Korte opmerkingen over koolstofcyclus, stikstofcyclus en zwavelcyclus (2158 woorden)
Korte aantekeningen over koolstofcyclus, stikstofcyclus en zwavelcyclus!
Verschillende materialen, waaronder verschillende voedingsstoffen en metalen, bewegen op een cyclische manier in het ecosysteem. De belangrijkste reserves of opslagcompartiment van de materialen staan bekend als reservoirs. Wanneer het hoofdreservoir van een voedingsstof zich in de atmosfeer bevindt, staat het bekend als een gascyclus, bijv. Stikstofcyclus, waarvan het reservoir in de vorm van stikstofgas (N2) ongeveer 78% van de atmosfeer vormt.
Wanneer het reservoir zich in de aardkorst of sedimenten bevindt, staat het bekend als een sedimentaire cyclus, bijv. Een fosforcyclus, die zijn reserve heeft als fosfaaterts. Zwavelcyclus is een voorbeeld van een intermediair type, dat zowel in de bodem als in de atmosfeer een reservoir heeft.
Beweging van de materialen van het ene reservoir naar het andere kan worden aangedreven door fysische middelen zoals wind of zwaartekrachtenergie. Het kan ook te wijten zijn aan chemische energie, bijv. Wanneer het waterlichaam verzadiging bereikt - het reservoir is chemisch vol en kan het daarom niet langer als zodanig bevatten.
Vervolgens wordt het materiaal meestal neergeslagen. De gemiddelde tijd gedurende welke een materiaal (molecuul van een stof) in een reservoir achterblijft, staat bekend als de verblijftijd.
Voedingsstoffen zoals koolstof, stikstof, zwavel, zuurstof, waterstof, fosfor, enz. Bewegen op cirkelvormige wegen door biotische en abiotische componenten en staan bekend als biogeochemische cycli.
Water beweegt ook in een cyclus, bekend als hydrologische cyclus. De voedingsstoffen die door de voedselketen moeten bewegen en uiteindelijk het afvalcompartiment bereiken (dat dode organische stoffen bevat) waar verschillende micro-organismen de afbraak uitvoeren.
Verschillende organisch gebonden voedingsstoffen van dode planten en dieren worden door microbiële afbraak omgezet in anorganische stoffen die gemakkelijk door de planten worden opgebruikt (primaire producenten) en de cyclus begint opnieuw.
1. Koolstofcyclus:
De koolstofcyclus is de biogeochemische cyclus waarmee koolstof wordt uitgewisseld tussen de biosfeer, de pedosfeer, de geosfeer, de hydrosfeer en de atmosfeer van de aarde. Het is een van de belangrijkste cycli van de aarde en zorgt ervoor dat koolstof kan worden gerecycled en hergebruikt in de hele biosfeer en al zijn organismen.
De koolstofcyclus is een complexe reeks processen waarbij alle bestaande koolstofatomen roteren. Het hout dat enkele decennia geleden was verbrand, had mogelijk koolstofdioxide kunnen produceren dat door fotosynthese onderdeel werd van een plant. Als je die plant eet, kan dezelfde koolstof uit het hout dat is verbrand, deel van je worden. De koolstofcyclus is de grote natuurlijke recycler van koolstofatomen.
Zonder de juiste werking van de koolstofcyclus zou elk aspect van het leven drastisch kunnen worden veranderd. Planten, dieren en aarde werken samen om de basiscycli van de natuur te vormen. In de koolstofcyclus nemen planten koolstofdioxide uit de atmosfeer op en gebruiken het, in combinatie met water dat ze uit de grond halen, om de stoffen te maken die ze nodig hebben voor de groei. Het fotosyntheseproces neemt de koolstofatomen van kooldioxide op in suikers.
Dieren, zoals het konijn, eten de planten en gebruiken de koolstof om hun eigen weefsels te bouwen. Andere dieren, zoals de vos, eten het konijn en gebruiken vervolgens de koolstof voor hun eigen behoeften. Deze dieren geven koolstofdioxide de lucht in wanneer ze ademen en wanneer ze sterven, omdat de koolstof tijdens ontbinding in de grond wordt teruggevoerd. De koolstofatomen in de bodem kunnen dan worden gebruikt in een nieuwe fabriek of in kleine micro-organismen. De volgende grote reservoirs van koolstof met elkaar verbonden door paden van uitwisseling:
ik. De atmosfeer.
ii. De terrestrische biosfeer, die gewoonlijk wordt gedefinieerd als zoetwatersystemen en niet-levend organisch materiaal, zoals koolstof in de bodem.
iii. De oceanen, inclusief opgeloste anorganische koolstof en levende en niet-levende mariene biota.
iv. De sedimenten inclusief fossiele brandstoffen
v. Het inwendige van de aarde, koolstof van de aardmantel en de aardkorst, wordt vrijgegeven aan de atmosfeer en hydrosfeer door vulkanen en geothermische systemen.
De jaarlijkse bewegingen van koolstof, de koolstofuitwisselingen tussen reservoirs, treden op vanwege verschillende chemische, fysische, geologische en biologische processen. De oceaan bevat de grootste actieve pool van koolstof nabij het aardoppervlak, maar het diepzee-gedeelte van deze plas wisselt niet snel uit met de atmosfeer in afwezigheid van een externe invloed, zoals een ongecontroleerde diepwater oliebron die lekt.
Het wereldwijde koolstofbudget is het saldo van de uitwisselingen (inkomens en verliezen) van koolstof tussen de koolstofreservoirs of tussen één specifieke cyclus van de koolstofcyclus.
Koolstof wordt op verschillende manieren in de atmosfeer vrijgegeven:
ik. Door de ademhaling uitgevoerd door planten en dieren. Dit is een exotherme reactie en het omvat het afbreken van glucose (of andere organische moleculen) in koolstofdioxide en water.
ii. Door het verval van dierlijke en plantaardige materie. Schimmels en bacteriën breken de koolstofverbindingen af in dode dieren en planten en zetten de koolstof om in koolstofdioxide als zuurstof aanwezig is, of methaan als dat niet het geval is.
iii. Door verbranding van organisch materiaal dat de koolstof die het bevat oxideert, produceert koolstofdioxide (en andere dingen, zoals waterdamp). Verbranding van fossiele brandstoffen zoals steenkool, aardolieproducten geeft koolstofdioxide vrij. Bij verbranding van agrobrandstoffen komt ook koolstofdioxide vrij
iv. Vulkaanuitbarstingen en metamorfisme brengen gassen in de atmosfeer. Vulkanische gassen zijn voornamelijk waterdamp, koolstofdioxide en zwaveldioxide.
v. Koolstof wordt binnen de biosfeer overgedragen omdat heterotrofen zich voeden met andere organismen of hun delen (bijv. fruit). Dit omvat de opname van dood organisch materiaal (detritus) door schimmels en bacteriën voor fermentatie of verval.
vi. De meeste koolstof verlaat de biosfeer door ademhaling. Wanneer zuurstof aanwezig is, vindt aerobe ademhaling plaats, die koolstofdioxide afgeeft in de omringende lucht of water, volgend op de reactie C 6 H 12 O + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O. Anders vindt anaerobe ademhaling plaats en komt methaan vrij in de omgeving, die uiteindelijk zijn weg vindt naar de atmosfeer of hydrosfeer (bijvoorbeeld als moerasgas of winderigheid).
Circulatie van koolstofdioxide:
ik. Planten nemen het koolstofdioxide uit de atmosfeer op.
ii. Tijdens het proces van fotosynthese nemen planten de koolstofatomen van kooldioxide op in suikers.
iii. Dieren, zoals het konijn, eten de planten en gebruiken de koolstof om hun eigen weefsels te bouwen, het koolstofgehalte te ketenen
iv. Via de voedselketen wordt koolstof overgedragen naar vossen, leeuwen, enz.
v. De dieren geven koolstofdioxide de lucht in als ze ademen, en als ze doodgaan, omdat de koolstof tijdens ontbinding in de grond wordt teruggevoerd
In Case of Ocean:
In gebieden met opwarming van de oceaan wordt koolstof vrijgegeven in de atmosfeer. Omgekeerd verplaatsen gebieden van de benedengelegen wellen koolstof (CO 2 ) van de atmosfeer naar de oceaan. Wanneer CO 2 de oceaan binnenkomt, neemt het deel aan een reeks reacties die lokaal in evenwicht zijn:
ik. Omzetting van CO 2 (atmosferisch) in CO 2 (opgelost).
ii. Omzetting van CO 2 (opgelost) in koolzuur (H 2 CO 3 ).
iii. Conversie van koolzuur (H 2 CO 3 ) naar bicarbonaat ion.
iv. Conversie van bicarbonaation naar carbonaation.
In de oceanen kan opgelost carbonaat worden gecombineerd met opgelost calcium om vast calciumcarbonaat, CaCO 3, meestal als de omhulsels van microscopische organismen te precipiteren. Wanneer deze organismen afsterven, zinken hun schelpen en verzamelen zich op de bodem van de oceaan. In de loop van de tijd vormen deze carbonaatsedimenten kalksteen, het grootste koolstofreservoir in de koolstofcyclus.
Het opgeloste calcium in de oceanen is afkomstig van de chemische verwering van calciumsilicaatgesteenten, waarbij koolzuur en andere zuren in het grondwater reageren met calciumhoudende mineralen die calciumionen vrijmaken voor oplossing en een residu achterlaten van nieuw gevormde aluminiumrijke kleimineralen en onoplosbare mineralen zoals kwarts.
De flux of absorptie van koolstofdioxide in de oceanen van de wereld wordt beïnvloed door de aanwezigheid van wijdverspreide virussen in oceaanwater die vele soorten bacteriën infecteren. De resulterende bacteriële sterften veroorzaken een opeenvolging van gebeurtenissen die leiden tot een sterk vergrote ademhaling van koolstofdioxide, waardoor de rol van de oceanen als koolstofput wordt verbeterd.
2. stikstofcyclus :
De stikstofcyclus is de verzameling biogeochemische processen waarbij stikstof chemische reacties ondergaat, van vorm verandert en zich door verschilreservoirs op aarde beweegt, inclusief levende organismen.
Stikstof is vereist voor alle organismen om te leven en te groeien omdat het de essentiële component is van DNA, RNA en eiwit. De meeste organismen kunnen echter geen stikstof uit de lucht gebruiken, het grootste reservoir. De vijf processen in de stikstofcyclus
ik. Stikstoffixatie
ii. Stikstof opname
iii. Stikstofmineralisatie
iv. Nitrificatie
v. De-nitrificatie
Mensen beïnvloeden de wereldwijde stikstofkringloop voornamelijk door het gebruik van stikstofhoudende meststoffen.
I. Stikstoffixatie: N 2 -> NH 4 +
Stikstoffixatie is het proces waarbij N2 wordt omgezet in ammonium, essentieel omdat het de enige manier is waarop organismen stikstof rechtstreeks uit de atmosfeer kunnen halen. Bepaalde bacteriën, bijvoorbeeld die van het geslacht Rhizobium, zijn de enige organismen die stikstof door metabolische processen vastzetten.
Stikstof fixerende bacteriën vormen vaak symbiotische relaties met waardplanten. Deze symbiose is bekend in de peulvruchtenfamilie van planten (bijvoorbeeld bonen, erwten en klaver). In deze relatie bewonen stikstofbindende bacteriën wortelwortules van peulvruchten en ontvangen ze koolhydraten en een gunstige omgeving van hun gastheerplant in ruil voor een deel van de stikstof die ze fixeren. Er zijn ook stikstofbindende bacteriën die bestaan zonder plantengastheren, die bekend staan als vrijlevende stikstoffixers. In aquatische milieus is blauwgroene algen (in werkelijkheid een bacterie genaamd cyanobacteriën) een belangrijke vrijlevende stikstof fixeerstof.
II. Stikstof opname: NH 4 + -> Organisch N
De ammoniak geproduceerd door stikstofbindende bacteriën wordt meestal snel opgenomen in eiwitten en andere organische stikstofverbindingen, hetzij door een waardplant, de bacterie zelf, of een ander bodemorganisme.
III. Stikstofmineralisatie: organische N -> NH 4 +
Nadat stikstof is opgenomen in organisch materiaal, wordt het vaak terug omgezet in anorganische stikstof door een proces dat stikstofmineralisatie wordt genoemd, ook wel bekend als bederf. Wanneer organismen afsterven, consumeren ontleders (zoals bacteriën en schimmels) de organische stof en leiden tot het proces van ontbinding.
Tijdens dit proces wordt een significante hoeveelheid van de stikstof in het dode organisme omgezet in ammonium. Eenmaal in de vorm van ammonium is stikstof beschikbaar voor gebruik door planten of voor verdere omzetting in nitraat (NO 3 - ) door het proces dat nitrificatie wordt genoemd.
IV. Nitrificatie: NH 4 + -> NO 3 -
Een deel van het ammonium dat door ontbinding wordt geproduceerd, wordt omgezet in nitraat via een proces dat nitrificatie wordt genoemd. De bacteriën die deze reactie uitvoeren, winnen er energie van. Nitrificatie vereist de aanwezigheid van zuurstof, zodat nitrificatie alleen kan plaatsvinden in zuurstofrijke omgevingen zoals circulerend of stromend water en de grondlagen van bodems en sedimenten. Het proces van nitrificatie heeft enkele belangrijke consequenties.
Ammoniumionen zijn positief geladen en daarom kleven (worden gesorbeerd) aan negatief geladen kleideeltjes en organisch materiaal in de bodem. De positieve lading voorkomt dat ammoniumnevloeistof uit de grond wordt weggespoeld (of uitgeloogd) door regen.
Het negatief geladen nitraation wordt daarentegen niet door bodemdeeltjes vastgehouden en kan dus door het bodemprofiel worden weggespoeld, wat leidt tot verminderde vruchtbaarheid van de bodem en nitraatverrijking van stroomafwaartse oppervlakte- en grondwaterlagen.
V. De-nitrificatie: NO 3 - -> N 2 + N 2 O
Door de-nitrificatie worden geoxideerde vormen van stikstof zoals nitraat en nitriet (NO 2 ) omgezet in di-stikstof (N 2 ) en, in mindere mate, lachgas. De-nitrificatie is een anaëroob proces dat wordt uitgevoerd door denitrificerende bacteriën, die nitraat in stikstof omzetten in de volgende volgorde:
NO 3 - -> NO 2 - -> NO -> N 2 O -> N 2
Stikstofmonoxide en stikstofoxide zijn beide voor het milieu belangrijke gassen. Stikstofmonoxide (NO) draagt bij tot smog en stikstofoxide (N 2 O) is een belangrijk broeikasgas en draagt zo bij aan de wereldwijde klimaatverandering.
3. Zwavelcyclus:
Zwavel is een van de componenten die eiwitten en vitamines vormen. Eiwitten bestaan uit aminozuren die zwavelatomen bevatten. Zwavel is belangrijk voor het functioneren van eiwitten en enzymen in planten en in dieren die voor zwavel afhankelijk zijn van planten.
Het komt de atmosfeer binnen via natuurlijke en menselijke bronnen. Natuurlijke bronnen kunnen bijvoorbeeld vulkaanuitbarstingen, bacteriële processen, verdamping uit water of rottende organismen zijn. Wanneer zwavel de atmosfeer binnenkomt door menselijke activiteit, is dit voornamelijk een gevolg van industriële processen waarbij zwaveldioxide (SO 2 ) en waterstofsulfide (H 2 S) gassen op grote schaal worden uitgestoten.
Wanneer zwaveldioxide de atmosfeer binnenkomt, zal het met zuurstof reageren om zwaveltrioxidegas (SO 3 ) of met andere chemicaliën in de atmosfeer te produceren, om zwavelzouten te produceren. Zwaveldioxide kan ook reageren met water om zwavelzuur te produceren (H2SO4). Zwavelzuur kan ook worden geproduceerd uit demethylsulfide, dat door planktonsoorten in de atmosfeer wordt uitgestoten.
Al deze deeltjes zullen zich terugtrekken op aarde, of reageren met regen en vallen terug op aarde als zure depositie. De deeltjes worden vervolgens opnieuw door planten opgenomen en worden weer in de atmosfeer afgegeven, zodat de zwavelcyclus opnieuw begint.
ik. Fossiele brandstoffen zoals steenkool en petroleum zijn uiterst belangrijke energiebronnen die uitgeput raken.
ii. Op koolwaterstof gebaseerde bronnen creëren vervuilingsniveaus en broeikasgassen. Hun management is gerelateerd aan verbeterde technologie en het vinden van alternatieve energiebronnen, hiermee rekening houdend.
iii. Een over het algemeen voorzichtig en duurzaam gebruik van hulpbronnen, zowel op individueel als collectief niveau, kan een brede dwarsdoorsnede van de samenleving ten goede komen en de toekomstige generaties ontmoeten.
