خصائص دورة الكربون ، الخزانات ، المكونات ، التعديلات

ال دورة الكربون إنها العملية البيوجيوكيميائية التي تصف تدفق الكربون على الأرض. يتكون من تبادل الكربون بين الخزانات المختلفة (الغلاف الجوي ، المحيط الحيوي ، المحيطات والرواسب الجيولوجية) ، وكذلك تحولها إلى ترتيبات جزيئية مختلفة..

الكربون عنصر أساسي في حياة الكائنات الحية. على الأرض ، توجد في شكل بسيط مثل الفحم أو الماس ، في شكل مركبات غير عضوية ، مثل ثاني أكسيد الكربون (CO)₂) والميثان (CH₄) ، وكمركبات عضوية ، مثل الكتلة الحيوية (مواد الكائنات الحية) والوقود الأحفوري (النفط والغاز الطبيعي).

تعد دورة الكربون واحدة من أكثر الدورات البيوكيميائية الحيوية تعقيدًا وتتمتع بأهمية كبيرة بسبب تداعياتها على الحياة على الكوكب. يمكن تقسيمها إلى دورتين أبسط ، مترابطة.

أحدهما ينطوي على التبادل السريع للكربون الذي يحدث بين الكائنات الحية والغلاف الجوي والمحيطات والتربة. ويصف آخر العمليات الجيولوجية الطويلة الأجل.

في القرن الماضي مستويات ثاني أكسيد الكربون² ازدادت الأجواء بدرجة كبيرة بسبب استخدام الوقود الأحفوري للحفاظ على نموذج اقتصادي واجتماعي وتكنولوجي غير مستدام مدفوع بالثورة الصناعية في القرن التاسع عشر.

أدى هذا الخلل في دورة الكربون العالمية إلى حدوث تغيير في أنماط درجات الحرارة وهطول الأمطار التي يتم التعبير عنها اليوم في ما نعرفه باسم تغير المناخ.

مؤشر

• 1 الخصائص العامة
• 2 خزانات الكربون
  • 2.1 الجو
  • 2.2 المحيط الحيوي
  • 2.3 طوابق
  • 2.4 المحيطات
  • 2.5 الرواسب الجيولوجية
• 3 مكونات
  • 3.1 دورة سريعة
  • 3.2 دورة بطيئة
• 4 تعديلات دورة الكربون
  • 4.1 التغيرات الجوية
  • 4.2 فقدان المواد العضوية
• 5 المراجع

الخصائص العامة

الكربون عنصر كيميائي غير معدني. الرمز الخاص بك هو C, عددها الذري هو 6 وكتلتها الذرية هي 12.01. له أربعة إلكترونات لتشكيل روابط كيميائية تساهمية (رباعي التكافؤ).

إنه أحد العناصر الأكثر وفرة في قشرة الأرض. العنصر الرابع الأكثر وفرة في الكون ، بعد الهيدروجين والهيليوم والأكسجين ، والثاني العنصر الأكثر وفرة في الكائنات الحية ، بعد الأكسجين.

الكربون له أهمية كبيرة للحياة. وهو واحد من المكونات الرئيسية للأحماض الأمينية التي تؤدي إلى البروتينات ومكون أساسي للحمض النووي لجميع الكائنات الحية.

جنبا إلى جنب مع الأكسجين والهيدروجين فإنه يشكل مجموعة كبيرة ومتنوعة من المركبات مثل الأحماض الدهنية ، ومكونات جميع أغشية الخلايا.

خزانات الكربون

جو

الغلاف الجوي هو الطبقة الغازية التي تحيط بالأرض. أنه يحتوي على 0.001 ٪ من الكربون العالمي ، وذلك أساسا في شكل ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والميثان (CH₄).

على الرغم من كونه أحد أقل خزانات الكربون على وجه الأرض ، فإنه يشارك في عدد كبير من العمليات الكيميائية الحيوية. إنه يمثل خزانًا مهمًا في الحفاظ على الحياة على الأرض.

المحيط الحيوي

يحتوي المحيط الحيوي على ثلثي إجمالي الكربون للأرض في شكل الكتلة الحيوية (الحية والأموات). الكربون هو جزء مهم من هيكل والعمليات الكيميائية الحيوية لجميع الخلايا الحية.

لا تشكل الغابات فقط خزانًا للكربون المهم في المحيط الحيوي ، ولكن تم التعرف على بعض الأنواع كبالوعات ، مثل الغابات المعتدلة.

عندما تكون الغابات في المراحل الأولية فإنها تأخذ CO² من الجو وتخزينه في شكل الخشب. عندما يصلون إلى مرحلة النضج ، فإنهم يمتصون كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون ، لكن خشب أشجارهم يحتوي على كميات هائلة من الكربون (حوالي 20 ٪ من وزنهم).

تشكل الكائنات البحرية أيضًا خزانًا مهمًا للكربون. يقومون بتخزين الكربون في قشرتهم ، في شكل كربونات الكالسيوم.

طوابق

تحتوي التربة على حوالي ثلث كربون الأرض بأشكال غير عضوية ، مثل كربونات الكالسيوم. إنه يخزن ثلاثة أضعاف الكربون من الغلاف الجوي وأربعة أضعاف الكربون من الكتلة الحيوية للنباتات. التربة هي أكبر خزان في التفاعل مع الغلاف الجوي.

بالإضافة إلى كونه خزانًا للكربون ، فقد تم تحديد التربة باعتبارها بالوعة مهمة ؛ إنها رواسب تساهم في امتصاص التركيز العالي والمتزايد للكربون في الغلاف الجوي ، في شكل ثاني أكسيد الكربون₂. هذا الحوض مهم للحد من ظاهرة الاحتباس الحراري.

تعتبر التربة ذات النوعية الجيدة ، التي تحتوي على كمية جيدة من الدبال والمواد العضوية ، من خزانات الكربون الجيدة. تحافظ ممارسات الزراعة التقليدية والإيكولوجية الزراعية على خصائص التربة كخزان أو بالوعة للكربون.

المحيطات

تحتوي المحيطات على 0.05 ٪ من الكربون العالمي للأرض. يوجد الكربون بشكل أساسي في صورة بيكربونات ، والتي يمكن أن تتحد مع الكالسيوم وتشكل كربونات الكالسيوم أو الحجر الجيري ، والتي تترسب في قاع المحيط.

تعتبر المحيطات واحدة من أكبر أحواض ثاني أكسيد الكربون₂, عن طريق امتصاص حوالي 50 ٪ من الكربون في الغلاف الجوي. الوضع الذي يعرض التنوع البيولوجي البحري للخطر من خلال زيادة حموضة مياه البحر.

الرواسب الجيولوجية

الرواسب الجيولوجية المخزنة في شكل خامل في الغلاف الصخري هي أكبر خزان للكربون على الأرض. قد يكون الكربون المخزن هنا من أصل غير عضوي ، أو من أصل عضوي.

يوجد حوالي 99٪ من الكربون المخزّن في الغلاف الصخري عبارة عن كربون غير عضوي مخزّن في الصخور الرسوبية ، مثل الصخور الكلسية.

والكربون المتبقي عبارة عن مزيج من المركبات الكيميائية العضوية الموجودة في الصخور الرسوبية ، والمعروفة باسم الكيروجين ، والتي تشكلت قبل ملايين السنين بواسطة رواسب الكتلة الحيوية التي يتم دفنها وتخضع لضغط ودرجة حرارة عالية. يتم تحويل جزء من هذه الكرزونات إلى النفط والغاز والفحم.

المكونات

يمكن فهم دورة الكربون العالمية بشكل أفضل من خلال دراسة دورتين أبسط تتفاعلان مع بعضهما البعض: دورة قصيرة ودورة طويلة.

يركز الفيلم القصير على التبادل السريع للكربون الذي تواجهه الكائنات الحية. بينما تحدث الدورة الطويلة على مدى ملايين السنين وتشمل تبادل الكربون بين داخل الأرض وسطحها.

-دورة سريعة

تُعرف الدورة السريعة للكربون أيضًا باسم الدورة البيولوجية ، لأنها تستند إلى تبادل الكربون الذي يحدث بين الكائنات الحية في الغلاف الجوي والمحيطات والتربة..

الكربون في الغلاف الجوي موجود بشكل رئيسي كثاني أكسيد الكربون. يتفاعل هذا الغاز مع جزيئات الماء في المحيطات لإنتاج أيونات بيكربونات. كلما زاد تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، زاد تكوين بيكربونات. هذه العملية تساعد على تنظيم ثاني أكسيد الكربون₂ في الجو.

يدخل الكربون ، في شكل ثاني أكسيد الكربون ، إلى جميع الشبكات الغذائية ، الأرضية منها والمائية ، من خلال الكائنات الضوئية ، مثل الطحالب والنباتات. في المقابل ، تحصل الكائنات غير المتجانسة على الكربون من خلال التغذية على الكائنات ذاتية التغذية.

يعود جزء من الكربون العضوي إلى الغلاف الجوي من خلال تحلل المواد العضوية (التي تنفذها البكتيريا والفطريات) والتنفس الخلوي (في النباتات والفطريات). أثناء التنفس ، تستخدم الخلايا الطاقة المخزنة في الجزيئات التي تحتوي على الكربون (مثل السكريات) لإنتاج الطاقة وأول أكسيد الكربون₂.

يتم تحويل جزء آخر من الكربون العضوي إلى رواسب ولا يعود إلى الغلاف الجوي. الكربون المخزن في رواسب الكتلة الحيوية البحرية في قاع البحر (عندما تموت الكائنات الحية) ، تتحلل و ثاني أكسيد الكربون₂ يذوب في المياه العميقة. هذا CO₂ تتم إزالة بشكل دائم من الغلاف الجوي.

وبالمثل ، يتحلل ببطء جزء من الكربون المخزّن في الأشجار والاندفاع وغيره من نباتات الغابات في المستنقعات والمستنقعات والأراضي الرطبة تحت الظروف اللاهوائية والنشاط الميكروبي المنخفض..

تنتج هذه العملية الخث ، كتلة إسفنجية وخفيفة ، غنية بالكربون ، والتي تستخدم كوقود وكسماد عضوي. ما يقرب من ثلث جميع الكربون العضوي الأرضي هو الخث.

-دورة بطيئة

تشمل الدورة البطيئة للكربون تبادل الكربون بين صخور الغلاف الصخري والنظام السطحي للأرض: المحيطات والغلاف الجوي والمحيط الحيوي والتربة. هذه الدورة هي وحدة التحكم الرئيسية لتركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على نطاق جيولوجي.

الكربون غير العضوي

يجمع ثاني أكسيد الكربون المذاب في الجو مع الماء لتكوين حمض الكربونيك. يتفاعل هذا مع الكالسيوم والمغنيسيوم الموجود في قشرة الأرض لتشكيل الكربونات.

بسبب تأثير تآكل الأمطار والرياح ، تصل الكربونات إلى المحيطات ، حيث يتراكم قاع البحر. يمكن أيضًا استيعاب الكربونات عن طريق الكائنات الحية التي تموت في النهاية وتترسب في قاع البحر. تتراكم هذه الرواسب لآلاف السنين وتشكل صخورًا من الحجر الجيري.

يتم امتصاص الصخور الرسوبية لقاع البحر في عباءة الأرض عن طريق الاندساس (وهي عملية تنطوي على غرق منطقة محيطية لصفيحة تكتونية تحت حافة صفيحة أخرى).

في الغلاف الصخري ، تتعرض الصخور الرسوبية لضغوط ودرجات حرارة عالية ، وبالتالي تذوب وتتفاعل كيميائيًا مع معادن أخرى ، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون₂. وبالتالي فإن ثاني أكسيد الكربون المنطلق يعود إلى الغلاف الجوي من خلال الانفجارات البركانية.

الكربون غير العضوي

عنصر آخر مهم في هذه الدورة الجيولوجية هو الكربون العضوي. ينشأ هذا من الكتلة الحيوية المدفونة في ظروف لاهوائية وارتفاع الضغط ودرجة الحرارة. أدت هذه العملية إلى تكوين المواد الأحفورية التي تحتوي على نسبة عالية من الطاقة ، مثل الفحم أو النفط أو الغاز الطبيعي..

أثناء ظهور الثورة الصناعية ، في القرن التاسع عشر ، تم اكتشاف استخدام الكربون العضوي المتحجر كمصدر للطاقة. منذ القرن العشرين ، كانت هناك زيادة مطردة في استخدام هذه الوقود الأحفوري ، مما تسبب في عدة عقود في إطلاق كميات كبيرة من الكربون المتراكمة في الأرض منذ آلاف السنين..

تعديلات دورة الكربون

تشكل دورة الكربون ، جنبًا إلى جنب مع دورات الماء والمواد الغذائية ، أساس الحياة. إن الحفاظ على هذه الدورات يحدد صحة النظم الإيكولوجية وقدرتها على التحمل ، وقدرتها على توفير الرفاهية للبشرية. التعديلات الرئيسية لدورة الكربون مذكورة أدناه:

التغيرات الجوية

ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي هو أحد غازات الدفيئة. إلى جانب الميثان والغازات الأخرى ، يمتص الحرارة المشعة من سطح الأرض ، ويمنع إطلاقها في الفضاء.

أدت الزيادة المقلقة لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وغازات الدفيئة الأخرى إلى تغيير توازن طاقة الأرض. هذا يحدد الدوران العالمي للحرارة والمياه في الغلاف الجوي ، وأنماط درجات الحرارة وهطول الأمطار ، والتغيرات في أنماط الطقس وارتفاع مستوى سطح البحر.

يعتمد التغيير البشري الرئيسي لدورة الكربون على زيادة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون₂. منذ عام 1987 ، انبعاثات CO العالمية السنوية₂ من حرق الوقود الأحفوري زادت بنحو الثلث.

صناعة البناء والتشييد تسبب أيضا انبعاثات CO مباشرة² في إنتاج الصلب والأسمنت.

كما زادت انبعاثات أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في العقود الأخيرة. كانت هناك زيادة كبيرة نسبيا في شراء المركبات الشخصية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الاتجاه في صالح السيارات الأثقل مع استهلاك الطاقة العالي.

أحدثت التغيرات في استخدام الأراضي حوالي ثلث الزيادة في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على مدار الـ 150 عامًا الماضية. خاصة من خلال فقدان الكربون العضوي.

فقدان المواد العضوية

خلال العقدين الماضيين ، أدى التغير في استخدام الأراضي إلى زيادة ملحوظة في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والميثان في الغلاف الجوي.

تسبب انخفاض مساحة الغابات في جميع أنحاء العالم في البداية في خسارة كبيرة للكتلة الحيوية نتيجة للتحول إلى المراعي والأراضي الزراعية.

الاستخدام الزراعي للأراضي يقلل من المادة العضوية ، ويصل إلى توازن جديد وأدنى ، بسبب أكسدة المادة العضوية.

الزيادة في الانبعاثات هي أيضا نتيجة لتصريف الخث والأراضي الرطبة ذات المحتوى العضوي العالي. مع زيادة درجة الحرارة العالمية ، يزداد معدل تحلل المواد العضوية في التربة والجفت ، بحيث يتم تسريع خطر تشبع حوض الكربون المهم هذا..

يمكن أن تنتقل التندرا من كونها مصدرًا للكربون إلى مصادر لغازات الدفيئة.

مراجع

1. Barker، S، J. A. Higg ins and H. Elderfield. 2003. مستقبل دورة الكربون: المراجعة ، استجابة التكلس ، الصابورة والتغذية الراجعة حول ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن أ ، 361: 1977-1999.
2. بيرنر ، آر. (2003). دورة الكربون على المدى الطويل ، والوقود الأحفوري والتكوين الجوي. الطبيعة 246: 323-326.
3. (2018 ، 1 ديسمبر). ويكيبيديا ، الموسوعة الحرة. تاريخ التشاور: 19:15 ، 23 ديسمبر 2018 من es.wikipedia.org.
4. دورة الكربون. (2018 ، 4 ديسمبر). ويكيبيديا ، الموسوعة الحرة. تاريخ التشاور: 17:02 ، 23 ديسمبر 2018 من en.wikipedia.org.
5. Falkowski، P.، RJ Scholes، E. Boyle، J. Canadell، D. Canfield، J. Elser، N. Gruber، K. Hibbard، P. Hogberg، S. Linder، FT Mackenzie، B. Moore III، T. Pedersen، Y. Rosenthal، S. Seitzinger، V. Smetacek، W. Steffen. (2000). دورة الكربون العالمية: اختبار معرفتنا بالأرض كنظام. العلم ، 290: 292-296.
6. برنامج الأمم المتحدة للبيئة. (2007). توقعات البيئة العالمية GEO4. فينيكس تصميم المساعدات ، الدنمارك.
7. Saugier، B. and J.Y. Pontailler. (2006). دورة الكربون العالمية وعواقبها في عملية التمثيل الضوئي في ألتيبلانو البوليفي. علم البيئة في بوليفيا ، 41 (3): 71-85.