Korte notater om karbonsyklus, nitrogenoksid og svovelsyklus (2158 ord)
Kort notater om karbon syklus, nitrogenoksid og svovelsyklus!
Forskjellige materialer, inkludert forskjellige næringsstoffer og metaller, beveger seg i økosystemet på en syklisk måte. De store reserver eller oppbevaringsrom av materialene er kjent som reservoarer. Når et næringsstoffreservoar er i atmosfæren, er det kjent som en gassformet syklus, f.eks. Nitrogen-syklus, som har sitt reservoar i form av nitrogengass (N2) som utgjør om lag 78% av atmosfæren.
Når reservoaret er i jordskorpen eller sedimenter, er det kjent som en sedimentær syklus, for eksempel fosforsykkel, som har sin reserve som fosfatrot. Svovelsyklus er et eksempel på en mellomstype, som har reservoar både i jord og atmosfæren.
Bevegelse av materialene fra ett reservoar til et annet kan drives av fysiske midler som vind- eller tyngdekraft. Det kan også skyldes kjemisk energi, for eksempel når vannkroppen når metning - reservoaret er kjemisk fyldt og derfor ikke lenger kan holde det som sådan.
Deretter utfelles materialet vanligvis ut. Den gjennomsnittlige tiden som et materiale (molekyl av et stoff) forblir i et reservoar er kjent som sin oppholdstid.
Næringsstoffer som karbon, nitrogen, svovel, oksygen, hydrogen, fosfor etc. beveger seg i sirkulære veier gjennom biotiske og abiotiske komponenter og er kjent som biogeokjemiske sykluser.
Vann beveger seg også i en syklus, kjent som hydrologisk syklus. Næringsstoffene beveger seg gjennom næringskjeden og når til slutt detrituskammeret (inneholder døde organiske stoffer) der ulike mikroorganismer utfører nedbrytning.
Ulike organisk bundet næringsstoffer av døde planter og dyr omdannes til uorganiske stoffer ved mikrobiel nedbrytning som lett blir brukt av planter (primære produsenter) og syklusen starter på nytt.
1. Karbon syklus:
Kullsyklusen er den biogeokjemiske syklusen ved hvilken karbon utveksles mellom biosfæren, pedosfæren, geosfæren, hydrokfæren og atmosfæren på jorden. Det er en av de viktigste syklusene på jorden og gjør at karbon kan resirkuleres og gjenbrukes i hele biosfæren og alle dets organismer.
Kullsyklusen er en kompleks serie prosesser hvor alle karbonatomer som eksisterer roterer. Vedet brente bare noen tiår siden kunne ha produsert karbondioksid som gjennom fotosyntese ble en del av en plante. Når du spiser den planten, kan det samme kullet fra brannen bli en del av deg. Karbon syklusen er den store naturlige resirkulatoren av karbonatomer.
Uten at karbon syklusen fungerer, kan alle aspekter av livet forandres dramatisk. Planter, dyr og jord samhandler for å gjøre opp de grunnleggende syklusene i naturen. I karbonsyklusen absorberer planter karbondioksid fra atmosfæren og bruker den, kombinert med vann de kommer fra jorden, for å gjøre stoffene de trenger for vekst. Prosessen med fotosyntese inkorporerer karbonatomer fra karbondioksyd til sukkerarter.
Dyr, som kaninen, spiser plantene og bruker karbon til å bygge sitt eget vev. Andre dyr, som foxen, spiser kaninen og bruker deretter karbonet til eget behov. Disse dyrene returnerer karbondioksid i luften når de puster, og når de dør, siden karbonet returneres til jorden under nedbrytning. Karbonatomer i jord kan da brukes i en ny plante eller små mikroorganismer. Følgende store reservoarer av karbon som er koblet sammen med utvekslingsveier:
Jeg. Atmosfæren.
ii. Den jordiske biosfæren, som vanligvis er definert for å omfatte ferskvannsystemer og ikke-levende organisk materiale, som jordkull.
iii. Havene, inkludert oppløst uorganisk karbon og levende og ikke-levende marine biota.
iv. Sedimentene inkluderer fossile brensler
v. Jordens indre, karbon fra jordens mantel og skorpe blir løslatt til atmosfæren og hydrokfæren av vulkaner og geotermiske systemer.
Den årlige bevegelsen av karbon, karbonutvekslingen mellom reservoarene, oppstår på grunn av ulike kjemiske, fysiske, geologiske og biologiske prosesser. Havet inneholder det største aktive karbonbassenget nær jordens overflate, men den dype havsdelen av dette bassenget bytter ikke raskt med atmosfæren i fravær av ekstern påvirkning, som for eksempel en ukontrollert dypvann oljebrønnlekkasje.
Det globale karbonbudsjettet er balansen mellom utvekslingene (inntekter og tap) av karbon mellom karbonreservoarene eller mellom en bestemt krets karbon syklusen.
Karbon slippes ut i atmosfæren på flere måter:
Jeg. Gjennom respirasjon utført av planter og dyr. Dette er en eksoterm reaksjon, og det innebærer nedbrytning av glukose (eller andre organiske molekyler) i karbondioksid og vann.
ii. Gjennom forfall av dyre- og plantemateriell. Svampe og bakterier bryter ned karbonforbindelsene i døde dyr og planter og omdanner karbon til karbondioksid hvis oksygen er til stede, eller metan hvis ikke.
iii. Ved forbrenning av organisk materiale som oksiderer karbonet det inneholder, produserer karbondioksid (og andre ting som vanndamp). Brennende fossile brensler som kull, petroleumsprodukter gir utslipp av karbondioksid. Brennende agrobrensel slipper også karbondioksid
iv. Vulkanutbrudd og metamorfose frigir gasser i atmosfæren. Vulkangasser er primært vanndamp, karbondioksid og svoveldioksid.
v. Kull overføres i biosfæren som heterotrofer som mate på andre organismer eller deres deler (f.eks. frukt). Dette inkluderer opptak av død organisk materiale (detritus) av sopp og bakterier for gjæring eller henfall.
vi. Mest karbon forlater biosfæren gjennom åndedrettsvern. Når oksygen er til stede, oppstår aerob åndedrett som frigjør karbondioksid i omgivende luft eller vann, etter reaksjonen C 6 H 12 O 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O. Ellers oppstår anaerob respirasjon og frigjør metan i det omgivende miljøet, som til slutt kommer inn i atmosfæren eller hydrokfæren (f.eks. som myrgas eller flatulens).
Sirkulasjon av karbondioksid:
Jeg. Planter absorberer karbondioksidet fra atmosfæren.
ii. Under prosessen med fotosyntese inkorporerer planter karbonatomer fra karbondioksid til sukker.
iii. Dyr, som kaninen, spiser plantene og bruker karbon til å bygge sitt eget vev, kjede karboninnholdet
iv. Gjennom matkjeden overføres karbon til rever, løver etc.
v. Dyrene returnerer karbondioksid i luften når de puster, og når de dør, siden karbonet returneres til jord under nedbrytning
I tilfelle av hav:
I områder med oppkjøling av hav, slippes karbon ut i atmosfæren. Omvendt overfører regioner med nedbrønn karbon (CO 2 ) fra atmosfæren til havet. Når CO 2 kommer inn i havet, deltar det i en rekke reaksjoner som er lokalt i likevekt:
Jeg. Omdannelse av CO 2 (atmosfærisk) til CO 2 (oppløst).
ii. Omdannelse av CO 2 (oppløst) til karbonsyre (H 2 CO 3 ).
iii. Omdannelse av karbonsyre (H2CO3) til bikarbonation.
iv. Omdannelse av bikarbonation til karbonat ion.
I havene kan oppløst karbonat kombinere med oppløst kalsium for å utfelle fast kalsiumkarbonat, CaCO3, hovedsakelig som skallene til mikroskopiske organismer. Når disse organismene dør, synker deres skall og samler seg på havbunnen. Over tid danner disse karbonat-sedimentene kalkstein som er det største karbonreservoaret i karbon-syklusen.
Det oppløste kalsiumet i havene kommer fra kjemisk forvitring av kalsiumsilikat-bergarter, der karbon- og andre syrer i grunnvann reagerer med kalsiumbærende mineraler som frigjør kalsiumioner til løsning og etterlater et residuum av nydannede aluminiumrike leire mineraler og uoppløselige mineraler som kvarts.
Flytningen eller absorpsjonen av karbondioksid i verdenshavene påvirkes av tilstedeværelsen av utbredt virus i havvann som smitter mange bakteriearter. De resulterende bakteriedødene utløser en rekke hendelser som fører til sterkt forstørret respirasjon av karbondioksid, og styrker havets rolle som karbonvask.
2. Nitrogen syklus :
Nitrogen syklusen er settet av biogeokjemiske prosesser hvor nitrogen gjennomgår kjemiske reaksjoner, endrer form og beveger seg gjennom forskjellreservoarer på jorden, inkludert levende organismer.
Kväve er nødvendig for alle organismer å leve og vokse fordi det er den essensielle komponenten av DNA, RNA og protein. Imidlertid kan de fleste organismer ikke bruke atmosfærisk nitrogen, det største reservoaret. De fem prosessene i nitrogen-syklusen
Jeg. Nitrogenfiksering
ii. Opptak av nitrogen
iii. Nitrogen mineralisering
iv. nitrifikasjon
v. De-nitrifikasjon
Mennesker påvirker den globale nitrogen-syklusen primært ved bruk av nitrogenbaserte gjødselstoffer.
I. Nitrogenfiksering: N2 -> NH4 +
Nitrogenfiksering er prosessen der N2 omdannes til ammonium, essensielt fordi det er den eneste måten organismer kan oppnå nitrogen direkte fra atmosfæren. Visse bakterier, for eksempel de blant slekten Rhizobium, er de eneste organismer som fikser nitrogen gjennom metabolske prosesser.
Nitrogenfiksjonsbakterier danner ofte symbiotiske forhold med vertsplanter. Denne symbiosen er kjent for å forekomme i legume familien av planter (for eksempel bønner, erter og kløver). I dette forholdet holder nitrogenfettbakterier legumrotnoter og mottar karbohydrater og et gunstig miljø fra vertsanlegget i bytte for noe av nitrogenet de fikserer. Det finnes også nitrogenfiksebakterier som eksisterer uten planteverter, kjent som fritt levende nitrogenfiksere. I akvatiske miljøer er blågrønne alger (egentlig bakterier kalt cyanobakterier) en viktig fritt levende nitrogenfett.
II. Nitrogenopptak: NH 4 + -> Organisk N
Ammoniak produsert av nitrogenfiksjonsbakterier blir vanligvis raskt innarbeidet i protein og andre organiske nitrogenforbindelser, enten av et vertsanlegg, selve bakteriene eller en annen jordorganisme.
III. Nitrogen mineralisering: Organisk N -> NH4 +
Etter at nitrogen er innarbeidet i organisk materiale, blir det ofte omdannet tilbake til uorganisk nitrogen ved en prosess som kalles nitrogenmineralisering, ellers kjent som forfall. Når organismer dør, brytes nedbrytere (som bakterier og sopp) det organiske stoffet og fører til nedbrytningsprosessen.
Under denne prosessen omdannes en betydelig mengde av nitrogenet i den døde organismen til ammonium. En gang i form av ammonium er nitrogen tilgjengelig for bruk av planter eller for videre omdannelse til nitrat (NO 3 - ) gjennom prosessen kalt nitrifikasjon.
IV. Nitrifikasjon: NH4 + -> NO3 -
Noen av ammoniumproduktet ved nedbrytning omdannes til nitrat via en prosess som kalles nitrifikasjon. Bakteriene som utfører denne reaksjonen, får energi fra den. Nitrifikasjon krever tilstedeværelse av oksygen, slik at nitrifikasjon bare kan skje i oksygenrike miljøer som sirkulerende eller flytende vann og selve overflatelagene av jord og sedimenter. Nitrifikasjonsprosessen har noen viktige konsekvenser.
Ammoniumioner er positivt ladet og stikker derfor (er sorbert) til negativt ladede leirepartikler og jordorganisk materiale. Den positive ladningen forhindrer at ammoniumnitrogen blir vasket ut av jorda (eller lekket) ved nedbør.
I motsetning er det negativt ladede nitrationen ikke holdt av jordpartikler og kan derfor vaskes ned i jordprofilen, noe som fører til redusert jordfruktbarhet og nitratberigelse av nedstrøms overflate og grunnvann.
V. Deknitrifisering: NO 3 - -> N 2 + N 2 O
Ved nitrifisering omdannes oksyderte nitrogenformer som nitrat og nitritt (NO 2 ) til di-nitrogen (N 2 ) og, i mindre grad, naturgassgass. Deknitrifisering er en anaerob prosess som utføres av denitrifiserende bakterier, som omdanner nitrat til nitrogen i følgende rekkefølge:
NEI 3 - -> NEI 2 - -> NEI -> N 2 O -> N 2
Nitrogenoksid og nitrogenoksid er begge miljøviktige gasser. Nitrogenoksyd (NO) bidrar til smog, og nitrogenoksyd (N 2 O) er en viktig drivhusgass, og bidrar dermed til globale klimaendringer.
3. Svovelsyklus:
Svovel er en av komponentene som utgjør proteiner og vitaminer. Proteiner består av aminosyrer som inneholder svovelatomer. Svovel er viktig for virkningen av proteiner og enzymer i planter, og hos dyr som er avhengige av planter for svovel.
Den går inn i atmosfæren gjennom både naturlige og menneskelige kilder. Naturressurser kan være for eksempel vulkanske utbrudd, bakterieprosesser, fordampning fra vann eller nedbrytende organismer. Når svovel kommer inn i atmosfæren gjennom menneskelig aktivitet, er dette hovedsakelig en følge av industrielle prosesser hvor svoveldioksid (SO 2 ) og hydrogensulfid (H 2 S) gasser utledes i stor skala.
Når svoveldioksid kommer inn i atmosfæren vil det reagere med oksygen for å produsere svoveltrioksydgass (SO 3 ), eller med andre kjemikalier i atmosfæren, for å fremstille svovelsalter. Svoveldioksid kan også reagere med vann for å produsere svovelsyre (H 2 SO 4 ). Svovelsyre kan også produseres fra demetylsulfid, som sendes til atmosfæren av plankton-arter.
Alle disse partiklene vil slå seg tilbake på jorden, eller reagere med regn og falle tilbake på jorden som syreavsetning. Partiklene vil da bli absorbert av planter igjen og frigjøres tilbake i atmosfæren, slik at svovelsyklusen vil starte igjen.
Jeg. Fossile brensler som kull og petroleum er ekstremt viktige energiressurser som blir utslitt.
ii. Kullbrenselbaserte ressurser skaper forurensningsnivåer og grønne husgasser. Deres ledelse er relatert til forbedret teknologi og å finne alternative energikilder med dette i betraktning.
iii. En samlet forsiktig og bærekraftig bruk av ressurser både på individuelt og kollektivt nivå kan være til nytte for et bredt tverrsnitt av samfunnet, så vel som å møte fremtidige generasjoner.
