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.

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.

Источник: https://www.syl.ru/article/180377/undefined

Круговорот углерода в природе

В ходе химических и физических процессов в земной биосфере постоянно проходит круговорот углерода (С). Этот элемент является важнейшим компонентов всех живых организмов. Атомы углерода постоянно циркулируют в различных сферах нашей планеты. Так, цикл карбона отображает динамику жизни на Земле в целом.

Большая часть углерода входит в состав атмосферы, а именно в виде углекислого газа. В водной среде также имеется диоксид углерода.

Вместе с тем, как происходит круговорот воды и воздуха в природе, совершается оборот С в окружающей среде. Что касается углекислого газа, то из атмосферы он поглощается растениями.

Далее происходит фотосинтез, после которого образуются различные вещества, в состав которых входит карбон. Общее количество углерода разделяется на части:

  • некоторое количество остается в составе молекул растений, присутствуя в них до момента отмирания дерева, цветка или травы;
  • вместе с флорой карбон попадает в организм животных, когда те питаются растительностью, и в процессе дыхания они выдыхают СО2;
  • когда плотоядные животные съедают травоядных, то С попадает в организм хищников, выделяясь потом через органы дыхания;
  • часть углерода, оставшись в растениях, попадает в грунт, когда они отмирают, и в результате карбон соединяется с атомами иных элементов, и вместе они принимают участие в образовании топливных полезных ископаемых, таких как уголь.

Когда углекислый газ попадает в водную среду, испаряется и поступает в атмосферу, принимая участие в круговороте воды в природе.

Часть карбона поглощается морской флорой и фауной, а когда они отмирают, то и углерод скапливается на дне акватории вместе с останками растений и животных. Значительная часть С растворяется в воде.

Читайте также:  Как попасть в нужный роддом

Если карбон входит в состав пород, топливных либо осадочных, то эта часть теряется из атмосферы.

Стоит отметить, что углерод поступает в воздух благодаря извержениям вулканов, при выдыхании углекислого газа живыми существами и выбросам различных веществ при сжигании топлива.

В связи с этим сейчас ученые установили, что в воздухе накапливается избыточное количество СО2, что приводит к парниковому эффекту.

В данный момент, переизбыток этого соединения значительно загрязняет воздушную среду, негативно влияет на экологию всей планеты.

Таким образом, углерод – это важнейший элемент в природе, участвует во многих процессах. От его количества в той или иной оболочке Земли зависит ее состояние. Чрезмерное количеств карбона может привести к загрязнению окружающей среды.

Источник: https://ecoportal.info/krugovorot-ugleroda-v-prirode/

Биогеохимический круговорот углерода в природе

Главная > Наука > Биология > Биогеохимический круговорот углерода в природе

Углерод относится к химическим элементам, без деятельности которых невозможна жизнь на нашей планете. Он находится в каждом атоме биологической структуры и берёт на себя функцию строительного материала.

Перманентный (постоянный) процесс перемещения углерода из органических структур в неживые тела называется круговоротом углекислого газа на планете.

Такая деятельность позволяет поддерживать способность к существованию каждого атома биосферы.

Круговорот углерода в природе

В окружающей среде имеются две разновидности соединений: органические (живые) и неорганические (мёртвые). К первым относят вещества биологического происхождения (углеводы, белки и липиды). В их структуре находится ряд важнейших макроэлементов.

В неорганических соединениях, возникающих путём взаимодействия химических реакций, совсем отсутствует углерод. К ним относят металлы, газы, оксиды, соли и т. д. Биосфера, используя углерод в качестве основополагающего элемента, трансформирует одно состояние в другое.

Наука называет этот процесс «круговоротом веществ»:

  • Атмосфера, водная среда и земля наполнены неорганическими соединениями, попадающими в пищевой тракт простейших живых существ (грибы, растения).
  • Последних поглощают высшие животные.
  • Когда эти создания погибают, мельчайшие организмы начинают перерабатывать мёртвую плоть обратно в состояние металла или соли.

Таким представляется общий принцип круговорота углекислого газа в природе. Однако, если рассматривать вопрос глубже, возникают различные нюансы.

Дыхательный обмен

СО2 обнаруживается в воздухе и минеральных запасах земли. Он образуется вследствие процессов дыхания, горения и гниения.

Флора легко усваивает углерод, трансформировавшийся в газ, а после перерабатывает его в органику. В структуре листьев растений происходит фотосинтез — процесс образования кислорода из хлорофилла и солнечного света.

С помощью особых пигментов представители флоры вбирают и запасают энергию на биологических мембранах.

На заметку!

Качество и скорость поглощения зависит от категории самого растения. Животные обязаны своим существованием именно флоре, производящей в огромных количествах необходимый в дыхании кислород.

Деятельность мельчайших существ

Вирусы, бактерии и паразиты могут с большим правом называться началом и концом всякой пищевой цепи. Благодаря действию мельчайших существ высшие растения и представители животного мира получают необходимую энергию для существования. Умершие организмы попадают в структуру почвы или достигают дна океана.

Без деятельности вирусов и бактерий плоть животных или тело растений оставались бы лежать в нетронутом состоянии. Перерабатывая мёртвую структуру, мельчайшие существа способствуют выделению углекислого газа или его простых соединений. Следовательно, питание получают живые организмы, а круговорот элементов начинается вновь.

На заметку!

Некоторые создания совсем не нуждаются в кислороде, чтобы расщепить мёртвую структуру. Анаэробные бактерии процветают в водной среде и способны образовывать чёрное сернистое железо, которое придаёт рекам или болотам характерный цвет.

Симбиоз — выгодное взаимодействие двух организмов — является частью круговорота углерода в биосфере. Некоторые животные неспособны расщепить клетчатку (целлюлозу), имеющую сложную структуру.

Однако природа поместила в желудки парнокопытных полезные микроорганизмы. Последние легко справляются с расщеплением целлюлозы до простых элементов, получая при этом пищу.

Желудок парнокопытных усваивает переработанную клетчатку.

Углерод на суше

В атмосфере находится треть этого элемента. Растениям, которые выступают главным звеном пищевой цепи, достаточно такого количества, чтобы получить необходимую энергию в процессе фотосинтеза.

Травоядные животные приспособлены к употреблению листьев, кореньев и стеблей. Хищники созданы, чтобы поедать более слабых любителей флоры.

Органические вещества, образовавшиеся после смерти плотоядного, проникают в глубокие слои грунта, где перерабатываются активными насекомыми, бактериями и вирусами.

Жизнедеятельность мельчайших организмов стимулирует образование солей и газов, которые внедряются в структуру растений. Макроэлементы могут надолго задержаться в глубоких слоях грунта, но чаще они высвобождаются в процессе горения торфа, метана и нефти. Круговорот веществ возобновляется.

Биогеохимический цикл углерода в океане

Процесс взаимодействия элементов в водной среде несколько сложнее, чем на земле. Углекислый газ долго растворяется в жидкости, и взаимодействие веществ замедлено.

В гидросфере классифицируют три резервуара с этим элементом: поверхность, глубокие воды и область радиоактивных веществ. За переработку углекислоты отвечает планктон, находящийся в верхних слоях океана. Здесь начинается пищевая цепочка.

Затем высшие организмы поглощают слабых, а погибая, опускаются на самое дно, где подвергаются тщательной переработке со стороны микроорганизмов.

Роль человека

«Царь природы» давно покинул рамки животной жизнедеятельности и старается подстроить под свои нужды окружающую биосферу, злоупотребляя использованием ресурсов:

  • Человек стремительно уменьшает количество растений на планете, что приводит к перенасыщению атмосферы углекислым газом.
  • На промышленных фабриках сжигается чрезмерное количество полезных ископаемых. Это провоцирует дисбаланс химических элементов в биосфере.
  • Антропогенная деятельность, по одной из версий, вызывает постепенное глобальное потепление. Парниковые газы задерживают отдачу инфракрасного излучения Землёй в космос, поэтому на планете растёт средняя температура. В числе последствий глобального потепления называется расширение Мирового океана, что приведёт к гибели большего количества представителей биосферы.

Значение круговорота

За миллионы лет существования планеты в её структуре накопилось огромное число углекислоты. В истории известны различные вариации процесса обмена (медленные, постепенные и катастрофические).

Жизнь не обладала бы потенциалом к развитию, если исключить перемещение углерода из одних соединений в другие.

Этот элемент представляется главным компонентом при построении всякой биологической системы:

  • Углеводы стимулируют рост растений и питают тела животных. Они распадаются в пищеварительном тракте.
  • Гликоген, образующийся в печени, выступает как дополнительный ресурс энергии для высших организмов.
  • Углерод — строительный материал белка, которой создаётся из аминокислот.

Значение элемента для поддержания жизненных процессов невозможно переоценить. Его циркуляция от органики к мёртвым объектам способствует расцвету новых структур и необходимому разрушению того, что устарело. На примере перемещения углерода легко проследить динамическую составляющую биологических процессов.

Источник: https://obrazovanie.guru/nauka/biologiya/biogeohimicheskij-krugovorot-ugleroda-v-prirode.html

Круговорот углерода в природе

Нужно отметить тот факт, что абсолютно вся жизнь на Земле имеет в своем основании химические элементы углеродного типа. Каждая составляющая, которая принадлежит живому организму, имеет строение скелета углеродного типа. Словом, углерод с нами везде и всюду.

К тому же, атомы, относящиеся, непосредственно, к углероду, непрерывно осуществляют миграцию из одной области биосферы, которая принадлежит более узкой оболочке земли и на которой есть жизнь, в совершенно иную. Если основываться на примерах, то круговорот представленного элемента в природе можно проконтролировать, но только на этапе динамики.

Наиболее важные и значимые запасы углерода представляются в виде диоксида углерода, которые, так или иначе распространены в атмосфере. Именно поэтому, стоит изучить все те составляющие углекислого газа, которые содержатся в атмосфере.

Важным этапом является то, что растения осуществляют процесс поглощения молекул, после чего и происходит превращение атома в самые разные воссоединения органического типа. Этот процесс является неотъемлемой частью структуры всех растений на земле.

Помимо всего этого, углерод способен оставаться и производить все важные процессы до тех пор, пока растение не придет к своему концу жизни. Как правило, в таком случае, все молекулы идут напрямую в пищу в виде редуцента.

Стоит напомнить, что редуцент, в свою очередь, является тем организмом, который питается омертвевшими составляющими органического типа, после чего идет полное разрушение его до самых элементарных соединений антибазисной категории.

Так, на завершающем этапе, представленный химический элемент возвращается в среду в вариации газа углекислой категории. Обозначение, которого известно всем – общепринятая формула СО2.

Стоит не забывать о том, что растения могут быть поглощены животными травоядного класса. На таком этапе, элемент возвращается либо обратно в атмосферу, либо же животные травоядного класса подвергаются съедению более хищными видами фауны. В первом случае, процесс дыхания осуществляется тогда, когда животное разлагается на самом последнем этапе.

Второй процесс может быть осуществим только после того, как углерод возвратится сразу же в живую среду. Растения также могут просто погибнуть и в завершении, оказаться под земной корой. Если такой процесс все же осуществился, то растения преобразуются в топливо ископаемого типа, к примеру, в уголь.

Если же исходные элементы углекислого газа просто растворятся в воде морского типа, то может произойти следующее:

  • Химический элемент возвращается обратно в живую среду. Именно эта вариация совместного обмена газами между океаном и атмосферой, происходит очень часто. Точно с таким же успехом, представленный химический элемент может войти в строение растений или же животного организма – обитателя морских просторов.
  • В случае если химический элемент войдет в структуру отложений осадочного типа, то он просто вымоется из живой среды и не усвоится. В процессе всего того времени, пока существует планета Земля, углерод всегда замещался углекислым газом, который в свою очередь попадал в атмосферу при извержениях вулканического типа.
Читайте также:  Как сделать цедру лимона

На сегодняшний день, ко всем перечисленным факторам прибавились еще и все те выбросы, которые непосредственно образуются при процессе сжигания топлива ископаемого класса. В последнее время ощутимым камнем преткновения является то, что правительства различных стран уже несколько лет пытаются прийти к международному соглашению в области выбросов углекислого газа.

Но ученые еще не могут быть уверены в том, что процесс накопления углекислого газа в живой среде можно приостановить одними лишь посадками растений и обширных лесопосадок. Надо отметить, что такой процесс как круговорот углерода в живой среде еще не является до конца открытым. Ученые постоянно работают над этим, и с каждым годом в науке происходят еще более удивительные открытия.

Источник: http://www.sciencedebate2008.com/carbon-cycle-in-nature/

Круговорот углерода в природе

Все вещества, все химические элементы постоянно циркулируют в биосфере. Они переходят из живых организмов в окружающую среду и обратно. Одних элементов в природе много, они преобладающие, других меньше, некоторых совсем мало (микроэлементы).

 Рассмотрим

1. Сначала надо определиться, в виде каких соединений углерод находится в природе.

  • В атмосфере нашей планеты и в Мировом океане — это углекислый газ — CO2
  • В живых организмах — все органические соединения основаны на углероде
  • в земной коре в виде осадочных отложений или ископаемого топлива

2. Как осуществляется переход от одного соединения углерода к другому:

  • переход от CO2 к органическим соединениям: все растения на земле поглощают углекислый газ и с помощью энергии света производят органические вещества (фотосинтез). То же самое делают водоросли в водной среде. Т.о. углерод находится в структуре растения.
  • переход от органических соединений обратно к CO2: здесь возможны 2 путипуть1:  участие микроорганизмов в круговороте углерода: растение погибает, служит пищей для редуцентов (грибы и бактерии). Т.о., роль микроорганизмов в круговороте углерода — перерабатывание органических веществах до неорганических.Этот путь может быть немного длиннее, если растение съедается животными (консументами 1-го порядка, затем они поедаются консументами 2-го порядка и т.д.) — углерод возвращается в атмосферу в виде CO2 за счет дыхания животных или в случае их смерти за счет деятельности редуцентов.

 

 

путь 2: растения погибают и оказываются в слое земли (под землей). Так образуется ископаемое топливо — нефть, торф,уголь.

Углерод может накапливаться на дне морей и океанов в виде известняка (останки погибших водных организмов)

Если мы рассматриваем перемещение углерода из атмосферы в живые организмы и обратно, то более точно такой круговорот называется “Круговорот углерода в биосфере”.

Если углерод перешел из атмосферы в состав отложений или топлива, то это уже “Круговорот углерода в биогеосфере”

Влияние человека (антропогенное влияние) на круговорот углерода:

(это одна из многочисленных теорий и предположений причин глобального потепления на нашей планете, но в формате подготовки к ЕГЭ рассматривается именно этот вариант)

  1. Естественно, человек выделяет углекислый газ (CO2) в результате дыхания;

  2. При сжигании различных видов топлива в атмосферу выделяется ОГРОМНОЕ количество CO2 (+ выхлопные газы машин).
    Это нарушает сложившийся за миллиарды лет баланс на Земле, что приводит к Парниковому эффекту — большая концентрация CO2 играет роль стекла — под действием солнца  атмосфера нагревается сильнее, чем обычно.

  •  В ЕГЭ это вопрос А26 — Биосфера и круговорот веществ

Обсуждение: «Круговорот углерода в природе»

(Правила комментирования)

Источник: https://distant-lessons.ru/krugovorot-ugleroda-v-prirode.html

Круговорот углерода

В биосфере Земли постоянно совершаются круговороты различных веществ, которые циркулируют между живыми организмами и оболочками планеты (атмосферой, гидросферой и литосферой).

Углерод является важнейшим химическим элементом органических веществ всех типов. Круговорот углерода в биосфере представляет собой сложную цепочку реакций. Это циклическое перемещение данного элемента между живыми существами и неорганическим миром.

При этом углерод переходит из воздушной и водной среды в организмы растений и животных, а затем снова поступает в воздух, воду и почву, где становится доступным для последующего использования.

В связи с тем, что углерод крайне необходим для поддержания всех жизненных форм, вмешательство в циркуляцию этого химического элемента оказывает влияние на численность и разнообразие живых организмов, существующих на Земле.

Источником углерода является атмосферный воздух, где этот элемент присутствует в форме диоксида углерода (углекислого газа). Также углекислый газ в растворенном виде (слабая угольная кислота) имеется в водах пресных и соленых водоемов. Кальций соединяется с данной кислотой, образуя минералы – карбонаты (известняк).

Общая масса растворенных и осадочных углеродсодержащих соединений равна примерно 1,8 трлн. тонн. Концентрация связанного углерода в атмосферном воздухе в виде углекислого газа составляет 0,03% от массы воздуха на уровне моря, в абсолютных величинах это составляет примерно 750 млрд. тонн.

Оценить содержание углерода в живых организмах даже ориентировочно не представляется возможным из-за их многочисленности и широкого распространения на Земле.

Элементарный углерод находится в движении постоянно. Процесс круговорота углерода начинается внутри экосистем путем потребления зелеными растениями СО2 из воздушной и водной среды при фотосинтезе. В ходе фотосинтеза диоксид углерода превращается в простые сахара, которые при дыхании растений расщепляются, отдавая организмам энергию, а часть СО2 снова выделяется в атмосферу.

Определенная доля углерода поступает затем с фитомассой к микроорганизмам и растительноядным животным. Все аэробные организмы участвуют в выведении углерода в биоценотическую среду экосистем при дыхании и брожении, когда углерод органических веществ трансформируется в углекислый газ с выделением энергии для жизнедеятельности организмов.

Также углерод возвращается в атмосферу при разложении тел животных, питающихся растениями. Углерод затем повторно используется растениями в виде углекислого газа для фотосинтеза. Это внутрисистемный круговорот углерода. Частично этот элемент выводится в атмосферу из экосистем. Циркуляция углерода тесно связана с круговоротом кислорода.

Таким образом, два важнейших биологических процесса – фотосинтез и дыхание – определяют циркуляцию углерода в биосфере.

Цикл круговорота углерода не является полностью замкнутым. На баланс углерода в планетарных масштабах влияют геологические процессы. При накоплении в таких ископаемых, как нефть, уголь, газ, известняк, др., углерод исключается из круговорота в биосфере.

В атмосферу выделяются большие количества углекислого газа при сжигании горючих углеродсодержащих ископаемых в результате деятельности промышленных предприятий.

Человек нарушает естественный круговорот углерода в природе в процессе интенсивной хозяйственной деятельности.

Только за ХХ век концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась на 25%, что в будущем может повлечь ускорение развития «парникового эффекта».

Источник: http://geografya.ru/biosfera/krugovorot_veshestv_v_biosfere/krugovorot_ugleroda.html

Круговорот углерода в природе

Всем известны законы сохранения энергии и сохранения материи.

Атомы различных химических элементов переходят из одного соединения в другое, но ни материя, ни энергия не исчезают: они участвуют только в своеобразных круговоротах.

Одним из таких круговоротов, обусловленных наличием жизни на Земле и действием солнечной энергии, является круговорот углерода.

Воздух у поверхности Земли содержит ничтожное количество (6,03 процента) углекислого газа, или, иначе, углекислоты. Благодаря хлорофиллу в зеленых частях растений происходит образование богатых энергией веществ за счет соединения углекислоты воздуха и воды. Таким образом, углекислый газ постоянно связывается и удаляется из атмосферы.

И тут может возникнуть вопрос: а не наступит ли такой момент, когда воздух лишится углекислоты и растения не смогут жить на Земле?

На этот вопрос можно ответить точным подсчетом. Общее количество углекислоты в земной атмосфере равно приблизительно 1 500 миллиардам тонн. В этом количестве углекислоты содержится 410 миллиардов тонн углерода. Кстати, в разведанных запасах каменного угля углерода гораздо больше.

Годовое производство пищевого сахара во всем мире содержит около 10 тысяч тонн углерода.

Стало быть, сахарное производство могло бы связать всю углекислоту воздуха за 41 миллион лет! И тогда жизнь зеленых растений прекратилась бы, а вслед за этим погибли бы от голода и остальные живые существа.

Но это никогда не может произойти, потому что одновременно со связыванием углерода идет и обратный процесс — его освобождение.

Когда растение умирает, тело его становится достоянием бесчисленных и вездесущих бактерий. Происходят процессы брожения и гниения; они приводят к тому, что весь связанный углерод освобождается и в виде углекислоты возвращается в атмосферу.

Часть богатых энергией углесодержащих соединений попадает в пищу животным. Поедая сахароподобиые вещества — крахмал, клетчатку и прочее, они используют находящуюся в них энергию, а углерод в виде углекислоты возвращают в атмосферу.

Круговорот углерода в природе

Но случается иногда и так, что большие количества углерода надолго выходят из круговорота: иначе значительные массы растительного вещества скопляются в таких условиях, при которых разложение их микроорганизмами (гниение) не происходит.

Так образуется, например, торф на дне болота, где без доступа воздуха происходит обугливание, то есть накопление углерода. Подобным образом под наслоением песка и глин обугливались массы растительных остатков и образовали каменный уголь.

Читайте также:  Как предсказать судьбу по дате рождения

Образование нефти в результате разложения животных и растительных остатков также связывает углерод.

Весьма значительные количества углерода и с ним энергии оказываются упрятанными глубоко в недрах земли, где они ждут человека, который извлечет эти богатства на поверхность земли. Сжигая уголь и торф, мы освобождаем энергию и возвращаем атмосфере соответственное количество углекислого газа. Он снова связывается растениями и вновь входит в общий круговорот углерода.

Кроме образования каменного угля, торфа и нефти, существует еще один процесс, который сопровождается «пленением» больших количеств углерода: он заключается в образовании гигантских отложений мела и известняка. Огромные массы морских животных — кораллы, моллюски и т. д. — связывают растворенный в воде кальций с углекислотой: образуют раковины и другие виды наружных скелетов жителей моря.

Умершие морские животные устилают своими скелетами-раковинами дно морей и океанов. В результате возникают мощные отложения мела, известняка и со дна морей поднимаются коралловые рифы. Эти процессы совершаются в продолжение многих миллионов лет. Там, где когда-то шумели волны, сейчас поднимаются целые горы из известняка и мела. Эти горы являются огромными запасами связанной углекислоты.

Источник: http://www.activestudy.info/krugovorot-ugleroda-v-prirode/

Круговорот углерода в природе

 

Биосфера представляет оболочку жизни – область существования живого вещества. Весь ее углерод им захвачен. Все углеродистые соединения, находящиеся и образующиеся в ней, с ним каким-нибудь образом связаны.

Все фреатические углеродистые минералы, попадающие в нее в результате геологических процессов, происходят в своей основе из живого вещества, представляют метаморфизованные продукты вадозных минералов, когда-то связанных с жизнью.

CO2 – единственный ювенильный и фреатический минерал углерода, проникающий в большом количестве в биосферу.

Важно отметить, что на земной поверхности существует большое количество химических процессов, связанных с синтезом угольной кислоты. Эти процессы находятся в очевидной связи с живым веществом, так как они все образуются под влиянием свободного кислорода.

Свободный кислород окисляет углеродистую, даже графитовую, пыль, большие количества угольной кислоты образуются в среде самого живого вещества под влиянием процессов дыхания.

Углеводороды (главным образом метан), которые, несомненно, приходят из глубоких слоев земной коры, только отчасти ювенильного происхождения. Большая часть их массы образуется в вадозных областях: таковы газы болот (биохимический продукт). Другая создается в стратисфере, например газы, выделяющиеся в каменноугольных копях.

Но такое объяснение, едва ли приложимо целиком к газовым струям углеводородов, огромная масса которых непрерывно сейчас выделяется бурением и в меньшем количестве извека выделяется в природных условиях.

Часть их в значительной мере генетически связана с нефтяными месторождениями. Это газовая фаза нефтей. Другая должна быть увязана с рассеянным органическим веществом осадочных пород, т.е. в значительной мере имеет сложное происхождение, выражаемое схемой:

Морская жизнь → морской ил → осадочные породы → газы.

Переход в газы должен происходить в процессах биохимического и безжизненного изменения в бескислородной среде.

Но все же часть метана может быть связана с магматическими очагами и является составной частью глубоких подземных атмосфер состава H2O-CH4.

Генезис этих атмосфер должен быть сложный, и пары воды и углеводороды могут быть разного происхождения.

Геохимический цикл углерода

Жизненный цикл углерода

Жизненный цикл углерода – равновесие между угольной кислотой и живым веществом.

Наиболее выдающейся чертой жизненного цикла является его неполная обратимость, так как он возвращает окружающей среде лишь часть поглощенной жизнью угольной кислоты.

Часть ее атомов всегда задерживается в жизненном цикле, другая выделяется в виде углеродных биогенных минералов.

Этот последний углерод покидает геохимический цикл и возвращается в него иногда лишь через геологически долгое время.

Главными группами таких биогенных углеродных минералов являются карбонаты извести, каменные угли, нефти и битумы. Все остальные происходят из них или образуют незначительные по сравнению с ними массы.

Жизненный цикл углерода

Количества углерода, потерянные для жизненного цикла в виде карбонатов, каменного угля, нефти, соответствуют лишь незначительной части общего органического углерода. Живое вещество удерживает углерод в жизненном цикле. Это наиболее характерная черта геохимии этого элемента.

Большая часть угольной кислоты, поглощенная организмами, всегда задерживается живым веществом. Даже когда угольная кислота выделяется одними из этих организмов, она мгновенно захватывается другими (например, дыхание почвы).

Этот факт был установлен великим натуралистом К. М. фон Бэром в 1838г. как закон бережливости природы по отношению к живому веществу. К. М. фон Бэр заметил, что переход органического углерода в углерод неорганический, т.е. создание вадозных углеродистых минералов, совершается с чрезвычайной медленностью. Углерод выходит из жизненного цикла:

CO2 живое вещество, лишь с большим трудом и в малом количестве.

Но все же он частью покидает цикл, и цикл, таким образом, становится необратимым. Это факт, имеющий огромное значение в истории Земли.

Биологический круговорот атомов

Повсеместно в биосфере наряду с образованием живого вещества и аккумуляцией энергии протекает и противоположный процесс – превращение сложных органических соединений в простые минеральные CO2, H2O, NH3 и т.д. Эта минерализация идет и в самих растениях, которые при дыхании окисляют органические вещества до CO2 и H2O. Гораздо энергичнее минерализуют органические вещества животные и еще более энергично – микроорганизмы.

Противоположные процессы образования и разрушения органических веществ в биосфере не могут существовать один без другого, они образуют единый биологический круговорот атомов. Рассмотрим этот круговорот с точки зрения трех известных нам критериев: превращения вещества, энергии, накопления информации.

Продолжительность отдельных циклов биологического круговорота атомов очень различна. Немногие недели живут растения-эфемеры, образующие весной пышный ковер в пустынях Средней Азии. И за это время они успевают накопить органическое вещество, которое в начале лета, после их смерти, в почве быстро разлагается до исходных продуктов – CO2, H2O и т.д.

Но уже в лесном ландшафте часть атомов углерода, заключенных в древесине, окислится до CO2 только после смерти деревьев, т.е. через десятки или сотни лет.

Наконец, если органическое вещество будет захоронено в осадочных породах и превратится в уголь, окисление которого произойдет только через несколько геологических периодов, круговорот углерода растянется на миллионы лет.

Круговорот углерода в биосфере (рис.1)

Круговороты не замкнуты. Каждый новый цикл не является точным повторением предыдущего, природа не остается неизменной. Вот характерный пример. Представим себе озеро в лесной зоне с травами, растущими в прибрежной полосе (осоки, тростники и др.), богатое рыбой.

После каждого годичного цикла круговорота часть атомов углерода, водорода и других элементов, заключенных в органических веществах, не переходит в минеральные соединения, а захороняется на дне озера в форме органического ила – сапропеля.

Постепенно озеро мелеет, наконец, наступает момент, когда его котловина полностью зарастает травами и заполняется органическими остатками, озеро превращается в болото. Такова судьба большинства лесных озер, история многих болот.

Можно сказать, что поступательное развитие в биосфере осуществляется через систему круговоротов.

В процессе минерализации органических веществ освобождается энергия, которая была поглощена при фотосинтезе. Она освобождается в виде тепла (вспомним, например, разогревание и даже самовозгорание недостаточно высушенного сена), но главным образом в виде химической энергии, носителями которой являются природные воды.

Обогащаясь такими продуктами минерализации, как CO2, гумусовые кислоты, NH3, SO2-4, H2S, воды становятся химически высокоактивными, они разрушают («выветривают») горные породы. Таким образом, с энергетической точки зрения биологический круговорот атомов переводит энергию солнечных лучей в другие виды энергии, за счет которых в биосфере выполняется большая работа.

Особенно следует отметить превращение солнечной энергии в химическую энергию природных вод и газов.

Нетрудно убедиться также, что в ходе биологического круговорота атомов происходит передача информации, создание новой информации, ее переработка и захоронение, т.е. это также и информационный процесс. Чем энергичнее протекает биологический круговорот атомов, тем большее количество информации при этом перерабатывается.

Положение о круговороте атомов считается одним из основных законов геохимии биосферы – законом биологического круговорота атомов, который сводится к следующему – в биосфере атомы участвуют в биологических круговоротах, в ходе которых они поглощаются живым веществом и заряжаются энергией, затем покидают живое вещество, отдавая накопленную энергию в окружающую среду. За счет этой биогенной энергии осуществляются многие химические реакции. Главными носителями энергии являются природные воды. В результате биологического круговорота атомов происходит изменение химического состава биосферы, само поступательное развитие биосферы осуществляется через систему круговоротов.

Круговорот углерода в биосфере (рис.2)

 т., в то время как содержание его в Мировом океане оценивается в 1,3∙1014 т. В литосфере в связанном состоянии находится 2∙1017 т. углекислого газа. Значительное количество углекислого газа содержится и в живом веществе биосферы (около 1,5∙1012 т.), т.е. почти столько, сколько во всей атмосфере. Углекислый газ атмосферы и гидросферы обменивается и обновляется живыми организмами за 395 лет.

1.     Вернадский В. И. Биосфера. – М.: Мысль, 1967.

2.     Перельман А. И. Геохимия биосферы. – М.: Наука, 1973.



Источник: http://biofile.ru/geo/105.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector