Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

12.16: Вуглецевий цикл та клімат

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    56407

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Що таке алмаз?

    Вуглець приймає всілякі форми як елемент і як з'єднання. Алмаз - це просто вуглець, чистий вуглець. Алмаз хороший для різання речей, але це не добре для дихання або побудови білків з, але інші форми вуглецю є. Вуглець необхідний для життя на Землі, і, як вуглекислий газ, він є важливим атмосферним газом.

    Вуглецевий цикл

    Вуглець - дуже важливий елемент живих істот. Як другий найпоширеніший елемент в організмі людини, ми знаємо, що життя людини без вуглецю було б неможливим. Білки, вуглеводи та жири є частиною організму і всі містять вуглець. Коли ваше тіло розщеплює їжу, щоб виробляти енергію, ви розщеплюєте білок, вуглеводи і жир, і ви видихаєте вуглекислий газ.

    Вуглець зустрічається у багатьох формах на Землі. Елемент переміщається через організми, а потім повертається в навколишнє середовище. Коли все це відбувається в рівновазі, екосистема також залишається в рівновазі.

    Короткостроковий циклічний вуглець

    Короткочасна циклічність вуглецю починається з вуглекислого газу (СО 2) в атмосфері.

    Фотосинтез

    Завдяки фотосинтезу неорганічний вуглець у вуглекислому газу плюс вода та енергія сонячного світла перетворюється на органічний вуглець (їжу) з киснем, що виділяється як продукт життєдіяльності. Хімічне рівняння для фотосинтезу таке:

    альт

    Дихання

    Рослини і тварини займаються зворотним фотосинтезом, який є диханням. При диханні тварини використовують кисень для перетворення органічного вуглецю в цукрі в харчову енергію, яку вони можуть використовувати. Рослини також проходять дихання і споживають частину цукрів, які вони виробляють.

    Хімічна реакція на дихання буває:

    С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 → 6 СО 2 + 6 Н 2 О + корисна енергія

    Фотосинтез і дихання - процес газообміну. При фотосинтезі СО 2 перетворюється в O 2; при диханні O 2 перетворюється в СО 2.

    Пам'ятайте, що рослини не створюють енергії. Вони змінюють енергію від сонячного світла в хімічну енергію, яку рослини і тварини можуть використовувати в якості їжі (рис. Нижче).

    Діаграма вуглецевого циклу

    Цикл вуглецю показує, де може бути знайдений атом вуглецю. Чорні цифри вказують, скільки вуглецю зберігається в різних резервуарах, в мільярдах тонн («ГТК» означає гігатонни вуглецю). Фіолетові цифри вказують, скільки вуглецю переміщається між водоймами щороку. Осади, як визначено на цій діаграмі, не включають ~ 70 мільйонів GtC карбонатних порід та керогену.

    Довгостроковий вуглецевий велоспорт

    Вуглецеві раковини та джерела вуглецю

    Місцями в екосистемі, які зберігають вуглець, є резервуари. Місцями, які постачають та видаляють вуглець, є джерелами вуглецю та раковини вуглецю відповідно. Якщо забезпечується більше вуглецю, ніж зберігається, місце є джерелом вуглецю. Якщо вуглекислого газу поглинається більше, ніж викидається, резервуар є раковиною вуглецю. Які приклади джерел вуглецю та раковин?

    • Вуглецеві раковини - це резервуари, де зберігається вуглець. Здорові ліси та океани виступають в ролі поглиначів вуглецю.
    • Джерела вуглецю - це резервуари, з яких вуглець може потрапляти в навколишнє середовище. Мантія є джерелом вуглецю з вулканічних газів.

    Резервуар може змінюватися від раковини до джерела і навпаки. Ліс - це раковина, але коли ліс горить, він стає джерелом.

    Кількість часу, коли вуглець залишається, в середньому, у резервуарі, - це час перебування вуглецю в цьому резервуарі.

    Атмосферний вуглекислий газ

    Пам'ятайте, що кількість СО 2 в атмосфері дуже низька. Це означає, що невелике збільшення або зниження атмосферного CO 2 може мати великий ефект.

    Вимірюючи склад бульбашок повітря, що потрапили в льодовиковий льод, вчені можуть дізнатися кількість атмосферного CO 2 часом в минулому. Особливий інтерес представляє час безпосередньо перед промисловою революцією, коли суспільство почало використовувати викопне паливо. Вважається, що це значення є природним вмістом CO 2 за цей період часу; це число становило 280 частин на мільйон (ppm).

    До 1958 року, коли вчені почали безпосередньо вимірювати вміст CO 2 з атмосфери на вулкані Мауна-Лоа в Тихому океані, кількість становила 316 ppm (малюнок нижче). У 2018 році вміст CO2 в атмосфері перевищив 410 проміле.

    Графік підвищення рівня вуглекислого газу в обсерваторії Мауна-Лоа

    Кількість CO 2 в атмосфері вимірюється в обсерваторії Мауна-Лоа з 1958 року. Синій лінії показує щорічний усереднене СО 2. Червона лінія показує сезонні варіації СО 2.

    Це збільшення атмосферного CO 2 на 40% з часів до промислової революції. Близько 65% цього збільшення відбулося з тих пір, як перші вимірювання CO 2 були зроблені на вулкані Мауна-Лоа, Гаваї, в 1958 році.

    Дії людини впливають на вуглецевий цикл

    Люди змінили природний баланс вуглецевого циклу, оскільки ми використовуємо вугілля, нафту та природний газ для забезпечення наших потреб у енергії. Викопне паливо є раковиною для CO 2, коли вони утворюються, але вони є джерелом для CO 2 при їх спалюванні.

    Рівняння згоряння пропану, простого вуглеводню, виглядає наступним чином:

    альт

    Рівняння показує, що при згорянні пропану він використовує кисень і виробляє вуглекислий газ і воду. Так що коли автомобіль згорає бак з газом, кількість СО 2 в атмосфері збільшується зовсім небагато. Додано понад мільйони резервуарів газу та вугілля, спалених для електроенергії на електростанціях та всіх інших джерелах CO 2, результатом є збільшення атмосферного CO 2, що видно на малюнку вище.

    Другим за величиною джерелом атмосферного CO 2 є вирубка лісів (рисунок нижче). Дерева природним чином поглинають CO 2, поки вони живі. Дерева, які вирубують, втрачають здатність поглинати СО 2. Якщо дерево згоріло або розкладається, воно стає джерелом СО 2. Ліс може перейти від того, щоб бути раковиною вуглецю, щоб бути джерелом вуглецю.

    Цей ліс у Мексиці був вирубаний і спалений, щоб очистити лісисті землі для сільського господарства

    Цей ліс у Мексиці був вирубаний і спалений, щоб очистити лісисті землі для сільського господарства.

    Чому вуглецевий цикл важливий

    Чому така невелика кількість вуглекислого газу в атмосфері навіть важливо? Вуглекислий газ є парниковим газом. Парникові гази затримують теплову енергію, яка інакше випромінювала б в космос, який зігріває Землю. Ці гази йшлося в розділі Атмосферні процеси.

    Резюме

    • Вуглець необхідний для життя як частина білків, вуглеводів і жирів.
    • Кількість вуглекислого газу в атмосфері вкрай низька, але це надзвичайно важливо, оскільки вуглекислий газ є парниковим газом, який допомагає підтримувати клімат Землі помірним.
    • Кількість вуглекислого газу в атмосфері зростає, факт, який був задокументований на вулкані Мауна-Лоа з 1958 року.

    Рецензія

    1. Що означає говорити, що фотосинтез і дихання - це газообмінні процеси?
    2. Як вчені дізнаються про рівень вуглецю в минулому?
    3. Як діяльність людини впливає на вуглецевий цикл?

    Дізнатися більше

    Використовуйте цей ресурс, щоб відповісти на наступні питання.

    1. Що роблять парникові гази?
    2. Куди пішла велика частина вуглекислого газу, який був присутній в ранній атмосфері?
    3. Що ранні рослини додали атмосфері і чому це було важливо? Що ще вони створили?
    4. Що роблять організми з органічним вуглецем?
    5. Які дві основні речі, які робить вуглець?
    6. Що таке 30-секундний варіант вуглецевого циклу?
    7. Що робить фіксація вуглецю з вуглекислим газом?
    8. Як організми використовують вуглеводи, що утворюються реакціями фіксації вуглецю?
    9. Що таке клітинне дихання зворотне?
    10. Після того, як організми метаболізують вуглеводи, як вуглець викидається назад у навколишнє середовище?
    11. Що відбувається, коли вуглекислий газ змішується з водою і що це викликає?
    12. Що відбувається з карбонатними іонами в морському середовищі?
    13. Що відбувається, коли організми, що будують оболонки, гинуть? Що станеться, якщо ці організми глибоко поховані?
    14. Скільки вуглецю загортається в викопне паливо порівняно із загальною кількістю вуглецю?
    15. Куди дівається вуглекислий газ, який виділяється з викопного палива? Куди йде надлишок вуглекислого газу?

    Ресурси

    Теги, рекомендовані шаблоном: article:topic