Как происходит круговорот углерода в природе - Flm-Krym.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Как происходит круговорот углерода в природе

Круговорот углерода в природе. Схема круговорота углерода в природе

Есть на Земле несколько химических элементов, без которых жизнь была бы невозможна. Один из них – это углерод. Он содержится в каждой органической молекуле и выступает в качестве ее строительной основы. Схема круговорота углерода в природе – постоянный процесс взаимного перехода из органического состояния в неорганическое, который обеспечивает жизнедеятельность всех организмов.

Основной принцип естественного круговорота

Все соединения на земле делятся на два класса: органические и неорганические. Первые – это следствие жизнедеятельности живых организмов. Вторые могут возникать и без живых форм вследствие химических реакций.

Переход из одного состояния в другое получил название «круговорот веществ». Углерод в данной системе занимает лидирующее место.

В атмосфере, воде и почве есть неорганические соединения, которые поглощаются живыми организмами. Чаще всего это растения, простейшие животные и грибы. Они образуют новые органические соединения, которые поглощаются высшими животными. После их смерти микроорганизмы снова перерабатывают соединения с углеродом в неорганические. Так в общих чертах можно описать круговорот углерода в биосфере. Но есть здесь немало частных нюансов.

Фотосинтез и дыхание

Чаще всего углерод в природе встречается в форме углекислого газа. Он образуется вследствие процессов дыхания и горения. Именно в форме газов растениям проще всего его усваивать. За тысячелетия существования флора научилась перерабатывать углекислоту в органические соединения. С помощью хлорофилла в листьях при наличии солнечного света происходит сложная химическая реакция. В ее результате получаются кислород, моно- и полиуглеводы. Уже само название говорит о том, что в состав указанных веществ входит углевод.

Те же растения могут дышать, когда солнечного света недостаточно. В процессе этого явления расходуется кислород и образуется углекислый газ. Вот так происходит простейший круговорот углерода в природе. Но это только на примере растений. А есть еще и микроорганизмы, грибы и животные, которые также включаются в движение рассматриваемого элемента в биосфере.

Микроорганизмы и круговорот углерода в экосистеме

Самые маленькие организмы на Земле могут смело называться началом и концом пищевой цепи. Именно благодаря им многие органические соединения попадают к высшим растениям и животным.

Отмирая и переставая функционировать, живые организмы попадают в почву или на дно Мирового океана. Они бы так и остались там лежать, если бы не бактерии и простейшие, начинающие перерабатывать органические соединения, выделяя углекислый газ или делая сложные углеводы более простыми. Новые соединения используются для питания живыми организмами, соответственно, углерод начинает новый круг движения в природе.

Не всем бактериям нужен кислород для того, чтобы расщеплять органические молекулы. Некоторые из них отлично справляются с заданием и без него.

Благодаря микроорганизмам круговорот углерода в природе происходит и в форме симбиоза. К примеру, клетчатка – это сложный углевод, который содержится во всех растениях. Желудок животного не может ее расщепить и усвоить. Но парнокопытные научились существовать в симбиозе с некоторыми бактериями. Последние находятся в желудке животного и расщепляют целлюлозу до более простых углеводов, которые далее легко усваиваются организмом парнокопытного.

Движение углерода на суше

В атмосфере находится около 0,33% углекислого газа. Этого более чем достаточно для того, чтобы его усвоили зеленые растения. На суше именно с них и начинается схема круговорота углерода в природе.

Растения выступают начальной ступенькой пищевой цепи. Их поедают травоядные животные, которые, как правило, становятся жертвами хищников. После смерти последних органические вещества попадают в почву, где перерабатываются насекомыми и микроорганизмами. Процессы их жизнедеятельности чаще всего выделяют неорганические соединения. Органика, которая усваивается, также может стать пищей для животных, стоящих выше в пищевой цепи.

Очень редко органические вещества надолго консервируются в таком виде. Нам они известны как полезные ископаемые: торф, уголь, нефть, метан. Углекислый газ из этих соединений освобождается в процессе горения, чем и обеспечивается круговорот углерода в природе.

Круговорот углерода в воде

Мировой океан также является средой, в которой происходит круговорот углерода в биосфере. Но здесь этот процесс немного сложнее. Все дело в том, что в воде углекислый газ плохо растворяется, поэтому его ассимиляция немного затруднительна. В верхних слоях океана всегда есть планктон, который и перерабатывает углекислоту. Это начало пищевой цепочки в воде. Далее все идет так же, как и на суше. Высшие организмы поедают низших. В итоге они погибают, опускаются на дно, где их перерабатывают другие микроорганизмы.

В некоторых случаях круговорот углерода в природе может смешиваться на суше и в море. Но такие движения – не настолько частое явление, чтобы его рассматривать в отдельности. Просто есть некоторое количество животных, обитающих в обеих стихиях.

Жизнедеятельность человека

Выше мы рассмотрели классическое описание круговорота углерода в природе. Но в этот процесс включается человек, который уже давно вышел за пределы жизнедеятельности животного. Он начал перестраивать природу под собственные нужды, используя ее ресурсы.

Из-за человека ежегодно уменьшается количество зеленых насаждений, которые неорганический углекислый газ перерабатывают в органические углеводы. В то же время он сжигает полезные ископаемые, увеличивая концентрацию углекислоты в атмосфере. Это приводит к дисбалансу круговорота данного вещества. Продолжение устоявшейся стратегии деятельности может стать причиной настоящей экологической катастрофы.

Читайте также:  Как получить квартиру молодой семье

Парниковый эффект

Углекислый газ в атмосфере обуславливает своеобразный парниковый эффект. Он удерживает тепловую энергию недалеко от поверхности планеты. Повышение средней температуры воздуха на полградуса-градус станет причиной таяния ледниковых шапок.

Вслед за этим увеличится площадь Мирового океана, погибнет значительное количество животных и растений. Постепенно концентрация углекислоты в атмосферном воздухе уменьшится, вода снова замерзнет на полюсах.

Таким образом, экосистема «перезагрузится», чтобы нормализировать оптимальный круговорот углерода.

Процентные соотношения

За миллиарды лет существования Земли на ней появлялись и исчезали многие виды живых организмов. Все они как-то влияли на круговорот углерода в природе. За эти годы в органических соединениях накопилось 6000000 млрд. тонн этого элемента. Сюда относятся как ныне живущие организмы, так и ископаемые углеродные вещества.

По оценкам ученых, это примерно 1/5 всего углерода на планете. Если бы не происходил его круговорот, то со временем жизнь на Земле стала бы не возможной.

Вследствие этого процесса живые организмы накапливают около 400 млрд. тонн углерода, который частично возвращается в неживую природу. Остаток же продолжает циркулировать внутри живого мира, поддерживая существование этих организмов.

Роль углеродных соединений в природе

Ученые уже давно оценили, насколько велико значение углерода в природе. Именно первые его соединения со временем дали начало жизни на планете. Сегодня он является главным строительным элементом всех живых молекул.

Первые в этом списке – углеводы. Они образуются вследствие процесса фотосинтеза. Они играют роль своеобразного строительного материала для растений и источника энергии для животных. Науке известен один нерастительный углевод – гликоген. Он образуется в печени млекопитающих и выступает в качестве запасного источника энергии.

В организме животных углеводы распадаются на воду и энергию, но могут быть основой для синтеза жиров. Это своеобразная животная батарейка, которая накапливается для возможности использования в будущем, когда почувствуется нехватка энергии. Также это теплоизоляция для животных, которые обитают в холодном климате.

Основой животной клетки является белок. Это самая большая молекула на Земле, которая состоит из цепочки аминокислот. Строительным материалом для последних также выступает углерод, поэтому очень сложно переоценить роль данного элемента для жизни на нашей планете.

Краткое описание круговорота углерода в природе

Жизнь на Земле состоит из непрекращающихся циклов различных элементов, циркулирующих между биологическими организмами и земными оболочками (литосфера, атмосфера и гидросфера).

Наиболее важным процессом, обеспечивающим жизнедеятельность всех живых существ, является круговорот углерода в природе. Реферат по этой теме охватывает краткое описание факторов, влияющих на взаимодействие всех соединений.

Основные принципы

Химический элемент углерод (карбонеум) занимает шестую позицию в таблице Дмитрия Менделеева. Распространённость углерода объясняется его постоянной валентностью, которая равна четырём атомам. Благодаря этому образуется связь с другими химическими элементами. Все молекулы, из которых состоит любой организм, имеют в своей основе углеродный скелет. Любые соединения, существующие на земле, представлены двумя классами:

  • органическими — они появляются в результате жизнедеятельности всех живых существ;
  • неорганическими — причиной их возникновения могут быть химические реакции.

Преобразование одного соединения в другое называется круговорот веществ в природе. Схема представляет собой движение атомов основных элементов, таких как фтор, кислород, азот и другие. Однако лидирующую позицию в цикле занимает углерод.

Значительная часть карбонеума, находящаяся в газообразном состоянии, попадает в атмосферу. При соединении с кислородом образуется углекислый газ, а также метан и угарный газ. Зная основные принципы, можно кратко описать круговорот углерода в природе.

Биосферный процесс

Цикл, в который вовлекаются животный и растительный мир, выглядит как перемещение химических веществ через пищевую цепь любого живого организма. Это биологический круговорот углерода в природе, схема и рисунок которого представляет следующую упрощённую последовательность:

  • фотосинтез растений с поглощением углекислого газа и выделением кислорода;
  • переработка погибшей флоры другими организмами (грибами, гнилостными бактериями). Если органические остатки попадают в почву, они преобразуются в полезные ресурсы (уголь, торф);
  • поедание растений травоядной фауной, которая становится пищей для хищников. Углерод возвращается атмосферу во время дыхания живых организмов либо при разложении после их гибели.

Важную роль в непрерывном обороте углерода играет Мировой океан. Растворённый C в гидросфере находится в приповерхностном слое, глубоких водах и придонных морских осадках. Углекислота на начальном этапе поглощается планктоном, который становится пищей для высших обитателей морской стихии. Погибшие организмы оказываются на дне, где в процесс переработки включаются микроорганизмы. Количество углерода в океане в 100 раз выше, чем в атмосфере.

Углекислый газ — это конечный продукт метаболизма. Его образует полный распад различных аминокислот, белков, углеводов. При дыхании кислород усваивается организмом, CO2 выводится через дыхательные пути.

После попадания газа в атмосферу процесс кругооборота повторяется. Углеродный оборот в биосфере происходит с участием солнечной энергии, без которой жизнь была бы невозможна.

Геохимический цикл

Оборот углерода, происходящий без участия биологических организмов, называется геохимическим круговоротом. Особенности этого цикла заключаются в продолжительных по времени изменениях и в природных катаклизмах. Особенно мощное воздействие на цикл оказывает вулканическая деятельность планеты. Во время извержения вулканов образуется CO2 и вода, часть которых попадает в осадочные породы, постепенно перерождаясь в известняки.

Климатические изменения также оказывают влияние на углеродный круговорот, сообщение о котором входят в доклад по этой теме.

В недрах земли находятся аллотропные углероды (нефть, уголь, графит, карбид, алмазы). В случае нахождения элемента в глубине грунта, он не попадает в атмосферу и временно теряется из неё. Высвобождение C из почвы происходит в результате горения метана, нефти или торфа. Так возобновляется оборот элемента в природе.

Читайте также:  Как сделать букет из тюльпанов

Значение элемента

В процессе многолетних исследований учёными было установлено, что для существования жизни отдельных организмов и планеты в целом углерод имеет решающее значение.

Кратко охарактеризовать роль элемента можно с помощью следующих данных:

  • участие в синтезе веществ;
  • процессе дыхания;
  • в энергетическом обмене;
  • присутствие в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК);
  • содержание элемента в аденозинтрифосфате (АТФ) — универсальном источнике энергии.

Не менее высока роль C в промышленности и производстве. Он позволяет изготавливать материалы с высокой электропроводностью, а также непроводящую электричество продукцию. Аллотропные модификации углерода охватывают довольно широкий диапазон. Самые известные из них — графит и алмаз.

Влияние цивилизации

Хозяйственная деятельность человека оказывает существенное влияние на содержание углекислого газа в атмосфере, что вызывает дисбаланс углеродного оборота. Рост населения, освоение новых территорий приводит к вырубке лесных массивов.

Также с каждым годом всё больше сжигается топлива, в результате чего повышается концентрация CO2 в атмосфере.

Такая стратегия в дальнейшем неизбежно приведёт к экологической катастрофе и парниковому эффекту. Избыток тепловой энергии в нижних слоях атмосферы станет причиной роста температуры воздуха и таяния ледников. Повышение уровня воды в Мировом океане грозит затоплением обширных территорий суши и исчезновением многих видов флоры и фауны.

Мировые запасы

За время существования планеты Земля, на ней зарождались, вымирали и появлялись новые существа. За миллионы лет в природе накопились колоссальные запасы углерода, равные 6х10 6 млрд тонн. В эту массу входят как ископаемые углеродсодержащие вещества, так и все живые организмы.

Круговое перемещение элемента позволяет накапливать примерно 400 миллиардов тонн C, часть которого остаётся в неорганических соединениях. Остаток непрерывно циркулирует в живой природе, давая ей возможность продолжать существование.

Закономерная цикличность: как происходит круговорот углерода в природе

Этот элемент присутствует в любой живой молекуле. Под воздействием внешних факторов он переходит из одной формы в другую. Круговорот углерода в природе обеспечивает возможность существования организмов на Земле. Без этих циклов превращений планета станет безжизненной.

Где присутствует углерод

По распространенности химических элементов элемент занимает 15 место. По важности — это один из основных участников геохимических реакций. Значение вещества в природе сложно недооценить. Оно переходит из неорганического состояния в органическое, строит живые клетки.

Встретить его можно в:

  • атмосфере (углекислый газ 0,04 % от общей массы воздуха);
  • гидросфере (в виде растворенного в водах мирового океана СО2, в составе питающихся им бактерий верхнего слоя);
  • литосфере (полезные ископаемые: нефть, газ, уголь, известняк, мел);
  • биосфере (в составе любых живых организмов планеты).

Все оболочки Земли тесно связаны. Освобождение элемента, переход из одного вида в другой происходит внутри каждой.

Молекулы проникают в соседнюю сферу. Описывая кратко круговорот углерода в природе, схема выглядит так:

это бесконечная незамкнутая цепь перехода вещества из органического состояния в неорганическое и обратно.

С одной стороны фотосинтезирующие растения и вода, с другой стороны — гетеротрофы, то есть потребляющие организмы (животные).

Что происходит в атмосфере

Углерод в атмосфере имеется всегда. Он присутствует в виде углекислого газа (0,04 %), метана (0,0002 %), окиси углерода (следы). Количество постоянно меняется. Это связано с деятельностью человека, сезонными факторами, температурой окружающей среды.

Откуда поступает вещество

Круговорот углекислого газа в природе– это основной вид перехода и превращений в воздушной оболочке Земли. Постоянными источниками являются:

  • живые существа, выдыхающие углекислоту;
  • продукты разложения органических остатков (бактерии перерабатывают трупы животных, гниющие растения, выделяется СН4);
  • продукты горения природного (уголь, нефть, газ) или синтетического топлива;
  • выбросы вулканических газов во время извержения (первичная углекислота в атмосфере);
  • пожары;
  • хозяйственная деятельность человека (выделение СО2 при производстве цемента: СаСО3->СаО+СО2);
  • повышение температуры мирового океана и высвобождение диоксида элемента.

А чем поглощается

В природе существует неустойчивое равновесие. Двуокись вещества выводится из атмосферы и замещается другими.

Воды Мирового океана поглощают углекислоту. Особенно активно процесс идет вблизи полюсов. При понижении температуры растворимость газа увеличивается.

Растения на свету поглощают СО2. В результате фотосинтеза выделяется кислород. Молодые быстрорастущие побеги – основная «фабрика» переработки.

Круговорот углерода в природе, схема — это постоянный процесс изменения концентрации газа, поглощения и замещения его кислородом.

Как идет процесс в биосфере

Оболочка соединяет все известные сферы присутствием жизни. В ней постоянно идут обменные процессы. Химические реакции, превращение энергии поддерживают существование живых существ. Круговорот углерода в биосфере самый значительный и масштабный.

Читайте также:  Как отправить документы в другой город

Газообмен гидросферы с атмосферой

Гидросфера обменивается углекислотой с воздушной оболочкой Земли. Не весь растворенный газ возвращается обратно. Часть усваивают бактерии верхних слоев. Ими питаются микроорганизмы. Создается пищевая цепочка. Элемент переходит из неорганического состояния в органическое.

Умершие живые существа опускаются на дно. Под давлением воды отложения спрессовываются. Глубинные микроорганизмы и бактерии перерабатывают ил.

Они влияют на круговорот элемента. Образуются полезные ископаемые: газ, нефть, уголь. Углерод перешел из органического состояния в неорганическое. В таком виде он сохраняется миллионы лет.

В верхних слоях содержится больше растворенного кислорода. В нижних – диоксида элемента и азота. Баланс неустойчив. При повышении температуры концентрация газов меняется. При изменении видового состава бактерий и микроорганизмов происходит перемещение кислорода вниз, азота и СО2 — вверх. Газообмен с воздушной оболочкой нарушается.

Движение углерода в литосфере

Диоксид вещества через мелкие поры попадает в почву. Часть его растворяется водой или испаряется. Другая — перерабатывается аэробными бактериями. Плодородный слой обогащается. В благоприятной среде развиваются растения. После отмирания гумус обогащается вновь. Наблюдается бесконечный переход: неорганика – органика – неорганика.

Слои утолщаются, уплотняются. Со временем под действием внешних факторов образуются осадочные полезные ископаемые. В их состав входит данное вещество. Нефть, газ, все виды угля, торф, известняк, мел — надолго консервируют элемент в неорганическом состоянии.

Фотосинтез: особая часть большого кругооборота

Этот процесс по мощности соизмерим с ядерной реакцией. Более совершенного и экономного механизма производства соединений не существует.

Фотосинтез – часть круговорота элемента в биосфере. Он превращает неорганические вещества в органические. Насыщение атмосферы освобожденным кислородом регулирует газовый баланс. В результате этого процесса образуются питательные вещества: сахар, крахмал. Растения потребляют то, что сами производят.

Фотосинтез имеет две фазы: световую и темновую. Под воздействием солнечной энергии во время первой стадии происходит накопление клетками углекислого газа и воды. На этом этапе от молекулы воды отщепляется кислород. Происходит выделение газа в атмосферу.

Темновая стадия происходит без доступа солнечных лучей. Углекислота связывается. Дополнительными продуктами являются органические соединения (углеводы). Углекислый газ в природе одновременно является строительным материалом, а также источником питания, оздоравливающим планету веществом.

Схематическое изображение процесса

Основная часть вещества присутствует в составе диоксида. Из атмосферы она поглощается растениями. В процессе фотосинтеза происходит образование органических веществ и освобождение кислорода.

Схема круговорота углерода в природе отражает процесс обмена карбоном между всеми оболочками Земли. Оксид вещества (IV) из атмосферы поглощается верхними слоями гидросферы. Частично он испаряется, участвует в кругообороте воды в природе. Остальное количество перерабатывается организмами, оседает на дно. Образуются осадочные породы. Карбон на время исключается из кругооборота.

Человек разрабатывает месторождения полезных ископаемых, производит и сжигает топливо. Возвращенный в процесс диоксид снова попадает в атмосферу. Количество превышает допустимые нормы. Баланс нарушается. Биосфера не справляется с избыточным содержанием карбона. Включается механизм накопления.

Схема круговорота углерода в природе выделяет части вещества:

  • присутствующие в клетках живых растений;
  • попавшие в организм травоядных животных с пищей (выделяются при дыхании в виде СО2);
  • попавшие в организм плотоядных существ при потреблении травоядных (выделяются при дыхании);
  • отмершие части растений (при переработке организмами образуют осадочные породы).

Процесс химических и физических преобразований карбона последовательный и разомкнутый. Регулируется биосферой. Его скорость зависит от внешних факторов (температуры, влажности, скорости движения воздушных масс, деятельности человека).

Антропогенное влияние на процесс

Хозяйственная деятельность человека приводит к изменению содержания элемента в биосфере. Добыча полезных ископаемых, их переработка возвращает в кругооборот не участвующее количество вещества. Примеры того, как человечество влияет на процесс:

  • сжигание топлива дополнительно увеличивает выбросы диоксида С на 22 млрд. т/год;
  • изменение качественного состава пахотных земель увеличивает объем СО2 в атмосфере;
  • уменьшение площади лесов снижает эффективность фотосинтеза;
  • увеличение температуры вод Мирового океана увеличивает выделение углекислоты, снижает поглощение;
  • загрязнение окружающей среды нарушает газообмен.

Загрязнение вод Мирового океана приводит к гибели микроорганизмов, бактерий. Процесс усваивания вещества нарушен. Газообмен прекращен. СО2 перестает растворяться. Количество в атмосфере возрастает.

Схематично выразить, как человечество негативно воздействует на круговорот углерода, можно так:

Увеличение концентрации СО2 –> ускоренный распад органических остатков –> изменение климата –> создание запасов СО2 –> уменьшение восстановительной способности биосферы –> дополнительные выбросы СО2.

Биосфера не отвечает увеличением собственной продуктивности на повышение концентрации диоксида углерода. Исследования показывают накопление запасов СО2 в атмосфере. Цикл углерода меняет сбалансированное течение. Последствия непредсказуемы.

В природе существуют круговороты веществ. Это цикличные незамкнутые процессы.

Значение углерода в природе велико. Этот элемент присутствует в составе любой живой молекулы, является строительным материалом и источником питания.

Круговорот углерода на планете

Цикл обращения углерода в природе

Вывод

Круговорот углерода в биосфере происходит с разной скоростью и количественным составом участвующих компонентов. Непродуманная хозяйственная деятельность человека приводит к катастрофическим последствиям. К ресурсам требуется относиться бережно.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector