мини|десно|500px|Ovaj dijagram brzog ugljenično ciklusa pokazuje kretanje ugljenika između zemljišta, atmosfere i okeana u milijardama tona godišnje. Žuti brojevi su prirodni fluksovi, crveni su ljudski doprinosi, beli pokazuju skladišteni ugljenik. Treba imati na umu da ovaj dijagram ne obuhvata vulkanske i tektonske aktivnosti, koja takođe sekvestriraju i oslobađaju ugljenik.

Ugljenični ciklus je biogeohemijski ciklus, u kojem se ugljenik razmenjuje između biosfere, pedosfere, geosfere, hidrosfere i atmosfere na Zemlji. To je jedan od najvažnijih ciklusa na Zemlji i omogućave da ugljenik ponovno iskoriste novi organizmi.

Ugljenični ciklus su otkrili Antoan Lavoazje i Džozef Pristli, a kasnije je ideju razvio Hamfri Dejvi.

Glavne komponente мини|лево|250px|Šume sadrže 86% ugljenika iznad tla i 73% ugljenika u tlu, na Zemlji. мини|лево|250px|Fosilna goriva kao što su nafta, ugalj i prirodni plin, oslobađaju ugljenik u obliku ugljen dioksida, koji je bio milionima godina fiksiran u geosferi.

+ Ugljenik u glavnim rezervoarima na Zemlji. Rezervoar Količina (gigatona) Atmosfera 720 Okeani (ukupno) 38.400 Ukupno neorganki 37.400 Ukupno organski 1.000 Površinski sloj 670 Duboki slojg 36.730 Litosfera Sedimentarni karbonati > 60.000.000 Kerogeni 15.000.000 Kopnena biosfera (ukupno) 2.000 Živa biomasa 600 - 1.000 Mrtva biomasa 1.200 Akvatična biosfera 1 - 2 Gosilna goriva (ukupno) 4.130 Ugalj 3.510 Nafta 230 Gas 140 Drugo (treset) 250

Ugljenikov ciklus obuhvata sledeće glavne spremnike ugljenika: Zemljina atmosfera Zemljina biosfera, koja obično obuhvata sisteme slatke vode i nežive organske materijale, kao što je ugljenik u tlu. Okeani, uključujući rastvoreni neorganski ugljenik, te sve žive i nežive morske organizme Sedimenti, uključujući fosilna goriva Zemljina unutrašnjost, a to se odnosi na ugljenik koji se nalazi u Zemljinoj kori i plaštu, a ispušta se u atmosferu i hidrosferu preko vulkana i geotermalnih izvora Godišnje kretanje ugljenika ili razmena između spremnika, se javlja zbog različitih hemijskih, geoloških i bioloških procesa. Okean sadrži najveći spremnik ugljenika, ali delovi u dubokim okeanima se ne razmenjuju tako brzo s atmosferom.

Proračun svetskog ugljenika je ravnoteža razmena (ulaza i izlaza) ugljenika između raznih spremnika. Taj proračun ukazuje na to da li neki spremnik služi kao izvor, ili kao mesto taloženja ugljenika.

Ugljenik u Zemljinoj atmosferi мини|лево|250px|Okeani su najveći spremnik ugljenika

U Zemljinoj atmosferi ugljenik prvenstveno postoji kao gas ugljen dioksid (-{CO}-2). Iako je prisutan u samo malom udelu (oko 0,039%), igra vrlo važnu ulogu u održanju života. Ostali gasovi koji sadrže ugljenik su metan i hlorofluorougljenici (-{CFC}- ili freoni – samo zbog ljudskog uticaja). Stabla, trave i ostale zelene biljke, pretvaraju ugljen dioksid u ugljene hidrate, procesom koji se naziva fotosinteza, oslobađajući kiseonik u vazduh. Taj proces je prilično zastupljen kod novih šuma, gde stabla još uvek rastu. Kod belogoričnih šuma je taj proces najjači u proleće, kad se stvara lišće. To je dobro vidljivo na Kilingovoj krivoj merenja koncentracije ugljen dioksida. Prevladava najviše na severnoj hemisferi u proleće, jer južna hemisfera nema toliko kopna u umerenom pojasu. Šume sadrže 86% ugljenika iznad tla i 73% ugljenika u tlu, na Zemlji.Sedjo, Roger.1993. "The Carbon Cycle and Global Forest Ecosystem, Water, Air, and Soil Pollution", ) Površina okeana prema polovima ima sve više ugljenika, jer što je morska voda hladnija, to može da rastvori više ugljen dioksida iz vazduha, pretvarajući je u ugljenu kiselinu (-{H2CO3}-). Značajnu ulogu igra termohalinska pokretna traka, koja prebacuje gušću površinku vodu u unutrašnjost okeana. U gornjim područjima okeana, postoji velika biološka produktivnost, organizmi pretvaraju ugljenik u tkiva ili karbonate za tvrde zaštitne oklope, kao što su školjke ili puževi. Uglavnom se ugljenik taloži. Razgradnja ugljeno-silikatnih stena. Ugljena kiselina reaguje s razgrađenim stenama i stvara bikarbonatne jone, koje koriste morski organizmi za stvaranje zaštitnog tvrdog sloja. Ovaj ugljenik se ne vraća ponovno u atmosferu. Godine 1958. je izmereno u opservatoriji Mauna Loa, na Havajima, da ima 0,032% ugljen dioksida, dok je 2010. izmereno 0,0385% ugljen dioksida u atmosferi. Trends in Carbon Dioxide — NOAA Earth System Research Laboratory

Metan proizvodi veći efekat staklene bašte po zapremini u poređenju sa ugljen-dioksidom, ali postoji u znatno nižim koncentracijama i kratkotrajniji је od ugljen-dioksida, čineći ugljen-dioksid važnijim gasom staklene bašte.

Ugljenik se oslobađa u atmosferu na nekoliko načina: preko disanja, koje vrše biljke i životinje. To je egzotermna reakcija, koja oslobađa energiju u obliku toplote, a time je obuhvaćeno razlaganje molekula ugljenih hidrata na ugljen dioksid i vodu. preko raspadanja životinja i biljaka. Gljive i bakterije razlažu ugljenikova jedinjenja kod mrtvih životinja i biljaka, pretvarajući ugljenik u ugljen dioksid ili metan. preko izgaranja organskih materija, koje oksidiraju ugljenik u ugljen dioksid. Fosilna goriva kao što su nafta, ugalj i prirodni gas, oslobađaju ugljenik u obliku ugljen dioksida, koji je bio milionima godina odložen u geosferi. Izgaranje biogoriva isto oslobađa ugljen dioksid, koji je bio odložen samo par godina. preko proizvodnje cementa. Ugljen dioksid se oslobađa kada se zagreva krečnjak (-{CaCO}-3), da bi se dobio kreč (-{CaO}-), kao sastojak cementa. u delovima okeana koji su topliji, rastvoreni ugljen dioksid se vraća u atmosferu vulkanske erupcije i rekristalizacija stena, oslobađaju gasove u atmosferu. Vulkanski gasovi su pre svega vodena para, ugljen dioksid i sumpor dioksid.

Ugljenik u biosferi

Ugljenik je osnovni sastojak života na Zemlji. Oko polovine suve težine (bez vode) živih organizama je ugljenik. On igra važnu ulogu u izgradnji ćelijske opne, u biohemiji i ishrani svih živih ćelija. Živi organizmi sadrže oko 575 x 1012 kg ugljenika,Storing Carbon in Soil: Why and How? od čega najviše imaju stabla. Zemlja ima oko 1.500 x 1012 kg ugljenika, uglavnom u obliku organskog ugljenika."Sequestration of atmospheric CO2 in global carbon pools" Lal Rattan, journal = Energy and Environmental Science, 2008. Autotrofi su organizmi koji stvaraju svoju organsku građu, koristeći ugljen dioksid iz vazduha ili iz vode u kojoj žive. Za to koriste spoljašnju energiju, a to je uglavnom sunčeva energija, koja omogućuje fotosintezu. Vrlo mali broj autotrofa koristi hemijsku energiju u procesu hemosinteze. Najvažniji autotrofi su fitoplanktoni u morima i okeanima, te stabla na kopnu. Fotosinteza sledi hemijsku reakciju: -{6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2}- Ugljenik se prenosi iz biosfere heterotrofijom, a to je hranjenje na tuđim organizmima ili delu organizma. To uključuje gljive ili bakterije koje koriste mrtvi materijal, procesom vrenja ili raspadanjem. Većina ugljenika napušta biosferu preko ćelijskog disanja, koje oslobađa ugljen dioksid, hemijskom reakcijom -{C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O}-. Drugi oblik je vanćelijsko disanje, kojim se oslobada metan u okolinu, atmosferu ili hidrosferu (močvarni gas). Izgaranje biomasa (šumski požari, drvo za gorenje) isto oslobađa znatnu količinu ugljen dioksida u atmosferu. Ugljenik može kružiti kroz biosferu kao mrtva materija (kao treset), koja ostaje u geosferi. Egzoskelet ili kalcijum karbonat iz ljuštura životinja, može postati krečnjak kroz proces sedimentacije. Ugljenik kruži i u dubokom okeanu, gde se određene vrste ljuskara, koje isto stvaraju tvrdu zaštitu, talože na dnu okeana.

Ugljenik u hidrosferi

Okeani sadrže oko 36.000 x 1012 kg ugljenika, uglavnom u obliku bikarbonatnih jona. Ekstremne oluje, kao što su uragani i tajfuni, talože velike količine ugljenika, budući da ispiraju velike količine sedimenata. Jedna studija u Tajvanu je utvrdila da je jedan tajfun isprao više ugljenika u okean, nego kiše koje padaju cele godine. Ti bikarbonatni joni su vrlo važni za uspostavljanje pH vrednosti u okeanima.

Ugljenik se stalno razmenjuje između okeana i atmosfere. U području uzlaznih struja, ugljenik se oslobađa u atmosferu. Suprotno, padaline prenose ugljen dioksid u okeane. Kada se ugljen dioksid rastvori u okeanu, tome sledi čitav niz hemijskih reakcija, koje su u ravnoteži u određenom delu:

Rastvaranje: -{CO2(atmosferski) ⇌ CO2(otopljen)}-

Pretvaranje u ugljeniču kiselinu: -{CO2(rastvoren) + H2O ⇌ H2CO3}-

Prva jonizacija: -{H2CO3 ⇌ H+ + HCO3−}- (bikarbonatni jon)

Druga jonizacija: -{HCO3− ⇌ H+ + CO3−−}- (karbonatni jon)

Ravnoteža tih procesa se ispituje merenjima, koja su pokazala da je količina rastvorenog ugljenika u okeanima oko 10% količine ugljenika u atmosferi. Ako se količina ugljen dioksida poveća za 10% u atmosferi, količina rastvorenog ugljenika u okeanima se poveća za 1%.

U okeanima, rastvoreni karbonati uglavnom reaguju s kalcijumom, stvarajući nerastvorni kalcijum karbonat ili krečnjak (-{CaCO}-3), uglavnom kao zaštitne kućice za mikroskopske organizme. Nakon što ti organizmi uginu, krečnjak se taloži na dnu, što prestavlja najveći spremnik u ugljenikovom ciklusu.

Reference

Literatura

The Carbon Cycle, updated primer by NASA Earth Observatory, 2011 – article about the missing carbon sink

Spoljašnje veze

Carbon Cycle Science Program – an interagency partnership. NOAA's Carbon Cycle Greenhouse Gases Group Global Carbon Project – initiative of the Earth System Science Partnership

Carbon and Climate, an educational website with a carbon cycle applet for modeling your own projection.

Категорија:Биогеохемијски циклус Категорија:Фотосинтеза Категорија:Хемија земљишта Категорија:Угљеник Категорија:Биогеографија Категорија:Биологија земљишта