Невозможно отрицать, что человек значительно (и не лучшим образом) влияет на окружающую среду, в частности на в природе. В наших силах сохранить экологическую обстановку на планете хотя бы в пригодном для жилья виде на как можно более долгий срок. Но почему, собственно, так важно наличие углерода? Что с ним вообще происходит, как он влияет на нас, и можем ли мы повлиять на круговорот в природе этого важного элемента?

Практически любая форма жизни на нашей планете содержит в себе углерод. Значит, он необходим для нормального существования всех биологических видов. Почему же нас пугают тем, что содержание углерода стремительно повышается? Сжигание нефти и газа в процессе эксплуатации машин, работы предприятий выбрасывает в атмосферу огромное количество углекислого газа, нарушая круговорот углерода в природе. Биосистема Земли перестает справляться с таким его количеством.

Где присутствует углерод?

В, казалось бы, ничтожно малой концентрации (0.04%) углерод присутствует в атмосфере Земли как диоксид СО2. Но этого достаточно, чтобы поддерживать жизнедеятельность земной растительности.
Углерод содержится также в почве и осадочных породах - в наземной биосфере.
Как уже говорилось, этот элемент в большом количестве присутствует в океане в виде живой и неживой морской органики и в уже растворенном виде.
Еще одно хранилище углерода - ископаемые ресурсы, обычно, органического происхождения.

Откуда появляется?

Круговорот углерода в природе, как и любого другого вещества, подразумевает, что он откуда-то берется, потом куда-то девается и возвращается назад. Посмотрим, как это происходит с углеродом.
. В атмосферу углерод выдыхают животные и люди.
. Отмершие организмы растений и животных обрабатываются бактериями, которые с участием кислорода выделяют при этом углекислый газ или метан, в котором также присутствует углерод.
. образовывается также при сжигании нефти, угля, торфа и природного газа.
. Лесные пожары - тот же источник попадания этого газа в атмосферу.
. Еще один серьезный источник - деятельность активных вулканов, которые выбрасывают в атмосферу много углекислого газа, пара и диоксида серы.
. Производство цемента, как результат человеческой деятельности; используя нагревание карбоната кальция (СаСО3), выделяем большое количество углерода в атмосферу.
. Много говорят о глобальном потеплении. Нагреваясь, поверхность океана дополнительно выделяет углекислый газ из воды.

Куда девается?

Если бы весь попадающий в воздух углерод там и оставался, мы бы давно уже задохнулись, и жизнь на Земле перестала бы существовать. Но круговорот углерода в природе предполагает, что из атмосферы он куда-то девается. Куда?
. Большое спасибо за очищение воздуха от углекислого газа нужно сказать деревьям, которые являются главными хранилищами этого элемента. Причем, углерод может сохраняться в них сотни лет. Особенно полезны в этом смысле молодые деревья, которые быстро растут и, значит, быстро расходуют углерод.
. Чем ниже температура, тем более растворимым становится углекислый газ, и холодная поверхность воды ближе к северному полюсу отлично его поглощает. Но глобальное потепление грозит тем, что океан начнет испарять углекислый газ назад в атмосферу. Это еще одна проблема, которая волнует ученых и все человечество.
. Еще одна серьезная фабрика по утилизации углерода - морские организмы, обитающие в верхних слоях океана. Они абсорбируют углерод для строительства своих клеток. Приблизительные подсчеты ученых говорят о 36 тысячах гигатонн углерода в мировом океане.
. Отмирая,

Есть на Земле несколько химических элементов, без которых жизнь была бы невозможна. Один из них - это углерод. Он содержится в каждой органической молекуле и выступает в качестве ее строительной основы. Схема круговорота углерода в природе - постоянный процесс взаимного перехода из органического состояния в неорганическое, который обеспечивает жизнедеятельность всех организмов.

Основной принцип естественного круговорота

Все соединения на земле делятся на два класса: органические и неорганические. Первые - это следствие жизнедеятельности живых организмов. Вторые могут возникать и без живых форм вследствие химических реакций.

Переход из одного состояния в другое получил название «круговорот веществ». Углерод в данной системе занимает лидирующее место.

В атмосфере, воде и почве есть неорганические соединения, которые поглощаются живыми организмами. Чаще всего это растения, простейшие животные и грибы. Они образуют новые органические соединения, которые поглощаются высшими животными. После их смерти микроорганизмы снова перерабатывают соединения с углеродом в неорганические. Так в общих чертах можно описать круговорот углерода в биосфере. Но есть здесь немало частных нюансов.

Фотосинтез и дыхание

Чаще всего углерод в природе встречается в форме углекислого газа. Он образуется вследствие процессов дыхания и горения. Именно в форме газов растениям проще всего его усваивать. За тысячелетия существования флора научилась перерабатывать углекислоту в органические соединения. С помощью хлорофилла в листьях при наличии солнечного света происходит сложная химическая реакция. В ее результате получаются кислород, моно- и полиуглеводы. Уже само название говорит о том, что в состав указанных веществ входит углевод.

Те же растения могут дышать, когда солнечного света недостаточно. В процессе этого явления расходуется кислород и образуется углекислый газ. Вот так происходит простейший круговорот углерода в природе. Но это только на примере растений. А есть еще и микроорганизмы, грибы и животные, которые также включаются в движение рассматриваемого элемента в биосфере.

Микроорганизмы и круговорот углерода в экосистеме

Самые маленькие организмы на Земле могут смело называться началом и концом пищевой цепи. Именно благодаря им многие органические соединения попадают к высшим растениям и животным.

Отмирая и переставая функционировать, живые организмы попадают в почву или на дно Мирового океана. Они бы так и остались там лежать, если бы не бактерии и простейшие, начинающие перерабатывать органические соединения, выделяя углекислый газ или делая сложные углеводы более простыми. Новые соединения используются для питания живыми организмами, соответственно, углерод начинает новый круг движения в природе.

Не всем бактериям нужен кислород для того, чтобы расщеплять органические молекулы. Некоторые из них отлично справляются с заданием и без него.

Благодаря микроорганизмам круговорот углерода в природе происходит и в форме симбиоза. К примеру, клетчатка - это сложный углевод, который содержится во всех растениях. Желудок животного не может ее расщепить и усвоить. Но парнокопытные научились существовать в симбиозе с некоторыми бактериями. Последние находятся в желудке животного и расщепляют целлюлозу до более простых углеводов, которые далее легко усваиваются организмом парнокопытного.

Движение углерода на суше

В атмосфере находится около 0,33% углекислого газа. Этого более чем достаточно для того, чтобы его усвоили зеленые растения. На суше именно с них и начинается схема круговорота углерода в природе.

Растения выступают начальной ступенькой пищевой цепи. Их поедают травоядные животные, которые, как правило, становятся жертвами хищников. После смерти последних органические вещества попадают в почву, где перерабатываются насекомыми и микроорганизмами. Процессы их жизнедеятельности чаще всего выделяют неорганические соединения. Органика, которая усваивается, также может стать пищей для животных, стоящих выше в пищевой цепи.

Очень редко органические вещества надолго консервируются в таком виде. Нам они известны как полезные ископаемые: торф, уголь, нефть, метан. Углекислый газ из этих соединений освобождается в процессе горения, чем и обеспечивается круговорот углерода в природе.

Круговорот углерода в воде

Мировой океан также является средой, в которой происходит круговорот углерода в биосфере. Но здесь этот процесс немного сложнее. Все дело в том, что в воде углекислый газ плохо растворяется, поэтому его ассимиляция немного затруднительна. В верхних слоях океана всегда есть планктон, который и перерабатывает углекислоту. Это начало пищевой цепочки в воде. Далее все идет так же, как и на суше. Высшие организмы поедают низших. В итоге они погибают, опускаются на дно, где их перерабатывают другие микроорганизмы.

В некоторых случаях круговорот углерода в природе может смешиваться на суше и в море. Но такие движения - не настолько частое явление, чтобы его рассматривать в отдельности. Просто есть некоторое количество животных, обитающих в обеих стихиях.

Жизнедеятельность человека

Выше мы рассмотрели классическое описание круговорота углерода в природе. Но в этот процесс включается человек, который уже давно вышел за пределы жизнедеятельности животного. Он начал перестраивать природу под собственные нужды, используя ее ресурсы.

Из-за человека ежегодно уменьшается количество зеленых насаждений, которые неорганический углекислый газ перерабатывают в органические углеводы. В то же время он сжигает полезные ископаемые, увеличивая концентрацию углекислоты в атмосфере. Это приводит к дисбалансу круговорота данного вещества. Продолжение устоявшейся стратегии деятельности может стать причиной настоящей экологической катастрофы.

Парниковый эффект

Углекислый газ в атмосфере обуславливает своеобразный парниковый эффект. Он удерживает тепловую энергию недалеко от поверхности планеты. Повышение средней температуры воздуха на полградуса-градус станет причиной таяния ледниковых шапок.

Вслед за этим увеличится площадь Мирового океана, погибнет значительное количество животных и растений. Постепенно концентрация углекислоты в атмосферном воздухе уменьшится, вода снова замерзнет на полюсах.

Таким образом, экосистема «перезагрузится», чтобы нормализировать оптимальный круговорот углерода.

Процентные соотношения

За миллиарды лет существования Земли на ней появлялись и исчезали многие виды живых организмов. Все они как-то влияли на круговорот углерода в природе. За эти годы в органических соединениях накопилось 6000000 млрд. тонн этого элемента. Сюда относятся как ныне живущие организмы, так и ископаемые углеродные вещества.

По оценкам ученых, это примерно 1/5 всего углерода на планете. Если бы не происходил его круговорот, то со временем жизнь на Земле стала бы не возможной.

Вследствие этого процесса живые организмы накапливают около 400 млрд. тонн углерода, который частично возвращается в неживую природу. Остаток же продолжает циркулировать внутри живого мира, поддерживая существование этих организмов.

Роль углеродных соединений в природе

Ученые уже давно оценили, насколько велико значение углерода в природе. Именно первые его соединения со временем дали начало жизни на планете. Сегодня он является главным строительным элементом всех живых молекул.

Первые в этом списке - углеводы. Они образуются вследствие процесса фотосинтеза. Они играют роль своеобразного строительного материала для растений и источника энергии для животных. Науке известен один нерастительный углевод - гликоген. Он образуется в печени млекопитающих и выступает в качестве запасного источника энергии.

В организме животных углеводы распадаются на воду и энергию, но могут быть основой для синтеза жиров. Это своеобразная животная батарейка, которая накапливается для возможности использования в будущем, когда почувствуется нехватка энергии. Также это теплоизоляция для животных, которые обитают в холодном климате.

Основой животной клетки является белок. Это самая большая молекула на Земле, которая состоит из цепочки аминокислот. Строительным материалом для последних также выступает углерод, поэтому очень сложно переоценить роль данного элемента для жизни на нашей планете.

Всем известны законы сохранения энергии и сохранения материи.

Атомы различных химических элементов переходят из одного соединения в другое, но ни материя, ни энергия не исчезают: они участвуют только в своеобразных круговоротах.

Одним из таких круговоротов, обусловленных наличием жизни на Земле и действием солнечной энергии, является круговорот углерода .

Воздух у поверхности Земли содержит ничтожное количество (6,03 процента) углекислого газа, или, иначе, углекислоты. Благодаря хлорофиллу в зеленых частях растений происходит образование богатых энергией веществ за счет соединения углекислоты воздуха и воды. Таким образом, углекислый газ постоянно связывается и удаляется из атмосферы.

И тут может возникнуть вопрос: а не наступит ли такой момент, когда воздух лишится углекислоты и растения не смогут жить на Земле?

На этот вопрос можно ответить точным подсчетом. Общее количество углекислоты в земной атмосфере равно приблизительно 1 500 миллиардам тонн. В этом количестве углекислоты содержится 410 миллиардов тонн углерода. Кстати, в разведанных запасах каменного угля углерода гораздо больше.

Годовое производство пищевого сахара во всем мире содержит около 10 тысяч тонн углерода. Стало быть, сахарное производство могло бы связать всю углекислоту воздуха за 41 миллион лет! И тогда жизнь зеленых растений прекратилась бы, а вслед за этим погибли бы от голода и остальные живые существа. Но это никогда не может произойти, потому что одновременно со связыванием углерода идет и обратный процесс - его освобождение.

Когда растение умирает, тело его становится достоянием бесчисленных и вездесущих бактерий. Происходят процессы брожения и гниения; они приводят к тому, что весь связанный углерод освобождается и в виде углекислоты возвращается в атмосферу.

Часть богатых энергией углесодержащих соединений попадает в пищу животным. Поедая сахароподобиые вещества - крахмал, клетчатку и прочее, они используют находящуюся в них энергию, а углерод в виде углекислоты возвращают в атмосферу.

Но случается иногда и так, что большие количества углерода надолго выходят из круговорота: иначе значительные массы растительного вещества скопляются в таких условиях, при которых разложение их микроорганизмами (гниение) не происходит. Так образуется, например, торф на дне болота, где без доступа воздуха происходит обугливание, то есть накопление углерода. Подобным образом под наслоением песка и глин обугливались массы растительных остатков и образовали каменный уголь.

Образование нефти в результате разложения животных и растительных остатков также связывает углерод.

Весьма значительные количества углерода и с ним энергии оказываются упрятанными глубоко в недрах земли, где они ждут человека, который извлечет эти богатства на поверхность земли. Сжигая уголь и торф, мы освобождаем энергию и возвращаем атмосфере соответственное количество углекислого газа. Он снова связывается растениями и вновь входит в общий круговорот углерода.

Кроме образования каменного угля, торфа и нефти, существует еще один процесс, который сопровождается «пленением» больших количеств углерода: он заключается в образовании гигантских отложений мела и известняка. Огромные массы морских животных - кораллы, моллюски и т. д. - связывают растворенный в воде кальций с углекислотой: образуют раковины и другие виды наружных скелетов жителей моря. Умершие морские животные устилают своими скелетами-раковинами дно морей и океанов. В результате возникают мощные отложения мела, известняка и со дна морей поднимаются коралловые рифы. Эти процессы совершаются в продолжение многих миллионов лет. Там, где когда-то шумели волны, сейчас поднимаются целые горы из известняка и мела. Эти горы являются огромными запасами связанной углекислоты.

Важную роль в жизнедеятельности живых организмов играет круговорот углерода в природе. Углерод входит в состав всех органических веществ и участвует в большинстве химических и физических процессов планеты.

Общее описание

Углерод - шестой элемент периодической таблицы Менделеева с относительной атомной массой 12. Углерод находится в четвертой группе и проявляет постоянную валентность IV. Это активное вещество, вступающее в реакцию с металлами, неметаллами, оксидами, кислотами.

В природе встречается в виде твёрдых веществ в составе горных пород. Элемент имеет несколько аллотропных модификаций - графит, алмаз, сажа, уголь. Большая часть газообразного углерода находится в атмосфере. Соединяясь с кислородом, образует угарный и углекислый газы.

Рис. 1. Аллотропные модификации углерода.

Угарный газ (СО) - ядовитое вещество без цвета, запаха, вкуса. Соединяясь с гемоглобином крови, нарушает клеточное дыхание, что приводит к удушению.

Значение углерода

Углерод входит в состав угольной кислоты (H 2 CO 3), соды (Na 2 CO 3), всех органических соединений. Это один из жизненно важных элементов. Углерод участвует в процессах дыхания, синтеза веществ, энергетического обмена.

В живых организмах элемент содержат:

• ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота);
• нуклеиновые кислоты;
• аминокислоты;
• АТФ (аденозинтрифосфат) - универсальный источник энергии;
• липиды и жирные кислоты.

Рис. 2. Структурные формулы ДНК и АТФ.

Благодаря четырём валентным электронам атом углерода способен образовывать четыре связи с атомами различных элементов. Именно этим объясняется распространённость элемента в природе в составе сложных веществ.

Круговорот

Краткая схема круговорота углерода в природе:

• углекислый газ используется растениями для фотосинтеза;
• продуктом фотосинтеза являются органические вещества, в частности углеводы;
• углерод попадает в тело травоядных животных, затем - хищников;
• обратно элемент возвращается в природу при дыхании животных и после их смерти в результате гниения (осуществляют бактерии, грибы).

Рис. 3. Схема круговорота углерода в природе.

Общее количество углерода в природе можно разделить на четыре части:

• оставшийся в составе клеток растения;
• находящийся в животных клетках;
• высвободившийся в атмосферу при дыхании или сжигании топлива;
• отложившийся в грунте, куда попадает в результате разложения.

Углекислый газ (СО 2) является конечным продуктом метаболизма. Он образуется в процессе дыхания и полного распада углеводов, жиров, аминокислот. Из клетки с током крови углекислый газ попадает в лёгкие, а оттуда - в атмосферу при внешнем дыхании.

Углекислый газ - продукт не только жизнедеятельности живых организмов. Газ образуется при сжигании органического топлива - нефти, природного газа, древесины, угля. При попадании углекислого газа в атмосферу круговорот элемента начинается заново.4.1 . Всего получено оценок: 65.

Мы не беремся однозначно утверждать, что деятельность человека является основной причиной глобального изменения климата, но также глупо было бы утверждение того, что человек не влияет на окружающую среду. Мы стараемся рассматривать имеющиеся у нас факты и знания, и делиться ими с нашими читателями. Разные существуют мнения по поводу влияния парниковых газов на повышение средней годовой температуры на Земле. Кто-то считает это всемирным заговором , целью которого является передел сфер влияния на рынке энергоресурсов и в целом промышленности, кто-то видит в этом испытания метеорологического оружия. Наша задача донести до Вас различные мнения и фактическую информацию, чтобы Вы самостоятельно могли формировать свое мнение.

Одно остается неоспоримым: мы влияем на нашу планету и жизнь на Земле сильно и непосредственно, и в наших руках менять силу и направление этого воздействия - сделать эту планету цветущим оазисом или малопригодной для жизни пустыней. На мой взгляд, современный уровень технологий вполне позволяет каждому из нас включиться в процесс создания экологически дружественного общества и начать, как это обычно бывает, необходимо с себя.

В этой статье мы расскажем про углерод – основной строительный кирпичик жизни. И почему нас так пугают, тем из чего состоят все живые формы на Земле.

Глобальный круговорот углерода в природе можно разделить на две основные категории: геологический, временной цикл которого исчисляется миллионами лет, и значительно более быстрый – биологический с временным циклом от нескольких дней до нескольких тысячелетий. Мы, люди, имеем влияние на обе эти категории.

Глобальный углеродный круговорот являет собой перемещение углерода между различными «резервуарами», и происходит благодаря множеству различных химических, физических, геологических и биологических процессов. Поверхность современного океана является наиболее активным буфером обмена углерода на Земле, однако на больших глубинах такого быстрого обмена с атмосферой происходить не может.

На диаграмме Вы можете проследить основные направления движения и места залегания углерода в экосистеме Земли. Обычно принято выделять четыре основных места концентрации углерода, это:

• · Атмосфера
• · Наземная биосфера, включающая неживой органический материал, такой как почва и осадочные породы
• · Океаны, которые содержат углерод в растворенном виде и живую и неживую морскую органику
• · Ископаемые ресурсы органического происхождения.

В атмосфере Земли углерод преимущественно существует в виде диоксида (CO2). И хотя его содержание кажется ничтожно малым (около 0.04% и по утверждениям ученых продолжает расти), он играет важнейшую роль в поддержании жизни на Земле. Существует еще несколько газов, таки как, например метан, содержащих углерод, которые также играют свою роль в углеродном обмене. В концепции теории глобального потепления эти газы называют парниковыми, и считается, что именно повышение концентрации этих газов приводит к парниковому эффекту и как следствие к глобальному повышению температуры.

Углерод. Куда он девается?

1. Солнечный свет позволяет растениям поглощать углекислый газ из атмосферы благодаря явлению фотосинтеза, выделяя в атмосферу кислород. Наиболее активными, эффективными и долговечными «хранителями» углерода являются деревья. В процессе развития и роста деревья очень быстро поглощают и накапливают углерод, а в зрелом возрасте способны хранить его сотни лет. Поэтому сохранение и умножение лесов – одна из важнейших задач сохранения и поддержания глобального углеродного баланса.

2. Ближе к полюсам поверхность океанов становится прохладнее, а CO2 более растворимым. В холодных водах океана углекислый газ поглощается, а при повышении температуры воды у поверхности приводит к выделению излишков газа в атмосферу. Вот почему повышение средней глобальной температуры может ускорить процесс нарушения природного баланса углерода в атмосфере.

3. В верхних слоях океана находятся наиболее продуктивные живые организмы, чьи ткани, органы и раковины строятся на основе углерода, и тем самым абсорбируют атмосферный углерод, растворенный в верхних слоях воды. Наряду с лесами на суше, морские живые организмы - это важнейшие «утилизаторы» атмосферного углерода. Мировой океан содержит около 36000 гигатонн углерода. Потепление же морской воды препятствует привычному формированию живых организмов, тем самым снижая темпы поглощения углерода.

4. По мере того как морские обитатели погибают, твердые части их тел, такие как раковины, клешни и кости оседают на морское дно, формируя залежи осадочных пород – своего рода долгосрочный углеродный депозит.

Углерод. Откуда он берется?

Углерод возвращается в оборот несколькими различными способами.

1. Дыхание животных и растений.

2. Разложение животных и растений. Этим занимаются бактерии, превращая части мертвых организмов животных и растений в углекислый газ в присутствии кислорода или метан в противном случае.

3. Ну и кончено, сжигание ископаемого органического топлива: нефть, уголь, торф и природный газ. За эту часть выбросов несет ответственность человечество и наша с Вами цивилизация. И именно этой части экологи приписывают все возможные грехи. С доводами экологов трудно не согласится, особенно, учитывая масштабы этого действа . Добавьте к этому лесные пожары, причиной которых тоже зачастую становятся люди.

4. Производство цемента приводит к выбросу углерода в атмосферу при нагревании карбоната кальция (известняка, CaCO3).

5. Нагревание поверхности океанов приводит дополнительному выделению углекислого газа из морской воды.

6. Ну и конечно, вулканическая деятельность – неотъемлемая часть углеродного цикла. Вулканы выбрасывают пар, углекислый газ и диоксид серы.

Ну углерод, и что?

Как мы видим углекислый газ это не яд , не загрязняющий фактор, а естественная и необходимая часть жизненного цикла нашей планеты. Почему же нас беспрерывно пугают этим страшным CO2, используя практически все источники информации? Мы не собираемся здесь разоблачать мировой заговор правящей верхушки, но я думаю, сможем объяснить, почему именно углекислый газ выбран в качестве фактора «устрашения». Уровень влияния человека, предприятия, страны, цивилизации на природу необходимо как-то измерять, так как это влияние не может более оставаться незамеченным и не учтенным. А уровень выбросов углекислого газа и является той удобной и универсальной мерой. Мы можем измерить, сколько энергии затрачивается на производство товара или услуги, но на сколько чистой была эта энергия нам помогает определить именно количество углерода выброшенного в атмосферу при получении конечного продукта.

Для этой цели и был введен термин углеродного следа (carbon footprint), показывающий, сколько стоит экологии тот или иной продукт, услуга или иная человеческая деятельность.Например, доставка почты с помощью электромобиля , почтальона на велосипеде или грузовика с двигателем внутреннего сгорания для конечного получателя закончится одинаково – конвертом в почтовом ящике, но результат для экологии в целом будет отличаться в десятки, а, то и в сотни раз. Когда Вы выйдете забирать почту доставленную классическим грузовиком, Вы будете вдыхать уже совершенно другой воздух, и с каждой следующей доставкой он не будет становиться лучше. Так что, по возможности используйте электронную почту. Ибо доставка электронного письма оставляет наименьший экологический след .