Đặc tính chu trình carbon, hồ chứa, thành phần, thay đổi



các chu trình carbon đó là quá trình hóa sinh học mô tả dòng chảy của carbon trên Trái đất. Nó bao gồm sự trao đổi carbon giữa các hồ chứa khác nhau (khí quyển, sinh quyển, đại dương và trầm tích địa chất), cũng như sự biến đổi của chúng thành các sắp xếp phân tử khác nhau..

Carbon là một yếu tố thiết yếu trong cuộc sống của chúng sinh. Trên trái đất, nó tồn tại ở dạng đơn giản là than hoặc kim cương, dưới dạng các hợp chất vô cơ, như carbon dioxide (CO2) và metan (CH4) và như các hợp chất hữu cơ, như sinh khối (nguyên liệu của sinh vật sống) và nhiên liệu hóa thạch (dầu và khí tự nhiên).

Chu trình carbon là một trong những chu trình hóa sinh phức tạp nhất và có tầm quan trọng lớn nhất do tác động của nó đối với sự sống trên hành tinh. Nó có thể được chia thành hai chu kỳ đơn giản hơn, được kết nối với nhau.

Một liên quan đến việc trao đổi carbon nhanh chóng xảy ra giữa các sinh vật sống và khí quyển, đại dương và đất. Một mô tả khác về các quá trình địa chất dài hạn.

Trong thế kỷ qua, mức CO2 bầu khí quyển đã tăng lên đáng kể do sử dụng nhiên liệu hóa thạch để duy trì mô hình kinh tế, xã hội và công nghệ không bền vững do cuộc cách mạng công nghiệp thúc đẩy trong thế kỷ 19.

Sự mất cân bằng trong chu trình carbon toàn cầu đã mang lại sự thay đổi trong mô hình nhiệt độ và lượng mưa được thể hiện ngày nay trong những gì chúng ta gọi là biến đổi khí hậu.

Chỉ số

  • 1 Đặc điểm chung
  • 2 bể chứa carbon
    • 2.1 Khí quyển
    • 2.2 Sinh quyển
    • 2,3 tầng
    • 2.4 Đại dương
    • 2.5 Trầm tích địa chất
  • 3 thành phần
    • 3.1-Chu kỳ nhanh
    • 3.2-Chu kỳ chậm
  • 4 Thay đổi chu trình carbon
    • 4.1 Thay đổi khí quyển
    • 4.2 Mất chất hữu cơ
  • 5 tài liệu tham khảo

Đặc điểm chung

Carbon là một nguyên tố hóa học phi kim loại. Biểu tượng của bạn là C, số nguyên tử của nó là 6 và khối lượng nguyên tử của nó là 12,01. Nó có bốn electron để tạo liên kết hóa học cộng hóa trị (nó là tetravalent).

Nó là một trong những yếu tố phong phú nhất trong lớp vỏ trái đất. Nguyên tố dồi dào thứ tư trong vũ trụ, sau hydro, heli và oxy, và nguyên tố dồi dào thứ hai trong sinh vật, sau oxy.

Carbon có một tầm quan trọng lớn đối với cuộc sống. Nó là một trong những thành phần chính của các axit amin tạo ra protein và là thành phần thiết yếu trong DNA của tất cả các sinh vật sống.

Cùng với oxy và hydro, nó tạo thành một sự đa dạng lớn của các hợp chất như axit béo, thành phần của tất cả các màng tế bào.

Hồ chứa carbon

Khí quyển

Bầu khí quyển là lớp khí bao quanh Trái đất. Nó chứa 0,001% carbon toàn cầu, chủ yếu ở dạng carbon dioxide (CO2) và metan (CH4).

Mặc dù là một trong những bể chứa carbon thấp nhất trên Trái đất, nhưng nó có liên quan đến một số lượng lớn các quá trình sinh hóa. Nó đại diện cho một hồ chứa quan trọng trong việc duy trì sự sống trên Trái đất.

Sinh quyển

Sinh quyển chứa hai phần ba tổng lượng carbon của Trái đất dưới dạng sinh khối (sống và chết). Carbon là một phần quan trọng trong cấu trúc và quá trình sinh hóa của tất cả các tế bào sống.

Rừng không chỉ tạo thành một bể chứa carbon quan trọng trong sinh quyển, mà một số loại đã được công nhận là chìm, như rừng ôn đới.

Khi rừng ở giai đoạn sơ cấp, chúng lấy CO2 của bầu khí quyển và lưu trữ nó dưới dạng gỗ. Mặc dù khi đạt đến độ chín, chúng hấp thụ ít carbon dioxide hơn, nhưng gỗ của cây chứa lượng carbon khổng lồ (xấp xỉ 20% trọng lượng của chúng).

Các sinh vật biển cũng tạo thành một bể chứa carbon quan trọng. Họ lưu trữ carbon trong vỏ của chúng, dưới dạng canxi cacbonat.

Đất

Đất chứa khoảng một phần ba carbon của Trái đất ở dạng vô cơ, chẳng hạn như canxi cacbonat. Nó lưu trữ carbon nhiều gấp ba lần so với khí quyển và gấp bốn lần carbon so với sinh khối của thực vật. Đất là hồ chứa lớn nhất trong tương tác với khí quyển.

Ngoài việc là một bể chứa carbon, đất đã được xác định là một bể quan trọng; đó là một khoản tiền gửi góp phần hấp thụ nồng độ carbon cao và ngày càng tăng trong khí quyển, dưới dạng CO2. Bồn rửa này rất quan trọng để giảm sự nóng lên toàn cầu.

Đất chất lượng, với một lượng mùn và chất hữu cơ tốt, là những bể chứa carbon tốt. Thực hành trồng cây truyền thống và sinh thái nông nghiệp duy trì các tính chất của đất như một bể chứa hoặc bể carbon.

Đại dương

Các đại dương chứa 0,05% lượng carbon toàn cầu của Trái đất. Carbon được tìm thấy chủ yếu ở dạng bicarbonate, có thể kết hợp với canxi và tạo thành canxi cacbonat hoặc đá vôi, kết tủa ở đáy đại dương.

Các đại dương đã được coi là một trong những bể lớn nhất của CO2, bằng cách hấp thụ khoảng 50% carbon trong khí quyển. Tình hình đã gây nguy hiểm cho đa dạng sinh học biển bằng cách tăng độ axit của nước biển.

Trầm tích địa chất

Các trầm tích địa chất được lưu trữ ở dạng trơ ​​trong thạch quyển là nơi chứa carbon lớn nhất trên Trái đất. Carbon được lưu trữ ở đây có thể có nguồn gốc vô cơ, hoặc có nguồn gốc hữu cơ.

Khoảng 99% carbon được lưu trữ trong thạch quyển là carbon vô cơ được lưu trữ trong đá trầm tích, như đá vôi.

Carbon còn lại là hỗn hợp các hợp chất hóa học hữu cơ có trong đá trầm tích, được gọi là kerogen, được hình thành từ hàng triệu năm trước bởi các trầm tích sinh khối bị chôn vùi và chịu tác động của áp suất và nhiệt độ cao. Một phần của các cherogen này được chuyển đổi thành dầu, khí đốt và than.

Linh kiện

Chu trình carbon toàn cầu có thể được hiểu rõ hơn bằng cách nghiên cứu hai chu kỳ đơn giản hơn tương tác với nhau: một chu kỳ ngắn và một chu kỳ dài.

Bộ phim ngắn tập trung vào việc trao đổi carbon nhanh chóng mà chúng sinh trải nghiệm. Trong khi chu kỳ dài xảy ra trong hàng triệu năm và bao gồm sự trao đổi carbon giữa bên trong và bề mặt Trái đất.

-Chu kỳ nhanh

Chu trình nhanh chóng của carbon còn được gọi là chu trình sinh học, bởi vì nó dựa trên sự trao đổi carbon xảy ra giữa các sinh vật sống với khí quyển, đại dương và đất.

Carbon trong khí quyển có mặt chủ yếu dưới dạng carbon dioxide. Khí này phản ứng với các phân tử nước trong đại dương để tạo ra ion bicarbonate. Nồng độ carbon dioxide trong khí quyển càng cao, sự hình thành bicarbonate càng lớn. Quá trình này giúp điều tiết CO2 trong bầu không khí.

Carbon, ở dạng carbon dioxide, xâm nhập vào tất cả các mạng lưới chiến lợi phẩm, cả trên cạn và dưới nước, thông qua các sinh vật quang hợp, như tảo và thực vật. Đổi lại, các sinh vật dị dưỡng thu được carbon bằng cách ăn các sinh vật tự dưỡng.

Một phần của carbon hữu cơ trở lại khí quyển thông qua sự phân hủy các chất hữu cơ (được thực hiện bởi vi khuẩn và nấm) và hô hấp tế bào (trong thực vật và nấm). Trong quá trình hô hấp, các tế bào sử dụng năng lượng được lưu trữ trong các phân tử chứa carbon (như đường) để tạo ra năng lượng và CO2.

Một phần khác của carbon hữu cơ được chuyển thành trầm tích và không quay trở lại khí quyển. Cacbon được lưu trữ trong trầm tích sinh khối biển dưới đáy biển (khi sinh vật chết), chúng bị phân hủy và CO2 nó tan trong nước sâu. CO này2 bị loại bỏ vĩnh viễn khỏi bầu khí quyển.

Tương tự, một phần carbon được lưu trữ trong cây, cao điểm và các loại thực vật rừng khác dần dần phân hủy trong đầm lầy, đầm lầy và đầm lầy trong điều kiện yếm khí và hoạt động của vi sinh vật thấp..

Quá trình này tạo ra than bùn, một khối xốp và nhẹ, giàu carbon, được sử dụng làm nhiên liệu và làm phân bón hữu cơ. Khoảng một phần ba lượng carbon hữu cơ trên cạn là than bùn.

-Chu kỳ chậm

Chu kỳ chậm của carbon bao gồm sự trao đổi carbon giữa các đá của thạch quyển và hệ thống bề mặt của Trái đất: đại dương, khí quyển, sinh quyển và đất. Chu trình này là bộ điều khiển chính của nồng độ carbon dioxide trong khí quyển ở quy mô địa chất.

Cacbon vô cơ

Carbon dioxide hòa tan trong khí quyển kết hợp với nước tạo thành axit carbonic. Điều này phản ứng với canxi và magiê có trong vỏ trái đất để tạo thành cacbonat.

Do ảnh hưởng xói mòn của mưa và gió, cacbonat đến các đại dương, nơi đáy biển tích tụ. Carbonate cũng có thể bị đồng hóa bởi các sinh vật, cuối cùng chết và kết tủa dưới đáy biển. Những trầm tích này tích tụ trong hàng ngàn năm và tạo thành đá vôi.

Các đá trầm tích dưới đáy biển được hấp thụ vào lớp phủ của Trái đất bằng cách hút chìm (một quá trình liên quan đến việc chìm một vùng đại dương của một mảng kiến ​​tạo dưới rìa của một mảng khác).

Trong thạch quyển, đá trầm tích phải chịu áp lực và nhiệt độ cao và hậu quả là làm tan chảy và phản ứng hóa học với các khoáng chất khác, giải phóng CO2. Do đó, carbon dioxide được giải phóng trở lại khí quyển thông qua các vụ phun trào núi lửa.

Cacbon vô cơ

Một thành phần quan trọng khác của chu trình địa chất này là carbon hữu cơ. Điều này bắt nguồn từ sinh khối chôn trong điều kiện yếm khí và áp suất và nhiệt độ cao. Quá trình này dẫn đến sự hình thành các chất hóa thạch có hàm lượng năng lượng cao, chẳng hạn như than, dầu hoặc khí tự nhiên..

Trong sự xuất hiện của Cách mạng Công nghiệp, vào thế kỷ 19, việc sử dụng carbon hữu cơ hóa thạch làm nguồn năng lượng đã được phát hiện. Kể từ thế kỷ XX, đã có sự gia tăng ổn định trong việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch này, khiến trong một vài thập kỷ, sự phóng thích vào khí quyển của một lượng lớn carbon tích lũy trong trái đất trong hàng ngàn năm.

Thay đổi chu trình carbon

Chu trình carbon, cùng với các chu kỳ của nước và chất dinh dưỡng, tạo thành nền tảng của sự sống. Việc duy trì các chu kỳ này quyết định sức khỏe và khả năng phục hồi của các hệ sinh thái và khả năng cung cấp phúc lợi cho nhân loại. Những thay đổi chính của chu trình carbon được đề cập dưới đây:

Thay đổi khí quyển

Carbon dioxide trong khí quyển là một loại khí nhà kính. Cùng với khí mêtan và các loại khí khác, nó hấp thụ nhiệt bức xạ từ bề mặt trái đất, ngăn không cho nó giải phóng vào không gian.

Sự gia tăng đáng báo động của carbon dioxide trong khí quyển và các loại khí nhà kính khác đã làm thay đổi cân bằng năng lượng của Trái đất. Điều này xác định sự lưu thông toàn cầu của nhiệt và nước trong khí quyển, nhiệt độ và lượng mưa, sự thay đổi của mô hình thời tiết và mực nước biển dâng.

Sự thay đổi chính của con người trong chu trình carbon dựa trên sự gia tăng phát thải CO2. Từ năm 1987, lượng khí thải CO toàn cầu hàng năm2 từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch đã tăng khoảng một phần ba.

Ngành xây dựng cũng gây ra khí thải CO trực tiếp2 trong sản xuất thép và xi măng.

Khí thải monoxide và carbon dioxide trong khí quyển của ngành vận tải cũng đã tăng lên trong những thập kỷ gần đây. Đã có sự gia tăng tương đối cao trong việc mua phương tiện cá nhân. Ngoài ra, xu hướng là những chiếc xe nặng hơn và tiêu thụ năng lượng cao hơn.

Những thay đổi trong sử dụng đất đã tạo ra khoảng một phần ba sự gia tăng carbon dioxide trong khí quyển trong 150 năm qua. Đặc biệt là do mất cacbon hữu cơ.

Mất chất hữu cơ

Trong hai thập kỷ qua, sự thay đổi trong sử dụng đất đã tạo ra sự gia tăng đáng kể lượng khí thải carbon dioxide và metan vào khí quyển.

Việc giảm diện tích rừng trên toàn thế giới ban đầu đã gây ra sự mất mát sinh khối đáng kể do sự chuyển đổi sang đồng cỏ và đất nông nghiệp.

Việc sử dụng nông nghiệp của vùng đất làm giảm chất hữu cơ, đạt đến trạng thái cân bằng mới và kém hơn, do quá trình oxy hóa chất hữu cơ.

Sự gia tăng khí thải cũng là kết quả của việc thoát nước than bùn và vùng đất ngập nước có hàm lượng hữu cơ cao. Với sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu, tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong đất và than bùn tăng lên, do đó nguy cơ bão hòa carbon quan trọng này được đẩy nhanh.

Các lãnh nguyên có thể đi từ một bể chứa carbon trở thành nguồn khí nhà kính.

Tài liệu tham khảo

  1. Barker, S, J. A. Higg in và H. Elderfield. 2003. Tương lai của chu trình carbon: xem xét, phản ứng vôi hóa, dằn và phản hồi về CO2 trong khí quyển. Giao dịch triết học của Hiệp hội Hoàng gia Luân Đôn A, 361: 1977-1999.
  2. Berner, R.A. (2003). Chu trình carbon dài hạn, nhiên liệu hóa thạch và thành phần khí quyển. Thiên nhiên 246: 323-326.
  3. (2018, ngày 1 tháng 12). Wikipedia, bách khoa toàn thư miễn phí. Ngày tham vấn: 19:15, ngày 23 tháng 12 năm 2018 từ es.wikipedia.org.
  4. Chu trình carbon. (2018, ngày 4 tháng 12). Wikipedia, bách khoa toàn thư miễn phí. Ngày tham vấn: 17:02, ngày 23 tháng 12 năm 2018 từ en.wikipedia.org.
  5. Falkowski, P., RJ Scholes, E. Boyle, J. Canadell, D. Canfield, J. Elser, N. Gruber, K. Pedersen, Y. Rosenthal, S. Seitzinger, V. Smetacek, W. Steffen. (2000). Chu trình Carbon toàn cầu: Một thử nghiệm về kiến ​​thức của chúng ta về Trái đất như là một hệ thống. Khoa học, 290: 292-296.
  6. Chương trình của Liên hợp quốc về môi trường. (2007). Triển vọng môi trường toàn cầu GEO4. Phoenix Design Aid, Đan Mạch.
  7. Saugier, B. và J.Y. Pontailler (2006). Chu trình carbon toàn cầu và hậu quả của nó trong quang hợp ở Altiplano của Bolivian. Sinh thái học ở Bolivia, 41 (3): 71-85.