Anglies dioksido (CO2) ciklas: kas tai yra ir kaip veikia Žemėje
Sužinokite, kaip anglies dioksido (CO2) ciklas veikia Žemėje: šaltiniai, sulaikymas, nuosėdos, klimato kaitos ir vandenynų rūgštėjimo poveikis.
Anglies dioksido ciklas – tai anglies dioksido (CO2) kaupimosi, transformacijų ir grįžimo į aplinką būdų visuma Žemėje. Jį sudaro keli rezervuarai (atmosfera, biosfera, dirvožemis, vandenynai ir litosfera) ir įvairūs procesai, kurie veikia skirtingais laiko masteliais: kai kurie srautai vyksta per dienas ar metus, kiti trunka tūkstančius ar milijonus metų.
Pagrindiniai šaltiniai ir srautai
Pagrindiniai anglies dioksido patekimo į anglies ciklą būdai yra ugnikalniai ir iškastinio kuro, pavyzdžiui, anglies ir dujų, deginimas. Per didžiąją geologinės istorijos dalį ugnikalniai buvo vieni iš pagrindinių CO2 šaltinių, tačiau per pastaruosius ~100 metų žmonių veikla (iškastinio kuro deginimas, pramonė, land-use pokyčiai) išmetė į atmosferą maždaug šimtą kartų daugiau CO2 nei ugnikalniai. Kitaip tariant, už kiekvieną toną CO2, kurią į atmosferą išmeta ugnikalniai, žmonės pridėjo apie 100 tonų CO2.
Pagrindinis anglies dioksido šalinimo iš atmosferos kelias yra gyvų organizmų fotosintezė. Fotosintezės metu augalai, dumbliai ir kai kurie mikroorganizmai sugeria CO2 ir jį įkonsoliduoja angliavandenilių bei kitos biomasės pavidalu. Dalis to anglies vėl išsiskiria kvėpavimo, suyrančių organinių medžiagų ir mikroorganizmų veiklos metu, tačiau reikšminga dalis gali nusėsti ir patekti į nuosėdas, vėliau virsti uolienomis arba kauptis dirvožemyje kaip stabilūs anglies junginiai. Karbonatinėse uolienose, pavyzdžiui, kalkakmenyje, anglis ilgainiui būna fiksuota kaip kietos formos karbonatai (atitinkamai CO2 „saugykla“ litosferoje).
Cheminiai ir fizikiniai procesai
Kitu svarbiu būdu CO2 iš oro šalinamas cheminėmis reakcijomis: susidaręs oras ir lietaus vanduo prisijungia CO2 ir susidaro silpnai rūgšti angliarūgštė, kuri skalauja uolienas, tirpdo mineralus ir taip per cheminę eroziją perneša anglies junginius į vandenis. Šie ištirpusios anglies junginiai galiausiai gali nusėsti kaip nuosėdos arba dalyvauti biocheminiuose procesuose.
"Atmosferinis CO2 ir rūgštusis kritulys prisideda prie uolienų cheminio skaidymo ir anglies pernašos į nuosėdas."
Didelė CO2 dalis taip pat ištirpsta vandenynuose — vandenynai absorbuoja ir išskiria anglies junginius nuolat. Šiuo metu vandenynai kasmet sugeria daugiau CO2, nei išskiria, tačiau to pasekmė yra vandenynų rūgštėjimas: ištirpus CO2, sumažėja vandens pH ir kinta jūrų ekosistemų sąlygos.
Ilgalaikės cirkuliacijos ir geologiniai procesai
Anglies sankaupos nuosėdinėse uolienose yra gerokai didesnės nei atmosferiniame ore; ilgais geologiniais laikotarpiais ši anglis vėl grįžta į atmosferą per plokščių tektoniką: kai vandenynų plokštės subdukuojasi, nuosėdos pasikelia, ištirpsta ir dalis anglies išsiskiria per ugnikalnių išsiveržimus bei magmini procesus. Tokiu būdu CO2 cirkuliacija užsibaigia ir vėl pradeda kitą ciklą (tektonikos mechanizmai).
Laiko masteliai ir rezervuarai
- Trumpalaikiai srautai (dienos–metai): fotosintezė, kvėpavimas, atmosferos–biosferos mainai.
- Vidutiniai srautai (dešimtmečiai–šimtmečiai): dirvožemio anglies kaita, vandenynų įsisavinimas ir cirkuliacija.
- Ilgalaikiai procesai (tūkstančiai–milijonai metų): cheminė erozija, nuosėdų kaupimasis, uolienų formavimasis ir vulkaninė emisija.
Žmonių įtaka ir pasekmės
Per pastaruosius kelis šimtmečius žmonių veikla stipriai pakeitė anglies ciklą: iškastinio kuro deginimas, miškų kirtimai ir žemės ūkio pokyčiai padidino atmosferos CO2 koncentraciją. Dėl to didėja šiltnamio efektas, kinta klimatas — kyla vidutinė oro temperatūra, keičiasi kritulių raštai, tirpsta ledynai ir kyla jūros lygis. Be to, didesnis atmosferos CO2 intensyvina vandenynų rūgštėjimą, kas kelia grėsmę koralams, moliuskams ir kai kurioms jūrų grandinėms.
Gali padėti sprendimai
Norint sulėtinti atmosferos CO2 augimą ir sumažinti klimato kaitos poveikį, taikomi keli pagrindiniai sprendimai:
- kieti emisijų mažinimo veiksmai — pereiti prie atsinaujinančių energijos šaltinių, didinti energijos efektyvumą;
- anglies surinkimas ir saugojimas (CCS) pramonėje ir energetikoje;
- miškų apsauga, atkūrimas ir tvarus žemės ūkis, kurie padidina biologinę anglies sekvestraciją;
- dirvožemio anglies kaupimo didinimas ir durpynų apsauga;
- naujų technologijų ir gamtinių priemonių — pavyzdžiui, pagreitinta uolienų orogeninė ir mineralizacijos — tyrimai bei atsargus taikymas.
Apibendrinant, anglies dioksido ciklas yra sudėtingas procesų tinklas, jungiantis atmosferą, gyvąją gamtą, vandenynus ir litosferą. Žmonių veikla pastaraisiais amžiais sukėlė didelį disbalansą šiame cikle, todėl supratimas, kaip veikia pagrindiniai srautai ir rezervuarai, yra būtinas priimant sprendimus dėl klimato kaitos mažinimo ir tvarios gamtos apsaugos.
Anglies ciklo schema. Juodi skaičiai rodo, kiek anglies sukaupta kiekviename etape, išreikšta milijardais tonų ("GtC" reiškia gigatonas anglies, o skaičiai užregistruoti apie 2004 m.). Violetinės spalvos skaičiai rodo, kiek anglies dioksido kasmet pereina iš vieno etapo į kitą. Šioje diagramoje apibrėžtos nuosėdos neapima ~70 milijonų GtC karbonatinių uolienų ir kerogeno (kitų organinių nuosėdų).
Santrauka
Anglies ciklas - tai procesas, kurio metu anglis ekosistemoje grąžinama atgal. Anglies koncentracija gyvojoje medžiagoje (18 %) yra beveik 100 kartų didesnė už jos koncentraciją žemėje (0,19 %). Taigi gyvosios būtybės pasisavina anglį iš negyvosios aplinkos. Kad gyvybė tęstųsi, ši anglis turi būti perdirbama. Išsamiau apie anglies apytakos ciklą žr. schemą. Pavyzdys, kokį kelią šiame cikle įveikia anglis: atmosferoje esantį anglies dioksidą absorbuoja augalai ir naudoja fotosintezės metu, gamindami cukrų, kurį augalai naudoja energijai gauti. Kai augalas miršta, jis suyra, o augale sukaupta anglis per milijonus metų virsta anglimi (iškastiniu kuru). Deginant anglis išsiskiria anglies dioksidas, kuris patenka į atmosferą.
Šiuo metu anglies dioksido ciklas ir tai, kaip žmogaus veikla jį veikia, yra svarbi tarptautinių naujienų tema. Iškastinis kuras yra neatsinaujinantys ištekliai, o tai reiškia, kad jų neįmanoma lengvai pakeisti. Nuo 1900 m. kas 20 metų iškastinio kuro suvartojimas beveik padvigubėjo. Šis anglies dioksido išsiskyrimas prisideda prie šiltnamio efekto ir rūgščiųjų lietų.
Anglies ciklą atrado Josephas Priestley ir Antoine'as Lavoisier, o išpopuliarino Humphry Davy.
Susiję puslapiai
- Orbitoje skriejanti anglies dioksido observatorija
- vandens ciklas
- azoto ciklas
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra anglies dioksido ciklas?
A: Anglies ciklas - tai būdas, kuriuo Žemėje kaupiama ir keičiama anglis. Jame vyksta šimtus milijonų metų trunkantys ir kasmet vykstantys procesai.
K: Kokie yra pagrindiniai būdai, kuriais anglis patenka į anglies ciklą?
A.: Pagrindiniai būdai, kuriais anglis patenka į anglies ciklą, yra ugnikalniai ir iškastinio kuro, pavyzdžiui, anglies ir dujų, deginimas. Pastaruoju metu žmonės, degindami iškastinį kurą, į orą išmetė apie šimtą kartų daugiau CO2 nei ugnikalniai.
Klausimas: Kaip fotosintezė pašalina CO2 iš atmosferos?
A: Fotosintezė, kurią vykdo gyvieji organizmai, pašalina CO2 iš atmosferos, paimdama jį energijai gaminti. Dalis jo išsiskiria, kai jie miršta ir suyra, tačiau dalis taip pat patenka į nuosėdines uolienas.
K: Kaip atmosferos poveikis padeda ištirpdyti uolienas?
Atsakymas: Oro sąlygos per lietų išplauna CO2 praskiestos angliarūgštės pavidalu, kuri reaguoja su uolienomis ir padeda joms ištirpti bei suirti. Šis procesas taip pat baigiasi nuosėdomis, kurios padeda užbaigti ciklą.
K: Kur dar ištirpsta dalis CO2?
A: Dalis CO2 taip pat ištirpsta vandenynuose, kur gali išbūti ilgą laiką, kol vėl patenka į atmosferą arba tampa nuosėdinių uolienų dalimi.
K.: Kiek daugiau CO2 į orą įtraukė žmonės, palyginti su ugnikalniais?
A: Kiekviena tona CO2, kurią į orą įtraukė ugnikalniai, yra maždaug 100 tonų CO2, kurį per pastaruosius šimtą metų į orą įtraukė žmonės degindami.
Klausimas: Kas yra didelis atmosferos anglies dioksido vartotojas, būtinas uolienoms tirpdyti ?
Atsakymas: Oro sąlygos yra didelis atmosferos anglies dioksido, būtino uolienoms tirpdyti, vartotojas.
Ieškoti