Karbon syklus: egenskaper, reservoarer, komponenter, endringer
Kullsyklusen er den biogeokjemiske prosessen som beskriver flyten av karbon på jorda. Den består i utveksling av karbon mellom de forskjellige reservoarene (atmosfæren, biosfæren, oceanene og geologiske sedimenter), samt deres transformasjon i forskjellige molekylære arrangementer.
Kull er et viktig element i livet til levende vesener. På jorden er det til stede i sin enkle form som kull eller diamanter, i form av uorganiske forbindelser, som karbondioksid (CO 2 ) og metan (CH 4 ), og som organiske forbindelser, som for eksempel biomasse ) og fossile brensler (olje og naturgass).
Kullsyklusen er en av de mest komplekse biogeokjemiske syklusene og av største betydning på grunn av dens konsekvenser for livet på planeten. Det kan brytes ned i to enklere sykluser, som er sammenkoblet.
Den ene involverer rask utveksling av karbon som oppstår mellom levende vesener og atmosfæren, havene og jorda. En annen beskriver de langsiktige geologiske prosessene.
I det siste århundre har atmosfæriske CO2-nivåer økt betydelig på grunn av bruken av fossile brensler for å opprettholde en uholdbar økonomisk, sosial og teknologisk modell drevet av den industrielle revolusjonen på 1800-tallet.
Denne ubalansen i den globale karbonsyklusen har medført en endring i temperatur- og nedbørsmønstre som uttrykkes i dag i det vi vet som klimaendringer.
Generelle egenskaper
Karbon er et ikke-metallisk kjemisk element. Symbolet er C, dets atomnummer er 6 og dets atommasse er 12.01. Den har fire elektroner for å danne kovalente kjemiske bindinger (det er tetravalent).
Det er en av de mest omfattende elementene i jordskorpen. De fjerde mest omfattende elementene i universet, etter hydrogen, helium og oksygen, og det nest rikeste elementet i levende vesener, etter oksygen.
Karbon har stor betydning for livet. Det er en av hovedbestanddelene i aminosyrene som gir opphav til proteiner og er en viktig bestanddel av DNA fra alle levende vesener.
Sammen med oksygen og hydrogen dannes et bredt utvalg av forbindelser som fettsyrer, bestanddeler i alle cellemembraner.
Karbonreservoarer
atmosfære
Atmosfæren er det gassformige laget som omgir jorden. Den inneholder 0, 001% av verdensomspennende karbon, hovedsakelig i form av karbondioksid (CO2) og metan (CH4).
Til tross for at det er et av de laveste karbonreservoarene på jorden, er det involvert i et stort antall biokjemiske prosesser. Det representerer et viktig reservoar i opprettholdelsen av livet på jorden.
biosfæren
Biosfæren inneholder to tredjedeler av jordens totale karbon i form av biomasse (levende og død). Karbon er en viktig del av strukturen og biokjemiske prosessene til alle levende celler.
Skoger er ikke bare et viktig karbonreservoar i biosfæren, men enkelte typer har blitt anerkjent som vasker, for eksempel tempererte skoger.
Når skogene er i hovedstadier tar de CO2 fra atmosfæren og oppbevarer den i form av tre. Når de når moden absorberer de mindre karbondioksid, men trærne i trærne inneholder enorme mengder karbon (ca. 20% av vekten).
Marine organismer utgjør også et viktig karbonreservoar. De lagrer karbon i sine skall, i form av kalsiumkarbonat.
etasjer
Jorda inneholder omtrent en tredjedel av jordens karbon i uorganiske former, for eksempel kalsiumkarbonat. Det lagrer tre ganger mer karbon enn atmosfæren og fire ganger mer karbon enn biomassen til plantene. Jord er det største reservoaret i samspill med atmosfæren.
I tillegg til å være et karbonreservoar, har jorda blitt identifisert som en viktig vask; Det er et innskudd som bidrar til å absorbere den høye og voksende konsentrasjonen av karbon i atmosfæren, i form av CO 2 . Denne vasken er viktig for reduksjon av global oppvarming.
Kvalitetsjord, med en god mengde humus og organisk materiale, er gode karbonreservoarer. Den tradisjonelle og agroekologiske praksisen med planting opprettholder jordens egenskaper som et reservoar eller karbonvask.
havene
Havene inneholder 0, 05% av jordens globale karbon. Karbon finnes hovedsakelig i form av bikarbonat, som kan kombineres med kalsium og danne kalsiumkarbonat eller kalkstein, som faller ned i bunnen av havet.
Havene har blitt vurdert som en av de største synkene av CO 2, og absorberer nær 50% av atmosfærisk karbon. Situasjon som har truet den marine biologiske mangfoldigheten ved å øke surheten i sjøvann.
Geologiske sedimenter
Geologiske sedimenter lagret i en inert form i litosfæren er det største karbonreservoaret på jorden. Karbonet som er lagret her, kan være av uorganisk opprinnelse, eller av organisk opprinnelse.
Ca. 99% karbon lagret i litosfæren er uorganisk karbon lagret i sedimentære bergarter, som kalkstein bergarter.
Resterende karbon er en blanding av organiske kjemiske forbindelser som er tilstede i sedimentære bergarter, kjent som kerogen, dannet for millioner av år siden av biomassesedimenter som er begravet og utsatt for høytrykk og temperatur. En del av disse karogenene blir omgjort til olje, gass og kull.
komponenter
Den globale karbon syklusen kan forstås bedre ved å studere to enklere sykluser som interagerer med hverandre: en kort syklus og en lang syklus.
Kortfilmen fokuserer på den raske utvekslingen av karbon som levende vesener opplever. Mens den lange syklusen oppstår i millioner av år og inkluderer utveksling av karbon mellom innsiden og overflaten av jorden.
-Quick syklus
Den raske syklusen av karbon er også kjent som den biologiske syklusen, fordi den er basert på utveksling av karbon som oppstår mellom levende organismer med atmosfæren, havene og jorda.
Atmosfærisk karbon er til stede hovedsakelig som karbondioksid. Denne gassen reagerer med vannmolekyler i havene for å produsere bikarbonation. Jo høyere konsentrasjon av atmosfærisk karbondioksid, desto større er dannelsen av bikarbonat. Denne prosessen bidrar til å regulere CO 2 i atmosfæren.
Kull, i form av karbondioksid, går inn i alle trofiske nettverk, både terrestriske og akvatiske, gjennom fotosyntetiske organismer, som alger og planter. I sin tur får heterotrofe organismer karbon ved å mate på autotrofe organismer.
En del av organisk karbon kommer tilbake til atmosfæren gjennom dekomponering av organisk materiale (utført av bakterier og sopp) og cellulær respirasjon (i planter og sopp). Under respirasjon bruker celler energi lagret i karbonholdige molekyler (som sukker) for å produsere energi og CO 2 .
En annen del av det organiske karbonet omdannes til sedimenter og går ikke tilbake til atmosfæren. Kullet lagret i marine biomasse sedimenter i bunnen av havet (når organismer dør), dekomponerer de og CO 2 oppløses i dypt vann. Dette CO 2 fjernes permanent fra atmosfæren.
På samme måte nedbrytes en del av karbonet lagret i trær, rushes og andre skogsplanter sakte i myrer, myrer og våtmarker under anaerobe forhold og lav mikrobiell aktivitet.
Denne prosessen produserer torv, en svampete og lett masse, rik på karbon, som brukes som drivstoff og som organisk gjødsel. Omtrent en tredjedel av all organisk terrestrisk karbon er torv.
- Langsom syklus
Den langsomme syklusen av karbon innbefatter utveksling av karbon mellom klossene i litosfæren og jordens overflatesystem: hav, atmosfære, biosfære og jord. Denne syklusen er hoveddrivende for konsentrasjonen av atmosfærisk karbondioksid i geologisk skala.
Det uorganiske karbonet
Karbondioksidet oppløst i atmosfæren kombinerer med vann for å danne karbonsyre. Dette reagerer med kalsium og magnesium tilstede i jordskorpen for å danne karbonater.
På grunn av erosjonseffekten av regn og vind kommer karbonater til havene, hvor bunnen av havet samler seg. Karbonater kan også assimileres av organismer, som til slutt dør og faller ut på havbunnen. Disse sedimenter samler seg i tusenvis av år og danner kalkstein bergarter.
Havbundens sedimentære bergarter absorberes i jordens mantel ved subduksjon (en prosess som innebærer synkronisering av en havsone av en tektonisk plate under kanten av en annen plate).
I litosfæren blir sedimentære bergarter utsatt for høye trykk og temperaturer og som et resultat smelter og reagerer kjemisk med andre mineraler, som frigjør CO 2 . Karbondioksidet som dermed slippes, kommer tilbake til atmosfæren gjennom vulkanutbrudd.
Det uorganiske karbonet
En annen viktig komponent i denne geologiske syklusen er organisk karbon. Dette stammer fra biomassen begravet under anaerobe forhold og høyt trykk og temperatur. Denne prosessen førte til dannelsen av fossile stoffer med høyt energiinnhold, som kull, olje eller naturgass.
Under oppkomsten av den industrielle revolusjonen, på 1800-tallet, ble det oppdaget bruk av fossilt organisk karbon som energikilde. Siden det tjuende århundre har det vært en jevn økning i bruken av disse fossile brenselene, noe som i løpet av få årtier forårsaker utslipp i atmosfæren av store mengder karbon som er akkumulert i jorden i tusenvis av år.
Endringer i karbonsyklusen
Karbon syklusen, sammen med syklusene av vann og næringsstoffer, danner grunnlaget for livet. Opprettholde disse syklusene bestemmer helsen og motstanden til økosystemene, og deres evne til å gi menneskeheten trivsel. De viktigste endringene i karbonsyklusen er nevnt nedenfor:
Atmosfæriske endringer
Atmosfærisk karbondioksid er en klimagass. Sammen med metan og andre gasser absorberer den den utstrålede varmen fra jordoverflaten, og forhindrer utløpet i rommet.
Den alarmerende økningen av karbondioksid i atmosfæren og andre klimagasser har endret jordens energibalanse. Dette bestemmer den globale sirkulasjonen av varme og vann i atmosfæren, temperatur og nedbørsmønster, endringer i værmønstre og havnivåstigning.
Den viktigste menneskelige endringen av karbonsyklusen er basert på økningen i CO 2 -utslipp. Siden 1987 har de globale årlige utslippene av CO 2 fra brenning av fossile brensler økt med om lag en tredjedel.
Byggebransjen gir også direkte CO2-utslipp i produksjon av stål og sement.
Atmosfæriske utslipp av monoksid og karbondioksid etter transportsektoren har også økt de siste tiårene. Det har vært en relativt høy økning i kjøp av personbiler. I tillegg er trenden til fordel for tyngre biler og med høyere energiforbruk.
Endringer i arealbruk har generert omtrent en tredjedel av økningen i karbondioksid i atmosfæren de siste 150 årene. Spesielt gjennom tap av organisk karbon.
Tap av organisk materiale
I løpet av de siste to tiårene har endringen i arealbruk gitt en betydelig økning i utslippene av karbondioksid og metan i atmosfæren.
Reduksjonen av skogkledde områder verden over har i utgangspunktet ført til et betydelig tap av biomasse som følge av omdannelsen til beite og jordbruksland.
Jordbrukets bruk av landene reduserer det organiske stoffet, og oppnår en ny og dårligere likevekt, på grunn av oksydasjon av det organiske stoffet.
Økningen i utslippene er også resultatet av drenering av torv og høye organiske innholdsvåtområder. Med økningen i global temperatur øker dekomponeringsgraden av organisk materiale i jord og torv, slik at risikoen for denne viktige karbonvaskmetningen blir akselerert.
Tundrasene kan gå fra å være en karbonvask til å bli kilder til drivhusgasser.
