מחזור פחמן: מאפיינים, שלבים, חשיבות - סביבה - 2025

מחזור הפחמן הוא תהליך של מחזור של יסוד כימי זה באוויר, במים, באדמה דברים וחיים. זהו מחזור ביולוגי-כימי מסוג גז וצורת הפחמן הנפוצה ביותר באטמוספירה היא פחמן דו חמצני (CO2).

מאגרי הפחמן הגדולים ביותר נמצאים באוקיינוסים, דלקים מאובנים, חומר אורגני וסלעי משקע. כמו כן, הדבר חיוני במבנה גופם של אורגניזמים חיים ונכנס לשרשראות הגביעות כ- CO2 באמצעות פוטוסינתזה.

פוטוסינתיסייזרים (צמחים, פיטופלנקטון וציאנו-בקטריה) סופגים פחמן מפחמן דו-חמצני באטמוספירה, ואז אוכלי-עשב לוקחים אותו מהאורגניזמים הללו. אלה נצרכים על ידי טורפים ולבסוף כל האורגניזמים המתים מעובדים על ידי מתפרקים.

בנוסף לאטמוספרה וליצורים חיים, פחמן נמצא באדמה (אדיוספוס) ובמים (הידרוספרה). באוקיינוסים, פיטופלנקטון, מקרו-אצות ואנגיוספרמים מימיים לוקחים את ה- CO2 המומס במים כדי לבצע פוטוסינתזה.

איור מחזור פחמן

CO2 משתלב מחדש באטמוספירה או במים דרך הנשמה של יצורים חיים יבשתיים ומימיים בהתאמה. ברגע שישויות חיות מתות, הפחמן משתלב בסביבה הפיזית כ- CO2 או כחלק מסלעי משקע, פחם או נפט.

מחזור הפחמן חשוב מאוד מכיוון שהוא ממלא תפקידים שונים כמו להיות חלק מיצורים חיים, עוזר לוויסות הטמפרטורה הפלנטרית וחומציות המים. באופן דומה, זה תורם לתהליכים השוחקים של סלעי משקע ומשמש כמקור אנרגיה עבור האדם.

מאפיינים

פַּחמָן

אלמנט זה מדורג במקום השישי בשפע ביקום והמבנה שלו מאפשר לו ליצור קשרים עם יסודות אחרים כמו חמצן ומימן. זה נוצר על ידי ארבעה אלקטרונים (tetravalent) היוצרים קשרים כימיים קוולנטיים המסוגלים להוות פולימרים בעלי צורות מבניות מורכבות.

האטמוספירה

פחמן נמצא באטמוספרה בעיקר כפחמן דו חמצני (CO2) באחוז של 0,04% מהרכב האוויר. אם כי ריכוז הפחמן האטמוספרי השתנה באופן משמעותי ב -170 השנים האחרונות בגלל התפתחות התעשייה האנושית.

לפני התקופה התעשייתית, הריכוזיות נע בין 180 ל -280 ppm (חלקים למיליון) וכיום הוא עולה על 400 ppm. בנוסף, יש מתאן (CH4) בשיעור קטן בהרבה ופחמן חד-חמצני (CO) בעקבות קטנות.

CO2 ומתאן (CH4)

לגזים מבוססי פחמן אלה יש את המאפיין של ספיגת וקרינת אנרגיה של גל ארוך (חום). מסיבה זו, נוכחותו באטמוספירה מווסתת את הטמפרטורה הפלנטרית, על ידי מניעת הבריחה לחלל של החום שמוקרן כדור הארץ.

מבין שני הגזים הללו, מתאן לוכד יותר חום, אך CO2 ממלא את התפקיד הקובע ביותר בגלל השפע היחסי שלו.

העולם הביולוגי

מרבית מבנה היצורים החיים מורכב מפחמן, חיוני ביצירת חלבונים, פחמימות, שומנים וויטמינים.

הליטוספירה

הפחמן הוא חלק מהחומר האורגני והאוויר בקרקע, הוא נמצא גם בצורת יסודות כמו פחמן, גרפיט ויהלום. באותו אופן זהו חלק מהותי מהפחמימנים (שמן, ביטומנים) שנמצאים במצבים עמוקים.

היווצרות פחמן

כאשר הצמחייה מתה באגני אגם, ביצות או ים רדודים, פסולת צמחים מצטברת בשכבות מכוסות מים. לאחר מכן נוצר תהליך פירוק אנאירובי איטי הנגרם על ידי חיידקים.

המשקעים מכסים את שכבות החומר האורגני המתפרק שעובר תהליך מתקדם של העשרת פחמן לאורך מיליוני שנים. זה עובר בשלב של כבול (50% פחמן), ליגניט (55-75%), פחם (75-90%) ולבסוף אנתרציט (90% ומעלה).

היווצרות שמן

זה מתחיל בפירוק אירובי איטי, ואז יש שלב אנאירובי, המורכב משרידי פלנקטון, בעלי חיים וצמחי ים או אגם. חומר אורגני זה נקבר על ידי שכבות משקעים והיה נתון לטמפרטורות ולחצים גבוהים בתוך כדור הארץ.

עם זאת, בהתחשב בצפיפותו הנמוכה יותר, השמן עולה דרך נקבוביות הסלעים המשקעים. בסופו של דבר, הוא נלכד באזורים אטומים או יוצר התפרצויות ביטומניות רדודות.

ההידרוספרה

ההידרוספרה שומרת על חילופי גזים עם האטמוספרה, בעיקר חמצן ופחמן בצורה של CO2 (מסיס במים). פחמן נמצא במים, בעיקר באוקיינוסים, בעיקר בצורה של יוני ביקרבונט.

יוני הביקרבונט ממלאים תפקיד חשוב בוויסות החומציות של הסביבה הימית. לעומת זאת, על קרקעית הים יש כמויות גדולות של מתאן שנלכדו כמתאן-הידרטים.

גשם חומצי

פחמן חודר גם בין המדיום הגזי לנוזל, כאשר CO2 מגיב עם אדי מים אטמוספריים ויוצר H2CO3. חומצה זו יורדת עם מי גשם ומחמצת קרקעות ומים.

שלבי מחזור הפחמן

לכידת פחמן ואחסון. מקור: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin ו- Jamie Paynederivative: Jarl Arntzen (שיחה) עבודה נגזרת: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 )

כמו כל מחזור ביוגיוכימי, מחזור הפחמן הוא תהליך מורכב המורכב מרשת של מערכות יחסים. הפרדתם לשלבים מוגדרים היא רק אמצעי לניתוחם ולהבנתם.

- שלב גאולוגי

כרטיסים

תשומות פחמן לשלב זה מגיעות במידה פחותה מהאטמוספרה, על ידי גשם חומצי ואוויר המסונן לקרקע. עם זאת, הקלט העיקרי הוא תרומתם של אורגניזמים חיים, הן על ידי צומתם והן על ידי גופם בעת מותם.

אחסון ומחזור

בשלב זה, פחמן מאוחסן ונעה בשכבות עמוקות של ליטוספירה כמו פחם, נפט, גז, גרפיט ויהלומים. זהו גם חלק מסלעי פחמתי, שנלכדו ב permafrost (שכבת קרקע קפואה בקווי רוחב קוטביים) ומתמוסס במים ובאוויר של נקבוביות האדמה.

בדינמיקה של טקטוניקת צלחות, הפחמן מגיע גם לשכבות העמוקות יותר של המעטפת והוא חלק מהמאגמה.

יציאות

פעולת הגשם על סלעים רעיים מכרסמת בהם והסידן משתחרר יחד עם אלמנטים אחרים. הסידן משחיקת סלעי הקרבונט הללו נשטף בנהרות ומשם לאוקיאנוסים.

באופן דומה, CO ₂ משתחרר כאשר המחלחל מפשיר או על ידי חריש יתר של האדמה. עם זאת, התפוקה העיקרית מונעת על ידי האדם על ידי מיצוי פחם, נפט וגז מהליטוספרה, כדי לשרוף אותם כדלק.

פעילות אנושית, המבוססת על צריכת פחמימנים, משחררת פחמן באטמוספרה

- שלב הידרולוגי

כרטיסים

CO ₂ אטמוספרי כאשר הוא בא במגע עם פני המים מתמוסס ויוצר חומצה פחמנית ומתאן נכנס לליטוספרה מקרקעית הים, כפי שהתגלה באזור הארקטי. בנוסף, יוני HCO ₃ נכנסים לנהרות ואוקיאנוסים כתוצאה משחיקת סלעי קרבונט בליטוספרה ושטיפת אדמה.

כאשר יורד גשם, המים נושאים פחמן בצורה של פחמן דו חמצני מהאטמוספרה ומהסלעים. בהגיעם לאוקיאנוס משתמשים באלמוגים, פלנקטון ובעלי חיים ימיים אחרים בכדי לגדול. דברים חיים אלו - אלמוגים, פלנקטון ובעלי חיים ימיים - מתים ונכנסים לפחמן באדמה

אחסון ומחזור

ה- CO2 מתמוסס במים היוצרים חומצה פחמית (H2CO3), ממיסים את הסידן פחמתי של הקליפות ויוצרים חומצת סידן קרבונט (Ca (HCO3) 2). לכן פחמן נמצא ומסתובב במים בעיקר כ- CO2, H2CO3 ו- Ca (HCO3) 2.

מצד שני, אורגניזמים ימיים שומרים על חילוף קבוע של פחמן עם הסביבה המימית שלהם באמצעות פוטוסינתזה והנשמה. כמו כן, עתודות גדולות של פחמן הן בצורת hydrates מתאן על קרקעית הים, קפואות בטמפרטורות נמוכות ולחצים גבוהים.

יציאות

האוקיאנוס מחליף גזים עם האטמוספירה, כולל CO2 ומתאן, וחלק מהאחרון משתחרר לאטמוספירה. לאחרונה התגלה עלייה בדליפת מתאן אוקיאנית בעומקים של פחות מ -400 מ ', כמו למשל מול חופי נורווגיה.

העלייה בטמפרטורה העולמית מחממת את המים במעמקים שאינם גדולים מ -400 מ 'ומשחררת את הידראטים המתאן. תהליך דומה התרחש בפלייסטוקן, שחרר כמויות גדולות של מתאן, התחמם את כדור הארץ יותר וגרם לסוף עידן הקרח.

- שלב אטמוספרי

כרטיסים

הפחמן נכנס לאווירה מהנשמה של יצורים חיים ומפעילות מתנוגנית חיידקית. באופן דומה, על ידי שריפות צמחייה (ביוספירה), מחליפים עם ההידרוספרה, שריפת דלקים מאובנים, פעילות וולקנית ושחרור מהאדמה (גיאולוגי).

שחרור פחמן גאולוגי באטמוספרה על ידי הר געש מתפרץ. מחבר: Ciencia1.com

אחסון ומחזור

באטמוספירה, הפחמן נמצא בעיקר בגזים כמו CO2, מתאן (CH4) ופחמן חד חמצני (CO). באופן דומה, תוכלו למצוא חלקיקי פחמן המותלים באוויר.

יציאות

תפוקות הפחמן העיקריות משלב האטמוספירה הן ה- CO2 שמתמוסס במי האוקיאנוס ומשמשים לפוטוסינתזה.

- שלב ביולוגי

כרטיסים

הפחמן נכנס לשלב הביולוגי כ- CO2 בתהליך הפוטוסינתזה המבוצע על ידי צמחים וחיידקים פוטוסינתטיים. כמו כן, יוני Ca2 + ו- HCO3 המגיעים לים על ידי שחיקה ומשמשים אורגניזמים שונים בייצור קונכיות.

צמחים ומיקרואורגניזמים סופגים פחמן דו חמצני מהאטמוספרה וממירים אותו לחמצן ואנרגיה באמצעות פוטוסינתזה

אחסון ומחזור

כל תא ולכן גופם של יצורים חיים מורכב משיעור גבוה של פחמן, המהווים חלבונים, פחמימות ושומנים. פחמן אורגני זה מסתובב בביוספרה דרך קורים גביעיים של יצרנים ראשוניים.

אנגיוספרמות, שרכים, גידולי כבד, טחבים, אצות וציאנו-בקטריות משלבים אותו על ידי פוטוסינתזה. ואז אורגניזמים אלו נצרכים על ידי עשבוני עשב, שיהוו מזון לקרניבורים.

בעלי חיים עשבוניים צורכים צמחים ומשחררים פחמן דו חמצני באטמוספרה. כאשר בעלי חיים אלה מתים הם משלבים מחדש פחמן באדמה. אותו דבר קורה עם אלמוגים ופלנקטון על קרקעית האוקיינוס

יציאות

זליגת הפחמן העיקרית משלב זה לאחרים במחזור הפחמן היא מותם של יצורים חיים המשתלבים אותו מחדש באדמה, במים ובאווירה. סוג מסיבי ודרסטי של מוות ושחרור פחמן הוא שריפות יער המייצרות כמויות גדולות של CO2.

מצד שני, המקור החשוב ביותר של מתאן לאטמוספרה הוא הגזים שמגורשים בעלי חיים בתהליכי העיכול שלהם. כמו כן, פעילותם של חיידקים אנאירוביים מתנוגניים המפרקים חומר אורגני בביצות וגידולי אורז היא מקור למתאן.

חֲשִׁיבוּת

מחזור הפחמן חשוב בגלל הפונקציות הרלוונטיות שמרכיב זה ממלא על פני כדור הארץ. זרימתו המאוזנת מאפשרת לווסת את כל הפונקציות הרלוונטיות הללו לשמירה על תנאים פלנטריים כפונקציה של החיים.

ביצורים חיים

פחמן הוא המרכיב העיקרי במבנה התאים שכן הוא חלק מפחמימות, חלבונים ושומנים. אלמנט זה הוא הבסיס לכל כימיה של החיים, החל מ- DNA ועד ממברנות התא ואברונים, רקמות ואיברים.

ויסות הטמפרטורה של כדור הארץ

CO2 הוא גז החממה העיקרי, המאפשר לשמור על טמפרטורה מתאימה לחיים בכדור הארץ. ללא גזים אטמוספריים כמו CO2, אדי מים ואחרים, החום שנפלט על ידי כדור הארץ היה בורח לחלוטין לחלל וכוכב הלכת יהיה מסה קפואה.

התחממות גלובלית

מצד שני, עודף של CO2 שנפלט באטמוספרה, כמו זה שנגרם כיום על ידי בני אדם, מפר את האיזון הטבעי. זה גורם לחימום יתר של כדור הארץ, מה שמשנה את האקלים העולמי ומשפיע לרעה על המגוון הביולוגי.

ויסות החומציות האוקיאנית

CO2 ומתאן מומסים במים הם חלק מהמנגנון המורכב לוויסות החומציות של המים באוקיינוסים. ככל שתכולת הגזים הללו במים גבוהה יותר, ה- pH הופך להיות חומצי יותר, וזה שלילי לחיים מימיים.

מקור כוח

פחם הוא חלק חיוני מדלקים מאובנים, הן פחם מינרלי, נפט וגז טבעי. אף כי השימוש בו מוטל בספק בגלל ההשפעות הסביבתיות השליליות שהוא מייצר, כמו התחממות יתר גלובלית ושחרור מתכות כבדות.

ערך כלכלי

פחם הוא מינרל המייצר מקורות עבודה ורווחים כלכליים לשימושו כדלק וההתפתחות הכלכלית של האנושות מבוססת על השימוש בחומר גלם זה. לעומת זאת, בצורתו היהודית המגובשת, נדירה בהרבה, יש לה ערך כלכלי רב לשימושו כאבן יקרה.

הפניות

1. Calow, P. (Ed.) (1998). האנציקלופדיה של אקולוגיה וניהול סביבתי.
2. כריסטופר ר. פילדינג, CR (1993). סקירה של מחקרים שנעשו לאחרונה בסדימנטולוגיה פלוביאלית. גאולוגיה משקעית.
3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA ו- Castro-Romero, T. Biogeochemical cycles. פרק 7. דו"ח מקסיקני על שינויי אקלים, קבוצה I, בסיסים מדעיים. דגמים ודוגמנות.
4. מרגאלף, ר '(1974). אֵקוֹלוֹגִיָה. מהדורות אומגה.
5. מילר, ג 'ו TYLER, JR (1992). אקולוגיה וסביבה. גרפו עורך Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP ו- Warrett, GW (2006). יסודות האקולוגיה. מהדורה חמישית. תומסון.