Existuje několik typů atomů, které mohou být součástí zařízení jeden den, zvíře, další den, a pak cestovat po proudu jako část řeky je voda na následující den. Tyto atomy mohou být součástí jak živých bytostí, jako jsou rostliny a zvířata, tak i neživých věcí, jako je voda, vzduch a dokonce i skály. Stejné atomy jsou recyklovány znovu a znovu v různých částech země. Tento typ cyklu atomů mezi živými a neživými věcmi je známý jako biogeochemický cyklus.,
všechny atomy, které jsou stavebními kameny živých věcí, jsou součástí biogeochemických cyklů. Nejběžnější z nich jsou cykly uhlíku a dusíku.
malé atomy uhlíku a dusíku se mohou pohybovat po planetě těmito cykly. Například atom uhlíku se vstřebává ze vzduchu do vody oceánu, kde je používán malý plovoucí plankton dělat fotosyntézy získat výživu, kterou potřebují., Existuje možnost, že tento malý atom uhlíku se stává součástí planktonu je kostra, nebo část kostry větších zvířat, která sežere to, a pak část sedimentární hornina, když živé věci umírají a pouze kosti jsou pozadu. Uhlík, který je součástí hornin a fosilních paliv, jako je ropa, uhlí a zemní plyn, může být dlouho držen od zbytku uhlíkového cyklu. Tato dlouhodobá skladovací místa se nazývají „dřezy“. Když se spalují fosilní paliva, uhlík, který byl pod zemí, je poslán do vzduchu jako oxid uhličitý, skleníkový plyn.,
v poslední době lidé způsobují změnu těchto biogeochemických cyklů. Když budeme kácet lesy, aby se více továren, a řídit více aut, které spalují fosilní paliva, způsobem, který uhlíku a dusíku se pohybují kolem Země změny. Tyto změny přidávají do naší atmosféry více skleníkových plynů, což způsobuje změnu klimatu.
Uhlíkový Cyklus
uhlík je součástí mořské vody, ovzduší, hornin jako je vápenec a uhlí, půdy, stejně jako všechny živé věci., Na naší dynamické planetě se uhlík může pohybovat z jedné z těchto oblastí do druhé jako součást uhlíkového cyklu.
- uhlík se pohybuje z atmosféry do rostlin. V atmosféře je uhlík připojen k kyslíku v plynu zvaném oxid uhličitý (CO2). Prostřednictvím procesu fotosyntézy je oxid uhličitý vytažen ze vzduchu, aby produkoval potraviny vyrobené z uhlíku pro růst rostlin.
- uhlík se pohybuje od rostlin ke zvířatům. Prostřednictvím potravinových řetězců se uhlík, který je v rostlinách, pohybuje ke zvířatům, která je jedí. Zvířata, která jedí jiná zvířata, dostávají také uhlík ze svého jídla.,
- uhlík se pohybuje z rostlin a zvířat do půd. Když rostliny a zvířata zemřou, jejich těla, dřevo a listy se rozpadají a přinášejí uhlík do země. Některé jsou pohřbeny a stanou se fosilními palivy za miliony a miliony let.
- uhlík se pohybuje od živých věcí do atmosféry. Pokaždé, když vydechujete, uvolňujete plyn oxidu uhličitého (CO2) do atmosféry. Zvířata a rostliny se musí zbavit plynu oxidu uhličitého procesem zvaným dýchání.
- uhlík se při spalování paliv pohybuje z fosilních paliv do atmosféry., Když lidé spalují fosilní paliva do elektráren, elektráren, automobilů a nákladních automobilů, většina uhlíku rychle vstoupí do atmosféry jako plyn oxidu uhličitého. Každý rok se spalováním fosilních paliv uvolňuje pět a půl miliardy tun uhlíku. Z této obrovské částky zůstává v atmosféře 3, 3 miliardy tun. Většina zbytku se rozpustí v mořské vodě.
- uhlík se pohybuje z atmosféry do oceánů. Oceány a další vodní útvary absorbují z atmosféry nějaký uhlík. Uhlík se rozpustí ve vodě.,
oxid uhličitý je skleníkový plyn a zachycuje teplo v atmosféře. Bez ní a dalších skleníkových plynů by Země byla zmrazeným světem. Ale od začátku Průmyslové Revoluce před 150 lety lidé spálili tolik paliva a vydáno tolik oxidu uhličitého do vzduchu, že globální klima se zvýšil více než o jeden stupeň Fahrenheita. Atmosféra neudržela tolik uhlíku po dobu nejméně 420 000 let podle údajů z ledových jader., Nedávný nárůst množství skleníkových plynů, jako je oxid uhličitý, má významný dopad na oteplování naší planety.
uhlík se pohybuje naší planetou i v delších časových měřítcích. Například, v průběhu milionů let zvětrávání hornin na zemi může přidat uhlík do povrchové vody, která nakonec uteče do oceánu. Po dlouhou dobu váhy, uhlík je odstraněn z mořské vody, když skořápky a kosti mořských živočichů a plankton sbírat na mořském dně. Tyto skořápky a kosti jsou vyrobeny z vápence, který obsahuje uhlík., Když jsou uloženy na mořském dně, uhlík je uložen ze zbytku uhlíkového cyklu po určitou dobu. Množství vápence uloženého v oceánu závisí poněkud na množství teplých, tropických, mělkých oceánů na planetě, protože zde žijí plodné vápencové organismy, jako jsou korály. Uhlík může být uvolněn zpět do atmosféry, pokud se vápenec roztaví nebo je metamorfován v subdukční zóně.
dusíkový cyklus
dusík je prvek, který se nachází jak v živé části naší planety, tak v anorganických částech zemského systému., Dusík se pomalu pohybuje cyklem a je uložen v nádržích, jako je atmosféra, živé organismy, půdy a oceány podél cesty.
většina dusíku na Zemi je v atmosféře. Přibližně 80% molekul v zemské atmosféře jsou vyrobeny ze dvou atomů dusíku spojených dohromady (N2). Všechny rostliny a zvířata potřebují dusík, aby se aminokyseliny, proteiny a DNA, ale dusík v atmosféře je ve formě, které mohou použít., Molekuly dusíku v atmosféře se mohou stát použitelnými pro živé věci, když jsou rozděleny během úderů blesku nebo požárů, určitými typy bakterií nebo bakteriemi spojenými s rostlinami luštěnin. Jiné rostliny získávají dusík, který potřebují z půd nebo vody, ve které žijí většinou ve formě anorganického dusičnanu (NO3-). Dusík je omezujícím faktorem růstu rostlin. Zvířata dusíku potřebují konzumací rostlin nebo jiných živočichů, které obsahují organické molekuly složené částečně z dusíku., Když organismy zemřou, jejich těla se rozkládají a přivádějí dusík do půdy na zemi nebo do oceánů. Jak se mrtvé rostliny a zvířata rozkládají, dusík se přeměňuje na anorganické formy, jako jsou amonné soli (NH4+ ) procesem zvaným mineralizace. Amonné soli jsou absorbovány na hlínu v půdě a poté chemicky změněny bakteriemi na dusitan (NO2-) a poté dusičnan (NO3- ). Dusičnan je forma běžně používaná rostlinami. Snadno se rozpustí ve vodě a vyluhuje se z půdního systému., Rozpuštěný dusičnan může být vrácen do atmosféry určitými bakteriemi procesem zvaným Denitrifikace.
určité účinky lidí způsobují změny cyklu dusíku a množství dusíku, které je uloženo v nádržích. Použití hnojiv bohatých na dusík může způsobit zatížení živin v blízkých vodních cestách, protože dusičnany z hnojiva se promyjí do potoků a rybníků. Zvýšené hladiny dusičnanů způsobují, že rostliny rychle rostou, dokud nevyužijí přísun dusičnanů a nezemřou., Počet býložravců se zvýší, když se zvýší nabídka rostlin a pak býložravci zůstanou bez zdroje potravy, když rostliny zemřou. Tímto způsobem změny v zásobování živinami ovlivní celý potravinový řetězec. Navíc lidé mění cyklus dusíku spalováním fosilních paliv a lesů, které uvolňují různé pevné formy dusíku. Zemědělství také ovlivňuje cyklus dusíku. Odpad spojený s chovem hospodářských zvířat uvolňuje velké množství dusíku do půdy a vody. Stejným způsobem odpadní odpad přidává dusík do půd a vody.,
Dusík a Znečištění Ovzduší
nevzhledný opar smogu, viditelné z NCAR“s Mesa Laboratoři, spočívá nad Boulder Valley. (Obrázek: UCAR)
oxid dusnatý (NO) a oxid dusičitý (NO2) jsou společně známé jako oxidy dusíku. Tyto oxidy dusíku přispívají k problému znečištění ovzduší a hrají roli při tvorbě smogu i kyselého deště. Jsou uvolňovány do zemské atmosféry jak přírodními, tak lidskými zdroji.
oxid dusnatý je bezbarvý, hořlavý plyn s mírným zápachem., Oxid dusičitý je tmavě červeno-oranžový plyn, který je jedovatý, ale není hořlavý. Spolu s aerosoly je zodpovědný za červenohnědou barvu smogu. Při vysokých koncentracích je vysoce toxický a může způsobit vážné poškození plic. Oxid dusičitý je silné oxidační činidlo, a je tedy velmi reaktivní s jinými sloučeninami.
Vědci odhadují, že mezi 20 a 90 milionů tun oxidů dusíku ve produkován přirozeně každý rok ze zdrojů, jako jsou sopky, oceány, biologický rozklad, a údery blesku., Lidské činnosti každoročně přidávají do naší atmosféry dalších 24 milionů tun oxidů dusíku.
NO I NO2 se vytvářejí při vysokoteplotním spalování v atmosféře, kdy se kyslík kombinuje s dusíkem. Výfukové plyny osobních a nákladních automobilů jsou hlavními zdroji oxidů dusíku, stejně jako emise z elektráren na výrobu elektrické energie. Výfuk automobilu nemá více než NO2, ale jakmile se NO uvolní do atmosféry, rychle se spojí s kyslíkem ve vzduchu a vytvoří NO2.
oxidy dusíku jsou alespoň částečně zodpovědné za několik typů znečištění ovzduší., Oxid dusičitý propůjčuje svou barvu červenohnědému oparu, kterému říkáme smog. Fotodisociace oxidu dusičitého slunečním zářením produkuje oxid dusnatý a ozon v troposféře, což je další složka smogu. Série chemických reakcí, transformace Těkavých Organických Sloučenin (Voc) do látek, které se kombinují s dusičitého vyrábět PÁNVI (Peroxyacytyl dusičnanů), ještě další prvek ve smogu. Oxid dusičitý ve vzduchu také reaguje s vodní párou za vzniku kyseliny dusičné, jednoho z typů kyseliny v kyselém dešti. Koncentrace oxidu dusnatého v neznečištěném vzduchu je kolem 0,01 ppm., Ve smogu koncentrace stoupne dvacetkrát na zhruba 0,2 ppm.
ačkoli oxidy dusíku získaly pochybné rozlišení jako znečišťující látky, používají se také výhodně v některých průmyslových procesech. Oxid dusnatý se vyrábí ve velkém měřítku a následně se používá k výrobě kyseliny dusičné (HNO3). Pro vytvoření oxidu dusnatého pro průmyslové použití chemici kombinují amoniak (NH3) s kyslíkem (O2) a uvolňují vodu (H2O) jako vedlejší produkt. Dusíkaté sloučeniny získané z kyseliny dusičné se používají k výrobě chemických hnojiv, výbušnin a dalších užitečných látek.