Post on 03-Jun-2018
transcript
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
1/20
CICLURILE
BIOGEOCHIMICE
Ciclul biogeochimic al
carbonului
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
2/20
Ciclurile bigeochimice reprezint
schimbulde substanienergie dintre diferite rezervoare
sau zone de stocare: atmosfer, hidrosfer, litosfer,
biosfer,
respectiv cile i mecanismele prin care substana i
energia chimicnglobattrece dintr-un rezervor n altul.
Fiecare dintre aceste rezervoare poate fi considerat un
subsistem termodinamic deschis aparinnd unui sistem
global nchis din punt de vedere tremodinamic cruia i se
poate aplica ecuaia de continuitate, adic pe ansamblu
masa de substanse conserv.
In ceea ce privete energia, avem de a face la nivelul
biosferei cu procese nalt disipative adic cea mai mare
parte din energia intratn sistem este definiv pierdutprin
procese metabolice.
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
3/20
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
4/20
Importanta ciclului carbonului
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
5/20
Carbonul este elementul fundamental pentru biosferdar care
se gsee n multe alte combinaii anorganice. Diamantul i
grafitul sunt practic carbon pur dar cu structuri diferite.
Cantitatea de carbon din aceste rezervoare este de ordinul Gt(109t).
Atmosfera este cel mai mic rezevor de carbon izona n care
ciclul carbonului este cel mai rapid, deoarece timpul de
rezidenal carbonului n amosfereste mai mic de 1000 deani.
Rezervorul cel mai mare de carbon al planetei l constitue
biosfera terestr, n timp ce oceanul planetar este cel mai
ntins rezervor.
Bilanulde carbon se face ntre cele trei rezervoare.
Ciclul carbonului are o importan vital pentru viata pe
Pamnt ntru-ct prin intermediul fotosintezei i respiraiei
carbonul intr n biosfer i de aici n alte rezervoare de
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
6/20
Prin intermediul descompuntorilor pe de altparte face parte
dintr-un sistem de prelucrare a deeurilorfoarte vast.
Pe de alt parte coninutul gazelor pe baz de carbon din
atmosfer contribuie la efectul de ser care influneeaztemperatura pmntului.
Procesele prin care carbonul trece dintr-un rezervor n altul au
loc cu viteze diferite, deci timpii de trecere dintr-un rezeror n
altul sunt diferii. Cel mai scurt ciclual carbonului cu ordin de mrimeani, include
fotosinteza i respiraia plantelor i animalelor precum i
transferul dintre atmosferiapa oceanelor.
Celelalte procese care includ tranformarea carbonului n calcar,mcinarea rocilor calcaroase sub aciunea factorilor de clim,
deci care in de geosfer, ... sunt extrem de lente, dureaz
milioane de ani. Ele formazciclul carbonului de lungdurat.
Ciclul carbonului este legat de alte cicluri chimice inclusiv celeale azotului, fosforului, sulfului precum ide cel al apei.
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
7/20
REZERVOARE DE CARBON
Ciclul carbonului cuprinde trei rezervoare i ciclarea saactiv ntre ele afecteaz puternic viaa omului n fiecare
zi.
Carbonul atmosfericreprezint elementul fundamental
de hran al plantelor (aprox 1000Gt).
Carbonul TERESTRUdin plante i aimale este surs de
energie pentru om biomasa terestr reprezint aprox
600Gt de carbon. Carbonul din sol este sursa de energie
pentru micoorganismele bacteriene (1600Gt).
Carbonul oceanicsurs de hran prin intermediul
biomasei marine.
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
8/20
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
9/20
Atmosfera
Este cel mai mic rezervor de carbon, care
particip cu aproximativ 750Gt la balana
total. In atmosfercarbonul se gete n
special sub form de CO2, cantiti foartemici de gaz metan, monoxid de carbon, i
alte tipuri de compui orgaici de origine
antropic. Toate aceste gaz sunt activedin punct de vedere radiativ, ele reinnd
clduraradiatde Pmnt.
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
10/20
Fotosinteza i respiraia
Fotosinteza i respiraia fac parte din ciclul scurt al
carbonului fiind procese primare care implicatmosfera nacest ciclu. Dac procesele de fixare fotosintetizatoare
terestre sechestreaz n special CO2 atmosferic, n cazul
fitoplanctonului marin este reinut ntr-o proportie mrit
CO2dizolva n ap,desigur sursa sa fiind n mare msurtot atmosfera.
La nivel global, fotosinteza i respiraia tind s fie n
echilibru n natur,adicanual cantitatea de CO2 format
prin respiraie este sechestrat prin fotosintez. Desiguranumite situaiiextreme cum ar fi temperaturi neobinuitde
reci sau calde, perioade prelungite pot modifica pentru
scurt timp aceasta balan.
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
11/20
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
12/20
Plantele mari fixeaz CO2 prin difuzie prin porii foarte fini ai
stomatei n frunze ctre membrana tilacoid unde are loc
fotosinteza. Cantitatea total de CO2dizolvat n biofluid este
de aproximativ 270 PgC/an, adic mai mult de o treime dinntreaga cantitate de CO2din atmosfer.
Acesatcantitate poate fi msurabilntru-ctaceastcantitate
de CO2 se formeaz cu utilizarea oxgenului din ap, deci
conineizotopul 18O.
O mare parte din CO2nseste eliberat n atmosfer frs
participe la fotosintez. Cantitatea care este fixat din
atmosfer i convertit aa cum se cunoate din mecanismul
fotosintzei se numeteProducia PrimarTotal (PPT).PTP ul
terestru a fost estimat la la aproximativ 120 PgC/an (1 petagram
(Pg) = 1015 grame) pe baza msurtorilor concentraiei izotopilor18
O din CO2 atmosferic.
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
13/20
Pe baza acestor msurtoris-a estimat faptul caproximativ
jumtate in PPT este incorporat n plante (frunze, tulpini,
rdcini) n esuturi noi, cealalt parte este returnat n
atmosferprin respiraiaautotrofic.
Creterea anual a plantelor ca diferen ntre fotosintez i
respiraiaautotrof,reprezintProduciaPrimarNet(PPN).
PPN poate fi msurat n majoritatea ecosistemelor prindeterminarea cantitiide biomasvegetal, iar PPN terestr
a fost estimatla 60 PgC/an.
Intreaga cantiate de CO2 fixat ar putea s fie eliberat n
atmosferprin respiraiaoeganismelor heterotrofe (Rh) si prin
arderea necromasei fie din cauze naturale, incendii, fie
antropogen.
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
14/20
Marea majoritate a necromasei se transform n materie
organic din sol unde este transformat cu o vitez care
depinde de compoziia chimic a esuturilor moarte, de
condiiilede mediu, adicde temperatur,umiditate din sol.
Se disting conceptual ctevatipuri de carbon n sol:
Detritus ibiomasa micobiancare are un timp de ciclare
mai mic de 10 ani;
Solul modificat cu carbon organic care are timpul de
ciclare intre 10i100 de ani;
Solul inert sau stabil, n care carbonul organic este
reprezentat de molecule stabile mai mult sau mai puin
rezistente la eventuale reaciide descompunere.
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
15/20
O cantitate foarte micde substanorganicdin sol iun
procent mic din biomasa ars se converteten sol inert.
Diferenadintre PPN Rh reprezintcantitatea de carbon
pierdu sau ctigat de ecosistem n absena unor
perturbri care scot carbonul din ecosistem, ca de
exemplu incendii sau alunecride teren.
Producia primar net (PPN) a ecosistemului poate fi
estimat din modificrile care au loc n depozitele decarbon sau prin msurarea fluxurilor de CO2 dintre
anumite regiuni iatmosfer.
Fluxul PPN anual determinat se ncadreaz ntre 0,7 i
5,9 MgC/an/ha pentru pdurile tropicale i 0,8 pn la7,0MgC/an/ha pentru pdurile din zonele temperate. Din
integrarea tuturor fluxurilor se poate estima o valoare
global PPN de aproximativ 10PgC/an (valoarea poate fi
uorsupraestimat).
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
16/20
Modificrisurvenite pnla 1750 (revoluiaindustrial)
Cresterile de CO2 pn la revoluia industial s-au
datorat n special arderii combustibililor fosili i
defrisrilor prin incendii. Determinarea concentraiei
geologice a CO2 (adic determinarea concentraiei
existente n atmosfer cu mii de ani n urm) poate fi
realizat tehnic abia de civa ani din bulele de aer
incluse n calota polar, sau din dimensiunile inelelorcopacilor. Nivelul actual al CO2se msurapn n anul
1957 direct la Polul Sud, din 1980 se msoar la Mauna
Loa n Hawaii, iar n ultimii ani se fac n alte 20 de locaii
repartizate n Antartica, Australia, cteva insule nPacific i n emisfera Nordic. Nu se fac msurtori
sistematice nc n Africa i America Latin. Din
nregistrrile fcutea rezultat o creterea concentraiei
cu 25 % fade anul 1957 adicde la 315ppm la 367ppm.
f
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
17/20
Msurtorilefcuten bulele din calota polarau artatcn
urmcu 200.000 de ani concentraiaCO2n atmosferera de
numai 280ppm cu fluctuaiide maxim 10ppm.
B t l l b l l CO t f i i t (1 t (P ) 1015
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
18/20
Bugetul global al CO2atmosferic in petagrame (1 petagram (Pg) = 1015
grame) bazat pe trendul intradecadal.Valorile pozitive se refer la fluxul
de intrare n atmosfer iar cel negative la fluxul de ieire din atmosfer.
1980-1990 1990-2000
Certerea continutului
atmosferic3.3 0.1 3.2 0.1
Emisii (combustibil fosil,ciment)
5.4 0.3 6.3 0.4
Fluxul Ocean-atmosfer -1.9 0.6 -1.7 0.5
Fluxul Uscat- atmosfer
*-0.20.7 -.1.40.7
*reparizat astfel
Exploatarea
pmntului1.7 (0.6 to 2.5) NA
Rziduuri
depozitate pe sol-1.9 (-3.8 to 0.3) NA
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
19/20
8/12/2019 11 -12 CICLUL Carbonului
20/20
Biosfera terestr
Rezervorul terestru reprezintcel mai mare rezervor de
carbon (65,5milioane de Gt) care const n roci
sedimentare n special sub form de calcar, sedimente
organice inclusiv combustibili fosili. Dintre aceste forme
de stocare, rocile nujoacun rol important n ciclul scurt
al carbonului. Plantele i solul ns elibereaz carbonntr-o scalde timp de la ctevaluni la ctevamii de ani
i au un coninut de aproximativ de 2200GT, ceea ce
nseamn de aproape 3 ori mai mult comparativ cu
coninutulatmosferei. Cantitatea total de carbon din biosfera terestr nu
numai c este foarte mare, dar este cel mai profund
modificatde activitatea antropogen.