Kurze Hinweise zu Kohlenstoffkreislauf, Stickstoffkreislauf und Schwefelkreislauf (2158 Wörter)

Kurze Hinweise zu Kohlenstoffkreislauf, Stickstoffkreislauf und Schwefelkreislauf!

Verschiedene Materialien, einschließlich verschiedener Nährstoffe und Metalle, bewegen sich zyklisch im Ökosystem. Die wichtigsten Reserven oder Ablagefächer der Materialien werden als Reservoirs bezeichnet. Wenn sich das Hauptreservoir eines Nährstoffs in der Atmosphäre befindet, ist es als gasförmiger Kreislauf bekannt, z. B. als Stickstoffkreislauf, dessen Reservoir in Form von Stickstoffgas (N2) etwa 78% der Atmosphäre ausmacht.

Wenn sich das Reservoir in der Erdkruste oder in Sedimenten befindet, ist es als Sedimentationszyklus bekannt, z. B. Phosphorkreislauf, der als Phosphatgestein reserviert ist. Der Schwefelkreislauf ist ein Beispiel für einen Zwischentyp, der sowohl im Boden als auch in der Atmosphäre ein Reservoir hat.

Die Bewegung der Materialien von einem Reservoir zu einem anderen kann durch physikalische Einwirkungen wie Wind- oder Gravitationsenergie angetrieben werden. Dies kann auch auf chemische Energie zurückzuführen sein, z. B. wenn der Wasserkörper die Sättigung erreicht - das Reservoir ist chemisch voll und kann es daher nicht mehr als solches halten.

Dann fällt das Material normalerweise aus. Die durchschnittliche Zeit, während der ein Material (Molekül einer Substanz) in einem Reservoir verbleibt, wird als Verweilzeit bezeichnet.

Nährstoffe wie Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel, Sauerstoff, Wasserstoff, Phosphor usw. bewegen sich auf kreisförmigen Wegen durch biotische und abiotische Komponenten und werden als biogeochemische Zyklen bezeichnet.

Wasser bewegt sich auch in einem Kreislauf, der als Wasserkreislauf bezeichnet wird. Die Nährstoffe bewegen sich durch die Nahrungskette und gelangen schließlich in den Detrituskompartiment (das tote organische Substanzen enthält), wo verschiedene Mikroorganismen den Abbau bewirken.

Verschiedene organisch gebundene Nährstoffe von abgestorbenen Pflanzen und Tieren werden durch mikrobiellen Abbau in anorganische Substanzen umgewandelt, die von Pflanzen (Primärproduzenten) leicht verwertet werden können, und der Zyklus beginnt von neuem.

1. Kohlenstoffkreislauf:

Der Kohlenstoffkreislauf ist der biogeochemische Kreislauf, durch den Kohlenstoff zwischen der Biosphäre, der Pedosphäre, der Geosphäre, der Hydrosphäre und der Atmosphäre der Erde ausgetauscht wird. Es ist einer der wichtigsten Kreisläufe der Erde und ermöglicht, dass Kohlenstoff in der gesamten Biosphäre und allen ihren Organismen recycelt und wiederverwendet werden kann.

Der Kohlenstoffzyklus ist eine komplexe Reihe von Prozessen, durch die sich alle vorhandenen Kohlenstoffatome drehen. Das vor wenigen Jahrzehnten gebrannte Holz hätte Kohlendioxid produzieren können, das durch Photosynthese Teil einer Pflanze wurde. Wenn Sie diese Pflanze essen, kann derselbe Kohlenstoff aus dem verbrannten Holz zu einem Teil von Ihnen werden. Der Kohlenstoffkreislauf ist der große natürliche Recycler von Kohlenstoffatomen.

Ohne das ordnungsgemäße Funktionieren des Kohlenstoffkreislaufs könnte sich jeder Lebensbereich dramatisch verändern. Pflanzen, Tiere und Boden bilden zusammen die grundlegenden Zyklen der Natur. Im Kohlenstoffkreislauf nehmen Pflanzen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und verwenden es, zusammen mit Wasser, das sie aus dem Boden gewinnen, um die Substanzen zu bilden, die sie für das Wachstum benötigen. Bei der Photosynthese werden die Kohlenstoffatome aus Kohlendioxid in Zucker eingearbeitet.

Tiere wie das Kaninchen fressen die Pflanzen und bauen mit dem Kohlenstoff ihr eigenes Gewebe auf. Andere Tiere wie der Fuchs fressen das Kaninchen und verwenden den Kohlenstoff für ihre eigenen Bedürfnisse. Diese Tiere geben Kohlendioxid in die Luft zurück, wenn sie atmen und sterben, da der Kohlenstoff während des Abbaus wieder in den Boden gelangt. Die Kohlenstoffatome im Boden können dann in einer neuen Pflanze oder in kleinen Mikroorganismen verwendet werden. Die folgenden großen Kohlenstoffspeicher sind durch Austauschwege miteinander verbunden:

ich. Atmosphäre.

ii. Die terrestrische Biosphäre, die üblicherweise als Süßwassersysteme und nicht lebendes organisches Material wie Bodenkohlenstoff definiert wird.

iii. Die Ozeane, darunter gelöster anorganischer Kohlenstoff und lebende und nicht lebende Meeresbiota.

iv. Die Sedimente einschließlich fossiler Brennstoffe

v. Das Erdinnere, Kohlenstoff aus Erdmantel und Erdkruste wird durch Vulkane und Geothermiesysteme in die Atmosphäre und Hydrosphäre abgegeben.

Die jährlichen Kohlenstoffbewegungen, der Kohlenstoffaustausch zwischen den Stauseen, sind auf verschiedene chemische, physikalische, geologische und biologische Prozesse zurückzuführen. Das Meer enthält den größten aktiven Pool an Kohlenstoff in der Nähe der Erdoberfläche, aber der tiefe Ozeanteil dieses Pools tauscht sich nicht schnell mit der Atmosphäre aus, wenn keine äußeren Einflüsse, wie beispielsweise ein unkontrolliertes Auslaufen von Öl aus einem tiefen Wasser, auftreten.

Das globale Kohlenstoffbudget ist das Gleichgewicht des Austauschs (Einnahmen und Verluste) von Kohlenstoff zwischen den Kohlenstoffreservoirs oder zwischen einer bestimmten Schleife des Kohlenstoffkreislaufs.

Kohlenstoff wird auf verschiedene Weise in die Atmosphäre freigesetzt:

ich. Durch die Atmung von Pflanzen und Tieren. Dies ist eine exotherme Reaktion, bei der Glukose (oder andere organische Moleküle) in Kohlendioxid und Wasser zerlegt werden.

ii. Durch den Zerfall von Tier- und Pflanzenmaterial. Pilze und Bakterien bauen die Kohlenstoffverbindungen in toten Tieren und Pflanzen ab und wandeln Kohlenstoff in Kohlendioxid um, wenn Sauerstoff vorhanden ist, oder Methan, wenn dies nicht der Fall ist.

iii. Durch Verbrennung von organischem Material, das den darin enthaltenen Kohlenstoff oxidiert, entsteht Kohlendioxid (und andere Dinge wie Wasserdampf). Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle und Erdölprodukte wird Kohlendioxid freigesetzt. Beim Verbrennen von Agrokraftstoffen wird auch Kohlendioxid freigesetzt

iv. Vulkanausbrüche und Metamorphismen setzen Gase in die Atmosphäre frei. Vulkanische Gase sind hauptsächlich Wasserdampf, Kohlendioxid und Schwefeldioxid.

v. Kohlenstoff wird innerhalb der Biosphäre übertragen, da sich Heterotrophe von anderen Organismen oder deren Teilen (z. B. Früchten) ernähren. Dazu gehört die Aufnahme von abgestorbenem organischem Material (Detritus) durch Pilze und Bakterien zur Fermentation oder zum Zerfall.

vi. Der meiste Kohlenstoff verlässt die Biosphäre durch Atmung. Wenn Sauerstoff vorhanden ist, kommt es zu einer aeroben Atmung, die nach der Reaktion C 6 H 12 O 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O in die umgebende Luft oder Wasser abgibt. Ansonsten tritt eine anaerobe Atmung auf und setzt Methan frei die Umgebung, die schließlich in die Atmosphäre oder Hydrosphäre gelangt (z. B. als Sumpfgas oder Blähungen).

Zirkulation von Kohlendioxid:

ich. Pflanzen absorbieren das Kohlendioxid aus der Atmosphäre.

ii. Während des Photosyntheseprozesses bauen Pflanzen die Kohlenstoffatome aus Kohlendioxid in Zucker ein.

iii. Tiere, wie das Kaninchen, fressen die Pflanzen und verwenden den Kohlenstoff, um ihr eigenes Gewebe aufzubauen, den Kohlenstoffgehalt zu ketten

iv. Durch die Nahrungskette wird Kohlenstoff in Füchse, Löwen usw. übertragen.

v. Die Tiere geben Kohlendioxid in die Luft zurück, wenn sie atmen und sterben, da der Kohlenstoff während der Zersetzung wieder in den Boden gelangt

Im Falle des Ozeans:

In Regionen des ozeanischen Auftriebs wird Kohlenstoff an die Atmosphäre abgegeben. Umgekehrt übertragen Downhill-Regionen Kohlenstoff (CO 2 ) aus der Atmosphäre in den Ozean. Wenn CO 2 in den Ozean gelangt, nimmt es an einer Reihe von Reaktionen teil, die sich lokal im Gleichgewicht befinden:

ich. Umwandlung von CO 2 (atmosphärisch) in CO 2 (gelöst).

ii. Umwandlung von CO 2 (gelöst) in Kohlensäure (H 2 CO 3 ).

iii. Umwandlung von Kohlensäure (H 2 CO 3 ) in Bicarbonation.

iv. Umwandlung eines Bicarbonations in ein Carbonation.

In den Ozeanen kann gelöstes Karbonat mit gelöstem Kalzium kombiniert werden, um festes Kalziumkarbonat (CaCO 3) auszufällen, meist als Hülle von mikroskopischen Organismen. Wenn diese Organismen sterben, sinken ihre Schalen und sammeln sich auf dem Meeresboden. Im Laufe der Zeit bilden diese Karbonatsedimente Kalkstein, den größten Kohlenstoffspeicher im Kohlenstoffkreislauf.

Das in den Ozeanen gelöste Kalzium stammt aus der chemischen Verwitterung von Calciumsilikatgesteinen, bei denen Kohlensäure und andere Säuren im Grundwasser mit kalziumhaltigen Mineralien reagieren, wobei sie Calciumionen freisetzen und einen Rückstand aus neu gebildeten aluminiumreichen Tonmineralien und Mineralien hinterlassen unlösliche Mineralien wie Quarz.

Der Fluss oder die Absorption von Kohlendioxid in die Weltmeere wird durch das Vorhandensein von weit verbreiteten Viren im Meerwasser beeinflusst, die viele Bakterienarten befallen. Die daraus resultierenden bakteriellen Todesfälle führen zu einer Reihe von Ereignissen, die zu einer stark erweiterten Atmung von Kohlendioxid führen und die Rolle der Ozeane als Kohlenstoffsenke stärken.

2. Stickstoffkreislauf :

Der Stickstoffkreislauf ist die Menge biogeochemischer Prozesse, bei denen Stickstoff chemische Reaktionen durchläuft, seine Form ändert und sich durch verschiedene Reservoirs auf der Erde bewegt, einschließlich lebender Organismen.

Damit alle Organismen leben und wachsen können, ist Stickstoff erforderlich, da er der wesentliche Bestandteil von DNA, RNA und Protein ist. Die meisten Organismen können jedoch keinen Luftstickstoff verwenden, das größte Reservoir. Die fünf Prozesse im Stickstoffkreislauf

ich. Stickstoff-Fixierung

ii. Stickstoffaufnahme

iii. Stickstoffmineralisierung

iv. Nitrifikation

v. Entnitrifikation

Menschen beeinflussen den globalen Stickstoffkreislauf hauptsächlich durch die Verwendung von Stickstoffdünger.

I. Stickstofffixierung: N 2 → NH 4 +

Die Stickstofffixierung ist der Prozess, bei dem N 2 in Ammonium umgewandelt wird. Dies ist wichtig, da Organismen nur so Stickstoff direkt aus der Atmosphäre gewinnen können. Bestimmte Bakterien, zum Beispiel diejenigen der Gattung Rhizobium, sind die einzigen Organismen, die Stickstoff durch Stoffwechselprozesse fixieren.

Stickstofffixierende Bakterien bilden häufig symbiotische Beziehungen zu Wirtspflanzen. Es ist bekannt, dass diese Symbiose in der Familie der Leguminosen (z. B. Bohnen, Erbsen und Klee) vorkommt. In dieser Beziehung bewohnen stickstoffbindende Bakterien Leguminosen-Wurzelknoten und erhalten Kohlenhydrate und eine günstige Umgebung von ihrer Wirtspflanze als Gegenleistung für einen Teil des Stickstoffs, den sie fixieren. Es gibt auch stickstoffbindende Bakterien, die ohne pflanzliche Wirte existieren, die als frei lebende Stickstoff-Fixierer bekannt sind. In aquatischen Umgebungen sind blaugrüne Algen (eigentlich Bakterien genannt Cyanobakterien) ein wichtiger, frei lebender Stickstoff-Fixierer.

II. Stickstoffaufnahme: NH 4 + -> Organisch N

Das durch stickstoffbindende Bakterien erzeugte Ammoniak wird normalerweise schnell in Protein und andere organische Stickstoffverbindungen eingebaut, entweder durch eine Wirtspflanze, die Bakterien selbst oder einen anderen Bodenorganismus.

III. Stickstoffmineralisierung: Organisches N → NH 4 +

Nachdem Stickstoff in organisches Material eingebaut wurde, wird er häufig durch einen als Stickstoffmineralisierung bezeichneten Prozess, der auch als Zerfall bezeichnet wird, in anorganischen Stickstoff umgewandelt. Wenn Organismen absterben, verbrauchen Zersetzer (wie Bakterien und Pilze) die organische Substanz und führen zum Abbauprozess.

Während dieses Prozesses wird eine beträchtliche Menge des im toten Organismus enthaltenen Stickstoffs in Ammonium umgewandelt. In Form von Ammonium steht Stickstoff zur Verwendung durch Pflanzen oder zur weiteren Umwandlung in Nitrat (NO 3 - ) durch den als Nitrifikation bezeichneten Prozess zur Verfügung.

IV. Nitrifikation: NH 4 + -> NO 3 -

Ein Teil des durch Zersetzung erzeugten Ammoniums wird durch einen als Nitrifikation bezeichneten Prozess in Nitrat umgewandelt. Die Bakterien, die diese Reaktion durchführen, gewinnen dadurch Energie. Die Nitrifizierung erfordert die Anwesenheit von Sauerstoff. Daher kann die Nitrifizierung nur in sauerstoffreichen Umgebungen wie z. B. zirkulierenden oder fließenden Gewässern und den Oberflächenschichten von Böden und Sedimenten stattfinden. Der Prozess der Nitrifikation hat einige wichtige Konsequenzen.

Ammoniumionen sind positiv geladen und haften daher an negativ geladenen Tonpartikeln und organischer Substanz im Boden. Die positive Ladung verhindert, dass Ammoniumstickstoff durch Niederschlag aus dem Boden ausgewaschen (oder ausgelaugt) wird.

Im Gegensatz dazu wird das negativ geladene Nitration nicht von Bodenteilchen gehalten und kann daher im Bodenprofil nach unten gespült werden, was zu einer verringerten Bodenfruchtbarkeit und einer Nitratanreicherung der nachgelagerten Oberflächen- und Grundwässer führt.

V. Entnitrifizierung: NO 3 -> N 2 + N 2 O

Durch die Entnitrifizierung werden oxidierte Formen von Stickstoff wie Nitrat und Nitrit (NO 2 ) in Distickstoff (N 2 ) und in geringerem Maße in Lachgas umgewandelt. Die Entnitrifizierung ist ein anaerober Prozess, der von denitrifizierenden Bakterien durchgeführt wird, die Nitrat in der folgenden Reihenfolge in Stickstoff umwandeln:

NO 3 → NO 2 → NO → N 2 O → N 2

Stickstoffmonoxid und Distickstoffoxid sind beide umweltsmäßig wichtige Gase. Stickstoffmonoxid (NO) trägt zum Smog bei, und Stickstoffoxid (N 2 O) ist ein wichtiges Treibhausgas und trägt somit zum globalen Klimawandel bei.

3. Schwefelkreislauf:

Schwefel ist eine der Komponenten, aus denen Proteine ​​und Vitamine bestehen. Proteine ​​bestehen aus Aminosäuren, die Schwefelatome enthalten. Schwefel ist wichtig für das Funktionieren von Proteinen und Enzymen in Pflanzen und in Tieren, die von Pflanzen abhängig sind, um Schwefel zu produzieren.

Es dringt durch natürliche und menschliche Quellen in die Atmosphäre ein. Natürliche Quellen können zum Beispiel Vulkanausbrüche, bakterielle Prozesse, Verdampfung aus Wasser oder zerfallende Organismen sein. Wenn Schwefel durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre gelangt, ist dies hauptsächlich eine Folge industrieller Prozesse, bei denen Schwefeldioxid (SO 2 ) und Schwefelwasserstoff (H 2 S) in großem Umfang ausgestoßen werden.

Wenn Schwefeldioxid in die Atmosphäre gelangt, reagiert es mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxidgas (SO 3 ) oder mit anderen Chemikalien in der Atmosphäre, um Schwefelsalze zu erzeugen. Schwefeldioxid kann auch mit Wasser unter Bildung von Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) reagieren. Schwefelsäure kann auch aus Demethylsulfid hergestellt werden, das von Planktonarten in die Atmosphäre abgegeben wird.

Alle diese Teilchen setzen sich wieder auf der Erde ab oder reagieren mit Regen und fallen als saure Abscheidung auf die Erde zurück. Die Partikel werden dann wieder von Pflanzen aufgenommen und wieder in die Atmosphäre abgegeben, so dass der Schwefelkreislauf erneut beginnt.

ich. Fossile Brennstoffe wie Kohle und Erdöl sind äußerst wichtige Energiequellen, die erschöpft werden.

ii. Auf Kohlenwasserstoffen basierende Ressourcen erzeugen Verschmutzungsgrade und Treibhausgase. Ihr Management steht im Zusammenhang mit einer verbesserten Technologie und der Suche nach alternativen Energiequellen, die dies berücksichtigen.

iii. Eine insgesamt umsichtige und nachhaltige Ressourcennutzung sowohl auf individueller als auch auf kollektiver Ebene kann für einen breiten gesellschaftlichen Querschnitt von Nutzen sein und auch die zukünftigen Generationen treffen.