biologie pentru Majors II

carbonul este al doilea element cel mai abundent din organismele vii. Carbonul este prezent în toate moleculele organice, iar rolul său în structura macromoleculelor este de o importanță primordială pentru organismele vii. Compușii de Carbon conțin în special energie ridicată, în special cei derivați din organisme fosilizate, în principal plante, pe care oamenii le folosesc drept combustibil. Începând cu anii 1800, numărul țărilor care utilizează cantități masive de combustibili fosili a crescut. De la începutul Revoluției Industriale, cererea globală pentru aprovizionarea limitată cu combustibili fosili a Pământului a crescut; prin urmare, cantitatea de dioxid de carbon din atmosfera noastră a crescut. Această creștere a dioxidului de carbon a fost asociată cu schimbările climatice și alte tulburări ale ecosistemelor Pământului și este o preocupare majoră pentru mediu la nivel mondial. Astfel,” amprenta de carbon ” se bazează pe cantitatea de dioxid de carbon produsă și pe cantitatea de combustibili fosili pe care o consumă țările.

ciclul carbonului este cel mai ușor studiat ca două subcicluri interconectate: unul care se ocupă de schimbul rapid de carbon între organismele vii și celălalt care se ocupă de ciclul pe termen lung al carbonului prin procese geologice. Întregul ciclu al carbonului este prezentat în Figura 1.

Figura 1. Dioxidul de carbon există în atmosferă și este dizolvat în apă. Fotosinteza transformă dioxidul de carbon în carbon organic, iar respirația ciclează carbonul organic înapoi în dioxid de carbon gazos. Depozitarea pe termen lung a carbonului organic are loc atunci când materia din organismele vii este îngropată adânc în subteran și devine fosilizată. Activitatea vulcanică și, mai recent, emisiile umane, aduc acest carbon stocat înapoi în ciclul carbonului. (credit: modificarea lucrărilor de John M. Evans și Howard Perlman, USGS)

ciclul biologic al carbonului

organismele vii sunt conectate în multe feluri, chiar și între ecosisteme. Un bun exemplu al acestei conexiuni este schimbul de carbon între autotrofe și heterotrofe în interiorul și între ecosisteme prin intermediul dioxidului de carbon atmosferic. Dioxidul de Carbon este elementul de bază pe care majoritatea autotrofelor îl folosesc pentru a construi compuși multi-carbon, cu energie ridicată, cum ar fi glucoza. Energia valorificată de soare este utilizată de aceste organisme pentru a forma legăturile covalente care leagă atomii de carbon împreună. Aceste legături chimice stochează astfel această energie pentru o utilizare ulterioară în procesul de respirație. Majoritatea autotrofelor terestre își obțin dioxidul de carbon direct din atmosferă, în timp ce autotrofele marine îl dobândesc sub formă dizolvată (acid carbonic, H2CO3−). Cu toate acestea, dioxidul de carbon este dobândit, un produs secundar al procesului este oxigenul. Organismele fotosintetice sunt responsabile pentru depunerea a aproximativ 21% conținut de oxigen din atmosferă pe care îl observăm astăzi.

heterotrofii și autotrofii sunt parteneri în schimbul biologic de carbon (în special consumatorii primari, în mare parte erbivore). Heterotrofii dobândesc compușii de carbon cu energie ridicată de la autotrofi consumându-i și descompunându-i prin respirație pentru a obține energie celulară, cum ar fi ATP. Cel mai eficient tip de respirație, respirația aerobă, necesită oxigen obținut din atmosferă sau dizolvat în apă. Astfel, există un schimb constant de oxigen și dioxid de carbon între autotrofe (care au nevoie de carbon) și heterotrofe (care au nevoie de oxigen). Schimbul de gaze prin atmosferă și apă este o modalitate prin care ciclul carbonului conectează toate organismele vii de pe Pământ.

ciclul biogeochimic al carbonului

mișcarea carbonului prin pământ, apă și aer este complexă și, în multe cazuri, apare mult mai lent din punct de vedere geologic decât se vede între organismele vii. Carbonul este stocat pentru perioade lungi de timp în ceea ce sunt cunoscute sub numele de rezervoare de carbon, care includ atmosfera, corpurile de apă lichidă (în mare parte oceane), sedimentele oceanice, solul, sedimentele terestre (inclusiv combustibilii fosili) și interiorul Pământului.după cum sa menționat, atmosfera este un rezervor major de carbon sub formă de dioxid de carbon și este esențială pentru procesul de fotosinteză. Nivelul dioxidului de carbon din atmosferă este puternic influențat de rezervorul de carbon din oceane. Schimbul de carbon între atmosferă și rezervoarele de apă influențează cât de mult carbon se găsește în fiecare locație și fiecare îl afectează reciproc pe celălalt. Dioxidul de Carbon (CO2) din atmosferă se dizolvă în apă și se combină cu moleculele de apă pentru a forma acid carbonic, apoi se ionizează în ioni de carbonat și bicarbonat:

\begin{array}{rrcl}\text{Step 1:}&\text{CO}_2\text{(atmospheric)}&\longleftrightarrow&\text{CO}_2\text{(dissolved)}\\\text{Step 2:}&\text{CO}_2\text{(dissolved)}+\text{H}_2\text{O}&\longleftrightarrow&\text{H}_2\text{CO}_3\text{(carbonic acid)}\\\text{Step 3:}&\text{H}_2\text{CO}_3&\longleftrightarrow&\text{H}^{+}+\text{HCO}^-_3\text{(bicarbonate ion)}\\\text{Step 4:}&\text{HCO}^-_3& \ longleftrightarrow & \ text{H}^{ + } + \ text{CO}^{2-}_{3}\Text{(Ion carbonat)}\end{array}

coeficienții de echilibru sunt astfel încât mai mult de 90% din carbonul din ocean se găsește sub formă de ioni bicarbonați. Unii dintre acești ioni se combină cu apa de mare calciu pentru a forma carbonat de calciu (CaCO3), o componentă majoră a cojilor organismului marin. Aceste organisme formează în cele din urmă sedimente pe fundul oceanului. De-a lungul timpului geologic, carbonatul de calciu formează calcar, care cuprinde cel mai mare rezervor de carbon de pe Pământ.

pe uscat, carbonul este stocat în sol ca urmare a descompunerii organismelor vii (prin descompunători) sau a intemperiilor rocilor și mineralelor terestre. Acest carbon poate fi levigat în rezervoarele de apă prin scurgerea suprafeței. Mai adânc în subteran, pe uscat și pe mare, sunt combustibili fosili: rămășițele descompuse anaerob de plante care durează milioane de ani pentru a se forma. Combustibilii fosili sunt considerați o resursă neregenerabilă, deoarece utilizarea lor depășește cu mult rata lor de formare. O resursă neregenerabilă, cum ar fi combustibilii fosili, este fie regenerată foarte încet, fie deloc. O altă modalitate prin care carbonul intră în atmosferă este de pe uscat (inclusiv de sub suprafața oceanului) prin erupția vulcanilor și a altor sisteme geotermale. Sedimentele de Carbon de pe fundul oceanului sunt luate adânc în pământ prin procesul de subducție: mișcarea unei plăci tectonice sub alta. Carbonul este eliberat ca dioxid de carbon atunci când un vulcan erupe sau din orificiile hidrotermale vulcanice.

oamenii contribuie la carbonul atmosferic prin arderea combustibililor fosili și a altor materiale. De la Revoluția industrială, oamenii au crescut semnificativ eliberarea de carbon și compuși ai carbonului, ceea ce a afectat la rândul său climatul și mediul general.

creșterea animalelor de către oameni crește, de asemenea, carbonul atmosferic. Numărul mare de animale terestre crescute pentru a hrăni populația în creștere a Pământului are ca rezultat creșterea nivelului de dioxid de carbon în atmosferă din cauza practicilor agricole și a respirației și a producției de metan. Acesta este un alt exemplu al modului în care activitatea umană afectează indirect ciclurile biogeochimice într-un mod semnificativ. Deși o mare parte din dezbaterea despre efectele viitoare ale creșterii carbonului atmosferic asupra schimbărilor climatice se concentrează pe combustibilii fosili, oamenii de știință iau în considerare procesele naturale, cum ar fi vulcanii și respirația, pe măsură ce modelează și prezic impactul viitor al acestei creșteri.

contribuie!

îmbunătățiți această paginăaflați mai multe