UGLJIČNI CIKLUS: KARAKTERISTIKE, FAZE, VAŽNOST - OKOLIŠ - 2026

Ciklus ugljika je proces cirkulacije tog kemijskog elementa u zraku, vodi, tlu i živih bića. To je biogeokemijski ciklus plinskog tipa, a najzastupljeniji oblik ugljika u atmosferi je ugljični dioksid (CO2).

Najveće zalihe ugljika nalaze se u oceanima, fosilnim gorivima, organskim tvarima i sedimentnim stijenama. Isto tako, on je neophodan u tjelesnoj strukturi živih organizama i ulazi u trofičke lance kao CO2 fotosintezom.

Fotosintezizatori (biljke, fitoplankton i cijanobakterije) apsorbiraju ugljik iz atmosferskog CO2, a zatim ih biljojedi uzimaju iz tih organizama. Njih konzumiraju mesožderke i na kraju se svi mrtvi organizmi obrađuju dekompozitorima.

Osim atmosfere i živih bića, ugljik se nalazi u tlu (edafosfera) i u vodi (hidrosfera). U oceanima fitoplankton, makroalge i vodeni angiospermi uzimaju otopljeni CO2 u vodi kako bi izvršili fotosintezu.

Ilustracija ugljikovog ciklusa

CO2 se ponovno integrira u atmosferu ili vodu disanjem kopnenih i vodenih živih bića. Jednom kada su živa bića mrtva, ugljik se ponovo uključuje u fizičko okruženje kao CO2 ili kao dio taložnih stijena, uglja ili nafte.

Ciklus ugljika vrlo je važan jer ispunjava različite funkcije poput sudjelovanja u živim bićima, pomažući u regulaciji planetarne temperature i kiselosti vode. Isto tako, doprinosi erozivnim procesima sedimentnih stijena i služi kao izvor energije za ljudsko biće.

karakteristike

ugljen

Ovaj se element u Svemiru nalazi na šestom mjestu, a njegova struktura omogućuje mu stvaranje veza s drugim elementima poput kisika i vodika. Formiraju ga četiri elektrona (tetravalentna) koji tvore kovalentne kemijske veze sposobne tvoriti polimere složenih strukturnih oblika.

Atmosfera

Ugljik se nalazi u atmosferi uglavnom kao ugljični dioksid (CO2) u omjeru 0,04% od sastava zraka. Iako se koncentracija ugljika u atmosferi značajno promijenila u posljednjih 170 godina zbog ljudskog industrijskog razvoja.

Prije industrijskog razdoblja, koncentracija se kretala od 180 do 280 ppm (dijelova na milijun), a danas prelazi 400 ppm. Uz to, postoji metan (CH4) u znatno manjem udjelu i ugljični monoksid (CO) u malim tragovima.

CO2 i metan (CH4)

Ovi plinovi na bazi ugljika imaju svojstvo apsorbiranja i zračenja dugovalne energije (topline). Iz tog razloga, njegova prisutnost u atmosferi regulira planetarnu temperaturu, sprečavajući bijeg u prostor topline kojom zrači Zemlja.

Od ta dva plina, metan hvata više topline, ali CO2 ima najvažniju ulogu zbog njegove relativne količine.

Biološki svijet

Većina strukture živih organizama sastoji se od ugljika, koji je neophodan za stvaranje bjelančevina, ugljikohidrata, masti i vitamina.

Litosfera

Ugljik je dio organske tvari i zraka u tlu, a nalazi se u elementarnom obliku kao što su ugljik, grafit i dijamant. Na isti način, to je temeljni dio ugljikovodika (nafta, bitumeni) koji se nalaze u dubokim ležištima.

Tvorba ugljika

Kako vegetacija umire u jezerskim bazenima, močvarama ili plitkim morima, biljne krhotine nakupljaju se u slojevima prekrivenim vodom. Tada se stvara spor anaerobni proces raspadanja uzrokovan bakterijama.

Sedimenti prekrivaju slojeve organskog materijala koji se raspada, a koji je podvrgnut progresivnom procesu obogaćivanja ugljika tijekom milijuna godina. To prolazi kroz fazu treseta (50% ugljika), lignita (55-75%), ugljena (75-90%) i konačno antracita (90% ili više).

Tvorba ulja

Započinje sporim aerobnim raspadanjem, zatim slijedi anaerobna faza koja se sastoji od ostataka planktona, životinja i morskih ili jezerskih biljaka. Tu organsku tvar su ukopali sedimentni slojevi i podvrgnuli visokim temperaturama i pritiscima unutar Zemlje.

Međutim, s obzirom na nižu gustoću, ulje se diže kroz pore sedimentnih stijena. Na kraju se ili zarobi u nepropusnim područjima ili formira plitka bitumenska izdanka.

Hidrosfera

Hidrosfera održava plinovitu razmjenu s atmosferom, posebno kisikom i ugljikom u obliku CO2 (topivog u vodi). Ugljik se nalazi u vodi, posebno u oceanima, uglavnom u obliku bikarbonatnih iona.

Ioni bikarbonata igraju važnu ulogu u regulaciji pH morskog okoliša. S druge strane, na morskom dnu postoje velike količine metana zarobljene kao hidrati metana.

Kisela kiša

Ugljik također prodire između plinovitog medija i tekućine, kada CO2 reagira s atmosferskom vodenom parom i formira H2CO3. Ova kiselina se taloži s kišnicom i zakiseljuje tla i vode.

Faze ciklusa ugljika

Sakupljanje i skladištenje ugljika. Izvor: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin i Jamie Paynederivativni rad: Jarl Arntzen (razgovori) izvedbeni rad: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Kao i bilo koji biogeokemijski ciklus, i ugljikov ciklus je složen proces sastavljen od mreže odnosa. Njihova podjela u definirane faze samo je sredstvo za njihovu analizu i razumijevanje.

- Geološka faza

Ulaznice

Unosi ugljika u ovu fazu dolaze u manjoj mjeri iz atmosfere, kiselom kišom i zrakom filtriranim do zemlje. Međutim, glavni doprinos su doprinosi živih organizama, kako njihovim izlučevinama, tako i njihovim tijelima kada umiru.

Skladištenje i promet

U ovoj se fazi ugljik skladišti i kreće u dubokim slojevima litosfere poput ugljena, nafte, plina, grafita i dijamanata. Također je dio karbonatnih stijena, zarobljenih u permafrostu (smrznuti sloj zemlje u polarnim širinama) i otopljen u vodi i zraku u pore na tlu.

U dinamici tektonike ploča, ugljik dopire i do dubljih slojeva plašta i dio je magme.

Odlasci

Djelovanje kiše na vapnenačkim stijenama ih erodira i kalcij se oslobađa zajedno s ostalim elementima. Kalcij iz erozije ovih karbonatnih stijena ispire se u rijeke i odatle u oceane.

Slično tome, CO ₂ se oslobađa kada se permafrost odmrzne ili prejakim oranjem tla. Međutim, glavni proizvod pokreće čovjek izvlačenjem ugljena, nafte i plina iz litosfere, kako bi ih sagorio kao gorivo.

Ljudska aktivnost koja se temelji na potrošnji ugljikovodika oslobađa ugljik u atmosferu

- Hidrološki stadij

Ulaznice

Atmosfera CO ₂ kada dođe u kontakt s vodenom površinom otopi se formirajući ugljičnu kiselinu, a metan ulazi u litosferu s morskog dna, kao što je otkriveno na Arktiku. Osim toga, HCO ₃ ioni ulaze u rijeke i oceane zbog erozije karbonatnih stijena u litosferi i ispiranja tla.

Kad kiši, voda nosi ugljik u obliku ugljičnog dioksida iz atmosfere i iz stijena. Kad dođu do oceana, koralji, plankton i druge vodene životinje koriste ga za rast. Ta živa bića - koralji, plankton i vodene životinje - umiru i ulaze ugljik u tlo

Skladištenje i promet

CO2 se otapa u vodi stvarajući ugljičnu kiselinu (H2CO3), otapajući kalcijev karbonat školjke, tvoreći karbonat kalcijeve kiseline (Ca (HCO3) 2). Stoga se ugljik nalazi i cirkulira u vodi uglavnom kao CO2, H2CO3 i Ca (HCO3) 2.

S druge strane, morski organizmi održavaju stalnu razmjenu ugljika sa svojim vodenim okolišom fotosintezom i disanjem. Također, velike rezerve ugljika nalaze se u obliku hidrata metana na morskom dnu, smrznutih niskim temperaturama i velikim pritiscima.

Odlasci

Okean razmjenjuje plinove s atmosferom, uključujući CO2 i metan, a dio potonjeg se ispušta u atmosferu. Nedavno je uočeno porast istjecanja metanskog oceana na dubinama manjim od 400 m, poput obala Norveške.

Povećanje globalne temperature je zagrijavanje vode u dubinama ne većim od 400 m i oslobađanje ovih hidrata metana. Sličan se proces dogodio i u pleistocenu, oslobađajući velike količine metana, zagrijavajući Zemlju više i uzrokujući kraj ledenog doba.

- Atmosferski stadij

Ulaznice

Ugljik ulazi u atmosferu iz disanja živih bića i iz bakterijskog metanogenog djelovanja. Slično tome, vegetacijskim požarima (biosfera), razmjenom s hidrosferom, izgaranjem fosilnih goriva, vulkanskom aktivnošću i ispuštanjem iz zemlje (geološki).

Ispuštanje geološkog ugljika u atmosferu erupcijom vulkana. Autor: Ciencia1.com

Skladištenje i promet

U atmosferi se ugljik nalazi uglavnom u plinovitom obliku poput CO2, metana (CH4) i ugljičnog monoksida (CO). Slično tome, možete pronaći i čestice ugljika suspendirane u zraku.

Odlasci

Glavni izlaz ugljika iz atmosferske faze je CO2 koji se otapa u oceanskoj vodi i onaj koji se koristi u fotosintezi.

- Biološka faza

Ulaznice

Ugljik ulazi u biološku fazu kao CO2 kroz proces fotosinteze koji provode biljke i fotosintetske bakterije. Isto tako, ioni Ca2 + i HCO3 koji u eroziju dopiru do mora i koriste se raznim organizmima u proizvodnji školjki.

Biljke i mikroorganizmi apsorbiraju ugljični dioksid iz atmosfere i pretvaraju ga u kisik i energiju fotosintezom

Skladištenje i promet

Svaka ćelija, a samim tim i tijela živih bića, sačinjavaju visoki udio ugljika, koji čine bjelančevine, ugljikohidrate i masti. Ovaj organski ugljik cirkulira kroz biosferu kroz mrežnu hranu primarnih proizvođača.

Angiospermi, paprati, jetrene mahovine, mahovine, alge i cijanobakterije sadrže ga fotosintezom. Tada ove organizme konzumiraju biljojedi, što će biti hrana mesožderima.

Bilje biljke konzumiraju biljke i ispuštaju ugljični dioksid u atmosferu. Kad ove životinje umiru, oni reintegriraju ugljik u tlo. Ista stvar događa se s koraljima i planktonom na oceanskom dnu

Odlasci

Glavno istjecanje ugljika iz ove faze u druge u ugljičnom ciklusu je smrt živih bića koja ga ponovo integriraju u tlo, vodu i atmosferu. Masivan i drastičan oblik uginuća i ispuštanja ugljika čine šumski požari koji stvaraju velike količine CO2.

S druge strane, najvažniji izvor metana u atmosferu jesu plinovi koje stoka izbacuje u svoje probavne procese. Isto tako, aktivnost metanogenih anaerobnih bakterija koje razgrađuju organske tvari u močvarama i kulturama riže izvor je metana.

Važnost

Ciklus ugljika važan je zbog odgovarajućih funkcija koje ovaj element ispunjava na planeti Zemlji. Njegova uravnotežena cirkulacija omogućuje reguliranje svih tih važnih funkcija za održavanje planetarnih uvjeta kao funkcije života.

U živim bićima

Ugljik je glavni element u strukturi stanica jer je dio ugljikohidrata, proteina i masti. Ovaj je element osnova čitave kemije života, od DNK do staničnih membrana i organela, tkiva i organa.

Regulacija zemljine temperature

CO2 je glavni staklenički plin koji omogućava održavanje odgovarajuće temperature za život na Zemlji. Bez atmosferskih plinova poput CO2, vodene pare i drugih, toplina koju emitira Zemlja potpuno bi pobjegla u svemir, a planet bi bio zamrznuta masa.

Globalno zatopljenje

S druge strane, višak CO2 koji se emitira u atmosferu, poput one koju trenutno uzrokuje čovjek, narušava prirodnu ravnotežu. Zbog toga se planet pregrijava, što mijenja globalnu klimu i negativno utječe na biološku raznolikost.

Regulacija oceanskog pH

CO2 i metan otopljeni u vodi dio su složenog mehanizma za regulaciju pH vode u oceanima. Što je veći sadržaj tih plinova u vodi, pH postaje kiseliji što je negativno za život vode.

Izvor napajanja

Ugljen je bitan dio fosilnih goriva, mineralnih ugljena, nafte i prirodnog plina. Iako je njegova upotreba dovedena u pitanje zbog negativnih utjecaja na okoliš koje proizvodi, poput globalnog pregrijavanja i oslobađanja teških metala.

Ekonomska vrijednost

Ugljen je mineral koji stvara izvore rada i ekonomske dobiti za njegovo korištenje kao gorivo, a ekonomski razvoj čovječanstva temelji se na upotrebi te sirovine. S druge strane, u kristaliziranom obliku dijamanta, mnogo rjeđeg, od velike je ekonomske koristi zbog upotrebe dragocjenog kamena.

Reference

1. Calow, P. (ur.) (1998). Enciklopedija ekologije i upravljanja okolišem.
2. Christopher R. i Fielding, CR (1993). Pregled nedavnih istraživanja fluvijalne sedimentologije. Sedimentarna geologija.
3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA i Castro-Romero, T. Biogeokemijski ciklusi. Poglavlje 7. Meksičko izvješće o klimatskim promjenama, skupina I, Znanstvene baze. Modeli i modeliranje.
4. Margalef, R. (1974). Ekologija. Omega izdanja.
5. Miller, G. i TYLER, JR (1992). Ekologija i okoliš. Grupo Uredništvo Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP i Warrett, GW (2006). Osnove ekologije. Peto izdanje. Thomson.