Cikel ogljika v naravi. Cikel ogljika v naravi

Na Zemlji je več kemijskih elementov, brez katerih bi bilo življenje nemogoče. Eden od njih je ogljik. Vsebuje jo vsaka organska molekula in deluje kot gradbena osnova. Ogljikov cikel v naravi je stalen proces medsebojnega prehoda iz organskega v anorgansko stanje, ki zagotavlja življenjsko aktivnost vseh organizmov.

Osnovno načelo naravnega cikla

Vse spojine na Zemlji so razdeljene v dva razreda: organski in anorganski. Prva je posledica vitalne dejavnosti živih organizmov. Slednje se lahko pojavijo brez živih oblik zaradi kemijskih reakcij.

Prehod iz ene države v drugo se imenuje "kroženje snovi". Ogljik v tem sistemu ima vodilni položaj.

V ozračju, vodi in tleh so anorganske spojine, ki jih absorbirajo živi organizmi. Najpogosteje gre za rastline, protozoe in glive. Oblikujejo novo organske spojine ki jih absorbirajo višje živali. Po njihovi smrti mikroorganizmi ponovno spajajo spojine z ogljikom v anorganske. Tako lahko na splošno opišemo cikel ogljika v biosferi. Toda tu je veliko zasebnih odtenkov.

Fotosinteza in dihanje

Najpogosteje se ogljik v naravi nahaja v obliki ogljikovega dioksida. Nastane zaradi procesov dihanja in gorenja. To je v obliki plinov, ki jih je najlažje rastlini asimilirati. V tisočletjih obstoja se je flora naučila predelati ogljikovega dioksida v organske spojine. S pomočjo klorofila v listih v prisotnosti sončne svetlobe je kompleksna kemična reakcija. Posledično dobimo kisik, mono- in polikarbohidrate. Samo ime kaže, da sestava teh snovi vključuje ogljikove hidrate.

Te rastline lahko dihajo, ko ni dovolj sončne svetlobe. V procesu tega pojava se porabi in oblikuje kisik ogljikov dioksid. Tako se zgodi najenostavnejši cikel ogljika v naravi. Toda to je le primer rastlin. Obstajajo tudi mikroorganizmi, glive in živali, ki so prav tako vključeni v gibanje obravnavanega elementa v biosfero.

Mikroorganizmi in cikel ogljika v ekosistemu

Najmanjši organizmi na Zemlji se lahko varno imenujejo začetek in konec prehranjevalne verige. Zahvaljujoč jim veliko organskih spojin pride do višjih rastlin in živali.

Živi organizmi, ki umirajo in prenehajo delovati, padejo v zemljo ali na dno oceanov. Tam bi ostali, če ne bi bakterij in protozoov, začeli reciklirati organske spojine, izpuščali ogljikov dioksid ali izdelovali kompleksnih ogljikovih hidratov preprostejše. Nove spojine se uporabljajo za prehranjevanje živih organizmov, oziroma ogljik začne nov krog gibanja v naravi.

Vse bakterije ne potrebujejo kisika, da bi razgradile organske molekule. Nekateri od njih opravijo odlično delo z nalogo in brez nje.

Zaradi mikroorganizmov se cikel ogljika v naravi pojavlja v obliki simbioze. Na primer, vlakna so kompleksni ogljikovi hidrati, ki jih najdemo v vseh rastlinah. Želodec živali ne more razcepiti in ga asimilirati. Toda artiodaktili so se naučili, da obstajajo v simbiozi z nekaterimi bakterijami. Slednji so v želodcu živali in razgrajujejo celulozo v preprostejše ogljikove hidrate, ki jih telo kopitarjev enostavno absorbira.

Gibanje ogljika na kopnem

Atmosfera vsebuje približno 0,33% ogljikovega dioksida. To je več kot dovolj za asimilacijo zelenih rastlin. Na kopnem se začne z ogljikovim ciklom v naravi.

Rastline so začetni korak v prehranjevalni verigi. Jedo jih rastlinojede živali, ki so praviloma postale žrtve plenilcev. Po smrti zadnje organske snovi priti v zemljo, kjer jih obdelujejo žuželke in mikroorganizmi. Procesi njihove vitalne dejavnosti najpogosteje izločajo anorganske spojine. Organska snov, ki se absorbira, je lahko tudi hrana za živali, ki so višje v prehranjevalni verigi.

V tej obliki se zelo redko ohranjajo organske snovi. Poznamo jih kot minerale: šoto, premog, olje, metan. Ogljikov dioksid iz teh spojin se sprosti med izgorevanjem, kar zagotavlja cikel ogljika v naravi.

Cikel ogljika v vodi

Ocean je tudi medij, v katerem se cikel ogljika pojavlja v biosferi. Ampak tukaj je proces nekoliko bolj zapleten. Dejstvo je, da je ogljikov dioksid slabo topen v vodi, zato je njegova asimilacija malo težka. V zgornjih plasteh oceana je vedno plankton, ki reciklira ogljikov dioksid. To je začetek prehranjevalne verige v vodi. Potem gre vse na enak način kot na kopnem. Višji organizmi jedo nižje. Kot rezultat, umrejo, potopijo na dno, kjer jih predelajo drugi mikroorganizmi.

V nekaterih primerih se lahko cikel ogljika v naravi meša na kopnem in na morju. Toda takšna gibanja niso tako pogost pojav, da bi jih bilo mogoče obravnavati ločeno. Samo nekaj živali, ki živijo v obeh elementih.

Človeška dejavnost

Zgoraj smo pregledali klasični opis ogljikovega cikla v naravi. Vendar ta proces vključuje osebo, ki je že davno presegla meje živalske dejavnosti živali. Začel je obnavljati naravo za svoje potrebe, pri čemer je uporabil svoje vire.

Zaradi osebe se količina zelenih površin, ki jih v organskih ogljikovih hidratih obdeluje anorganski ogljikov dioksid, vsako leto zmanjša. Hkrati se sežigajo minerali, kar povečuje koncentracijo ogljikovega dioksida v ozračju. To vodi do neravnovesja v kroženju snovi. Nadaljevanje uveljavljene strategije delovanja je lahko vzrok za resnično ekološko katastrofo.

Učinek tople grede

Ogljikov dioksid v ozračju povzroča posebno učinek tople grede. Ima toplotno energijo blizu površine planeta. Povečanje povprečne temperature zraka za polovico bo povzročilo taljenje ledenih kapic.

Po tem se bo območje Svetovnega oceana povečalo, veliko živali in rastlin bo izginilo. Postopoma se bo koncentracija ogljikovega dioksida v atmosferskem zraku zmanjšala, voda se bo na mestih ponovno zamrznila.

Tako se ekosistem »znova zažene« in tako normalizira optimalni cikel ogljika.

Odstotki

Milijarde let obstoja Zemlje so se pojavile in izginile mnoge vrste živih organizmov. Vsi so nekako vplivali na ogljikov cikel v naravi. Z leti se je v organskih spojinah nabralo 6000000000000 ton tega elementa. To vključuje tako žive organizme kot tudi fosilne ogljikove snovi.

Po mnenju znanstvenikov je to približno 1/5 vsega ogljika na planetu. Če se njegova cirkulacija ne bi zgodila, potem življenje na Zemlji ne bi bilo mogoče.

Kot rezultat tega procesa se živi organizmi kopičijo okoli 400 milijard ton ogljika, ki se delno vrne v nežive narave. Preostanek še naprej kroži znotraj živega sveta in podpira obstoj teh organizmov.

Vloga ogljikovih spojin v naravi

Znanstveniki že dolgo cenijo, kako velika je vrednost ogljika v naravi. To so bile njegove prve povezave s časom, ki je vzbudil življenje na planetu. Danes je glavni gradnik vseh živih molekul.

Prvi na tem seznamu - ogljikovi hidrati. Nastanejo s procesom fotosinteze. Imajo vlogo neke vrste gradbenega materiala za rastline in vir energije za živali. Znanost pozna enega ne-rastlinskega ogljikovega hidrata - glikogena. Oblikuje se v jetrih sesalcev in deluje kot rezervni vir energije.

Pri živalih se ogljikovi hidrati razgradijo v vodo in energijo, vendar so lahko osnova za sintezo maščob. To je nekakšna živalska baterija, ki se nabira za prihodnjo uporabo, ko čutite pomanjkanje energije. Gre tudi za toplotno izolacijo za živali, ki živijo v hladnih podnebjih.

Osnova živalskih celic je beljakovina. To je največja molekula na Zemlji, sestavljena iz verige aminokislin. Ogljik je tudi gradbeni material za slednje, zato je zelo težko preceniti vlogo tega elementa za življenje na našem planetu.