KOLCYKEL: EGENSKAPER, STADIER, VIKT - MILJÖ - 2025

Det kol cykel är processen för cirkulation av denna kemiskt element i luft, vatten, jord och levande varelser. Det är en biogeokemisk cykel av gastyp och den vanligaste kolformen i atmosfären är koldioxid (CO2).

De största koldioxidlagren finns i haven, fossila bränslen, organiska ämnen och sedimentära bergarter. På samma sätt är det viktigt i kroppsstrukturen hos levande organismer och kommer in i de trofiska kedjorna som CO2 genom fotosyntes.

Fotosyntesmedel (växter, fytoplankton och cyanobakterier) absorberar kol från atmosfärisk koldioxid, och sedan tar växtätare det från dessa organismer. Dessa konsumeras av köttätare och slutligen bearbetas alla döda organismer av sönderdelare.

Förutom atmosfären och levande varelser, finns kol i jorden (edaphosphere) och i vatten (hydrosphere). I oceanerna tar fytoplankton, makroalger och vattenlevande angiospermer koldioxid som löses i vattnet för att utföra fotosyntes.

Kolcykelillustration

CO2 återintegreras i atmosfären eller vattnet genom andning av marklevande respektive vattenlevande varelser. När levande varelser är döda integreras kol igen i den fysiska miljön som koldioxid eller som en del av sedimentära bergarter, kol eller olja.

Kolcykeln är mycket viktig eftersom den uppfyller olika funktioner som att vara en del av levande varelser, vilket hjälper till att reglera planetens temperatur och surhet i vattnet. På samma sätt bidrar det till de erosiva processerna av sedimentära bergarter och fungerar som en energikälla för människan.

egenskaper

Kol

Detta element rankas sjätte i överflöd i universum och dess struktur gör det möjligt att bilda bindningar med andra element som syre och väte. Den bildas av fyra elektroner (tetravalenta) som bildar kovalenta kemiska bindningar som kan utgöra polymerer med komplexa strukturella former.

Atmosfären

Kol finns i atmosfären främst som koldioxid (CO2) i en andel av 0,04% av luftens sammansättning. Även om koncentrationen av atmosfäriskt kol har förändrats väsentligt under de senaste 170 åren på grund av mänsklig industriell utveckling.

Före den industriella perioden varierade koncentrationen från 180 till 280 ppm (delar per miljon) och idag överstiger den 400 ppm. Dessutom finns metan (CH4) i en mycket mindre andel och kolmonoxid (CO) i små spår.

CO2 och metan (CH4)

Dessa kolbaserade gaser har egenskapen att absorbera och utstråla långvågsenergi (värme). Av denna anledning reglerar dess närvaro i atmosfären planettemperaturen genom att förhindra utrymmet i värmen som utstrålas av jorden.

Av dessa två gaser fångar metan mer värme, men CO2 spelar den mest avgörande rollen på grund av dess relativa mängd.

Den biologiska världen

De flesta strukturerna hos levande organismer består av kol, vilket är nödvändigt för att bilda proteiner, kolhydrater, fetter och vitaminer.

Litosfären

Kol är en del av det organiska materialet och luften i jorden, det finns också i elementär form som kol, grafit och diamant. På samma sätt är det en grundläggande del av kolväten (olja, bitumen) som finns i djupa avlagringar.

Kolbildning

När vegetationen dör i sjöbassänger, träsk eller grunt hav, samlas växtavfall i lager täckta av vatten. En långsam anaerob nedbrytningsprocess orsakad av bakterier genereras sedan.

Sedimenten täcker lagren av nedbrytande organiskt material som genomgår en progressiv process med kolberikning under miljoner år. Detta passerar genom ett steg av torv (50% kol), lignit (55-75%), kol (75-90%) och slutligen antracit (90% eller mer).

Oljebildning

Det börjar med en långsam aerob nedbrytning, sedan finns det en anaerob fas, som består av rester av plankton, djur och marina eller sjöväxter. Detta organiska material begravdes av sedimentära lager och utsattes för höga temperaturer och tryck inuti jorden.

Med tanke på dess lägre täthet stiger emellertid oljan genom porerna i sedimentära bergarter. Så småningom blir det antingen fångat i ogenomträngliga områden eller bildar grunt bituminösa områden.

Hydrosfären

Hydrosfären upprätthåller ett gasutbyte med atmosfären, särskilt syre och kol i form av CO2 (löslig i vatten). Kol finns i vatten, särskilt i haven, främst i form av bikarbonatjoner.

Bikarbonatjoner spelar en viktig roll för att reglera pH i den marina miljön. Å andra sidan, på havsbotten finns stora mängder metan som fångas som metanhydrat.

Surt regn

Kol penetrerar också mellan det gasformiga mediet och vätskan, när CO2 reagerar med atmosfärisk vattenånga och bildar H2CO3. Denna syra fälls ut med regnvatten och surgör jord och vatten.

Stadier av kolcykeln

Koluppsamling och lagring. Källa: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin och Jamie Paynederivative arbete: Jarl Arntzen (tal) derivatarbete: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 )

Liksom alla biogeokemiska cykler är kolcykeln en komplex process som består av ett nätverk av relationer. Deras uppdelning i definierade stadier är bara ett sätt att analysera och förstå.

- Geologiskt stadium

biljetter

Kolinmatningar till detta skede kommer i mindre utsträckning från atmosfären av surt regn och luft filtrerad till marken. Huvudinmatningen är emellertid bidrag från levande organismer, både genom deras excrement och av deras kroppar när de dör.

Lagring och cirkulation

I detta skede lagras kol och rör sig i djupa lager i litosfären såsom kol, olja, gas, grafit och diamanter. Det är också en del av karbonatstenar, fångade i permafrost (fryst marklager i polära breddegrader) och upplöses i vattnet och luften i jordporerna.

I dynamiken för plattaktonik når kol också de djupare lagren av manteln och är en del av magma.

avgångar

Regnets verkan på kalkhaltiga stenar eroderar dem och kalcium frigörs tillsammans med andra element. Kalcium från erosionen av dessa karbonatbergarter tvättas in i floderna och därifrån till haven.

På liknande sätt frigörs CO ₂ när permafrosten tinas eller genom att plöja över jorden. Huvudproduktionen drivs emellertid av människan genom att utvinna kol, olja och gas från litosfären för att bränna dem som bränsle.

Mänsklig aktivitet, baserad på konsumtion av kolväten, släpper ut kol i atmosfären

- Hydrologiskt stadium

biljetter

Atmosfärisk CO ₂ när den kommer i kontakt med vattenytan löser sig och bildar kolsyra och metan kommer in i litosfären från havsbotten, vilket har upptäckts i Arktis. Dessutom kommer HCO _3- joner in i floder och hav på grund av erosion av karbonatstenar i litosfären och marktvätt.

När det regnar, bär vattnet kol i form av koldioxid från atmosfären och från klipporna. När de når havet använder koraller, plankton och andra vattenlevande djur det för att växa. Dessa levande saker - koraller, plankton och vattenlevande djur - dör och kommer in kolet i jorden

Lagring och cirkulation

CO2 löses i vatten som bildar kolsyra (H2CO3), löser upp kalciumkarbonatet i skalen och bildar kalciumsyrakarbonat (Ca (HCO3) 2). Därför hittas kol och cirkulerar i vatten huvudsakligen som CO2, H2CO3 och Ca (HCO3) 2.

Å andra sidan upprätthåller marina organismer ett konstant utbyte av kol med deras vattenmiljö genom fotosyntes och andning. Stora kolreserver finns också i form av metanhydrater på havsbotten, frusna av låga temperaturer och höga tryck.

avgångar

Havet utbyter gaser med atmosfären, inklusive CO2 och metan, och en del av det senare släpps ut i atmosfären. Nyligen har en ökning av oceaniskt metanläckage upptäckts på djup mindre än 400 m, till exempel utanför Norges kust.

Ökningen av den globala temperaturen värmer vattnet i djup som inte överstiger 400 m och släpper ut dessa metanhydrater. En liknande process inträffade i Pleistocen, släppte stora mängder metan, värmde jorden mer och orsakade slutet av istiden.

- Atmosfäriskt stadium

biljetter

Kol kommer in i atmosfären från andning av levande varelser och från bakteriell metanogen aktivitet. På liknande sätt, på grund av vegetationsbränder (biosfär), utbyte med hydrosfären, förbränning av fossila bränslen, vulkanisk aktivitet och frigörelse från marken (geologisk).

Frigöring av geologiskt kol i atmosfären av en utbrott vulkan. Författare: Ciencia1.com

Lagring och cirkulation

I atmosfären är kol huvudsakligen i gasform som CO2, metan (CH4) och kolmonoxid (CO). På liknande sätt kan du hitta kolpartiklar upphängda i luften.

avgångar

De viktigaste kolutgångarna från atmosfärsteget är koldioxid som löses i havsvatten och som används vid fotosyntes.

- Biologiskt stadium

biljetter

Kol går in i det biologiska stadiet som CO2 genom fotosyntesprocessen som utförs av växter och fotosyntetiska bakterier. På samma sätt är Ca2 + och HCO3-jonerna som når havet genom erosion och används av olika organismer vid tillverkning av skal.

Växter och mikroorganismer absorberar koldioxid från atmosfären och omvandlar den till syre och energi genom fotosyntes

Lagring och cirkulation

Varje cell och därför kroppar av levande varelser består av en hög andel kol som utgör proteiner, kolhydrater och fetter. Detta organiska kol cirkulerar genom biosfären genom trofiska banor från primära producenter.

Angiosperms, ferns, liverworts, mossar, alger och cyanobacteria införlivar det genom fotosyntes. Sedan konsumeras dessa organismer av växtätare, som kommer att vara mat för köttätare.

Växtätande djur konsumerar växter och släpper ut koldioxid i atmosfären. När dessa djur dör integrerar de kol igen i jorden. Samma sak händer med korall och plankton på havsbotten

avgångar

Det huvudsakliga kolläckaget från detta stadium till andra i kolcykeln är döden av levande varelser som återintegrerar det i jorden, vattnet och atmosfären. En massiv och drastisk form av koldöd och frigöring är skogsbränder som producerar stora mängder koldioxid.

Å andra sidan är den viktigaste källan till metan i atmosfären de gaser som släpps ut av djur i deras matsmältningsprocesser. På samma sätt är aktiviteten hos metanogena anaeroba bakterier som sönderdelar organiskt material i träsk och risgrödor en metankälla.

Betydelse

Kolcykeln är viktig på grund av relevanta funktioner som detta element uppfyller på jorden. Dess balanserade cirkulation gör det möjligt att reglera alla dessa relevanta funktioner för att upprätthålla planetariska förhållanden som en funktion av livet.

I levande varelser

Kol är huvudelementet i cellens struktur eftersom det är en del av kolhydrater, proteiner och fetter. Detta element är grunden för all livets kemi, från DNA till cellmembran och organeller, vävnader och organ.

Reglering av jordens temperatur

CO2 är den viktigaste växthusgasen, vilket gör det möjligt att upprätthålla en lämplig temperatur för livet på jorden. Utan atmosfäriska gaser som CO2, vattenånga och andra, skulle värmen som avges från jorden helt fly ut i rymden och planeten skulle vara en frusen massa.

Global uppvärmning

Å andra sidan bryter ett överskott av koldioxid som släpps ut i atmosfären, såsom det som för närvarande orsakas av människor, den naturliga balansen. Detta får planeten att överhettas, vilket förändrar det globala klimatet och påverkar den biologiska mångfalden negativt.

Reglering av havets pH

CO2 och metan upplöst i vatten är en del av den komplexa mekanismen för att reglera pH-värdet för vatten i haven. Ju högre halten av dessa gaser i vattnet blir pH surare, vilket är negativt för vattenlevande liv.

Kraftkälla

Kol är en viktig del av fossila bränslen, både mineral kol, olja och naturgas. Även om användningen ifrågasätts på grund av de negativa miljöeffekter som den ger, till exempel global överhettning och frigörelse av tungmetaller.

Ekonomiskt värde

Kol är ett mineral som genererar arbetskällor och ekonomiska vinster för dess användning som bränsle och den ekonomiska utvecklingen av Humanity bygger på användningen av detta råmaterial. Å andra sidan, i sin kristalliserade form av diamant, mycket sällsyntare, är den av stort ekonomiskt värde för dess användning som ädelsten.

referenser

1. Calow, P. (red.) (1998). Uppslagsverket för ekologi och miljöledning.
2. Christopher R. och Fielding, CR (1993). En genomgång av nyligen genomförd forskning inom fluvial sedimentology. Sedimentär geologi.
3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA och Castro-Romero, T. Biogeochemical cykler. Kapitel 7. Mexikansk rapport om klimatförändringar, grupp I, Vetenskapliga baser. Modeller och modellering.
4. Margalef, R. (1974). Ekologi. Omega-utgåvor.
5. Miller, G. och TYLER, JR (1992). Ekologi och miljö. Grupo Redaktion Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP och Warrett, GW (2006). Grundläggande för ekologi. Femte upplagan. Thomson.