Сочинение на тему Углеродный цикл и азотный цикл

Все живые существа сделаны из углерода. Углерод также является частью океана, воздуха и даже горных пород. Поскольку Земля является динамичным местом, углерод не остается на месте. Это в движении! В атмосфере углерод присоединяется к некоторому количеству кислорода в газе, называемом диоксидом углерода.

Растения используют углекислый газ и солнечный свет, чтобы самостоятельно выращивать пищу и расти. Углерод становится частью растения. Растения, которые умирают и похоронены, могут превратиться в ископаемое топливо, сделанное из углерода, такого как уголь и нефть, за миллионы лет. Когда люди сжигают ископаемое топливо, большая часть углерода быстро попадает в атмосферу в виде углекислого газа. Углекислый газ является парниковым газом и задерживает тепло в атмосфере. Без этого и других парниковых газов Земля была бы замороженным миром. Но люди сожгли так много топлива, что сегодня в воздухе содержится на 30% больше углекислого газа, чем 150 лет назад, и Земля становится теплее. Фактически, ледяные керны показывают нам, что в атмосфере сейчас больше двуокиси углерода, чем за последние 420 000 лет.

Углекислый газ в атмосфере предотвращает выход солнечной пищи в космос, очень похожий на стеклянные стены теплицы. Это не всегда плохо – некоторое количество углекислого газа в атмосфере полезно для поддержания тепла Земли и ее стабильной температуры. Но Земля в прошлом переживала катастрофические циклы потепления, такие как вымирание в Перми, которое, как считается, было вызвано резким повышением уровня парниковых газов в атмосфере. Никто не уверен, что послужило причиной перемен, которые привели к исчезновению перми. Парниковые газы могут быть добавлены в атмосферу в результате воздействия астероидов, вулканической активности или даже сильных лесных пожаров. Какой бы ни была причина, во время этого потепления температура резко возросла. Большая часть Земли стала пустыней, и более 90% всех видов, живших в то время, вымерли. Это хороший пример того, что может произойти, если жизненно важные циклы нашей планеты претерпят большие изменения. Другая важная переменная, на которую влияет углеродный цикл, – это кислотность океана. Диоксид углерода может реагировать с океанской водой с образованием углекислоты. Это была важная стабилизирующая сила углеродного цикла на протяжении многих лет, поскольку химическое равновесие между углекислым газом и углекислотой означает, что океан может поглощать или выделять углекислый газ при повышении и понижении уровня атмосферы.

Однако, как вы можете догадаться, повышение кислотности океана может привести к проблемам для морской жизни – и это может в конечном итоге создать проблему для других частей углеродной системы. Например, многие формы морской жизни, имеющие раковины, могут выводить углерод из воды, создавая карбонат кальция, из которого они делают свои раковины. Если эти виды страдают, океан может потерять часть своей способности удалять углерод из атмосферы. Наконец, конечно, есть роль живых существ в углеродном цикле. Активность растений и животных была одной из основных сил, влияющих на изменения в углеродном цикле за последние несколько миллиардов лет. Фотосинтезаторы радикально изменили атмосферу и климат Земли, вынув огромное количество углерода из атмосферы и превратив этот углерод в клеточные материалы. Эти действия создали свободный кислород и озоновый слой, и, как правило, создали основу для эволюции животных, которые получают свою энергию, разрушая органические материалы, созданные фотосинтезаторами, и извлекая энергию, которую фотосинтезаторы использовали для создания этих молекул. С одним конкретным видом животных – людьми – происходят большие изменения, будущее углеродного цикла Земли неопределенно. Все такие циклы в замкнутых системах в конечном итоге исправляются, но иногда это происходит за счет резкого сокращения популяции оскорбительных видов в результате голодания.

Шаги углеродного цикла

 
1. Атмосферный углерод Чтобы стать частью углеродного цикла, атомы углерода начинают в газообразной форме. Углекислый газ – CO2 – может быть произведен неорганическими процессами или метаболизмом живых существ. До того, как на Земле появилась жизнь, углекислый газ, вероятно, возник в результате вулканической активности и ударов астероидов. Сегодня углерод также выделяется в атмосферу в результате деятельности живых существ, таких как выдохи животных, действия разлагающих организмов и сжигание человеком древесины и ископаемого топлива. Несмотря на то, что углекислый газ попадает в атмосферу, газ CO2 является отправной точкой углеродного цикла.

 

2. Углерод, поглощаемый производителями «Производители» – организмы, которые производят пищу из солнечного света, например растения, – поглощают углекислый газ из атмосферы и используют его для создания сахаров, липидов, белков и других необходимых строительных блоков жизни. Для растений CO2 абсорбируется через поры в их листьях, называемые устьицами. Углекислый газ поступает в растение через устьицы и включается в состав содержащих углерод соединений с помощью энергии солнечного света. Растения и другие организмы-производители, такие как цианобактерии, имеют решающее значение для жизни на Земле, поскольку они могут превращать атмосферный углерод в живое вещество.

 

3. Передача углерода через производителей, которые употребляются в пищу. «Потребители» – это организмы, которые питаются другими живыми существами. Животные являются наиболее заметным типом потребителей в наших экосистемах, хотя многие виды микробов также попадают в эту категорию. Потребители включают углеродистые соединения из растений и других источников пищи, когда они их едят. Они используют некоторые из этих соединений углерода из пищи, чтобы построить свое собственное тело, но большая часть пищи, которую они едят, расщепляется, чтобы выпустить энергию, в процессе, который почти противоположен тому, что делают производители. В то время как производители используют энергию солнечного света для установления связей между атомами углерода, животные разрывают эти связи для высвобождения содержащейся в них энергии, превращая в конечном итоге сахара, липиды и другие углеродные соединения в одноуглеродные единицы. В конечном итоге они выбрасываются в атмосферу в виде CO2. Этот процесс «клеточного дыхания» – когда вдыхается газообразный кислород и выделяется углекислый газ – является основным источником выброса углерода обратно в атмосферу. Но это не всегда последний шаг углеродного цикла. Как насчет углеродных соединений, которые не съедаются и не расщепляются животными?

 

4. Углерод, высвобождаемый разложителями Растения и животные, которые умирают, не будучи съеденными другими животными, расщепляются другими организмами, называемыми «разложителями». Разложители включают много бактерий и грибов. Обычно они разрушают только мертвую материю, а не ловят и поедают живое животное или растение. Как и животные, разложители разрушают химические связи в молекулах пищи. Они создают много химических продуктов, в том числе в некоторых случаях CO2. Углерод, который таким образом не попадает обратно в атмосферу, также может выделяться…

 

5. Горение, вызванное людьми. Люди – единственные известные нам животные, которые могут преднамеренно создавать огонь. И мы много чего поджигаем. Наши автомобили приводятся в действие сжиганием ископаемого топлива – нефти и бензина, которые сделаны из мертвого растительного и животного материала, который провел миллионы лет в земле. Многие из наших электростанций также работают на сжигании ископаемого топлива, в том числе угля, который является еще одной формой мертвого растительного вещества, которое было захоронено под землей и преобразовано в геологическое тепло. Наконец, люди также сжигают много дерева. Мы больше не сжигаем дрова для питания наших машин, как мы это делали в 19 веке, но теперь мы часто сжигаем леса, чтобы расчистить землю для сельского хозяйства, добычи полезных ископаемых и других целей. На сегодняшний день около половины лесов Земли были сожжены или иным образом уничтожены в результате деятельности человека. Научное сообщество подняло тревогу о том, что, внося значительные изменения в углеродный цикл Земли, мы можем в конечном итоге изменить наш климат или другие важные аспекты экосистемы, на которые мы надеемся выжить. В результате многие ученые выступают за уменьшение количества углерода, сжигаемого людьми, путем сокращения поездок на автомобиле и потребления электроэнергии, а также инвестирования в негорючие источники энергии, такие как солнечная энергия и энергия ветра.

Примеры углеродного цикла

Углеродный цикл состоит из множества параллельных систем, которые могут поглощать или выделять углерод. Вместе эти системы работают над тем, чтобы поддерживать углеродный цикл Земли, а затем ее климат и биосферу, относительно стабильными.

Атмосфера

Одним из основных хранилищ углерода является углекислый газ в атмосфере Земли. Углерод образует стабильную газообразную молекулу в сочетании с двумя атомами кислорода. В природе этот газ выделяется в результате вулканической активности и дыхания животных, которые прикрепляют молекулы углерода из пищи, которую они едят, к молекулам кислорода, прежде чем выдыхать его. Люди также выпускают углекислый газ в атмосферу, сжигая органические вещества, такие как древесина и ископаемое топливо. Углекислый газ может быть удален из атмосферы растениями, которые поглощают атмосферный углерод и превращают его в сахара, белки, липиды и другие необходимые молекулы для жизни.

Литосфера

Земная кора – называемая «литосферой» от греческого слова «litho» для «камня» и «сфера» для глобуса – также может выделять углекислый газ в атмосферу Земли. Этот газ может быть создан химическими реакциями в земной коре и камине. Вулканическая активность может привести к естественным выбросам углекислого газа. Некоторые ученые считают, что широко распространенная вулканическая активность может быть виновата в потеплении Земли, которое привело к исчезновению перми. Хотя земная кора может добавлять углерод в атмосферу, она также может удалять его. Движения земной коры могут закапывать углеродсодержащие химические вещества, такие как мертвые растения и животные, глубоко под землей, где их углерод не может уйти обратно в атмосферу.

Биосфера

Среди живых существ некоторые удаляют углерод из атмосферы, а другие возвращают его обратно. Наиболее заметными участниками этой системы являются растения и животные. Растения удаляют углерод из атмосферы. Они не делают это как благотворительный акт; Атмосферный углерод на самом деле является «пищей», которую растения используют для производства сахаров, белков, липидов и других жизненно важных молекул. Растения используют энергию солнечного света, полученную в результате фотосинтеза, для создания этих органических соединений из углекислого газа и других микроэлементов. Действительно, термин «фотосинтез» происходит от греческого слова «фото» для «света» и «синтеза» для «соединить».

Океаны

Мировой океан обладает способностью поглощать и выделять углекислый газ. Когда углекислый газ из атмосферы вступает в контакт с океанской водой, он может вступать в реакцию с молекулами воды с образованием углекислоты – растворенной жидкой формы углерода. Как и большинство химических реакций, скорость этой реакции определяется равновесием между продуктами и реагентами. Когда в океане больше углекислоты по сравнению с двуокисью углерода в атмосфере, некоторое количество углекислоты может выделяться в атмосферу в виде двуокиси углерода.

Азотный цикл

Вся жизнь требует азотсодержащих соединений, например белков и нуклеиновых кислот. Воздух, который составляет 79% газообразного азота (N2), является основным резервуаром азота. Но большинство организмов не могут использовать азот в этой форме. Растения должны обеспечивать свой азот в «фиксированной» форме, то есть включаться в такие соединения, как: нитрат-ионы (NO3-), ионы аммония (NH4 +), мочевина (NH2) 2CO. Животные защищают свои азотные (и все другие) соединения от растений (или животных). которые питались растениями).

Шаги: участвуют четыре процесса или стадии участвуют в круговороте азота через биосферу:

Азотная фиксация

<Р> Распад
<Р> Нитрификация
<Р> Денитрификация