KITARAN KARBON: CIRI, TAHAP, KEPENTINGAN - PERSEKITARAN - 2025

The kitaran karbon adalah proses peredaran unsur ini kimia dalam udara, air, tanah dan benda hidup. Ini adalah kitaran biogeokimia jenis gas dan bentuk karbon yang paling banyak di atmosfera adalah karbon dioksida (CO2).

Penyimpanan karbon terbesar adalah di lautan, bahan bakar fosil, bahan organik, dan batuan sedimen. Begitu juga, penting dalam struktur tubuh organisma hidup dan memasuki rantai trofik sebagai CO2 melalui fotosintesis.

Fotosintesis (tumbuhan, fitoplankton, dan cyanobacteria) menyerap karbon dari CO2 atmosfera, dan kemudian herbivor mengambilnya dari organisma ini. Ini dimakan oleh karnivor dan akhirnya semua organisma mati diproses oleh pengurai.

Selain atmosfera dan makhluk hidup, karbon terdapat di tanah (edafosfera) dan di dalam air (hidrosfera). Di lautan, fitoplankton, makroalga dan angiosperma akuatik mengambil CO2 yang dilarutkan di dalam air untuk melakukan fotosintesis.

Ilustrasi kitaran karbon

CO2 disatukan kembali ke atmosfer atau air melalui pernafasan makhluk hidup darat dan air. Setelah makhluk hidup mati, karbon disatukan kembali ke dalam persekitaran fizikal sebagai CO2 atau sebagai sebahagian daripada batuan sedimen, arang batu atau minyak.

Kitaran karbon sangat penting kerana memenuhi fungsi yang berbeza seperti menjadi sebahagian daripada makhluk hidup, membantu mengatur suhu planet dan keasidan air. Begitu juga, ia menyumbang kepada proses pengikisan batuan sedimen dan berfungsi sebagai sumber tenaga bagi manusia.

ciri

Karbon

Unsur ini berada di kedudukan keenam yang banyak di Alam Semesta dan strukturnya memungkinkan untuk membentuk ikatan dengan unsur-unsur lain seperti oksigen dan hidrogen. Ia dibentuk oleh empat elektron (tetravalent) yang membentuk ikatan kimia kovalen yang mampu membentuk polimer dengan bentuk struktur yang kompleks.

Suasana

Karbon dijumpai di atmosfera terutamanya sebagai karbon dioksida (CO2) dalam kadar 0.04% komposisi udara. Walaupun kepekatan karbon atmosfera telah banyak berubah dalam 170 tahun terakhir kerana perkembangan industri manusia.

Sebelum tempoh perindustrian, kepekatannya berkisar antara 180 hingga 280 ppm (bahagian per juta) dan hari ini melebihi 400 ppm. Selain itu, terdapat metana (CH4) dalam perkadaran yang jauh lebih kecil dan karbon monoksida (CO) dalam jejak kecil.

CO2 dan metana (CH4)

Gas berasaskan karbon ini mempunyai sifat menyerap dan memancarkan tenaga gelombang panjang (panas). Atas sebab ini, kehadirannya di atmosfer mengatur suhu planet, dengan mencegah pelarian ke ruang panas yang dipancarkan oleh Bumi.

Daripada dua gas ini, metana menangkap lebih banyak haba, tetapi CO2 memainkan peranan paling menentukan kerana jumlahnya yang relatif banyak.

Dunia biologi

Sebilangan besar struktur organisma hidup terdiri daripada karbon, penting dalam pembentukan protein, karbohidrat, lemak dan vitamin.

Litosfera

Karbon adalah sebahagian daripada bahan organik dan udara di dalam tanah, ia juga dijumpai dalam bentuk unsur seperti karbon, grafit dan berlian. Dengan cara yang sama, ia adalah bahagian asas hidrokarbon (minyak, bitumen) yang terdapat dalam endapan dalam.

Pembentukan karbon

Apabila tumbuh-tumbuhan mati di lembangan tasik, paya atau laut dangkal, serpihan tumbuhan terkumpul di lapisan yang ditutupi oleh air. Proses penguraian anaerob yang perlahan yang disebabkan oleh bakteria kemudian dihasilkan.

Sedimen meliputi lapisan bahan organik pengurai yang mengalami proses pengayaan karbon yang progresif selama berjuta-juta tahun. Ini melalui tahap gambut (50% karbon), lignit (55-75%), arang batu (75-90%) dan akhirnya antrasit (90% atau lebih).

Pembentukan minyak

Ia dimulakan dengan penguraian aerobik yang perlahan, kemudian ada fasa anaerobik, yang terdiri dari sisa-sisa plankton, haiwan dan tumbuhan laut atau tasik. Bahan organik ini dikuburkan oleh lapisan sedimen dan mengalami suhu dan tekanan tinggi di dalam Bumi.

Namun, memandangkan ketumpatannya yang lebih rendah, minyak naik melalui liang-liang batuan sedimen. Akhirnya, ia terperangkap di kawasan yang tidak kedap atau membentuk singkapan bitumen yang cetek.

Hidrosfera

Hidrosfera mengekalkan pertukaran gas dengan atmosfer, terutama oksigen dan karbon dalam bentuk CO2 (larut dalam air). Karbon terdapat di dalam air, terutama di lautan, terutama dalam bentuk ion bikarbonat.

Ion bikarbonat memainkan peranan penting dalam mengatur pH persekitaran laut. Sebaliknya, di dasar laut terdapat sejumlah besar metana yang terperangkap sebagai hidrat metana.

Hujan asid

Karbon juga menembus antara medium gas dan cecair, apabila CO2 bertindak balas dengan wap air atmosfera dan membentuk H2CO3. Asid ini mengendap dengan air hujan dan mengasidkan tanah dan perairan.

Tahap kitar karbon

Penangkapan dan penyimpanan karbon. Sumber: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * Karya LeJean Hardin dan Jamie Paynederivatif: karya terbitan Jarl Arntzen (bicara): Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 )

Seperti mana-mana kitaran biogeokimia, kitaran karbon adalah proses kompleks yang terdiri daripada rangkaian hubungan. Pemisahan mereka ke tahap yang ditentukan hanyalah kaedah untuk analisis dan pemahaman mereka.

- Tahap geologi

Tiket

Input karbon ke tahap ini lebih rendah dari atmosfera, oleh hujan asam dan udara yang disaring ke tanah. Walau bagaimanapun, input utama adalah sumbangan organisma hidup, baik oleh kotoran mereka dan oleh tubuh mereka ketika mereka mati.

Penyimpanan dan peredaran

Pada peringkat ini, karbon disimpan dan bergerak di lapisan litosfer dalam seperti arang batu, minyak, gas, grafit dan berlian. Ia juga merupakan bagian dari batuan karbonat, terperangkap dalam permafrost (lapisan tanah beku di garis lintang kutub) dan larut di dalam air dan udara di liang-liang tanah.

Dalam dinamika tektonik plat, karbon juga mencapai lapisan mantel yang lebih dalam dan merupakan sebahagian daripada magma.

Bertolak

Tindakan hujan pada batu berkapur menghakisnya dan kalsium dilepaskan bersama dengan unsur lain. Kalsium dari hakisan batuan karbonat ini dibasuh ke sungai dan dari sana ke lautan.

Begitu juga, CO ₂ dilepaskan ketika permafrost mencair atau dengan membajak tanah secara berlebihan. Walau bagaimanapun, output utama didorong oleh manusia dengan mengeluarkan arang batu, minyak dan gas dari litosfer, untuk membakarnya sebagai bahan bakar.

Kegiatan manusia, berdasarkan penggunaan hidrokarbon, melepaskan karbon ke atmosfera

- Tahap hidrologi

Tiket

CO ₂ atmosfera ketika bersentuhan dengan permukaan air larut membentuk asid karbonik dan metana memasuki litosfer dari dasar laut, seperti yang telah dikesan di Kutub Utara. Sebagai tambahan, ion HCO ₃ memasuki sungai dan lautan kerana hakisan batuan karbonat di litosfera dan pencucian tanah.

Semasa hujan, air membawa karbon dalam bentuk karbon dioksida dari atmosfera dan dari batu. Apabila sampai ke laut, karang, plankton dan haiwan akuatik lain menggunakannya untuk tumbuh. Makhluk hidup ini - karang, plankton dan haiwan akuatik - mati dan memasukkan karbon ke dalam tanah

Penyimpanan dan peredaran

CO2 larut dalam air membentuk asid karbonik (H2CO3), melarutkan kalsium karbonat dari cengkerang, membentuk asid kalsium karbonat (Ca (HCO3) 2). Oleh itu, karbon dijumpai dan beredar di dalam air terutamanya sebagai CO2, H2CO3 dan Ca (HCO3) 2.

Sebaliknya, organisma laut mengekalkan pertukaran karbon berterusan dengan persekitaran akuatiknya melalui fotosintesis dan pernafasan. Juga, simpanan karbon yang besar dalam bentuk hidrat metana di dasar laut, dibekukan oleh suhu rendah dan tekanan tinggi.

Bertolak

Laut bertukar gas dengan atmosfera, termasuk CO2 dan metana, dan sebahagian yang terakhir dilepaskan ke atmosfera. Baru-baru ini, peningkatan kebocoran metana lautan telah dikesan pada kedalaman kurang dari 400 m, seperti di luar pantai Norway.

Peningkatan suhu global memanaskan air di kedalaman tidak lebih dari 400 m dan melepaskan hidrat metana ini. Proses serupa berlaku di Pleistocene, melepaskan sejumlah besar metana, memanaskan Bumi lebih banyak dan menyebabkan akhir Zaman Ais.

- Tahap atmosfera

Tiket

Karbon memasuki atmosfera dari pernafasan makhluk hidup dan dari aktiviti metanogenik bakteria. Begitu juga dengan kebakaran vegetasi (biosfer), pertukaran dengan hidrosfera, pembakaran bahan bakar fosil, aktiviti gunung berapi dan pembebasan dari tanah (geologi).

Pembebasan karbon geologi ke atmosfera oleh gunung berapi yang meletus. Pengarang: Ciencia1.com

Penyimpanan dan peredaran

Di atmosfera, karbon terutamanya dalam bentuk gas seperti CO2, metana (CH4) dan karbon monoksida (CO). Begitu juga dengan zarah karbon yang terampai di udara.

Bertolak

Keluaran karbon utama dari tahap atmosfera adalah CO2 yang larut dalam air lautan dan yang digunakan dalam fotosintesis.

- Tahap biologi

Tiket

Karbon memasuki tahap biologi sebagai CO2 melalui proses fotosintesis yang dilakukan oleh tumbuhan dan bakteria fotosintetik. Begitu juga, ion Ca2 + dan HCO3 yang sampai ke laut akibat hakisan dan digunakan oleh pelbagai organisma dalam pembuatan cengkerang.

Tumbuhan dan mikroorganisma menyerap karbon dioksida dari atmosfera dan mengubahnya menjadi oksigen dan tenaga melalui fotosintesis

Penyimpanan dan peredaran

Setiap sel dan oleh itu tubuh makhluk hidup terdiri daripada sebilangan besar karbon, yang terdiri daripada protein, karbohidrat dan lemak. Karbon organik ini beredar melalui biosfer melalui jaring trofik dari pengeluar utama.

Angiosperma, pakis, cacing hati, lumut, alga, dan cyanobacteria menggabungkannya dengan fotosintesis. Kemudian organisma ini dimakan oleh herbivora, yang akan menjadi makanan untuk karnivor.

Haiwan herba memakan tumbuhan dan melepaskan karbon dioksida ke atmosfera. Apabila haiwan ini mati mereka menyatukan semula karbon ke dalam tanah. Perkara yang sama berlaku dengan karang dan plankton di dasar laut

Bertolak

Kebocoran karbon utama dari tahap ini kepada orang lain dalam kitaran karbon adalah kematian makhluk hidup yang menyatukannya kembali ke dalam tanah, air dan atmosfera. Satu bentuk kematian dan pelepasan karbon yang besar dan drastik adalah kebakaran hutan yang menghasilkan sejumlah besar CO2.

Sebaliknya, sumber metana yang paling penting ke atmosfera adalah gas yang dikeluarkan oleh ternakan dalam proses pencernaan mereka. Begitu juga, aktiviti bakteria anaerob metanogenik menguraikan bahan organik di rawa dan tanaman padi adalah sumber metana.

Kepentingan

Kitaran karbon penting kerana fungsi yang relevan yang dipenuhi oleh unsur ini di planet Bumi. Peredarannya yang seimbang memungkinkan untuk mengatur semua fungsi yang relevan untuk pemeliharaan keadaan planet sebagai fungsi kehidupan.

Pada makhluk hidup

Karbon adalah elemen utama dalam struktur sel kerana ia adalah bahagian karbohidrat, protein dan lemak. Elemen ini adalah asas dari semua kimia kehidupan, dari DNA hingga membran sel dan organel, tisu dan organ.

Peraturan suhu bumi

CO2 adalah gas rumah hijau utama, yang memungkinkan untuk mengekalkan suhu yang sesuai untuk kehidupan di Bumi. Tanpa gas atmosfera seperti CO2, wap air dan lain-lain, haba yang dipancarkan oleh Bumi akan terlepas sepenuhnya ke angkasa dan planet ini akan menjadi jisim beku.

Pemanasan global

Sebaliknya, lebihan CO2 yang dikeluarkan ke atmosfer, seperti yang disebabkan oleh manusia pada masa ini, memecah keseimbangan semula jadi. Ini menyebabkan planet ini terlalu panas, yang mengubah iklim global dan memberi kesan negatif terhadap biodiversiti.

Peraturan pH lautan

CO2 dan metana yang dilarutkan dalam air adalah bagian dari mekanisme kompleks untuk mengatur pH air di lautan. Semakin tinggi kandungan gas ini di dalam air, pH menjadi lebih berasid, yang negatif bagi kehidupan akuatik.

Sumber kuasa

Arang batu adalah bahagian penting dari bahan bakar fosil, baik arang batu mineral, minyak dan gas asli. Walaupun penggunaannya dipersoalkan kerana kesan persekitaran negatif yang dihasilkannya, seperti pemanasan global dan pelepasan logam berat.

Nilai ekonomi

Arang batu adalah mineral yang menghasilkan sumber pekerjaan dan keuntungan ekonomi untuk penggunaannya sebagai bahan bakar dan pembangunan ekonomi Kemanusiaan adalah berdasarkan penggunaan bahan mentah ini. Sebaliknya, dalam bentuk berlian yang dikristal, jauh lebih jarang, ia sangat bernilai ekonomi untuk digunakan sebagai batu permata.

Rujukan

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Ensiklopedia ekologi dan pengurusan persekitaran.
2. Christopher R. dan Fielding, CR (1993). Tinjauan penyelidikan terkini dalam sedimentologi fluvial. Geologi Sedimen.
3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA dan Castro-Romero, T. Kitaran biogeokimia. Bab 7. Laporan Mexico mengenai perubahan iklim, Kumpulan I, Pangkalan saintifik. Model dan pemodelan.
4. Margalef, R. (1974). Ekologi. Edisi Omega.
5. Miller, G. dan TYLER, JR (1992). Ekologi dan Alam Sekitar. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP dan Warrett, GW (2006). Asas ekologi. Edisi kelima. Thomson.