Brevi note su ciclo del carbonio, ciclo dell'azoto e ciclo dello zolfo (2158 parole)

Brevi note su ciclo del carbonio, ciclo dell'azoto e ciclo dello zolfo!

Vari materiali, inclusi diversi nutrienti e metalli, si muovono nell'ecosistema in modo ciclico. Le principali riserve o compartimenti dei materiali sono noti come serbatoi. Quando il principale serbatoio di un nutriente è nell'atmosfera, è noto come un ciclo gassoso, ad esempio il ciclo dell'azoto, che ha il suo serbatoio sotto forma di gas azoto (N2) che costituisce circa il 78% dell'atmosfera.

Quando il serbatoio si trova nella crosta terrestre o nei sedimenti, è noto come un ciclo sedimentario, ad esempio il ciclo del fosforo, che ha la sua riserva come rocce fosfatiche. Il ciclo dello zolfo è un esempio di un tipo intermedio, che ha un serbatoio sia nel suolo che nell'atmosfera.

Il movimento dei materiali da un serbatoio all'altro può essere guidato da agenti fisici come il vento o l'energia gravitazionale. Può anche essere dovuto a energia chimica, ad esempio, quando il corpo idrico raggiunge la saturazione - il serbatoio è chimicamente pieno e quindi non può più tenerlo come tale.

Quindi il materiale di solito viene precipitato. Il tempo medio per cui un materiale (molecola di una sostanza) rimane in un serbatoio è noto come tempo di residenza.

I nutrienti come carbonio, azoto, zolfo, ossigeno, idrogeno, fosforo ecc si muovono in percorsi circolari attraverso componenti biotici e abiotici e sono noti come cicli biogeochimici.

Anche l'acqua si muove in un ciclo, noto come ciclo idrologico. I nutrienti passano attraverso la catena alimentare e alla fine raggiungono il compartimento dei detriti (contenente materia organica morta) dove vari microrganismi svolgono la decomposizione.

Varie sostanze nutritive organicamente legate di piante e animali morti vengono convertite in sostanze inorganiche mediante decomposizione microbica che vengono prontamente utilizzate dalle piante (produttori primari) e il ciclo ricomincia da capo.

1. Ciclo del carbonio:

Il ciclo del carbonio è il ciclo biogeochimico in base al quale il carbonio viene scambiato tra la biosfera, la pedosfera, la geosfera, l'idrosfera e l'atmosfera della Terra. È uno dei cicli più importanti della terra e consente al carbonio di essere riciclato e riutilizzato in tutta la biosfera e in tutti i suoi organismi.

Il ciclo del carbonio è una complessa serie di processi attraverso cui ruotano tutti gli atomi di carbonio esistenti. Il legno bruciato pochi decenni fa avrebbe potuto produrre anidride carbonica che attraverso la fotosintesi divenne parte di una pianta. Quando mangi questa pianta, lo stesso carbonio del legno che è stato bruciato può diventare parte di te. Il ciclo del carbonio è il grande riciclatore naturale di atomi di carbonio.

Senza il corretto funzionamento del ciclo del carbonio, ogni aspetto della vita potrebbe essere cambiato radicalmente. Piante, animali e suolo interagiscono per creare i cicli fondamentali della natura. Nel ciclo del carbonio, le piante assorbono l'anidride carbonica dall'atmosfera e la usano, combinata con l'acqua che ricevono dal terreno, per produrre le sostanze di cui hanno bisogno per crescere. Il processo di fotosintesi incorpora gli atomi di carbonio dal biossido di carbonio in zuccheri.

Animali come il coniglio mangiano le piante e usano il carbonio per costruire i loro stessi tessuti. Altri animali, come la volpe, mangiano il coniglio e poi usano il carbonio per i propri bisogni. Questi animali restituiscono l'anidride carbonica nell'aria quando respirano e quando muoiono, poiché il carbonio viene restituito al suolo durante la decomposizione. Gli atomi di carbonio nel terreno possono quindi essere utilizzati in una nuova pianta o in piccoli microrganismi. I seguenti principali serbatoi di carbonio interconnessi da percorsi di scambio:

io. L'atmosfera.

ii. La biosfera terrestre, che di solito è definita per includere sistemi di acqua dolce e materiale organico non vivente, come il carbonio del suolo.

iii. Gli oceani, compreso il carbonio inorganico dissolto e il biota marino vivente e non vivente.

iv. I sedimenti compresi i combustibili fossili

v. L'interno della Terra, il carbonio dal mantello terrestre e la crosta viene rilasciato all'atmosfera e all'idrosfera dai vulcani e dai sistemi geotermici.

I movimenti annuali di carbonio, gli scambi di carbonio tra i serbatoi, si verificano a causa di vari processi chimici, fisici, geologici e biologici. L'oceano contiene il più grande bacino attivo di carbonio vicino alla superficie della Terra, ma la parte oceanica profonda di questa piscina non si scambia rapidamente con l'atmosfera in assenza di un'influenza esterna, come una fuoriuscita incontrollata di pozzi di petrolio in acque profonde.

Il bilancio globale del carbonio è il bilancio degli scambi (redditi e perdite) di carbonio tra i giacimenti di carbonio o tra un ciclo specifico il ciclo del carbonio.

Il carbonio viene rilasciato nell'atmosfera in diversi modi:

io. Attraverso la respirazione eseguita da piante e animali. Questa è una reazione esotermica e comporta la degradazione del glucosio (o di altre molecole organiche) in anidride carbonica e acqua.

ii. Attraverso il decadimento di materia animale e vegetale. Funghi e batteri abbattono i composti del carbonio in animali morti e piante e convertono il carbonio in anidride carbonica se l'ossigeno è presente, o il metano se non lo è.

iii. Attraverso la combustione di materiale organico che ossida il carbonio che contiene, producendo anidride carbonica (e altre cose, come il vapore acqueo). Bruciando combustibili fossili come il carbone, i prodotti petroliferi rilasciano anidride carbonica. La combustione di agrocarburanti rilascia anche anidride carbonica

iv. Le eruzioni vulcaniche e il metamorfismo rilasciano gas nell'atmosfera. I gas vulcanici sono principalmente vapore acqueo, anidride carbonica e anidride solforosa.

v. Il carbonio viene trasferito all'interno della biosfera mentre gli eterotrofi si nutrono di altri organismi o delle loro parti (ad esempio i frutti). Ciò include l'assorbimento di materiale organico morto (detriti) da funghi e batteri per la fermentazione o il decadimento.

VI. La maggior parte del carbonio lascia la biosfera attraverso la respirazione. Quando è presente ossigeno, si verifica la respirazione aerobica, che rilascia anidride carbonica nell'aria o nell'acqua circostante, in seguito alla reazione C 6 H 12 O 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O. Altrimenti, avviene la respirazione anaerobica e rilascia il metano in l'ambiente circostante, che alla fine si fa strada nell'atmosfera o nell'idrosfera (ad esempio, gas di palude o flatulenza).

Circolazione di anidride carbonica:

io. Le piante assorbono l'anidride carbonica dall'atmosfera.

ii. Durante il processo di fotosintesi, le piante incorporano gli atomi di carbonio dal biossido di carbonio in zuccheri.

iii. Gli animali, come il coniglio, mangiano le piante e usano il carbonio per costruire i loro stessi tessuti, incatenando il contenuto di carbonio

iv. Attraverso la catena alimentare, il carbonio viene trasferito in volpi, leoni, ecc.

v. Gli animali restituiscono l'anidride carbonica nell'aria quando respirano e quando muoiono, poiché il carbonio viene restituito al suolo durante la decomposizione

In caso di oceano:

Nelle regioni di upwelling oceanico, il carbonio viene rilasciato nell'atmosfera. Viceversa, le regioni di down welling trasferiscono carbonio (CO 2 ) dall'atmosfera all'oceano. Quando la CO 2 entra nell'oceano, partecipa a una serie di reazioni localmente in equilibrio:

io. Conversione di CO 2 (atmosferica) in CO 2 (disciolto).

ii. Conversione di CO 2 (disciolta) in acido carbonico (H 2 CO 3 ).

iii. Conversione di acido carbonico (H 2 CO 3 ) in ione bicarbonato.

iv. Conversione dello ione bicarbonato in ione carbonato.

Negli oceani, il carbonato disciolto può combinarsi con il calcio disciolto per precipitare il carbonato di calcio solido, CaCO 3, principalmente come i gusci degli organismi microscopici. Quando questi organismi muoiono, i loro gusci affondano e si accumulano sul fondo dell'oceano. Nel corso del tempo questi sedimenti carbonatici formano calcare che è il più grande serbatoio di carbonio nel ciclo del carbonio.

Il calcio disciolto negli oceani proviene dall'erosione chimica delle rocce di calcio-silicato, durante le quali gli acidi carboniosi e altri nelle acque sotterranee reagiscono con minerali contenenti calcio liberando ioni di calcio in soluzione e lasciando un residuo di minerali argillosi ricchi di alluminio di nuova formazione e minerali insolubili come il quarzo.

Il flusso o l'assorbimento del biossido di carbonio negli oceani del mondo è influenzato dalla presenza di virus diffusi nell'acqua dell'oceano che infettano molte specie di batteri. Le morti batteriche che ne derivano generano una sequenza di eventi che portano a una respirazione notevolmente maggiore del diossido di carbonio, migliorando il ruolo degli oceani come un sink di carbonio.

2. Ciclo azoto :

Il ciclo dell'azoto è l'insieme dei processi biogeochimici mediante i quali l'azoto subisce reazioni chimiche, cambia forma e si muove attraverso i diversi giacimenti sulla terra, inclusi gli organismi viventi.

L'azoto è necessario affinché tutti gli organismi vivano e crescano perché è il componente essenziale del DNA, dell'RNA e delle proteine. Tuttavia, la maggior parte degli organismi non può utilizzare l'azoto atmosferico, il più grande serbatoio. I cinque processi nel ciclo dell'azoto

io. Fissazione dell'azoto

ii. Assorbimento di azoto

iii. Mineralizzazione di azoto

iv. nitrificazione

v. denitrificazione

Gli esseri umani influenzano il ciclo globale dell'azoto principalmente attraverso l'uso di fertilizzanti a base di azoto.

I. Fissazione dell'azoto: N 2 -> NH 4 +

La fissazione dell'azoto è il processo in cui N 2 viene convertito in ammonio, essenziale perché è l'unico modo in cui gli organismi possono raggiungere l'azoto direttamente dall'atmosfera. Alcuni batteri, ad esempio quelli del genere Rhizobium, sono gli unici organismi che fissano l'azoto attraverso processi metabolici.

I batteri che fissano l'azoto spesso formano relazioni simbiotiche con le piante ospiti. Questa simbiosi è ben nota nella famiglia delle piante leguminose (ad es. Fagioli, piselli e trifoglio). In questa relazione, i batteri che fissano l'azoto popolano i noduli delle radici di legumi e ricevono carboidrati e un ambiente favorevole dalla loro pianta ospite in cambio di una parte dell'azoto che riparano. Ci sono anche batteri che fissano l'azoto che esistono senza ospiti di piante, noti come fissatori di azoto a vita libera. In ambienti acquatici, le alghe blu-verdi (in realtà un batterio chiamato cianobatteri) è un importante fissatore di azoto a vita libera.

II. Assorbimento di azoto: NH 4 + -> N organico

L'ammoniaca prodotta dai batteri che fissano l'azoto viene solitamente incorporata rapidamente in proteine ​​e altri composti organici dell'azoto, sia da una pianta ospite, dallo stesso batterio o da un altro organismo del suolo.

III. Mineralizzazione dell'azoto: N organico -> NH 4+

Dopo che l'azoto è incorporato nella materia organica, viene spesso riconvertito in azoto inorganico mediante un processo chiamato mineralizzazione dell'azoto, altrimenti noto come decadimento. Quando gli organismi muoiono, i decompositori (come batteri e funghi) consumano la materia organica e portano al processo di decomposizione.

Durante questo processo, una quantità significativa di azoto contenuto nell'organismo morto viene convertita in ammonio. Una volta sotto forma di ammonio, l'azoto è disponibile per l'uso da parte delle piante o per ulteriore trasformazione in nitrato (NO 3 - ) attraverso il processo chiamato nitrificazione.

IV. Nitrificazione: NH 4 + -> NO 3 -

Parte dell'ammonio prodotto dalla decomposizione viene convertito in nitrato attraverso un processo chiamato nitrificazione. I batteri che svolgono questa reazione traggono energia da esso. La nitrificazione richiede la presenza di ossigeno, quindi la nitrificazione può avvenire solo in ambienti ricchi di ossigeno come le acque circolanti o fluenti e gli strati molto superficiali di terreni e sedimenti. Il processo di nitrificazione ha alcune importanti conseguenze.

Gli ioni di ammonio sono caricati positivamente e quindi attaccano (sono sorbed) alle particelle di argilla caricate negativamente e alla sostanza organica del suolo. La carica positiva impedisce all'azoto di ammonio di essere lavato via dal suolo (o lisciviato) dalle piogge.

Al contrario, lo ione nitrato caricato negativamente non è trattenuto dalle particelle del suolo e quindi può essere lavato lungo il profilo del suolo, portando a una diminuzione della fertilità del suolo e all'arricchimento del nitrato della superficie a valle e delle acque sotterranee.

V. De-nitrificazione: NO 3 - -> N 2 + N 2 O

Attraverso la denitrificazione, le forme ossidate di azoto come il nitrato e il nitrito (NO 2 ) vengono convertite in di-azoto (N 2 ) e, in misura minore, in gas di protossido di azoto. La denitrificazione è un processo anaerobico che viene effettuato da batteri denitrificanti, che convertono il nitrato in azoto nella seguente sequenza:

NO 3 - -> NO 2 - -> NO -> N 2 O -> N 2

L'ossido nitrico e il protossido di azoto sono entrambi gas importanti per l'ambiente. L'ossido nitrico (NO) contribuisce allo smog e il protossido di azoto (N 2 O) è un gas a effetto serra importante, contribuendo così al cambiamento climatico globale.

3. Ciclo dello zolfo:

Lo zolfo è uno dei componenti che compongono le proteine ​​e le vitamine. Le proteine ​​sono costituite da amminoacidi che contengono atomi di zolfo. Lo zolfo è importante per il funzionamento delle proteine ​​e degli enzimi nelle piante e negli animali che dipendono dalle piante per lo zolfo.

Entra nell'atmosfera attraverso fonti sia naturali che umane. I ricorsi naturali possono essere ad esempio eruzioni vulcaniche, processi batterici, evaporazione dall'acqua o organismi in decomposizione. Quando lo zolfo penetra nell'atmosfera attraverso l'attività umana, questo è principalmente una conseguenza dei processi industriali in cui i gas diossido di zolfo (SO 2 ) e il solfuro di idrogeno (H 2 S) vengono emessi su vasta scala.

Quando l'anidride solforosa entra nell'atmosfera, reagisce con l'ossigeno per produrre gas di triossido di zolfo (SO 3 ), o con altri prodotti chimici nell'atmosfera, per produrre sali di zolfo. L'anidride solforosa può anche reagire con l'acqua per produrre acido solforico (H 2 SO 4 ). L'acido solforico può anche essere prodotto dal demetil-solfuro, che viene emesso nell'atmosfera dalle specie di plancton.

Tutte queste particelle si depositano sulla terra, o reagiscono con la pioggia e ricadono sulla terra come deposizione acida. Le particelle saranno quindi nuovamente assorbite dalle piante e rilasciate nuovamente nell'atmosfera, in modo che il ciclo dello zolfo riprenda nuovamente.

io. I combustibili fossili come il carbone e il petrolio sono risorse energetiche estremamente importanti che si stanno esaurendo.

ii. Le risorse a base di idrocarburi creano livelli di inquinamento e gas serra. La loro gestione è legata al miglioramento della tecnologia e alla ricerca di fonti energetiche alternative tenendo conto di questo.

iii. Un uso generale, prudente e sostenibile delle risorse sia a livello individuale che collettivo può giovare a un'ampia fetta della società e incontrare le generazioni future.