Круговорот ⭐️ углерода в природе: виды, схема и значение круговорота углерода

Круговорот элемента в природе

Все соединения в окружающей среде можно разделить на живые (органические) и мертвые (неорганические). К первой группе принадлежат вещества биологического происхождения, например, липиды, протеины

В состав их структуры входит ряд микроэлементов, имеющих важное значение для живого организма. Неорганические соединения образуются в результате химических реакций. К их числу принадлежат газы, соли, металлы и т.д.

К их числу принадлежат газы, соли, металлы и т.д.

Кратко схема круговорота углерода в природе можно описать следующим образом:

Водная среда, атмосфера и суша заполнены неорганическими соединениями, которые попадают в пищеварительную систему простейших существ.
Последние активно поглощаются высшими животными.
После гибели простейших организмов их останки снова перерабатываются до состояния металлов и солей.

Это общее описание принципа оборота углекислого газа (СО2) в природе, приведенного на рисунке.

Дыхательный обмен

Углекислый газ присутствует в воздухе, земле и воде. Он образуется вследствие дыхания живых существ, горения, а также гниения. Растения обладают способностью усваивать углерод, входящий в состав СО2. После этого они перерабатывают его в органические соединения. Этот процесс называется фотосинтезом, а протекает он в листьях.

Деятельность микроорганизмов

Простейшие организмы являются началом и концом любой пищевой цепи. Именно благодаря их работе растения и животные получают необходимую для жизни энергию. Погибшие представители флоры и фауны оказываются в структуре почвы и морского дна. После этого в работу включаются микроорганизмы, перерабатывающие их плоть в простые химические соединения. Этот процесс сопровождается выделением CO2.

В результате образуются питательные ресурсы, необходимые для жизни растений и животных, а круговорот элементов начинается с самого начала. При этом некоторым простейшим для расщепления мертвой структуры не требуется кислород. Например, в воде обитают анаэробные бактерии. Они обладают способностью производить сернистое черное железо. Именно это вещество придает болотам и рекам характерный цвет.

Частью углеродного цикла является симбиоз, представляющий собой выгодное взаимодействие двух организмов. Не все животные способны расщеплять сложную растительную клетчатку. Однако в их желудках обитают бактерии, расщепляющие целлюлозу на простые элементы, которые легко усваиваются организмом парнокопытных. Можно привести много примеров такого сотрудничества.

Углерод в воде и на суше

Атмосфера содержит около 30 % всего углерода планеты. Этого количества элемента достаточно для растений, являющихся главным элементом пищевой цепи высших животных. Благодаря фотосинтезу флора получает требуемую для роста энергию из углерода. Травоядные животные употребляют растения, обеспечивая себя пищей. В свою очередь, хищные представители фауны поедают слабейших травоядных.

Взаимодействие элементов в водной среде является более сложным процессом. Углекислый газ сначала должен раствориться в воде. Только после этого он может быть переработан планктоном. Эти микроорганизмы обитают в верхних слоях воды и находятся в начале пищевой цепи.

Роль людей

Человек уже давно стремится перестроить окружающую среду под свои нужды. К сожалению, это оказывает негативное влияние на природу. Злоупотребление ресурсами приводит к следующим отрицательным последствиям:

быстро уменьшается количество растений, в первую очередь деревьев, что приводит к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере;
фабрики и заводы сжигают ископаемые ресурсы, вызывая тем самым дисбаланс химических элементов.

Активная деятельность человека привела к появлению глобального потепления. Из-за большого количества парниковых газов в атмосфере, процесс отдачи инфракрасного излучения планетой в космическое пространство замедлился. В результате наблюдается таяние льдов на полюсах, что привело к увеличению уровня Мирового океана и гибели некоторых представителей биосферы.

Резервуары углерода и курсы обмена

Упрощенный углеродный цикл.

Есть четыре типа резервуаров углерода:

атмосфера и гидросфера ( в основном океаны), где углерод диффузный и растворяют в основном в виде диоксида углерода (СО ₂ ), и более незначительно, как метан (CH ₄ );
биосферы, где углерод фиксируется в биомассе, в виде органического углерода или в качестве компонента скелета ( в том числе и в море, в виде планктонных биомассы );
литосферы, где углерод фиксируется в виде ископаемого топлива пород, (нефть, уголь, газ) или известняка;
в мантии Земли, где углекислый газ присутствует в диффузной и растворенной форме.

Природный цикл углерода в системе Земля можно оценить, анализируя размер, обменные потоки и время пребывания атома углерода в различных резервуарах.

Что касается потока, большая часть круговорота происходит между атмосферой, поверхностными слоями почвы и океанами, а также биосферой ( биомассой и некромассой ).

На континентах торфяники, луга и леса, а также некоторые почвы играют более или менее важную роль промежуточного накопления углерода или поглотителей углерода .

Торговля углеродом измеряется миллиардами тонн ( гигатонн ) в год ( Гт / год ). Основной поток является то, что между биосферой и атмосферой, порядка 60 Гт год -1, что соответствует с одной стороны, к фотосинтезу, а с другой стороны к аэробного дыхания и разложения. Геологические потоки на два порядка величины меньше, при дегазации CO ₂ по вулканизма (0,1 Гт в год -1 ), фоссилизации горючих пород (0,1 Гт в год -1 ), и седиментации карбонатных пород (0,3 Гт год — 1 ).

Что касается масс, большая часть углерода земной поверхности задерживается в литосфере в виде соединений, которые мало участвуют в круговороте: горных пород в форме карбонатов и ископаемого топлива. В порядке убывания размеров мы различаем:

огромный резервуар, геосфера : литосфера (80 000 000 гигатонн ( Гт минерального углерода в форме карбонатных пород и 14 000 Гт углерода в органическом веществе — нефти, угле, газе — ископаемом)) и, в меньшей степени, земная мантия ;
резервуар среднего размера (39 000 Гт углерода), состоящий из масс поверхностных и глубоководных вод океана;
и несколько небольших резервуаров, то есть менее 2000 Гт углерода, включая атмосферу (от 750 до 800 Гт углерода, в основном в форме CO ₂), биосфере (живые организмы, в основном в виде биомассы живых растений в лесах: от 550 до 600 Гт углерода, с очень разными оценками в зависимости от авторов) и почвы, которые включают подстилку и торфяники (1500 Гт углерода на глубине 1 м, с оценками тоже очень вариативны)

Цикл углерода и его значение

Углерод (С) — основа жизни на Земле. Совсем не кислород, как думают многие! Мы сделаны из углерода, мы едим углерод, и вся наша цивилизация, всё вокруг построено на углероде. Нам нужен углерод, но эта потребность также вплетена в одну из самых серьезных проблем, стоящих перед нами сегодня: глобальное изменение климата. Зависят ли эти изменения от деятельности человека? Это очень интересный вопрос, но о нём чуть позже.

Углеродный цикл на планете делится на медленный и быстрый.

Медленный углеродный цикл — круговорот С в био-, гидро-, лито- и атмосфере, который занимает в среднем 100…200 млн лет, в котором участвуют 10…100 миллионов метрических тонн С ежегодно. Для сравнения, выбросы углерода человеком в атмосферу составляют порядка 1010 тонн в год, тогда как быстрый углеродный цикл перемещает в 100…1000 раз больше (что означает, что вклад человека в этот процесс в 10…100 раз меньше). Хотя инсинуации на сей счёт развиваются как предтеча «углеродного налога» на неугодных…

Быстрый углеродный цикл — это фиксация атмосферного CO₂. Растения и фитопланктон морей и океанов являются основными компонентами быстрого цикла, поглощая CO₂ из воздуха с использованием энергии Солнца:

CO₂ + Н₂О + энергия = СН₂О + O₂

Таким образом, С прочно фиксируется растениями с помощью Солнца и переводится в органическую форму. В этом случае (спойлер) не стоит ли связывать изменение климата не с деятельностью человека (хотя загрязнять воздух дымом ТЭЦ и выхлопами авто, конечно же, плохо), а с солнечной активностью?

Для возвращения углерода из растений обратно в атмосферу (большой цикл) должны произойти четыре вещи, но все они связаны с одной и той же химической реакцией:

Растения расщепляют углеводы, чтобы получить энергию, необходимую им для роста.
Животные (включая людей) едят растения (или животных) и также расщепляют углеводы для получения энергии.
Растения и планктон погибают и разлагаются в конце вегетационного периода.
Огонь уничтожает лес.

В каждом случае O₂ соединяется с углеводами:

СН₂О + O₂ = CO₂ + Н₂О + энергия

Во всех процессах CO₂, выделяющийся в результате реакции, обычно попадает в атмосферу. Предлагаю для удачной «декарбонизации» запретить всем есть, умирать и разлагаться! Не согласны?

Далее. Быстрый углеродный цикл настолько тесно связан с жизнью растений, что вегетационный период можно даже «увидеть» по тому, как колеблется CO₂ в атмосфере. Зимой в Северном полушарии, когда растет мало растений, а многие разлагаются, концентрация CO₂ в атмосфере повышается. Весной, когда растения снова начинают расти, концентрация падает: как будто Земля дышит.

«Волны» быстрого цикла видны в смене времен года. Поскольку большие массивы суши Северного полушария зеленеют весной и летом, они «вытягивают» С из атмосферы. Пик этого цикла приходится на август, когда из атмосферы забирается около 2 частей углекислого газа на миллион (2 ppm = 2 мг/л). Осенью и зимой, когда растительность в Северном полушарии большей частью отмирает, разложение и дыхание возвращают CO₂ в атмосферу. В Южном полушарии проходят обратные процессы (без учёта активности фитопланктона).

CO₂ и метан играют огромную роль в жизни планеты, являясь парниковыми газами, которые поглощают широкий спектр энергии, включая инфракрасный спектр (тепло), излучаемую Землей, а затем «отзеркаливают» ее назад. Без парниковых газов Земля бы замерзла полностью при температуре -18 °С, но при значительном увеличении концентрации парниковых газов Земля будет похожа на Венеру, где атмосфера «теплицы» поддерживает температуру около 400°С!

Считается, что в настоящее время выделяется больше CO₂, чем может естественным образом поглотить растительность Земли и океаны. Якобы, избыток CO₂ образовал в нашей атмосфере защитное покрытие, задерживающее солнечное тепло и изменяющее наш климат, о чем свидетельствуют изменения в океанских течениях и температуре воздуха. Якобы, характер выпадения осадков меняется, и ледники тают. Но виноваты ли мы с вами и должны ли за это платить?

Я лично против, хотя моё приложение для авиаперелётов уже подсчитало — я только на авиаперелётах «виновен» в выбросе 3 тонн CO₂ и могу компенсировать это, заплатив $13,65 какому-то фонду… Сбер также считает оплату бензина и поездки на такси с карты и тоже выставляет (пока необязательные) счета на CO₂, видимо, готовя к неизбежному… Спасибо хоть, что они про «могу» компенсировать, а не «должен», но тут лаг может быть минимальным…

Короче: когда вам говорят про экологию, декарбонизацию и CO₂ — помните, это всегда про деньги. Большие деньги. И кто-то должен заплатить. И вряд ли вам.

Геохимический цикл углерода

Геохимический цикл углерода по своей сути – это схема, отражающее то количество углерода, который циркулирует между слоями: атмосферой, геосферой и гидросферой. Замеры производятся в течение года и составляют миллиарды тонн. При это данный показатель еще включает и те 5,5 гигатонн, которые попадают в атмосферу при сжигании человеком ископаемого топлива.

По факту – геохимический цикл углерода представляет собой совокупность процессов по переносу углевода из одного так называемого геохимического резервуара в другой. Стоит отметить, что главную роль в этом процессе играют живые организмы.

Важно знать, что геохимический цикл углерода обладает рядом особенностей:

Он всегда происходит сквозь гидросферу и атмосферу и поэтому серьезно влияет на все процессы в окружающей среде, и в первую очередь, на представителей биосферы;
На протяжении становления и развития планеты происходящие катастрофические изменения значительно влияли на эволюцию цикла.

На данный момент самым изученным является четвертичный период геохимического цикла. В нем происходили те изменения, которые напрямую связаны с климатическими. Именно поэтому ученым намного проще отследить этот период, так как он четко зафиксирован вечной мерзлотой Арктики и Антарктиды.

Круговорот воды

Воды на Земле много — 1,5 млрд км3, но пресных вод меньше 3%. Основная масса пресной воды — 29 млн км3 (75%) — находится в ледниках Арктики и Антарктиды, около 13 млн км3 — в атмосфере, 1 млн км3 — в живых организмах. Лишь всего 0,003% воды, т.е. около 0,04 млн км3, представляют объем ежегодно возобновляемых водных ресурсов.

Большой круговорот воды (40-45 тыс. км3)

испарение воды в океанах и на суше под действием Солнца;
перенос паров воды с воздушными массами;
выпадение воды из атмосферы в виде дождя и снега;
поглощение воды растениями и почвой,
сток воды по поверхности суши и возвращение в моря и океаны. Этот круговорот воды хорошо замкнут. Он вместе с энергией Солнца является важнейшим фактором обеспечения жизни на Земле, так как при этом происходит перенос и перераспределение не только воды — основы жизни, но и тепла, поглощающегося при испарении воды и выделяющегося при ее конденсации.

Круговорот воды в экосистемах

Здесь различают 4 фазы:

перехват, т.е. поглощение воды листьями, кроной, до того как она достигнет почвы;
эвапотранспирация: (лат. evaporatio — испарение, transpirere — испарение растениями) — отдача воды экосистемой в атмосферу за счет ее биологического испарения растениями и испарения с поверхности почвы;
инфильтрация — просачивание воды в почву, затем перенос грунтовых вод и испарение;
сток — потеря воды экосистемой за счет ее стока в ручьи, реки и затем в моря, океаны.

Величина эвапотранспирации — это сумма биологической тран-спирации воды растениями и испарения ее с поверхности почвы. В Европе она оценивается как 3-7 тыс. т/га в год, из них около 1 тыс. т/га за год воды испаряется с поверхности почвы.

Велика биологическая транспирации воды растениями, что необходимо для извлечения питательных веществ и поддержания температурного режима тканей. Так, за день одна береза испаряет 75 л воды, бук — 100 л, липа — 200 л, 1 га леса — 50000 л.

Коэффициент транспирации — количество воды, транспирируемое растением в сезон для создания 1 кг сухого вещества. Он весьма велик и составляет от 300 до 1000 в зависимости от вида растения. Например, для получения 1 т зерна требуется от 250 до 550 т воды.

Открытие

Джозеф Блэк Первооткрывателем углекислого газа является шотландский физик и химик, Джозеф Блэк (Joseph Black). В 1756 году ученный проводил эксперимент, нагревая белую магнезию (MgCO3). В результате нагрева он выявил, что карбонат магния разложился до жженой магнезии (оксида магния) с потерей массы и образованием так называемого «связанного воздуха». Этим воздухом, как не трудно догадаться, был диоксид углерода.

Впервые, при детальном изучении CO2, Джозеф Блэк доказал что, окружающий нас воздух, это не единая субстанция, а смесь газов. До этого момента все ученные считали воздух одним газом.

компоненты

Глобальный углеродный цикл можно лучше понять, изучив два более простых цикла, которые взаимодействуют друг с другом: короткий цикл и длинный цикл.

Короткометражный фильм посвящен быстрому обмену углерода, который переживают живые существа. В то время как длинный цикл происходит в течение миллионов лет и включает обмен углерода между внутренней частью и поверхностью Земли..

-Быстрый цикл

Быстрый цикл углерода также известен как биологический цикл, потому что он основан на обмене углерода, который происходит между живыми организмами с атмосферой, океанами и почвой..

Атмосферный углерод присутствует в основном в виде диоксида углерода. Этот газ реагирует с молекулами воды в океанах с образованием бикарбонат-иона. Чем выше концентрация углекислого газа в атмосфере, тем больше образование бикарбоната. Этот процесс помогает регулировать СО₂ в атмосфере.

Углерод в виде диоксида углерода проникает во все трофические сети, как наземные, так и водные, через фотосинтезирующие организмы, такие как водоросли и растения. В свою очередь, гетеротрофные организмы получают углерод, питаясь автотрофными организмами..

Часть органического углерода возвращается в атмосферу посредством разложения органического вещества (осуществляется бактериями и грибами) и клеточного дыхания (у растений и грибов). Во время дыхания клетки используют энергию, запасенную в углеродсодержащих молекулах (таких как сахара), для производства энергии и СО₂.

Другая часть органического углерода превращается в отложения и не возвращается в атмосферу. Углерод, хранящийся в осадках морской биомассы на дне моря (когда организмы умирают), разлагается и СО₂ растворяется в глубокой воде. Это CO₂ навсегда удален из атмосферы.

Точно так же часть углерода, хранящегося в деревьях, камышах и других лесных растениях, медленно разлагается в болотах, болотах и водно-болотных угодьях в анаэробных условиях и с низкой микробной активностью..

Этот процесс производит торф, губчатую и легкую массу, богатую углеродом, который используется в качестве топлива и в качестве органического удобрения. Примерно треть всего земного органического углерода составляет торф.

-Медленный цикл

Медленный цикл углерода включает обмен углерода между породами литосферы и поверхностной системой Земли: океанами, атмосферой, биосферой и почвой. Этот цикл является основным регулятором концентрации углекислого газа в атмосфере в геологическом масштабе..

Неорганический углерод

Растворенный в атмосфере углекислый газ в сочетании с водой образует углекислоту. Это реагирует с кальцием и магнием, присутствующим в земной коре, с образованием карбонатов.

Из-за эрозионного воздействия дождя и ветра карбонаты достигают океанов, где накапливается дно моря. Карбонаты также могут усваиваться организмами, которые в конечном итоге погибают и осаждаются на морском дне. Эти отложения накапливаются в течение тысячелетий и образуют известняковые породы..

Осадочные породы морского дна поглощаются в мантию Земли путем субдукции (процесс, который включает погружение океанической зоны тектонической плиты под край другой плиты).

В литосфере осадочные породы подвергаются высоким давлениям и температурам и, как следствие, плавятся и вступают в химическую реакцию с другими минералами, выделяя СО₂. Выброшенный таким образом диоксид углерода возвращается в атмосферу в результате извержений вулканов..

Неорганический углерод

Другим важным компонентом этого геологического цикла является органический углерод. Это происходит из биомассы, захороненной в анаэробных условиях и при высоком давлении и температуре. Этот процесс привел к образованию ископаемых веществ с высоким содержанием энергии, таких как уголь, нефть или природный газ..

Во время возникновения промышленной революции, в 19 веке, было обнаружено использование ископаемого органического углерода в качестве источника энергии. С двадцатого века наблюдается постоянное увеличение использования этих ископаемых видов топлива, что привело к выбросу в атмосферу большого количества углерода, накопленного в земле в течение тысячелетий в течение нескольких десятилетий..

Фосфор

Круговорот фосфора в биосфере неразрывно связан с синтезом таких органических веществ, как: АТФ, ДНК, РНК и другие.

В почве и воде содержание фосфора очень мало. Основные его запасы в горных породах, образовавшихся в далеком прошлом. С выветриванием этих пород начинается кругооборот фосфора.

Растениями фосфор усваивается лишь в виде ионов ортофосфорной кислоты. В основном это продукт переработки могильщиками органических остатков. Но если почвы имеют повышенный щелочной или кислотный фактор, то фосфаты практически в них не растворяются.

Фосфор является прекрасным питательным веществом для различного вида бактерий. Особенно сине-зеленой водоросли, которая при увеличенном содержании фосфора бурно развивается.

Тем не менее большая часть фосфора уносится с речными и другими водами в океан. Там он активно поедается фитопланктоном, а с ним морским птицам и другим видам животных. Впоследствии фосфор попадает на океаническое дно и формирует осадочные породы. То есть возвращается в землю, лишь под слоем морской воды.

Как видно кругооборот фосфора специфичен. Его трудно и назвать кругооборотом, так как он не замкнут.

Круговорот элемента в природе

В результате постоянного круговорота веществ происходит непрерывный процесс миграции различных элементов. Например, из окружающей среды животные и растения потребляют необходимые для своей жизнедеятельности элементы, которые потом при разложении этих организмов возвращаются обратно.

Дыхательный обмен

Для жизнедеятельности живых организмов необходимо дыхание, которое осуществляется благодаря биогеохимическому циклу кислорода, углерода и других веществ.

Данный цикл наиболее совершенен, имеет высокую способность к быстрой саморегуляции и большие запасы в атмосфере. Например, кислород участвующий в дыхательном обмене, полностью оборачивается через организмы за 2 тысячи лет, а скорость оборота СО₂ составляет порядка 300 лет.

Основными поставщиками кислорода и резервуарами биологически связанного CO2 являются зеленые насаждения и леса.

Деятельность микроорганизмов

Деятельность микроорганизмов выполняет первостепенную роль в круговороте веществ. Особенно явно она проявляется в биохимических процессах круговорота:

образование (синтез) органических веществ из минеральных;
расщепление органических соединений до минеральных.

Из этого можно сделать вывод о незаменимости и высокой важности микроорганизмов в круговороте веществ в биосфере

Углерод в воде и на суше

В основном на нашей планете углерод находится в виде соединения СО₂, которое содержится как в воде, так и на суше.

Биогенный круговорот углерода в воздухе и воде схожи, но имеют некоторые отличия.

Первым этапом углеродного цикла в атмосфере является его поглощение живыми организмами. Дальнейшую роль в круговороте данного вещества играет фотосинтез, в результате которого в растениях происходит разделение CO2. Частично он переходит в воздух. Остальная часть накапливается в растениях, после отмирания которых, попадает в грунт. Ещё один цикл круговорота может происходить, когда растительный организм попадает на большую глубину почвы, там он после разложения превращается в полезное ископаемое на основе углерода (уголь).

В водной среде круговорот происходит за счет циркуляции растворенного в воде углерода между воздухом и водой. А также за счет распада живых организмов, которые преобразуются после смерти в известняк, отдавая углерод в воду.

Роль людей

Человек играет важную роль в круговороте веществ в биосфере. Можно сказать, что она отрицательна. В результате своей деятельности человек постоянно нарушает естественный цикл.

Вырубка лесов уменьшает объемы производимого кислорода и снижает уровень потребления углерода. Постоянное сжигание различных видов топлива (уголь, нефть, газ и т.д.) приводит к увеличению выброса CO2 в воздух. Получается человек увеличивает количество углерода в атмосфере и уничтожает места, где он мог бы переработаться в кислород, что приводит к дефициту последнего.

Также люди своими производственными процессами нарушают такие циклы, как: круговорот азота, серы, свинца, ртути и т.д.

Схема круговорота углерода в природе

Круговорот углерода в природе – это обязательный комплекс из различного рода физических и химических процессов и реакций. Известно, что данный элемент входит в состав всех живых организмов на планете Земля и прямо связан с процессами их жизнедеятельности. Атомы углерода в том или ином виде соединений непрерывно циркулируют во всех сферах планеты, отражая, по сути, общую динамику живых процессов.

Основная часть углерода представлена в атмосфере – и это углекислый газ СО2. В воде также присутствует углерод в форме также диоксида. При переходе жидкостей и газов в агрегатные состояния друг друга, круговорот и осуществляется – углерод свободно «гуляет» в окружающей среде. В чистом виде соединение СО2 потребляется растениями, преобразовывая его в процессе фотосинтеза в различные соединения и отдельные элементы, которые отправляются дальше по кругу. Таким образом, весь попавший в растение углерод разделяется на следующие части:

в составе растения. Определенное количество углерода остается в клетках и задерживается в них до самого окончания жизненного цикла растения;
переходит к травоядным. Потребляя в пищу растения, животные получают из них какую-то часть углерода, отдавая (буквально – выдыхая) его в атмосферу в виде СО2;
от травоядных – к хищникам. По аналогичному принципу (через потребление пищи) плотоядные животные потребляют углерод и выделяют его диоксид посредством дыхательных процессов;
попадает в грунт. Когда растение умирает, часть оставшегося в нем углерода переходит в почву. Так начинается процесс образования ряда топливных полезных ископаемых. Классическим примером может стать уголь.

Аналогичные процессы происходят в гидросфере. Содержащийся в воде углерод потребляется морскими обитателями растительного и животного мира.

В целом, попадание углерода в атмосферу связано напрямую с процессами жизнедеятельности живых организмов на планете. Отдельным естественным процессом выброса углекислого газа в атмосферу является извержение вулкана. Искусственным же считается сжигание топлива человеком. К сожалению, в совокупности это дает переизбыток углерода в атмосфере, чем создается парниковый эффект, пагубно влияющий на состояние окружающей среды и экологии. Эта проблема сейчас – одна из самых обсуждаемых в мире.

Особенности круговорота углерода

Углерод — это элемент, который встречается во многих различных формах и местах нашей Земли и атмосферы. Как упоминалось ранее, он в больших количествах содержится в живых организмах. Без этого элемента мы бы даже не существовали. Ключевые молекулы, из которых состоит наш организм, такие как белки, углеводы и ДНК, содержат углерод в качестве основного компонента. Углерод также в изобилии присутствует в нашей атмосфере в форме углекислого газа или CO2. Кроме того, углерод также содержится в Земле в виде ископаемого топлива.

Круговорот углерода — это, по сути, естественный способ повторного использования атомов углерода различными способами и в разных местах. Это процесс, при котором углерод перемещается из атмосферы в живые организмы и Землю, а затем обратно в атмосферу. Но как он работает и что заставляет углерод циркулировать?

Важно понимать, что наша Земля и ее атмосфера в целом являются замкнутой средой. Материя, которая существует сейчас, — это все, что у нас когда-либо будет

Вы когда-нибудь слышали фразу: «Материю невозможно создать или уничтожить»? Возьмем, к примеру, воду. Вода постоянно циркулирует на Земле и атмосфере. Она испаряется из океанов и других водоемов и удерживается в облаках. Затем выпадает в виде дождя или снега. Вода никогда не создается и не уничтожается, она лишь перерабатывается.

Точно так же у нас есть фиксированное количество углерода на Земле и в атмосфере. Мы находимся в нашем собственном пузыре, и, по сути, практически ничто не выходит из нашего мира и не входит в него. Мы не получаем межгалактических поставок необходимых элементов, таких как углерод. Это означает, что весь углерод на Земле и в атмосфере, равен тому количеству, которое у нас всегда было. Итак, когда формируются новые организмы, необходим углерод для образования ключевых молекул, таких как белок и ДНК. Но откуда он берется? Вот тут и начинает работать круговорот углерода в природе.

Этапы круговорота углерода

Наибольшее количество углерода на планете представлено в форме соединения диоксида углерода или углекислого газа CO2. Он содержится в атмосфере, растворен в водах Мирового океана. Для процессов, происходящих в атмосферных слоях, круговорот углерода происходит следующим образом:

оставшийся в растениях после поглощения из воздуха углерод задерживается некоторой частью в них самих и уходит в почву после отмирания. Далее углерод становится материалом для «работы» редуцентов – грибов и термитов – которые, питаясь органическими веществами, разлагают их до более простой неорганики. Впоследствии вновь соединившийся с кислородом углерод в форме CO2 вернется в атмосферу;
дополнительный способ – если растение попадает под грунт. Там, разлагаясь, оно может превратиться в ископаемое топливо, в основе которого лежит углерод. Так появляется уголь.
вторым вариантом развития событий может стать употребление растений в пищу травоядными. Углерод попадая в организм животного, затем выходит с дыханием обратно в воздух или и в почву в процессе разложения после смерти. Также травоядное животное может стать пищей для хищников, тем самым передав ему углерод, который вернется в воздух и почву тем же образом.

В воде круговорот имеет меньше вариаций, но также возможны несколько способов:

растворенный в воде углекислый газ в процессе газообмена регулярно циркулирует между Мировым океаном и атмосферой;
углерод находится в составе тканей растений и животных, которые после отмирания превращаются в известняк, оседая на дне и отдавая углерод в воду.