Der er et par typer af atomer, som kan være en del af en plante, en dag, et dyr, den næste dag, og derefter rejse downstream-som en del af en flod af vand den følgende dag. Disse atomer kan være en del af både levende ting som planter og dyr, såvel som ikke-levende ting som vand, luft og endda klipper. De samme atomer genbruges igen og igen i forskellige dele af jorden. Denne type cyklus af atomer mellem levende og ikke-levende ting er kendt som en biogeokemisk cyklus.,
alle de atomer, der er byggesten af levende ting, er en del af biogeokemiske cyklusser. De mest almindelige af disse er carbon og nitrogen cyklusser.
små atomer af kulstof og nitrogen er i stand til at bevæge sig rundt på planeten gennem disse cyklusser. For eksempel absorberes et atom af kulstof fra luften i havvandet, hvor det bruges af lidt flydende plankton, der laver fotosyntese for at få den ernæring, de har brug for., Der er mulighed for, at denne lille carbon-atom bliver en del af plankton skelet, eller en del af skelettet af større dyr, der spiser det, og derefter en del af en sedimentære sten, når de levende ting dør, og kun knoglerne er tilbage. Kulstof, der er en del af klipper og fossile brændstoffer som olie, kul, og naturgas kan holdes væk fra resten af kulstofkredsløbet i lang tid. Disse langsigtede opbevaringssteder kaldes”dræn”. Når fossile brændstoffer brændes, sendes kulstof, der havde været under jorden, i luften som kuldio .id, en drivhusgas.,
for nylig har folk fået disse biogeokemiske cyklusser til at ændre sig. Når vi skærer ned skove, gøre flere fabrikker, og køre flere biler, der brænder fossile brændstoffer, den måde, at kulstof og kvælstof flytte rundt på jorden ændringer. Disse ændringer tilføjer flere drivhusgasser i vores atmosfære, og dette medfører klimaændringer.
kulstofcyklussen
elementet kulstof er en del af havvand, atmosfæren, klipper som kalksten og kul, jord samt alle levende ting., På vores dynamiske planet er carbon i stand til at bevæge sig fra en af disse riger til en anden som en del af kulstofcyklussen.
- Carbon flytter fra atmosfæren til planter. I atmosfæren er kulstof bundet til ilt i en gas kaldet kuldio .id (CO2). Gennem processen med fotosyntese trækkes kuldio .id fra luften for at producere mad fremstillet af kulstof til plantevækst.
- Carbon flytter fra planter til dyr. Gennem fødekæder flytter det kulstof, der er i planter, til de dyr, der spiser dem. Dyr, der spiser andre dyr, får også kulstof fra deres mad.,
- Carbon flytter fra planter og dyr til jord. Når planter og dyr dør, deres kroppe, træ og blade henfalder bringe kulstof i jorden. Nogle er begravet og vil blive fossile brændstoffer i millioner og millioner af år.
- Carbon flytter fra levende ting til atmosfæren. Hver gang du udånder, frigiver du kuldio .idgas (CO2) i atmosfæren. Dyr og planter skal slippe af med kuldio .idgas gennem en proces kaldet åndedræt.
- kulstof bevæger sig fra fossile brændstoffer til atmosfæren, når brændstoffer brændes., Når mennesker brænder fossile brændstoffer til kraftværker, kraftværker, biler og lastbiler, kommer det meste af kulstoffet hurtigt ind i atmosfæren som kuldio .idgas. Hvert år frigives fem og en halv milliard tons kulstof ved at brænde fossile brændstoffer. Af dette enorme beløb forbliver 3, 3 milliarder tons i atmosfæren. Det meste af resten bliver opløst i havvand.
- kulstof bevæger sig fra atmosfæren til oceanerne. Havene og andre vandområder absorberer noget kulstof fra atmosfæren. Kulstoffet opløses i vandet.,
Kuldio .id er en drivhusgas og fælder varme i atmosfæren. Uden den og andre drivhusgasser ville Jorden være en frossen verden. Men siden starten af den Industrielle Revolution omkring 150 år siden mennesker har brændt så meget brændstof og udgivet så meget kuldioxid i luften, at det globale klima er steget over en graders Fahrenheit. Atmosfæren har ikke holdt så meget kulstof i mindst 420.000 år ifølge data fra iskerner., Den seneste stigning i mængder af drivhusgasser, såsom kuldio .id har en betydelig indvirkning på opvarmning af vores planet.
kulstof bevæger sig gennem vores planet over længere tidsskalaer også. For eksempel kan over millioner af år forvitring af klipper på land tilføje kulstof til overfladevand, som til sidst løber ud til havet. Over lange tidsskalaer fjernes kulstof fra havvand, når skaller og knogler fra havdyr og plankton samles på havbunden. Disse skaller og knogler er lavet af kalksten, som indeholder kulstof., Når de aflejres på havbunden, opbevares kulstof fra resten af kulstofcyklussen i nogen tid. Mængden af kalksten deponeret i havet afhænger noget af mængden af varme, tropiske, lavvandede oceaner på planeten, fordi det er her produktive kalkstenproducerende organismer som koraller lever. Kulstoffet kan frigives tilbage til atmosfæren, hvis kalksten smelter eller metamorfoseres i en subduktions .one.
kvælstofcyklussen
Nitrogen er et element, der findes i både den levende del af vores planet og de uorganiske dele af jordsystemet., Nitrogen bevæger sig langsomt gennem cyklussen og opbevares i reservoirer som atmosfæren, levende organismer, jord og oceaner undervejs.
det meste af nitrogenet på jorden er i atmosfæren. Cirka 80% af molekylerne i Jordens ” atmosfære er lavet af to nitrogenatomer bundet sammen (N2). Alle planter og dyr har brug for nitrogen til at fremstille aminosyrer, proteiner og DNA, men nitrogenet i atmosfæren er ikke i en form, de kan bruge., Nitrogenmolekylerne i atmosfæren kan blive anvendelige til levende ting, når de brydes fra hinanden under lynnedslag eller brande, af visse typer bakterier eller af bakterier, der er forbundet med bælgplanter. Andre planter får det kvælstof, de har brug for fra jordbunden eller vandet, hvor de hovedsageligt lever i form af uorganisk nitrat (NO3-). Kvælstof er en begrænsende faktor for plantevækst. Dyr får det nitrogen, de har brug for, ved at indtage planter eller andre dyr, der indeholder organiske molekyler, der delvist består af nitrogen., Når organismer dør, nedbrydes deres kroppe og bringer nitrogenet i jord på land eller i oceanerne. Når døde planter og dyr nedbrydes, omdannes nitrogen til uorganiske former, såsom ammoniumsalte (NH4+ ) ved en proces kaldet mineralisering. Ammoniumsaltene absorberes på ler i jorden og ændres derefter kemisk af bakterier til nitrit (NO2 -) og derefter nitrat (NO3- ). Nitrat er den form, der almindeligvis anvendes af planter. Det opløses let i vand og udvaskes fra jordsystemet., Opløst nitrat kan returneres til atmosfæren af visse bakterier gennem en proces kaldet denitrifikation.
visse handlinger hos mennesker forårsager ændringer i kvælstofcyklussen og mængden af nitrogen, der opbevares i reservoirer. Brug af kvælstofrig gødning kan forårsage næringsstofbelastning i nærliggende vandveje, da nitrater fra gødningen vaskes i vandløb og damme. De øgede nitratniveauer får planter til at vokse hurtigt, indtil de bruger nitratforsyningen og dør., Antallet af planteetere vil stige, når planteforsyningen stiger, og derefter forbliver planteetere uden en fødekilde, når planterne dør. På denne måde vil ændringer i næringsforsyningen påvirke hele fødekæden. Derudover ændrer mennesker kvælstofcyklussen ved at brænde fossile brændstoffer og skove, som frigiver forskellige faste former for nitrogen. Landbrug påvirker også kvælstofkredsløbet. Affaldet i forbindelse med husdyrbrug frigiver en stor mængde kvælstof i jord og vand. På samme måde tilføjer spildevandsaffald nitrogen til jord og vand.,
Kvælstof og Luftforurening
En uskøn tåge af smog, der er synlige fra NCAR”s Mesa Laboratorium, hviler over Boulder-Dalen. (Billede: UCAR)
nitrogenoxid (NO) og nitrogendioxid (NO2) er sammen kendt som nitrogenoxider. Disse kvælstofoxider bidrager til problemet med luftforurening, spiller roller i dannelsen af både smog og syreregn. De frigives i Jordens ” atmosfære af både naturlige og menneskelige genererede kilder.
nitrogeno .id er en farveløs, brandfarlig gas med en svag lugt., Nitrogendio .id er en dyb rød-orange gas, der er giftig, men ikke brandfarlig. Det er sammen med aerosoler ansvarlig for smogens rødbrune farve. Ved høje koncentrationer er det meget giftigt og kan forårsage alvorlig lungeskade. Nitrogendio .id er et stærkt o .idationsmiddel og er således meget reaktivt med andre forbindelser.
forskere vurderer, at mellem 20 og 90 millioner tons nitrogeno .ider produceres naturligt hvert år fra kilder som vulkaner, oceaner, biologisk forfald og lynnedslag., Menneskelige aktiviteter tilføjer yderligere 24 millioner tons nitrogeno .ider til vores atmosfære årligt.
både NO og NO2 dannes under forbrænding ved høj temperatur i atmosfæren, når ilt kombineres med nitrogen. Udstødningsgasserne fra biler og lastbiler er vigtige kilder til nitrogeno .ider, ligesom emissionerne fra elektriske kraftværker. Biludstødning har mere IKKE end NO2, men når NO frigives i atmosfæren, kombineres det hurtigt med ilt i luften for at danne NO2.
nitrogeno .ider er i det mindste delvist ansvarlige for flere typer luftforurening., Nitrogendio .id giver sin farve til den rødbrune dis, vi kalder smog. Photodissociation af nitrogendioxid af sollys producerer nitrogenoxid og ozon i troposfæren, som er en anden del af smog. En række kemiske reaktioner omdanner flygtige organiske forbindelser (VOC’ er) til stoffer, der kombineres med nitrogendio .id for at producere PAN (pero .yacytylnitrat), endnu et element i smog. Nitrogendio .id i luften reagerer også med vanddamp til dannelse af salpetersyre, en af syretyperne i sur regn. Nitrogeno .idkoncentrationen i uforurenet luft er omkring 0,01 ppm., I smog stiger koncentrationen tyve gange til omkring 0,2 ppm.
selvom nitrogeno .ider har opnået tvivlsom sondring som forurenende stoffer, anvendes de også fordelagtigt i nogle industrielle processer. Nitrogeno .id fremstilles i stor skala og bruges efterfølgende til fremstilling af salpetersyre (HNO3). For at skabe nitrogeno .id til industriel anvendelse kombinerer kemikere ammoniak (NH3) med ilt (O2) og frigiver vand (H2O) som et biprodukt. Nitrogenforbindelser afledt af salpetersyre bruges til at skabe kemiske gødninger, sprængstoffer og andre nyttige stoffer.