Anglies ciklas

Šiam straipsniui ar jo daliai trūksta išnašų į patikimus šaltinius. Jūs galite padėti Vikipedijai pridėdami tinkamas išnašas su šaltiniais.

Anglies apytakos ciklas – biogeocheminis ciklas, apimantis įvairius cheminius, fizinius, geologinius ir biologinius procesus, kuriais anglis juda Žemės biosferoje, geosferoje, hidrosferoje ir atmosferoje (kiti astronominiai kūnai taip pat gali turėti atitinkamus ciklus, tačiau šiuo metu tai nėra žinoma).

Anglies ciklas paprastai apibūdinamas kaip keturi anglies rezervuarai, susiję tarpusavyje anglies judėjimu tarp jų:

• atmosfera – santykinai maža dalis visos planetos anglies;
• sausumos biosfera, prie kurios taip pat paprastai priskiriamos gėlo vandens sistemos bei negyvosios organinės medžiagos, pvz., dirvožemio anglis;
• vandenynai, įskaitant ištirpusius neorganinius anglies junginius bei gyvąją ar negyvąją biotą – pakankamai didelis kiekis;
• nuosėdos, įskaitant naudingąsias iškasenas.

Daugiausiai Žemės paviršiaus anglies yra susikaupę vandenynuose, tačiau anglies kaita tarp atmosferos ir giluminių vandenynų sluoksnių (žemiau temperatūros šuolio slenksčio) vyksta lėtai.

Anglis atmosferoje pirmiausiai egzistuoja anglies dvideginio pavidalu (CO₂). Nors jis sudaro labai mažą atmosferos dalį (apie 0.04 % bendro molių skaičiaus, bet kiekis didėja), yra labai svarbus gyvybės palaikyme. Kitos anglies turinčios atmosferos dujos yra metanas bei žmogaus veiklos sukurti alkilhalidai (CFC). Visos išvardytos dujos yra šiltnamio dujos, kurių daugėjimas atmosferoje skatina visuotinį atšilimą.

Atmosfera yra kaip tarpinė grandis, susijusi su dauguma anglies judėjimo planetoje procesų. Iš atmosferos anglis paimama keliais būdais:

• Šviečiant saulei, augalai vykdo fotosintezę, kurios metu anglies dioksidas paverčiamas angliavandeniais, išskiriant deguonį. Šis procesas ypatingai stiprus palyginus jaunuose miškuose.
• Ašigalių regionuose, vandenynų vanduo paviršiuje yra šaltesnis, o kuo šaltesnis jūros vanduo, tuo geriau CO₂ jame tirpsta. Šį procesą paspartina termohalinė cirkuliacija, pernešanti tankesnį paviršiaus vandenį giliau.
• Paviršiniuose vandenynų sluoksniuose, kur didelis ekosistemų produktyvumas, organizmai kaupia redukuotą anglį įvairiuose audiniuose arba kaip CaCO₃ kietose kūno dalyse. Vėliau jų irimo procesuose anglis žemesniuose vandenyno sluoksniuose (nes negyvos medžiagos grimzta gilyn) vėl oksiduojama bakterijų, o CaCO₃ ištirpsta; tokiu būdu anglis pernešama giliau.
• Silikatinių uolienų dūlėjimas – susidarantys bikarbonato jonai (HCO₃⁻) pernešami į vandenyną, kur jie ištirpsta susiformuojant jūriniams karbonatams; šis procesas nekeičia atmosferos CO₂ kiekio, nes tuo pačiu vyksta ir atvirkštinės cheminės reakcijos, išskiriančios į atmosferą panašius CO₂ kiekius.

Anglis grąžinama į atmosferą šiais būdais:

• Kvėpuojant augalams ir gyvūnams (įskaitant žmogų) – apibendrinant, organizme skaidoma gliukozė arba kiti organiniai junginiai, susidarant anglies dioksidui ir vandeniui (egzoterminė reakcija).
• Negyvų organinių medžiagų (negyvų gyvūnų ir augalų) irimo procesuose – bakterijų ir grybų rūšys „perdirba“ anglies junginius į anglies dioksidą, esant deguonies aplinkoje (aerobinis procesas), arba metaną CH₄, nesant deguonies.
• Degant organinėms medžiagoms, jose esanti anglis oksiduojama iki anglies dvideginio. Naudingųjų iškasenų (anglies, naftos produktų, gamtinių dujų) deginimas „išlaisvina“ anglį, milijonus metų buvusią geosferoje ir laikomas pagrindine CO₂ kiekio padidėjimo atsmosferoje priežastimi.
• Cemento gamyboje, kaitinant klintį, išsiskiria nemaži kiekiai CO₂.
• Vandenynų paviršiuje, vandeniui atšilus iki atitinkamos temperatūros, jame ištirpęs CO₂ išgaruoja į atmosferą.
• Ugnikalnių išsiveržimai bei kiti vulkaniniai procesai – išmetamo anglies dioksido kiekis panašus į silikatinių uolienų dūlėjimo metu sunaudojamą jo kiekį, todėl šie du procesai beveik vienas kitą neutralizuoja ir (iki šimtų tūkstančių metų mastu) atmosferos CO₂ kiekiui įtakos neturi.

Kasmet atmosfera pasipildo apie 3 milijardais tonų anglies (dėl fosilinio kuro deginimo).

Biosferoje yra apie 1900 milijardų tonų anglies. Anglis – pagrindinis gyvybės Žemėje elementas, nes yra svarbi ląstelių struktūros, biocheminių bei maitinimosi procesų dalis. Todėl gyvybiniai procesai atitinkamai veikia anglies ciklą:

• Autotrofai (organizmai, sintetinantys organines medžiagas iš neorganinių) naudoja anglies dioksidą CO₂ iš aplinkos, kurioje gyvena – oro arba vandens. Dauguma autotrofų šiai sintezei naudoja saulės energiją, vykdydami fotosintezę, kiti energiją gauna iš cheminių reakcijų ir ši sintezė vadinama chemosinteze. Didžiausiais kiekiais CO₂ naudoja medžiai bei fitoplanktonas (fotosintezę vykdantys dumbliai).
• Anglis juda biosferoje heterotrofiniams organizmams mintant kitais organizmais, įskaitant ir procesus kuriais grybai ir bakterijos perdirba negyvą medžiagą (irimas, fermentacija).
• Negyvos organinės medžiagos kartu su jose esančia anglimi gali būti perkeliamos į geosferą (pvz., kaip durpės). Gyvūnų kiautai, turintys kalcio karbonato, gali ilgainiui virsti klintimi vykstant sedimentacijai (nuosėdų formavimuisi).
• Daugiausiai anglies į atmosferą iš biosferos patenka per kvėpavimą. Aerobinio kvėpavimo atveju – aplinkoje su deguonimi, taip kvėpuoja ir žmogus – išskiriamas CO₂ patenka tiesiai į atmosferą. Anaerobinio (be deguonies aplinkoje) kvėpavimo metu išskiriamas metanas ilgainiui irgi patenka į atmosferą, pavyzdžiui, kaip pelkių dujos.
• Degant organinėms medžiagoms (pvz., miškų gaisrai, malkų deginimas), į atmosferą gali būti išskiriami taip pat dideli CO₂ kiekiai (gali būti išskirtas ir anglies monoksidas CO, kuris natūraliai atmosferoje oksiduojamas iki anglies dvideginio).
• Anglies cirkuliacija vandenynų giliųjų sluoksnių biosferoje nėra pilnai ištirta, esant ribotoms okeanografijos tyrimų metodų galimybėms.

Bendram anglies kiekiui biosferoje gali turėti įtakos keletas skirtingos trukmės procesų, pvz., bendroji pirminė produkcija kinta cikliškai dienų ar sezonų mastu, tuo tarpu anglis medžiuose gali būti išlaikoma iki kelių šimtų, dirvožemyje – iki tūkstančių metų, uolienose – šimtus milijonų metų.

Vandenynuose ir jūrose anglies yra apie 36000 milijardų tonų, daugiausiai bikarbonato jono pavidalu. Neorganiniai anglies junginiai svarbūs reakcijose su vandeniu, nes turi įtakos vandenynų rūgštingumui (pH) ir veikia kaip anglies šaltinis ar „saugykla“. Kasmet vandenynai pasipildo apie 2 milijardus tonų anglies.

Anglies apytakos modeliai gali būti naudojami visuotinio klimato modeliuose, siekiant įvertinti vandenynų bei biosferos pokyčius, atitinkančius CO₂ kiekių atmosferoje kitimą. Deja, anglies ciklo modeliai šiuo metu nėra visiškai tikslūs. Bet kokiu atveju, jie parodo, kad yra stiprus ryšys tarp temperatūros didėjimo ir CO₂ gausėjimo atmosferoje.

• Vandenynų rūgštėjimas