Совет 1: Как происходит круговорот углерода в природе

Углерод в основе жизни на Земле. Каждая молекула любого живого организма содержит в своей структуре углерод. В биосфере Земли происходит постоянная миграция углерода из одной части в другую. Круговорот углерода в природе неразрывно связан с круговоротом всех биоорганических веществ.

Круговорот углерода в биосфере


Растения поглощают углерод из атмосферы в процессе фотосинтеза. Зеленые растения планеты в процессе фотосинтеза ежегодно извлекают из атмосферы до 300 млрд т углекислого газа. Животные употребляют растения, после чего выделяют его в виде углекислого газа в процессе дыхания. Отмершие растения и животные подвергаются разложению микроорганизмами. В результате процесса перегнивания углерод окисляется до углекислого газа и попадает в атмосферу.

В мировом океане процесс круговорота углерода является более сложным, поскольку есть зависимость от поступления кислорода в верхние слои воды. В мировом океане круговорот массы углерода почти в 2 раза меньше, чем на суше. На поверхности воды двуокись углерода растворяется и используется фитопланктоном для фотосинтеза. Фитопланктон – начало пищевой цепочки в океане. После поедания фитопланктона животные выделяют углерод в процессе дыхания и передают его вверх по пищевой цепи.

Погибший планктон оседает на дно океана. Благодаря этому процессу ложе мирового океана содержит в себе большие запасы углерода. Холодные течения в океане переносят углерод к поверхности воды. Нагреваясь, вода освобождает растворенный в ней углерод. В виде углекислого газа углерод попадает в атмосферу.

В природе, между литосферой и гидросферой, также происходит постоянная миграция углерода. Наибольший выброс этого элемента происходит в форме карбонатных и органических соединений с суши в океан. Из мирового океана на поверхность Земли углерод поступает в меньших количествах в форме углекислого газа.
Углекислый газ атмосферы и гидросферы обменивается и обновляется живыми организмами за 395 лет.

Изъятие углерода из круговорота


Часть углерода извлекается из круговорота путем образования органических и неорганических соединений. К органическим соединениям относят гумус, торф и ископаемое топливо.
К ископаемому топливу относится нефть, природный газ, каменный уголь.


К неорганическим соединениям относится карбонат кальция. Образование залежей карбоната кальция приводит к уменьшению запаса углерода, доступного для фотосинтезирующих организмов. Но в конечном итоге часть этого углерода возвращается благодаря выветриванию горных пород и жизнедеятельности микроорганизмов.

Влияние углеродного цикла на климат


Углекислый газ обладает парниковыми свойствами и может оказывать долговременное влияние на климат планеты. За последнее столетие содержание в атмосфере углекислого газа изменилось с 0,27 до 0,33%. Повышение концентрации углерода в атмосфере связывают со многими причинами. Наиболее сильное влияние на повышение концентрации углекислого газа в атмосфере оказали интенсивная вырубка лесов и сжигание ископаемого топлива.

Совет 2: С какими элементами взаимодействует углерод

Углерод - это химический элемент, находящийся в 4 группе периодической системы. Существуют две наиболее изученные аллотропные модификации углерода - графит и алмаз. Последний широко используется в промышленности и ювелирном деле.

Углерод в природе



Свободный углерод встречается в природе только в виде алмаза или графита (изотопы с атомной массой 12 или 13). В атмосфере ученые обнаружили изотоп с атомной массой, равной 14. Он образуется в результате взаимодействия углерода с первичным космическим излучением. Круговорот углерода в природе происходит с помощью углекислого газа, который образуется при сгорании топлива (включая ископаемое), работе гейзеров, а также в процессе жизнедеятельности животных и растений.

Химические свойства углерода



В свободном состоянии углерод встречается гораздо реже чем в виде различных соединений. Все дело в том, что он способен образовывать прочную ковалентную связь со многими химическими элементами. Это объясняет такое большое разнообразие углеводородов.

Углерод способен взаимодействовать с большинством химических элементов только при достаточно высокой температуре. При низкой температуре реакция возможна только с сильнейшими окислителями, к которым относится фтор.

Фтор - это единственный галоген, с которым может взаимодействовать углерод. Это объясняется его низкой реакционной способностью с подобными веществами. В результате такого взаимодействия получается фторид углерода.

При горении углерода могут получаться два типа его оксидов: четырехвалентный (углекислый газ) и двухвалентный. Это зависит от количества молей углерода. Двухвалентный оксид углерода имеет другое название - угарный газ. Он ядовит и в больших количествах способен убить человека.

При очень высокой температуре углерод способен взаимодействовать с водяными парами. В итоге получается углекислый газ (четырехвалентный оксид) и водород.

Углерод обладает восстановительными свойствами. Кокс (одна из его аллотропных модификаций) применяется в металлургии для получения металлов из их оксидов. Так получают, например, цинк. На выходе такой реакции образуется чистый цинк и углекислый газ. Углерод способен нейтрализовать серную и азотную кислоту при достаточно высокой температуре.

Применение углерода



Графитовые стержни применяют для управления цепной ядерной реакции, так как они способны хорошо поглощать нейтроны. Алмазы используют для резки и шлифовки различных изделий, а также в ювелирном деле. Активированный уголь может поглощать вредные вещества. Он нашел применение в медицине и военном деле (производство противогазов).
Источники:
  • Углерод на химик.ру
  • Углерод
  • Химия элементов. Углерод

Совет 3: Как происходит круговорот азота в природе

Круговорот химического элемента в биосфере называется биогеохимическим циклом. Решающую роль в круговороте азота в природе играют живые организмы. Какие превращения претерпевает этот биогенный элемент в своей циркуляции?

Азот в атмосфере



С химической точки зрения азот – типичный неметалл. При обычных условиях атмосферный азот – это газ без цвета и запаха, состоящий из двухатомных молекул N2. В природе азот представлен двумя стабильными изотопами: азотом с атомной массой 14 (99,6%) и азотом с атомной массой 15 (0,4%).
В составе атмосферного воздуха азот является основным газовым компонентом и занимает 78% объема.


Азот как биогенный элемент



Биогенными («дающими жизнь») называют элементы, необходимые для жизни. Химическую основу тканей живых организмов составляют 9 макротрофных веществ: углерод, водород, азот, кислород, калий, кальций, фосфор, магний и сера. Азот входит в состав растений и животных в форме белков, поэтому его круговорот в природе очень важен для поддержания жизни на Земле.

Связывание атмосферного азота



Связыванием, или фиксацией азота, называется процесс его превращения в форму, усвояемую растениями и животными. Он может происходить двумя путями: под действием электрических разрядов или при помощи бактерий. Во время грозовых разрядов часть атмосферного азота и кислорода соединяется с образованием оксидов азота:

N2 + O2 = 2NO – Q,
2NO + O2 = 2NO2.

Эти оксиды растворяются в воде и образуют разбавленную азотную кислоту:

2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3 (на холоде),
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO (при нагревании).

Азотная кислота уже, в свою очередь, образует нитраты в почве, которые могут появляться там также из присутствующих в почве аммонийных соединений (фекалии животных, органика мертвых тел) под действием особых бактерий.
Нитраты могут дополнительно вноситься в почву человеком в виде удобрений.


Растения усваивают нитраты из почвы через свою корневую систему и используют их для синтеза белков. Животные употребляют растения и продуцируют собственные белки. После смерти растений и животных их белки разлагаются, образуя аммоний и его соединения. В конце концов эти соединения под воздействием гнилостных бактерий превращаются в нитраты, остающиеся в почве, и атмосферный азот.

Кроме молний во время грозы, есть и другой путь фиксации атмосферного азота и превращения его в почвенные нитраты – деятельность азотфиксирующих бактерий. Среди них выделяют свободноживущих в почве нитрификаторов и клубеньковых бактерий, обитающих на корнях бобовых растений (по этой причине выращивание бобов на участке способствует повышению плодородия почвы). Под действием этих микроорганизмов атмосферный азот непосредственно превращается в нитраты и становится доступным для усвоения растениями.
Видео по теме
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500