Hiilikierron ominaisuudet, säiliöt, komponentit, muutokset



hiilen kierto se on biogeokemiallinen prosessi, joka kuvaa hiilen virtausta maapallolla. Se koostuu hiilen vaihdosta eri säiliöiden (ilmakehän, biosfäärin, valtamerien ja geologisten sedimenttien) välillä sekä niiden muuntumisesta erilaisiksi molekyylijärjestelyiksi..

Hiili on olennainen osa elävien olentojen elämää. Maapallolla se on yksinkertaisessa muodossaan hiiltä tai timantteja epäorgaanisten yhdisteiden, kuten hiilidioksidin (CO2) ja metaani (CH4) ja orgaanisina yhdisteinä, kuten biomassaa (elävien olomateriaalien) ja fossiilisina polttoaineina (öljy ja maakaasu)..

Hiilikierto on yksi monimutkaisimmista biogeokemiallisista sykleistä ja se on erittäin tärkeä sen vaikutusten vuoksi elämälle planeetalla. Se voidaan jakaa kahteen yksinkertaisempaan sykliin, jotka ovat toisiinsa yhteydessä.

Yksi koskee nopeaa hiilen vaihtoa elävien olentojen ja ilmakehän, valtamerien ja maaperän välillä. Toinen kuvaa pitkäaikaisia ​​geologisia prosesseja.

Viime vuosisadan CO-tasot2 ilmakehät ovat lisääntyneet huomattavasti fossiilisten polttoaineiden käytön ansiosta säilyttääkseen kestämättömän taloudellisen, sosiaalisen ja teknologisen mallin, jota teollinen vallankumous johti 1800-luvulla.

Tämä maailmanlaajuisen hiilen kierron epätasapaino on muuttanut lämpötilamalleja ja sademääriä, jotka ilmaistaan ​​tänään ilmastonmuutoksena..

indeksi

  • 1 Yleiset ominaisuudet
  • 2 Hiilivarastot
    • 2.1 Ilmapiiri
    • 2.2 Biosfääri
    • 2.3 Lattiat
    • 2.4 Meret
    • 2.5 Geologiset sedimentit
  • 3 Komponentit
    • 3.1 - Pika sykli
    • 3.2-Hidas sykli
  • 4 Hiilikierron muutokset
    • 4.1 Ilmakehän muutokset
    • 4.2 Orgaanisen aineksen menetys
  • 5 Viitteet

Yleiset ominaisuudet

Hiili on ei-metallinen kemiallinen elementti. Sinun symboli on C, sen atomiluku on 6 ja sen atomimassa on 12,01. Siinä on neljä elektronia kovalenttisten kemiallisten sidosten muodostamiseksi (se on neliarvoinen).

Se on yksi maankuoren runsaimmista elementeistä. Maailmankaikkeuden neljänneksi runsain osa vetyä, heliumia ja happea, ja toiseksi eniten elävien olentojen elementtiä hapen jälkeen.

Hiilellä on suuri merkitys elämälle. Se on yksi aminohappojen tärkeimmistä ainesosista, jotka aiheuttavat proteiineja ja ovat olennainen osa kaikkien elävien olentojen DNA: ta..

Yhdessä hapen ja vedyn kanssa se muodostaa suuren joukon yhdisteitä, kuten rasvahappoja, kaikkien solukalvojen ainesosia.

Hiilivarastot

ilmapiiri

Tunnelma on maapalloa ympäröivä kaasumainen kerros. Se sisältää 0,001 prosenttia maailman hiilestä, pääasiassa hiilidioksidina (CO2) ja metaani (CH4).

Huolimatta siitä, että se on yksi maan pienimmistä hiilivarastoista, se on mukana monissa biokemiallisissa prosesseissa. Se on tärkeä säiliö elämän ylläpitämisessä maapallolla.

biosfääri

Biosfääri sisältää kaksi kolmasosaa maan kokonaishiilestä biomassan muodossa (elävät ja kuolleet). Hiili on tärkeä osa kaikkien elävien solujen rakennetta ja biokemiallisia prosesseja.

Metsät muodostavat paitsi tärkeän hiilen säiliön biosfäärissä, mutta jotkut tyypit on tunnustettu nieluksi, kuten leuto metsä.

Kun metsät ovat alkuvaiheessa, ne ottavat CO: n2 ja säilyttää se puun muodossa. Kun ne kypsyvät, ne imevät vähemmän hiilidioksidia, mutta niiden puiden puu sisältää valtavia määriä hiiltä (noin 20% niiden painosta).

Meren eliöt muodostavat myös tärkeän hiilivaraston. Ne säilyttävät hiilen kuorissaan kalsiumkarbonaatin muodossa.

lattiat

Maaperässä on noin kolmasosa maan hiilestä epäorgaanisissa muodoissa, kuten kalsiumkarbonaatissa. Se tallentaa kolme kertaa enemmän hiiltä kuin ilmakehä ja neljä kertaa enemmän hiiltä kuin kasvien biomassa. Maaperä on suurin säiliö vuorovaikutuksessa ilmakehän kanssa.

Hiilivaraston lisäksi maaperä on tunnistettu tärkeäksi pesualtaaksi; se on talletus, joka auttaa vähentämään hiilen korkeaa ja kasvavaa pitoisuutta ilmakehässä CO: n muodossa2. Tämä pesuallas on tärkeää ilmaston lämpenemisen vähentämiseksi.

Laadukkaat maaperät, joissa on runsaasti humusta ja orgaanista ainetta, ovat hyviä hiilivarastoja. Perinteiset ja maatalouden ekologiset istutusmenetelmät ylläpitävät maaperän ominaisuuksia säiliönä tai hiilinieluna.

valtameret

Meret sisältävät 0,05% maan maailmanlaajuisesta hiilestä. Hiiltä esiintyy pääasiassa bikarbonaatin muodossa, joka voi yhdistää kalsiumiin ja muodostaa kalsiumkarbonaattia tai kalkkikiveä, joka saostuu meren pohjalla.

Meret on katsottu yhdeksi CO: n suurimmista nieluista2, absorboimalla noin 50% ilmakehän hiilestä. Tilanne, joka on vaarantanut meren biologisen monimuotoisuuden lisäämällä meriveden happamuutta.

Geologiset sedimentit

Litosfäärissä inertissä muodossa olevat geologiset sedimentit ovat maan suurin hiilivarasto. Tässä tallennettu hiili voi olla epäorgaanista alkuperää tai orgaanista alkuperää.

Noin 99% litosfääriin varastoitua hiiltä on epäorgaanista hiiltä, ​​joka on varastoitu sedimenttikiviin, kuten kalkkikiveä.

Jäljelle jäävä hiili on orgaanisten kemiallisten yhdisteiden seos, joka on läsnä sedimenttikivissä, joka tunnetaan nimellä kerogeeni, joka on muodostunut miljoonia vuosia sitten hautautuneiden biomassan sedimenttien ja korkean paineen ja lämpötilan vaikutuksesta. Osa näistä cherogeeneistä muunnetaan öljyksi, kaasuksi ja kivihiileksi.

komponentit

Maailmanlaajuinen hiilen kierto voidaan ymmärtää paremmin tutkimalla kahta yksinkertaisempaa sykliä, jotka ovat vuorovaikutuksessa keskenään: lyhyt sykli ja pitkä sykli.

Lyhytelokuva keskittyy elävien olentojen kokemaan nopeaan hiilivaihtoon. Vaikka pitkä sykli tapahtuu miljoonien vuosien ajan ja sisältää hiilen vaihtoa maan sisä- ja pinnan välillä.

-Nopea sykli

Hiilen nopea sykli tunnetaan myös biologisena syklinä, koska se perustuu elävien organismien ja ilmakehän, valtamerien ja maaperän välisen hiilen vaihtoon..

Ilmakehän hiili on läsnä pääasiassa hiilidioksidina. Tämä kaasu reagoi valtamerten vesimolekyylien kanssa bikarbonaatti-ionin tuottamiseksi. Mitä suurempi ilmakehän hiilidioksidin pitoisuus on, sitä suurempi on bikarbonaatin muodostuminen. Tämä prosessi auttaa CO: n säätelyssä2 ilmakehässä.

Hiili, joka on hiilidioksidin muodossa, tulee fotofysiologisten organismien, kuten levien ja kasvien kautta, kaikkiin maanpäällisiin ja vesieliöihin. Heterotrofiset organismit puolestaan ​​saavat hiiltä syöttämällä autotrofisia organismeja.

Osa orgaanisesta hiilestä palaa ilmakehään hajottamalla orgaanisia aineita (jotka suoritetaan bakteereilla ja sienillä) ja soluhengityksellä (kasveissa ja sienissä). Hengityksen aikana solut käyttävät hiiltä sisältäviin molekyyleihin (kuten sokereihin) varastoitua energiaa energian ja CO: n tuottamiseksi2.

Toinen osa orgaanisesta hiilestä muuttuu sedimenteiksi ja ei palaa ilmakehään. Meren biomassan sedimenteissä meren pohjassa (kun organismit kuolevat) ne varastoidaan ja ne hajoavat ja CO2 se liukenee syvään veteen. Tämä CO2 poistetaan pysyvästi ilmakehästä.

Vastaavasti osa puista, haravoista ja muista metsäkasveista varastoiduista hiilistä hajoaa hitaasti suot, suot ja kosteikko anaerobisissa olosuhteissa ja matalalla mikrobien aktiivisuudella..

Tämä prosessi tuottaa turvetta, huokoista ja kevyttä massaa, joka sisältää runsaasti hiiltä, ​​jota käytetään polttoaineena ja orgaanisena lannoitteena. Noin kolmasosa maanpäällisestä orgaanisesta hiilestä on turve.

-Hidas sykli

Hiilen hidas kierros sisältää hiilen vaihdon litosfäärin kivien ja maan pintajärjestelmän välillä: valtameret, ilmakehä, biosfääri ja maaperä. Tämä sykli on pääasiallinen säätely ilmakehän hiilidioksidipitoisuudesta geologisessa mittakaavassa.

Epäorgaaninen hiili

Ilmakehään liuotettu hiilidioksidi yhdistyy veden kanssa hiilihapon muodostamiseksi. Tämä reagoi maankuoressa olevan kalsiumin ja magnesiumin kanssa karbonaattien muodostamiseksi.

Sateen ja tuulen eroosion vaikutuksesta karbonaatit pääsevät valtameriin, missä meren pohja kerääntyy. Karbonaatteja voidaan myös rinnastaa organismeihin, jotka lopulta kuolevat ja saostuvat merenpohjaan. Nämä sedimentit kertyvät tuhansia vuosia ja muodostavat kalkkikiveä.

Merenpohjan sedimenttikivet imeytyvät maapallon vaipaan subduktion avulla (prosessi, johon kuuluu tektonisen levyn valtameren alueen uppoaminen toisen levyn reunan alle).

Litosfäärissä sedimenttikiviä altistetaan suurille paineille ja lämpötiloille, minkä vuoksi ne sulavat ja reagoivat kemiallisesti muiden mineraalien kanssa, mikä vapauttaa CO: ta2. Näin vapautunut hiilidioksidi palaa ilmakehään tulivuorenpurkausten kautta.

Epäorgaaninen hiili

Toinen tärkeä osa tätä geologista kierrosta on orgaaninen hiili. Tämä on peräisin biomassasta, joka on haudattu anaerobisissa olosuhteissa ja korkea paine ja lämpötila. Tämä prosessi johti fossiilisten aineiden muodostumiseen, joilla oli suuri energiasisältö, kuten hiili, öljy tai maakaasu..

Teollisen vallankumouksen syntymisen aikana, 1800-luvulla, löydettiin fossiilisen orgaanisen hiilen käyttö energialähteenä. Näiden fossiilisten polttoaineiden käyttö on kahdennenkymmenennestä vuosisadasta lähtien lisääntynyt tasaisesti, mikä on aiheuttanut muutaman vuosikymmenen aikana tuhansien vuosien ajan maan päällä kertyneiden suurten hiilimäärien vapautumisen ilmakehään.

Hiilikierron muutokset

Hiilen kierros yhdessä veden ja ravinteiden syklien kanssa muodostaa elämän perustan. Näiden syklien ylläpitäminen määrää ekosysteemien terveyden ja kestävyyden sekä niiden kyvyn tarjota ihmiskunnalle hyvinvointia. Hiilikierron tärkeimmät muutokset on mainittu seuraavassa:

Ilmakehän muutokset

Ilmakehän hiilidioksidi on kasvihuonekaasu. Yhdessä metaanin ja muiden kaasujen kanssa se absorboi säteilevän lämmön maan pinnalta, estäen sen vapautumisen avaruuteen.

Hiilidioksidin hälyttävä lisääntyminen ilmakehässä ja muissa kasvihuonekaasuissa on muuttanut maan energian tasapainoa. Tämä määrittää lämmön ja veden globaalin kiertoilman ilmakehässä, lämpötilan ja sademäärän, säätilan muutokset ja merenpinnan nousun.

Hiilikierron tärkein ihmisen muutos perustuu CO-päästöjen lisääntymiseen2. Vuodesta 1987 vuotuiset maailmanlaajuiset CO-päästöt2 fossiilisten polttoaineiden polttamisesta aiheutuneet kulut ovat kasvaneet noin kolmanneksen.

Rakennusala aiheuttaa myös suoria hiilidioksidipäästöjä2 teräksen ja sementin tuotannossa.

Myös monoksidin ja hiilidioksidin päästöt ilmakehässä ovat kasvaneet viime vuosikymmeninä. Henkilöautojen hankinta on lisääntynyt suhteellisen paljon. Lisäksi suuntaus kannattaa raskaampia autoja ja energiankulutusta.

Maankäytön muutokset ovat tuottaneet noin kolmanneksen hiilidioksidin kasvusta ilmakehässä viimeisten 150 vuoden aikana. Erityisesti orgaanisen hiilen menetys.

Orgaanisen aineksen menetys

Kahden viime vuosikymmenen aikana maankäytön muutos on lisännyt merkittävästi hiilidioksidin ja metaanin päästöjä ilmakehään.

Metsien väheneminen maailmanlaajuisesti on alun perin aiheuttanut huomattavaa biomassan häviämistä laidunten ja viljelymaan muuttamisen seurauksena.

Maiden maatalouskäyttö vähentää orgaanista ainetta, saavuttaa uuden ja huonomman tasapainon orgaanisen aineen hapettumisen vuoksi.

Päästöjen lisääntyminen johtuu myös turpeen ja korkean orgaanisen sisällön kosteikkojen kuivumisesta. Globaalin lämpötilan nousun myötä orgaanisen aineksen hajoamisnopeus maaperässä ja turpeen kasvaessa kasvaa niin, että tämän tärkeän hiilidioksidipäästöjen kyllästymisen vaara kiihtyy.

Tundras voisi mennä olemasta hiilen nielusta tullut kasvihuonekaasujen lähteitä.

viittaukset

  1. Barker, S, J. A. Higg ins ja H. Elderfield. 2003. Hiilikierron tulevaisuus: tarkistus, kalkkiutumisvaste, painolasti ja palaute ilmakehän hiilidioksidista. Royal Society of Londonin filosofiset transaktiot A, 361: 1977-1999.
  2. Berner, R.A. (2003). Pitkän aikavälin hiilen kierto, fossiiliset polttoaineet ja ilmakehän koostumus. Nature 246: 323 - 326.
  3. (2018, 1. joulukuuta). Wikipedia, vapaa tietosanakirja. Kuulemispäivä: 19:15, 23. joulukuuta 2018 es.wikipedia.org: sta.
  4. Hiilikierto. (2018, 4. joulukuuta). Wikipedia, vapaa tietosanakirja. Kuulemispäivä: 17:02, 23. joulukuuta 2018 alkaen en.wikipedia.org.
  5. Falkowski, P., RJ Scholes, E. Boyle, J. Canadell, D. Canfield, J. Elser, N. Gruber, K. Hibbard, P. Hogberg, S. Linder, FT Mackenzie, B. Moore III, T. Pedersen, Y. Rosenthal, S. Seitzinger, V. Smetacek, W. Steffen. (2000). Maailmanlaajuinen hiilen kierros: testi maamme tietämyksestä järjestelmänä. Science, 290: 292-296.
  6. YK: n ympäristöohjelma. (2007). Globaali ympäristöennuste GEO4. Phoenix Design Aid, Tanska.
  7. Saugier, B. ja J.Y. Pontailler. (2006). Maailmanlaajuinen hiilen kierto ja sen seuraukset fotosynteesissä Bolivian altiplanossa. Ekologia Boliviassa, 41 (3): 71-85.