Share This Article
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.
[stop]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.[/stop]
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.
[stop]Важно! Элемент в составе полезных ископаемых в круговороте временно не участвует! Цикл углерода не бывает абсолютно замкнутым.[/stop]
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
[stop]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.[/stop]
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. 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.
