Как происходит круговорот углерода в природе, и почему он для нас важен. Особенности кругооборота воды и некоторых веществ в биосфере Дополнительный материал круговорот углерода в природе

Углерод относится к химическим элементам, без деятельности которых невозможна жизнь на нашей планете. Он находится в каждом атоме биологической структуры и берёт на себя функцию строительного материала. Перманентный (постоянный) процесс перемещения углерода из органических структур в неживые тела называется круговоротом углекислого газа на планете. Такая деятельность позволяет поддерживать способность к существованию каждого атома биосферы.

Вконтакте

В окружающей среде имеются две разновидности соединений : органические (живые) и неорганические (мёртвые). К первым относят вещества биологического происхождения (углеводы, белки и липиды). В их структуре находится ряд важнейших макроэлементов. В неорганических соединениях, возникающих путём взаимодействия химических реакций, совсем отсутствует углерод. К ним относят металлы, газы, оксиды, соли и т. д. Биосфера, используя углерод в качестве основополагающего элемента, трансформирует одно состояние в другое. Наука называет этот процесс «круговоротом веществ»:

Атмосфера, водная среда и земля наполнены неорганическими соединениями, попадающими в пищевой тракт простейших живых существ (грибы, растения).
Последних поглощают высшие животные.
Когда эти создания погибают, мельчайшие организмы начинают перерабатывать мёртвую плоть обратно в состояние металла или соли.

Таким представляется общий принцип круговорота углекислого газа в природе. Однако, если рассматривать вопрос глубже, возникают различные нюансы.

Дыхательный обмен

СО2 обнаруживается в воздухе и минеральных запасах земли. Он образуется вследствие процессов дыхания, горения и гниения . Флора легко усваивает углерод, трансформировавшийся в газ, а после перерабатывает его в органику. В структуре листьев растений происходит фотосинтез - процесс образования кислорода из хлорофилла и солнечного света. С помощью особых пигментов представители флоры вбирают и запасают энергию на биологических мембранах.

На заметку!

Качество и скорость поглощения зависит от категории самого растения. Животные обязаны своим существованием именно флоре, производящей в огромных количествах необходимый в дыхании кислород.

Деятельность мельчайших существ

На заметку!

Некоторые создания совсем не нуждаются в кислороде, чтобы расщепить мёртвую структуру. Анаэробные бактерии процветают в водной среде и способны образовывать чёрное сернистое железо, которое придаёт рекам или болотам характерный цвет.

Симбиоз - выгодное взаимодействие двух организмов - является частью круговорота углерода в биосфере. Некоторые животные неспособны расщепить клетчатку (целлюлозу), имеющую сложную структуру. Однако природа поместила в желудки парнокопытных полезные микроорганизмы. Последние легко справляются с расщеплением целлюлозы до простых элементов, получая при этом пищу. Желудок парнокопытных усваивает переработанную клетчатку.

Углерод на суше

В атмосфере находится треть этого элемента . Растениям, которые выступают главным звеном пищевой цепи, достаточно такого количества, чтобы получить необходимую энергию в процессе фотосинтеза. Травоядные животные приспособлены к употреблению листьев, кореньев и стеблей. Хищники созданы, чтобы поедать более слабых любителей флоры. Органические вещества, образовавшиеся после смерти плотоядного, проникают в глубокие слои грунта, где перерабатываются активными насекомыми, бактериями и вирусами.

Жизнедеятельность мельчайших организмов стимулирует образование солей и газов, которые внедряются в структуру растений. Макроэлементы могут надолго задержаться в глубоких слоях грунта, но чаще они высвобождаются в процессе горения торфа, метана и нефти. Круговорот веществ возобновляется.

Биогеохимический цикл углерода в океане

Процесс взаимодействия элементов в водной среде несколько сложнее, чем на земле. Углекислый газ долго растворяется в жидкости, и взаимодействие веществ замедлено. В гидросфере классифицируют три резервуара с этим элементом: поверхность, глубокие воды и область радиоактивных веществ. За переработку углекислоты отвечает планктон, находящийся в верхних слоях океана. Здесь начинается пищевая цепочка. Затем высшие организмы поглощают слабых, а погибая, опускаются на самое дно, где подвергаются тщательной переработке со стороны микроорганизмов.

Роль человека

«Царь природы» давно покинул рамки животной жизнедеятельности и старается подстроить под свои нужды окружающую биосферу, злоупотребляя использованием ресурсов:

Значение круговорота

За миллионы лет существования планеты в её структуре накопилось огромное число углекислоты. В истории известны различные вариации процесса обмена (медленные, постепенные и катастрофические). Жизнь не обладала бы потенциалом к развитию, если исключить перемещение углерода из одних соединений в другие. Этот элемент представляется главным компонентом при построении всякой биологической системы:

Углеводы стимулируют рост растений и питают тела животных. Они распадаются в пищеварительном тракте.
Гликоген, образующийся в печени, выступает как дополнительный ресурс энергии для высших организмов.
Углерод - строительный материал белка, которой создаётся из аминокислот.

Значение элемента для поддержания жизненных процессов невозможно переоценить. Его циркуляция от органики к мёртвым объектам способствует расцвету новых структур и необходимому разрушению того, что устарело. На примере перемещения углерода легко проследить динамическую составляющую биологических процессов.

В ходе химических и физических процессов в земной биосфере постоянно проходит круговорот углерода (С). Этот элемент является важнейшим компонентов всех живых организмов. Атомы углерода постоянно циркулируют в различных сферах нашей планеты. Так, цикл карбона отображает динамику жизни на Земле в целом.

Как осуществляется круговорот карбона

Большая часть углерода входит в состав атмосферы, а именно в виде углекислого газа. В водной среде также имеется диоксид углерода. Вместе с тем, как происходит и воздуха в природе, совершается оборот С в окружающей среде. Что касается углекислого газа, то из атмосферы он поглощается растениями. Далее происходит фотосинтез, после которого образуются различные вещества, в состав которых входит карбон. Общее количество углерода разделяется на части:

некоторое количество остается в составе молекул растений, присутствуя в них до момента отмирания дерева, цветка или травы;
вместе с флорой карбон попадает в организм животных, когда те питаются растительностью, и в процессе дыхания они выдыхают СО2;
когда плотоядные животные съедают травоядных, то С попадает в организм хищников, выделяясь потом через органы дыхания;
часть углерода, оставшись в растениях, попадает в грунт, когда они отмирают, и в результате карбон соединяется с атомами иных элементов, и вместе они принимают участие в образовании топливных полезных ископаемых, таких как уголь.

Схема круговорота углерода

Когда углекислый газ попадает в водную среду, испаряется и поступает в атмосферу, принимая участие в круговороте воды в природе. Часть карбона поглощается морской флорой и фауной, а когда они отмирают, то и углерод скапливается на дне акватории вместе с останками растений и животных. Значительная часть С растворяется в воде. Если карбон входит в состав пород, топливных либо осадочных, то эта часть теряется из атмосферы.

Стоит отметить, что углерод поступает в воздух благодаря извержениям вулканов, при выдыхании углекислого газа живыми существами и выбросам различных веществ при сжигании топлива. В связи с этим сейчас ученые установили, что в воздухе накапливается избыточное количество СО2, что приводит к парниковому эффекту. В данный момент, переизбыток этого соединения значительно загрязняет воздушную среду, негативно влияет на экологию всей планеты.

Познавательное видео о круговороте углерода

Таким образом, углерод – это важнейший элемент в природе, участвует во многих процессах. От его количества в той или иной оболочке Земли зависит ее состояние. Чрезмерное количеств карбона может привести к загрязнению окружающей среды.

КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА

КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА , циркуляция углерода в биосфере. Представляет собою сложную цепь событий. Наиболее важными звеньями ее являются усвоение углекислого газа из воздуха зелеными растениями в процессе ФОТОСИНТЕЗА и возвращение углекислого газа в атмосферу при дыхании, а также при разложении тел животных, питающихся растениями.

Элементарный углерод нахо дится в постоянном движении. Газообразный диоксид углерода (С02) сперва превращается в простые сахара путем фотосинтеза в зеленых растениях. Они расщепляются (при дыхании) и поставляют организму энергию, причем С02 снова возвращается в атмосферу Животные, питающиеся растениями, при метаболизме также преобразуют сахара и выделяют С02. Геологические процессы оказывают влияние на баланс углерода в масштабах земного шара: углерод исключается из кругооборота, когда накапливается в таких ископаемых, как уголь, нефть и газ. И наоборот, большие количества диоксида углерода выделяются в атмосферу при сжигании этих горючих материалов.

Смотреть что такое "КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА" в других словарях:

Круговорот углерода - процесс, начинающийся внутри экосистем потреблением растениями при фотосинтезе СО2 из воздушной (и водной) среды (ежегодно 6 7% СО2). Часть углерода поступает затем с фитомассой к животным и микроорганизмам. Всеми аэробными организмами при… … Экологический словарь

круговорот углерода - — EN carbon cycle The cycle of carbon in the biosphere, in which plants convert carbon dioxide to organic compounds that are consumed by plants and animals, and the carbon is… … Справочник технического переводчика

круговорот углерода - anglies ciklas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Biogeocheminis ciklas, apimantis įvairius cheminius, fizinius, geologinius ir biologinius procesus, kuriais anglis juda Žemės biosferoje, geosferoje, hidrosferoje ir atmosferoje … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

Круговорот углерода, циклическое перемещение углерода между миром живых существ и неорганическим миром атмосферы, морей, пресных вод, почвы и скал. Это один из важнейших биогеохимических циклов, включающий множество сложных реакций, в ходе… … Энциклопедия Кольера

КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА, взаимообмен кислородом, осуществляемый между атмосферой и океанами, между процессами, происходящими в животных и растениях, и химическим горением. Основным источником возобновления кислорода на Земле является ФОТОСИНТЕЗ,… … Научно-технический энциклопедический словарь

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ - КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ. Вещество зем! ной коры находится в. непрерывном движе I нии, вызванном разнообразными причинами, | связанными с физ. хим. свойствами вещества, | планетными, геологическими, географиче | скими и биол. условиями земли. Это… … Большая медицинская энциклопедия

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ на Земле повторяющиеся процессы превращения и перемещения вещества в природе, имеющие более или менее циклический характер. Общий круговорот веществ складывается из отдельных процессов (круговорот воды, газов, химических… … Большой Энциклопедический словарь

Круговорот кислорода - процесс, начинающийся при фотосинтезе растений выделением кислорода в биоценотическую среду экосистем. Затем кислород по внутреннему кругу поступает к аэробным организмам, в том числе к растениям (в процессе дыхания). Часть его тратится на… … Экологический словарь

На Земле, повторяющиеся процессы превращения и перемещения вещества в природе, имеющие более или менее выраженный циклический характер. Эти процессы имеют определённое поступательное движение, т. к. при так называемых циклических… … Большая советская энциклопедия

Повторяющийся циклический процесс превращения и перемещения отдельных химических элементов и их соединений. Происходил в течение всей истории развития Земли и продолжается в настоящее время. Всегда имеет место определённое отклонение в составе и… … Географическая энциклопедия

Книги

Круговорот углерода и климат , Борисенков Е.П., Кондратьев К.Я.. Сделан обзор современного состояния исследований круговорота углерода в системе атмосфера - океан - биосфера, а также влияния возрастающей концентрации СО 2 и других парниковых газов на…

Углерод является важнейшим биогенным химическим элементом, составляющим основу всех органических и биоорганических соединений. Круговорот углерода в природе тесно связан с круговоротом кислорода и как обязательными составляющими биоорганических веществ. Тесно взаимосвязаны с круговоротом углерода и циклы азота, фосфора и серы, так как эти являются обязательными компонентами белков и .

Биогеохимический цикл углерода определяет энергетику , ведь жизнедеятельность фотосинтезирующих организмов и их взаимодействие с гетеротрофными организмами и неживой природой являются механизмом улавливания, накопления и перераспределения , поступающей на .

Условно круговорот углерода в природе можно начать с углекислого газа, который находится частично в виде газа в (до 0,04% по объему), а частично в растворенном состоянии в водах и других водоемов, при этом реализуется постоянный газообмен между атмосферой и . Углекислый газ образуется в процессе аэробных организмов, что является источником его появления как в атмосфере, так и в гидросфере. Большие количества СO 2 образуются при извержениях , в результате природных и антропогенных пожаров, а также при сжигании топлива, окислении органических веществ отмерших растений и трупов животных.

Свободный и растворенный СO 2 подвергается процессам связывания. Так, большое количество этого газа вступает в процессы , в результате которого образуется органическое вещество растительного происхождения. Этим процессом СO 2 вступает в круговорот и вновь возвращается в исходное состояние, когда органические вещества окисляются либо в процессах дыхания, либо в процессах медленного окисления (гниения), либо в процессах горения (пожары, сжигание в результате антропогенного воздействия).

На этом процессы связывания углекислого газа не завершаются. Водные растворы СO 2 могут взаимодействовать с карбонатными породами как на суше, так и в :

СаСО 3 + СO 2 + Н 2 O = Са(НСO 3) 2

В этом процессе образуются растворимые гидрокарбонаты, которые с водным потоком ( , ) могут перемещаться по планете. Эти процессы (образование гидрокарбонатов) протекают при относительно низких (в холодных водах). При нагревании природных вод гидрокарбонаты разлагаются с образованием нерастворимых карбонатов и углекислого газа, который может либо оставаться в растворенном состоянии, либо удаляться в атмосферу (это еще один источник поступления СO 2 в атмосферу или гидросферу:

Са(НСO 3) 2 = СаСO 3 ↓ + СO 2 + Н 2 O

Получившиеся нерастворимые карбонаты участвуют в образовании осадочных горных пород, что выводит углекислый газ, а вместе с ним и углерод из круговорота на длительное время, если местная концентрация СO 2 будет невелика и не произойдет перехода карбонатов в гидрокарбонаты.

В настоящее время считается, что биогеохимический цикл углерода нарушен за счет антропогенных факторов, так как количество поступающего в атмосферу СO 2 за счет хозяйственной деятельности человека увеличивается до 10% от ежегодного нормального уровня биогенного выделения этого газа и это количество продолжает неуклонно возрастать.

Однако неблагоприятное действие деятельности человека на процессы, регулирующие круговорот углерода на Земле, смягчаются процессами связывания оксида углерода(IV), протекающими в океане.

Итак, круговорот углерода в природе является системой динамических, достаточно устойчивых процессов, при этом локальные изменения происходят относительно легко, а глобальные процессы легко компенсируют локальные воздействия. И тем не менее необходимо корректировать производственную деятельность человека с целью снижения возможностей нарушения естественного хода процессов круговорота углерода и других элементов, с ним связанных.