Cykl węgla w przyrodzie. Cykl węgla w przyrodzie

Na Ziemi jest kilka pierwiastków chemicznych, bez których życie byłoby niemożliwe. Jednym z nich jest węgiel. Jest zawarty w każdej cząsteczce organicznej i działa jako jej baza budująca. Cykl węgla w przyrodzie jest ciągłym procesem wzajemnego przejścia ze stanu organicznego do nieorganicznego, który zapewnia żywotną aktywność wszystkich organizmów.

Podstawowa zasada cyklu naturalnego

Wszystkie związki na ziemi są podzielone na dwie klasy: organiczną i nieorganiczną. Pierwsza jest konsekwencją żywotnej aktywności żywych organizmów. Te ostatnie mogą występować bez żywych form z powodu reakcji chemicznych.

Przejście z jednego stanu do drugiego nazywane jest "krążeniem substancji". Węgiel w tym układzie zajmuje czołową pozycję.

W atmosferze, wodzie i glebie są związki nieorganiczne, które są wchłaniane przez żywe organizmy. Najczęściej są to rośliny, pierwotniaki i grzyby. Tworzą nowe związki organiczne które są pochłaniane przez wyższe zwierzęta. Po ich śmierci mikroorganizmy ponownie przetwarzają związki z węglem na nieorganiczne. W ujęciu ogólnym można opisać cykl węglowy w biosferze. Ale tutaj jest wiele prywatnych niuansów.

Fotosynteza i oddychanie

Najczęściej węgiel z natury występuje w postaci dwutlenku węgla. Powstaje w wyniku procesów oddychania i spalania. To w formie gazów najłatwiej przyswajać rośliny. W ciągu tysiącleci istnienia flora nauczyła się przetwarzać dwutlenek węgla w związki organiczne. Z pomocą chlorofilu w liściach w obecności światła słonecznego jest złożona reakcja chemiczna. W rezultacie otrzymuje się tlen, mono- i poliwęglowodany. Sama nazwa sugeruje, że skład tych substancji obejmuje węglowodany.

Te rośliny mogą oddychać, gdy światło słoneczne nie wystarcza. W procesie tego zjawiska tlen jest zużywany i formowany dwutlenek węgla. Tak dzieje się najprostszy cykl węglowy w przyrodzie. Ale to tylko przykład roślin. Są też mikroorganizmy, grzyby i zwierzęta, które są również włączone w ruch rozpatrywanego elementu w biosferze.

Mikroorganizmy i cykl węglowy w ekosystemie

Najmniejsze organizmy na Ziemi można bezpiecznie nazwać początkiem i końcem łańcucha pokarmowego. To dzięki nim wiele związków organicznych dostaje się do wyższych roślin i zwierząt.

Umierając i przestając funkcjonować, żywe organizmy wpadają do gleby lub na dno oceanów. Zostaliby tam, gdyby nie bakterie i pierwotniaki, nie zaczęli ponownie przetwarzać związków organicznych, emitując dwutlenek węgla złożone węglowodany bardziej proste. Nowe związki są wykorzystywane do karmienia organizmów żywych, odpowiednio, węgiel rozpoczyna nowy krąg ruchu w przyrodzie.

Nie wszystkie bakterie potrzebują tlenu w celu rozbicia cząsteczek organicznych. Niektórzy wykonują świetną robotę przy tym zadaniu i bez niego.

Dzięki mikroorganizmom cykl węglowy w przyrodzie występuje w formie symbiozy. Na przykład, włókno jest złożonym węglowodanem, który występuje we wszystkich roślinach. Żołądek zwierzęcia nie może się rozdzielić i przyswoić. Ale artiodaktyle nauczyły się istnieć w symbiozie z niektórymi bakteriami. Te ostatnie znajdują się w żołądku zwierzęcia i rozkładają celulozę na prostsze węglowodany, które następnie są łatwo wchłaniane przez organizm kopyta.

Ruch węgla na ziemi

Atmosfera zawiera około 0,33% dwutlenku węgla. To więcej niż wystarcza, aby przyswoić zielone rośliny. Na lądzie, od nich zaczyna się cykl węgla w przyrodzie.

Rośliny są początkowym etapem łańcucha pokarmowego. Zjada je roślinożerca, który z reguły staje się ofiarami drapieżników. Po śmierci ostatniego materia organiczna dostać się do gleby, gdzie są przetwarzane przez owady i mikroorganizmy. Procesy ich życiowej aktywności najczęściej wydzielają związki nieorganiczne. Substancja organiczna, która jest wchłaniana, może być również pokarmem dla zwierząt, które są wyżej w łańcuchu pokarmowym.

Bardzo rzadko substancje organiczne są długo zachowane w tej formie. Znamy je jako minerały: torf, węgiel, olej, metan. Dwutlenek węgla z tych związków uwalnia się w procesie spalania, co zapewnia naturalny cykl węgla.

Cykl węglowy w wodzie

Ocean jest także medium, w którym cykl węgla występuje w biosferze. Ale tutaj proces jest nieco bardziej skomplikowany. Chodzi o to, że dwutlenek węgla jest słabo rozpuszczalny w wodzie, więc jego asymilacja jest trochę trudna. W górnych warstwach oceanu zawsze znajduje się plankton, który przetwarza dwutlenek węgla. To jest początek łańcucha pokarmowego w wodzie. Wtedy wszystko idzie tak samo jak na lądzie. Wyższe organizmy jedzą niższe. W rezultacie umierają, opadają na dno, gdzie są przetwarzane przez inne mikroorganizmy.

W niektórych przypadkach cykl węglowy w przyrodzie może być mieszany na lądzie i na morzu. Ale takie ruchy nie są tak częstym zjawiskiem, że można je rozpatrywać osobno. Wystarczy kilka zwierząt, które żyją w obu elementach.

Działalność człowieka

Powyżej dokonaliśmy przeglądu klasycznego opisu cyklu węglowego w przyrodzie. Ale proces ten obejmuje osobę, która już dawno przekroczyła granice aktywności życiowej zwierzęcia. Zaczął odbudowywać naturę dla własnych potrzeb, wykorzystując jej zasoby.

Z powodu osoby ilość zielonej przestrzeni przetwarzanej przez nieorganiczny dwutlenek węgla na węglowodany organiczne zmniejsza się corocznie. W tym samym czasie spala minerały, zwiększając stężenie dwutlenku węgla w atmosferze. Prowadzi to do braku równowagi w obiegu substancji. Kontynuacja ustalonej strategii działania może być przyczyną rzeczywistej katastrofy ekologicznej.

Efekt cieplarniany

Dwutlenek węgla w atmosferze powoduje szczególne efekt cieplarniany. Trzyma energię cieplną blisko powierzchni planety. Zwiększenie średniej temperatury powietrza o pół stopnia spowoduje topnienie czap lodowych.

Następnie obszar Oceanu Światowego wzrośnie, znaczna liczba zwierząt i roślin zginie. Stopniowo stężenie dwutlenku węgla w powietrzu atmosferycznym zmniejszy się, woda ponownie zamarznie na biegunach.

Tak więc ekosystem "uruchamia się ponownie", aby znormalizować optymalny cykl węglowy.

Procenty

W ciągu miliardów lat istnienia Ziemi pojawiło się i zniknęło wiele gatunków żywych organizmów. Wszystkie w jakiś sposób wpłynęły na cykl węgla w przyrodzie. Z biegiem lat zgromadzono 6000000 miliardów ton tego pierwiastka w związkach organicznych. Obejmuje to zarówno żywe organizmy, jak i kopalne substancje węglowe.

Według naukowców jest to około 1/5 węgla na planecie. Jeśli jego cyrkulacja nie nastąpiłaby, to z czasem życie na Ziemi nie byłoby możliwe.

W wyniku tego procesu żywe organizmy gromadzą około 400 miliardów ton węgla, który częściowo powraca do natury nieożywionej. Reszta nadal krąży wewnątrz żywego świata, wspierając istnienie tych organizmów.

Rola związków węgla w przyrodzie

Naukowcy od dawna docenili ogromną wartość węgla w przyrodzie. To były jego pierwsze związki z czasem, które dały początek życiu na planecie. Dzisiaj jest głównym budulcem wszystkich żywych cząsteczek.

Pierwsza na tej liście - węglowodany. Powstają w procesie fotosyntezy. Odgrywają rolę pewnego rodzaju materiału budowlanego dla roślin i źródła energii dla zwierząt. Nauka zna jeden nie-roślinny węglowodan - glikogen. Powstaje w wątrobie ssaków i działa jako rezerwowe źródło energii.

U zwierząt węglowodany rozpadają się na wodę i energię, ale mogą być podstawą syntezy tłuszczów. Jest to rodzaj baterii zwierzęcej, która gromadzi się do wykorzystania w przyszłości, kiedy odczuwa się brak energii. Jest to również izolacja cieplna dla zwierząt żyjących w zimnym klimacie.

Podstawą komórek zwierzęcych jest białko. Jest to największa cząsteczka na Ziemi, która składa się z łańcucha aminokwasów. Węgiel jest również materiałem budowlanym dla tych ostatnich, dlatego bardzo trudno jest przecenić rolę tego pierwiastka dla życia na naszej planecie.