Koolstofcycluskenmerken, reservoirs, componenten, wijzigingen

de koolstofcyclus het is het biogeochemische proces dat de stroom koolstof op aarde beschrijft. Het bestaat uit de uitwisseling van koolstof tussen de verschillende reservoirs (atmosfeer, biosfeer, oceanen en geologische sedimenten), evenals hun transformatie naar verschillende moleculaire arrangementen..

Koolstof is een essentieel element in het leven van levende wezens. Op aarde is het aanwezig in zijn eenvoudige vorm als steenkool of diamanten, in de vorm van anorganische verbindingen, zoals koolstofdioxide (CO₂) en methaan (CH₄), en als organische verbindingen, zoals biomassa (het materiaal van levende wezens) en fossiele brandstoffen (olie en aardgas).

De koolstofcyclus is een van de meest complexe biogeochemische cycli en van het grootste belang vanwege de repercussies op het leven op de planeet. Het kan worden opgesplitst in twee eenvoudigere cycli, die met elkaar zijn verbonden.

Een daarvan betreft de snelle uitwisseling van koolstof die plaatsvindt tussen levende wezens en de atmosfeer, oceanen en bodem. Een andere beschrijft de langetermijngeologische processen.

In de vorige eeuw CO-niveaus² sferen zijn aanzienlijk toegenomen door het gebruik van fossiele brandstoffen om een ​​niet-duurzaam economisch, sociaal en technologisch model te handhaven, aangedreven door de industriële revolutie in de 19e eeuw.

Deze onevenwichtigheid in de mondiale koolstofcyclus heeft geleid tot een verandering in de patronen van temperatuur en neerslag die vandaag tot uiting komen in wat we kennen als klimaatverandering.

index

• 1 Algemene kenmerken
• 2 koolstofreservoirs
  • 2.1 Sfeer
  • 2.2 Biosphere
  • 2.3 verdiepingen
  • 2.4 Oceanen
  • 2.5 Geologische sedimenten
• 3 componenten
  • 3.1 - Snelle cyclus
  • 3.2-Langzame cyclus
• 4 Veranderingen van de koolstofcyclus
  • 4.1 Atmosferische veranderingen
  • 4.2 Verlies van organisch materiaal
• 5 Referenties

Algemene kenmerken

Koolstof is een niet-metaalachtig chemisch element. Je symbool is C, het atoomnummer is 6 en de atoommassa is 12,01. Het heeft vier elektronen om covalente chemische bindingen te vormen (het is tetravalent).

Het is een van de meest voorkomende elementen in de aardkorst. Het vierde meest voorkomende element in het universum, na waterstof, helium en zuurstof, en het op een na meest voorkomende element in levende wezens, na zuurstof.

Koolstof is van groot belang voor het leven. Het is een van de hoofdbestanddelen van de aminozuren die aanleiding geven tot eiwitten en is een essentieel bestanddeel van het DNA van alle levende wezens.

Samen met zuurstof en waterstof vormt het een grote verscheidenheid aan verbindingen zoals vetzuren, bestanddelen van alle celmembranen.

Carbon reservoirs

atmosfeer

De atmosfeer is de gasachtige laag die de aarde omringt. Het bevat 0,001% van de wereldwijde koolstof, voornamelijk in de vorm van koolstofdioxide (CO₂) en methaan (CH₄).

Ondanks dat het een van de laagste koolstofreservoirs op aarde is, is het betrokken bij een groot aantal biochemische processen. Het vertegenwoordigt een belangrijk reservoir in het onderhoud van het leven op aarde.

biosfeer

De biosfeer bevat tweederde van het totale koolstofgehalte van de aarde in de vorm van biomassa (levend en dood). Koolstof vormt een belangrijk onderdeel van de structuur en biochemische processen van alle levende cellen.

Bossen vormen niet alleen een reservoir van belangrijke koolstof in de biosfeer, maar sommige soorten zijn erkend als putten, zoals gematigde bossen.

Wanneer de bossen zich in de primaire fase bevinden, nemen ze de CO² van de atmosfeer en sla het op in de vorm van hout. Terwijl ze volwassen zijn absorberen ze minder kooldioxide, maar het hout van hun bomen bevat enorme hoeveelheden koolstof (ongeveer 20% van hun gewicht).

Mariene organismen vormen ook een belangrijk reservoir van koolstof. Ze slaan koolstof op in hun schelpen, in de vorm van calciumcarbonaat.

vloeren

De grond bevat ongeveer een derde van de koolstof van de aarde in anorganische vormen, zoals calciumcarbonaat. Het slaat drie keer meer koolstof op dan de atmosfeer en vier keer meer koolstof dan de biomassa van de planten. Bodem is het grootste reservoir in interactie met de atmosfeer.

Naast dat het een koolstofreservoir is, is de bodem geïdentificeerd als een belangrijke gootsteen; het is een afzetting die bijdraagt ​​aan het absorberen van de hoge en groeiende concentratie van koolstof in de atmosfeer, in de vorm van CO₂. Deze gootsteen is belangrijk voor het verminderen van het broeikaseffect.

Kwaliteitsvuil, met een goede hoeveelheid humus en organisch materiaal, zijn goede koolstofreservoirs. Traditionele en agro-ecologische plantpraktijken behouden bodemeigenschappen als een reservoir of koolstofput.

oceanen

De oceanen bevatten 0,05% van de wereldwijde koolstof van de aarde. Koolstof wordt voornamelijk aangetroffen in de vorm van bicarbonaat, dat kan worden gecombineerd met calcium en calciumcarbonaat of kalksteen vormt, dat precipiteert op de bodem van de oceaan.

De oceanen zijn beschouwd als een van de grootste putten van CO₂, door ongeveer 50% van de atmosferische koolstof te absorberen. Situatie die de mariene biodiversiteit in gevaar heeft gebracht door de zuurgraad van zeewater te verhogen.

Geologische sedimenten

Geologische sedimenten opgeslagen in een inerte vorm in de lithosfeer zijn het grootste reservoir van koolstof op aarde. De koolstof die hier wordt opgeslagen, kan van anorganische oorsprong zijn of van organische oorsprong zijn.

Ongeveer 99% koolstof opgeslagen in de lithosfeer is anorganische koolstof opgeslagen in afzettingsgesteenten, zoals kalksteenrotsen.

De resterende koolstof is een mengsel van organische chemische verbindingen in sedimentaire gesteenten, bekend als kerogeen, miljoenen jaren geleden gevormd door biomassasedimenten die begraven zijn en onderhevig zijn aan de werking van hoge druk en temperatuur. Een deel van deze cherogenen wordt omgezet in olie, gas en steenkool.

componenten

De globale koolstofcyclus kan beter worden begrepen door twee eenvoudigere cycli te bestuderen die op elkaar inwerken: een korte cyclus en een lange cyclus.

De korte film richt zich op de snelle uitwisseling van koolstof die levende wezens ervaren. Terwijl de lange cyclus miljoenen jaren duurt en de uitwisseling van koolstof tussen de binnenkant en het oppervlak van de aarde omvat.

-Snelle cyclus

De snelle cyclus van koolstof is ook bekend als de biologische cyclus, omdat het gebaseerd is op de uitwisseling van koolstof die optreedt tussen levende organismen met de atmosfeer, oceanen en bodem.

Atmosferische koolstof is voornamelijk aanwezig als koolstofdioxide. Dit gas reageert met watermoleculen in de oceanen om bicarbonaat-ionen te produceren. Hoe hoger de concentratie van koolstofdioxide in de atmosfeer, hoe groter de vorming van bicarbonaat. Dit proces helpt CO te reguleren₂ in de atmosfeer.

Koolstof, in de vorm van koolstofdioxide, komt in alle trofische netwerken, zowel op het land als in het water, via fotosynthetische organismen, zoals algen en planten. Op hun beurt verkrijgen heterotrofe organismen koolstof door te voeden met autotrofe organismen.

Een deel van de organische koolstof komt terug in de atmosfeer door de afbraak van organisch materiaal (uitgevoerd door bacteriën en schimmels) en cellulaire ademhaling (in planten en schimmels). Tijdens de ademhaling gebruiken cellen de energie die is opgeslagen in koolstofhoudende moleculen (zoals suikers) om energie en CO te produceren₂.

Een ander deel van de organische koolstof wordt omgezet in sedimenten en komt niet terug in de atmosfeer. De koolstof die wordt opgeslagen in de mariene biomassasedimenten op de bodem van de zee (wanneer de organismen afsterven), ze ontleden en de CO₂ het lost op in diep water. Deze CO₂ wordt permanent uit de atmosfeer verwijderd.

Op dezelfde manier ontleedt een deel van de koolstof opgeslagen in bomen, biezen en andere bosplanten langzaam in moerassen, moerassen en wetlands onder anaërobe omstandigheden en lage microbiële activiteit..

Dit proces produceert turf, een sponsachtige en lichte massa, rijk aan koolstof, die wordt gebruikt als brandstof en als organische meststof. Ongeveer een derde van alle organische koolstof op aarde is turf.

-Langzame cyclus

De langzame cyclus van koolstof omvat de uitwisseling van koolstof tussen de rotsen van de lithosfeer en het aardoppervlaksysteem van de aarde: oceanen, de atmosfeer, biosfeer en bodem. Deze cyclus is de hoofdregelaar van de atmosferische koolstofdioxideconcentratie op een geologische schaal.

De anorganische koolstof

Het koolstofdioxide opgelost in de atmosfeer combineert met water tot koolzuur. Dit reageert met calcium en magnesium in de aardkorst om carbonaten te vormen.

Door het erosie-effect van regen en wind bereiken carbonaten de oceanen, waar de bodem van de zee zich ophoopt. Carbonaten kunnen ook worden geassimileerd door organismen die uiteindelijk afsterven en neerslaan op de zeebodem. Deze sedimenten accumuleren duizenden jaren en vormen kalksteenrotsen.

De sedimentaire gesteenten van de zeebodem worden via subductie in de mantel van de aarde opgenomen (een proces waarbij een oceanische zone van een tektonische plaat onder de rand van een andere plaat zakt).

In de lithosfeer worden sedimentaire gesteenten onderworpen aan hoge drukken en temperaturen en smelten en reageren chemisch met andere mineralen, waardoor CO vrijkomt₂. De aldus vrijkomende kooldioxide keert terug naar de atmosfeer door vulkaanuitbarstingen.

De anorganische koolstof

Een ander belangrijk onderdeel van deze geologische cyclus is organische koolstof. Dit komt van de biomassa begraven in anaërobe omstandigheden en hoge druk en temperatuur. Dit proces leidde tot de vorming van fossiele stoffen met een hoog energiegehalte, zoals kolen, olie of aardgas..

Tijdens de opkomst van de industriële revolutie, in de 19e eeuw, werd het gebruik van gefossiliseerde organische koolstof als energiebron ontdekt. Sinds de twintigste eeuw is het gebruik van deze fossiele brandstoffen gestaag toegenomen, waardoor in enkele decennia de hoeveelheid duizenden in de aarde opgehoopte koolstof in de atmosfeer vrijkomt in de atmosfeer.

Wijzigingen van de koolstofcyclus

De koolstofcyclus vormt samen met de cycli van water en voedingsstoffen de basis van het leven. Het handhaven van deze cycli bepaalt de gezondheid en veerkracht van ecosystemen en hun vermogen om de mensheid van welzijn te voorzien. De belangrijkste wijzigingen van de koolstofcyclus worden hieronder genoemd:

Atmosferische veranderingen

Atmosferische koolstofdioxide is een broeikasgas. Samen met methaan en andere gassen absorbeert het de uitgestraalde warmte van het aardoppervlak, waardoor het niet in de ruimte wordt vrijgegeven.

De alarmerende toename van kooldioxide in de atmosfeer en andere broeikasgassen heeft de energiebalans van de aarde veranderd. Dit bepaalt de globale circulatie van warmte en water in de atmosfeer, temperatuur- en neerslagpatronen, veranderingen in weerpatronen en zeespiegelstijging.

De belangrijkste menselijke wijziging van de koolstofcyclus is gebaseerd op de toename van CO-emissies₂. Sinds 1987, jaarlijkse wereldwijde CO-emissies₂ van het verbranden van fossiele brandstoffen is met ongeveer een derde toegenomen.

De bouwsector veroorzaakt ook directe CO-emissies² bij de productie van staal en cement.

De atmosferische emissies van monoxide en koolstofdioxide door de transportsector zijn de afgelopen decennia ook toegenomen. Er is een relatief hoge toename in de aanschaf van persoonlijke voertuigen. Bovendien is de trend in het voordeel van zwaardere auto's en met een hoger energieverbruik.

Veranderingen in het landgebruik hebben in de afgelopen 150 jaar ongeveer een derde van de toename van koolstofdioxide in de atmosfeer veroorzaakt. Vooral door het verlies van organische koolstof.

Verlies van organisch materiaal

Gedurende de laatste twee decennia heeft de verandering in landgebruik geleid tot een aanzienlijke toename van de uitstoot van koolstofdioxide en methaan in de atmosfeer.

De vermindering van het bosareaal wereldwijd heeft aanvankelijk een aanzienlijk verlies van biomassa veroorzaakt als gevolg van de omschakeling naar weiden en landbouwgrond.

Het agrarische gebruik van het land vermindert de organische materie en bereikt een nieuw en inferieur evenwicht, als gevolg van de oxidatie van organisch materiaal.

De toename van emissies is ook het gevolg van de drainage van veenlanden en wetlands met een hoog organisch gehalte. Met de toename van de mondiale temperatuur neemt de snelheid van ontbinding van organisch materiaal in de bodem en veen toe, waardoor het risico van deze verzadiging van koolstofputten wordt versneld.

De toendra's zouden van een koolstofput kunnen veranderen in bronnen van broeikasgassen.

referenties

1. Barker, S, J.A. Higg ins en H. Elderfield. 2003. De toekomst van de koolstofcyclus: beoordeling, verkalkingsreactie, ballast en feedback op CO2 in de atmosfeer. Filosofische transacties van de Royal Society of London A, 361: 1977-1999.
2. Berner, R.A. (2003). De koolstofcyclus op de lange termijn, fossiele brandstoffen en atmosferische samenstelling. Nature 246: 323-326.
3. (2018, 1 december). Wikipedia, de gratis encyclopedie. Datum van overleg: 19:15, 23 december 2018 van es.wikipedia.org.
4. Koolstof cyclus. (2018, 4 december). Wikipedia, de gratis encyclopedie. Datum van overleg: 17:02, 23 december 2018 van 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). De wereldwijde koolstofcyclus: een test van onze kennis van de aarde als systeem. Science, 290: 292-296.
6. United Nations Programme for the Environment. (2007). Global Environment Outlook GEO4. Phoenix Design Aid, Denemarken.
7. Saugier, B. en J.Y. Pontailler. (2006). De wereldwijde koolstofcyclus en de gevolgen daarvan in de fotosynthese in de Boliviaanse Altiplano. Ecology in Bolivia, 41 (3): 71-85.