Πληροφορίες

6.7: Κύκλος άνθρακα – Βιολογία

6.7: Κύκλος άνθρακα – Βιολογία


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Πώς θα μπορούσε να μην είναι κακή ιδέα η απελευθέρωση τόσο πολλής ρύπανσης στην ατμόσφαιρα;

Η καύση ορυκτών καυσίμων, όπως το πετρέλαιο, απελευθερώνει άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Αυτός ο άνθρακας πρέπει να ανακυκλωθεί - αφαιρεθεί από την ατμόσφαιρα - πίσω σε ζωντανούς οργανισμούς, διαφορετικά θα παραμείνει στην ατμόσφαιρα. Ο αυξημένος άνθρακας στην ατμόσφαιρα συμβάλλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου στη Γη.

Ο κύκλος του άνθρακα

Το νερό που ρέει μπορεί να διαλύσει αργά τον άνθρακα στα ιζηματογενή πετρώματα. Το μεγαλύτερο μέρος αυτού του άνθρακα καταλήγει στον ωκεανό. Ο βαθύς ωκεανός μπορεί να αποθηκεύσει άνθρακα για χιλιάδες χρόνια ή περισσότερο. Τα ιζηματογενή πετρώματα και ο ωκεανός είναι οι κύριες δεξαμενές αποθηκευμένου άνθρακα. Ο άνθρακας αποθηκεύεται επίσης για ποικίλα χρονικά διαστήματα στην ατμόσφαιρα, σε ζωντανούς οργανισμούς και ως κοιτάσματα ορυκτών καυσίμων. Όλα αυτά είναι μέρη του κύκλος άνθρακα, το οποίο εμφανίζεται στο Εικόνα παρακάτω.

Ο κύκλος του άνθρακα. Ο άνθρακας μετακινείται από τη μια δεξαμενή στην άλλη στον κύκλο του άνθρακα. Τι ρόλο παίζουν οι οργανισμοί σε αυτόν τον κύκλο;

Γιατί είναι σημαντική η ανακύκλωση του άνθρακα; Θυμηθείτε ότι ο άνθρακας είναι ο ακρογωνιαίος λίθος των οργανικών ενώσεων, των ενώσεων που είναι απαραίτητες για τη ζωή. Όμως οι οργανισμοί φτιάχνουν τον δικό τους άνθρακα; Έχουν τα γονίδια που κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες που είναι απαραίτητες για την παραγωγή άνθρακα; Όχι. Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχουν τέτοια γονίδια. Ο άνθρακας πρέπει να ανακυκλώνεται από άλλους ζωντανούς οργανισμούς, από άνθρακα στην ατμόσφαιρα και από άνθρακα σε άλλα μέρη της βιόσφαιρας.

Ο άνθρακας στην ατμόσφαιρα

Αν και ο άνθρακας μπορεί να βρεθεί στο νερό των ωκεανών, στα πετρώματα και στα ιζήματα και σε άλλα μέρη της βιόσφαιρας, η ατμόσφαιρα μπορεί να είναι η πιο αναγνωρίσιμη δεξαμενή άνθρακα. Ο άνθρακας εμφανίζεται με διάφορες μορφές σε διαφορετικά μέρη του κύκλου του άνθρακα. Μερικές από τις διαφορετικές μορφές με τις οποίες εμφανίζεται ο άνθρακας περιγράφονται στο Τραπέζι παρακάτω. ΚΛΕΙΔΙ: C = Άνθρακας, Ο = Οξυγόνο, Η = Υδρογόνο

Μορφή άνθρακαΧημική φόρμουλακατάστασηΚύρια Δεξαμενή
Διοξείδιο του άνθρακαCO2ΑέριοΑτμόσφαιρα
Ανθρακικό οξύH2CO3Υγρόωκεανός
Διττανθρακικό ιόνHCO3Υγρό (διαλυμένο ιόν)ωκεανός
ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣΠαραδείγματα: ντο6H12Ο6 (Γλυκόζη), CH4 (Μεθάνιο)Στερεό ΑέριοΟργανικά ιζήματα της βιόσφαιρας (ορυκτά καύσιμα)
Άλλες ενώσεις άνθρακαΠαραδείγματα: CaCO3 (ανθρακικό ασβέστιο), CaMg (CO3)2 (ανθρακικό ασβέστιο μαγνήσιο)Στερεά Στερεάιζηματογενές πέτρωμα, κοχύλια, ιζηματογενές πέτρωμα

Άνθρακα σε διοξείδιο του άνθρακα

Ο άνθρακας κυκλώνει γρήγορα μεταξύ των οργανισμών και της ατμόσφαιρας. Στην ατμόσφαιρα, ο άνθρακας υπάρχει κυρίως ως διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Το διοξείδιο του άνθρακα κυκλοφορεί στην ατμόσφαιρα με διάφορες διεργασίες, συμπεριλαμβανομένων αυτών που αναφέρονται παρακάτω.

  • Οι ζωντανοί οργανισμοί απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα ως υποπροϊόν του κυτταρική αναπνοή.
  • Φωτοσύνθεση αφαιρεί το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και το χρησιμοποιεί για την παραγωγή οργανικών ενώσεων.
  • Το διοξείδιο του άνθρακα εκπέμπεται όταν αποσυντίθενται νεκροί οργανισμοί και άλλα οργανικά υλικά.
  • Η καύση οργανικού υλικού, όπως τα ορυκτά καύσιμα, απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα.
  • Ο άνθρακας κυκλώνει πολύ πιο αργά μέσω γεωλογικών διεργασιών όπως π.χ καθίζηση. Ο άνθρακας μπορεί να αποθηκευτεί σε ιζηματογενή πετρώματα για εκατομμύρια χρόνια.
  • Όταν τα ηφαίστεια εκρήγνυνται, εκπέμπουν διοξείδιο του άνθρακα που είναι αποθηκευμένο στο μανδύα.
  • Το διοξείδιο του άνθρακα απελευθερώνεται όταν ο ασβεστόλιθος θερμαίνεται κατά την παραγωγή τσιμέντου.
  • Το νερό των ωκεανών απελευθερώνει διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα όταν η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται.
  • Το διοξείδιο του άνθρακα αφαιρείται επίσης όταν το νερό των ωκεανών ψύχεται και διαλύει περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα.

Λόγω των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, υπάρχει περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα σήμερα από ό,τι τα προηγούμενα εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια. Η καύση ορυκτών καυσίμων έχει απελευθερώσει μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Η κοπή δασών και ο καθαρισμός της γης έχει επίσης αυξήσει το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, επειδή αυτές οι δραστηριότητες μειώνουν τον αριθμό των αυτότροφων οργανισμών που χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα στη φωτοσύνθεση. Επιπλέον, η εκκαθάριση συχνά περιλαμβάνει καύση, η οποία απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα που προηγουμένως ήταν αποθηκευμένο σε αυτότροφα.

Περίληψη

  • Ο άνθρακας πρέπει να ανακυκλώνεται μέσω ζωντανών οργανισμών διαφορετικά παραμένει στην ατμόσφαιρα.
  • Ο άνθρακας κυκλώνει γρήγορα μεταξύ των οργανισμών και της ατμόσφαιρας.
  • Λόγω των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, υπάρχει περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα σήμερα από ό,τι τα προηγούμενα εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια.

Ανασκόπηση

  1. Ποιος είναι ο ρόλος του κύκλου του άνθρακα;
  2. Γιατί είναι σημαντικό το cycling carbon;
  3. Περιγράψτε μια κύρια μέθοδο με την οποία ο άνθρακας ανακυκλώνεται.
  4. Πώς οι ανθρώπινες δραστηριότητες έχουν αυξήσει τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα;

Στερέωση άνθρακα

Στερέωση άνθρακα ή αφομοίωση σάνθρακα είναι η διαδικασία με την οποία ο ανόργανος άνθρακας (ιδιαίτερα με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα) μετατρέπεται σε οργανικές ενώσεις από ζωντανούς οργανισμούς. [1] Οι ενώσεις χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για αποθήκευση ενέργειας και ως δομή για άλλα βιομόρια. Ο άνθρακας στερεώνεται κυρίως μέσω της φωτοσύνθεσης, αλλά ορισμένοι οργανισμοί χρησιμοποιούν μια διαδικασία που ονομάζεται χημειοσύνθεση απουσία ηλιακού φωτός.

Οι οργανισμοί που αναπτύσσονται με τη στερέωση του άνθρακα ονομάζονται αυτότροφοι, οι οποίοι περιλαμβάνουν φωτοαυτότροφους (που χρησιμοποιούν το ηλιακό φως) και λιθοαυτότροφους (που χρησιμοποιούν ανόργανη οξείδωση). Τα ετερότροφα δεν είναι τα ίδια ικανά για στερέωση άνθρακα, αλλά μπορούν να αναπτυχθούν καταναλώνοντας τον άνθρακα που καθορίζεται από τα αυτότροφα ή άλλα ετερότροφα. Ο όρος "σταθερός άνθρακας", "ανηγμένος άνθρακας" και "οργανικός άνθρακας" μπορούν όλα να χρησιμοποιηθούν εναλλακτικά για να αναφέρονται σε διάφορες οργανικές ενώσεις. [2]


6.7: Κύκλος άνθρακα – Βιολογία

Количество зарегистрированных учащихся: 32 тыс.

Участвовать бесплатно

Αυτό το μάθημα απευθύνεται σε άτομα που ενδιαφέρονται να κατανοήσουν τη βασική επιστήμη της φυτικής βιολογίας. Σε αυτήν τη σειρά τεσσάρων διαλέξεων, θα μάθουμε πρώτα για τη δομή-λειτουργία των φυτών και των φυτικών κυττάρων. Στη συνέχεια θα προσπαθήσουμε να καταλάβουμε πώς μεγαλώνουν και αναπτύσσονται τα φυτά, φτιάχνοντας σύνθετες δομές όπως τα λουλούδια. Μόλις μάθουμε πώς μεγαλώνουν και αναπτύσσονται τα φυτά, θα εμβαθύνουμε στην κατανόηση της φωτοσύνθεσης - πώς τα φυτά παίρνουν διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα και νερό από το έδαφος και το μετατρέπουν σε οξυγόνο για να αναπνέουμε και σάκχαρα για να φάμε. Στην τελευταία διάλεξη θα μάθουμε για τη συναρπαστική, σημαντική και αμφιλεγόμενη επιστήμη πίσω από τη γενετική μηχανική στη γεωργία. Εάν δεν το έχετε παρακολουθήσει ήδη, μπορεί επίσης να σας ενδιαφέρει το άλλο μάθημά μου - What A Plant Knows, το οποίο εξετάζει πώς τα φυτά βλέπουν, μυρίζουν, ακούν και αισθάνονται το περιβάλλον τους: https://www.coursera.org/learn/ το φυτό γνωρίζει. Για να λάβετε ακαδημαϊκή πίστωση για αυτό το μάθημα πρέπει να περάσετε επιτυχώς την ακαδημαϊκή εξέταση στην πανεπιστημιούπολη. Για πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο εγγραφής στις ακαδημαϊκές εξετάσεις – https://tauonline.tau.ac.il/registration Επιπλέον, μπορείτε να κάνετε αίτηση σε συγκεκριμένους βαθμούς χρησιμοποιώντας τους βαθμούς που λάβατε στα μαθήματα. Διαβάστε περισσότερα για αυτό εδώ – https://go.tau.ac.il/ba/mooc-acceptance Οι καθηγητές που ενδιαφέρονται να διδάξουν αυτό το μάθημα στις τάξεις τους καλούνται να εξερευνήσουν το πρόγραμμα του Ακαδημαϊκού Λυκείου εδώ – https://tauonline. tau.ac.il/online-highschool

Получаемые навыки

Φυτική Βιολογία, Βιολογία, Γενετική, Φυτική

Εκτιμήσεις

Το μάθημα κάνει πολύ καλή δουλειά για την παροχή του προγραμματισμένου περιεχομένου. Ωστόσο, εάν έχετε ήδη μελετήσει το πεδίο και θέλετε να έχετε περισσότερη κατανόηση όπως εγώ, πρέπει να αναζητήσετε άλλα μαθήματα.

Ένα ενδιαφέρον και ενημερωτικό μάθημα. Λίγο προκλητικό μερικές φορές για όσους από εμάς χωρίς υπόβαθρο στη βιολογία, αλλά παρουσιάζεται καλά και εξηγείται προσεκτικά. Μια πολύ θετική εμπειρία.

Πρόεδροι

Ο καθηγητής Daniel Chamovitz, Ph.D.

Πρόεδρος του Πανεπιστημίου Ben-Gurion του Negev

Текст видео

Η φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί το φως για να μετατρέψει το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα σε οξυγόνο και ζάχαρη. Αυτά τα προϊόντα χρησιμοποιούνται στη συνέχεια από ετερότροφους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, για να τροφοδοτήσουν την οικοδόμηση του σώματός μας με διοξείδιο του άνθρακα και νερό ως απόβλητα υποπροϊόντα. Αυτό που βλέπουμε λοιπόν, είναι ένας κύκλος άνθρακα. Τα φυτά παίρνουν διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια για να το μετατρέψουν σε σάκχαρα. Τρώμε φυτά ή ζώα που έχουν φάει φυτά και μετατρέπουμε τα σάκχαρα ξανά σε διοξείδιο του άνθρακα, απελευθερώνοντας ενέργεια για τον δικό μας μεταβολισμό. Και επίσης όταν τα φυτά ή τα ζώα πεθαίνουν, απελευθερώνουν άνθρακα από το σώμα τους στο έδαφος. Με αυτόν τον τρόπο, όλος ο άνθρακας στον κόσμο κυκλοφορεί μέσω της φωτοσύνθεσης από τα φυτά, στα ζώα και πίσω στα φυτά, και τελικά πίσω στην ατμόσφαιρα. Και σε πολύ βασικό επίπεδο, όλα αυτά από τα οποία είμαστε φτιαγμένοι ήταν αρχικά διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα. Για να συζητήσουμε περαιτέρω τον κύκλο του άνθρακα, θα ήθελα να παρουσιάσω τον πρώτο από τους δύο καλεσμένους μας σήμερα. Ο καθηγητής Nir Ohad. Μερικοί από εσάς μπορεί να θυμάστε τον Nir από το μάθημά του στην Επιγενετική στο μάθημα What A Plant Knows που δίνω επίσης. Ο Nir και εγώ, έχουμε μια φιλία που χρονολογείται πριν από 30 χρόνια, όταν ήμασταν διδακτορικοί φοιτητές στο ίδιο εργαστήριο. Ενώ μελετούσα τη βήτα καροτίνη, ο Nir μελετούσε τη φωτοσύνθεση. Σήμερα ο Nir είναι επικεφαλής του προγράμματος Nanocenter για την επισιτιστική ασφάλεια στο Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ. Ίσως είναι ενδιαφέρον να μάθουμε πού συμβαίνει πραγματικά η φωτοσύνθεση παγκοσμίως; >> Λοιπόν, αν κοιτάξουμε αυτόν τον χάρτη, μπορούμε να δούμε ότι όταν το καλοκαίρι είναι στο βόρειο ημισφαίριο, η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα τόσο στην ξηρά όσο και στους ωκεανούς. Πώς το βλέπουμε αυτό εδώ; >> Έτσι το πράσινο χρώμα απεικονίζει τη φωτοσυνθετική δραστηριότητα τόσο στις μεγάλες ηπείρους όπως στις Αμαζόνες, στη Βόρεια Αμερική, στην Ευρώπη, στην Ασία και το ανοιχτό χρώμα απεικονίζει τις ερήμους όπως στο κέντρο της Αυστραλίας, στην Αφρική, στη μεσαία περιοχή της Ασίας . >> Τι είναι αυτό το γκρίζο πράγμα στην κορυφή της Αφρικής; >> Το γκρίζο μέρος της Αφρικής, εκείνες οι περιοχές που είναι οι κύριες έρημοι της Σαχάρας στις οποίες η φωτοσύνθεση είναι περιορισμένη φυσικά, αλλά μπορούμε να δούμε ότι και στο Νότιο ημισφαίριο που βρίσκεται κάτω από αυτόν τον χάρτη είναι υπό χειμώνα. Μεγάλο μέρος του πάγου έχει καλύψει τις περιοχές που μπορεί να είναι φωτοσυνθετικά ενεργές κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού του Νοτίου Ημισφαιρίου. >> Τι γίνεται με τους ωκεανούς; >> Και αυτό είναι το πιο σημαντικό πράγμα που πρέπει να γνωρίζετε, ότι η φωτοσύνθεση δεν συμμετέχει μόνο στη γη, αλλά και στους ωκεανούς και το γαλάζιο χρώμα, απεικονίζει περιοχές, μεγάλες περιοχές στις οποίες λαμβάνει χώρα η φωτοσύνθεση με μικροοργανισμούς, που συμβάλλει σε μεγάλο βαθμό στην η φωτοσυνθετική δραστηριότητα σε όλο τον κόσμο. >> Για ποιον τύπο μικροοργανισμών μιλάτε; >> Μιλάμε λοιπόν για μικρούς οργανισμούς, τόσο βακτήρια, φωτοσυνθετικά βακτήρια όσο και για διάτομα και φύκια, που συμβάλλουν σε μεγάλο βαθμό στη φωτοσυνθετική παραγωγικότητα. >> Και αν ρίχναμε μια ματιά σε αυτόν τον χάρτη, ας πούμε, στη μέση του χειμώνα, θα υπήρχε διαφορά; >> Ναι, όταν κοιτάμε τον χειμώνα, τότε η δραστηριότητα πέφτει και οι περιοχές που καλύπτονται από χιόνι είναι πλέον λιγότερο ενεργές φωτοσυνθετικά. Στο βόρειο ημισφαίριο κατά τη διάρκεια του χειμώνα όταν ο ήλιος δεν φτάνει, φυσικά, η φωτοσύνθεση είναι περιορισμένη. >> Λοιπόν, αλλά αν κοιτάξαμε τώρα το αντίστροφο αυτού του χάρτη, δηλαδή εδώ παράγεται το οξυγόνο, εδώ σταθεροποιείται το διοξείδιο του άνθρακα. Αλλά πού απελευθερώνεται το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα; >> Αυτό λοιπόν είναι κάτι που πρέπει να σημειώσουμε. Στα 100 χρόνια από τη Βιομηχανική Επανάσταση, μπορούμε να σημειώσουμε ότι πολλά από τα ορυκτά καύσιμα που έχουν παραχθεί πριν από εκατομμύρια χρόνια, όταν τα αρχαία φυτά άρχισαν να καλύπτουν τη γη, έχουν απορροφήσει το μεγαλύτερο μέρος του CO2 στη δομή των φυτών και στη συνέχεια αποκαύση σε ορυκτά καύσιμα όπως πετρέλαιο, άνθρακας, αέριο. >> Άρα το πετρέλαιο, ο άνθρακας και το αέριο είναι αποτέλεσμα φωτοσύνθεσης, αλλά η φωτοσύνθεση που συνέβη πριν από εκατομμύρια χρόνια. >> Ακριβώς έτσι, και αυτά αποθηκεύονται κάτω από το έδαφος. Και τα τελευταία χρόνια έχουμε αρχίσει να το χρησιμοποιούμε για να παράγουμε ενέργεια για να υποστηρίξουμε τη βιομηχανική μας ζωή. >> Έτσι, αν πάρω ένα δέντρο που έχει μεγαλώσει σε ένα δάσος ή στην αυλή μου, αυτό το δέντρο έχει απορροφήσει διοξείδιο του άνθρακα και έχει χρησιμοποιήσει τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης για να χτίσει τους τοίχους του, τον κορμό του, τα φύλλα του, τα πάντα. Τώρα αν πάρω το ίδιο δέντρο και φτιάξω μια φωτιά, το καίω. Τότε τι συμβαίνει με το διοξείδιο του άνθρακα όταν καίω αυτό το δέντρο; >> Αυτή είναι λοιπόν μια εξαιρετική ερώτηση. Στην πραγματικότητα όταν καίμε δέντρα, απελευθερώνουμε στον αέρα διοξείδιο του άνθρακα. >> Έτσι, αν θα θέλαμε να πάμε πίσω 500 εκατομμύρια χρόνια, ένα δισεκατομμύριο χρόνια στην ιστορία της Γης, τότε ξέρουμε ότι υπήρχε πολύ περισσότερο C02 ακριβώς σε αυτήν την ατμόσφαιρα, όλα αυτά καταγράφηκαν από αρχαία δέντρα, αρχαία βρύα. >> Φτέρες. >> Φτέρες, δάση που κατέλαβαν ή κάλυψαν τη γη. >> Αυτό σταθεροποίησε το CO2, το αποθήκευσε στην πραγματικότητα μακριά από την ατμόσφαιρα και το έβαλε κάτω από το έδαφος. >> Δεξιά. >> Και έτσι, όταν το καίμε πραγματικά αυτό, απελευθερώνουμε το αρχαίο CO2 πίσω στην ατμόσφαιρα με έναν συγκεκριμένο τρόπο σκέψης γι' αυτό. >> Αυτό είναι αλήθεια. Αλλά το θέμα είναι ότι το κυκλοφορούμε με πολύ πιο γρήγορο ρυθμό από τον ρυθμό που καταγράφηκε εκείνη τη στιγμή και επομένως κάνουμε μια δραματική αλλαγή σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. >> Λοιπόν πώς θα ακούσαμε για την ιδέα βιοντίζελ ή βιοκαύσιμα >> Γιατί αυτό θα βοηθούσε όλο αυτόν τον κύκλο; Επειδή εξακολουθούμε να καίμε κάτι που μεγάλωσε και στη συνέχεια απελευθερώνουμε το CO2 στον αέρα. >> Σωστά, αλλά όταν χρησιμοποιούμε φυτά για να παράγουμε τώρα βιοκαύσιμα, κάνουμε τον κύκλο πιο ισορροπημένο με την έννοια ότι τα φυτά χρησιμοποιούν τώρα την ίδια ενέργεια που τη χρησιμοποιούσαν μέχρι τώρα για να παράγουν την ενέργεια που εμείς ανάγκη χωρίς χρήση ορυκτών καυσίμων, και αυτό κάνει τη μεγάλη διαφορά. >> Μια τελευταία ερώτηση λοιπόν. Η διαδικασία που περιγράψατε, η φωτοσύνθεση, φαίνεται να είναι ένας απίστευτα αποτελεσματικός τρόπος λήψης δωρεάν ενέργειας από τον ήλιο και παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Εννοώ ότι αυτό είναι βασικά, είναι ένα μίνι ηλιακό πάνελ. >> Υπάρχει τρόπος να χρησιμοποιήσουμε τη φωτοσύνθεση για να παράγουμε πραγματικά καύσιμα για εμάς, να παράγουμε ηλεκτρική ενέργεια, όχι μόνο μέσω βιοκαυσίμων, αλλά με κάποιο βιομηχανικό τρόπο; >> Βεβαίως, όπως έχουμε συνειδητοποιήσει, η χρήση ενέργειας από τα φυτά μπορεί να μετατρέψει την ενέργεια σε διαφορετικές μορφές. Μια μορφή για παράδειγμα που τώρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί είναι να κάνει από την ενέργεια φως, τα φυτά να απορροφούν για να παράγουν υδρογόνο. Και το υδρογόνο είναι μια καθαρή ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί χωρίς να επηρεαστεί τόσο πολύ το περιβάλλον. >> Νομίζω ότι αυτό που θα κάνουμε τώρα είναι να πάμε να ρίξουμε μια ματιά σε ένα εργαστήριο που στην πραγματικότητα κάνει αυτή τη διαδικασία το ίδιο. Προσπαθεί να πάρει φωτοσυνθετικούς οργανισμούς και να αλλάξει τη φωτοσύνθεσή τους έτσι ώστε να παράγουν υδρογόνο για ανθρώπινη χρήση.


Τι είναι ο κύκλος του άνθρακα;

Φαίνεται ότι το πρόγραμμα περιήγησής σας δεν υποστηρίζει βίντεο HTML5. Ακολουθεί ένας απευθείας σύνδεσμος για το βίντεο.

ΒΙΝΤΕΟ: Τι είναι ο κύκλος του άνθρακα; Ακολουθεί μια επισκόπηση σε λιγότερο από δύο λεπτά. Αντίγραφο

Μπλε άνθρακα

Μπλε άνθρακα είναι ο όρος για τον άνθρακα που δεσμεύεται από τους ωκεανούς και τα παράκτια οικοσυστήματα του κόσμου. Τα θαλάσσια χόρτα, τα μαγγρόβια, τα αλμυρά έλη και άλλα συστήματα κατά μήκος της ακτής μας είναι πολύ αποτελεσματικά στην αποθήκευση CO2. Αυτές οι περιοχές επίσης απορροφούν και αποθηκεύουν άνθρακα με πολύ ταχύτερο ρυθμό από άλλες περιοχές, όπως τα δάση, και μπορούν να συνεχίσουν να το κάνουν για εκατομμύρια χρόνια. Ο άνθρακας που βρίσκεται στο παράκτιο έδαφος είναι συχνά χιλιάδων ετών. Όταν αυτά τα συστήματα καταστραφούν ή διαταραχθούν από την ανθρώπινη δραστηριότητα, μια τεράστια ποσότητα άνθρακα εκπέμπεται πίσω στην ατμόσφαιρα, συμβάλλοντας στην κλιματική αλλαγή.

Ο άνθρακας είναι το θεμέλιο όλης της ζωής στη Γη, που απαιτείται για να σχηματιστούν πολύπλοκα μόρια όπως οι πρωτεΐνες και το DNA. Αυτό το στοιχείο βρίσκεται επίσης στην ατμόσφαιρά μας με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα (CO2). Ο άνθρακας βοηθά στη ρύθμιση της θερμοκρασίας της Γης, καθιστά δυνατή όλη τη ζωή, είναι ένα βασικό συστατικό στα τρόφιμα που μας συντηρούν και παρέχει μια σημαντική πηγή ενέργειας για την τροφοδοσία της παγκόσμιας οικονομίας μας.

Ο κύκλος του άνθρακα περιγράφει τη διαδικασία κατά την οποία τα άτομα άνθρακα ταξιδεύουν συνεχώς από την ατμόσφαιρα στη Γη και στη συνέχεια πίσω στην ατμόσφαιρα. Δεδομένου ότι ο πλανήτης μας και η ατμόσφαιρά του σχηματίζουν ένα κλειστό περιβάλλον, η ποσότητα άνθρακα σε αυτό το σύστημα δεν αλλάζει. Όπου βρίσκεται ο άνθρακας - στην ατμόσφαιρα ή στη Γη - είναι συνεχώς σε ροή.

Στη Γη, ο περισσότερος άνθρακας αποθηκεύεται σε πετρώματα και ιζήματα, ενώ ο υπόλοιπος βρίσκεται στον ωκεανό, την ατμόσφαιρα και τους ζωντανούς οργανισμούς. Αυτές είναι οι δεξαμενές, ή καταβόθρες, μέσω των οποίων ο άνθρακας κυκλώνει.

Ο άνθρακας απελευθερώνεται πίσω στην ατμόσφαιρα όταν πεθαίνουν οργανισμοί, εκρήγνυνται ηφαίστεια, πυρκαγιές, καίγονται ορυκτά καύσιμα και μέσω μιας ποικιλίας άλλων μηχανισμών.

Στην περίπτωση του ωκεανού, ο άνθρακας ανταλλάσσεται συνεχώς μεταξύ των επιφανειακών υδάτων του ωκεανού και της ατμόσφαιρας ή αποθηκεύεται για μεγάλες χρονικές περιόδους στα βάθη των ωκεανών.

Οι άνθρωποι διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στον κύκλο του άνθρακα μέσω δραστηριοτήτων όπως η καύση ορυκτών καυσίμων ή η ανάπτυξη της γης. Ως αποτέλεσμα, η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξάνεται ραγδαία και είναι ήδη σημαντικά μεγαλύτερη από οποιαδήποτε άλλη στιγμή τα τελευταία 800.000 χρόνια.

Μεταγραφή βίντεο

Τι είναι ο κύκλος του άνθρακα; Ο άνθρακας είναι η χημική ραχοκοκαλιά όλης της ζωής στη Γη. Όλος ο άνθρακας που έχουμε αυτή τη στιγμή στη Γη είναι η ίδια ποσότητα που είχαμε πάντα. Όταν σχηματίζεται νέα ζωή, ο άνθρακας σχηματίζει βασικά μόρια όπως η πρωτεΐνη και το DNA. Βρίσκεται επίσης στην ατμόσφαιρά μας με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα ή CO2. Ο κύκλος του άνθρακα είναι ο τρόπος της φύσης για την επαναχρησιμοποίηση των ατόμων άνθρακα, τα οποία ταξιδεύουν από την ατμόσφαιρα σε οργανισμούς στη Γη και στη συνέχεια πίσω στην ατμόσφαιρα ξανά και ξανά. Ο περισσότερος άνθρακας αποθηκεύεται σε πετρώματα και ιζήματα, ενώ ο υπόλοιπος αποθηκεύεται στον ωκεανό, την ατμόσφαιρα και τους ζωντανούς οργανισμούς. Αυτές είναι οι δεξαμενές, ή καταβόθρες, μέσω των οποίων ο άνθρακας κάνει κύκλους. Ο ωκεανός είναι ένας γιγάντιος καταβότης άνθρακα που απορροφά άνθρακα. Οι θαλάσσιοι οργανισμοί από τα ελώδη φυτά μέχρι τα ψάρια, από τα φύκια μέχρι τα πουλιά, παράγουν επίσης άνθρακα μέσω της ζωής και του θανάτου. Μερικές φορές οι νεκροί οργανισμοί γίνονται ορυκτά καύσιμα που περνούν από την καύση, εκπέμποντας CO2 και ο κύκλος συνεχίζεται.


Βυθιζόμενο ίζημα

Όταν το φυτοπλαγκτόν πεθαίνει, πολλοί βυθίζονται και παίρνουν τον άνθρακα τους (κελύφη ανθρακικού ασβεστίου) για να σχηματίσουν ιζήματα στον πυθμένα του ωκεανού. Αυτή ονομάζεται βιολογική αντλία, η οποία αφαιρεί τον άνθρακα από τα συστήματα των ωκεανών και της ατμόσφαιρας για μεγάλα χρονικά διαστήματα.

Αναγνώριση: National Oceanic Atmospheric.

Βαθιά κυκλοφορία

Κάποιος άνθρακας από το φυτοπλαγκτόν μεταφέρεται από βαθιά ωκεάνια ρεύματα που μπορεί να μην τον επαναφέρουν στην επιφάνεια για εκατοντάδες χρόνια.

Αναγνώριση: Δημόσιος τομέας.

Σχηματισμός βράχου

Τα ιζήματα που περιέχουν πολύ ανθρακικό ασβέστιο από κελύφη μπορούν να μετατραπούν σε βράχο για εκατομμύρια χρόνια. Αυτός ο ασβεστολιθικός βράχος μπορεί να ωθηθεί προς τα πάνω για να σχηματίσει γη από τεκτονικές κινήσεις της Γης. Κάποιος άνθρακας που παγιδεύεται στα ιζήματα σχηματίζει αέριο και πετρέλαιο.

Ευχαριστίες: Verity Coomer.

Καιρικές συνθήκες και απορροές

Η βροχή διαλύει αργά τα ορυκτά από τα πετρώματα - μια διαδικασία που ονομάζεται καιρικές συνθήκες. Αυτά τα ορυκτά τελικά ξεπλένονται στη θάλασσα, όπου ορισμένα μέταλλα, όπως το ανθρακικό ασβέστιο, προστίθενται στα ιζήματα στον πυθμένα του ωκεανού. Πολλές οργανικές ύλες από το έδαφος μεταφέρονται επίσης στη θάλασσα από τα ποτάμια.


Εργαστήριο 5: Ο κύκλος του άνθρακα

Μάθατε στο εργαστήριο της τροπόσφαιρας ότι το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) αποτελεί περίπου το 0,04% της ατμόσφαιρας. Θα δείτε σε μεταγενέστερα εργαστήρια πόσο σημαντική είναι αυτή η σχετικά μικρή συγκέντρωση CO2 είναι αναμενόμενο για το ενεργειακό ισοζύγιο της Γης, αλλά προς το παρόν πρέπει να επικεντρωθούμε στον κύκλο στον οποίο το ατμοσφαιρικό CO2 εμπλέκεται. Όπως ελπίζουμε να συμπεράσατε κοιτάζοντας τον τίτλο του εργαστηρίου, το όνομα του κύκλου είναι το κύκλος άνθρακα. Ο άνθρακας κινείται συνεχώς γύρω από τη Γη μέσω των διεργασιών που συνθέτουν τον Κύκλο του Άνθρακα. Αυτό το εργαστήριο ασχολείται με τις διαφορετικές διεργασίες που περιλαμβάνουν τον κύκλο του άνθρακα, αλλά η σημασία του ξεπερνά την απλή εξοικείωση με τους διάφορους τρόπους με τους οποίους ο άνθρακας μετασχηματίζεται και μεταφέρεται σε όλο τον κόσμο. Αυτό συμβαίνει επειδή το εργαστήριο επικεντρώνεται επίσης στον τρόπο με τον οποίο η ανθρώπινη δραστηριότητα μπορεί να επηρεάσει αυτές τις διαδικασίες - και ενδεχομένως να επηρεάσει τον καιρό και το κλίμα στον πλανήτη.

Μέχρι το τέλος αυτού του εργαστηρίου, θα πρέπει να είστε σε θέση να απαντήσετε στις ακόλουθες ερευνητικές ερωτήσεις:

Πώς μπορεί να μεταφερθεί άνθρακας μεταξύ της ατμόσφαιρας και των άλλων σφαιρών της Γης?

Πώς θα περιγράφατε καλύτερα τις γενικές αλλαγές στις ανθρωπογενείς εκπομπές CO2 και την πρόσληψη άνθρακα από την ατμόσφαιρα, τους ωκεανούς και τη γήινη βιόσφαιρα από το 1959 έως το 2014?

Πώς έχει η απορρόφηση CO2 επηρέασε τους ωκεανούς και τη χερσαία βιόσφαιρα;

__________________________________________________________________________________________

Μπαίνοντας με τη σωστή νοοτροπία
Σε όλο αυτό το εργαστήριο θα σας ζητηθεί να απαντήσετε σε ορισμένες ερωτήσεις. Αυτές οι ερωτήσεις θα έρθουν σε τρεις διαφορετικές ποικιλίες:

Ερώτηση βασισμένη σε γεγονότα → Αυτή θα είναι μια ερώτηση με μια μάλλον ξεκάθαρη απάντηση. Αυτή η απάντηση θα βασίζεται σε πληροφορίες (1) που παρουσιάζονται από τον εκπαιδευτή σας, (2) που βρίσκονται σε ενότητες φόντου ή (3) προσδιορίζονται από εσάς από δεδομένα, γραφήματα, εικόνες κ.λπ. Υπάρχει μεγαλύτερη προσδοκία να παρέχετε ένα συγκεκριμένο απαντήστε σε μια ερώτηση αυτού του τύπου σε σύγκριση με ερωτήσεις άλλων τύπων.

Ερώτηση με βάση τη σύνθεση → Αυτή θα είναι μια ερώτηση που θα σας ζητήσει να συγκεντρώσετε ιδέες από διαφορετικά μέρη για να δώσετε μια ολοκληρωμένη απάντηση. Υπάρχει ακόμα η προσδοκία ότι η απάντησή σας θα ταιριάζει με μια συγκεκριμένη απάντηση, αλλά θα πρέπει να νιώθετε άνετα να εκφράσετε την κατανόησή σας για το πώς ταιριάζουν αυτές οι διαφορετικές ιδέες.

Ερώτηση που βασίζεται σε υποθέσεις → Αυτή θα είναι μια ερώτηση που θα σας απαιτήσει να τεντώσετε λίγο το μυαλό σας. Μια ερώτηση όπως αυτή θα σας ζητήσει να κάνετε εικασίες σχετικά με το γιατί κάτι είναι έτσι όπως είναι, για παράδειγμα. Δεν υπάρχει μια βέβαιη απάντηση σε μια ερώτηση αυτού του τύπου. Αυτή είναι μια πιο ανοιχτή ερώτηση, όπου θα μας ενδιαφέρουν περισσότερο οι ιδέες που προτείνετε και η αιτιολόγηση («νομίζω ότι αυτό γιατί . . .») που παρέχετε.

__________________________________________________________________________________________

Μία από τις βασικές ιδέες που θα έπρεπε να έχετε πάρει από τον Κύκλο Άνθρακα Prezi, υπό την προϋπόθεση ότι το έχετε δει, είναι ότι σε οποιονδήποτε κύκλο ύλης, η ουσία στην καρδιά αυτού του κύκλου (π.χ. νερό, άζωτο και άνθρακας) μετατρέπεται σε διαφορετικό φυσικές και χημικές μορφές και μετακινήθηκαν από το ένα μέρος της Γης στο άλλο. Καθώς μετακινείστε στο εργαστήριο του Carbon Cycle, θα δείτε πώς ο άνθρακας κινείται μέσα από τις διαφορετικές «σφαίρες» στις οποίες οι επιστήμονες χωρίζουν τον πλανήτη: τη βιόσφαιρα (παγκόσμια ομάδα οικοσυστημάτων όπου βρίσκονται ζωντανά όντα), τη λιθόσφαιρα (τα βραχώδη ανώτερα στρώματα του τη Γη), την υδρόσφαιρα (συνδυασμός όλων των πηγών νερού κάτω και πάνω από την επιφάνεια της Γης) και την ατμόσφαιρα (στρώματα αερίων πάνω από τη Γη). Στη βιόσφαιρα, ο άνθρακας βρίσκεται με τη μορφή οργανικών ενώσεων παγιδευμένων σε ζωντανούς οργανισμούς και στο έδαφος στη λιθόσφαιρα, συγκρατείται σε ανθρακικά πετρώματα και άλλα υλικά όπως ο άνθρακας και στην υδρόσφαιρα διαλύεται στο νερό για να σχηματίσει ανθρακικό οξύ. Πρακτικά όλος ο άνθρακας στην ατμόσφαιρα της Γης υπάρχει με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και μεθάνιο (CH4).

Η παρακάτω εικόνα δείχνει το παγκόσμιο προϋπολογισμό άνθρακα για το 2010. Αυτός είναι ένας τρόπος καταγραφής της ποσότητας άνθρακα (σε δισεκατομμύρια τόνους) που είναι κυκλοφόρησε από άνθρακα πηγές και απορροφάται από άνθρακα νεροχύτες. Στην ιδανική περίπτωση, η Γη θα είχε ένα «ισορροπημένο υπολογιστικό φύλλο» όπου αυτά τα δύο ποσά ήταν ίσα καθώς εξετάζετε την εικόνα που θα πρέπει να εξετάσετε εάν αυτό συνέβαινε το 2010.

/> Ε1: Προσδιορίστε δύο πηγές άνθρακα στην εικόνα. Προσδιορίστε δύο νεροχύτες.


/> Ε2: Πού κατέληξαν τα 9 πεταγραμμάρια άνθρακα που εκπέμπονταν στην ατμόσφαιρα από ανθρωπογενείς δραστηριότητες το 2010;

__________________________________________________________________________________________

Ας ακολουθήσουμε λοιπόν ένα άτομο άνθρακα σε ένα τμήμα του κύκλου του άνθρακα. Κοιτάξτε την παρακάτω εικόνα που εστιάζει σε αυτό το τμήμα: την ανταλλαγή άνθρακα μεταξύ της ατμόσφαιρας και της βιόσφαιρας.

Όπως σημειώθηκε παραπάνω, τα περισσότερα από τα άτομα άνθρακα στην ατμόσφαιρα βρίσκονται ανάμεσα σε δύο άτομα οξυγόνου με τη μορφή CO2. Τα πράσινα φυτά μπορούν να προσλάβουν αυτό το CO2, συνδυάστε το με νερό (H2O) και παράγουν υδατάνθρακες (κυριολεκτικά, ένυδρος άνθρακας) μέσω της διαδικασίας του φωτοσύνθεση. Είναι μέσω αυτής της διαδικασίας που τα φυτά αναπτύσσονται και αποκτούν μάζα. Αν και μπορεί να είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι τα φυτά παίρνουν τη μάζα τους από το νερό και ένα αόρατο αέριο στον αέρα, η φωτογραφία time-lapse της καλλιέργειας σιταρόχορτου μπορεί να το κάνει πιο πιστευτό.

Ε3: Από πού παίρνει το σιταρόχορτο τον άνθρακα που του επιτρέπει να αναπτυχθεί;


Τώρα, υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους αυτός ο άνθρακας στους υδατάνθρακες μπορεί να απελευθερωθεί πίσω στην ατμόσφαιρα. Τόσο τα φυτά όσο και τα ζώα που τα τρώνε μπορούν να διασπάσουν τους υδατάνθρακες (κυρίως τη γλυκόζη της ζάχαρης) σε νερό και διοξείδιο του άνθρακα, παίρνοντας κάποια χρήσιμη ενέργεια από τη διαδικασία και απελευθερώνοντας το CO2 διά μέσου αναπνοή. Επίσης, μύκητες και βακτήρια μπορούν να διασπάσουν τις ενώσεις άνθρακα σε νεκρά φυτά και ζώα και να μετατρέψουν τον άνθρακα σε CO2 εάν υπάρχει οξυγόνο. Τελικά, καύση (η οποία είναι πραγματικά η ίδια διαδικασία με την αναπνοή, εκτός από το ότι περιλαμβάνει καύση καυσίμων αντί για τρόφιμα) μπορεί να οξειδώσει τα οργανικά (που περιέχουν άνθρακα) υλικά στα φυτά και πάλι σε CO2. Μια μορφή καύσης που συναντήσατε σε προηγούμενο εργαστήριο (Η Τροπόσφαιρα) ήταν κόψτε και κάψτε, το οποίο χρησιμοποιείται για την εκκαθάριση μεγάλων δασικών εκτάσεων για τη γεωργία και είναι επομένως μια σημαντική αιτία αποψίλωση των δασών. Παρακολουθήστε το animation της σειράς χρόνου παρακάτω, το οποίο δείχνει την αποψίλωση των δασών στη Rondônia στη δυτική Βραζιλία.

Ε4: Τα πράσινα φυτά φωτοσυνθέτουν (αναγκάζοντάς τα να λειτουργούν ως καταβόθρα άνθρακα) και αναπνέουν (αναγκάζοντάς τα να λειτουργούν ως πηγή άνθρακα) με βάση την εικόνα του κύκλου του άνθρακα στα δεξιά παραπάνω, είναι αυτά τα φυτά καθαρή καταβόθρα ή πηγή άνθρακα;



Ε5: Οι άνθρωποι έχουν ανησυχίες σχετικά με τη χρήση κάθετου και έγκαυσης εν μέρει επειδή επηρεάζει τον κύκλο του άνθρακα με πολλούς τρόπους. Ποιοι είναι οι δύο από αυτούς τους τρόπους;


__________________________________________________________________________________________

Στη συνέχεια, ας εστιάσουμε στο άλλο μισό του μεγαλύτερου κύκλου άνθρακα: την ανταλλαγή άνθρακα μεταξύ της ατμόσφαιρας και της υδρόσφαιρας. Ρίξτε μια ματιά στην παρακάτω εικόνα που εστιάζει στις διαδικασίες που εμπλέκονται σε αυτήν την ανταλλαγή.

Θα πρέπει να είναι λογικό ότι, δεδομένου ότι οι ωκεανοί καλύπτουν το 70% της επιφάνειας της Γης, θα θέλαμε να επικεντρωθούμε στο πώς ο άνθρακας κινείται μεταξύ της ατμόσφαιρας και των ωκεανών. Μπορείτε να δείτε από την παραπάνω εικόνα ότι ορισμένες από τις ίδιες διαδικασίες – φωτοσύνθεση και αναπνοή – αποτελούν μέρος της ανταλλαγής μεταξύ αυτών των δύο τμημάτων του παγκόσμιου οικοσυστήματος. Υπάρχει ένας άλλος μηχανισμός με τον οποίο οι ωκεανοί μπορούν να λειτουργήσουν τόσο ως καταβόθρα άνθρακα όσο και ως πηγή άνθρακα: το νερό στον ωκεανό μπορεί να απορροφήσει διοξείδιο του άνθρακα (που οδηγεί σε οξύνιση από το νερό του ωκεανού) και, όπως μια σόδα που μένει επίπεδη, την απελευθερώνει μέσω της ανάδευσης που προκαλείται από τα ωκεάνια ρεύματα.

Ε6: Συνολικά, υπάρχει μεγαλύτερη ποσότητα άνθρακα που ανταλλάσσεται μεταξύ της ατμόσφαιρας και της βιόσφαιρας ή μεταξύ της ατμόσφαιρας και της υδρόσφαιρας;


Ε7: Πώς συγκρίθηκε η ποσότητα άνθρακα που απορροφήθηκε από την υδρόσφαιρα με την ποσότητα άνθρακα που απελευθερώθηκε από την υδρόσφαιρα το 2010;

__________________________________________________________________________________________

Υπάρχει ένα τελευταίο τμήμα του κύκλου του άνθρακα στο οποίο θέλουμε να εστιάσουμε. Ωστόσο, πριν το κάνουμε αυτό, είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι ο κύκλος του άνθρακα αντιπροσωπεύει α παγκόσμιο σύστημα, επομένως, παρόλο που έχουμε εξετάσει τον κύκλο σε διαχειρίσιμα τμήματα, πρέπει να θυμόμαστε ότι οι διεργασίες σε κάθε τμήμα είναι αλληλένδετες και οποιαδήποτε αλλαγή σε μια διαδικασία παράγει αλλαγές στις άλλες.

Εντάξει, με αυτήν την υπενθύμιση, μπορούμε να εστιάσουμε την προσοχή μας στο πώς ανταλλάσσεται άνθρακας μεταξύ της λιθόσφαιρας και της ατμόσφαιρας. Στο Prezi για αυτό το εργαστήριο, είδαμε ένα βίντεο που μιλούσε για «νεανικό γρήγορο άνθρακα». Αυτό είναι το είδος άνθρακα που βρίσκεται στα ζωντανά φυτά, μεταξύ άλλων, και το ονομάζουμε έτσι επειδή μπορεί εύκολα να μετακινηθεί μέσα και έξω από τον κύκλο του άνθρακα. Το βίντεο μίλησε επίσης για τον «παλιό αργό άνθρακα», που είναι το είδος που βρίσκεται στα ορυκτά καύσιμα. Ονομάζεται με αυτόν τον τρόπο επειδή αυτού του είδους ο άνθρακας έχει παγιδευτεί σε μια μορφή (φυσικό αέριο, πετρέλαιο και άνθρακας) που καθιστά πιο απίθανο τον άνθρακα να εισέλθει στον κύκλο του άνθρακα. Λοιπόν, πιο απίθανο έως ότου οι άνθρωποι άρχισαν να το τραβούν από τη Γη και να το καίνε για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Όταν λαμβάνει χώρα αυτή η καύση ορυκτών καυσίμων, άνθρακας με άτομα υδρογόνου συνδεδεμένα σε αυτό (υδρογονάνθρακες) μετατρέπεται σε άνθρακα με οξυγόνο συνδεδεμένο σε αυτόν (μονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του άνθρακα). Η εικόνα στα αριστερά παρακάτω δείχνει το ποσοστό του διοξειδίου του άνθρακα από την καύση διαφόρων ορυκτών καυσίμων. Η εικόνα στη μέση είναι του Plant Bowen, ενός εργοστασίου παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που καίει άνθρακα κοντά στο Cartersville, GA, θα πρέπει να σας είναι οικείο ως το φόντο του Prezi. Τέλος, η εικόνα στα δεξιά είναι μια σχηματική εικόνα του φυτού Scherer που βρίσκεται νοτιοανατολικά της Ατλάντα.

/> Ε8: Ποια μορφή ορυκτού καυσίμου περιμένατε ότι θα είχε συμβάλει περισσότερο στην παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα; Ποια μορφή στην πραγματικότητα συμβάλλει τα μέγιστα;


/> Q9: Στην εικόνα του Plant Bowen, επισημαίνονται οι πύργοι ψύξης. Πολλοί άνθρωποι συνδέουν εσφαλμένα την παρουσία πύργων ψύξης με την παρουσία πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, αλλά όλοι οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής μεγάλης κλίμακας τους έχουν. Τι είναι αυτό που βγαίνει από τους πύργους ψύξης; (Υπόδειξη: Αυτό έχει μια σημαντική σχέση με τον κύκλο ύλης που εξετάσατε στο εργαστήριο Τροπόσφαιρας.)






Πριν προχωρήσετε στην επόμενη ενότητα αυτού του εργαστηρίου, είναι σημαντικό να συνδυάσετε τα ξεχωριστά κομμάτια του κύκλου του άνθρακα που συζητήθηκαν παραπάνω. Για το σκοπό αυτό, ρίξτε μια ματιά στην εικόνα του παγκόσμιου προϋπολογισμού άνθρακα για το 2010 που βρίσκεται παρακάτω και που άνοιξε επίσης αυτήν την ενότητα.

Παρατηρήστε ότι οι ανθρωπογενείς (ανθρώπινες πηγές) εκπομπές άνθρακα είναι μεγαλύτερες από την πρόσληψη άνθρακα από τη βιόσφαιρα και την υδρόσφαιρα. Οι δραστηριότητες του ανθρώπου όπως η καύση ορυκτών καυσίμων και η αποψίλωση των δασών απελευθερώθηκαν εννέα πετάγραμμα (όπου ένα πετάγραμμο είναι 1.000.000.000.000.000 ή 10 15 γραμμάρια) άνθρακα στην ατμόσφαιρα το 2010. [Περίπου το 90% αυτών των ανθρωπογενών εκπομπών άνθρακα προήλθε από την καύση ορυκτών καυσίμων.] Από αυτά τα 9 χρησιμοποιήθηκαν σε πέτα από φυτά φωτοσύνθεση δύο από τα 9 πεταγραμμάρια απορροφήθηκαν από τον ωκεανό. Αν κάνετε κάποια σκληρά μαθηματικά, θα συνειδητοποιήσετε ότι άφησαν 4 πεταγραμμάρια ασύλληπτα – δηλαδή, υπήρξε μια καθαρή προσθήκη 4 πεταγραμμαρίων άνθρακα με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Ένας άλλος τρόπος να το πούμε αυτό είναι ότι η ποσότητα άνθρακα στη λιθόσφαιρα (με τη μορφή ορυκτών καυσίμων) είναι μειώνεταικαι την ποσότητα του άνθρακα στην ατμόσφαιρα (με τη μορφή CO2), βιόσφαιρα και υδρόσφαιρα είναι αυξανόμενη. Κάτι να σκεφτούμε.

Ε10: Ποια πιστεύετε ότι θα ήταν η επίδραση στη ζωή σε αυτόν τον πλανήτη εάν το είδος του διχτυού Η απελευθέρωση άνθρακα που περιγράφεται παραπάνω για το 2010 θα συνεχιζόταν για τα επόμενα 50 χρόνια;

__________________________________________________________________________________________

Το γραφικό του κύκλου άνθρακα που εξερευνήσατε στην Ενότητα 2 εμφανίζει μόνο δεδομένα από το 2010. Όπως συνέβη σε προηγούμενα εργαστήρια, μας ενδιαφέρουν οι αλλαγές χρόνος – σε αυτή την περίπτωση, αλλαγές στον παγκόσμιο προϋπολογισμό άνθρακα. Οι ερευνητές μπόρεσαν να υπολογίσουν τα ακόλουθα για κάθε έτος από το 1959 έως το 2014: (1) εκπομπές άνθρακα από την καύση ορυκτών καυσίμων και την παραγωγή τσιμέντου, (2) εκπομπές άνθρακα από την αλλαγή χρήσης γης (δηλ. μετατροπή των δασών σε γεωργία, όπως σε κάθετο -και καύση γεωργίας), (3) πρόσληψη άνθρακα από την ατμόσφαιρα, (4) πρόσληψη άνθρακα από τους ωκεανούς και (5) πρόσληψη άνθρακα από την επίγεια βιόσφαιρα. Το παρακάτω γράφημα δείχνει αλλαγές σε αυτές τις πέντε διεργασίες από το 1959 έως το 2010. Οι ανθρωπογενείς εκπομπές άνθρακα (καύση ορυκτών καυσίμων, παραγωγή τσιμέντου και αλλαγή χρήσης γης) έχουν αρνητικές τιμές αφού αυτές οι διαδικασίες αντιπροσωπεύουν α απώλεια άνθρακα από μια συγκεκριμένη σφαίρα (δηλαδή, η καύση ορυκτών καυσίμων απελευθερώνει άνθρακα από τη λιθόσφαιρα, η οποία δρα ως άνθρακας πηγή). Μια θετική τιμή δείχνει ότι μια σφαίρα (π.χ. ατμόσφαιρα, υδρόσφαιρα και βιόσφαιρα) έχει αποκτήσει άνθρακα (δηλαδή ότι η σφαίρα δρα ως άνθρακας νεροχύτης). Η ατμοσφαιρική, η ωκεάνια και η χερσαία βιόσφαιρα μπορεί να έχουν θετικές ή αρνητικές τιμές, καθώς μπορούν να λειτουργήσουν ως πηγές ή καταβόθρες. You might be wondering why we are not working with data more recent than 2014. The Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC), which provides us with most of the data in this lab, was shut down in 2016.

The graphic below shows the amount of carbon released from the main sources and taken in by the main sinks from 1959 to 2014. As you examine it, you should be thinking about the relationship between the amount of carbon released by the sources and absorbed by the sinks over the 55 years shown, as well as the trends in those processes over that time frame.


Q11: What has been the general trend in the sizes of sources and sinks from 1959-2014?



Q12: For each year, what is the relationship between the magnitude of carbon emissions and the magnitude of carbon uptake?



Now, we are going to look at the trends in that same data a little more closely through the power of Microsoft® Excel. Κάντε κλικ CarbonEmissions_1959-2014 to open the Excel file of interest. This file contains annual emissions of carbon (in petagrams) from 1959 to 2014 from fossil-fuel combustion and land-use change (primarily slash and burn). Do the following to create a graph from the data in that file:

  • Select cells in rows 4 through 60 of columns A, B, and C.
  • Under the Insert tab, select Line and then choose the first 2-D line.
  • The resulting chart shows annual emissions of carbon fossil-fuel combustion and land-use change

Q13: How does the trend in fossil-fuel emissions differ from the trend in land-use change emissions?


Q14: For the source that had the largest increase over those years, what do you think was responsible for that increase?



The Excel data allowed us to look at trends in emissions and uptake of carbon from various sources and sinks over time. We would like to zoom in on one of those sources – fossil fuel combustion – and try to pinpoint places where the emissions from that source changed the most over χρόνος. Maps of fossil-fuel carbon emissions were developed by the now-defunct CDIAC for all years from 1781 to 2010. Click Carbon Emissions 1950-2010 to open the file in Google™ Earth see how carbon emissions have changed from 1950 to 2010. Look at country-level CO2 emissions in 2014 to answer Q18.

/> Q15: From what regions/countries was most of the carbon emitted in 1950?


/> Q16: What country had the most emissions in 2014?



Next, let’s focus on the changes in the carbon νεροχύτες στο περασμα του χρονου. The graphic below shows the annual uptake of carbon (in petagrams) by the atmosphere, oceans, and terrestrial biosphere from 1959 to 2014.


/> Q17: What has been the general trend in the amount of carbon taken up by the atmosphere, oceans, and terrestrial biosphere over the last 50+ years?


/>Q18: How did carbon uptake during 2005-2014 differ from carbon uptake during 1959-1968? Where has more and more of the carbon been going?

__________________________________________________________________________________________

Κάντε κλικ CO2_2010 to open the file in Google™ Earth and see changes in monthly CO2 concentrations in 2010. These data were derived from two sensors (the Atmospheric Infrared Sounder and the Advanced Microwave Sounding Unit-A) on-board NASA’s Aqua satellite.

In the Google™ Earth file turn the globe so that you can see both North and South America at the same time. Replay the animation in order to answer the question below.

Q19: How do CO2 concentrations vary between the Northern Hemisphere and Southern Hemisphere? Why are concentrations higher in one hemisphere compared to the other?


__________________________________________________________________________________________

In the Troposphere Lab, we learned about the Clean Air Act in the United States in which different sets of regulations controlling various pollutants in the air were passed in 1970, 1977, and 1990. As part of understanding the impact of that Act, you looked at the effect on the levels of PM10, NOΧ, και έτσι2 emissions, and you should have noticed a decrease in pollutant emissions. Regarding the sources of the pollutants, you learned the following in Lab 4 (Air Pollution): (1) industrial processes (e.g., smokestacks on factories) has been largest source of PM10 (2) motor vehicles has been the largest source of NOΧ and (3) electricity production (i.e., power plants) has been the largest source of SO2.

Q20: Why didn’t CO2 emissions decrease from 1970 to 2010 like SO2 και όχιΧ emissions did?

__________________________________________________________________________________________

In Day 1 of this lab, we focused on the carbon cycle in terms of πηγές και νεροχύτες. In the first few parts of this lab, the emphasis has been on human activity – mostly the burning of fossil fuels – as an additional source of carbon that gets emitted into the atmosphere. As with any system in nature, the other parts of the system can respond to such a stress on the system’s ισορροπία. For example, one response from the parts of the carbon cycle system to the increased CO2 levels from fossil fuel combustion could be increased absorption of CO2 by green plants to drive photosynthesis.

Given the importance of this process, let’s turn our attention to the terrestrial biosphere as a carbon sink. As shown top picture below, the terrestrial biosphere absorbs approximately three petagrams of carbon annually. When you see the two words “terrestrial biosphere” you should think of forests. There are three general types of forests across the globe: (1) tropical forests, which are predominantly evergreen broadleaf forests, (2) temperate forests, which have varying types of trees as a result of yearly variations in the temperature, and (3) boreal forests, which are predominantly evergreen needleleaf forests. Κάντε κλικ MODIS Land Cover to open the file in Google™ Earth and including location of these different types of forests. The land-cover information was derived from data from the MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) instrument on NASA’s Terra satellite.

Q21: Identify one place across the globe where there is a (1) tropical forest, (2) temperate forest, and (3) boreal forest?

Q22: Which of the three forests do you think is the largest carbon sink and why?



In Part 1 of this lab, you learned that green plants within the terrestrial biosphere can act both as a carbon sink – as they turn CO2 and water into carbohydrates through photosynthesis – and as a carbon source – as they respire CO2 produced by the metabolism of carbohydrates when the plants need energy. What is really important to know is how much more carbon is taken up by photosynthesis than released through respiration. Αυτό είναι γνωστό ως net Πrimary Πroduction (NPP). Positive values of NPP indicate that more carbon was absorbed by photosynthesis than was released by respiration (i.e., that the terrestrial biosphere was acting as a carbon sink) negative values indicate the opposite situation.

NPP changes over time and space. We can explore these changes for one year by clicking on NPP_2010 to open this file in Google™ Earth and watching the animation of the variation of the NPP values for different places over that year. The data come from NASA’s MODIS instrument. Values range from near 0 grams of carbon per square meter per day to 6.5 grams per square meter per day.

Q23: Which forests have large positive values of NPP during each month (i.e., what forests have a green color year-round)?



Q24: Why do these forests have little seasonal differences in NPP?

After viewing NPP values for each month of 2010, you should now revisit your response to Question 24.

Q25: Which of the three forests do you think is the largest carbon sink and why?



Scientists are still trying to figure out which of the three forest types is the largest carbon sink. The three images below provide recent information on the terrestrial biosphere carbon sink. The first two images are the first pages from two articles from the journal Επιστήμη, while the third image is a portion of Table 1 from the second Επιστήμη άρθρο.

Notice how the estimate in the table (2.41 Pg) above nearly matches the 3 Pg in the the diagram above and shown below.


Q26: Which of the three forests appears to be the largest carbon sink, especially for the 1990-1999 period?

Q27: Why do you think it is likely the carbon uptake in tropical forest areas decreased from 1990-1999 to 2000-2007? Hint: Think about what you learned earlier that involved Brazil.

________________________________________________________________________

As with the terrestrial biosphere, the oceans (the largest component of the hydrosphere) can function as either a carbon source or a carbon sink. Look at the image below as a reminder of the different processes by which the ocean can act as a carbon sink and a carbon source.

Typically, the oceans take up approximately two petagrams of carbon each year. More specifically, the oceans have taken up half of all the CO2 emitted by human activities since pre-industrial times. With the increased production of CO2 by humans over the past two centuries, more and more carbon has been added to the oceans. Όταν η CO2 enters the ocean, a complex series of reactions occur in which the carbon dioxide is transformed into carbonic acid (by reacting with the water), the carbonic acid breaks apart into hydrogen ions and bicarbonate ions (which are found in baking soda), and some percentage of the hydrogen ions combine with carbonate ions (which are found in washing soda) to form additional bicarbonate ions. Why it is not important to remember all the parts of that complex series of reactions, it is valuable to understand one of its effects: the removal of carbonate ions that it makes it more difficult for marine organisms (known as calcifiers) to grow shells.

Q28: What other effects do you think anthropogenic CO2 emissions are having on marine organisms besides the impact on calcifiers described above?



As a result of data collected in Hawaii, we are better able to understand the effects of the increasing amounts of CO2 that the oceans are absorbing. Scientists working on the Hawaii Ocean Time-series (HOT) program have been making repeated observations of the hydrography, chemistry, and biology of the water column at a station north of Oahu, Hawaii USA. since October 1988. As you have seen earlier in this lab, measurements of atmospheric CO2 concentrations at Mauna Loa, Hawaii have been made since 1958. Click HOT_MaunaLoa to open the file in Google™ Earth and see the location of the HOT measurements relative to the Mauna Loa station. The image below shows changes in atmospheric CO2 concentrations and the amount of dissolved CO2 in the middle of the Pacific Ocean (i.e., Hawaii). As atmospheric CO2 concentrations increase the amount of CO2 dissolved in seawater also increases.


As noted above, changes in the amount of CO2 in seawater also will affect the pH of the water as well as the availability of carbonate ions. The image on the left below shows changes in seawater pH and the concentration of carbonate ions near Hawaii. The same pH diagram you saw in Lab 3 is shown again below.


NEW AQA GCSE Trilogy (2016) Biology - The Carbon Cycle

I am a secondary school & A-level Science teacher, specialising in Biology. I am also an experienced AQA GCSE Biology Examiner. My resources contain a mix of Biology, Chemistry and Physics lessons aimed at meeting specification points for the new AQA Trilogy GCSE course and KS3 Activate course. All of my lessons include at least one opportunity for self-assessment, a range of activities to suit students of all abilities, a set of differentiated starter questions and a plenary.

Μοιραστείτε αυτό

This lesson is designed for the NEW AQA Trilogy Biology GCSE, particularly the ‘Ecology’ SoW.

For more lessons designed to meet specification points for the NEW AQA Trilogy specifications for Biology, Chemistry and Physics please see my shop: https://www.tes.com/teaching-resources/shop/SWiftScience

The first part of the lesson focuses on outlining the importance of carbon within the living world, where we might find it in our bodies and the world around us. The first task pupils will be asked to complete is a mind map of the processes they think will add or remove carbon dioxide from our atmosphere. Pupils can discuss in pairs and once complete the answers can be revealed for pupils to assess their work.

The next task is for pupils to watch a video about greenhouse gases, there are a set of questions pupils will be given which they need to answer whilst watching the video. Once this task is complete pupils can assess their work using the answers provided.

The next task is a fill-in-the-blanks task, pupils are given a paragraph about the role of carbohydrates in animals and plants, they need to complete this using the key words provided. Once completed pupils can assess their work using the answers provided.

Pupils will then watch a video about the carbon cycle which details the process involved, once the students have watched the video they will be given a worksheet which they need to complete using the captions provided on the PowerPoint slide. Lower ability students may want to complete this as a group & could perhaps complete whilst the video is playing to assist them. Once they have completed the task pupils can self-assess their work using the answers provided.

The next task may be better suited to higher ability pupils, a set of cards images and captions are provided per pupil and they need to use this to construct their own carbon cycle in their books. Higher ability pupils may want to test their knowledge and turn to their back page to complete this without looking at their previous work

The last task is for pupils to consider the future and how we may be able to implement strategies to help reduce our carbon emissions in order to combat global warming. Pupils are to discuss possible methods/strategies we could use and mind map their ideas in their books.

The plenary task is for pupils to turn to the back of their books and write down a description of as many processes which contribute to the carbon cycle as possible.

All resources are included at the end of the presentation. Thanks for looking, if you have any questions please let me know in the comments section and any feedback would be appreciated :)

Get this resource as part of a bundle and save up to 56%

Ένα πακέτο είναι ένα πακέτο πόρων που ομαδοποιούνται για τη διδασκαλία ενός συγκεκριμένου θέματος ή μιας σειράς μαθημάτων, σε ένα μέρος.

NEW AQA GCSE Biology - 'Ecology' lessons

This bundle of resources contains 15 lessons which meet all learning outcomes within the 'Ecology' unit for the NEW AQA Biology Specification. 1. Classification 2. New systems of classification 3. Communities 4. Distribution of organisms 5. Competition 6. Adaptations 7. Feeding relationships 8. Recycling materials (water cycle) 9. Carbon cycle 10. The human population explosion 11. Air pollution 12. Water pollution 13. Deforestation & peat destruction 14. Global warming & the impact of change 15. Maintaining biodiversity


6.7: Carbon Cycle - Biology


In order to understand how carbon is cycled and how atmospheric CO2 will change in the future, scientists must carefully study the places in which carbon is stored (pools), how long it resides there, and processes that transfer it from one pool to another (fluxes). Collectively, all of the major pools and fluxes of carbon on Earth comprise what we refer to as the global carbon cycle.

As you might imagine, the actual global carbon cycle is immensely complex. It includes every plant, animal and microbe, every photosynthesizing leaf and fallen tree, every ocean, lake, pond and puddle, every soil, sediment and carbonate rock, every breath of fresh air, volcanic eruption and bubble rising to the surface of a swamp, among much, much else. Because we can't deal with that level of complexity, scientists often describe the carbon cycle by lumping similar objects or environments into simpler groups (forest, grassland, atmosphere, ocean) and focusing only on the processes that are most important at the global scale (see Global Carbon Cycle Diagram). As you might imagine, part of the trick is understanding just what those processes are.

The following section is a brief overview of some of the important pools and fluxes in the global carbon cycle (and note that, in our discussion, we will use the terms pool, stock and reservoir interchangeably). But first, it’s worth taking a moment to consider the numbers and units scientists often deal with. Because the quantities of carbon in the Earth’s major carbon pools can be quite large, it is inconvenient to use familiar units such as pounds or kilograms. Instead, we use other units that are better suited for expressing large numbers. For example, a Petagram of carbon (Pg), also known as a Gigaton (Gt), is equal to 10^15 grams or one billion tonnes. A tonne, also known as a metric ton, is equal to one thousand kilograms (1,000 kg). Because one kilogram is equal to 2.205 pounds, one metric tonne is the same as 2205 pounds. Taking this further, we can see that one Petagram is equal to just about 2,200,000,000,000 (or 2.2 trillion) pounds! Expressing this as 1 Pg is much simpler than working with that many zeros. Now we will consider carbon stored on Earth in four main reservoirs.

Depending on our goals, the Earth’s carbon pools can be grouped into any number of different categories. Here, we will consider four categories that have the greatest relevance to the overall carbon cycle. Keep in mind that any of these pools could be further divided into a number of subcategories, as we will occasionally discuss.

The Earth’s Crust: The largest amount of carbon on Earth is stored in sedimentary rocks within the planet’s crust. These are rocks produced either by the hardening of mud (containing organic matter) into shale over geological time, or by the collection of calcium carbonate particles, from the shells and skeletons of marine organisms, into limestone and other carbon-containing sedimentary rocks. Together all sedimentary rocks on Earth store 100,000,000 PgC. Recalling that 1 Pg is over two trillion pounds, this is clearly a large mass of carbon! Another 4,000 PgC is stored in the Earth’s crust as hydrocarbons formed over millions of years from ancient living organisms under intense temperature and pressure. These hydrocarbons are commonly known as fossil fuels.

Oceans: The Earth’s oceans contain 38,000 PgC, most of which is in the form of dissolved inorganic carbon stored at great depths where it resides for long periods of time. A much smaller amount of carbon, approximately 1,000 Pg, is located near the ocean surface. This carbon is exchanged rapidly with the atmosphere through both physical processes, such as CO2 gas dissolving into the water, and biological processes, such as the growth, death and decay of plankton. Although most of this surface carbon cycles rapidly, some of it can also be transferred by sinking to the deep ocean pool where it can be stored for a much longer time.

Atmosphere: The atmosphere contains approximately 750 PgC, most of which is in the form of CO2, with much smaller amounts of methane (CH4 and various other compounds). Although this is considerably less carbon than that contained in the oceans or crust, carbon in the atmosphere is of vital importance because of its influence on the greenhouse effect and climate. The relatively small size of the atmospheric C pool also makes it more sensitive to disruptions caused by and increase in sources or sinks of C from the Earth’s other pools. In fact, the present-day value of 750 PgC is substantially higher than that which occurred before the onset of fossil fuel combustion and deforestation. Before these activities began, the atmosphere contained approximately 560 PgC and this value is believed to be the normal upper limit for the Earth under natural conditions. In the context of global pools and fluxes, the increase that has occurred in the past several centuries is the result of C fluxes to the atmosphere from the crust (fossil fuels) and terrestrial ecosystems (via deforestation and other forms of land clearing).

Terrestrial Ecosystems: Terrestrial ecosystems contain carbon in the form of plants, animals, soils and microorganisms (bacteria and fungi). Of these, plants and soils are by far the largest and, when dealing with the entire globe, the smaller pools are often ignored. Unlike the Earth’s crust and oceans, most of the carbon in terrestrial ecosystems exists in organic forms. In this context, the term “organic” refers to compounds that were produced by living things, including leaves, wood, roots, dead plant material and the brown organic matter in soils (which is the decomposed remains of formerly living tissues).

Plants exchange carbon with the atmosphere relatively rapidly through photosynthesis, in which CO2 is absorbed and converted into new plant tissues, and respiration, where some fraction of the previously captured CO2 is released back to the atmosphere as a product of metabolism. Of the various kinds of tissues produced by plants, woody stems such as those produced by trees have the greatest ability to store large amounts of carbon. Wood is dense and trees can be large. Collectively, the Earth’s plants store approximately 560 PgC, with the wood in trees being the largest fraction.

The total amount of carbon in the world’s soils is estimated to be 1500 PgC. Measuring soil carbon can be challenging, but a few basic assumptions can make estimating it much easier. First, the most prevalent form of carbon in the soil is organic carbon derived from dead plant materials and microorganisms. Second, as soil depth increases the abundance of organic carbon decreases. Standard soil measurements are typically only taken to 1m in depth. In most case, this captures the dominant fraction of carbon in soils, although some environments have very deep soils where this rule doesn’t apply. Most of the carbon in soils enters in the form of dead plant matter that is broken down by microorganisms during decay. The decay process also released carbon back to the atmosphere because the metabolism of these microorganisms eventually breaks most of the organic matter all the way down to CO2.

The movement of any material from one place to another is called a flux and we typically think of a carbon flux as a transfer of carbon from one pool to another. Fluxes are usually expressed as a rate with units of an amount of some substance being transferred over a certain period of time (e.g. g cm-2 s-1 or kg km2 yr-1). For example, the flow of water in a river can be thought of as a flux that transfers water from the land to the sea and can be measured in gallons per minute or cubic kilometers per year.

A single carbon pool can often have several fluxes both adding and removing carbon simultaneously. For example, the atmosphere has inflows from decomposition (CO2 released by the breakdown of organic matter), forest fires and fossil fuel combustion and outflows from plant growth and uptake by the oceans. The size of various fluxes can vary widely. In the previous section, we briefly discussed a few of the fluxes into and out of various global C pools. Here, we will pay more careful attention to some of the more important C fluxes.

Photosynthesis: During photosynthesis, plants use energy from sunlight to combine CO2 from the atmosphere with water from the soil to create carbohydrates (notice that the two parts of the word, carbo- and –hydrate, signify carbon and water). In this way, CO2 is removed from the atmosphere and stored in the structure of plants. Virtually all of the organic matter on Earth was initially formed through this process. Because some plants can live to be tens, hundreds or sometimes even thousands of years old (in the case of the longest-living trees), carbon may be stored, or sequestered, for relatively long periods of time. When plants die, their tissues remain for a wide range of time periods. Tissues such as leaves, which have a high quality for decomposer organisms, tend to decay quickly, while more resistant structures, such as wood can persist much longer. Current estimates suggest photosynthesis removes 120 PgC/year from the atmosphere and about 610 PgC is stored in plants at any given time.

Plant Respiration: Plants also release CO2 back to the atmosphere through the process of respiration (the plant equivalent of exhaling). Respiration occurs as plant cells use carbohydrates, made during photosynthesis, for energy. Plant respiration represents approximately half (60 PgC/year) of the CO2 that is returned to the atmosphere in the terrestrial portion of the carbon cycle.

Litterfall: In addition to the death of whole plants, living plants also shed some portion of their leaves, roots and branches each year. Because all parts of the plant are made up of carbon, the loss of these parts to the ground is a transfer of carbon (a flux) from the plant to the soil. Dead plant material is often referred to as litter (leaf litter, branch litter, etc.) and once on the ground, all forms of litter will begin the process of decomposition.

Soil Respiration: The release of CO2 through respiration is not unique to plants, but is something all organisms do. When dead organic matter is broken down or decomposed (consumed by bacteria and fungi), CO2 is released into the atmosphere at an average rate of about 60 PgC/year globally. Because it can take years for a plant to decompose (or decades in the case of large trees), carbon is temporarily stored in the organic matter of soil.

Ocean—Atmosphere exchange: Inorganic carbon is absorbed and released at the interface of the oceans’ surface and surrounding air, through the process of diffusion. It may not seem obvious that gasses can be dissolved into, or released from water, but this is what leads to the formation of bubbles that appear in a glass of water left to sit for a long enough period of time. The air contained in those bubbles includes CO2 and this same process is the first step in the uptake of carbon by oceans. Once in a dissolved form, CO2 goes on to react with water in what are known as the carbonate reactions. These are relatively simple chemical reactions in which H2O and CO2 join to form H2CO3 (also known as carbonic acid, the anion of which, CO3, is called carbonate). The formation of carbonate in seawater allows oceans to take up and store a much larger amount of carbon than would be possible if dissolved CO2 remained in that form. Carbonate is also important to a vast number of marine organisms that use this mineral form of carbon to build shells.

Carbon is also cycled through the ocean by the biological processes of photosynthesis, respiration, and decomposition of aquatic plants. In contrast with terrestrial vegetation is the speed at which marine organisms decompose. Because ocean plants don’t have large, woody trunks that take years to breakdown, the process happens much more quickly in oceans than on land—often in a matter of days. For this reason, very little carbon is stored in the ocean through biological processes. The total amount of carbon uptake (92 Pg C) and carbon loss (90 PgC) from the ocean is dependent on the balance of organic and inorganic processes.

Fossil fuel combustion and land cover change: The carbon fluxes discussed thus far involve natural processes that have helped regulate the carbon cycle and atmospheric CO2 levels for millions of years. However, the modern-day carbon cycle also includes several important fluxes that stem from human activities. The most important of these is combustion of fossil fuels: coal, oil and natural gas. These materials contain carbon that was captured by living organisms over periods of millions of years and has been stored in various places within the Earth's crust (see accompanying text box). However, since the onset of the industrial revolution, these fuels have been mined and combusted at increasing rates and have served as a primary source of the energy that drives modern industrial human civilization. Because the main byproduct of fossil fuel combustion is CO2, these activities can be viewed in geological terms as a new and relatively rapid flux to the atmosphere of large amounts of carbon. At present, fossil fuel combustion represents a flux to the atmosphere of approximately 6-8 PgC/year.

Another human activity that has caused a flux of carbon to the atmosphere is land cover change, largely in the form of deforestation. With the expansion of the human population and growth of human settlements, a considerable amount of the Earth's land surface has been converted from native ecosystems to farms and urban areas. Native forests in many areas have been cleared for timber or burned for conversion to farms and grasslands. Because forests and other native ecosystems generally contain more carbon (in both plant tissues and soils) than the cover types they have been replaced with, these changes have resulted in a net flux to the atmosphere of about 1.5 PgC/year. In some areas, regrowth of forests from past land clearing activities can represent a sink of carbon (as in the case of forest growth following farm abandonment in eastern North America), but the net effect of all human-induced land cover conversions globally represents a source to the atmosphere.

Geological Processes: Geological processes represent an important control on the Earth's carbon cycle over time scales of hundreds of millions of years. A thorough discussion of the geological carbon cycle is beyond the scope of this introduction, but the processes involved include the formation of sedimentary rocks and their recycling via plate tectonics, weathering and volcanic eruptions.

To take a slightly closer look, rocks on land are broken down by the atmosphere, rain, and groundwater into small particles and dissolved materials, a process known as weathering. These materials are combined with plant and soil particles that result from decomposition and surface erosion and are later carried to the ocean where the larger particles are deposited near shore. Slowly, these sediments accumulate, burying older sediments below. The layering of sediment causes pressure to build and eventually becomes so great that deeper sediments are turned into rock, such as shale. Within the ocean water itself, dissolved materials mix with seawater and are used by marine life to make calcium carbonate (CaCO3) skeletons and shells. When these organisms die, their skeletons and shells sink to the bottom of the ocean. In shallow waters (less than 4km) the carbonate collects and eventually forms another type of sedimentary rock called limestone.

Collectively, these processes convert carbon that was initially contained in living organisms into sedimentary rocks within the Earth's crust. Once there, these materials continue to be moved and transformed through the process of plate tectonics, uplift of rocks contained in the lighter plates and melting of rocks in the heavier plates as they are pushed deep under the surface. These melted materials can eventually result in emission of gaseous carbon back to the atmosphere through volcanic eruptions, thereby completing the cycle. Although the recycling of carbon through sedimentary rocks is vital to our planet's long-term ability to sustain life, the geological cycle moves so slowly that these fluxes are small on an annual basis and have little effect on a human time-scale.


© Copyright 2008, The University of New Hampshire, Durham, NH 03824
UNH is part of the University System of New Hampshire. | ADA Disclaimer | Επικοινωνήστε μαζί μας


Carbon Cycle Animation

Carbon is essential to life on earth, with every living organism needing carbon to sustain life whether for physical structure, or as an energy source, or both. Carbon is quite mobile and cycles through the earth's atmosphere, oceans, biosphere and geosphere.

The total amount of carbon on earth is fixed, we cannot create more and we cannot remove carbon from the earth's system. Carbon can be found as a gas, and in solid and liquid forms, but the total amount of carbon on earth always remains the same.

Carbon is the primary component of all fossil fuels (coal, oil and gas) that we burn to create power. Our growing use of energy has increased the volume of carbon dioxide (CO2) in the atmosphere through burning fossil fuels.

In an agricultural system, carbon is cycled through the atmosphere, through plants and animals, and through the soil. The production of food affects the amount of carbon in the soil as harvesting plant and animal products removes carbon from the agricultural system. By increasing the amount of carbon stored in the soil, we can significantly offset the amount of CO2 in the atmosphere and also improve the health of our soil. Increasing organic matter in soil increases the amount of carbon in soil, and wide range of soil health benefits result.

The following animation illustrates the steps of the carbon cycle in a simplified form.

Click on the animation of the carbon cycle to start.

For information about DJPR please contact:

© State of Victoria (Agriculture Victoria) 1996 - .

This work, Victorian Resources Online, is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 licence. You are free to re-use the work under that licence, on the condition that you credit the State of Victoria (Agriculture Victoria) as author, indicate if changes were made and comply with the other licence terms.

The licence does not apply to ‘branding’ or some ‘images or photographs’ that may be owned by third parties. We ask you to seek prior approval to use images using the VRO feedback form. Access to higher quality images can also be provided on request.


Words nearby carbon cycle

Because photosynthesis plays a critical role in the planet’s carbon cycle , pyrenoids “might also be able to contribute to solving other problems that we’re facing in sustainability, including climate change,” he says.

Mineralization is already the main mechanism nature uses in the so-called “slow carbon cycle .”

It almost mirrors the Buddhist cycle of life, death, and rebirth.

Eventually, the mistletoe bush grows, blooms, and forms berries, and the cycle begins anew.

The Newsroom aired its final episode on Sunday, already an eternity ago in news-cycle terms.

It reacts very readily with oxygen by burning smokelessly, with carbon dioxide and water as its byproducts.

Methane (chemical formula CH4) is one of the simplest hydrocarbons, which literally means “containing hydrogen and carbon.”

What are a few paltry, lumps of crystallised carbon compared to a galaxy of a million million suns?

The sexual cycle can take place only within the body of one genus of mosquito, anopheles.

Here they enter red corpuscles as young malarial parasites, and the majority pass through the asexual cycle just described.

The carbon dioxid evolved distends the stomach, and its outline can easily be determined by percussion.

Carbon is the largest constituent of plants, and forms, in round numbers, about 50 per cent of their weight when dry.


Δες το βίντεο: Ο κύκλος του άνθρακα (Οκτώβριος 2022).