Въглеродният цикъл в природата. Въглеродният цикъл в природата

Има няколко химически елемента на Земята, без които животът би бил невъзможен. Един от тях е въглерод. Той се съдържа във всяка органична молекула и действа като основа на сградата. Въглеродният цикъл в природата е непрекъснат процес на взаимен преход от органично към неорганично състояние, което осигурява жизнената активност на всички организми.

Основният принцип на естествения цикъл

Всички съединения на земята са разделени на два класа: органични и неорганични. Първата е следствие от жизнената активност на живите организми. Последните могат да се появят без живи форми поради химични реакции.

Преходът от едно състояние към друго се нарича "циркулация на вещества". Въглеродът в тази система заема водеща позиция.

В атмосферата, водата и почвата има неорганични съединения, които се абсорбират от живите организми. Най-често това са растения, протозои и гъби. Те образуват нови органични съединения които се абсорбират от по-висши животни. След тяхната смърт микроорганизмите отново обработват съединенията с въглерод в неорганични. Така че в общи линии може да се опише въглеродния цикъл в биосферата. Но тук има много частни нюанси.

Фотосинтеза и дишане

Най-често въглеродът в природата се намира под формата на въглероден диоксид. Образува се благодарение на процесите на дишане и изгаряне. Той е под формата на газове, които е най-лесно за растенията да го асимилират. През хилядолетията на съществуване флората се е научила да преработва въглероден двуокис в органични съединения. С помощта на хлорофил в листата в присъствието на слънчева светлина е сложна химическа реакция. В резултат се получават кислород, моно- и поликарбохидрати. Самото име предполага, че съставът на тези вещества включва въглехидрати.

Тези растения могат да дишат, когато слънчевата светлина не е достатъчна. В процеса на този феномен се консумира и се образува кислород въглероден диоксид. Така се случва най-простият въглероден цикъл в природата. Но това е само пример за растения. Има и микроорганизми, гъби и животни, които също са включени в движението на разглеждания елемент в биосферата.

Микроорганизми и въглеродния цикъл в екосистемата

Най-малките организми на Земята могат безопасно да се нарекат началото и края на хранителната верига. Благодарение на тях много органични съединения достигат до висшите растения и животни.

Умирайки се и преставайки да функционират, живите организми попадат в почвата или в дъното на океаните. Те щяха да останат там, ако не бяха бактериите и протозоите, да започнат да рециклират органични съединения, отделят въглероден диоксид или да произвеждат сложни въглехидрати по-просто. Нови съединения се използват за изхранване на живите организми, съответно, въглеродът започва нов кръг на движение в природата.

Не всички бактерии се нуждаят от кислород, за да разрушат органичните молекули. Някои от тях вършат отлична работа със задачата и без нея.

Благодарение на микроорганизмите, въглеродният цикъл в природата се среща под формата на симбиоза. Например, фибри е сложен въглехидрат, който се среща във всички растения. Стомахът на животно не може да се разцепи и да го асимилира. Но артидоктилите са се научили да съществуват в симбиоза с някои бактерии. Последните са в стомаха на животното и разграждат целулозата в по-прости въглехидрати, които след това лесно се абсорбират от тялото на копита.

Движение на въглерод по суша

Атмосферата съдържа около 0,33% въглероден диоксид. Това е повече от достатъчно за асимилиране на зелените растения. На сушата от тях започва въглеродният цикъл в природата.

Растенията са началната стъпка на хранителната верига. Те се консумират от тревопасни животни, които по правило стават жертви на хищници. След смъртта на последния органична материя влязат в почвата, където се обработват от насекоми и микроорганизми. Процесите на тяхната жизнена активност най-често отделят неорганични съединения. Органичната материя, която се абсорбира, също може да бъде храна за животни, които са по-високи в хранителната верига.

Много рядко органичните вещества се съхраняват дълго време в тази форма. Ние ги познаваме като минерали: торф, въглища, петрол, метан. Въглеродният диоксид от тези съединения се освобождава в процеса на горене, което осигурява въглеродния цикъл в природата.

Въглероден цикъл във вода

Океанът е също средата, в която се среща въглеродният цикъл в биосферата. Но тук процесът е малко по-сложен. Работата е там, че въглеродният диоксид е слабо разтворим във вода, така че неговото усвояване е малко трудно. В горните слоеве на океана винаги има планктон, който рециклира въглеродния диоксид. Това е началото на хранителната верига във вода. Тогава всичко върви по същия начин, както на сушата. Висшите организми ядат по-ниски. В резултат на това те умират, потъват на дъното, където се обработват от други микроорганизми.

В някои случаи въглеродният цикъл в природата може да бъде смесен на сушата и в морето. Но такива движения не са толкова често явление, колкото да се разглеждат отделно. Просто имат няколко животни, които живеят в двата елемента.

Човешка дейност

По-горе разгледахме класическото описание на въглеродния цикъл в природата. Но този процес включва човек, който отдавна е излязъл извън границите на жизнената дейност на животното. Той започна да възстановява природата за собствените си нужди, използвайки ресурсите си.

Благодарение на човек, количеството зелени площи, което се обработва от неорганичен въглероден диоксид в органични въглехидрати, намалява ежегодно. В същото време тя изгаря минерали, увеличавайки концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата. Това води до дисбаланс в циркулацията на веществото. Продължаването на установената стратегия на дейност може да бъде причина за истинска екологична катастрофа.

Парников ефект

Въглеродният диоксид в атмосферата предизвиква особен характер парников ефект. Тя държи топлинна енергия близо до повърхността на планетата. Увеличаването на средната температура на въздуха с половин градус ще доведе до топене на ледените шапки.

След това площта на Световния океан ще се увеличи, ще погине значителен брой животни и растения. Постепенно концентрацията на въглероден диоксид в атмосферния въздух ще намалее, водата отново ще замръзне на полюсите.

Така екосистемата „рестартира”, за да нормализира оптималния цикъл на въглерода.

проценти

За милиарди години от съществуването на Земята се появиха и изчезнаха много видове живи организми. Всички те някак си повлияха на въглеродния цикъл в природата. През годините 6000000000000 тона от този елемент са натрупани в органични съединения. Това включва както живите организми, така и фосилните въглеродни вещества.

Според учените това е около 1/5 от целия въглерод на планетата. Ако циркулацията не се е случила, тогава с времето животът на Земята не би бил възможен.

В резултат на този процес живите организми натрупват около 400 милиарда тона въглерод, който частично се връща към неживата природа. Останалото продължава да циркулира вътре в живия свят, подкрепяйки съществуването на тези организми.

Ролята на въглеродните съединения в природата

Учените отдавна оценяват колко голяма е стойността на въглерода в природата. Това бяха първите му връзки с времето, което даде началото на живота на планетата. Днес тя е основният градивен елемент на всички живи молекули.

Първият в този списък - въглехидрати. Те се формират от процеса на фотосинтеза. Те играят ролята на строителен материал за растенията и източник на енергия за животните. Науката познава един не-растителен въглехидрат - гликоген. Той се образува в черния дроб на бозайниците и действа като резервен източник на енергия.

При животните въглехидратите се разпадат на вода и енергия, но могат да бъдат основа за синтеза на мазнини. Това е един вид животински акумулатор, който се натрупва за бъдеща употреба, когато усетите липсата на енергия. Също така е топлоизолация за животни, които живеят в студен климат.

Основата на животинските клетки е протеин. Това е най-голямата молекула на Земята, която се състои от верига от аминокиселини. Въглеродът също е строителен материал за последните, затова е много трудно да се надценява ролята на този елемент за живота на нашата планета.