HIILISYKLI: OMINAISUUDET, VAIHEET, MERKITYS - YMPÄRISTÖ - 2025

Hiilen kierto on prosessi liikkeeseen tämän alkuainetta ilman, veden, maaperän ja elävä asioita. Se on kaasutyyppinen biogeokemiallinen kierto, ja ilmakehän runsashiilinen muoto hiilidioksidi (CO2).

Suurimpia hiilivarastoja ovat valtameret, fossiiliset polttoaineet, orgaaniset aineet ja sedimenttikivet. Samoin se on välttämätöntä elävien organismien kehon rakenteessa ja tulee troofisiin ketjuihin hiilidioksidina fotosynteesin kautta.

Fotosyntetisaattorit (kasvit, kasviplanktoni ja sinilevät) absorboivat hiiltä ilmakehän hiilidioksidista, ja sitten kasvissyöjät ottavat sen näistä organismeista. Lihansyöjät nauttivat nämä ja lopulta hajottajat käsittelevät kaikki kuolleet organismit.

Ilmakehän ja elävien olentojen lisäksi hiiltä löytyy maaperästä (edafosfääri) ja vedestä (hydrosfääri). Valtamerissä kasviplanktoni, makrolevät ja vesieliökasvit ottavat veteen liuenneen hiilidioksidin fotosynteesin suorittamiseksi.

Hiilisyklin kuva

Hiilidioksidi integroituu uudelleen ilmakehään tai veteen hengittämällä vastaavasti maanpäällisistä ja vesieläimistä. Kun elävät olennot ovat kuolleet, hiili integroituu uudelleen fyysiseen ympäristöön hiilidioksidina tai osana sedimenttikiviä, hiiltä tai öljyä.

Hiilisykli on erittäin tärkeä, koska se suorittaa erilaisia ​​toimintoja, kuten kuuluminen eläviin olentoihin, auttaa säätelemään planeetan lämpötilaa ja veden happamuutta. Samoin se myötävaikuttaa sedimenttikivien eroosioprosesseihin ja toimii energian lähteenä ihmiselle.

ominaisuudet

hiili

Tämä elementti on kuudennella sijalla runsaasti maailmankaikkeudessa ja sen rakenne antaa sille mahdollisuuden muodostaa sidoksia muiden alkuaineiden, kuten hapen ja vedyn, kanssa. Se muodostuu neljästä elektrodista (tetravalentti), jotka muodostavat kovalenttiset kemialliset sidokset, jotka kykenevät muodostamaan polymeerejä, joilla on monimutkaiset rakenteelliset muodot.

Ilmakehä

Hiiltä löytyy ilmakehästä pääasiassa hiilidioksidina (CO2) suhteessa 0,04% ilman koostumuksesta. Vaikka ilmakehän hiilen pitoisuus on muuttunut huomattavasti viimeisen 170 vuoden aikana ihmisen teollisen kehityksen vuoksi.

Ennen teollista ajanjaksoa pitoisuus oli välillä 180 - 280 ppm (miljoonasosaa) ja nykyään se ylittää 400 ppm. Lisäksi metaania (CH4) on paljon pienempi osuus ja hiilimonoksidia (CO) pienillä jälkeillä.

CO2 ja metaani (CH4)

Näillä hiilipohjaisilla kaasuilla on ominaisuus absorboida ja säteillä pitkäaallon energiaa (lämpöä). Tästä syystä sen läsnäolo ilmakehässä säätelee planeetan lämpötilaa estämällä maapallon säteilemän lämmön pääsyn avaruuteen.

Näistä kahdesta kaasusta metaani kerää enemmän lämpöä, mutta CO2: lla on määräävin rooli suhteellisen runsaudensa vuoksi.

Biologinen maailma

Suurin osa elävien organismien rakenteesta koostuu hiilestä, joka on välttämätöntä proteiinien, hiilihydraattien, rasvojen ja vitamiinien muodostumisessa.

Litosfääri

Hiili on osa maaperän orgaanista ainetta ja ilmaa, sitä esiintyy myös alkuainemuodossa, kuten hiili, grafiitti ja timantti. Samalla tavoin se on olennainen osa hiilivedyistä (öljy, bitumi), joita esiintyy syvissä talletuksissa.

Hiilen muodostuminen

Kun kasvillisuus kuolee vesistöalueilla, soilla tai matalissa merissä, kasvijätteet kerääntyvät veden peittämiin kerroksiin. Sitten syntyy hidas anaerobinen hajoamisprosessi, jonka bakteerit aiheuttavat.

Sedimentit peittävät hajoavan orgaanisen materiaalikerrokset, joille tehdään asteittain hiilen rikastamisprosessi miljoonien vuosien ajan. Tämä kulkee turpeen (50% hiiltä), ruskohiilen (55–75%), hiilen (75–90%) ja lopulta antrasiitin (90% tai enemmän) vaiheen läpi.

Öljyn muodostuminen

Se alkaa hitaalla aerobisella hajoamisella, sitten tapahtuu anaerobinen vaihe, joka koostuu planktonin, eläinten ja meri- tai järvikasvien jäännöksistä. Tämä orgaaninen aine haudattiin sedimenttikerroksiin ja altistettiin korkeille lämpötiloille ja paineille maan sisälle.

Pienemmän tiheyden vuoksi öljy kuitenkin nousee sedimenttikivien huokosten läpi. Lopulta se joko jää loukkuun läpäisemättömille alueille tai muodostaa matalat bitumiset paljastumat.

Hydrosfääri

Hydrosfääri ylläpitää kaasumaista vaihtoa ilmakehän kanssa, etenkin happea ja hiiltä CO2: n muodossa (liukenee veteen). Hiiltä esiintyy vedessä, erityisesti valtamereissä, pääasiassa bikarbonaatti-ionien muodossa.

Bikarbonaatti-ioneilla on tärkeä rooli meriympäristön pH: n säätelyssä. Toisaalta merenpohjassa on suuria määriä metaania, jotka ovat loukussa metaanihydraateina.

Hapan sade

Hiili tunkeutuu myös kaasumaisen väliaineen ja nesteen välille, kun CO2 reagoi ilmakehän vesihöyryn kanssa ja muodostaa H2CO3. Tämä happo saostuu sadevesillä ja tekee happamaksi maaperät ja vedet.

Hiilisyklin vaiheet

Hiilen talteenotto ja varastointi. Lähde: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardinin ja Jamie Payne-johdannaisteos: Jarl Arntzen (keskustelu) johdannaisteos: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Kuten mikä tahansa biogeokemiallinen sykli, hiilisykli on monimutkainen prosessi, joka koostuu suhteiden verkosta. Niiden erottaminen määriteltyihin vaiheisiin on vain keino heidän analysointiin ja ymmärtämiseen.

- Geologinen vaihe

liput

Hiilen tulot tähän vaiheeseen tulevat vähäisemmässä määrin ilmakehästä happamalla sateella ja ilman suodattamalla maahan. Tärkein panos on kuitenkin elävien organismien vaikutuksilla, sekä niiden ulosteilla että keholla kuollessaan.

Varastointi ja kierrätys

Tässä vaiheessa hiili varastoituu ja liikkuu litosfäärin syvissä kerroksissa, kuten kivihiili, öljy, kaasu, grafiitti ja timantit. Se on myös osa karbonaattikiviä, jäädyttyneenä ikirohaan (jäätynyt maakerros polaarisilla leveysasteilla) ja liuennut veteen ja ilmaan maaperän huokosiin.

Levytektonikan dynamiikassa hiili pääsee myös vaipan syvempiin kerroksiin ja on osa magmaaa.

Lähdöt

Sateen vaikutus kalkkipitoisiin kiviin heikentää niitä ja kalsium vapautuu yhdessä muiden alkuaineiden kanssa. Näiden karbonaattikiviä eroosioista aiheutuva kalsium pestään jokiin ja sieltä valtamereihin.

Vastaavasti, CO ₂ vapautuu, kun ikirouta sulaa tai yli-kyntämällä maaperän. Ihmiset ohjaavat kuitenkin päätuottoa uuttamalla kivihiiltä, ​​öljyä ja kaasua litosfääristä polttamaan ne polttoaineena.

Ihmisen toiminta, joka perustuu hiilivetyjen kulutukseen, vapauttaa hiiltä ilmakehään

- Hydrologinen vaihe

liput

Ilmakehän CO ₂, kun se joutuu kosketuksiin veden kanssa pinta liukenee muodostaen hiilihappo ja metaani tulee litosfäärin merenpohjasta, kuten on havaittu arktisilla alueilla. Lisäksi HCO _3- ionit pääsevät jokiin ja valtamereihin karbonaattikiviä eroosion seurauksena litosfäärissä ja maaperän pesemisen takia.

Sadessaan vesi kuljettaa hiiltä hiilidioksidin muodossa ilmakehästä ja kivistä. Korallit, planktoni ja muut vesieläimet ovat saavuttaneet valtameren käyttää sitä kasvaakseen. Nämä elävät esineet - korallit, planktoni ja vesieläimet - kuolevat ja syöttävät hiiltä maaperään

Varastointi ja kierrätys

CO2 liukenee veteen muodostaen hiilihappoa (H2CO3) liuottaen kuorien kalsiumkarbonaatin muodostaen kalsiumhappokarbonaatin (Ca (HCO3) 2). Siksi hiiltä löytyy ja kiertää vedessä pääasiassa CO2: na, H2CO3: na ja Ca (HCO3) 2: na.

Toisaalta meren eliöt ylläpitävät jatkuvaa hiilenvaihtoa vesiympäristönsä kanssa fotosynteesin ja hengityksen avulla. Myös suuret hiilivarastot ovat metaanihydraattien muodossa merenpohjassa, jäätyneinä matalien lämpötilojen ja korkeiden paineiden vaikutuksesta.

Lähdöt

Valtameri vaihtaa kaasuja ilmakehän kanssa, mukaan lukien CO2 ja metaani, ja osa niistä vapautuu ilmakehään. Viime aikoina alle 400 metrin syvyyksissä, kuten Norjan rannikolla, on havaittu lisääntyvän valtameren metaanivuodot.

Maapallon lämpötilan nousu kuumentaa vettä enintään 400 m syvyyteen ja vapauttaa nämä metaanihydraatit. Samanlainen prosessi tapahtui pleistoseenissa, joka vapautti suuria määriä metaania, lämmitti maata enemmän ja aiheutti jääkauden lopun.

- Ilmakehän vaihe

liput

Hiili pääsee ilmakehään elävien olentojen hengityksestä ja bakteerien metanogeenisesta vaikutuksesta. Vastaavasti, kasvillisuuspalojen (biosfääri) takia, vaihtaminen hydrosfäärin kanssa, fossiilisten polttoaineiden palaminen, tulivuoren aktiivisuus ja vapautuminen maasta (geologinen).

Geologisen hiilen vapautuminen ilmakehään purkautuvan tulivuoren avulla. Kirjoittaja: Ciencia1.com

Varastointi ja kierrätys

Ilmakehässä hiili on pääasiassa kaasumaisessa muodossa, kuten CO2, metaani (CH4) ja hiilimonoksidi (CO). Samoin löydät hiilen hiukkaset, jotka ovat suspendoituneet ilmaan.

Lähdöt

Tärkeimmät ilmakehän hiilidioksidipäästöt ovat hiilidioksidia, joka liukenee meriveteen ja jota käytetään fotosynteesissä.

- Biologinen vaihe

liput

Hiili tulee biologiseen vaiheeseen hiilidioksidina kasvien ja fotosynteettisten bakteerien suorittaman fotosynteesiprosessin kautta. Samoin Ca2 +- ja HCO3-ionit, jotka pääsevät mereen eroosion avulla ja joita eri organismit käyttävät kuorien valmistuksessa.

Kasvit ja mikro-organismit imevät hiilidioksidia ilmakehästä ja muuttavat sen happea ja energiaa fotosynteesin kautta

Varastointi ja kierrätys

Jokainen solu ja siksi elävien olentojen ruumiit koostuvat suuresta osasta hiiltä, ​​jotka muodostavat proteiineja, hiilihydraatteja ja rasvoja. Tämä orgaaninen hiili kiertää biosfäärin kautta alkutuottajien troofisten verkkojen kautta.

Siirrettävät suolat, saniaiset, maksan virheet, sammalit, levät ja sinilevät sisällyttävät sen fotosynteesillä. Sitten kasvissyöjät syövät näitä organismeja, mikä on ruokaa lihansyöjille.

Kasvinsyöjät eläimet kuluttavat kasveja ja vapauttavat hiilidioksidia ilmakehään. Kun nämä eläimet kuolevat, he integroivat hiilen uudelleen maaperään. Sama asia tapahtuu korallien ja planktonien kanssa merenpohjassa

Lähdöt

Tärkein hiilivuoto tästä vaiheesta muihin hiilikierron vaiheisiin on elävien olentojen kuolema, joka integroi sen uudelleen maaperään, veteen ja ilmakehään. Hiilen massiivinen ja dramaattinen muoto kuolemassa ja päästöissä on metsäpalot, jotka tuottavat suuria määriä hiilidioksidia.

Toisaalta tärkein metaanilähde ilmakehään on karjat, jotka karja karkottaa ruuansulatuksessaan. Samoin orgaanisten aineiden hajottavien metaaniogeenisten anaerobisten bakteerien aktiivisuus suolla ja riisikasveissa on metaanilähde.

Merkitys

Hiilisykli on tärkeä johtuen merkityksellisistä toiminnoista, joita tämä elementti suorittaa maapallolla. Sen tasapainoinen kierto mahdollistaa kaikkien näiden asiaankuuluvien toimintojen säätelemisen planeettaolosuhteiden ylläpitämiseksi elämän funktiona.

Elävissä olennoissa

Hiili on tärkein elementti solujen rakenteessa, koska se on osa hiilihydraatteja, proteiineja ja rasvoja. Tämä elementti on perustana kaikelle elämän kemialle, DNA: sta solukalvoihin ja organelleihin, kudoksiin ja elimiin.

Maan lämpötilan säätely

CO2 on tärkein kasvihuonekaasu, joka mahdollistaa sopivan lämpötilan ylläpitämisen maapallolla. Ilman ilmakehän kaasuja, kuten CO2, vesihöyry ja muut, maapallon lähettämä lämpö päästäisi kokonaan avaruuteen ja planeetta olisi jäätynyt massa.

Ilmaston lämpeneminen

Toisaalta ilmakehään vapautuva ylimääräinen hiilidioksidi, kuten ihmisen tällä hetkellä aiheuttama, rikkoo luonnollista tasapainoa. Tämä aiheuttaa planeetan ylikuumenemisen, mikä muuttaa globaalia ilmastoa ja vaikuttaa kielteisesti biologiseen monimuotoisuuteen.

Valtameren pH: n säätö

Veteen liuennut CO2 ja metaani ovat osa monimutkaista mekanismia veden pH: n säätelemiseksi valtamereissä. Mitä korkeampi näiden kaasujen pitoisuus vedessä on, sitä happamempi on pH, mikä on negatiivinen vesieliöille.

Virtalähde

Hiili on tärkeä osa fossiilisia polttoaineita, sekä mineraalihiiltä, ​​öljyä että maakaasua. Vaikka sen käyttöä kyseenalaistetaan sen aiheuttamien kielteisten ympäristövaikutusten, kuten globaalin ylikuumenemisen ja raskasmetallien vapautumisen vuoksi.

Taloudellinen arvo

Hiili on mineraali, joka tuottaa työvoiman lähteitä ja taloudellisia voittoja polttoaineena käytettäväksi, ja ihmiskunnan taloudellinen kehitys perustuu tämän raaka-aineen käyttöön. Toisaalta kiteytyneessä timantin muodossaan, paljon harvinaisempana, sillä on suuri taloudellinen arvo käytettäväksi jalokivenä.

Viitteet

1. Calow, P. (toim.) (1998). Ekologian ja ympäristöjohtamisen tietosanakirja.
2. Christopher R. ja Fielding, CR (1993). Katsaus viimeaikaiseen fluvial sedimentologian tutkimukseen. Sedimenttigeologia.
3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA ja Castro-Romero, T. Biogeokemialliset syklit. Luku 7. Meksikon raportti ilmastonmuutoksesta, ryhmä I, tieteelliset perusteet. Mallit ja mallinnus.
4. Margalef, R. (1974). Ekologia. Omega-lehdet.
5. Miller, G. ja TYLER, JR (1992). Ekologia ja ympäristö. Grupo Toimituksellinen Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP ja Warrett, GW (2006). Ekologian perusteet. Viides painos. Thomson.