоком уровне, в основном благодаря деятельности человека.

Обзор углеродного цикла

Углерод является существенным элементом для жизни, поскольку мы знаем это из-за его способности сформировать многократные, устойчивые связи с другими молекулами. Вот почему нуклеотиды, аминокислоты Сахар и липиды зависят от углеродных основ: углерод обеспечивает стабильную структуру, которая позволяет химии жизни происходить. Без углерода ни одна из этих молекул не могла бы существовать и функционировать так, чтобы происходила химия жизни.

График ниже иллюстрирует некоторые общие пути, по которым углерод проходит через экосистема :

Как газ, углерод в значительной степени принимает форму углекислого газа. Углекислый газ выделяется организмами, поскольку они расщепляются глюкозой. Автотрофные организмы, такие как растения, используют углекислый газ и солнечный свет для создания глюкозы. Однако углекислый газ также выделяется при разложении органических веществ, геологических процессах и сжигании ископаемого топлива. Избыток двуокиси углерода в значительной степени поглощается океаном, что приводит к подкислению океана и может быть причиной нескольких массовых вымирания.

Углеродный цикл

Углерод в атмосфере

Чтобы стать частью углеродного цикла, атомы углерода начинают в газообразной форме. Углекислый газ – CO2 – может быть произведен неорганическими процессами или метаболизмом живых существ.

До того, как на Земле появилась жизнь, углекислый газ, вероятно, возник в результате вулканической активности и ударов астероидов. Сегодня углерод также выделяется в атмосферу в результате деятельности живых существ, таких как выдохи животных, действия редуцент организмов, а также сжигание древесины и ископаемого топлива людьми.

Несмотря на то, что углекислый газ попадает в атмосферу, газ CO2 является отправной точкой углеродного цикла. Следующий шаг …

Производители Absorb Carbon

«Производители ”- организмы, которые производят пищу из солнечного света, такие как растения, – поглощают углекислый газ из атмосферы и используют его для создания сахаров, липидов, белков и других необходимых строительных блоков жизни.

Для растений CO2 абсорбируется через поры в их листьях, называемые устьицами. Углекислый газ поступает в растение через устьица и входит в состав углеродистых соединений с помощью энергии солнечного света. Растения и другое режиссер организмы, такие как цианобактерии, имеют решающее значение для жизни на Земле, потому что они могут превращать атмосферный углерод в живое вещество. Следующий…

Производители едят

«Потребители ”Являются организмами, которые питаются другими живыми существами. Животные являются наиболее видимым типом потребитель в наших экосистемах, хотя многие виды микробов также попадают в эту категорию.

Потребители включают углеродистые соединения из растений и других источников пищи, когда они их едят. Они используют некоторые из этих соединений углерода из пищи, чтобы построить свое собственное тело, но большая часть пищи, которую они едят, расщепляется, чтобы выпустить энергию, в процессе, который почти противоположен тому, что делают производители.

В то время как производители используют энергию солнечного света для установления связей между атомами углерода, животные разрывают эти связи для высвобождения содержащейся в них энергии, превращая в конечном итоге сахара, липиды и другие углеродные соединения в одноуглеродные единицы. В конечном итоге они выбрасываются в атмосферу в виде CO2.

Но как насчет углеродных соединений, которые не съедаются и не расщепляются животными?

Декомпозеры выпускают углерод

Растения и животные, которые умирают, не будучи съеденными другими животными, разрушаются другими организмами, называемыми «разлагающимися». Декомпозеры включают много бактерии и немного грибы, Обычно они разрушают только мертвую материю, а не ловят и поедают живое животное или растение.

Как и животные, разложители разрушают химические связи в молекулах пищи. Они создают много химических продуктов, в том числе в некоторых случаях CO2.

Деятельность человека

В последнее время люди внесли большие изменения в углеродный цикл Земли. Сжигая огромное количество ископаемого топлива и вырубая примерно половину лесов Земли, люди снижают способность Земли выводить углерод из атмосферы, одновременно выпуская в атмосферу большое количество углерода, который хранился в твердой форме в виде растительного вещества. и ископаемое топливо.

Это означает больше углекислого газа в атмосфере Земли, что особенно опасно, поскольку углекислый газ является «парниковым газом», который играет роль в регулировании температуры и погодных условий Земли.

Научный сообщество вызывает тревогу, что, внося значительные изменения в углеродный цикл Земли, мы можем в конечном итоге изменить наш климат или другие важные аспекты экосистемы, на которые мы надеемся выжить. В результате многие ученые выступают за уменьшение количества углерода, сжигаемого людьми, за счет сокращения использования автомобилей и потребления электроэнергии, а также за инвестиции в негорючие источники энергии, такие как солнечная энергия и энергия ветра.

атмосфера

Одним из основных хранилищ углерода является углекислый газ в атмосфере Земли. Углерод образует стабильный, газообразный молекула в сочетании с двумя атомами кислорода. В природе этот газ выделяется в результате вулканической активности и дыхания животных, которые прикрепляют молекулы углерода из пищи, которую они едят, к молекулам кислорода, прежде чем выдыхать его.

Углекислый газ может быть удален из атмосферы растениями, которые поглощают атмосферный углерод и превращают его в сахара, белки, липиды и другие жизненно важные молекулы. Он также может быть удален из атмосферы путем поглощения в океане, молекулы воды которого могут связываться с углекислым газом с образованием углекислоты.

литосфера

Земная кора – называемая «литосфера» от греческого слова «litho» для «камень» и «сфера» для глобуса – также может выделять углекислый газ в атмосферу Земли. Этот газ может быть создан химическими реакциями в земной коре и камине.

Вулканическая активность может привести к естественным выбросам углекислого газа. Некоторые ученые считают, что повсеместная вулканическая активность может быть виновата в потеплении Земли, которое вызвало пермский вымирание.

Хотя земная кора может добавлять углерод в атмосферу, она также может удалять его. Движения земной коры могут закапывать углеродсодержащие химические вещества, такие как мертвые растения и животные, глубоко под землей, где их углерод не может уйти обратно в атмосферу. В течение миллионов лет эти подземные резервуары органического вещества разжижаются и превращаются в уголь, нефть и бензин. В последние годы люди начали выпускать большую часть этого изолированного углерода обратно в атмосферу, сжигая эти материалы для питания автомобилей, электростанций и другого человеческого оборудования.

биосфера

Среди живых существ некоторые удаляют углерод из атмосферы, а другие возвращают его обратно. Наиболее заметными участниками этой системы являются растения и животные.

Растения удаляют углерод из атмосферы. Они не делают это как благотворительный акт; Атмосферный углерод на самом деле является «пищей», которую растения используют для производства сахаров, белков, липидов и других жизненно важных молекул. Растения используют энергию солнечного света, собранную через фотосинтез, чтобы построить эти органические соединения из углекислого газа и других микроэлементов. Действительно, термин «фотосинтез» происходит от греческого слова «фото» для «света» и «синтеза» для «соединить».

В изящно сбалансированном наборе химических реакций животные едят растения (и других животных) и снова разделяют эти синтезированные молекулы. Животные получают топливо из химических энергетических растений, которые хранятся в связях между атомами углерода и другими атомами во время фотосинтеза. Для этого клетки животных разлагают сложные молекулы, такие как сахара, жиры и белки, вплоть до одноуглеродных единиц – молекул углекислого газа, которые образуются в результате реакции углеродсодержащих пищевых молекул с кислородом из воздуха.

Океаны

Земные океаны обладают способностью поглощать и выделять углекислый газ. Когда углекислый газ из атмосферы вступает в контакт с океанской водой, он может вступать в реакцию с молекулами воды с образованием углекислоты – растворенной жидкой формы углерода.

Когда в океане содержится больше углекислоты по сравнению с двуокисью углерода в атмосфере, некоторое количество углекислоты может выделяться в атмосферу в виде двуокиси углерода. С другой стороны, когда в атмосфере будет больше углекислого газа, большее количество углекислого газа будет преобразовано в углекислоту, и уровень кислотности океана повысится.

Некоторые ученые высказывают опасения, что в некоторых частях океана повышается кислотность, возможно, в результате увеличения содержания углекислого газа в атмосфере в результате деятельности человека. Хотя эти изменения в кислотности океана могут показаться незначительными по человеческим стандартам, многие виды морской жизни зависят от химических реакций, для выживания которых требуется высокоспецифичный уровень кислотности. Фактически, подкисление океана в настоящее время убивает многие сообщества коралловых рифов.

Почему углеродный цикл важен?

Углеродный цикл в нормальных условиях обеспечивает стабильность таких переменных, как атмосфера Земли, кислотность океана и наличие углерода для использования живыми существами. Каждый из его компонентов имеет решающее значение для здоровья всех живых существ, особенно людей, которые полагаются на многие продовольственные культуры и животных, чтобы кормить наших больших Население.

Углекислый газ в атмосфере предотвращает выход солнечного тепла в космос, очень похожий на стеклянные стены теплицы. Это не всегда плохо – некоторое количество углекислого газа в атмосфере полезно для поддержания тепла Земли и ее стабильной температуры.

Но Земля в прошлом переживала катастрофические циклы потепления, такие как вымирание в Перми, которое, как считается, было вызвано резким повышением уровня парниковых газов в атмосфере. Никто не уверен, что послужило причиной перемен, которые привели к исчезновению перми. Но парниковые газы, возможно, были добавлены в атмосферу в результате воздействия астероидов, вулканической активности или даже сильных лесных пожаров.

Независимо от причины, во время этого потепления температура резко возросла. Большая часть Земли стала пустыней, и более 90% всех вид жизнь в то время вымерла. Это хороший пример того, что может произойти, если жизненно важные циклы нашей планеты претерпят большие изменения.

викторина

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *