UHLÍKOVÝ CYKLUS: CHARAKTERISTIKA, FÁZE, VÝZNAM - ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ - 2025

Uhlíkový cyklus je proces oběhu tohoto chemického prvku ve vzduchu, vodě, půdě a živých organismů. Jedná se o biogeochemický cyklus plynového typu a nejhojnější formou uhlíku v atmosféře je oxid uhličitý (CO2).

Největší zásoby uhlíku jsou v oceánech, fosilních palivech, organických látkách a sedimentárních horninách. Stejně tak je zásadní v tělesné struktuře živých organismů a vstupuje do trofických řetězců jako CO2 prostřednictvím fotosyntézy.

Fotosyntetizátory (rostliny, fytoplankton a cyanobakterie) absorbují uhlík z atmosférického CO2 a potom ho z těchto organismů odebírají bylinožravci. Tyto jsou konzumovány masožravci a nakonec všechny mrtvé organismy jsou zpracovávány dekompozitory.

Kromě atmosféry a živých bytostí se uhlík nachází v půdě (edafosféra) a ve vodě (hydrosféra). V oceánech, fytoplanktonu, makrořasách a vodních angiospermech vezměte CO2 rozpuštěný ve vodě, aby provedl fotosyntézu.

Uhlíkový cyklus ilustrace

CO2 se znovu vnáší do atmosféry nebo vody dýcháním suchozemských a vodních živých bytostí. Jakmile jsou živé bytosti mrtvé, uhlík se znovu integruje do fyzického prostředí jako CO2 nebo jako součást sedimentárních hornin, uhlí nebo ropy.

Uhlíkový cyklus je velmi důležitý, protože plní různé funkce, například je součástí živých bytostí, pomáhá regulovat planetární teplotu a kyselost vody. Rovněž přispívá k erozivním procesům sedimentárních hornin a slouží jako zdroj energie pro lidskou bytost.

vlastnosti

Uhlík

Tento prvek se řadí na šesté místo ve vesmíru a jeho struktura mu umožňuje vytvářet vazby s jinými prvky, jako je kyslík a vodík. Je tvořen čtyřmi elektrony (čtyřmocnými), které tvoří kovalentní chemické vazby schopné vytvářet polymery se složitými strukturálními formami.

Atmosféra

Uhlík se v atmosféře vyskytuje hlavně jako oxid uhličitý (CO2) v poměru 0,04% složení vzduchu. Přestože se koncentrace atmosférického uhlíku v posledních 170 letech podstatně změnila v důsledku lidského průmyslového rozvoje.

Před průmyslovým obdobím se koncentrace pohybovala v rozmezí 180 až 280 ppm (ppm) a dnes přesahuje 400 ppm. Kromě toho je metan (CH4) v mnohem menší míře a oxid uhelnatý (CO) v malých stopách.

CO2 a metan (CH4)

Tyto plyny na bázi uhlíku mají vlastnost absorbovat a vyzařovat energii dlouhé vlny (teplo). Z tohoto důvodu její přítomnost v atmosféře reguluje planetární teplotu tím, že zabraňuje úniku tepla vyzařovaného Zemí do vesmíru.

Z těchto dvou plynů metan zachycuje více tepla, ale CO2 hraje rozhodující roli díky jeho relativní hojnosti.

Biologický svět

Většina struktury živých organismů je tvořena uhlíkem, nezbytným pro tvorbu bílkovin, uhlohydrátů, tuků a vitamínů.

Litosféra

Uhlík je součástí organické hmoty a vzduchu v půdě, nachází se také v elementární formě, jako je uhlík, grafit a diamant. Stejně tak je to základní část uhlovodíků (ropa, bitumeny), které se nacházejí v hlubokých ložiscích.

Tvorba uhlíku

Když vegetace umírá v povodí jezer, bažinách nebo na mělkých mořích, hromadí se rostlinný odpad ve vrstvách pokrytých vodou. Poté se vytvoří pomalý anaerobní proces rozkladu způsobený bakteriemi.

Sedimenty pokrývají vrstvy rozkládajícího se organického materiálu, který prochází progresivním procesem obohacování uhlíku po miliony let. To prochází fází rašeliny (50% uhlíku), lignitu (55-75%), uhlí (75-90%) a nakonec antracitu (90% nebo více).

Tvorba oleje

Začíná pomalým aerobním rozkladem, poté je anaerobní fáze, která se skládá ze zbytků planktonu, zvířat a mořských či jezerních rostlin. Tato organická hmota byla pohřbena sedimentárními vrstvami a vystavena vysokým teplotám a tlakům uvnitř Země.

Vzhledem k jeho nižší hustotě však olej stoupá přes póry sedimentárních hornin. Nakonec se buď uvězní v nepropustných oblastech nebo vytvoří mělké bituminózní výchozy.

Hydrosféra

Hydrosféra udržuje plynnou výměnu s atmosférou, zejména kyslíkem a uhlíkem ve formě CO2 (rozpustného ve vodě). Uhlík se nachází ve vodě, zejména v oceánech, hlavně ve formě bikarbonátových iontů.

Bikarbonátové ionty hrají důležitou roli při regulaci pH mořského prostředí. Na druhé straně je na mořském dně velké množství metanu zachyceného jako hydráty metanu.

Kyselý déšť

Uhlík také proniká mezi plynným médiem a kapalinou, když CO2 reaguje s atmosférickou vodní párou a vytváří H2CO3. Tato kyselina se vysráží dešťovou vodou a okyselí půdy a vody.

Fáze uhlíkového cyklu

Zachycování a ukládání uhlíku. Zdroj: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin a Jamie Paynederivativní práce: Jarl Arntzen (diskuse) odvozená práce: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Stejně jako jakýkoli biogeochemický cyklus je uhlíkový cyklus složitým procesem tvořeným sítí vztahů. Jejich rozdělení do definovaných fází je pouze prostředkem k jejich analýze a porozumění.

- Geologické stádium

Vstupenky

Vstupy uhlíku do této fáze přicházejí v menší míře z atmosféry kyselým deštěm a vzduchem filtrovaným do země. Hlavním vstupem jsou však příspěvky živých organismů, a to jak jejich výkaly, tak těly, když umírají.

Skladování a oběh

V této fázi se uhlík ukládá a pohybuje se v hlubokých vrstvách litosféry, jako je uhlí, ropa, plyn, grafit a diamanty. Je také součástí uhličitanových hornin, zachycených v permafrostu (zmrzlá zemní vrstva v polárních šířkách) a rozpuštěných ve vodě a vzduchu v půdních pórech.

V dynamice deskové tektoniky se uhlík dostává i do hlubších vrstev pláště a je součástí magmatu.

Odjezdy

Působení deště na vápenatých horninách je eroduje a vápník se uvolňuje spolu s dalšími prvky. Vápník z eroze těchto uhličitanových hornin se vyplavuje do řek a odtud do oceánů.

Podobně se CO ₂ uvolní, když permafrost roztopí nebo přeoráním půdy. Hlavní výstup je však poháněn člověkem získáváním uhlí, ropy a plynu z litosféry, které je spálí jako palivo.

Lidská aktivita, založená na spotřebě uhlovodíků, uvolňuje uhlík do atmosféry

- Hydrologická fáze

Vstupenky

Atmosférický CO _2, když přichází do styku s vodní hladinou, se rozpouští a tvoří kyselinu uhličitou a metan vstupuje do litosféry z mořského dna, jak bylo zjištěno v Arktidě. Ionty HCO _{3 navíc} vstupují do řek a oceánů v důsledku eroze uhličitanových hornin v litosféře a promývání půdy.

Když prší, voda nese uhlík ve formě oxidu uhličitého z atmosféry az hornin. Po dosažení oceánu ho korály, plankton a další vodní živočichové používají k růstu. Tyto živé věci - korály, plankton a vodní živočichové - umírají a vstupují do uhlíku do půdy

Skladování a oběh

CO2 se rozpouští ve vodě a tvoří kyselinu uhličitou (H2CO3), rozpouští uhličitan vápenatý ve skořápkách a vytváří uhličitan vápenatý (Ca (HCO3) 2). Proto se uhlík nachází a cirkuluje ve vodě hlavně jako CO2, H2CO3 a Ca (HCO3) 2.

Na druhé straně si mořské organismy udržují stálou výměnu uhlíku s vodním prostředím prostřednictvím fotosyntézy a dýchání. Také velké zásoby uhlíku jsou ve formě hydrátů metanu na mořském dně, zmrazené nízkými teplotami a vysokými tlaky.

Odjezdy

Oceán si vyměňuje plyny s atmosférou, včetně CO2 a metanu, a část tohoto se uvolňuje do atmosféry. Nedávno byl v hloubkách menších než 400 m, například při pobřeží Norska, zjištěn nárůst úniku metanu v oceánu.

Nárůst globální teploty zahřívá vodu v hloubkách ne větších než 400 ma uvolňuje tyto hydráty metanu. Podobný proces nastal v pleistocénu, uvolňoval velká množství metanu, více zahříval Zemi a způsoboval konec doby ledové.

- Atmosférická fáze

Vstupenky

Uhlík vstupuje do atmosféry dýcháním živých bytostí a bakteriální methanogenní aktivitou. Podobně v důsledku vegetačních požárů (biosféra), výměny s hydrosférou, spalování fosilních paliv, sopečné činnosti a uvolňování ze země (geologické).

Vypouštění geologického uhlíku do atmosféry vybuchující sopkou. Autor: Ciencia1.com

Skladování a oběh

V atmosféře je uhlík hlavně v plynné formě, jako je CO2, metan (CH4) a oxid uhelnatý (CO). Podobně můžete ve vzduchu najít suspendované částice uhlíku.

Odjezdy

Hlavními výstupy uhlíku z atmosférického stádia jsou CO2, který se rozpouští v mořské vodě a který se používá ve fotosyntéze.

- Biologická fáze

Vstupenky

Uhlík vstupuje do biologického stádia jako CO2 prostřednictvím fotosyntetického procesu prováděného rostlinami a fotosyntetickými bakteriemi. Stejně tak ionty Ca2 + a HCO3-, které se dostávají do moře erozí a jsou používány různými organismy při výrobě lastur.

Rostliny a mikroorganismy absorbují oxid uhličitý z atmosféry a přeměňují jej na kyslík a energii fotosyntézou

Skladování a oběh

Každá buňka, a tedy těla živých bytostí, je tvořena vysokým podílem uhlíku, které tvoří bílkoviny, uhlohydráty a tuky. Tento organický uhlík cirkuluje biosférou prostřednictvím trofických sítí od primárních výrobců.

Angiospermy, kapradiny, játrovky, mechy, řasy a sinice ji zahrnují fotosyntézou. Pak jsou tyto organismy konzumovány býložravci, což bude potrava pro masožravce.

Herbivorous zvířata konzumují rostliny a uvolňují oxid uhličitý do atmosféry. Když tato zvířata umírají, znovu integrují uhlík do půdy. Totéž se stane s korály a planktonem na dně oceánu

Odjezdy

Hlavním únikem uhlíku z této fáze do ostatních v uhlíkovém cyklu je smrt živých bytostí, které jej znovu začleňují do půdy, vody a atmosféry. Masivní a drastickou formou smrti a uvolňování uhlíku jsou lesní požáry, které produkují velké množství CO2.

Na druhé straně je nejdůležitějším zdrojem metanu do atmosféry plyny vytlačené hospodářskými zvířaty v jejich trávicích procesech. Stejně tak je zdrojem metanu aktivita methanogenních anaerobních bakterií, které rozkládají organickou hmotu v bažinách a rýží.

Důležitost

Cyklus uhlíku je důležitý díky relevantním funkcím, které tento prvek plní na planetě Zemi. Jeho vyvážený oběh umožňuje regulovat všechny tyto důležité funkce pro udržování planetárních podmínek jako funkce života.

V živých bytostech

Uhlík je hlavním prvkem ve struktuře buněk, protože je součástí uhlohydrátů, bílkovin a tuků. Tento prvek je základem celé chemie života, od DNA po buněčné membrány a organely, tkáně a orgány.

Regulace teploty Země

CO2 je hlavní skleníkový plyn, který umožňuje udržovat vhodnou teplotu pro život na Zemi. Bez atmosférických plynů, jako je CO2, vodní pára a další, by teplo vyzařované Zemí úplně uniklo do vesmíru a planeta by byla zmrzlá hmota.

Globální oteplování

Na druhé straně přebytek CO2 emitovaného do atmosféry, jako je tomu v současnosti způsobený lidmi, narušuje přirozenou rovnováhu. To způsobuje přehřátí planety, což mění globální klima a negativně ovlivňuje biodiverzitu.

Regulace pH oceánů

CO2 a metan rozpuštěný ve vodě jsou součástí komplexního mechanismu pro regulaci pH vody v oceánech. Čím vyšší je obsah těchto plynů ve vodě, pH se stává kyselejší, což je pro vodní život negativní.

Zdroj energie

Uhlí je nezbytnou součástí fosilních paliv, a to jak minerálního uhlí, ropy, tak zemního plynu. Přestože je jeho použití zpochybněno kvůli negativním dopadům na životní prostředí, jako je globální přehřátí a uvolňování těžkých kovů.

Ekonomická hodnota

Uhlí je nerost, který vytváří zdroje práce a ekonomické zisky pro jeho použití jako palivo a ekonomický rozvoj lidstva je založen na použití této suroviny. Na druhou stranu, ve své krystalizované formě diamantu, mnohem vzácnější, má velkou ekonomickou hodnotu pro použití jako vzácný kámen.

Reference

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Encyklopedie ekologie a environmentálního managementu.
2. Christopher R. and Fielding, CR (1993). Přehled nedávného výzkumu fluviální sedimentologie. Sedimentární geologie.
3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA a Castro-Romero, T. Biogeochemical cykly. Kapitola 7. Mexická zpráva o změně klimatu, skupina I, vědecké základy. Modely a modelování.
4. Margalef, R. (1974). Ekologie. Vydání Omega.
5. Miller, G. a TYLER, JR (1992). Ekologie a životní prostředí. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP a Warrett, GW (2006). Základy ekologie. Páté vydání. Thomson.