Koloběh uhlíku

odkaz=Soubor:Carbon_cycle-cute_diagram.svg%3Flang=cs Koloběh uhlíku je část biogeochemického cyklu; dochází při něm k výměně uhlíku mezi biosférou, pedosférou, geosférou, hydrosférou a atmosférou Země. Mezi další hlavní biogeochemické cykly patří koloběh dusíku a koloběh vody. Uhlík je hlavní složkou biologických sloučenin a také hlavní složkou mnoha minerálů, například vápence. Koloběh uhlíku zahrnuje sled událostí, které jsou klíčové pro to, aby Země byla schopna udržet život. Popisuje pohyb uhlíku, který je recyklován a znovu využíván v celé biosféře, a také dlouhodobé procesy sekvestrace uhlíku do propadů a jeho uvolňování z nich.

Pro popis dynamiky koloběhu uhlíku lze rozlišovat mezi rychlým a pomalým koloběhem uhlíku. Rychlý cyklus uhlíku se také označuje jako biologický cyklus uhlíku. +more Rychlý cyklus uhlíku může být dokončen během několika let, kdy dochází k přesunu látek z atmosféry do biosféry a poté zpět do atmosféry. Pomalé neboli geologické cykly (nazývané také hluboký cyklus uhlíku) mohou trvat miliony let a látky se při nich přesouvají v zemské kůře mezi horninami, půdou, oceánem a atmosférou.

Lidská činnost narušuje rychlý koloběh uhlíku již po mnoho staletí změnou využití půdy a navíc v důsledku nedávné průmyslové těžby fosilního uhlíku (těžba uhlí, ropy a zemního plynu a výroba cementu) z geosféry. Do roku 2020 se obsah oxidu uhličitého v atmosféře zvýšil téměř o 52 % oproti předindustriálnímu období, což si vynutilo větší ohřev atmosféry a zemského povrchu Sluncem. +more Zvýšený obsah oxidu uhličitého také způsobil snížení hodnoty pH oceánů a zásadně mění chemii moří. Většina fosilního uhlíku byla vytěžena jen za poslední půlstoletí a jeho množství nadále rychle roste, což přispívá ke změně klimatu způsobené člověkem.

Hlavní zásobníky

Koloběh uhlíku byl poprvé popsán Antoinem Lavoisierem a Josephem Priestleym a zpopularizován Humphry Davym. Globální koloběh uhlíku se nyní obvykle dělí na následující hlavní zásobníky uhlíku (nazývané také uhlíkové pooly), které jsou vzájemně propojeny cestami výměny:

* Atmosféra. * Pozemská biosféra. +more * Oceán, včetně rozpuštěného anorganického uhlíku a živé i neživé mořské fauny a flóry. * Sedimenty, včetně fosilních paliv, sladkovodních systémů a neživého organického materiálu. * Vnitřek Země (plášť a kůra). Tyto zásoby uhlíku se vzájemně ovlivňují s ostatními složkami prostřednictvím geologických procesů.

K výměně uhlíku mezi zásobníky dochází v důsledku různých chemických, fyzikálních, geologických a biologických procesů. Oceán obsahuje největší aktivní zásobu uhlíku v blízkosti zemského povrchu. +more Přirozené toky uhlíku mezi atmosférou, oceánem, suchozemskými ekosystémy a sedimenty jsou poměrně vyrovnané; bez vlivu člověka by tedy byla hladina uhlíku zhruba stabilní.

Cyklus

Uhlík existuje v atmosféře hlavně jako plyn oxid uhličitý. Přestože tvoří velmi malý podíl atmosféry (asi 0,04 %), je zásadní pro život na Zemi. +more K ostatním atmosférickým plynům, které obsahují uhlík, patří methan a antropogenní chlor-fluorované uhlovodíky.

Mezi nejvýznamnější toky uhlíku patří oboustranná výměna mezi biosférou (i v půdě) a atmosférou o velikosti zhruba 120 gigatun za rok. Dále vzájemná výměna mezi hydrosférou a atmosférou (100 gigatun za rok). +more Studie z roku 2022 ale ukázala, že cyklus je jinak velký (o 36 Gt za rok), než byly dřívější odhady a modely. Oceány mohou ukládat o 40 Gt CO2 za rok více, než se předpokládalo.

Člověk uvolňuje již 10 Gt uhlíku ročně (častěji se udává hmotnost vzniklého CO2, ta je 3,67× větší).

Uhlík se z atmosféry dostává pryč několika způsoby: * Když svítí Slunce, autotrofní organismy (především rostliny) fotosyntetizují, přičemž pohlcují oxid uhličitý a mění ho na sacharidy a zároveň vylučují kyslík. Tento proces je nejrychlejší u lesů (či jiných biotopů), kde probíhá velmi rychlý růst nové biomasy (kterou představuje i mrtvé dřevo). +more Množství rozpuštěného oxidu uhličitého v oceánu (rok 1990) * Na mořské hladině se rozpouští atmosférický oxid uhličitý. Čím je voda chladnější, tím více CO2 může pohltit. Tento jev je v přímé souvislosti s termohalinním výměníkem. Na mořském dně jej také vážou bakterie. * Ve vyšších vrstvách oceánu fytoplankton (řasy, sinice) ukládají oxid uhličitý ve svých tkáních a schránkách. Schránky pak klesají ke dnu a zvětrávají. Zvětrávání těchto hornin způsobuje kyselina uhličitá. Při tomto procesu se uvolňují hydrogenuhličitany. Na dně se pak ukládají nánosy uhličitanů (např. vápenec).

Uhlík se do atmosféry dostává několika způsoby: * Respirací živočichů a rostlin. Při této reakci se organické molekuly rozkládají na vodu a oxid uhličitý. +more * Rozkládáním rostlinné a živočišné biomasy. Hlavní roli v tom mají houby a bakterie. Pokud je přítomen kyslík, mění organické látky na oxid uhličitý, pokud je prostředí anaerobní, mění organické látky na methan. * Spalováním organického materiálu. Při spalování fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn) se rozpadají organické látky, které se po miliony let ukládaly v biosféře. * Ve výrobních procesech, např. při výrobě vápna z vápence. * Při sopečných erupcích se uvolňují plyny, které mimo jiné obsahují oxid uhličitý. Množství uhlíku, které takto vznikne, plně kompenzuje úbytek uhlíku z atmosféry při zvětrávání. * Zvětráváním hornin s uhlíkem se uhlík dostává do atmosféry.

Rozlišují se dva typy uhlíkového cyklu: biologický a geochemický. Základní hnací silou biologického cyklu je fotosyntéza rostlin a dýchání živočichů. +more Jedna molekula tímto cyklem projde za zhruba dvacet let. Geochemický cyklus je značně pomalejší a může funguje v závislosti na cyklu biologickém. Uhlíkový cyklus je složitým koloběhem, ve kterém se uhlík vyskytuje ve více formách, největší důležitost se však přikládá oxidu uhličitému. Uhlíkový cyklus je ovlivňován geochemickými procesy a také klimatem, člověk do něj významně zasahuje emisí právě oxidu uhličitého. Zhruba platí, že polovina člověkem vyprodukovaného CO2 zůstává v atmosféře, druhá polovina skončí v oceánech a na pevnině. Zjistit podíl uhlíku v atmosféře je díky moderní technice snadné, avšak zatím nelze přesně určit jeho množství v půdě a oceánech. Největším problémem je však určit množství uhlíku v ekosystémech.

Všechny živé organizmy v sobě vážou uhlík. Nejjednoduššími jsou bakterie, žijící na základě chemosyntézy, které získávají uhlík jednoduchými reakcemi anorganických látek. +more Zelené rostliny spotřebovávají CO2 při fotosyntéze a přeměňují ho na kyslík, avšak stejně jako živočichové kyslík dýchají a přeměňují ho na oxid uhličitý. Po smrti živých organizmů dochází k rozkládání jejich těl, čímž vynikají uhlíkaté sloučeniny, ze kterých se později vytváří uhličitany, případně fosilní paliva. Stejně exkrecí organismů vzniká organický odpad, z něhož vznikají opět organické sloučeniny. Spalováním fosilních paliv poté vede ke zvýšení obsahu CO2 v atmosféře. V atmosféře zůstává cca polovina CO2, zbytek se dostává na pevninu a do oceánů, kde vytvářejí hydrogenuhličitany, uhličitany a CO2 obsažené ve vodě (CO2 je ve vodě rozpustné). Zvyšování podílu oxidu uhličitého v atmosféře se podílí na skleníkovém efektu, který zvyšuje teplotu vzduchu na Zemi, což znovu ovlivňuje živé organismy. Do uhlíkového cyklu je možné zahrnout potravní řetězec.

Odkazy

Reference

Literatura

ARCHER, David. Global warming: understanding the forecast. +more Global warming: understanding the forecast / David Archer. 2012. . * BOHÁČEK, I. (2001): Globální cyklus uhlíku. On-line: https://web. archive. org/web/20131010051936/http://vesmir. cz/files/file/name/2001_003:pdf * CÍLEK, Václav. Oceán - nejlepší přítel člověka: aneb proč se porouchala uhlíková pumpa. Vesmír [online]. 2006 [cit. 2016-02-13]. * GLOBE Carbon Cycle (2007): Globální cyklus uhlíku. - On-line: https://web. archive. org/web/20150406035211/http://meteocentrum. cz/zmeny-klimatu/sklenikovy-efekt-kolobeh-uhliku. php * WILLIAMS, Richard G. Ocean dynamics and the carbon cycle: principles and mechanisms. Ocean dynamics and the carbon cycle: principles and mechanisms / Richard G. Williams, Michael J. Follows. 2011. .

Související články

Toky uhlíku * Uhlík * Potravní řetězec

Externí odkazy

Kategorie:Uhlík Kategorie:Metabolismus Kategorie:Biogeochemické cykly