Những lưu ý ngắn về chu trình carbon, chu trình nitơ và chu trình lưu huỳnh (2158 từ)

Ghi chú ngắn về Chu trình Carbon, Chu trình Nitơ và Chu trình Lưu huỳnh!

Các vật liệu khác nhau bao gồm các chất dinh dưỡng và kim loại khác nhau di chuyển trong hệ sinh thái theo cách tuần hoàn. Các kho dự trữ chính hoặc khoang lưu trữ của các vật liệu được gọi là hồ chứa. Khi hồ chứa chất dinh dưỡng chính có trong khí quyển, nó được gọi là chu trình khí, ví dụ, chu trình nitơ, có hồ chứa ở dạng khí nitơ (N2), chiếm khoảng 78% khí quyển.

Khi hồ chứa nằm trong lớp vỏ hoặc trầm tích của trái đất, nó được gọi là chu trình trầm tích, ví dụ, chu trình phốt pho - có trữ lượng là đá phốt phát. Chu trình lưu huỳnh là một ví dụ về một loại trung gian, có hồ chứa cả trong đất và khí quyển.

Sự di chuyển của các vật liệu từ hồ chứa này sang hồ chứa khác có thể được điều khiển bởi các tác nhân vật lý như gió hoặc năng lượng hấp dẫn. Nó cũng có thể là do năng lượng hóa học, ví dụ, khi cơ thể nước đạt đến độ bão hòa - hồ chứa đầy hóa chất và do đó, không còn có thể giữ nó như vậy.

Sau đó vật liệu thường được kết tủa. Thời gian trung bình mà vật liệu (phân tử của một chất) vẫn còn trong hồ chứa được gọi là thời gian lưu trú của nó.

Các chất dinh dưỡng như carbon, nitơ, lưu huỳnh, oxy, hydro, phốt pho, vv di chuyển theo đường tròn thông qua các thành phần sinh học và phi sinh học và được gọi là chu trình hóa sinh.

Nước cũng di chuyển theo một chu kỳ, được gọi là chu trình thủy văn. Các chất dinh dưỡng để di chuyển qua chuỗi thức ăn và cuối cùng đến được ngăn chứa mảnh vụn (chứa chất hữu cơ chết) nơi các vi sinh vật khác nhau thực hiện phân hủy.

Các chất dinh dưỡng liên kết hữu cơ khác nhau của thực vật và động vật chết được chuyển đổi thành các chất vô cơ bằng cách phân hủy vi sinh vật dễ dàng được sử dụng bởi các nhà máy (nhà sản xuất chính) và chu kỳ bắt đầu lại từ đầu.

1. Chu trình carbon:

Chu trình carbon là chu trình hóa sinh, qua đó carbon được trao đổi giữa sinh quyển, tầng sinh quyển, không gian địa lý, thủy quyển và bầu khí quyển của Trái đất. Đây là một trong những chu kỳ quan trọng nhất của trái đất và cho phép carbon được tái chế và tái sử dụng trong toàn bộ sinh quyển và tất cả các sinh vật của nó.

Chu trình Carbon là một chuỗi các quá trình phức tạp mà qua đó tất cả các nguyên tử carbon tồn tại đều quay. Gỗ bị đốt cháy chỉ vài thập kỷ trước có thể tạo ra carbon dioxide mà qua quá trình quang hợp đã trở thành một phần của cây. Khi bạn ăn cây đó, cùng loại carbon từ gỗ bị cháy có thể trở thành một phần của bạn. Chu trình carbon là nhà tái chế tự nhiên tuyệt vời của các nguyên tử carbon.

Nếu không có sự vận hành đúng đắn của chu trình carbon, mọi khía cạnh của cuộc sống có thể bị thay đổi đáng kể. Thực vật, động vật và đất tương tác với nhau tạo nên các chu kỳ cơ bản của tự nhiên. Trong chu trình carbon, thực vật hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển và sử dụng nó, kết hợp với nước mà chúng lấy từ đất, để tạo ra các chất cần thiết cho sự tăng trưởng. Quá trình quang hợp kết hợp các nguyên tử carbon từ carbon dioxide vào đường.

Động vật, chẳng hạn như thỏ ăn thực vật và sử dụng carbon để xây dựng các mô của riêng chúng. Những động vật khác, như cáo, ăn thịt thỏ và sau đó sử dụng carbon cho nhu cầu của riêng chúng. Những động vật này trả lại carbon dioxide vào không khí khi chúng thở và khi chúng chết, vì carbon được đưa trở lại đất trong quá trình phân hủy. Các nguyên tử carbon trong đất sau đó có thể được sử dụng trong một nhà máy mới hoặc các vi sinh vật nhỏ. Các bể chứa carbon chính sau đây được kết nối với nhau bằng con đường trao đổi:

tôi. Khí quyển.

ii. Sinh quyển trên cạn, thường được xác định bao gồm các hệ thống nước ngọt và vật liệu hữu cơ không sống, như carbon đất.

iii. Các đại dương, bao gồm carbon vô cơ hòa tan và biota biển sống và không sống.

iv. Các trầm tích bao gồm cả nhiên liệu hóa thạch

v. Nội địa của Trái đất, carbon từ lớp vỏ và lớp vỏ của Trái đất được thải ra khí quyển và thủy quyển bởi các núi lửa và hệ thống địa nhiệt.

Sự chuyển động hàng năm của carbon, sự trao đổi carbon giữa các hồ chứa, xảy ra do các quá trình hóa học, vật lý, địa chất và sinh học khác nhau. Đại dương chứa bể chứa carbon hoạt động lớn nhất gần bề mặt Trái đất, nhưng phần đại dương sâu của hồ này không nhanh chóng trao đổi với khí quyển trong trường hợp không có ảnh hưởng bên ngoài, như rò rỉ giếng nước sâu không kiểm soát được.

Ngân sách carbon toàn cầu là sự cân bằng của các trao đổi (thu nhập và tổn thất) của carbon giữa các bể chứa carbon hoặc giữa một vòng cụ thể trong chu trình carbon.

Carbon được thải vào khí quyển theo nhiều cách:

tôi. Thông qua hô hấp được thực hiện bởi thực vật và động vật. Đây là một phản ứng tỏa nhiệt và nó liên quan đến việc phân hủy glucose (hoặc các phân tử hữu cơ khác) thành carbon dioxide và nước.

ii. Thông qua sự phân rã của động vật và thực vật. Nấm và vi khuẩn phá vỡ các hợp chất carbon trong động vật và thực vật chết và chuyển đổi carbon thành carbon dioxide nếu có oxy, hoặc metan nếu không.

iii. Thông qua quá trình đốt cháy vật liệu hữu cơ oxy hóa carbon mà nó chứa, tạo ra carbon dioxide (và những thứ khác, như hơi nước). Đốt cháy nhiên liệu hóa thạch như than đá, các sản phẩm dầu mỏ giải phóng carbon dioxide. Đốt cháy nhiên liệu nông nghiệp cũng giải phóng carbon dioxide

iv. Các vụ phun trào núi lửa và biến chất giải phóng khí vào khí quyển. Khí núi lửa chủ yếu là hơi nước, carbon dioxide và sulfur dioxide.

v. Carbon được chuyển trong sinh quyển dưới dạng dị dưỡng ăn các sinh vật khác hoặc các bộ phận của chúng (ví dụ, trái cây). Điều này bao gồm sự hấp thu của vật liệu hữu cơ chết (mảnh vụn) của nấm và vi khuẩn cho quá trình lên men hoặc phân hủy.

vi. Hầu hết carbon rời khỏi sinh quyển thông qua hô hấp. Khi có oxy, hô hấp hiếu khí xảy ra, giải phóng carbon dioxide vào không khí hoặc nước xung quanh, theo phản ứng C ₆ H ₁₂ O ₆ + 60 ₂ -> 6CO ₂ + 6H ₂ O. Nếu không, xảy ra hô hấp kị khí và giải phóng khí metan vào môi trường xung quanh, cuối cùng đi vào bầu khí quyển hoặc thủy quyển (ví dụ, như khí đầm lầy hoặc đầy hơi).

Lưu thông carbon dioxide:

tôi. Thực vật hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển.

ii. Trong quá trình quang hợp, thực vật kết hợp các nguyên tử carbon từ carbon dioxide vào đường.

iii. Động vật, chẳng hạn như thỏ ăn thực vật và sử dụng carbon để xây dựng mô của chúng, xâu chuỗi hàm lượng carbon

iv. Thông qua chuỗi thức ăn, carbon được chuyển thành cáo, sư tử, v.v.

v. Các động vật trả lại carbon dioxide vào không khí khi chúng thở và khi chúng chết, vì carbon được đưa trở lại đất trong quá trình phân hủy

Trong trường hợp của đại dương:

Trong các khu vực của sự nổi dậy của đại dương, carbon được thải vào khí quyển. Ngược lại, các khu vực giảm lượng carbon chuyển tốt (CO ₂ ) từ khí quyển ra đại dương. Khi CO ₂ đi vào đại dương, nó tham gia vào một loạt các phản ứng ở trạng thái cân bằng cục bộ:

tôi. Chuyển đổi CO ₂ (khí quyển) thành CO ₂ (hòa tan).

ii. Chuyển đổi CO ₂ (hòa tan) thành axit carbonic (H ₂ CO ₃ ).

iii. Chuyển đổi axit cacbonic (H ₂ CO ₃ ) thành ion bicarbonate.

iv. Chuyển đổi ion bicarbonate thành ion cacbonat.

Trong các đại dương, cacbonat hòa tan có thể kết hợp với canxi hòa tan để kết tủa canxi cacbonat rắn, CaCO ₃, chủ yếu là vỏ của các sinh vật cực nhỏ. Khi những sinh vật này chết, vỏ của chúng chìm xuống và tích tụ dưới đáy đại dương. Theo thời gian các trầm tích carbonate này tạo thành đá vôi, là nơi chứa carbon lớn nhất trong chu trình carbon.

Canxi hòa tan trong đại dương xuất phát từ sự phong hóa hóa học của đá silicat canxi, trong đó cacbonic và các axit khác trong nước ngầm phản ứng với các khoáng chất chứa canxi giải phóng các ion canxi vào dung dịch và để lại dư lượng khoáng sét giàu nhôm mới hình thành và khoáng chất không hòa tan như thạch anh.

Dòng chảy hoặc sự hấp thụ carbon dioxide vào các đại dương trên thế giới bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của virus lan rộng trong nước đại dương lây nhiễm nhiều loài vi khuẩn. Các trường hợp tử vong do vi khuẩn sinh ra một chuỗi các sự kiện dẫn đến hô hấp carbon dioxide mở rộng đáng kể, tăng cường vai trò của các đại dương như một bể chứa carbon.

2. Chu trình nitơ :

Chu trình nitơ là tập hợp các quá trình hóa sinh, qua đó nitơ trải qua các phản ứng hóa học, thay đổi hình thức và di chuyển qua các hồ chứa khác nhau trên trái đất, bao gồm cả các sinh vật sống.

Nitơ cần thiết cho tất cả các sinh vật sống và phát triển vì nó là thành phần thiết yếu của DNA, RNA và protein. Tuy nhiên, hầu hết các sinh vật không thể sử dụng nitơ trong khí quyển, hồ chứa lớn nhất. Năm quá trình trong chu trình nitơ

tôi. Cố định đạm

ii. Hấp thụ nitơ

iii. Khoáng hóa nitơ

iv. Nitrat hóa

v. Khử nitrat hóa

Con người ảnh hưởng đến chu trình nitơ toàn cầu chủ yếu thông qua việc sử dụng phân bón dựa trên nitơ.

I. Cố định đạm: N ₂ -> NH ₄ ⁺

Cố định đạm là quá trình trong đó N ₂ được chuyển đổi thành amoni, rất cần thiết vì đó là cách duy nhất mà sinh vật có thể thu được nitơ trực tiếp từ khí quyển. Một số vi khuẩn, ví dụ như những vi khuẩn thuộc chi Rhizobium, là những sinh vật duy nhất cố định nitơ thông qua các quá trình trao đổi chất.

Vi khuẩn cố định đạm thường hình thành mối quan hệ cộng sinh với cây chủ. Sự cộng sinh này nổi tiếng xảy ra trong họ thực vật họ đậu (ví dụ như đậu, đậu Hà Lan và cỏ ba lá). Trong mối quan hệ này, vi khuẩn cố định đạm cư trú trong các nốt sần của cây họ đậu và nhận carbohydrate và môi trường thuận lợi từ cây chủ của chúng để đổi lấy một phần nitơ mà chúng cố định. Ngoài ra còn có vi khuẩn cố định đạm tồn tại mà không có cây chủ, được gọi là chất cố định nitơ sống tự do. Trong môi trường nước, tảo xanh lam (thực sự là một loại vi khuẩn gọi là vi khuẩn lam) là một chất cố định nitơ sống tự do quan trọng.

II. Hấp thụ nitơ: NH ₄ ⁺ -> N hữu cơ

Amoniac được sản xuất bởi vi khuẩn cố định đạm thường được tích hợp nhanh chóng vào protein và các hợp chất nitơ hữu cơ khác, hoặc bởi một cây chủ, chính vi khuẩn hoặc một sinh vật đất khác.

III. Khoáng hóa nitơ: N hữu cơ -> NH ₄ ⁺

Sau khi nitơ được kết hợp vào chất hữu cơ, nó thường được chuyển đổi trở lại thành nitơ vô cơ bằng một quá trình gọi là khoáng hóa nitơ, còn được gọi là phân rã. Khi sinh vật chết, chất phân hủy (như vi khuẩn và nấm) tiêu thụ chất hữu cơ và dẫn đến quá trình phân hủy.

Trong quá trình này, một lượng đáng kể nitơ có trong sinh vật chết được chuyển đổi thành amoni. Khi ở dạng amoni, nitơ có sẵn cho thực vật sử dụng hoặc chuyển hóa thành nitrat (NO ₃ ^- ) thông qua quá trình gọi là quá trình nitrat hóa.

IV. Nitrat hóa: NH ₄ ⁺ -> SỐ ₃ ^-

Một số amoni được tạo ra bởi quá trình phân hủy được chuyển đổi thành nitrat thông qua một quá trình gọi là quá trình nitrat hóa. Các vi khuẩn thực hiện phản ứng này thu được năng lượng từ nó. Quá trình nitrat hóa đòi hỏi sự có mặt của oxy, vì vậy quá trình nitrat hóa chỉ có thể xảy ra trong môi trường giàu oxy như nước tuần hoàn hoặc chảy và các lớp đất và trầm tích bề mặt. Quá trình nitrat hóa có một số hậu quả quan trọng.

Các ion amoni được tích điện dương và do đó dính (được hấp thụ) vào các hạt đất sét tích điện âm và chất hữu cơ của đất. Điện tích dương ngăn không cho nitơ amoni bị cuốn trôi khỏi đất (hoặc bị rò rỉ) bởi lượng mưa.

Ngược lại, ion nitrat tích điện âm không bị giữ bởi các hạt đất và do đó có thể bị rửa trôi trong hồ sơ đất, dẫn đến giảm độ phì của đất và làm giàu nitrat của bề mặt hạ lưu và nước ngầm.

V. Khử nitrat hóa: SỐ ₃ ^- -> N ₂ + N ₂ O

Thông qua quá trình khử nitrat, các dạng nitơ bị oxy hóa như nitrat và nitrite (NO ₂ ) được chuyển đổi thành di-nitơ (N ₂ ) và ở mức độ thấp hơn là khí oxit nitơ. Khử nitrat hóa là một quá trình kỵ khí được thực hiện bởi vi khuẩn khử nitrat, chuyển nitrat thành nitơ theo trình tự sau:

SỐ ₃ ^- -> SỐ ₂ ^- -> KHÔNG -> N ₂ O -> N ₂

Oxit nitric và oxit nitơ đều là những khí quan trọng đối với môi trường. Oxit nitric (NO) góp phần vào khói bụi và oxit nitơ (N ₂ O) là một loại khí nhà kính quan trọng, do đó góp phần vào sự thay đổi khí hậu toàn cầu.

3. Chu trình lưu huỳnh:

Lưu huỳnh là một trong những thành phần tạo nên protein và vitamin. Protein bao gồm các axit amin có chứa các nguyên tử lưu huỳnh. Lưu huỳnh rất quan trọng đối với hoạt động của protein và enzyme trong thực vật và ở động vật phụ thuộc vào thực vật để lưu huỳnh.

Nó đi vào bầu khí quyển thông qua cả nguồn tự nhiên và con người. Thu hồi tự nhiên có thể là các vụ phun trào núi lửa, quá trình vi khuẩn, bốc hơi từ nước hoặc các sinh vật phân rã. Khi lưu huỳnh đi vào khí quyển thông qua hoạt động của con người, đây chủ yếu là hậu quả của các quá trình công nghiệp nơi khí lưu huỳnh điôxit (SO ₂ ) và hydro sunfua (H ₂ S) được phát ra trên diện rộng.

Khi sulfur dioxide vào khí quyển, nó sẽ phản ứng với oxy để tạo ra khí lưu huỳnh trioxide (SO ₃ ), hoặc với các hóa chất khác trong khí quyển, để tạo ra muối lưu huỳnh. Sulfur dioxide cũng có thể phản ứng với nước để tạo ra axit sulfuric (H ₂ SO ₄ ). Axit sunfuric cũng có thể được sản xuất từ ​​demethyl-sulphide, được phát ra trong khí quyển bởi các loài sinh vật phù du.

Tất cả các hạt này sẽ lắng xuống trái đất, hoặc phản ứng với mưa và rơi trở lại trái đất dưới dạng lắng đọng axit. Các hạt sau đó sẽ được thực vật hấp thụ trở lại và được giải phóng trở lại vào khí quyển, do đó chu trình lưu huỳnh sẽ bắt đầu lại.

tôi. Nhiên liệu hóa thạch như than đá và dầu mỏ là nguồn năng lượng cực kỳ quan trọng đang cạn kiệt.

ii. Tài nguyên dựa trên nhiên liệu hydrocarbon tạo ra mức độ ô nhiễm và khí nhà kính. Quản lý của họ có liên quan đến công nghệ cải tiến và tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế có tính đến điều này.

iii. Việc sử dụng tài nguyên một cách thận trọng và bền vững cả ở cấp độ cá nhân và tập thể có thể mang lại lợi ích cho một bộ phận lớn của xã hội cũng như đáp ứng các thế hệ tương lai.