istnieje kilka rodzajów atomów, które mogą być częścią rośliny jednego dnia, zwierzę następnego dnia, a następnie podróżować w dół rzeki jako część wody następnego dnia. Te atomy mogą być częścią zarówno żywych istot, takich jak rośliny i zwierzęta, jak również nieżywych rzeczy, takich jak woda, powietrze, a nawet skały. Te same atomy są poddawane recyklingowi w różnych częściach Ziemi. Ten typ cyklu atomów pomiędzy żywymi i nieżywymi istotami jest znany jako cykl biogeochemiczny.,
wszystkie atomy, które są budulcem żywych istot, są częścią cykli biogeochemicznych. Najczęściej są to cykle węgla i azotu.
Małe atomy węgla i azotu są w stanie poruszać się po planecie przez te cykle. Na przykład atom węgla jest absorbowany z powietrza do wody oceanicznej, gdzie jest używany przez mały pływający plankton wykonujący fotosyntezę, aby uzyskać potrzebne im pożywienie., Istnieje możliwość, że ten mały atom węgla stanie się częścią szkieletu planktonu lub częścią szkieletu większego zwierzęcia, które go zjada, a następnie częścią skały osadowej, gdy żywe istoty umierają i pozostają tylko Kości. Węgiel, który jest częścią skał i paliw kopalnych, takich jak ropa naftowa, węgiel i gaz ziemny, może być trzymany z dala od reszty cyklu węglowego przez długi czas. Te długoterminowe miejsca przechowywania nazywane są „zlewami”. Kiedy paliwa kopalne są spalane, węgiel, który był pod ziemią jest wysyłany do powietrza jako dwutlenek węgla, gaz cieplarniany.,
ostatnio ludzie powodują zmiany tych cykli biogeochemicznych. Kiedy wycinamy lasy, tworzymy więcej fabryk i jeździmy więcej samochodów spalających paliwa kopalne, zmienia się sposób, w jaki węgiel i azot poruszają się po ziemi. Zmiany te dodają więcej gazów cieplarnianych w naszej atmosferze, co powoduje zmiany klimatyczne.
cykl węglowy
pierwiastek węgiel jest częścią wody morskiej, atmosfery, skał, takich jak wapień i węgiel, gleb, a także wszystkich żywych istot., Na naszej dynamicznej planecie węgiel jest w stanie przenosić się z jednej z tych sfer do drugiej w ramach cyklu węglowego.
- węgiel przenosi się z atmosfery do roślin. W atmosferze węgiel jest przyłączany do tlenu w gazie zwanym dwutlenkiem węgla (CO2). W procesie fotosyntezy dwutlenek węgla jest wyciągany z powietrza w celu produkcji żywności z węgla do wzrostu roślin.
- węgiel przenosi się z roślin do zwierząt. Poprzez łańcuchy pokarmowe węgiel znajdujący się w roślinach przenosi się do zwierząt, które je zjadają. Zwierzęta, które jedzą inne zwierzęta, również otrzymują węgiel z pożywienia.,
- węgiel przenosi się z roślin i zwierząt na glebę. Kiedy rośliny i zwierzęta umierają, ich ciała, drewno i liście rozkładają się, doprowadzając węgiel do ziemi. Niektóre są zakopane i staną się paliwami kopalnymi w milionach i milionach lat.
- węgiel przenosi się z żywych istot do atmosfery. Za każdym razem, gdy wydychasz, uwalniasz dwutlenek węgla (CO2) do atmosfery. Zwierzęta i rośliny muszą pozbyć się dwutlenku węgla w procesie zwanym oddychaniem.
- węgiel przenosi się z paliw kopalnych do atmosfery, gdy paliwa są spalane., Kiedy ludzie spalają paliwa kopalne w elektrowniach, elektrowniach, samochodach i ciężarówkach, większość węgla szybko wchodzi do atmosfery jako gazowy dwutlenek węgla. Każdego roku spalanie paliw kopalnych uwalnia pięć i pół miliarda ton węgla. Z tej ogromnej ilości 3,3 miliarda ton pozostaje w atmosferze. Większość pozostałej części rozpuszcza się w wodzie morskiej.
- węgiel przenosi się z atmosfery do oceanów. Oceany i inne zbiorniki wodne pochłaniają trochę węgla z atmosfery. Węgiel rozpuszcza się w wodzie.,
dwutlenek węgla jest gazem cieplarnianym i zatrzymuje ciepło w atmosferze. Bez niego i innych gazów cieplarnianych, Ziemia byłaby zamarzniętym światem. Ale od początku rewolucji przemysłowej około 150 lat temu ludzie spalili tyle paliwa i wypuścili tyle dwutlenku węgla do powietrza, że globalny klimat wzrósł o jeden stopień Fahrenheita. Według danych z rdzeni lodowych atmosfera nie przechowuje tyle węgla przez co najmniej 420 000 lat., Niedawny wzrost ilości gazów cieplarnianych, takich jak dwutlenek węgla, ma znaczący wpływ na ocieplenie naszej planety.
węgiel przemieszcza się przez naszą planetę również w dłuższych skalach czasowych. Na przykład przez miliony lat wietrzenie skał na lądzie może dodać węgla do wód powierzchniowych, które ostatecznie spływają do oceanu. Przez długi czas węgiel jest usuwany z wody morskiej, gdy muszle i kości zwierząt morskich oraz plankton zbierają się na dnie morza. Te muszle i kości są wykonane z wapienia, który zawiera węgiel., Kiedy są osadzane na dnie morza, węgiel jest przechowywany z reszty cyklu węglowego przez pewien czas. Ilość wapienia zdeponowanego w oceanie zależy nieco od ilości ciepłych, tropikalnych, płytkich oceanów na planecie, ponieważ to tutaj żyją płodne organizmy produkujące wapień, takie jak korale. Węgiel może zostać uwolniony z powrotem do atmosfery, jeśli wapień topi się lub jest metamorfozowany w strefie subdukcji.
cykl azotowy
azot jest pierwiastkiem, który występuje zarówno w żywej części naszej planety, jak i w nieorganicznych częściach układu ziemskiego., Azot porusza się powoli w cyklu i jest przechowywany w zbiornikach, takich jak atmosfera, organizmy żywe, gleby i oceany po drodze.
Większość azotu na Ziemi znajduje się w atmosferze. Około 80% cząsteczek w atmosferze ziemskiej składa się z dwóch połączonych ze sobą atomów azotu (N2). Wszystkie rośliny i zwierzęta potrzebują azotu do wytwarzania aminokwasów, białek i DNA, ale azot w atmosferze nie jest w formie, którą mogą wykorzystać., Cząsteczki azotu w atmosferze mogą stać się użyteczne dla żywych stworzeń, gdy zostaną rozbite podczas uderzeń pioruna lub pożarów, przez niektóre rodzaje bakterii lub przez bakterie związane z roślinami strączkowymi. Inne rośliny otrzymują azot, którego potrzebują z gleb lub wody, w której żyją, głównie w postaci nieorganicznego azotanu (NO3 -). Azot jest czynnikiem ograniczającym wzrost roślin. Zwierzęta otrzymują azot, którego potrzebują, spożywając rośliny lub inne zwierzęta, które zawierają cząsteczki organiczne złożone częściowo z azotu., Kiedy organizmy umierają, ich ciała rozkładają się, wprowadzając azot do gleby na lądzie lub do oceanów. W miarę rozkładania martwych roślin i zwierząt azot jest przekształcany w nieorganiczne formy, takie jak sole amonowe (NH4+) w procesie zwanym mineralizacją. Sole amonowe są wchłaniane na glinę w glebie, a następnie chemicznie zmieniane przez bakterie na azotyny (NO2 -), a następnie azotany (NO3- ). Azotan jest formą powszechnie stosowaną przez rośliny. Łatwo rozpuszcza się w wodzie i ługuje z systemu glebowego., Rozpuszczony azotan może zostać zwrócony do atmosfery przez niektóre bakterie w procesie zwanym denitryfikacją.
niektóre działania człowieka powodują zmiany w cyklu azotowym i ilości azotu przechowywanego w zbiornikach. Stosowanie nawozów bogatych w azot może powodować Ładowanie składników odżywczych w pobliskich drogach wodnych, ponieważ azotany z nawozu przemywają do strumieni i stawów. Zwiększone poziomy azotanów powodują, że rośliny szybko rosną, dopóki nie zużywają zapasów azotanów i nie umierają., Liczba roślinożerców wzrośnie, gdy zwiększy się podaż roślin, a następnie roślinożercy pozostaną bez źródła pożywienia, gdy rośliny umierają. W ten sposób zmiany w dostawie składników odżywczych wpłyną na cały łańcuch pokarmowy. Ponadto ludzie zmieniają cykl azotowy poprzez spalanie paliw kopalnych i lasów, które uwalniają różne stałe formy azotu. Rolnictwo wpływa również na cykl azotowy. Odpady związane z hodowlą zwierząt gospodarskich uwalniają dużą ilość azotu do gleby i wody. W ten sam sposób odpady ściekowe dodają azot do gleby i wody.,
azot i zanieczyszczenie powietrza
nieestetyczna mgła smogu, widoczna z laboratorium Mesa NCAR, spoczywa nad doliną Boulder Valley. (Image: UCAR)
tlenek azotu (NO) i dwutlenek azotu (NO2) są razem znane jako tlenki azotu. Te tlenki azotu przyczyniają się do problemu zanieczyszczenia powietrza, odgrywając rolę w powstawaniu zarówno smogu, jak i kwaśnych deszczy. Są one uwalniane do atmosfery ziemskiej zarówno przez naturalne, jak i ludzkie źródła.
tlenek azotu jest bezbarwnym, łatwopalnym gazem o lekkim zapachu., Dwutlenek azotu jest głębokim gazem czerwono-pomarańczowym, który jest trujący, ale nie łatwopalny. To, wraz z aerozolami, odpowiada za czerwonawo-brązowy kolor smogu. W wysokich stężeniach jest wysoce toksyczny i może powodować poważne uszkodzenie płuc. Dwutlenek azotu jest silnym środkiem utleniającym i dlatego jest bardzo reaktywny z innymi związkami.
naukowcy szacują, że od 20 do 90 milionów ton tlenków azotu wytwarzanych naturalnie każdego roku ze źródeł takich jak wulkany, oceany, rozpad biologiczny i uderzenia pioruna., Działalność człowieka dodaje do atmosfery kolejne 24 miliony ton tlenków azotu rocznie.
zarówno NO, jak i NO2 powstają podczas spalania w wysokiej temperaturze w atmosferze, gdy tlen łączy się z azotem. Spaliny samochodów osobowych i ciężarowych są głównym źródłem tlenków azotu, podobnie jak emisje z elektrowni. Wydech samochodowy ma więcej NO niż NO2, ale po uwolnieniu NO do atmosfery szybko łączy się z tlenem w powietrzu, tworząc NO2.
tlenki azotu są przynajmniej częściowo odpowiedzialne za kilka rodzajów zanieczyszczenia powietrza., Dwutlenek azotu nadaje swój kolor czerwono-brązowej mgle, którą nazywamy smogiem. Fotodysocjacja dwutlenku azotu przez światło słoneczne powoduje powstanie tlenku azotu i ozonu w troposferze, który jest kolejnym składnikiem smogu. Szereg reakcji chemicznych przekształca lotne związki organiczne (voc) w substancje, które łączą się z dwutlenkiem azotu w celu wytworzenia PAN (azotanu Peroksyacytylu), kolejnego pierwiastka w smogu. Dwutlenek azotu w powietrzu reaguje również z parą wodną, tworząc kwas azotowy, jeden z rodzajów kwasu w kwaśnym deszczu. Stężenie tlenku azotu w niezanieczyszczonym powietrzu wynosi około 0,01 ppm., W smogu stężenie wzrasta dwadzieścia razy do około 0,2 ppm.
chociaż tlenki azotu zyskały wątpliwe rozróżnienie jako zanieczyszczenia, są one również wykorzystywane korzystnie w niektórych procesach przemysłowych. Tlenek azotu jest wytwarzany na dużą skalę, a następnie jest używany do wytwarzania kwasu azotowego (HNO3). Aby utworzyć tlenek azotu do zastosowań przemysłowych, chemicy łączą amoniak (NH3) z tlenem (O2), uwalniając wodę (H2O) jako produkt uboczny. Związki azotowe pochodzące z kwasu azotowego są używane do tworzenia nawozów chemicznych, materiałów wybuchowych i innych użytecznych substancji.