- Característiques
- el carboni
- l'atmosfera
- El CO2 i el metà (CH 4)
- El món biològic
- la litosfera
- Formació de l'carbó
- Formació de l'petroli
- la hidrosfera
- pluja àcida
- Etapes del cicle de l'carboni
- - Etapa geològica
- entrades
- Emmagatzematge i circulació
- sortides
- - Etapa hidrològica
- entrades
- Emmagatzematge i circulació
- sortides
- - Etapa atmosfèrica
- entrades
- Emmagatzematge i circulació
- sortides
- - Etapa biològica
- entrades
- Emmagatzematge i circulació
- sortides
- importància
- En els éssers vius
- La regulació de la temperatura terrestre
- escalfament global
- Regulació de l'pH oceànic
- Font d'energia
- valor econòmic
- referències
El cicle de l'carboni és el procés de circulació d'aquest element químic en l'aire, l'aigua, el sòl i els éssers vius. És un cicle biogeoquímic de tipus gasós i la forma més abundant en què es troba el carboni en l'atmosfera és el diòxid de carboni (CO2).
Els majors emmagatzematges de carboni estan en els oceans, combustibles fòssils, matèria orgànica i roques sedimentàries. Igualment, és essencial en l'estructura corporal dels organismes vius i entra a les cadenes tròfiques com CO2 a través de la fotosíntesi.
Els fotosintetitzadors (plantes, fitoplàncton i cianobacteris) absorbeixen el carboni de el CO2 atmosfèric i després els herbívors el prenen d'aquests organismes. Aquests són consumits per carnívors i finalment tots els organismes morts són processats per descomponedors.
A més de l'atmosfera i en els éssers vius, el carboni es troba a terra (edafosfera) i en l'aigua (hidrosfera). En els oceans el fitoplàncton, macroalgues i angiospermes aquàtiques prenen el CO2 dissolt en l'aigua per fer la fotosíntesi.
Il·lustració de el cicle de l'carboni
El CO2 és reintegrat a l'atmosfera o a l'aigua per la respiració dels éssers vius terrestres i aquàtics respectivament. Un cop morts els éssers vius, el carboni es reintegra a el medi físic com CO2 o formant part de roques sedimentàries, carbó o petroli.
El cicle de l'carboni té gran importància perquè compleix diferents funcions com formar part dels éssers vius, contribuir a regular la temperatura planetària i l'acidesa de l'aigua. Igualment, contribueix amb els processos erosius de roques sedimentàries i serveix de font d'energia a l'ésser humà.
Característiques
el carboni
Aquest element ocupa el sisè lloc en abundància a l'Univers i la seva estructura li permet formar enllaços amb altres elements com l'oxigen i l'hidrogen. El mateix està format per quatre electrons (tetravalent) que formen enllaços químics covalents capaços de constituir polímers amb complexes formes estructurals.
l'atmosfera
El carboni es troba en l'atmosfera principalment com a diòxid de carboni (CO2) en una proporció de 0,04% de la composició de l'aire. Tot i que la concentració de carboni atmosfèric ha variat substancialment en els últims 170 anys a causa de el desenvolupament industrial humà.
Abans de el període industrial, la concentració va variar entre 180 a 280 ppm (parts per milió) i avui supera les 400 ppm. A més, hi ha metà (CH 4) en molta menor proporció i monòxid de carboni (CO) en petites traces.
El CO2 i el metà (CH 4)
Aquests gasos a base de carboni tenen la propietat d'absorbir i irradiar l'energia d'ona llarga (calor). Per això, la seva presència en l'atmosfera regula la temperatura planetària, a l'impedir la fuita a l'espai de la calor irradiat per la Terra.
D'aquests dos gasos, el metà captura més calor, però el CO2 juga el paper més determinant per la seva abundància relativa.
El món biològic
La major part de l'estructura dels organismes vius està formada de carboni, indispensable en la formació de proteïnes, carbohidrats, greixos i vitamines.
la litosfera
El carboni forma part de la matèria orgànica i de l'aire a terra, a més es troba en forma elemental com carbó, grafit i diamant. De la mateixa manera, forma part fonamental dels hidrocarburs (petroli, bitumenes) que es troben en dipòsits en profunds.
Formació de l'carbó
A el morir la vegetació en conques lacustres, pantans o mars poc profunds, les restes vegetals s'acumulen en capes cobertes per l'aigua. Es genera llavors un procés de descomposició anaeròbica lenta provocada per bacteris.
Els sediments van cobrint les capes de material orgànic en descomposició que pateix un procés progressiu d'enriquiment de carboni durant milions d'anys. Aquest pas per una etapa de torba (50% carboni), lignit (55-75%), hulla (75-90%) i finalment antracita (90% o més).
Formació de l'petroli
S'inicia amb una lenta descomposició aeròbica, després hi ha una fase anaeròbica, de restes de plàncton, animals i vegetals marins o lacustres. Aquesta matèria orgànica va ser enterrada per capes sedimentàries i sotmesa a altes temperatures i pressions a l'interior de la Terra.
No obstant això, donada la seva menor densitat, el petroli puja pels porus de les roques sedimentàries. Finalment, o queda atrapat en àrees impermeables o forma afloraments bituminosos superficials.
la hidrosfera
La hidrosfera manté un intercanvi gasós amb l'atmosfera, especialment d'oxigen i carboni en forma de CO2 (soluble en aigua). El carboni es troba en l'aigua, especialment en els oceans, principalment en forma de ions de bicarbonat.
Els ions de bicarbonat compleixen un paper important en la regulació de l'pH de l'medi marí. D'altra banda, en el llit marí hi ha grans quantitats de metà atrapat com hidrats de metà.
pluja àcida
El carboni també incursiona entre el medi gasós i el líquid, a l'reaccionar el CO2 amb el vapor d'aigua atmosfèric i formar H2CO3. Aquest àcid precipita amb l'aigua de pluja i acidifica sòls i aigües.
Etapes del cicle de l'carboni
Captura i emmagatzematge de carboni. Font: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin and Jamie Paynederivative work: Jarl Arntzen (talk) derivative work: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
Com tot cicle biogeoquímic, el cicle de l'carboni és un procés complex constituït per una xarxa de relacions. La seva separació en etapes definides és només un mitjà per a la seva anàlisi i comprensió.
- Etapa geològica
entrades
Les entrades de carboni a aquesta etapa provenen en menor mesura de l'atmosfera, per pluja àcida i l'aire filtrat a terra. No obstant això, l'entrada major són les aportacions dels organismes vius, tant pels seus excrements com pels seus cossos a el morir.
Emmagatzematge i circulació
En aquesta etapa el carboni es troba emmagatzemat i es desplaça en capes profundes de la litosfera com carbó mineral, petroli, gas, grafit i diamants. També forma part de roques carbonatades, atrapat en el permafrost (capa de sòl congelada en latituds polars) i està dissolt en l'aigua i aire dels porus de terra.
En la dinàmica de la tectònica de plaques, el carboni arriba també a les capes més profundes de la capa i forma part de l'magma.
sortides
L'acció de la pluja sobre les roques calcàries les erosiona i s'allibera el calci al costat d'altres elements. El calci provinent de l'erosió d'aquestes roques carbonatades és arrossegat als rius i d'aquí als oceans.
De la mateixa manera, s'allibera CO 2 a l'descongelar el permafrost o per llaurar excessivament terra. No obstant això, la principal sortida és impulsada per l'ésser humà a l'extreure carbó, petroli i gas de la litosfera, per cremar-los com a combustibles.
L'activitat de l'ésser humà, basada en consum d'hidrocarburs, allibera carboni a l'atmosfera
- Etapa hidrològica
entrades
El CO 2 atmosfèric a l'entrar en contacte amb la superfície de l'aigua es dissol formant àcid carbònic i des de la litosfera ingressa metà provinent de el llit marí com ha estat detectat a l'Àrtic. A més, en els rius i oceans ingressen ions de HCO 3 per l'erosió de roques carbonatades a la litosfera i de el rentat de sòls.
Quan plou l'aigua arrossega carbó en forma de diòxid de carboni des de l'atmosfera i de les roques. A l'arribar a l'oceà els corals, plàncton i altres animals aquàtics el fan servir per créixer. Aquests éssers vius -corales, plàncton i animals aquàtics- moren i ingressen el carboni a terra
Emmagatzematge i circulació
El CO2 es dissol en aigua formant àcid carbònic (H2CO3), dissolent el carbonat de calci de les petxines, formant carbonat àcid de calci (Ca (HCO3) 2). Per tant, el carboni es troba i circula en l'aigua principalment com CO2, H2CO3 i Ca (HCO3) 2.
D'altra banda, els organismes marins mantenen un intercanvi constant de carboni amb el seu medi aquàtic via fotosíntesi i respiració. Així mateix, grans reserves de carboni estan en forma d'hidrats de metà en el llit marí, congelats per les baixes temperatures i altes pressions.
sortides
L'oceà intercanvia gasos amb l'atmosfera, entre ells el CO2 i el metà i part d'aquest últim és alliberat a l'atmosfera. Recentment s'ha detectat un increment de les fuites de metà oceànic en profunditats inferiors a 400 m, com davant de les costes de Noruega.
L'augment de la temperatura global està escalfant l'aigua a profunditats no majors de 400 mi alliberant aquests hidrats de metà. Un procés similar va ocórrer en el Plistocè, alliberant grans quantitats de metà, escalfant més la Terra i provocant la fi de l'Era de Gel.
- Etapa atmosfèrica
entrades
El carboni entra a l'atmosfera provinent de la respiració dels éssers vius i de l'activitat metanógena bacteriana. De la mateixa manera, per incendis de vegetació (biosfera), intercanvi amb la hidrosfera, crema de combustibles fòssils, activitat volcànica i alliberament des de terra (geològica).
Alliberament de carboni geològic a l'atmosfera per un volcà en erupció. Autor: Ciencia1.com
Emmagatzematge i circulació
En l'atmosfera el carboni es troba principalment en forma gasosa com CO2, metà (CH4) i monòxid de carboni (CO). Igualment, es poden trobar partícules de carbó suspeses en l'aire.
sortides
Les principals sortides de carboni des de l'etapa atmosfèrica són el CO2 que dissol en l'aigua oceànica i l'empleat en la fotosíntesi.
- Etapa biològica
entrades
El carboni entra a l'etapa biològica com CO2 mitjançant el procés de fotosíntesi dut a terme per les plantes i els bacteris fotosintètics. Igualment, els ions Ca2 + i HCO3 que arriben a la mar per erosió i són usats per diversos organismes en l'elaboració de petxines.
Les plantes i microorganismes absorbeixen diòxid de carboni de l'atmosfera i el converteixen en oxigen i energia a través de la fotosíntesi
Emmagatzematge i circulació
Cada cèl·lula i per tant els cossos dels éssers vius estan formats per una alta proporció de carboni, constituint proteïnes, carbohidrats i greixos. Aquest carboni orgànic circula per la biosfera a través de les xarxes tròfiques a partir dels productors primaris.
Les angiospermes, falgueres, hepàtiques, molses, algues i cianobacteris l'incorporen per fotosíntesi. Després aquests organismes són consumits per herbívors, els quals seran aliment de carnívors.
Els animals herbívors consumeixen plantes i alliberen diòxid de carboni a l'atmosfera. Quan aquests animals moren reintegren carboni a terra. Passa el mateix amb el corall i plàncton en els fons oceànics
sortides
La principal sortida de carboni d'aquesta etapa cap a altres de el cicle de l'carboni la constitueix la mort d'éssers vius que l'reintegra a terra, aigua i l'atmosfera. Una forma massiva i dràstica de mort i alliberament de carboni són els incendis forestals que produeixen grans quantitats de CO2.
D'altra banda, la font més important de metà cap a l'atmosfera són els gasos expulsats pel bestiar en els seus processos digestius. De la mateixa manera, l'activitat de bacteris anaeròbics metanógenas descomponent matèria orgànica en pantans i cultius d'arròs, són una font de metà.
importància
El cicle de l'carboni és important a causa de les funcions rellevants que compleix aquest element al planeta Terra. La seva circulació equilibrada permet regular totes aquestes funcions rellevants per al manteniment de les condicions planetàries en funció de la vida.
En els éssers vius
El carboni és el principal element en l'estructura de les cèl·lules a l'formar part dels carbohidrats, les proteïnes i greixos. Aquest element és la base de tota la química de la vida, des de l'ADN fins a les membranes cel·lulars i orgànuls, teixits i òrgans.
La regulació de la temperatura terrestre
El CO2 és el principal gas d'efecte hivernacle, el qual permet mantenir una temperatura adequada per a la vida a la Terra. Sense gasos atmosfèrics com el CO2, vapor d'aigua i altres la calor emesa per la Terra s'escaparia totalment a l'espai i el planeta seria una massa congelada.
escalfament global
D'altra banda, un excés de CO2 emès a l'atmosfera com el que provoca actualment l'ésser humà, trenca l'equilibri natural. Això provoca un sobreescalfament de la planeta, la qual cosa altera el clima global i afecta negativament la biodiversitat.
Regulació de l'pH oceànic
El CO2 i el metà dissolts en l'aigua formen part de el complex mecanisme de regulació de l'pH de l'aigua en els oceans. A major contingut d'aquests gasos en l'aigua, el pH es fa més àcid, la qual cosa és negatiu per a la vida aquàtica.
Font d'energia
El carbó forma part essencial dels combustibles fòssils, tant carbó mineral, com petroli i gas natural. Encara que el seu ús està qüestionat pels efectes ambientals negatius que produeix, com ara sobreescalfament global i alliberament de metalls pesats.
valor econòmic
El carbó és un mineral que genera fonts de treball i guanys econòmics pel seu ús com a combustible i el desenvolupament econòmic de la Humanitat està basat en l'ús d'aquesta matèria primera. D'altra banda, en la seva forma cristal·litzada de diamant, molt més escassa, és de gran valor econòmic per al seu ús com a pedra preciosa.
referències
- Calow, P. (Ed.) (1998). The encyclopedia of ecology and environmental management.
- Christopher R. and Fielding, CR (1993). A review of recent research in fluvial Sedimentology. Sedimentary Geology.
- Espinosa-Fonts, el Sr. De la L., Peralta-Rosers, OA i Castro-Romero, T. Cicles biogeoquímics. Capítol 7. Informe mexicà de canvi climàtic, Grup I, Bases científiques. Models i modelació.
- Margalef, R. (1974). Ecologia. Edicions Omega.
- Miller, G. i TYLER, JR (1992). Ecologia i medi ambient. Grup Editorial Iberoamèrica SA de CV
- Odum, EP i Warrett, GW (2006). Fonaments d'ecologia. Cinquena edició. Thomson.