Этот элемент присутствует в любой живой молекуле. Под воздействием внешних факторов он переходит из одной формы в другую. Круговорот углерода в природе обеспечивает возможность существования организмов на Земле. Без этих циклов превращений планета станет безжизненной….
Где присутствует углерод
По распространенности химических элементов элемент занимает 15 место. По важности это один из основных участников геохимических реакций. Значение вещества в природе сложно недооценить. Оно переходит из неорганического состояния в органическое, строит живые клетки.
Встретить его можно в:
- атмосфере (углекислый газ 0,04 % от общей массы воздуха),
- гидросфере (в виде растворенного в водах мирового океана СО2, в составе питающихся им бактерий верхнего слоя),
- литосфере (полезные ископаемые: нефть, газ, уголь, известняк, мел),
- биосфере (в составе любых живых организмов планеты).
Все оболочки Земли тесно связаны. Освобождение элемента, переход из одного вида в другой происходит внутри каждой.
Молекулы проникают в соседнюю сферу. Описывая кратко круговорот углерода в природе, схема выглядит так:
это бесконечная незамкнутая цепь перехода вещества из органического состояния в неорганическое и обратно.
С одной стороны фотосинтезирующие растения и вода, с другой стороны гетеротрофы, то есть потребляющие организмы (животные).
Что происходит в атмосфере
Углерод в атмосфере имеется всегда. Он присутствует в виде углекислого газа (0,04 %), метана (0,0002 %), окиси углерода (следы). Количество постоянно меняется. Это связано с деятельностью человека, сезонными факторами, температурой окружающей среды.
Откуда поступает вещество
Круговорот углекислого газа в природе– это основной вид перехода и превращений в воздушной оболочке Земли. Постоянными источниками являются:
- живые существа, выдыхающие углекислоту,
- продукты разложения органических остатков (бактерии перерабатывают трупы животных, гниющие растения, выделяется СН4),
- продукты горения природного (уголь, нефть, газ) или синтетического топлива,
- выбросы вулканических газов во время извержения (первичная углекислота в атмосфере),
- пожары,
- хозяйственная деятельность человека (выделение СО2 при производстве цемента: СаСО3->,СаО+СО2),
- повышение температуры мирового океана и высвобождение диоксида элемента.
Важно! Осенью и зимой содержание СО2 в воздухе выше, чем летом и весной. Так человек воздействует на круговорот углерода в природе, схема которого отыщется на порталах, посвященных защите окружающей среды.
А чем поглощается
В природе существует неустойчивое равновесие. Двуокись вещества выводится из атмосферы и замещается другими.
Воды Мирового океана поглощают углекислоту. Особенно активно процесс идет вблизи полюсов. При понижении температуры растворимость газа увеличивается.
Растения на свету поглощают СО2. В результате фотосинтеза выделяется кислород. Молодые быстрорастущие побеги – основная «фабрика» переработки.
Круговорот углерода в природе, схема это постоянный процесс изменения концентрации газа, поглощения и замещения его кислородом.
Как идет процесс в биосфере
Оболочка соединяет все известные сферы присутствием жизни. В ней постоянно идут обменные процессы. Химические реакции, превращение энергии поддерживают существование живых существ. Круговорот углерода в биосфере самый значительный и масштабный.
Газообмен гидросферы с атмосферой
Гидросфера обменивается углекислотой с воздушной оболочкой Земли. Не весь растворенный газ возвращается обратно. Часть усваивают бактерии верхних слоев. Ими питаются микроорганизмы. Создается пищевая цепочка. Элемент переходит из неорганического состояния в органическое.
Умершие живые существа опускаются на дно. Под давлением воды отложения спрессовываются. Глубинные микроорганизмы и бактерии перерабатывают ил.
Они влияют на круговорот элемента. Образуются полезные ископаемые: газ, нефть, уголь. Углерод перешел из органического состояния в неорганическое. В таком виде он сохраняется миллионы лет.
В верхних слоях содержится больше растворенного кислорода. В нижних – диоксида элемента и азота. Баланс неустойчив. При повышении температуры концентрация газов меняется. При изменении видового состава бактерий и микроорганизмов происходит перемещение кислорода вниз, азота и СО2 вверх. Газообмен с воздушной оболочкой нарушается.
Движение углерода в литосфере
Диоксид вещества через мелкие поры попадает в почву. Часть его растворяется водой или испаряется. Другая перерабатывается аэробными бактериями. Плодородный слой обогащается. В благоприятной среде развиваются растения. После отмирания гумус обогащается вновь. Наблюдается бесконечный переход: неорганика – органика – неорганика.
Слои утолщаются, уплотняются. Со временем под действием внешних факторов образуются осадочные полезные ископаемые. В их состав входит данное вещество. Нефть, газ, все виды угля, торф, известняк, мел надолго консервируют элемент в неорганическом состоянии.
Важно! Элемент в составе полезных ископаемых в круговороте временно не участвует! Цикл углерода не бывает абсолютно замкнутым.
Фотосинтез: особая часть большого кругооборота
Этот процесс по мощности соизмерим с ядерной реакцией. Более совершенного и экономного механизма производства соединений не существует.
Фотосинтез – часть круговорота элемента в биосфере. Он превращает неорганические вещества в органические. Насыщение атмосферы освобожденным кислородом регулирует газовый баланс. В результате этого процесса образуются питательные вещества: сахар, крахмал. Растения потребляют то, что сами производят.
Фотосинтез имеет две фазы: световую и темновую. Под воздействием солнечной энергии во время первой стадии происходит накопление клетками углекислого газа и воды. На этом этапе от молекулы воды отщепляется кислород. Происходит выделение газа в атмосферу.
Темновая стадия происходит без доступа солнечных лучей. Углекислота связывается. Дополнительными продуктами являются органические соединения (углеводы). Углекислый газ в природе одновременно является строительным материалом, а также источником питания, оздоравливающим планету веществом.
Схематическое изображение процесса
Важно! Круговорот карбона в природе – результат постоянных физических и химических превращений в биосфере Земли. Атомы С движутся во всех оболочках планеты. Это полностью отражает развитие жизни.
Основная часть вещества присутствует в составе диоксида. Из атмосферы она поглощается растениями. В процессе фотосинтеза происходит образование органических веществ и освобождение кислорода.
Схема круговорота углерода в природе отражает процесс обмена карбоном между всеми оболочками Земли. Оксид вещества (IV) из атмосферы поглощается верхними слоями гидросферы. Частично он испаряется, участвует в кругообороте воды в природе. Остальное количество перерабатывается организмами, оседает на дно. Образуются осадочные породы. Карбон на время исключается из кругооборота.
Человек разрабатывает месторождения полезных ископаемых, производит и сжигает топливо. Возвращенный в процесс диоксид снова попадает в атмосферу. Количество превышает допустимые нормы. Баланс нарушается. Биосфера не справляется с избыточным содержанием карбона. Включается механизм накопления.
Схема круговорота углерода в природе выделяет части вещества:
- присутствующие в клетках живых растений,
- попавшие в организм травоядных животных с пищей (выделяются при дыхании в виде СО2),
- попавшие в организм плотоядных существ при потреблении травоядных (выделяются при дыхании),
- отмершие части растений (при переработке организмами образуют осадочные породы).
Процесс химических и физических преобразований карбона последовательный и разомкнутый. Вот oxyet.com , это новая версия старого сайта. Регулируется биосферой. Его скорость зависит от внешних факторов (температуры, влажности, скорости движения воздушных масс, деятельности человека).
Антропогенное влияние на процесс
Хозяйственная деятельность человека приводит к изменению содержания элемента в биосфере. Добыча полезных ископаемых, их переработка возвращает в кругооборот не участвующее количество вещества. Примеры того, как человечество влияет на процесс:
- сжигание топлива дополнительно увеличивает выбросы диоксида С на 22 млрд. т/год,
- изменение качественного состава пахотных земель увеличивает объем СО2 в атмосфере,
- уменьшение площади лесов снижает эффективность фотосинтеза,
- увеличение температуры вод Мирового океана увеличивает выделение углекислоты, снижает поглощение,
- загрязнение окружающей среды нарушает газообмен.
Загрязнение вод Мирового океана приводит к гибели микроорганизмов, бактерий. Процесс усваивания вещества нарушен. Газообмен прекращен. СО2 перестает растворяться. Количество в атмосфере возрастает.
Схематично выразить, как человечество негативно воздействует на круговорот углерода, можно так:
Увеличение концентрации СО2 –>, ускоренный распад органических остатков –>, изменение климата –>, создание запасов СО2 –>, уменьшение восстановительной способности биосферы –>, дополнительные выбросы СО2.
Биосфера не отвечает увеличением собственной продуктивности на повышение концентрации диоксида углерода. Исследования показывают накопление запасов СО2 в атмосфере. Цикл углерода меняет сбалансированное течение. Последствия непредсказуемы.
В природе существуют круговороты веществ. Это цикличные незамкнутые процессы.
Значение углерода в природе велико. Этот элемент присутствует в составе любой живой молекулы, является строительным материалом и источником питания.
Круговорот углерода на планете
Цикл обращения углерода в природе
Вывод
Круговорот углерода в биосфере происходит с разной скоростью и количественным составом участвующих компонентов. Непродуманная хозяйственная деятельность человека приводит к катастрофическим последствиям. К ресурсам требуется относиться бережно.