Korte noter om carboncyklus, kvælstofcyklus og svovlcyklus (2158 ord)

Korte noter om carboncyklus, kvælstofcyklus og svovlcyklus!

Forskellige materialer, herunder forskellige næringsstoffer og metaller, bevæger sig i økosystemet på en cyklisk måde. De store reserver eller opbevaringsrummet af materialerne er kendt som reservoirer. Når et næringsstofs store reservoir er i atmosfæren, er det kendt som en gascyklus, fx nitrogencyklus, der har sit reservoir i form af nitrogengas (N2), der udgør ca. 78% af atmosfæren.

Når reservoiret er i jordskorpen eller sedimenterne, er det kendt som en sedimentær cyklus, f.eks. Fosforcyklus - som har sin reserve som fosfatklipper. Svovlcyklus er et eksempel på en mellemliggende type, som har reservoir både i jord og atmosfæren.

Bevægelse af materialer fra et reservoir til et andet kan drives af fysiske agenser som vind- eller tyngdekraft. Det kan også skyldes kemisk energi, fx når vandlegemet når mætning, er reservoiret kemisk fyldt og kan derfor ikke længere holde det som sådan.

Så udfældes materialet sædvanligvis ud. Den gennemsnitlige tid, for hvilken et materiale (molekyle af et stof) forbliver i et reservoir, er kendt som dets opholdstid.

Næringsstoffer som kulstof, nitrogen, svovl, ilt, hydrogen, fosfor osv. Bevæger sig i cirkulære veje gennem biotiske og abiotiske komponenter og er kendt som biogeokemiske cyklusser.

Vand bevæger sig også i en cyklus, kendt som hydrologisk cyklus. Næringsstoffer til at bevæge sig gennem fødekæden og i sidste ende nå detritusrummet (indeholdende død organisk stof), hvor forskellige mikroorganismer udfører nedbrydning.

Forskellige organisk bundet næringsstoffer af døde planter og dyr omdannes til uorganiske stoffer ved mikrobiel nedbrydning, der let anvendes af planter (primære producenter), og cyklussen starter igen.

1. Carbon Cycle:

Carboncyklussen er den biogeokemiske cyklus, hvormed kulstof udveksles mellem biosfæren, pedosfæren, geosfæren, hydrokfæren og atmosfæren på jorden. Det er en af ​​Jordens vigtigste cyklusser og giver mulighed for, at kulstof genanvendes og genanvendes i hele biosfæren og alle dets organismer.

Carbon Cycle er en kompleks serie af processer, hvor alle de carbonatomer, der eksisterer, roterer. Træet brændte for få årtier siden kunne have produceret kuldioxid, som gennem fotosyntese blev en del af en plante. Når du spiser den plante, kan det samme kulstof fra træet, som blev brændt, blive en del af dig. Kulsyrecyklussen er den store naturlige genvindingsmiddel af carbonatomer.

Uden CO2-cyklusens funktion kan alle aspekter af livet ændres dramatisk. Planter, dyr og jord interagerer for at udgøre de grundlæggende cykluser af naturen. I kulsyrecyklussen absorberer planter kuldioxid fra atmosfæren og bruger det, kombineret med vand, de kommer fra jorden, for at gøre de stoffer, de har brug for til vækst. Processen med fotosyntese inkorporerer carbonatomerne fra carbondioxid til sukkerarter.

Dyr, såsom kaninen spiser planterne og bruger kul til at bygge deres eget væv. Andre dyr, såsom ræven, spiser kaninen og bruger derefter kul til deres egne behov. Disse dyr vender kuldioxid tilbage i luften, når de trækker vejret, og når de dør, da kulstofet kommer tilbage til jorden under nedbrydning. Kulatomerne i jord kan derefter anvendes i en ny plante eller små mikroorganismer. Følgende større reservoirer af kulstof indbyrdes forbundet med udvekslingsveje:

jeg. Atmosfæren.

ii. Den jordbaserede biosfære, som normalt defineres til at omfatte ferskvandsanlæg og ikke-levende organisk materiale, såsom jordkulstof.

iii. Havene, herunder opløst uorganisk kulstof og levende og ikke-levende marine biota.

iv. Sedimenterne inklusive fossile brændstoffer

v. Jordens indre, kulstof fra jordens mantel og skorpe frigives til atmosfæren og hydrokfæren ved vulkaner og geotermiske systemer.

Den årlige bevægelse af kulstof, kulstofudvekslingerne mellem reservoirerne, sker på grund af forskellige kemiske, fysiske, geologiske og biologiske processer. Havet indeholder den største aktive kulbrinte nær jordens overflade, men den dybe havsdel af denne pulje bytter ikke hurtigt med atmosfæren i mangel af ekstern indflydelse, som f.eks. En ukontrolleret dybhavsoliebrøndslækage.

Det globale kulstofbudget er balancen mellem udbytterne (indkomster og tab) af kulstof mellem kulstofreservoarerne eller mellem en bestemt sløjfe kulsyrecyklus.

Carbon udgives i atmosfæren på flere måder:

jeg. Gennem åndedræt udført af planter og dyr. Dette er en eksoterm reaktion, og det indebærer nedbrydning af glucose (eller andre organiske molekyler) i kuldioxid og vand.

ii. Gennem nedbrydning af dyre- og plantemateriale. Svampe og bakterier nedbryder carbonforbindelserne i døde dyr og planter og omdanner kulstof til kuldioxid, hvis der er ilt til stede eller metan, hvis ikke.

iii. Ved forbrænding af organisk materiale, der oxiderer det kulstof, det indeholder, producerer kuldioxid (og andre ting som vanddamp). Brændende fossile brændstoffer som kul, olieprodukter frigiver kuldioxid. Brændende agrobrændstoffer frigiver også kuldioxid

iv. Vulkanudbrud og metamorfisme frigiver gasser i atmosfæren. Vulkaniske gasser er primært vanddamp, kuldioxid og svovldioxid.

v. Kulstof overføres inden for biosfæren som heterotrophs foder på andre organismer eller deres dele (fx frugter). Dette omfatter optagelse af døde organiske materialer (detritus) af svampe og bakterier til gæring eller henfald.

vi. Mest kulstof forlader biosfæren gennem åndedræt. Når ilt er til stede, forekommer aerob åndedræt, som frigiver kuldioxid i omgivende luft eller vand, efter reaktionen C 6 H 12 O 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O. Ellers forekommer anaerob respiration og frigiver methan til det omgivende miljø, som i sidste ende går ind i atmosfæren eller hydrokfæren (f.eks. som mosegas eller flatulens).

Cirkulation af kuldioxid:

jeg. Planter absorberer kuldioxid fra atmosfæren.

ii. Under processen med fotosyntese inkorporerer planter carbonatomerne fra kuldioxid til sukkerarter.

iii. Dyr, såsom kaninen spiser planterne og bruger kul til at bygge deres eget væv, kæde kulstofindholdet

iv. Gennem fødekæden overføres kulstof til ræve, løver osv.

v. Dyrene returnerer kuldioxid i luften, når de trækker vejret, og når de dør, da kulstofet returneres til jorden under nedbrydning

I tilfælde af Ocean:

I områder med oceanisk opvoldning frigives kulstof til atmosfæren. Omvendt overfører regioner med down welling kulstof (CO 2 ) fra atmosfæren til havet. Når CO 2 kommer ind i havet, deltager den i en serie af reaktioner, der er lokalt i ligevægt:

jeg. Omdannelse af CO 2 (atmosfærisk) til CO 2 (opløst).

ii. Omdannelse af CO 2 (opløst) til kulsyre (H 2 CO 3 ).

iii. Omdannelse af kulsyre (H2C03) til bicarbonation.

iv. Omdannelse af bicarbonation til carbonat ion.

I oceanerne kan opløst carbonat kombinere med opløst calcium for at præcipitere fast calciumcarbonat, CaCO3, hovedsagelig som skaller fra mikroskopiske organismer. Når disse organismer dør, synker deres skaller og ophobes på havbunden. Over tid udgør disse karbonat-sedimenter kalksten, som er det største kulstofreservoir i carboncyklussen.

Det opløste calcium i oceanerne stammer fra den kemiske forvitring af calciumsilicat-klipper, hvor kulsyre og andre syrer i grundvand reagerer med calciumbærende mineraler, der frigiver calciumioner til opløsning og efterlader en rest af nydannede aluminiumrige lermineraler og uopløselige mineraler som kvarts.

Fluxen eller absorptionen af ​​kuldioxid i verdens oceaner påvirkes af forekomsten af ​​udbredte vira i havvand, der inficerer mange bakteriearter. De resulterende bakteriedødsfald udløser en række begivenheder, der fører til stærkt udvidet respiration af carbondioxid, hvilket øger oceanernes rolle som kulstofsink.

2. Kvælstofcyklus :

Nitrogencyklussen er det sæt biogeokemiske processer, hvorved kvælstof gennemgår kemiske reaktioner, ændrer form og bevæger sig gennem forskelligt reservoarer på jorden, herunder levende organismer.

Kvælstof er påkrævet for alle organismer at leve og vokse, fordi det er den væsentlige bestanddel af DNA, RNA og protein. Imidlertid kan de fleste organismer ikke bruge atmosfærisk nitrogen, det største reservoir. De fem processer i nitrogencyklusen

jeg. Kvælstoffiksering

ii. Kvælstofoptagelse

iii. Kvælstofmineralisering

iv. nitrifikation

v. de-nitrifikation

Mennesker påvirker den globale kvælstofcyklus primært ved brug af kvælstofbaserede gødninger.

I. Kvælstoffiksering: N2 -> NH4 +

Kvælstoffiksering er den proces, hvor N2 omdannes til ammonium, essentiel, fordi det er den eneste måde, hvorpå organismer kan opnå nitrogen direkte fra atmosfæren. Visse bakterier, for eksempel dem blandt slægten Rhizobium, er de eneste organismer, der fastsætter nitrogen gennem metaboliske processer.

Kvælstoffastgørelsesbakterier udgør ofte symbiotiske forhold med værtsplanter. Denne symbiose er velkendt at forekomme i plantens bælgfrugtsfamilie (fx bønner, ærter og kløver). I dette forhold bevarer kvælstoffastgørelsesbakterier knogleroduler og modtager kulhydrater og et gunstigt miljø fra deres værtsplante i bytte for noget af kvælstofet, de fastsætter. Der er også kvælstoffastgørende bakterier, der eksisterer uden planteværter, kendt som frie levende nitrogenfiksere. I akvatiske miljøer er blågrønne alger (virkelig en bakterie kaldet cyanobakterier) en vigtig fritt levende kvælstoffixer.

II. Kvælstofoptagelse: NH4 + -> Organisk N

Ammoniak produceret af kvælstoffastgørende bakterier inkorporeres sædvanligvis hurtigt i protein og andre organiske nitrogenforbindelser, enten af ​​en værtsplante, selve bakterierne eller en anden jordorganisme.

III. Nitrogenmineralisering: Organisk N -> NH4 +

Efter at nitrogen er inkorporeret i organisk materiale, omdannes det ofte til uorganisk nitrogen ved en proces kaldet nitrogenmineralisering, ellers kendt som forfald. Når organismer dør, brydes nedbrydere (såsom bakterier og svampe) det organiske stof og fører til nedbrydningsprocessen.

Under denne proces omdannes en betydelig mængde nitrogen indeholdt i den døde organisme til ammonium. En gang i form af ammonium er kvælstof tilgængelig til brug ved planter eller til yderligere omdannelse til nitrat (NO 3 - ) gennem processen kaldet nitrifikation.

IV. Nitrifikation: NH4 + -> NO3 -

Nogle af ammoniumproduktet ved nedbrydning omdannes til nitrat via en proces kaldet nitrifikation. De bakterier, der udfører denne reaktion, får energi fra det. Nitrifikation kræver tilstedeværelse af ilt, så nitrifikation kan kun ske i iltrige omgivelser som cirkulerende eller flydende vand og de meget overflade lag af jord og sedimenter. Nitrifikationsprocessen har nogle vigtige konsekvenser.

Ammoniumioner er positivt ladede og holder derfor (sorberes) til negativt ladede lerpartikler og jordorganisk materiale. Den positive ladning forhindrer ammoniumnitrogen i at blive vasket ud af jorden (eller udvaskes) ved nedbør.

I modsætning hertil holdes den negativt ladede nitration ikke af jordpartikler og kan derfor vaskes ned i jordprofilen, hvilket fører til nedsat jordfrugtbarhed og nitratberigelse af nedstrøms overflade og grundvand.

V. De-nitrifikation: NEJ 3 - -> N2 + N2O

Ved nitrifikation omdannes oxiderede nitrogenformer, såsom nitrat og nitrit (NO 2 ) til di-nitrogen (N 2 ) og i mindre grad nitrousoxidgas. De-nitrifikation er en anaerob proces, der udføres af denitrifierende bakterier, som omdanner nitrat til nitrogen i følgende rækkefølge:

NEJ 3 - -> NEJ 2 - -> NEJ -> N2O -> N2

Nitrogenoxid og nitrogenoxid er begge miljømæssigt vigtige gasser. Nitrogenoxid (NO) bidrager til smog, og nitrogenoxid (N 2 O) er en vigtig drivhusgas og derved bidrager til globale klimaændringer.

3. Svovlcyklus:

Svovl er en af ​​de komponenter, der udgør proteiner og vitaminer. Proteiner består af aminosyrer, der indeholder svovlatomer. Svovl er vigtigt for virkningen af ​​proteiner og enzymer i planter og hos dyr, som er afhængige af planter til svovl.

Det træder ind i atmosfæren gennem både naturlige og menneskelige kilder. Naturlige rekurser kan fx være vulkanske udbrud, bakterieprocesser, fordampning fra vand eller nedbrydende organismer. Når svovl kommer ind i atmosfæren gennem menneskelig aktivitet, skyldes dette hovedsageligt industrielle processer, hvor svovldioxid (SO2) og hydrogensulfid (H2S) gasser udledes i vid udstrækning.

Når svovldioxid kommer ind i atmosfæren, vil den reagere med oxygen for at fremstille svovltrioxidgas (SO3) eller med andre kemikalier i atmosfæren for at fremstille svovlsalte. Svovldioxid kan også reagere med vand for at fremstille svovlsyre (H2S04). Svovlsyre kan også fremstilles ud fra demethylsulfid, som udledes til atmosfæren af ​​planktonarter.

Alle disse partikler sætter sig tilbage på jorden, eller reagerer med regn og falder tilbage på jorden som syreaflejring. Partiklerne vil derefter blive absorberet af planter igen og frigives tilbage i atmosfæren, så svovlcyklussen vil starte igen.

jeg. Fossile brændstoffer som kul og olie er yderst vigtige energiressourcer, som bliver udmattede.

ii. Kulbrændstofbaserede ressourcer skaber forureningsniveauer og drivhusgasser. Deres ledelse er relateret til forbedret teknologi og at finde alternative energikilder under hensyntagen til dette.

iii. En overordnet forsigtig og bæredygtig anvendelse af ressourcer både på individuel og kollektivt niveau kan gavne et bredt tværsnit af samfundet samt møde fremtidige generationer.