obieg węgla

Obieg węgla — krążenie węgla jako pierwiastka chemicznego i jego związków pomiędzy żywymi organizmami a ich nieożywionym środowiskiem. Cykl ten zwany jest cyklem biogeochemicznym węgla.

Cykle biogeochemiczne można podzielić na:

• gazowe – podstawowy zapas pierwiastka znajduje się w atmosferze lub występuje w formie rozpuszczonej w morzach i oceanach (węgiel, azot, tlen);
• sedymentacyjne – pula zasobów znajduje się w skorupie ziemskiej (fosfor, żelazo, siarka).

W każdym cyklu biogeochemicznym można wyróżnić dwie części zasobów danego pierwiastka:

• pulę zasobów – czyli podstawową część całkowitej ilości pierwiastka znajdującą się w formie nieorganicznej poza ciałami organizmów żywych; w tej puli zachodzą przemiany o charakterze abiotycznym</a>;
• pulę wymienną – czyli część pierwiastka zawartą w ciałach organizmach żywych i ich bezpośrednim otoczeniu; w tej puli zachodzą bardzo szybkie zmiany o charakterze biotycznym.

Równowaga pomiędzy pulą zasobów, a pulą wymienną w przypadku węgla wynika z zachodzenia dwóch przeciwstawnych procesów:

• fotosyntezy, w której dwutlenek węgla jest pobierany z atmosfery przez rośliny i inne organizmy autotroficzne;
• oddychania – procesu, w którym dwutlenek węgla jest wydzielany z powrotem do atmosfery.

Węgiel (C) jest podstawowym składnikiem związków organicznych – białek, kwasów nukleinowych, tłuszczów i węglowodanów. W atmosferze występuje w stanie gazowym jako dwutlenek węgla (CO₂), w hydrosferze (wody morskie i śródlądowe) występuje w postaci rozpuszczonego dwutlenku węgla oraz jonów węglanowych (CO₃²¯) i wodorowęglanowych (HCO₃¯). Ogromne ilości tego pierwiastka obecne są w litosferze w skałach wapiennych. Węgiel zawarty jest także w paliwach kopalnych, w węglu kamiennym i brunatnym, gazie ziemnym i ropie naftowej.

Węgiel krąży nieustannie pomiędzy organizmami żywymi i ich nieożywionym (abiotycznym) środowiskiem. Rośliny, a także glony i sinice, w procesie fotosyntezy pobierają z atmosfery lub hydrosfery węgiel w postaci dwutlenku węgla (CO₂) i wbudowują go w związki organiczne, jak glukoza (C₆H₁₂O₆).

Węgiel w postaci CO₂ powraca do atmosfery w procesie oddychania producentów i konsumentów oraz poprzez procesy rozkładu martwej materii organicznej przez drobnoustroje (reducentów) w obecności tlenu i jako metan (CH₄) w warunkach beztlenowych.

Naturalnymi źródłami dwutlenku węgla są procesy spalania materii organicznej, np. pożary lasów, czy erupcje wulkaniczne. Do emisji tego gazu do atmosfery przyczynia się także działalność człowieka:

• spalanie paliw kopalnych (węgla kamiennego i brunatnego, ropy naftowej, gazu ziemnego i torfu</a>);
• przemysł;
• środki transportu i emitowane przez nie spaliny;
• nadmierne wycinanie lasów (absorbujących duże ilości tego gazu).

Przepływ węgla między atmosferą, a hydrosferą

Intensywny przepływ węgla zachodzi w analogiczny sposób pomiędzy atmosferą i hydrosferą, poprzez aktywność życiową organizmów wodnych i procesy rozkładu ich szczątków, parowanie C0₂ z powierzchni wody i absorbowanie tego gazu z atmosfery dzięki jego dobrej rozpuszczalności w wodzie, zwłaszcza mórz i oceanów. Proces absorpcji CO₂ najintensywniej przebiega w wodach zimnych, gdzie jego rozpuszczalność wzrasta, dodatkowo zimne prądy oceaniczne transportują duże ilości węgla do głębszych warstw.

Wypadanie pierwiastków z obiegu

Niekiedy zdarza się, że pierwiastek zostaje czasowo wycofany z obiegu w swym cyklu biogeochemicznym. Może to odbywać się na wskutek formowania się złóż węgla kamiennego i brunatnego ze szczątków roślinnych obumarłych bez dostępu powietrza oraz ropy naftowej i gazu ziemnego ze szczątków okrzemek i innych morskich organizmów planktonowych. Spalanie paliw kopalnych powoduje uwalnianie zmagazynowanego w szczątkach organicznych węgla, który powraca do atmosfery w postaci dwutlenku węgla.

Proces wypadania pierwiastków z obiegu trwa w dalszym ciągu wskutek obumierania i opadania (sedymentacji) szczątków organizmów planktonowych na dno mórz i oceanów. Pancerzyki tych zwierząt tworzą coraz grubsze warstwy osadów dennych, które wymieszane z innymi cząstkami (np. glinokrzemianów) tworzą wapienne skały osadowe. Skały te mogą kiedyś trafić z dna oceanu na powierzchnię lądu w wyniku aktywności skorupy ziemskiej. W wyniku procesów wietrzenia i erozji tych skał może dojść do utlenienia i uwolnienia związanego w nich węgla do atmosfery, który jako dwutlenek węgla może z powrotem włączyć się do swego cyklu biogeochemicznego.