KOHLENSTOFFKREISLAUF: EIGENSCHAFTEN, STADIEN, BEDEUTUNG - UMGEBUNG - 2025

Der Kohlenstoffkreislauf ist der Prozess der Zirkulation dieses chemischen Elements in Luft, Wasser, Boden und Lebewesen. Es ist ein biogeochemischer Kreislauf vom Gastyp und die am häufigsten vorkommende Form von Kohlenstoff in der Atmosphäre ist Kohlendioxid (CO2).

Die größten Kohlenstoffspeicher befinden sich in den Ozeanen, fossilen Brennstoffen, organischen Stoffen und Sedimentgesteinen. Ebenso ist es für die Körperstruktur lebender Organismen essentiell und gelangt durch Photosynthese als CO2 in die trophischen Ketten.

Photosynthesizer (Pflanzen, Phytoplankton und Cyanobakterien) absorbieren Kohlenstoff aus atmosphärischem CO2, und Pflanzenfresser nehmen ihn diesen Organismen ab. Diese werden von Fleischfressern verzehrt und schließlich werden alle toten Organismen von Zersetzern verarbeitet.

Neben der Atmosphäre und den Lebewesen kommt Kohlenstoff im Boden (Edaphosphäre) und im Wasser (Hydrosphäre) vor. In den Ozeanen nehmen Phytoplankton, Makroalgen und aquatische Angiospermen das im Wasser gelöste CO2 zur Photosynthese auf.

Kohlenstoffkreislauf Illustration

CO2 wird durch die Atmung von terrestrischen bzw. aquatischen Lebewesen wieder in die Atmosphäre oder das Wasser integriert. Sobald Lebewesen tot sind, wird Kohlenstoff als CO2 oder als Teil von Sedimentgesteinen, Kohle oder Öl wieder in die physische Umgebung integriert.

Der Kohlenstoffkreislauf ist sehr wichtig, da er verschiedene Funktionen erfüllt, z. B. Teil von Lebewesen zu sein und dabei hilft, die Planetentemperatur und den Säuregehalt des Wassers zu regulieren. Ebenso trägt es zu den erosiven Prozessen von Sedimentgesteinen bei und dient als Energiequelle für den Menschen.

Eigenschaften

Kohlenstoff

Dieses Element steht im Universum an sechster Stelle und seine Struktur ermöglicht es ihm, Bindungen mit anderen Elementen wie Sauerstoff und Wasserstoff zu bilden. Es wird von vier Elektronen (vierwertig) gebildet, die kovalente chemische Bindungen bilden, die Polymere mit komplexen Strukturformen bilden können.

Atmosphäre

Kohlenstoff kommt in der Atmosphäre hauptsächlich als Kohlendioxid (CO2) in einem Anteil von 0,04% der Luftzusammensetzung vor. Obwohl sich die Konzentration von atmosphärischem Kohlenstoff in den letzten 170 Jahren aufgrund der industriellen Entwicklung des Menschen erheblich verändert hat.

Vor der Industriezeit lag die Konzentration zwischen 180 und 280 ppm (parts per million) und übersteigt heute 400 ppm. Darüber hinaus gibt es Methan (CH4) in einem viel geringeren Anteil und Kohlenmonoxid (CO) in kleinen Spuren.

CO2 und Methan (CH4)

Diese Gase auf Kohlenstoffbasis haben die Eigenschaft, langwellige Energie (Wärme) zu absorbieren und abzustrahlen. Aus diesem Grund reguliert seine Anwesenheit in der Atmosphäre die Planetentemperatur, indem verhindert wird, dass die von der Erde abgestrahlte Wärme in den Weltraum entweicht.

Von diesen beiden Gasen fängt Methan mehr Wärme ein, aber CO2 spielt aufgrund seiner relativen Häufigkeit die entscheidende Rolle.

Die biologische Welt

Der größte Teil der Struktur lebender Organismen besteht aus Kohlenstoff, der für die Bildung von Proteinen, Kohlenhydraten, Fetten und Vitaminen essentiell ist.

Die Lithosphäre

Kohlenstoff ist Teil der organischen Substanz und Luft im Boden, er kommt auch in elementarer Form wie Kohlenstoff, Graphit und Diamant vor. Ebenso ist es ein wesentlicher Bestandteil der Kohlenwasserstoffe (Öl, Bitumen), die in tiefen Ablagerungen vorkommen.

Kohlenstoffbildung

Wenn die Vegetation in Seebecken, Sümpfen oder flachen Meeren stirbt, sammeln sich Pflanzenreste in Schichten an, die mit Wasser bedeckt sind. Dann wird ein langsamer anaerober Zersetzungsprozess erzeugt, der durch Bakterien verursacht wird.

Die Sedimente bedecken die Schichten aus zersetzendem organischem Material, das über Millionen von Jahren einen fortschreitenden Prozess der Kohlenstoffanreicherung durchläuft. Dies durchläuft eine Stufe aus Torf (50% Kohlenstoff), Braunkohle (55-75%), Kohle (75-90%) und schließlich Anthrazit (90% oder mehr).

Ölbildung

Es beginnt mit einer langsamen aeroben Zersetzung, dann gibt es eine anaerobe Phase mit Resten von Plankton, Tieren und Meeres- oder Seepflanzen. Diese organische Substanz wurde von Sedimentschichten begraben und hohen Temperaturen und Drücken im Inneren der Erde ausgesetzt.

Aufgrund seiner geringeren Dichte steigt das Öl jedoch durch die Poren von Sedimentgesteinen auf. Schließlich wird es entweder in undurchlässigen Bereichen eingeschlossen oder bildet flache bituminöse Aufschlüsse.

Die Hydrosphäre

Die Hydrosphäre hält einen Gasaustausch mit der Atmosphäre aufrecht, insbesondere mit Sauerstoff und Kohlenstoff in Form von CO2 (wasserlöslich). Kohlenstoff kommt in Wasser, insbesondere in den Ozeanen, hauptsächlich in Form von Bicarbonationen vor.

Bicarbonationen spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung des pH-Werts der Meeresumwelt. Andererseits sind auf dem Meeresboden große Mengen Methan als Methanhydrate eingeschlossen.

Saurer Regen

Kohlenstoff dringt auch zwischen dem gasförmigen Medium und der Flüssigkeit ein, wenn CO2 mit atmosphärischem Wasserdampf reagiert und H2CO3 bildet. Diese Säure fällt mit Regenwasser aus und säuert Böden und Wasser an.

Stadien des Kohlenstoffkreislaufs

Kohlenstoffabscheidung und -speicherung. Quelle: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin und Jamie Paynederivative Arbeit: Jarl Arntzen (Diskussion) abgeleitete Arbeit: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 )

Wie jeder biogeochemische Kreislauf ist der Kohlenstoffkreislauf ein komplexer Prozess, der aus einem Netzwerk von Beziehungen besteht. Ihre Trennung in definierte Stufen ist nur ein Mittel für ihre Analyse und ihr Verständnis.

- Geologische Phase

Tickets

Der Kohlenstoffeintrag in diese Phase kommt in geringerem Maße aus der Atmosphäre, indem saurer Regen und Luft in den Boden gefiltert werden. Der Hauptinput sind jedoch die Beiträge lebender Organismen, sowohl durch ihre Exkremente als auch durch ihren Körper, wenn sie sterben.

Lagerung und Verkehr

In dieser Phase wird Kohlenstoff gespeichert und bewegt sich in tiefen Schichten der Lithosphäre wie Kohle, Öl, Gas, Graphit und Diamanten. Es ist auch Teil von Karbonatgesteinen, die im Permafrost (gefrorene Bodenschicht in polaren Breiten) eingeschlossen und im Wasser und in der Luft der Bodenporen gelöst sind.

In der Dynamik der Plattentektonik erreicht Kohlenstoff auch die tieferen Schichten des Mantels und ist Teil des Magmas.

Abflüge

Die Wirkung von Regen auf kalkhaltige Gesteine ​​erodiert sie und Kalzium wird zusammen mit anderen Elementen freigesetzt. Das Kalzium aus der Erosion dieser Karbonatgesteine ​​wird in die Flüsse und von dort in die Ozeane gespült.

Ebenso wird CO ₂ freigesetzt, wenn der Permafrost auftaut oder der Boden überpflügt. Die Hauptproduktion wird jedoch vom Menschen angetrieben, indem Kohle, Öl und Gas aus der Lithosphäre gewonnen werden, um sie als Brennstoff zu verbrennen.

Menschliche Aktivitäten, die auf dem Verbrauch von Kohlenwasserstoffen beruhen, setzen Kohlenstoff in die Atmosphäre frei

- Hydrologisches Stadium

Tickets

Atmosphärisches CO ₂ löst sich beim Kontakt mit der Wasseroberfläche unter Bildung von Kohlensäure auf und Methan gelangt vom Meeresboden in die Lithosphäre, wie in der Arktis nachgewiesen wurde. Darüber hinaus gelangen HCO ₃ -Ionen aufgrund der Erosion von Karbonatgesteinen in der Lithosphäre und der Bodenwäsche in Flüsse und Ozeane .

Wenn es regnet, transportiert das Wasser Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid aus der Atmosphäre und aus den Felsen. Bei Erreichen des Ozeans wachsen Korallen, Plankton und andere Wassertiere damit. Diese Lebewesen - Korallen, Plankton und Wassertiere - sterben ab und gelangen in den Kohlenstoff in den Boden

Lagerung und Verkehr

Das CO2 löst sich in Wasser unter Bildung von Kohlensäure (H2CO3), löst das Calciumcarbonat der Schalen und bildet Calciumsäurecarbonat (Ca (HCO3) 2). Daher wird Kohlenstoff im Wasser gefunden und zirkuliert hauptsächlich als CO2, H2CO3 und Ca (HCO3) 2.

Andererseits halten Meeresorganismen über Photosynthese und Atmung einen konstanten Kohlenstoffaustausch mit ihrer aquatischen Umwelt aufrecht. Außerdem liegen große Kohlenstoffreserven in Form von Methanhydraten auf dem Meeresboden vor, die durch niedrige Temperaturen und hohen Druck eingefroren werden.

Abflüge

Der Ozean tauscht Gase mit der Atmosphäre aus, einschließlich CO2 und Methan, und ein Teil davon wird in die Atmosphäre freigesetzt. In jüngster Zeit wurde in Tiefen von weniger als 400 m, beispielsweise vor der Küste Norwegens, ein Anstieg der Methanleckage im Ozean festgestellt.

Der Anstieg der globalen Temperatur erwärmt das Wasser in Tiefen von nicht mehr als 400 m und setzt diese Methanhydrate frei. Ein ähnlicher Prozess fand im Pleistozän statt, bei dem große Mengen Methan freigesetzt, die Erde stärker erwärmt und das Ende der Eiszeit verursacht wurde.

- Atmosphärisches Stadium

Tickets

Kohlenstoff gelangt durch die Atmung von Lebewesen und durch bakterielle methanogene Aktivität in die Atmosphäre. Ebenso durch Vegetationsbrände (Biosphäre) Austausch mit der Hydrosphäre, Verbrennung fossiler Brennstoffe, vulkanische Aktivität und Freisetzung aus dem Boden (geologisch).

Freisetzung von geologischem Kohlenstoff in die Atmosphäre durch einen ausbrechenden Vulkan. Autor: Ciencia1.com

Lagerung und Verkehr

In der Atmosphäre liegt Kohlenstoff hauptsächlich in gasförmiger Form vor, wie CO2, Methan (CH4) und Kohlenmonoxid (CO). Ebenso finden Sie in der Luft schwebende Kohlenstoffpartikel.

Abflüge

Die Hauptkohlenstoffausstoßmenge in der Atmosphäre ist das CO2, das sich im Meerwasser löst und das bei der Photosynthese verwendet wird.

- Biologisches Stadium

Tickets

Kohlenstoff tritt als CO2 durch den Photosynthesevorgang von Pflanzen und photosynthetischen Bakterien in das biologische Stadium ein. Ebenso die Ca2 + - und HCO3- -Ionen, die durch Erosion ins Meer gelangen und von verschiedenen Organismen bei der Herstellung von Muscheln verwendet werden.

Pflanzen und Mikroorganismen absorbieren Kohlendioxid aus der Atmosphäre und wandeln es durch Photosynthese in Sauerstoff und Energie um

Lagerung und Verkehr

Jede Zelle und damit der Körper von Lebewesen besteht aus einem hohen Anteil an Kohlenstoff, der aus Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten besteht. Dieser organische Kohlenstoff zirkuliert durch die Biosphäre durch trophische Netze von Primärproduzenten.

Angiospermen, Farne, Leberblümchen, Moose, Algen und Cyanobakterien bauen es durch Photosynthese ein. Dann werden diese Organismen von Pflanzenfressern verzehrt, die Nahrung für Fleischfresser sein werden.

Pflanzenfressende Tiere fressen Pflanzen und geben Kohlendioxid an die Atmosphäre ab. Wenn diese Tiere sterben, integrieren sie Kohlenstoff wieder in den Boden. Das gleiche passiert mit Korallen und Plankton auf dem Meeresboden

Abflüge

Der Hauptverlust von Kohlenstoff aus dieser Phase an andere im Kohlenstoffkreislauf ist der Tod von Lebewesen, der ihn wieder in den Boden, das Wasser und die Atmosphäre integriert. Eine massive und drastische Form des Todes und der Freisetzung von Kohlenstoff sind Waldbrände, die große Mengen an CO2 produzieren.

Andererseits sind die Gase, die das Vieh bei seinen Verdauungsprozessen ausstößt, die wichtigste Methanquelle in die Atmosphäre. Ebenso ist die Aktivität von methanogenen anaeroben Bakterien, die organische Stoffe in Sümpfen und Reispflanzen zersetzen, eine Methanquelle.

Bedeutung

Der Kohlenstoffkreislauf ist wichtig aufgrund der relevanten Funktionen, die dieses Element auf dem Planeten Erde erfüllt. Seine ausgeglichene Zirkulation ermöglicht es, all diese relevanten Funktionen für die Aufrechterhaltung der Planetenbedingungen als Funktion des Lebens zu regulieren.

In Lebewesen

Kohlenstoff ist das Hauptelement in der Struktur von Zellen, da er Teil von Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten ist. Dieses Element ist die Grundlage aller Chemie des Lebens, von der DNA über Zellmembranen und Organellen bis hin zu Geweben und Organen.

Die Regulierung der Erdtemperatur

CO2 ist das Haupttreibhausgas, das es ermöglicht, eine für das Leben auf der Erde geeignete Temperatur aufrechtzuerhalten. Ohne atmosphärische Gase wie CO2, Wasserdampf und andere würde die von der Erde abgegebene Wärme vollständig in den Weltraum entweichen und der Planet wäre eine gefrorene Masse.

Erderwärmung

Andererseits bricht ein Überschuss an CO2, der in die Atmosphäre emittiert wird, wie er derzeit vom Menschen verursacht wird, das natürliche Gleichgewicht. Dies führt zu einer Überhitzung des Planeten, was das globale Klima verändert und die biologische Vielfalt negativ beeinflusst.

Regulierung des ozeanischen pH

In Wasser gelöstes CO2 und Methan sind Teil des komplexen Mechanismus zur Regulierung des pH-Werts von Wasser in den Ozeanen. Je höher der Gehalt dieser Gase im Wasser ist, desto saurer wird der pH-Wert, was sich negativ auf das Leben im Wasser auswirkt.

Energiequelle

Kohle ist ein wesentlicher Bestandteil fossiler Brennstoffe, sowohl Mineralkohle als auch Öl und Erdgas. Obwohl seine Verwendung aufgrund der negativen Auswirkungen auf die Umwelt, wie die globale Überhitzung und die Freisetzung von Schwermetallen, in Frage gestellt wird.

Wirtschaftlicher Wert

Kohle ist ein Mineral, das für seine Verwendung als Brennstoff Arbeitsquellen und wirtschaftliche Gewinne generiert. Die wirtschaftliche Entwicklung der Menschheit basiert auf der Verwendung dieses Rohstoffs. Andererseits ist es in seiner viel selteneren kristallisierten Form von Diamant von großem wirtschaftlichem Wert für seine Verwendung als Edelstein.

Verweise

1. Calow, P. (Hrsg.) (1998). Die Enzyklopädie der Ökologie und des Umweltmanagements.
2. Christopher R. und Fielding, CR (1993). Ein Überblick über aktuelle Forschungsergebnisse in der Flusssedimentologie. Sedimentgeologie.
3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA und Castro-Romero, T. Biogeochemische Zyklen. Kapitel 7. Mexikanischer Bericht über den Klimawandel, Gruppe I, Wissenschaftliche Grundlagen. Modelle und Modellierung.
4. Margalef, R. (1974). Ökologie. Omega-Ausgaben.
5. Miller, G. und TYLER, JR (1992). Ökologie und Umwelt. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP und Warrett, GW (2006). Grundlagen der Ökologie. Fünfte Ausgabe. Thomson.