Углеродный цикл — сохранение энергии будущего

Углеродный цикл или цикл CO2 это неотъемлемая часть обычной жизни. Из-за обилия углерода, содержащегося в каждом элементе жизни, включая животных, горные породы, воздух, воду и многое иное, круговорот углерода — это круговорот, который регулярно двигается и меняется из-за регулярно меняющейся природы вещей, в их состав входит углерод.

Углерод — четвертый по распространенности элемент, встречающийся на Земля, он в ответе за большинство видов человеческого топлива и содержится в самых разных резервуарах. Значительная часть углерода находится в литосфере, которая состоит из горных пород. Значительная часть углерода хранится в осадочных карбонатах и керогенах, а остальная часть распределена между океаном, атмосферой, биомассой, такой как растения и животные, и ископаемым топливом. Это известно как хранение углерода.

Вы умрете, а углерод — нет; его карьера не завершается с вами вместе. Он вернется в грунт, а там его на протяжении какого-то времени опять возьмёт какое-нибудь растение, и он опять отправиться в круговорот жизни растений и животных.

— Якоб Броновски

Как работает углеродный цикл?

В результате человеческой деятельности, такой как сжигание ископаемого топлива и отопление домов, в атмосферу попадает углекислый газ. При дыхании людей и животных углерод также попадает в атмосферу в виде двуокиси углерода. У растений есть процесс, именуемый фотосинтезом, который дает возможность им брать углекислый газ из атмосферы и воду из почвы для образования фотосинтатов (сахаров, крахмала, углеводов и белков). Таким образом, углерод становится частью растений.

Животные не создают собственную пищу и кушают растения или других животных, чтобы выжить. Еда, которую они кушают, расщепляется на сахара и крахмал в процессе, называемом метаболизмом. Когда животные дышат, углекислый газ возвращается назад в атмосферу, где растения применяют его опять.

Когда растения и животные умирают, они превращаются в ископаемое топливо, состоящее из углерода в течение миллионов лет. Это происходит, когда разлагающие организмы, например бактерии и грибы, разрушают мертвые растения и животных и высвобождают углерод, хранящийся в них. Когда мы сжигаем это ископаемое топливо, оно возвращается в атмосферу в виде углекислого газа. Опять растения будут применять углерод из атмосферы, и общий процесс начнется сначала.

Углекислый газ считается парниковым газом и сохраняет тепло в атмосфере. Без него и остальных тепличных газов этот мир превратится в замерзшую планету. За последние 100 лет мы сожгли столько ископаемого топлива, что сейчас в атмосфере содержится на 30% больше углекислого газа.

Накопители энергии. Гулиа Н.В.

Углерод передвигается от однотипны хранения к другому по бесчисленным путям обмена, поэтому сжигание ископаемого топлива способствует глобальному потеплению: углерод, высвобожденный из топлива, хранящегося под землёй, попадает в атмосферу, что приводит к потеплению климата.. Самыми основными путями перемещения углерода являются обстановка, океан, осадочные породы и ископаемое топливо, биосфера и распад биомассы, а еще земные недра.

Углерод обменивается между несколькими разными резервуарами хранения при помощи многих биологических, геологических, химических и физических процессов. Данные процессы известны как углеродный цикл.

Углеродный цикл разделяется на два основных типа движения, популярных как быстрый и медленный циклы. Ниже приводится описание того, как они работают.

Медленный углеродный цикл

Медленный цикл углерода — это часть цикла, в которой углерод передвигается между горными породами, океанами и почвой. Данный процесс может занимать сотни миллионов лет, отсюда и название "медленный цикл углерода".'

  • для того чтобы углерод переместился из атмосферы в горные породы, он подается через дождевые осадки. Когда углерод перемешивается с водой после дождя в атмосфере, образуется дождь, являющийся слегка кислотным благодаря тому, что смесь углерода и прочих элементов образовывает углекислый газ. Эта кислота плавно растворяет горные породы в течение долгого периода времени в процессе, который более известный как "химическое выветривание". Из горных пород выделяются такие химические компоненты, как магний, натрий и кальций, которые потом переносятся реками в океан.
  • Когда эти ионы могут достигать океана, они начинают соединяться с другими элементами, образовывая новые детали. Кальций, к примеру, соединяется с бикарбонат-ионами, из-за чего образуется новое вещество — карбонат кальция. Карбонат кальция — это мелообразное вещество белого цвета, которое можно посмотреть на склонах скал и в любой местности с жёсткой водой.
  • Карбонат кальция также образуется такими существами, как планктон и кораллы. Когда эти организмы умирают, их туши падают на океаническое дно, где в течение долгого времени спресовуются в раковины и осадочные породы. В результате углерод задерживается в новообразованных породах, например как известняк.
  • На суше органический углерод хранится в иле. Под влиянием огромного количества тепла и давления грязь сминается и сжимает органические вещества, которые находятся в ней. Через миллионы лет эти организмы и грязь, в которой они заключены, образовывают горные породы, например сланец, разновидность осадочных пород.
  • Иногда, если есть наличие соответствующих условий, мертвая растительная и животная масса может собираться намного быстрее, чем разлагаются существующие слои. При соблюдении таких условий часто происходит образование остальных видов топлива, например как нефть, газ или уголь.
  • для того чтобы углерод вернулся в атмосферу, откуда он пришёл, эти породы и топливо должны быть высвобождены через вулканы. Скалы и камни дна моря всегда двигаются, и когда они встречаются между собой, большое тепло и давление приводят к расплавлению породы. При подобном нагревании породы выделяется углекислый газ.
  • Потом вулканы извергаются и выбрасывают этот углекислый газ назад в атмосферу, одновременно выбрасывая на сушу пласты силикатной породы. С выделением этой новой породы медленный цикл углерода начинается по новому, при этом углерод, попавший в атмосферу, падает на новую породу, чтобы вернуться в океан и образовать новые карбонаты.
  • Достаточно быстрым элементом медленного цикла углерода считается океан, который практически выбрасывает приличное количество углекислого газа в атмосферу, одновременно растворяя углекислый газ, который он получает из атмосферы. Этот постоянный обмен заставляет океан делать водород, таким образом делая его более кислым, чтобы вода могла выветривать породы, встречающиеся на берегах.

[ОтУС] Топливные элементы для транспорта: прошлое, настоящее, будущее

Быстрый круговорот углерода

Углерод является обязательным элементом для всех живых существ на Земля, а обмен углеродом через эти живые организмы известный как быстрый круговорот углерода. Тогда как детали медленного углеродного цикла занимают сотни миллионов лет, движения в рамках быстрого углеродного цикла происходят на протяжении всей жизни определенного организма.

Для живых существ углерод считается одним из очень важных элементов благодаря количеству химических связей, которые он может образовывать в каждом атоме: до четырех на каждый атом. Это значит, что его можно объединять с другими химическими веществами разными сложными способами. Он является одной из очень важных частей ДНК, состоящая из переплетенных молекул, закрепленных на нити из атомов углерода.

  • Основными организмами, связанными с быстрым круговоротом углерода, являются растения и небольшие океанические существа, известны как фитопланктон. Два этих организма принимают углекислый газ, имеющийся в атмосфере, и фотосинтезируют его, смешивая углекислый газ с водой для получения сахара и кислорода.
  • Существует четыре главных способа, благодаря которым углерод, имеющийся в растениях, может быть возвращен в атмосферу:
  • Растения расщепляют сахар, который они делают, чтобы активизировать рост
  • Животные поедают растения (или, в случае океана, планктон), и они расщепляют сахар, производимый этими организмами, чтобы активизировать свой собственный рост или дыхание
  • Планктон или растения погибают и потребляются бактериями и прочими микроорганизмами в состоянии распада
  • Растения погибают от огня.
  • В этих всех примерах сахар, вырабатываемый этими организмами, соединяется с кислородом, образовывая энергию, а еще выделяя воду и углекислый газ.
  • При наступлении одного из перечисленных выше обстоятельств углекислый газ, в основном, возвращается в атмосферу. Быстрый круговорот углерода считается важной частью роста растений и жизни планктона, и эти организмы отвечают за немалую часть движения углерода на Земля. В зимнее время, когда растения отмирают (или в намного холодных регионах, где они растут не так охотно), встречается заметный рост концентрации углекислого газа в атмосфере. Однако весной его концентрация опять падает.

Как меняется углеродный цикл?

Углеродный цикл всегда колебался и изменялся в ответ на большие события, например изменения климата. К примеру, когда в прошлом случались ледниковые периоды, углеродный цикл заметно замедлялся. Когда это было, свежесть увеличивала рост популяций фитопланктона, что усиливало охлаждающий эффект Земли. Когда ледниковые периоды заканчивались, уровень углерода в атмосфере резко возрастал.

Однако с появлением человеческой промышленности круговорот углерода быстро нарушается, и его естественные изменения ускоряются. Вырубка растений и сжигание ископаемого топлива высвобождает в атмосферу больше углерода, который обычно должен высвобождаться плавно, не оставляя растениям возможности его поглотить.

#T_Lecture Ветер будущего. Тренды альтернативной энергетики

Заём изображения: AIRS , climatesafety