Кругообіг вуглецю в природі. Схема круговороту вуглецю в природі
Є на Землі кілька хімічних елементів, без яких життя було б неможливе. Один з них - це вуглець. Він міститься в кожній органічної молекулі і виступає як її будівельної основи. Схема круговороту вуглецю в природі - постійний процес взаємного переходу з органічного стану в неорганічне, який забезпечує життєдіяльність всіх організмів.
Основний принцип природного кругообігу
Всі з'єднання на землі діляться на два класи: органічні та неорганічні. Перші - це наслідок життєдіяльності живих організмів. Другі можуть виникати і без живих форм внаслідок хімічних реакцій.
Перехід з одного стану в інший отримав назву «круговорот речовин». Вуглець в даній системі займає лідируюче місце.
В атмосфері, воді та грунті є неорганічні сполуки, які поглинаються живими організмами. Найчастіше це рослини, найпростіші тварини та гриби. Вони утворюють нові органічні сполуки, які поглинаються вищими тваринами. Після їх смерті мікроорганізми знову переробляють з'єднання з вуглецем в неорганічні. Так у загальних рисах можна описати круговорот вуглецю в біосфері. Але є тут чимало приватних нюансів.
Фотосинтез і дихання
Найчастіше вуглець у природі зустрічається у формі вуглекислого газу. Він утворюється внаслідок процесів дихання і горіння. Саме у формі газів рослинам найпростіше його засвоювати. За тисячоліття існування флора навчилася переробляти вуглекислоту в органічні сполуки. За допомогою хлорофілу в листках при наявності сонячного світла відбувається складна хімічна реакція. В її результаті виходять кисень, моно- і поліуглеводи. Уже сама назва говорить про те, що до складу зазначених речовин входить вуглевод.
Ті ж рослини можуть дихати, коли сонячного світла недостатньо. У процесі цього явища витрачається кисень і утворюється вуглекислий газ. Ось так відбувається найпростіший круговорот вуглецю в природі. Але це тільки на прикладі рослин. А є ще й мікроорганізми, гриби і тварини, які також включаються в рух розглянутого елемента в біосфері.
Мікроорганізми і круговорот вуглецю в екосистемі
Найменші організми на Землі можуть сміливо називатися початком і кінцем харчового ланцюга. Саме завдяки їм багато органічні сполуки потрапляють до вищих рослинам і тваринам.
Відмираючи і перестаючи функціонувати, живі організми потрапляють у грунт або на дно Світового океану. Вони б так і залишилися там лежати, якби не бактерії та найпростіші, початківці переробляти органічні сполуки, виділяючи вуглекислий газ або роблячи складні вуглеводи більш простими. Нові сполуки використовуються для харчування живими організмами, відповідно, вуглець починає нове коло руху в природі.
Не всім бактеріям потрібен кисень для того, щоб розщеплювати органічні молекули. Деякі з них відмінно справляються із завданням і без нього.
Завдяки мікроорганізмам круговорот вуглецю в природі відбувається і у формі симбіозу. Приміром, клітковина - це складний вуглевод, який міститься у всіх рослинах. Шлунок тварини не може її розщепити і засвоїти. Але парнокопитні навчилися існувати в симбіозі з деякими бактеріями. Останні знаходяться в шлунку тварини і розщеплюють целюлозу до більш простих вуглеводів, які далі легко засвоюються організмом парнокопитного.
Рух вуглецю на суші
В атмосфері знаходиться близько 0,33% вуглекислого газу. Цього більш ніж достатньо для того, щоб його засвоїли зелені рослини. На суші саме з них і починається схема кругообігу вуглецю в природі.
Рослини виступають початковій сходинкою харчового ланцюга. Їх поїдають травоїдні тварини, які, як правило, стають жертвами хижаків. Після смерті останніх органічні речовини потрапляють у грунт, де переробляються комахами і мікроорганізмами. Процеси їх життєдіяльності найчастіше виділяють неорганічні сполуки. Органіка, яка засвоюється, також може стати їжею для тварин, що стоять вище в харчовому ланцюзі.
Дуже рідко органічні речовини надовго консервуються в такому вигляді. Нам вони відомі як корисні копалини: торф, вугілля, нафта, метан. Вуглекислий газ з цих сполук звільняється в процесі горіння, чим і забезпечується кругообіг вуглецю в природі.
Кругообіг вуглецю у воді
Світовий океан також є середовищем, в якому відбувається круговорот вуглецю в біосфері. Але тут цей процес трохи складніше. Вся справа в тому, що у воді вуглекислий газ погано розчиняється, тому його асиміляція трохи скрутна. У верхніх шарах океану завжди є планктон, який і переробляє вуглекислоту. Це початок харчового ланцюжка у воді. Далі все йде так само, як і на суші. Вищі організми поїдають нижчих. У підсумку вони гинуть, опускаються на дно, де їх переробляють інші мікроорганізми.
У деяких випадках круговорот вуглецю в природі може змішуватися на суші і в морі. Але такі руху - не настільки часте явище, щоб його розглядати окремо. Просто є певна кількість тварин, що мешкають в обох стихіях.
Життєдіяльність людини
Вище ми розглянули класичний опис круговороту вуглецю в природі. Але в цей процес включається людина, яка вже давно вийшов за межі життєдіяльності тварини. Він почав перебудовувати природу під власні потреби, використовуючи її ресурси.
Через людину щороку зменшується кількість зелених насаджень, які неорганічний вуглекислий газ переробляють в органічні вуглеводи. У той же час він спалює корисні копалини, збільшуючи концентрацію вуглекислоти в атмосфері. Це призводить до дисбалансу кругообігу даної речовини. Продовження усталеної стратегії діяльності може стати причиною справжньої екологічної катастрофи.
Парниковий ефект
Вуглекислий газ в атмосфері обумовлює своєрідний парниковий ефект. Він утримує теплову енергію недалеко від поверхні планети. Підвищення середньої температури повітря на півградуса-градус стане причиною танення льодовикових шапок.
Слідом за цим збільшиться площа Світового океану, загине значна кількість тварин і рослин. Поступово концентрація вуглекислоти в атмосферному повітрі зменшиться, вода знову замерзне на полюсах.
Таким чином, екосистема «перезавантажиться», щоб нормалізувати оптимальний кругообіг вуглецю.
Процентні співвідношення
За мільярди років існування Землі на ній з'являлися і зникали багато видів живих організмів. Всі вони якось впливали на кругообіг вуглецю в природі. За ці роки в органічних сполуках накопичилося 6000000 млрд. Тонн цього елемента. Сюди відносяться як нині живуть організми, так і копалини вуглецеві речовини.
За оцінками вчених, це приблизно 1/5 всього вуглецю на планеті. Якби не відбувався його кругообіг, то з часом життя на Землі стала б не можливою.
Внаслідок цього процесу живі організми накопичують близько 400 млрд. Тонн вуглецю, який частково повертається в неживу природу. Залишок же продовжує циркулювати всередині живого світу, підтримуючи існування цих організмів.
Роль вуглецевих сполук у природі
Вчені вже давно оцінили, наскільки велике значення вуглецю в природі. Саме перші його сполуки з часом дали початок життя на планеті. Сьогодні він є головним будівельним елементом всіх живих молекул.
Перші в цьому списку - вуглеводи. Вони утворюються внаслідок процесу фотосинтезу. Вони грають роль своєрідного будівельного матеріалу для рослин і джерела енергії для тварин. Науці відомий один нерастітельного вуглевод - глікоген. Він утворюється в печінці ссавців і виступає в якості запасного джерела енергії.
В організмі тварин вуглеводи розпадаються на воду і енергію, але можуть бути основою для синтезу жирів. Це своєрідна тваринна батарейка, яка накопичується для можливості використання в майбутньому, коли відчується брак енергії. Також це теплоізоляція для тварин, які мешкають в холодному кліматі.
Основою тваринної клітини є білок. Це найбільша молекула на Землі, яка складається з ланцюжка амінокислот. Будівельним матеріалом для останніх також виступає вуглець, тому дуже складно переоцінити роль даного елемента для життя на нашій планеті.
