Trumpos anglies ciklo, azoto ciklo ir sieros ciklo pastabos (2158 žodžiai)

Trumpos pastabos apie anglies ciklą, azoto ciklą ir sieros ciklą!

Įvairios medžiagos, įskaitant įvairias maistines medžiagas ir metalus, ekosistemoje vyksta cikliškai. Pagrindiniai medžiagų rezervai arba saugojimo skyrius yra žinomi kaip rezervuarai. Kai pagrindinis maistinės medžiagos rezervuaras yra atmosferoje, jis vadinamas dujiniu ciklu, pvz., Azoto ciklu, kurio rezervuaras yra azoto dujų forma (N2), sudarantis apie 78% atmosferos.

Kai rezervuaras yra žemės plutoje arba nuosėdose, tai žinoma kaip nuosėdų ciklas, pvz., Fosforo ciklas, turintis rezervą kaip fosfatų uolienos. Sieros ciklas yra tarpinio tipo pavyzdys, turintis rezervuarą tiek dirvožemyje, tiek atmosferoje.

Medžiagų judėjimą iš vieno rezervuaro į kitą gali sukelti fiziniai veiksniai, pvz., Vėjas arba gravitacinė energija. Taip pat gali būti dėl cheminės energijos, pvz., Kai vandens telkinys pasiekia prisotinimą - rezervuaras yra chemiškai pilnas, todėl nebegali jo laikyti.

Tada medžiaga paprastai nusodinama. Vidutinis laikas, kurį medžiaga (medžiagos molekulė) išlieka rezervuare, yra žinomas kaip jo buvimo laikas.

Maistinės medžiagos, pvz., Anglis, azotas, sieros, deguonis, vandenilis, fosforas ir tt, sukasi apskritais keliais per biotinius ir abiotinius komponentus ir yra žinomi kaip biogeocheminiai ciklai.

Vanduo taip pat juda cikle, žinomas kaip hidrologinis ciklas. Maistinės medžiagos, judančios per maisto grandinę ir galiausiai pasiekia detritų skyrių (kuriame yra negyvų organinių medžiagų), kuriose vyksta įvairūs mikroorganizmai.

Įvairios organiškai surištos negyvų augalų ir gyvūnų maistinės medžiagos mikroorganizmų skaidymu paverčiamos neorganinėmis medžiagomis, kurias augalai gali lengvai panaudoti (pirminiai gamintojai), o ciklas vėl prasideda.

1. Anglies ciklas:

Anglies ciklas yra biogeocheminis ciklas, kuriuo anglies yra keičiamasi tarp biosferos, pedosferos, geosferos, hidrosferos ir Žemės atmosferos. Tai vienas svarbiausių žemės ciklų ir leidžia anglies perdirbimui ir pakartotiniam naudojimui visoje biosferoje ir visuose jo organizmuose.

Anglies ciklas yra sudėtinga procesų serija, per kurią sukasi visi esami anglies atomai. Prieš keletą dešimtmečių sudeginta mediena galėjo pagaminti anglies dioksidą, kuris fotosintezės būdu tapo augalo dalimi. Valgydami tą augalą, tą pačią anglies kiekį iš medienos, kuri buvo sudeginta, galite tapti jūsų dalimi. Anglies ciklas yra puikus natūralus anglies atomų perdirbėjas.

Be tinkamo anglies ciklo veikimo, kiekvienas gyvenimo aspektas galėtų būti dramatiškai keičiamas. Augalai, gyvūnai ir dirvožemis sąveikauja, kad sudarytų pagrindinius gamtos ciklus. Anglies ciklo metu augalai absorbuoja anglies dioksidą iš atmosferos ir panaudoja jį kartu su vandeniu, kurį jie gauna iš dirvožemio, kad jos augintų medžiagas. Fotosintezės procesas anglies atomus jungia iš anglies dioksido į cukrų.

Gyvūnai, pvz., Triušiai, valgo augalus ir naudoja anglies junginius, kad sukurtų savo audinius. Kiti gyvūnai, pvz., Lapė, valgo triušį ir tada naudoja savo anglies. Šie gyvūnai į atmosferą patenka anglies dioksidą, kai jie kvėpuoja, ir kai jie miršta, nes anglis grąžinama į dirvožemį skilimo metu. Tuomet dirvožemyje esantys anglies atomai gali būti naudojami naujoje gamykloje arba mažuose mikroorganizmuose. Šie pagrindiniai anglies rezervuarai, sujungti tarpusavyje:

i. Atmosfera.

ii. Sausumos biosfera, kuri paprastai apibrėžiama kaip gėlojo vandens sistemos ir negyvoji organinė medžiaga, pvz., Dirvožemio anglis.

iii. Vandenynai, įskaitant ištirpintą neorganinę anglies dioksidą ir gyvą bei negyvą jūrų biotą.

iv. Nuosėdos, įskaitant iškastinį kurą

v. Žemės vidus, anglies iš žemės mantijos ir plutos į atmosferą ir hidrosferą patenka į ugnikalnius ir geotermines sistemas.

Metinis anglies judėjimas, anglies mainai tarp rezervuarų vyksta dėl įvairių cheminių, fizinių, geologinių ir biologinių procesų. Vandenyje yra didžiausias aktyvus anglies baseinas, esantis prie Žemės paviršiaus, tačiau gilus vandenyno dalis šioje baseine greitai nesikeičia su atmosfera, jei nėra išorinės įtakos, pvz., Nekontroliuojama giliavandenių alyvų nuotėkis.

Pasaulinis anglies dioksido biudžetas - tai anglies mainų (pajamų ir nuostolių) balansas tarp anglies rezervuarų arba tarp vienos konkrečios anglies ciklo.

Anglis išleidžiama į atmosferą keliais būdais:

i. Per kvėpavimą, kurį atlieka augalai ir gyvūnai. Tai yra egzoterminė reakcija, kuri apima gliukozės (arba kitų organinių molekulių) skaidymą į anglies dioksidą ir vandenį.

ii. Gyvūnų ir augalų medžiagų skilimas. Grybai ir bakterijos išskiria anglies junginius negyvuose gyvūnuose ir augaluose ir, jei yra deguonies, arba paverčia anganą į anglies dioksidą.

iii. Deginant organinę medžiagą, kuri oksiduoja anglies dioksidą (ir kitus dalykus, pvz., Vandens garus). Deginant iškastinį kurą, pvz., Anglį, naftos produktai išskiria anglies dioksidą. Deginant agro degalus taip pat išsiskiria anglies dioksidas

iv. Vulkaniniai išsiveržimai ir metamorfizmas išskiria dujas į atmosferą. Vulkaninės dujos pirmiausia yra vandens garai, anglies dioksidas ir sieros dioksidas.

v. Anglies kiekis biosferoje perkeliamas kaip heterotrofai, maitinantys kitus organizmus ar jų dalis (pvz., vaisius). Tai apima negyvų organinių medžiagų (detritų) įsisavinimą grybais ir bakterijomis fermentacijai arba skilimui.

vi. Dauguma anglies palieka biosferą per kvėpavimą. Esant deguoniui, vyksta aerobinis kvėpavimas, kuris į atmosferą ar vandenį išskiria anglies dioksidą po reakcijos C 6 H 12 O 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O. Priešingu atveju atsiranda anaerobinis kvėpavimas ir atpalaiduoja metaną aplinkinę aplinką, kuri galiausiai patenka į atmosferą ar hidrosferą (pvz., pelkių dujos arba vidurių pūtimas).

Anglies dioksido cirkuliacija:

i. Augalai sugeria anglies dioksidą iš atmosferos.

ii. Fotosintezės metu augalai į anglies dioksido anglies atomus įtraukia cukrų.

iii. Gyvūnai, pvz., Triušiai, valgo augalus ir naudoja anglies junginius, kad sukurtų savo audinius, grandinės anglies kiekį

iv. Per maisto grandinę anglis perkeliama į lapes, liūtus ir pan.

v. Gyvūnai įkvepia į orą anglies dioksidą ir, kai jie miršta, grįžta į dirvožemį skilimo metu.

Vandenyno atveju:

Vandenynų vandenyno regionuose anglis išsiskiria į atmosferą. Atvirkščiai, regionai, kuriuose yra anglies (CO 2 ) anglies (CO 2 ) iš atmosferos į vandenyną. Kai CO 2 patenka į vandenyną, jis dalyvauja įvairiose reakcijose, kurios yra lokaliai subalansuotos:

i. CO 2 (atmosferos) konversija į CO 2 (ištirpintą).

ii. CO 2 (ištirpintas) konversija į anglies rūgštį (H 2 CO 3 ).

iii. Anglies rūgšties (H2CO3) konversija į bikarbonato joną.

iv. Bikarbonato jonų konversija į karbonato joną.

Vandenynuose ištirpintas karbonatas gali sujungti su ištirpintu kalciu, kad nusodintų kietą kalcio karbonatą, CaCO 3, daugiausia kaip mikroskopinių organizmų kriaukles. Kai šie organizmai miršta, jų kriauklės nusėda ir kaupiasi vandenyno dugne. Laikui bėgant šios karbonato nuosėdos sudaro kalkakmenį, kuris yra didžiausias anglies ciklas anglies cikle.

Ištirpusio kalcio kiekis vandenynuose atsiranda dėl cheminio kalcio-silikato uolienų, kurių metu anglies ir kitos rūgštys požeminiame vandenyje reaguoja su kalcio turinčiais mineralais, išlaisvinančiais kalcio jonus į tirpalą ir paliekant naujai susidariusių aliuminio turinčių molio mineralų ir netirpūs mineralai, pvz., kvarcas.

Anglies dioksido srautą ar absorbciją į pasaulio vandenynus lemia plačiai paplitusių virusų buvimas vandenyno vandenyse, kurie užkrečia daugelį bakterijų rūšių. Gautos bakterinės mirties priežastys sukelia įvykių seką, dėl kurios labai padidėja anglies dioksido kvėpavimas, didinant vandenynų kaip anglies kriauklės vaidmenį.

2. Azoto ciklas :

Azoto ciklas yra biogeocheminių procesų rinkinys, kuriuo azotas patenka į chemines reakcijas, keičia formą ir juda per skirtingus rezervuarus žemėje, įskaitant gyvus organizmus.

Azotas reikalingas visiems organizmams gyventi ir augti, nes tai yra esminė DNR, RNR ir baltymų sudedamoji dalis. Tačiau dauguma organizmų negali naudoti atmosferos azoto, didžiausio rezervuaro. Penki azoto ciklo procesai

i. Azoto fiksavimas

ii. Azoto įsisavinimas

iii. Azoto mineralizacija

iv. Nitrifikacija

v. De-nitrifikacija

Žmonės įtakoja pasaulinį azoto ciklą pirmiausia naudojant azoto pagrindu pagamintas trąšas.

I. Azoto fiksavimas: N2 -> NH4 +

Azoto fiksavimas yra procesas, kuriame N2 yra paverčiamas amoniu, nes tai yra vienintelis būdas, kuriuo organizmai gali pasiekti azoto tiesiogiai iš atmosferos. Tam tikros bakterijos, pvz., Tarp Rhizobium genties, yra vieninteliai organizmai, nustatantys azotą per metabolinius procesus.

Azoto fiksavimo bakterijos dažnai sudaro simbiotinius ryšius su šeimininkiniais augalais. Ši simbiozė gerai žinoma ankštinių augalų šeimoje (pvz., Pupelės, žirniai ir dobilai). Šiuo santykiu azoto fiksavimo bakterijos gyvena ankštinių šaknų mazgeliais ir gauna angliavandenius bei palankią aplinką iš savo šeimininko augalų mainais už kai kuriuos jų nustatytus azoto. Yra ir azoto fiksavimo bakterijų, kurios egzistuoja be augalų šeimininkų, vadinamų laisvai gyvenančiais azoto fiksatoriais. Vandens aplinkoje mėlynai žalios dumbliai (iš tiesų bakterijos, vadinamos cianobakterijomis) yra svarbus laisvai gyvenantis azoto fiksatorius.

II. Azoto įsisavinimas: NH 4 + -> Organinis N

Azoto surišimo bakterijų gaminamas amoniakas paprastai greitai įterpiamas į baltymus ir kitus organinius azoto junginius, kuriuos atlieka šeimininkas, pati bakterija arba kitas dirvožemio organizmas.

III. Azoto mineralizacija: organinis N -> NH4 +

Įdėjus azotą į organinę medžiagą, jis dažnai konvertuojamas į neorganinį azotą, vadinamą azoto mineralizacija, kitaip žinomas kaip skilimas. Kai organizmai miršta, skaidikliai (pvz., Bakterijos ir grybai) sunaudoja organinę medžiagą ir sukelia skilimo procesą.

Šio proceso metu nemažas kiekis negyvame organizme esančio azoto yra paverčiamas amoniu. Amonio pavidalu azotas yra naudojamas augalams arba tolesniam transformavimui į nitratą (NO 3 - ), vadinamą nitrifikacija.

IV. Nitrifikacija: NH 4 + -> NO 3 -

Kai kuris suskaidymo metu susidaręs amonis paverčiamas nitratais per nitrifikacijos procesą. Bakterijos, kurios atlieka šią reakciją, iš jos gauna energiją. Nitrifikacijai reikia deguonies, todėl nitrifikacija gali vykti tik aplinkoje, kurioje yra deguonimi, pvz., Cirkuliuojančiuose ar tekančiuose vandenyse ir labai paviršiniuose dirvožemio ir nuosėdų sluoksniuose. Nitrifikacijos procesas turi keletą svarbių pasekmių.

Amonio jonai yra teigiamai įkrauti ir todėl klijuojami (sorbuojami) į neigiamo krūvio molines daleles ir dirvožemio organines medžiagas. Teigiamas įkrovimas neleidžia amonio azotui išplauti iš dirvožemio (arba išplauti) kritulių.

Priešingai, neigiamo krūvio nitrato jonas nėra laikomas dirvožemio dalelėmis, todėl gali būti nuplaunamas dirvožemio profiliu, dėl to sumažėja dirvožemio derlingumas ir nitratų sodrinimas pasroviui ir požeminiam vandeniui.

V. Nitrifikavimas: NO 3 - -> N 2 + N 2 O

Deitrifikacijos metu oksiduotos azoto formos, pvz., Nitratai ir nitritai (NO 2 ), paverčiami į di-azotą (N2) ir mažesniu mastu azoto oksido dujomis. De-nitrifikacija yra anaerobinis procesas, kurį atlieka denitrifikuojančios bakterijos, kurios nitratą paverčia azotu į tokią seką:

NO 3 - -> NO 2 - -> NO -> N 2 O -> N 2

Azoto oksidas ir azoto oksidas yra abi aplinkai svarbios dujos. Azoto oksidas (NO) prisideda prie smogo, o azoto oksidas (N 2 O) yra svarbus šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis, taip prisidedant prie pasaulio klimato kaitos.

3. Sieros ciklas:

Sieras yra vienas iš komponentų, sudarančių baltymus ir vitaminus. Baltymai susideda iš amino rūgščių, turinčių sieros atomų. Sieros yra svarbios baltymų ir fermentų funkcionavimui augaluose ir gyvūnuose, kurie priklauso nuo augalų sieros.

Ji patenka į atmosferą tiek iš natūralių, tiek iš žmogaus šaltinių. Natūralūs ištekliai gali būti, pavyzdžiui, ugnikalnių išsiveržimai, bakterijų procesai, išgarinimas iš vandens arba skilantys organizmai. Kai sieros patenka į atmosferą per žmogaus veiklą, tai daugiausia yra pramoninių procesų, kai sieros dioksido (SO 2 ) ir vandenilio sulfido (H 2 S) dujos išsiskiria plačiu mastu, pasekmė.

Kai į atmosferą patenka sieros dioksidas, jis reaguoja su deguonimi, kad susidarytų sieros trioksido dujos (SO 3 ) arba su kitomis cheminėmis medžiagomis atmosferoje, kad susidarytų sieros druskos. Sieros dioksidas taip pat gali reaguoti su vandeniu, kad susidarytų sieros rūgštis (H2S04). Sieros rūgštis taip pat gali būti gaminama iš demetil-sulfido, kurį į atmosferą išskiria planktono rūšys.

Visos šios dalelės nusėda atgal į žemę arba reaguoja su lietumi ir nusėda ant žemės kaip rūgšties nusodinimas. Vėliau dalelės vėl sugeria augalus ir atpalaiduoja atgal į atmosferą, kad sieros ciklas vėl prasidėtų.

i. Fosilinis kuras, pvz., Anglis ir nafta, yra labai svarbūs energijos ištekliai.

ii. Angliavandenilių degalai išleidžia taršą ir šiltnamio efektą sukeliančių dujų. Jų valdymas yra susijęs su patobulinta technologija ir ieškant alternatyvių energijos šaltinių.

iii. Bendras apdairus ir tvarus išteklių naudojimas tiek individualiu, tiek kolektyviniu lygmeniu gali būti naudingas plačiam visuomenės sluoksniui, taip pat ir ateities kartoms.