Цикл вуглецю

Цикл углерода

Цикл вуглецю, круговорот вуглецю, — циклічне переміщення вуглецю між світом живих істот і неорганічним світом атмосфери, морів, прісних вод, грунтів та скель. Це з найважливіших біогеохімічних циклів, до складу якого безліч складних реакцій, у ході вуглець переходить з повітря і водного середовища у кістковій тканині рослин та тварин, та був повертається у атмосферу, води і грунт, стаючи знову доступне використання організмами. Оскільки вуглець необхідний підтримки будь-який форми життя, всяке втручання у круговорот цього елемента впливає кількість і розмаїтість живих організмів, здатних існувати Землі.

Источники і резерви вуглецю..

Основной джерело вуглецю для живих організмів — це атмосфера Землі, де даний елемент є у вигляді діоксиду вуглецю (вуглекислого газу, СО2). Упродовж багатьох мільйонів років концентрація СО2 в атмосфері, очевидно, істотно не змінювалася, становлячи прибл. 0,03% ваги сухого повітря лише на рівні моря. Хоча дещиця СО2 невелика, його абсолютне кількість воістину величезна — прибл. 750 млрд. т. У атмосфері СО2 переноситься вітрами як і вертикальному, і у горизонтальному напрямах.

Диоксид вуглецю є у воді, де він легко розчиняється, створюючи слабку вугільну кислоту Н2СО3. Ця кислота входить у реакції з кальцієм i іншими елементами, створюючи мінерали, звані карбонатами. Карбонатні породи, наприклад вапняк, перебувають у рівновазі з диоксидом вуглецю, що міститься в контактують із ними воді. Так кількість СО2, розчиненої в океанах і прісних водах, визначається її концентрацією у атмосфері. Загальна кількість розчинених і осадових вуглецевмісних речовин оцінюється приблизно 1,8 трлн. т.

Углерод у поєднанні з воднем та інші елементами одна із основних компонентів клітин рослин та тварин. Наприклад, в людини вона становить прибл. 18% маси тіла. Чисельність і дуже стала вельми поширеною живих організмів неможливо задовільно оцінити загальний вміст у яких вуглецю. Можна, проте, приблизно оцінити сумарне кількість вуглецю, связываемого рослинами, і навіть який виділяється у процесі дихання рослин, тварин і звинувачують мікроорганізмів. Встановлено, що зелені рослини поглинають на рік прибл. 220 млрд. т CO2. Майже стільки ж цієї речовини виділяється в неорганічну середу процесі дихання всіх живих організмів, соціальній та результаті розкладу і згоряння органічних речовин.

При певних умов розкладу і згоряння створених живими організмами речовин немає, що веде до нагромадженню вуглецевмісних сполук. Приміром, деревина живих дерев може бути 3−4 тисячоліття надійно захищена від мікробного розкладу і від пожежі корою, здатної протистояти дії мікробів і вогню. Деревина ж, яка у торф’яне болото, зберігається ще довше. У обох випадках пов’язаний у ній вуглець опиняється немовби в пастці й казки надовго виводиться з круговороту. У разі, коли органічна речовина виявляється похованим і ізольованим від впливу повітря, воно розкладається лише частково і що міститься у ньому вуглець зберігається. Якщо згодом у протягом мільйонів років ці органічні залишки піддаються тиску вышележащих відкладень і нагріванню з допомогою земного тепла, значної частини його перетворюється на копалину паливо, наприклад, у кам’яне вугілля чи нафту. Копалину паливо утворює природний резерв вуглецю. Попри інтенсивне його спалювання, що з 1700-х років, невитраченими досі залишаються приблизно 4,5 трлн. т.

Фотосинтез..

Основной шлях, у вигляді якого вуглець зі світу неорганічної переміщається у світ живого, — це здійснюваний зеленими рослинами фотосинтез. Цей процес є ланцюг реакцій, під час яких рослини поглинають з атмосфери чи води діоксид вуглецю, пов’язуючи його молекули з молекулами спеціального речовини — акцептора СО2. У результаті інших реакцій, що з споживанням сонячної (світловий) енергії, відбувається розщеплення молекул води та використання що іонів водню і пов’язаного СО2 в синтезі багатих вуглецем органічних речовин, зокрема акцептора СО2.

На кожну молекулу СО2, яку поглинає рослина, щоб синтезувати органічні речовини, виділяється молекула кисню, освічена при розщепленні води. Передбачається, що став саме таким шляхом утворився весь вільний кисень атмосфери. Якби процес фотосинтезу Землі раптово припинилася та порушився вуглецевий цикл, то, відповідно до які є розрахунках, весь вільний кисень зник із атмосфери приблизно за 2000 років.

Другие реакції. Зелене рослина використовує вуглець утворених їм органічних речовин у різний спосіб. Наприклад, може накопичуватися у складі крохмалю, запасаемого у клітинах, чи целюлози — основного структурного матеріалу рослин i живильного речовини багатьом інших організмів. І крохмаль і целюлоза засвоюються як їжі тільки після розщеплення на складові їх 6-углеродные цукру (тобто. цукру, містять по шість атомів вуглецю в молекулі). На відміну від крохмалю — нерастворимого высокомолекулярного сполуки — 6-углеродные цукру легко розчиняються і, переміщуючись по рослині, є джерелом енергії і матеріалом на шляху зростання й відновлення клітин, і навіть їхнього відновлення у разі ушкоджень. Прорості, наприклад, розщеплюють запасенные в сімені крохмаль і жири, отримуючи з них простіші органічні речовини, використовувані в процесі клітинного дихання (для вивільнення їх енергії) й у зростання.

У тварин поглинута їжа піддається аналогічному процесу перетравлення. Перш ніж її основні компоненти можуть бути засвоєно, повинно бути перетворені: вуглеводи — в 6-углеродные цукру, жири — в гліцерин і жирні кислоти, білки — в амінокислоти. Ці продукти перетравлення служать тварині джерелами енергії, вивільненої при подиху, і навіть будівельними блоками, необхідні зростання організму, що відновлення його компонентів. Подібно рослинам, тварини здатні переводити живильні речовини до форми, зручну для запасания. Аналог крохмалю у тварин — це глікоген, утворюваний з надлишків 6-углеродных цукрів і нагромаджувальний в ролі енергетичного резерву у печінці і м’язових клітинах. Надлишок цукру може перетворюватися й у жирні кислоти і гліцерин, які з такими ж речовинами, що надходять із їжею, йдуть на синтезу жирів, накопичуваних у кістковій тканині. Отже, процеси синтезу забезпечують запасание багатих вуглецем і пов’язаної енергією речовин, що дозволяє організму виживати у періоди нестачі їжі.

Одна з характерних рис всього живого — стала потреба у енергії. Організм отримує енергію у вигляді дихання — цілої серії процесів, у ході складні углеродсодержащие молекули перетворюються на прості. Більшість рослин i тварин здатне лише у аэробному подиху, тобто. вони поглинають кисень з повітря, створюючи діоксид вуглецю і води ролі кінцевих продуктів. Проте є певні бактерії, найпростіші і навіть багатоклітинні тварини (кишкові паразити), є анаеробами: вони можуть жити у відсутність кисню серед; у своїй кінцевими продуктами їх анаеробного дихання (бродіння різних типів) теж служить діоксид вуглецю і вода. Мало хто організми (наприклад, дріжджі) може бути як аэробами, і анаеробами. У аеробних умовах дріжджі утворюють як кінцевих продуктів діоксид вуглецю і воду, а анаеробних — діоксид вуглецю і етиловий спирт. Отже, незалежно від типу дихання вона завжди веде до вивільненню вуглецю у вигляді діоксиду, і потім знову втягується у глобальний цикл.

После смерті рослин та тварини стають їжею т.зв. редуцентов — організмів, здійснюють розкладання органічного речовини. Більшість редуцентов представлена бактеріями і грибами, клітини яких виділяють назовні, на свій безпосереднє оточення, невеликі кількості травної рідини, расщепляющей субстрат, та був споживають продукти такого «перетравлення». Зазвичай, редуценты мають обмежений набір ферментів і використовують як їжі і джерела енергії лише окремі типи органічних речовин. Звичайні дріжджі, наприклад, переробляють лише 6- і 12-углеродные цукру, які у зруйнованих клітинах перестиглих фруктів чи густому (з м’якоттю) соку, отриманому за її роздушуванні. Проте за достатньої тривалості впливу різноманітних редуцентов все углеродсодержащие речовини рослин чи тваринних зрештою руйнуються до діоксиду вуглецю та води, а вивільнена енергія використовується організмами, здійснюють розкладання. Багато штучно синтезовані органічні сполуки теж піддаються біологічному руйнації (біодеградації) — процесу, під час якого редуценты отримують енергію та необхідний будівельний матеріал, а атмосферу виділяється вуглець у вигляді діоксиду вуглецю.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.