Kruženje ugljika u prirodi
- objasniti procese fotosinteze i staničnog disanja kao najvažnije procese kruženja ugljika u prirodi
- klasificirati ugljikov(IV) oksid kao staklenički plin
- povezati povećanu emisiju ugljikova(IV) oksida u atmosferi i promjene klimatskih uvjeta na Zemlji
Uvod
U ovom poglavlju najviše će se govoriti o ugljikovu(IV) oksidu. Taj je plin uobičajeni sastojak atmosfere, ali se od praatmosfere do danas njegov volumni udio u zraku povećao s 0,028 % na 0,039 %.
Služeći se stručnom literaturom, istražite kako se mijenjala količina ugljikova(IV) oksida od praatmosfere do današnjih dana.
Navedite nekoliko mogućih uzroka povećanja ugljikova(IV) oksida u atmosferi!
Količina ugljikova(IV) oksida u većem dijelu tog razdoblja iznosi između 270 i 300 ppm, ali nakon 1900. godine količina ugljikova(IV) oksida naglo raste do 400 ppm .
Uzroci naglog povećanja ugljikova(IV) oksida jesu: 1) prekomjerno izgaranje fosilnih goriva, 2) krčenje šuma, 3) veliki šumski požari, 4) vulkanska aktivnost, 5) emitiranje otopljenog u oceanima pri zagrijavanju mora i dr.
Atmosfera Venere 50 je puta gušća od Zemljine. Sastoji se od ugljikova(IV) oksida (96,5 %) i dušika (3,5 %), a u vrlo malim količinama ima ugljikova(II) oksida, argona, vode, sumporova(IV) oksida, kisika, klorovodika i fluorovodika.
Na temelju slikovnog priloga odgovorite na sljedeća pitanja.
1. Iz grafikona očitajte temperaturu i tlak koji vladaju na površini Venere.
2. Na kojoj visini u atmosferi Venere vladaju isti uvjeti tlaka i temperatura kao na Zemlji?
Odgovori:
1. Na površini Venere temperatura je oko 750 Kelvina, a tlak je veći od 90 bara.
2. U atmosferi Venere na visini oko 50 km vladaju isti uvjeti tlaka i temperature kao na Zemlji.
Kruženje ugljika u prirodi
Ugljik i njegovi spojevi sastavni su dio žive i nežive prirode. Svi prirodni procesi u kojima ugljik iz nežive prirode prelazi u živu prirodu i obratno čine složeni ciklus kružnog toka ugljika.
Pogledajte animaciju koja prikazuje procese kojima ugljik, građevni element raznih spojeva, kruži između atmosfere, biosfere, hidrosfere i litosfere.
Dva najvažnija procesa u kružnom toku ugljika jesu fotosinteza i stanično disanje.
Fotosinteza
Fotosinteza je složeni biokemijski proces.
U reakciji fotosinteze troši se voda i ugljikov(IV) oksid, a nastaju šećer glukoza i kisik.
Proučite formulu koja prikazuje reakciju fotosinteze:
ugljikov(IV) oksid + voda → š ećer + kisik
Fotosinteza se obavlja u kloroplastima stanice pod utjecajem energije Sunca.
Budući da fotosintezom nastaje šećer, fotosinteza je veoma važna za proizvodnju hrane.
Dva najvažnija procesa u kružnom toku ugljika jesu fotosinteza i stanično disanje.
Fotosinteza
Fotosinteza je složeni biokemijski proces u kojemu dolazi do pretvorbe energije Sunčeva zračenja u energiju kemijskih veza u molekulama. U reakciji fotosinteze troši se voda i ugljikov(IV) oksid, a nastaju šećer glukoza i kisik.
Fotosinteza se obavlja u kloroplastima stanice pod utjecajem energije Sunca. Budući da su proizvodi fotosinteze ugljikohidrati, fotosinteza je veoma važna za proizvodnju hrane.
Fotosintezu mogu obavljati organizmi koji u svojim stanicama sadrže kloroplaste.
Klikom odaberite jedan točan odgovor.
Odaberite točan odgovor.
Odaberite organizam koji ne može obavljati fotosintezu.
Želite li pokušati ponovo?
Tijekom dana fotosintezom nastaje velika količina molekula šećera glukoze koje zatim organizam pohranjuje u obliku složenih šećera, primjerice škroba.
Dio glukoze organizam troši za svoje potrebe. Ekološkim odnosima prehrane hrana iz fotosintetskog organizma odlazi u druge članove hranidbenog lanca.
Stanično disanje
Promotrite kružni tok ugljika između žive i nežive prirode:
u fotosintezi: ugljik se iz ugljikova dioksida premješta u šećer u živom biću (biljka)
u staničnom disanju: ugljik se vraća iz šećera natrag u ugljikov dioksid, što pokazuje i formula procesa staničnog disanja:
| šećer | + | kisik | → | ugljikov(IV) oksid | + | voda |
[/overflower]
U kružnom toku ugljika fotosinteza je suprotan proces staničnom disanju.
Stanično disanje obavlja se u mitohondrijima stanice i ima ulogu dobivanja energije za rad organizma.
Tijekom dana fotosintezom nastaje velika količina molekula glukoze koje zatim organizam pohranjuje u obliku složenih šećera, primjerice škroba. Dio glukoze organizam troši za svoje potrebe. Ekološkim odnosima prehrane hrana iz fotosintetskog organizma odlazi u druge članove hranidbenog lanca.
Stanično disanje
Fotosinteza i stanično disanje zatvaraju kružni tok ugljika između nežive i žive prirode. U fotosintezi se ugljik iz ugljikova(IV) oksida u sastavu zraka premješta u glukozu unutar živoga bića. Proces staničnog disanja (biološka oksidacija) suprotan je fotosintezi i vraća ugljik iz glukoze natrag u ugljikov(IV) oksid. Stanično disanje obavlja se u mitohondrijima stanice i daje energiju potrebnu za rad organizma.
Mikroorganizmi u tlu razlažu tijela uginulih organizama na brojne jednostavne organske i anorganske tvari, vodu i ugljikov(IV) oksid.
Pougljenjivanje
Pougljenjivanje ili karbonizacija također je proces razlaganja organskih ostataka uz djelovanje mikroorganizama.
Pougljenjivanje se događa pod visokim tlakom, uz visoku temperaturu, ali bez kisika.
Taj se proces odvija u dubokim slojevima Zemljine kore tijekom više stotina milijuna godina.
Mikroorganizmi u tlu razlažu tijela uginulih organizama na brojne jednostavne organske i anorganske tvari, vodu i ugljikov(IV) oksid.
Pougljenjivanje
Pougljenjivanje (karbonizacija) također je proces razlaganja organskih ostataka uz djelovanje mikroorganizama, ali u drugačijim uvjetima. Pougljenjivanje se događa pod visokim tlakom, uz visoku temperaturu i u odsutnosti kisika. Osim toga, taj se proces odvija u dubokim slojevima Zemljine kore tijekom više stotina milijuna godina.
Procesom karbonizacije nastala su fosilna goriva, nama najvažniji izvori energije.
Učinak staklenika
Izgaranjem fosilnih goriva, uz energiju, vodenu paru i ugljikov(IV) oksid, nastaju brojni plinovi koji štetno djeluju na okoliš (npr. oksidi ugljika, sumpora i dušika).
Količina ugljikova(IV) oksida u atmosferi naglo se povećala zbog prekomjernog izgaranja fosilnih goriva nakon industrijske revolucije.
Velika količina ugljikova(IV) oksida u atmosferi nije dobra jer ugljikov(IV) oksid propušta Sunčevu energiju do površine Zemlje, ali otežava izlazak toplinske energije iz atmosfere.
Plinovi s takvom osobinom nazivaju se staklenički plinovi.
Kad toplinska energija ne može izaći iz atmosfere, ona se vraća prema Zemlji i tu se zadržava.
Tu pojavu nazivamo učinak staklenika.
Više informacija o fosilima možete pronaći u jedinici 1.4 Dokazi evolucije i prirodna selekcija u DOS-u Biologija 7.
Procesom karbonizacije nastala su fosilna goriva, nama najvažniji izvori energije. Izgaranjem fosilnih goriva, uz energiju, vodenu paru i ugljikov(IV) oksid, nastaju brojni plinovi koji štetno djeluju na okoliš, primjerice, oksidi ugljika, sumpora i dušika.
Učinak staklenika
Količina ugljikova(IV) oksida u atmosferi naglo se povećava nakon industrijske revolucije uglavnom zbog prekomjernog izgaranja fosilnih goriva. Taj plin propušta Sunčevu energiju kroz atmosferu do površine Zemlje, ali otežava izlazak toplinske energije iz atmosfere i uzrok je njezina vraćanja prema Zemlji. Plinovi s takvom osobinom nazivaju se staklenički plinovi, a pojava zadržavanja topline naziva se učinak staklenika.
Osim ugljikova(IV) oksida, u stakleničke plinove ubrajamo i vodenu paru, metan, ozon i freone.
Najveći udio u učinku staklenika otpada na vodenu paru (36 – 72%), a zatim na ugljikov(IV) oksid (9 – 26%)
Rezultat učinka staklenika jest povećana toplina Zemlje.
Ta se pojava naziva globalno zagrijavanje.
Znanstvenici procjenjuju da bi bez učinka staklenika prosječna temperatura na Zemlji bila oko -73 °C.
Neke od posljedica globalnog zagrijavanja Zemlje jesu: taljenje ledenjaka, povišenje razine mora, poplave, vrućine, oluje i drugo.
Objašnjenje uz sliku za one koji žele znati više o učinku staklenika
Atmosfera propušta Sunčevu energiju do površine Zemlje. Zemlja se zagrijava i emitira toplinsko zračenje. Na taj način Zemljina površina reflektira oko 70 % Sunčeva zračenja dospjela na njezinu površinu. Staklenički plinovi u atmosferi apsorbiraju dio tog zračenja čime dolazi do zagrijavanja atmosfere, što se naziva “učinak staklenika”.
Kao rezultat, Zemljina površina održava klimu koja je povoljna za živa bića. Bez omotača od stakleničkih plinova, površina Zemlje bila bi 30 °C stupnjeva hladnija nego što je danas, nepovoljna za živa bića, hladna i beživotna poput površine Marsa.
Nakon industrijske revolucije, ponajviše zbog sve veće uporabe fosilnih goriva, koncentracija stakleničkih plinova u atmosferi stalno raste. Staklenički plinovi nastali ljudskim aktivnostima utječu na cijeli sustav te dovode do dodatnog globalnog zagrijavanja. U proteklih 100 godina globalna je temperatura porasla u prosjeku od 0,4 do 0,8 °C.
Više informacija o ovoj temi možete pronaći u jedinici 5.3 Sustav organa za probavu – ponavljanje u DOS-u Biologija 8.
Neki od ostalih stakleničkih plinova jesu vodena para, metan, ozon i freoni. Najveći udio u učinku staklenika otpada na vodenu paru (36 – 72 %), a zatim na ugljikov(IV) oksid (9 – 26 %).
To rezultira povećanom toplinom Zemlje, a pojava se naziva globalno zagrijavanje. Znanstvenici procjenjuju da bi bez učinka staklenika prosječna temperatura na Zemlji bila oko -73 °C.
Neke su posljedice globalnog zagrijavanja Zemlje: taljenje ledenjaka, povišenje razine mora, poplave, vrućine, oluje i drugo.
Neki znanstvenici ističu da je globalno zagrijavanje Zemlje rezultat prirodnih klimatskih promjena te da je povezano s promjenama na Suncu. Više o temi istražite samostalno u stručnoj literaturi, mrežnim stranicama ili saznajte na satu geografije.
Permafrost
U geologiji permafrost je naziv za tlo čija je temperatura više od dvije godine niža od 0 °C. Pri tome led može i ne mora biti prisutan u takvu tlu. Permafrost se javlja u područjima visokih planina i u krajevima visoke geografske širine.
Takvo je tlo iznimno bogato organskim ugljikom. Znanstvenici procjenjuju da je količina ugljika u organskim tvarima u permafrostu skoro dvostruko veća od današnje količine ugljika u atmosferskom ugljikovu(IV) oksidu.
Odleđivanjem permafrosta povećava se mikrobiološka razgradnja organske tvari i na kraju se u atmosferu otpušta velika količina ugljikova(IV) oksida i manja količina metana.
Istražite kako odleđivanje permafrosta utječe na povećanu pojavu novih i starih virusnih i bakterijskih bolesti. Organizirajte rad kao istraživački projekt grupe učenika, izradite plakat ili prezentaciju u nekom od alata koji su vam opisani na portalu e-Laboratorija.
Na kraju…
Proučite shematski prikaz, usustavite pojmove koji su obrađeni u ovoj jedinici DOS-a i riješite interaktivni kviz.
Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.
Klikom odaberite jedan točan odgovor.
Odaberite točan odgovor.
Stanično disanje odvija se u:
Klikom odaberite jedan ili više točnih odgovora.
Odaberite sve točne odgovore.
Odaberite ispravne tvrdnje (dva su odgovora točna).
Je li tvrdnja točna ili netočna? Odaberite klikom na gumb.
Je li ova tvrdnja točna?
Vodena para i ugljikov(IV) oksid glavni su staklenički plinovi i povećanje njihove koncentracije može izazvati povišenje temperature u nižim slojevima atmosfere.
Želite li pokušati ponovo?