Круговорот углерода в природе

Углеродсодержащие молекулы являются основой жизни на Земле. Углерод – особый элемент, его атомы могут соединяться в длинные цепи и образовывать связи с атомами других элементов. Таким образом образуется много различных веществ. Углеродсодержащие молекулы являются основными составными частями организмов. Поскольку живые существа состоят из множества сложных углеродсодержащих веществ, они разнообразны и сложны. Углерод также встречается в горных породах, воздухе и воде.

На Земле есть определенное количество углерода, и лишь ничтожные его доли прибавляются при падении метеоритов. Углерод не стоит на месте – он постоянно циркулирует в составе веществ. Этот процесс называется углеродным циклом. Круговорот углерода между живой и неживой природой является наглядным примером повторного использования в природе. Атом углерода проходит круговой цикл химических реакций, при этом изменяются вещества, в состав которых он входит.

Циркуляцию углерода легко проследить, начав с растений. Растения усваивают углекислый газ из воздуха и преобразуют его в строительный материал для своих стеблей, листьев, корней, цветков и плодов. Растения являются пищей для травоядных животных, которые, в свою очередь, могут быть съедены другими животными. Таким образом углерод в составе различных веществ переносится из организма в организм, служа строительным материалом. При выдыхании или, например, сжигании топлива углекислый газ возвращается в атмосферу, и растения могут снова его использовать. Содержащийся в атмосфере углекислый газ является частью невидимого защитного слоя Земли, который не позволяет солнечному излучению попасть обратно в космос и сохраняет планету в тепле. Углерод циркулирует и в составе горных пород, когда они разрушаются, плавятся в недрах Земли или выходят на поверхность в ходе извержения вулкана. При использовании горных пород в производстве люди также возвращают углерод обратно в круговорот.

Часть углерода может быть выведена из круговорота и захоронена на миллионы лет в недрах Земли вместе с отмершими организмами. В разложившихся остатках организмов, скрытых в толще земной коры на протяжении длительного времени, накоплено огромное количество химической энергии. Поэтому люди используют их в качестве топлива. Ископаемое топливо содержит углерод и является ценным энергетическим ресурсом. К нему относятся, например, нефть, уголь, горючий сланец и природный газ. В большинстве случаев именно химическая энергия отмерших организмов позволяет двигаться автомобилям, гореть электрическим лампочкам и газовым плитам и работать, например, ноутбукам.

При сжигании ископаемого топлива человек вносит изменения в естественный углеродный цикл, поскольку происходит быстрое возвращение в круговорот огромного количества углерода, хранившегося в недрах Земли на протяжении миллионов лет. Из-за этого очень быстро увеличивается содержание углекислого газа в атмосфере, а вместе с этим слой, удерживающий тепло Земли, становится толще. Деятельность человека привела к тому, что содержание углекислого газа в воздухе уже больше, чем было на протяжении последних 420 000 лет. В результате климат на Земле стал теплее. Поскольку количество углекислого газа в атмосфере растет быстрее, чем когда-либо прежде, очень важно осознавать значимость углеродного цикла и его влияние на живые организмы на Земле.

Теплица удерживает тепло, поэтому в ней можно выращивать растения даже при прохладной погоде. Молекулы углекислого газа, содержащиеся в воздухе, образуют невидимый слой, который действует подобно стеклу парника и удерживает тепло в атмосфере Земли. Именно поэтому это явление и называется парниковым эффектом. Углекислый газ является одним из парниковых газов. К парниковым газам относятся также водяной пар, метан и озон. С увеличением содержания углекислого газа в атмосфере климат на Земле становится теплее.