det finns några typer av atomer som kan vara en del av en växt en dag, ett djur nästa dag, och sedan resa nedströms som en del av en flods vatten följande dag. Dessa atomer kan vara en del av både levande saker som växter och djur, liksom icke-levande saker som vatten, luft och till och med stenar. Samma atomer återvinns om och om igen i olika delar av jorden. Denna typ av cykel av atomer mellan levande och icke-levande saker är känd som en biogeokemisk cykel.,
alla atomer som bygger block av levande saker är en del av biogeokemiska cykler. De vanligaste av dessa är kol-och kvävecyklerna.
små atomer av kol och kväve kan röra sig runt planeten genom dessa cykler. Till exempel absorberas en kolatom från luften till havsvattnet där den används av little floating plankton som gör fotosyntes för att få den näring de behöver., Det finns möjlighet att denna lilla kolatom blir en del av Planktons skelett, eller en del av skelettet hos det större djuret som äter det, och sedan en del av en sedimentär sten när de levande sakerna dör och bara ben är kvar. Kol som är en del av stenar och fossila bränslen som olja, kol och naturgas kan hållas borta från resten av kolcykeln under lång tid. Dessa långsiktiga lagringsplatser kallas ”sänkor”. När fossila bränslen bränns, kol som hade varit under jord skickas in i luften som koldioxid, en växthusgas.,
nyligen har människor fått dessa biogeokemiska cykler att förändras. När vi skär ned skogar, gör fler fabriker och kör fler bilar som bränner fossila bränslen, förändras sättet som kol och kväve rör sig runt jorden. Dessa förändringar tillför fler växthusgaser i vår atmosfär och detta orsakar klimatförändringar.
kolcykeln
elementet kol är en del av havsvatten, atmosfären, stenar som kalksten och kol, jordar, samt alla levande ting., På vår dynamiska planet kan kol flytta från en av dessa världar till en annan som en del av kolcykeln.
- kol rör sig från atmosfären till växter. I atmosfären är kol fäst vid syre i en gas som kallas koldioxid (CO2). Genom fotosyntesprocessen dras koldioxid från luften för att producera mat gjord av kol för växttillväxt.
- kol flyttar från växter till djur. Genom matkedjor flyttar kolet som finns i växter till de djur som äter dem. Djur som äter andra djur får kolet från maten också.,
- kol rör sig från växter och djur till jordar. När växter och djur dör, deras kroppar, trä och löv sönderfaller föra kolet i marken. Vissa är begravda och kommer att bli fossila bränslen i miljoner och miljontals år.
- kol flyttar från levande saker till atmosfären. Varje gång du andas ut släpper du ut koldioxidgas (CO2) i atmosfären. Djur och växter måste bli av med koldioxidgas genom en process som kallas andning.
- kol rör sig från fossila bränslen till atmosfären när bränslen bränns., När människor bränner fossila bränslen till kraftverk, kraftverk, bilar och lastbilar, kommer det mesta av kolet snabbt in i atmosfären som koldioxidgas. Varje år frigörs fem och en halv miljard ton kol genom förbränning av fossila bränslen. Av denna enorma mängd stannar 3,3 miljarder ton i atmosfären. Det mesta av resten blir upplöst i havsvatten.
- kol rör sig från atmosfären till haven. Oceanerna och andra vattenkroppar absorberar lite kol från atmosfären. Kolet löses i vattnet.,
koldioxid är en växthusgaser och fällor värme i atmosfären. Utan den och andra växthusgaser skulle jorden vara en frusen värld. Men sedan början av den industriella revolutionen omkring 150 år sedan människor har bränt så mycket bränsle och släppt så mycket koldioxid i luften att det globala klimatet har stigit över en grad Fahrenheit. Atmosfären har inte hållit så mycket kol i minst 420 000 år enligt data från iskärnor., Den senaste tidens ökning av mängder av växthusgaser som koldioxid har en betydande inverkan på uppvärmningen av vår planet.
kol rör sig genom vår planet över längre tidsskalor också. Till exempel, över miljontals år vittring av stenar på land kan lägga kol till ytvatten som så småningom rinner ut till havet. Under lång tid avlägsnas kol från havsvatten när skalen och benen hos marina djur och plankton samlas på havsbotten. Dessa skal och ben är gjorda av kalksten, som innehåller kol., När de deponeras på havsbotten lagras kol från resten av kolcykeln under en viss tid. Mängden kalksten som deponeras i havet beror något på mängden varma, tropiska, grunda oceaner på planeten eftersom det är här produktiva kalkstenproducerande organismer som koraller lever. Kolet kan släppas tillbaka till atmosfären om kalkstenen smälter eller metamorfoseras i en subduktionszon.
kvävecykeln
kväve är ett element som finns i både den levande delen av vår planet och de oorganiska delarna av jordsystemet., Kväve rör sig långsamt genom cykeln och lagras i reservoarer som atmosfären, levande organismer, jordar och oceaner längs vägen.
det mesta av kväve på jorden är i atmosfären. Cirka 80% av molekylerna i jordens atmosfär är gjorda av två kväveatomer sammanbundna (N2). Alla växter och djur behöver kväve för att göra aminosyror, proteiner och DNA, men kväve i atmosfären är inte i en form som de kan använda., Molekylerna av kväve i atmosfären kan bli användbara för levande saker när de bryts isär under blixtnedslag eller bränder, av vissa typer av bakterier, eller av bakterier i samband med baljväxter. Andra växter får det kväve de behöver från marken eller vattnet där de lever mestadels i form av oorganiskt nitrat (NO3-). Kväve är en begränsande faktor för växttillväxt. Djur får det kväve de behöver genom att konsumera växter eller andra djur som innehåller organiska molekyler som delvis består av kväve., När organismer dör, sönderdelas deras kroppar föra kväve i marken på land eller i haven. När döda växter och djur sönderdelas omvandlas kväve till oorganiska former som ammoniumsalter (NH4+ ) genom en process som kallas mineralisering. Ammoniumsalterna absorberas på lera i jorden och förändras sedan kemiskt av bakterier till nitrit (NO2 -) och sedan nitrat (NO3 -). Nitrat är den form som vanligen används av växter. Det löses lätt i vatten och lakas från jordsystemet., Upplöst nitrat kan återföras till atmosfären av vissa bakterier genom en process som kallas denitrifiering.
vissa åtgärder av människor orsakar förändringar i kvävecykeln och mängden kväve som lagras i reservoarer. Användningen av kväverika gödningsmedel kan orsaka näringsbelastning i närliggande vattenvägar, eftersom nitrater från gödningsmedlet tvättas i strömmar och dammar. De ökade nitrathalterna gör att växterna växer snabbt tills de använder upp nitratförsörjningen och dör., Antalet växtätare kommer att öka när växtförsörjningen ökar och sedan växtätare lämnas utan en matkälla när växterna dör. På detta sätt kommer förändringar i näringsförsörjningen att påverka hela livsmedelskedjan. Dessutom förändrar människor kvävecykeln genom att bränna fossila bränslen och skogar, vilket frigör olika fasta former av kväve. Jordbruk påverkar också kvävecykeln. Avfallet i samband med boskapsuppfödning släpper ut en stor mängd kväve i jord och vatten. På samma sätt lägger avloppsavfall kväve till jord och vatten.,
kväve-och luftföroreningar
en ful dis av smog, synlig från NCAR”s Mesa Laboratory, vilar över Boulder Valley. (Bild: UCAR)
kväveoxid (NO) och kvävedioxid (NO2) kallas tillsammans kväveoxider. Dessa kväveoxider bidrar till problemet med luftföroreningar, spelar roller i bildandet av både smog och surt regn. De släpps ut i jordens atmosfär av både naturliga och mänskliga genererade källor.
kväveoxid är en färglös, brandfarlig gas med en liten lukt., Kvävedioxid är en djup röd-orange gas som är giftig men inte brandfarlig. Det, tillsammans med aerosoler, är ansvarig för den rödbruna färgen på smog. Vid höga koncentrationer är det mycket giftigt och kan orsaka allvarliga lungskador. Kvävedioxid är ett starkt oxidationsmedel och är sålunda mycket reaktivt med andra föreningar.
forskare uppskattar att mellan 20 och 90 miljoner ton kväveoxider produceras naturligt varje år från källor som vulkaner, oceaner, biologiskt förfall och blixtnedslag., Mänskliga aktiviteter lägger till ytterligare 24 miljoner ton kväveoxider i vår atmosfär årligen.
både NO och NO2 bildas vid högtemperaturförbränning i atmosfären, när syre kombineras med kväve. Avgaserna från bilar och lastbilar är viktiga källor till kväveoxider, liksom utsläppen från elkraftverk. Automobile avgas har mer än NO2, men när NO släpps ut i atmosfären den snabbt kombinerar med syre i luften för att bilda NO2.
kväveoxider är åtminstone delvis ansvariga för flera typer av luftföroreningar., Kvävedioxid ger sin färg till den rödbruna dis vi kallar smog. Fotodissociation av kvävedioxid genom solljus producerar kväveoxid och Ozon i troposfären, vilket är en annan komponent i smog. En serie kemiska reaktioner omvandlar flyktiga organiska föreningar (VOC) till ämnen som kombinerar med kvävedioxid för att producera PAN (Peroxiacytylnitrat), ännu ett element i smog. Kvävedioxid i luften reagerar också med vattenånga för att bilda salpetersyra, en av de typer av syra i surt regn. Kväveoxidkoncentrationen i outspädd luft är cirka 0,01 ppm., I smog stiger koncentrationen tjugo gånger till ca 0,2 ppm.
även om kväveoxider har fått tvivelaktig skillnad som föroreningar, används de också fördelaktigt i vissa industriella processer. Kväveoxid tillverkas i stor skala och används därefter för framställning av salpetersyra (HNO3). För att skapa kväveoxid för industriella användningsområden kombinerar kemister ammoniak (NH3) med syre (O2), frigör vatten (H2O) som en biprodukt. Kväveföreningar som härrör från salpetersyra används för att skapa kemiska gödningsmedel, sprängämnen och andra användbara ämnen.