Oglekļa cikls — definīcija un kā CO2 plūst starp atmosfēru, okeāniem un iežiem
Oglekļa cikls: kā CO2 plūst starp atmosfēru, okeāniem un iežiem — procesi, cilvēka ietekme un sekas okeānu skābēšanai un klimata pārmaiņām.
Oglekļa cikls apraksta, kā ogleklis pārvietojas un tiek uzkrāts uz Zemes starp atmosfēru, dzīvajiem organismiem, okeāniem un iežiem. Daži tā procesi notiek ātri — dienu vai gadu laikā —, citi ir ārkārtīgi lēni un mēra laika skalā simtiem tūkstošu vai miljonus gadu. Sapratne par šo ciklu ir būtiska, lai izprastu klimata pārmaiņas un cilvēku ietekmi uz vidi.
Galvenie oglekļa pārneses procesi
Galvenie veidi, kā ogleklis nonāk atmosfērā vai no tās tiek noņemts, ir:
- Fotosintēze: augi, aļģes un daudzi mikroorganismi izmanto atmosfēras CO2, saules enerģiju un ūdeni, lai ražotu organiskās vielas. Tas ir galvenais atmosfēras oglekļa īslaicīgās "noņemšanas" mehānisms.
- Elpošana un sadalīšanās: gan dzīvo organismu elpošana, gan mikrobu sadalīšanās izdala atpakaļ CO2 atmosfērā vai ūdeņos.
- Nogulsnēšana un iežu veidošanās: daļa organiskā oglekļa un jūrasorganismu karbonātu nogulsnējas sedimentā — ar laiku tās var kļūt par iežiem, piemēram, karbonātajiem iežiem un kaļķakmens.
- Okeāna apmaiņa: CO2 izšķīst okeāna virsējā slānī; daļa tiek pārveidota par ogļskābēm un karbonātiem, ietekmējot ūdens ķīmiju un jūras dzīvību.
- Ģeoloģiskās proceses: regolitiskā un ķīmiska atmosfēras ietekme (piem., lietus) veicina iežu šķīšanu, oglekļa pārvietošanu un nogulšņu veidošanos; plātņu tektonika un subdukcija galu galā atgriež šo oglekli atmosfērā caur vulkānu izvirdumiem.
Ātrais un lēnais oglekļa cikls
Oglekļa ciklu var iedalīt divos galvenajos pavedienos:
- Ātrais cikls — procesi starp atmosfēru, biosfēru un virsējām okeāna slānēm, kas notiek dienu, sezonu vai gadu laikā (fotosintēze, elpošana, sadalīšanās, virsējo ūdeņu apmaiņa).
- Lēnais (ģeoloģiskais) cikls — oglekļa pārveidošanās nogulumos, akmeņos un fosilajos kurināmos, kas prasa tūkstošiem līdz miljonus gadu. Šis pavediens iekļauj iežu veidošanos, subdukciju un vulkānisku izmešanu.
Cilvēka ietekme
Galvenie veidi, kā cilvēki maina oglekļa ciklu, ir:
- Fosilā kurināmā dedzināšana: dedzinot ogle, naftu un gāzi (un citus oglekļa rezerves materiālus), ogleklis, kas bija uzglabāts miljoniem gadu, ātri tiek ārā atmosfērā kā CO2. Pēdējos gadsimtā cilvēki, dedzinot fosilo kurināmo, atmosfērā ir pievienojuši aptuveni simtreiz vairāk CO2 nekā vulkāni — tas būtiski maina atmosfēras sastāvu un klimatu.
- Zemes izmantošanas izmaiņas: deforestācija samazina fotosintēzes spēju noņemt oglekli, bet augsnes oglekļa zudumi palielina atmosfēras CO2.
- Industriālas darbības: cementa ražošana, dažas rūpniecības ķīmiskas reakcijas un lauksaimniecība arī izdala nozīmīgu daudzumu CO2 un citu siltumnīcefekta gāzu.
Okeānu loma un skābuma pieaugums
Okeāni absorbē lielu daļu no cilvēku radītā CO2, tādējādi bremzējot atmosfēras koncentrācijas pieaugumu. Taču izšķīstošais ogļskābes daudzums samazina ūdens pH (oceānu skābuma pieaugums), kas traucē organismiem, kuri izmanto kalciju, lai veidotu čaumalas un skeletus (piem., gliemenes, daži planktoni, korāļi). Skābuma pieaugums maina arī karbonātu līdzsvaru un var ilgtermiņā ietekmēt jūras barības tīklus un zvejniecību.
Augsnes un nogulumu nozīme
Daļa oglekļa, kas izdalās no augiem, kļūst par augsnes organisko vielu. Dažādās formās (humuss, organiskās skaidas, kūdra) ogleklis augsnē var palikt gadus, gadsimtus vai ilgāk, ja vien augsne netiek traucēta. Nogulumieži un sedimenti satur daudz lielākus oglekļa daudzumus nekā atmosfēra; šo rezervoāru atbrīvošana vai stabilizācija būtiski ietekmē ilgtermiņa CO2 koncentrāciju.
Ķīmiskā izskalošana un iežu šķīšana
Lietus un virszemes ūdeņi, ietekmēti no atmosfēras sastāva, reaģē ar iežiem, izšķīdinot minerālus. Šī ķīmiskā izskalošana palīdz pārvietot oglekli no atmosfēras un virsmas okeāniem uz nogulšņu veidošanos un pamazām samazina atmosfēras CO2, bet process ir lēns. Kā jau minēts, daļa tas arī nonāk nogulšņu veidā un ar laiku tiek iespiesta zem plātņu robežām.
Atgriezeniskās saites un nākotnes riski
Siltumnīcefekta gāzu palielināšanās ne tikai paaugstina temperatūru, bet arī izmaina pašus oglekļa apmaiņas mehānismus: siltāki okeāni izšķir mazāk CO2, augstāka temperatūra paātrina augsnes mikrobu aktivitāti un iespējamus oglekļa izdalījumus no permafrostiem. Tādējādi var aktivizēties pozitīva atgriezeniskā saite, kas vēl vairāk palielina atmosfēras CO2 koncentrāciju.
Kā cilvēki var ietekmēt ciklu pozitīvi
- Samazināt fosilā kurināmā lietošanu un pāriet uz atjaunojamiem energoresursiem.
- Atjaunot mežus un ilgtspējīgi apsaimniekot zemes, lai palielinātu biomasas un augsnes oglekļa uzkrāšanos.
- Attīstīt oglekļa uztveršanas un uzglabāšanas tehnoloģijas (CCS) rūpniecībai.
- Veicināt lauksaimniecības prakses, kas stabilizē augsnes oglekli (konservējoša apsaimniekošana, segkultūras).
"Veģetācija ir liels atmosfēras oglekļa dioksīda patērētājs, kas nepieciešams iežu šķīdināšanai".
Apkopojot — oglekļa cikls ir komplekss, daudzlaidu process ar atšķirīgiem laika mērogiem. Cilvēku darbības ir ievērojami mainījušas līdzsvaru starp ātrajiem un lēnajiem procesiem, palielinot atmosfēras CO2 līmeni un radot globālās klimata pārmaiņas. Izpratne par šiem mehānismiem un mērķtiecīgas darbības var samazināt riskus un virzīt mūs uz stabilāku oglekļa līdzsvaru.
Oglekļa cikla shēma. Melnie skaitļi rāda, cik daudz oglekļa miljardos tonnu ir uzkrāts katrā posmā ("GtC" nozīmē gigatonas oglekļa, un skaitļi tika reģistrēti ap 2004. gadu). Violetie skaitļi rāda, cik daudz oglekļa katru gadu pārvietojas no viena posma uz citu. Nogulumos, kā tie definēti šajā diagrammā, nav iekļauti ~ 70 miljoni GtC karbonātu iežu un kerogēna (citu organisko nogulumu).
Kopsavilkums
Oglekļa aprites cikls ir process, kurā ogleklis ekosistēmā tiek otrreizēji pārstrādāts. Oglekļa koncentrācija dzīvajā vielā (18 %) ir gandrīz 100 reižu lielāka nekā tā koncentrācija zemē (0,19 %). Tāpēc dzīvās būtnes iegūst oglekli no nedzīvās vides. Lai dzīvība turpinātu pastāvēt, šis ogleklis ir jāpārstrādā. Sīkāku pārskatu par oglekļa aprites ciklu skatiet diagrammā. Piemērs, kā šajā ciklā notiek oglekļa aprites ceļš, ir oglekļa dioksīds atmosfērā, ko absorbē augi un izmanto fotosintēzes procesā, lai iegūtu cukurus, kurus augs izmanto enerģijai. Kad augs iet bojā, tas sadalās, un augā uzkrātais ogleklis miljoniem gadu laikā pārvēršas oglēs (fosilajā kurināmajā). Ogles tiek sadedzinātas, izdalot oglekļa dioksīdu, kas nonāk atmosfērā.
Šobrīd oglekļa cikls un tas, kā to ietekmē cilvēka darbība, ir nozīmīga starptautisko ziņu tēma. Fosilais kurināmais ir neatjaunojams resurss, kas nozīmē, ka to nevar viegli aizstāt. Kopš 1900. gada fosilā kurināmā patēriņš ik pēc 20 gadiem ir gandrīz divkāršojies. Šī oglekļa dioksīda izdalīšanās veicina siltumnīcas efektu un skābo lietu veidošanos.
Oglekļa ciklu atklāja Žozefs Prīstlijs un Antuāns Lavizjē, bet popularizēja Humfrijs Deivijs.
Saistītās lapas
- Oglekļa observatorija orbītā
- ūdens cikls
- slāpekļa cikls
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir oglekļa cikls?
A: Oglekļa cikls ir veids, kā uz Zemes tiek uzkrāts un aizstāts ogleklis. Tas ietver procesus, kas ilgst simtiem miljonu gadu, kā arī procesus, kas notiek katru gadu.
J: Kādi ir galvenie veidi, kā ogleklis nonāk oglekļa apritē?
A: Galvenie veidi, kā ogleklis nonāk oglekļa apritē, ir vulkāni un fosilā kurināmā, piemēram, ogļu un gāzes, dedzināšana. Nesenā pagātnē cilvēki, dedzinot fosilo kurināmo, gaisā ir pievienojuši aptuveni simt reižu vairāk CO2 nekā vulkāni.
J: Kā fotosintēzes rezultātā no atmosfēras tiek izvadīts CO2?
A: Dzīvo organismu fotosintēze no atmosfēras aizvāc CO2, uzņemot to enerģijas ražošanai. Daļa no tā izdalās, kad tie iet bojā un sadalās, bet daļa tiek noglabāta nogulumiežos.
J: Kā atmosfēras iedarbība palīdz izšķīdināt iežus?
A: Veģetācija ar lietus palīdzību izskalo CO2 atšķaidītas ogļskābes veidā, kas reaģē ar iežiem, palīdzot tiem izšķīst un sadalīties. Šis process arī beidzas kā nogulsnes, kas palīdz noslēgt ciklu.
J: Kur vēl izšķīst daļa CO2?
A: Daļa CO2 izšķīst arī okeānos, kur tas var atrasties ilgu laiku, pirms tas atkal nonāk atmosfērā vai kļūst par nogulumiežu sastāvdaļu.
Jautājums: Cik daudz vairāk CO2 gaisā ir pievienojuši cilvēki, salīdzinot ar vulkāniem?
A: Uz katru tonnu CO2, ko gaisā ir pievienojuši vulkāni, aptuveni 100 tonnas CO2 pēdējo simts gadu laikā gaisā ir pievienojuši cilvēki, veicot sadedzināšanu.
J: Kas ir liels atmosfēras oglekļa dioksīda patērētājs, kas ir būtisks iežu šķīdināšanai?
A: Veģetācija ir liels atmosfēras oglekļa dioksīda patērētājs, kas ir būtisks iežu šķīdināšanai.
Meklēt