On olemassa muutamia erilaisia atomeja, jotka voivat olla osa kasvi, yksi päivä, eläin seuraavana päivänä, ja sitten matkustaa loppupään osana joen veden seuraavana päivänä. Nämä atomit voivat olla osa sekä elävien asioita, kuten kasveja ja eläimiä, sekä elottoman asioita, kuten vesi, ilma, ja jopa kiviä. Samoja atomeja kierrätetään yhä uudelleen eri puolilla maapalloa. Tällainen atomien kiertokulku elollisten ja elottomien välillä tunnetaan biogeokemiallisena kiertokulkuna.,
kaikki atomit, jotka ovat elollisten rakennuspalikoita, ovat osa biogeokemiallisia syklejä. Näistä yleisimpiä ovat hiili-ja typpisyklit.
pienet hiili-ja typpiatomit pystyvät liikkumaan planeetan ympäri näiden syklien kautta. Esimerkiksi hiiliatomi imeytyy ilmasta meriveteen, jossa sitä käyttää vähän kelluva plankton, joka tekee fotosynteesiä saadakseen tarvitsemansa ravinnon., On mahdollista, että tämä pieni hiiliatomin tulee osa plankton on luuranko, tai osa luuranko suurempi eläin, joka syö sen, ja sitten osa sedimenttikivelle, kun elävät asiat kuolevat ja vain luut jäävät. Kiviin ja fossiilisiin polttoaineisiin, kuten öljyyn, hiileen ja maakaasuun, kuuluvaa hiiltä voidaan pitää pitkään poissa muusta hiilikierteestä. Näitä pitkäaikaisia säilytyspaikkoja kutsutaan ”nieluiksi”. Kun fossiilisia polttoaineita poltetaan, maan alla ollut hiili kulkeutuu ilmaan hiilidioksidina, kasvihuonekaasuna.,
viime aikoina ihmiset ovat saaneet nämä biogeokemialliset syklit muuttumaan. Kun hakkaamme metsiä, teemme lisää tehtaita ja ajamme enemmän autoja, jotka polttavat fossiilisia polttoaineita, tapa, jolla hiili ja typpi liikkuvat maapallon ympäri muuttuu. Nämä muutokset lisäävät kasvihuonekaasujen määrää ilmakehässämme, mikä aiheuttaa ilmastonmuutoksen.
Hiilen Kierron
– elementti hiili on osa merivettä, tunnelma, kiviä kuten kalkkikiveä ja hiiltä, maaperä, samoin kuin kaikki elävät asiat., Dynaamisella planeetallamme hiili pystyy siirtymään näistä maailmoista toiseen osana hiilikiertoa.
- hiili siirtyy ilmakehästä kasveihin. Ilmakehässä hiili kiinnittyy Happeen hiilidioksidiksi kutsutussa kaasussa (CO2). Fotosynteesin avulla ilmasta vedetään hiilidioksidia, jotta saadaan hiilestä tehtyä ruokaa kasvien kasvua varten.
- hiili siirtyy kasveista eläimiin. Ravintoketjujen kautta kasvien hiili siirtyy niitä syöviin eläimiin. Myös muita eläimiä syövät eläimet saavat ravinnostaan hiiltä.,
- hiili siirtyy kasveista ja eläimistä maaperään. Kun kasvit ja eläimet kuolevat, niiden ruumis, puu ja lehdet lahoavat tuoden hiilen maahan. Osa haudataan ja siitä tulee fossiilisia polttoaineita miljoonissa ja miljoonissa vuodessa.
- hiili siirtyy elävistä tavaroista ilmakehään. Joka kerta kun hengität ulos, vapautat hiilidioksidikaasua (CO2) ilmakehään. Eläinten ja kasvien on päästävä eroon hiilidioksidikaasusta hengitykseksi kutsutun prosessin avulla.
- hiili siirtyy fossiilisista polttoaineista ilmakehään, kun polttoaineita poltetaan., Kun ihmiset polttavat fossiilisia polttoaineita tehtaisiin, voimalaitoksiin, autoihin ja kuorma-autoihin, suurin osa hiilestä kulkeutuu nopeasti ilmakehään hiilidioksidikaasuna. Fossiilisia polttoaineita polttamalla vapautuu vuosittain viisi ja puoli miljardia tonnia hiiltä. Tästä massiivisesta määrästä 3,3 miljardia tonnia jää ilmakehään. Suurin osa lopusta hajoaa merivedessä.
- hiili siirtyy ilmakehästä valtameriin. Valtameret ja muut vesistöt sitovat ilmakehästä jonkin verran hiiltä. Hiili liukenee veteen.,
hiilidioksidi on kasvihuonekaasu, ja ansoja lämpöä ilmakehään. Ilman sitä ja muita kasvihuonekaasuja maa olisi jäätynyt maailma. Mutta alusta lähtien Teollisen Vallankumouksen noin 150 vuotta sitten ihmisillä on polttaa niin paljon polttoainetta ja vapauttaa niin paljon hiilidioksidia ilmaan että globaali ilmasto on noussut yli yhden asteen Fahrenheit. Tunnelma ei ole ollut näin paljon hiiltä vähintään 420,000 vuotta tietojen mukaan jäänäytteitä., Kasvihuonekaasujen, kuten hiilidioksidin, määrän viimeaikainen kasvu vaikuttaa merkittävästi planeettamme lämpenemiseen.
hiili liikkuu planeettamme läpi myös pidemmän ajan asteikoilla. Esimerkiksi miljoonien vuosien ajan maalla olevien kivien rapautuminen voi lisätä hiiltä pintaveteen, joka lopulta valuu mereen. Pitkällä aikajänteellä, hiili poistetaan merivedestä, kun kuoret ja luut meren eläimiä ja plankton kerätä merenpohjassa. Kuoret ja luut on tehty kalkkikivestä, joka sisältää hiiltä., Kun ne talletetaan merenpohjaan, hiiltä varastoidaan muusta hiilisyklistä jonkin aikaa. Määrä kalkkikiveä talletettu meressä riippuu jonkin verran verran lämmin, trooppinen, matala valtamerten planeetalla, koska tämä on, jossa tuottelias kalkkikivi tuottavat eliöt kuten korallit elävät. Hiili voidaan vapauttaa takaisin ilmakehään, jos kalkkikivi sulaa tai se metamorfoituu subduktiovyöhykkeellä.
Typen Kierron
Typpi on alkuaine, joka löytyy sekä elävä osa planeettamme ja epäorgaaniset osat Maan järjestelmä., Typpi liikkuu hitaasti läpi sykli ja varastoidaan säiliöihin, kuten ilmapiiri, elävät organismit, maaperän ja merien matkan varrella.
suurin osa maan typestä on ilmakehässä. Noin 80% maan ilmakehän molekyyleistä koostuu kahdesta toisiinsa sitoutuneesta typpiatomista (N2). Kaikki kasvit ja eläimet tarvitsevat typpeä aminohappojen, proteiinien ja DNA: n valmistamiseen, mutta ilmakehän typpi ei ole sellaisessa muodossa, jota ne voivat käyttää., Molekyylejä typen ilmakehässä voi tulla käyttökelpoinen eläviä asioita, kun ne ovat rikkoutuneet aikana salama iskee tai tulipalot, joita tietyt bakteerit tai bakteerien liittyy palkokasvien kasveja. Muut kasvit saavat tarvitsemansa typen maaperästä tai vedestä, jossa ne elävät enimmäkseen epäorgaanisena nitraattina (NO3-). Typpi on kasvien kasvua rajoittava tekijä. Eläimet saavat tarvitsemansa typen kuluttamalla kasveja tai muita eläimiä, jotka sisältävät osittain typestä koostuvia orgaanisia molekyylejä., Kun eliöt kuolevat, niiden elimistö hajoaa tuoden typpeä maaperään maalla tai valtamerissä. Kuten kuolleita kasveja ja eläimiä hajoavat, typpeä muunnetaan epäorgaanisia muotoja kuten ammoniumsuolat (NH4+ ) prosessia kutsutaan mineralisaatio. Ammonium-suolat imeytyvät kiinni savea maaperän ja sitten kemiallisesti muutettu bakteerit nitriitti (NO2-) ja nitraatin (NO3- ). Nitraatti on kasvien yleisesti käyttämä muoto. Se liukenee helposti veteen ja huuhtoutuu maaperästä., Tietyt bakteerit voivat palauttaa liuenneen nitraatin ilmakehään denitrifikaatioksi kutsutun prosessin kautta.
tietyt ihmisen toimet aiheuttavat muutoksia typpisykliin ja säiliöihin varastoituvan typen määrään. Typpipitoisten lannoitteiden käyttö voi aiheuttaa ravinnekuormitusta lähivesillä, kun lannoitteen nitraatit huuhtoutuvat puroihin ja lampiin. Nitraattipitoisuuksien nousu saa kasvit kasvamaan nopeasti, kunnes ne käyttävät nitraattivaraston ja kuolevat., Kasvinsyöjien määrä kasvaa, kun kasvinsaanti lisääntyy ja kasvinsyöjät jäävät kasvien kuollessa ilman ravinnonlähdettä. Näin ravinnetarjonnan muutokset vaikuttavat koko ruokaketjuun. Lisäksi ihmiset muuttavat typen kiertokulkua polttamalla fossiilisia polttoaineita ja metsiä, joista vapautuu erilaisia kiinteitä typen muotoja. Maanviljely vaikuttaa myös typen kiertoon. Karjankasvatukseen liittyvä jäte vapauttaa suuren määrän typpeä maaperään ja veteen. Samalla tavoin jätevesijäte lisää typpeä maaperään ja veteen.,
Typpi ja ilmansaasteet
ruma sameus savusumu, näkyvissä NCAR”s Mesa Laboratorio, lepää yli Boulder Valley. (Kuva: UCAR)
typpioksidin (NO) ja typpidioksidi (NO2) ovat yhdessä tunnetaan typen oksideja. Nämä typen oksidit edistävät ilmansaasteongelmaa ja vaikuttavat sekä savusumun että happosateen muodostumiseen. Niitä päästetään maan ilmakehään sekä luonnollisilla että ihmisen tuottamilla lähteillä.
typpioksidi on väritön, helposti syttyvä kaasu, jolla on lievä haju., Typpidioksidi on syvä punaoranssi kaasu, joka on myrkyllistä mutta ei syttyvää. Se yhdessä aerosolien kanssa vastaa savusumun punaruskeasta väristä. Suurina pitoisuuksina se on erittäin myrkyllistä ja voi aiheuttaa vakavia keuhkovaurioita. Typpidioksidi on voimakas hapettava aine, ja on siten hyvin reaktiivinen muiden yhdisteiden kanssa.
Tutkijat arvioivat, että välillä 20 ja 90 miljoonaa tonnia typen oksidien tuotettu luonnollisesti kunkin vuoden lähteistä, kuten tulivuorista, valtameret, biologinen rappeutuminen, ja salama iskee., Ihmisen toiminta lisää ilmakehäämme vuosittain 24 miljoonaa tonnia typen oksideja.
sekä NO että NO2 muodostuvat korkean lämpötilan palamisen aikana ilmakehässä, kun happi yhdistyy typpeen. Autojen ja kuorma-autojen pakokaasut ovat merkittäviä typen oksidien lähteitä, samoin sähkövoimaloiden päästöt. Autojen pakokaasuissa on enemmän kuin NO2, mutta kun NO vapautuu ilmakehään, se yhdistyy nopeasti ilman hapen kanssa muodostaen NO2: n.
Typen oksidit ovat ainakin osittain vastuussa useita erilaisia ilmansaasteita., Typpidioksidi antaa värinsä punaruskealle sumulle, jota kutsumme savusumuksi. Typpidioksidin fotodissosiaatio auringonvalossa tuottaa troposfäärissä typpioksidia ja otsonia, joka on toinen savusumun komponentti. Sarjan kemiallisia reaktioita muuttaa Haihtuvien Orgaanisten Yhdisteiden (Voc) osaksi aineita, jotka yhdistää typpidioksidin tuottaa PAN (Peroxyacytyl nitraatti), mutta toinen osa savusumu. Ilmassa oleva typpidioksidi reagoi myös vesihöyryn kanssa muodostaen typpihappoa, joka on yksi happosateen happotyypeistä. Typpioksidipitoisuus epäpuhtaassa ilmassa on noin 0,01 ppm., Savusumussa pitoisuus nousee kaksikertaiseksi noin 0,2 ppm: ään.
vaikka typen oksidit ovat saaneet kyseenalaisen eron epäpuhtauksina, niitä käytetään hyödyksi myös joissakin teollisuusprosesseissa. Typpioksidia valmistetaan suuressa mittakaavassa, minkä jälkeen siitä valmistetaan typpihappoa (HNO3). Typpioksidin luomiseksi teollisuuskäyttöön kemistit yhdistävät ammoniakin (NH3) Happeen (O2) vapauttaen sivutuotteena vettä (H2O). Typpihaposta johdettuja typpiyhdisteitä käytetään kemiallisten lannoitteiden, räjähteiden ja muiden hyödyllisten aineiden valmistukseen.