CIRCUITUL CARBONULUI ÎN NATURĂ

Dogaru Daniela Andreea | Clasa a XI – a GE | C. N. „Jean Monnet”, Ploiesti

INTRODUCERE

Temperatura medie la suprafata pamantului depinde de cantitatea de dioxid de carbon (sau de gaz carbonic) pe care o contine atmosfera. In atmosfera, oceane, roci si vietuitoare are loc in permanenta un schimb de dioxid de carbon. Acesta este ciclul carbonului. In cursul acestor schimburi, cantitatea de gaz continuta de atmosfera se poate modifica, iar aceasta modificare influenteaza clima.

Anumite elemente ale planetei noastre absorb dioxid de carbon din atmosfera. Cel mai important din acestea e oceanul:in fiecare an el primeste 93 de gigatone de dioxid de carbon din atmosfera si restituie 90 gigatone. Plantele joaca la randul lor un rol important in circuitul carbonului pentru ca, datorita fotosintezei, ele absorb dioxid de carbon reducand concentratia acestuia din atmosfera. In schimb fintele emana o cantitate destul de mare de dioxid de carbon in atmosfera. Si eruptile vulcanice produc dioxid de carbon.

Carbonul este unul dintre cele mai răspândite elemente de pe Pământ, iar printre diferitele sale forme se numără una dintre cele mai moi (grafit) şi una dintre cele mai dure (diamant). Compuşii de carbon reprezintă baza vieţii pe Pământ.

Ciclul global al carbonului poate fi divizat în două categorii: cea geologică, care operează pe o scară de timp largă (milioane de ani), şi cea biologică care operează la o scară de timp mai scurtă (de la zile la mii de ani).

Ciclul global al carbonului se referă la mişcările carbonului ca schimburi dintre rezervoare (captoare) şi se întâmplă datorită variaţiei proceselor fizice, geologice şi biologice. Oceanul conţine cel mai mare rezervor activ de carbon în apele de suprafaţă, iar în apele de adâncime schimbul de carbon cu atmosfera se face mai lent. Ciclul global al carbonului se realizează între cele patru rezervoare interconectate pe sensuri de schimb. Aceste rezervoare sunt:

• Atmosfera • Biosfera terestra • Oceanele • Sedimentele (care includ combustibili fosili).

Ciclul global al carbonului

Oceanele deţin de 50 de ori mai mult carbon decât atmosfera. Carbonul din oceane se găseşte sub forma a mai multor compuşi chimici respectiv: carbon organic dizolvat (DOC), carbon anorganic dizolvat (DIC), particule de carbon organic (POC) şi în biota marină.

Cel mai puternic flux dintre atmosferă şi ocean se produce în zona ecuatorială a Pacificului, care eliberează în atmosferă până la 1 Gtc/an. Cauza o reprezintă mişcarea ascendentă a maselor de apă în apropierea ecuatorului, urmată de încălzirea puternică a acestora, precum şi activitatea planctorală mai scăzută. Oceanele primesc CO2 mai ales la latitudini temperate şi înalte şi îl eliberează în general la tropice . Cea mai importantă sursă marină de înmagazinare a CO2 este Oceanul Atlantic de Nord .

Ciclul oceanic al carbonului

Ciclul terestru al carbonului este considerat “un motor” care asigură energie şi masă vieţuitoarelor pe Terra.

Carbonul este eliberat în atmosferă prin: • Respiraţia plantelor • Respiraţia microbială(descompunere) • Incendii • Unele practici de utilizare a terenurilor

Plantele absorb CO2 din atmosferă şi îl transformă în carbohidraţi prin procesul de fotosinteză. O parte din carbonul absorbit este utilizată în metabolismul propriu (respiraţie autotrofă) prin care se eliberează CO2 în atmosferă. Cantitatea rămasă( productivitate netă primară) este folosită în procesul de creştere al plantei.Cantitatea globală de biomasă a plantelor(500 PgC) este scăzută faţă de cantitatea de carbon stocată în oceane şi combustibili fosili, dar este importantă deoarece este sensibilă la modificările climatice.

Ciclul terestru al carbonului

Din învelişul pedologic carbonul se întoarce mult mai lent în atmosferă, solurile reprezentând un tampon pe termen mediu foarte important în ciclul carbonului. Schimbul anual de carbon dintre ecosistemele terestre şi atmosferă (120 PgC) este mult mai mare decât cel dintre ocean şi atmosferă (90 PgC). În epoca preindustrială aceste schimburi erau în echilibru şi se compensau în cea mai mare parte.

În timpul ciclului carbonului prin sistemul fluvial are loc transportul carbonului dinspre spaţiul terestru către cel oceanic.Particulele organice de carbon (POC) intră în râuri prin eroziunea solurilor şi prin litieră, carbonul organic dizolvat (DOC) este produs prin dizolvarea carbonului organic din soluri şi intră în râuri prin intremediul apelor de adâncime, iar carbonul organic dizolvat (DIC) este produs în urma disoluţiei carbonatului şi a rocilor silicate.

Ciclul carbonului prin sistemul fluvial

Ciclul carbonului în zonele costiere

În ciclul natural al carbonului, perioada de timp pentru schimbul atmosferă-biosferă durează de la câteva luni la câţiva ani, schimbul de CO2 dintre atmosferă şi hidrosferă durează câteva sute de ani, însă schimbul în zona de coastă este mult mai rapid, putând dura câţiva ani, sau chiar mai puţin.Coasta oceanului tinde sa absoarbă CO2 iarna, când apele se răcesc şi primăvara ca o consecinţă a proceselor biologice. Vara şi toamna, procesul este de încălzire şi apare respiraţia organismelor marine si descompunerea materiei organice care eliberează CO2 înapoi în atmosferă.

Dioxidul de carbon -principalul gaz cu efect de sera-

Efectul de seră este o trăsătură naturală esenţială a Sistemului Terestru Global şi ajută la menţinerea la suprafaţa terestră a unei temperaturi relativ constante favorabile dezvoltării vieţii, fiind cel mai important factor de forţare radiativă. Acest efect şi-a exercitat acţiunea încă din primele ere geologice din istoria Terrei şi este datorat prezenţei în atmosferă a unor gaze cum sunt dioxidul de carbon (CO2), oxidul de azot (N2O), metanul (CH4), ozonul (O3) şi vaporii de apă. Dioxidul de carbon este principalul gaz cu efect de seră eliberat datorită activităţilor antropice. Înainte de 1750 a fost înregistrată un nivel constant al efectului de seră, însă, odată cu revoluţia industrială s-a înregistrat o intensificare constantă a acestui proces.

Temperatura pe Terra este strâns legată de conţinutul de gaze cu efect de seră care s-a modificat permanent în trecutul geologic al planetei datorită unor cauze naturale. S-a dovedit că efectul de seră are un rol esenţial în autoreglarea sistemului climatic şi în declanşarea unor mecanisme de feedback. Astfel, încălzirea atmosferei generează o evaporare mai intensă, vaporii de apă contribuind la rândul lor la o încălzire mai accentuată a climei în continuare.

Intensificarea efectului de seră, pentru ultimii 1000 de ani dinaintea Revoluţiei Industriale, ponderea gazelor cu efect de seră a rămas relativ constantă. Creşteri semnificative au fost înregistrate după 1750 şi mai ales în a doua jumătate a secolului al XX-lea. O serie de activităţi antropice, cum sunt arderea combustibililor fosili în care dioxidul de carbon s-a fixat de-a lungul a milioane de ani, defrişarea pădurilor, în special a celor tropicale şi utilizarea lemnului drept combustibil măresc cantitatea de gaze cu efect de seră în atmosferă.

Concentratia celui mai important gaz cu efect de seră emis de activităţile umane, dioxidul de carbon (CO2), a crescut de la circa 280 ppm în perioada preindustrială la 360 ppm în 1999 cu un ritm mediu de 1,5 ppm/an. Evaluările efectuate în cadrul profilului Vostok din Antarctica arată că asemenea creşteri nu au fost înregistrate în ultimii 420 000 de ani şi este probabil că nici în ultimele 20 de milioane de ani. Această creştere alarmantă pentru echilibrul sistemului climatic global este consecinţa, în proporţie de 60-70%, a emisiilor de CO2 rezultate din arderea combustibililor fosili şi a modificării utilizării terenurilor, în special prin despăduriri.

Cele mai importante depozite de carbon de pe Pământ - estimări-

Rezervor Valoare în Miliarde de Tone Metrice

Atmosferă 578 la 766

Materii organice din sol 1.500 la 1.600

Mări şi oceane 38.000 la 40.000

Sedimente marine şi roci sedimentare 66.000.000 la 100.000.000

Plante 540 la 610

Depozite de carburanţi fosili 4000

Reactiile chimice ale carbonului

1) Carbonul, la 1100°C, in prezenţa Ni, formează cel mai simplu

compus organic: metanul

C + H 2 -> CH 4

2) În prezenţa oxigenului, în funcţie de cantitatea acestuia,

carbonul formează dioxidul sau monoxidul de carbon

C + O 2 = CO 2 + Q 2C + O 2 = 2CO + Q

3) Carbonul incandescent, în reacţie cu apa, formează amestecul

gazos, numit gaz de apă

C + H 2 O (g) = CO + H 2

4) Carbonul reacţionează cu dioxidul de carbon rezultând monoxidul de carbon

C + CO 2 = 2CO

5) Din reactia carbonului cu oxizii unor metale rezulta metalele si dioxid de carbon; C – agent reducator

3C (s) + 2 Fe 2 O 3(s) = 2CO 2(g) + 4Fe (s)

6) La cald, carbonul reactioneaza cu acizii sulfuric si azotic, cu formare de dioxid de carbon

C + 2 H 2 SO 4 = CO 2 ↑ + 2SO 2 ↑+ 2H 2 O 3C + 4 HNO 3 =

= 3CO 2 ↑ + 4NO↑+ 2H 2 O