Кръговрат на въглерода

Нека да поговорим за въглерода и неговия кръговрат в биосферата. Споменавали сме това и в други видеа. Когато разглеждаме елементи като въглерода, тези елементи не се появяват и не изчезват в биосферата на Земята. В по-голямата си част те са били тук още от самото начало и просто преминават от една форма в друга. Това се отнася и за въглерода. За да оценим важността на въглерода в нашата биосфера и по-специално за живота, ще разгледаме няколко важни вещества или примери, в които участва въглеродът. Във всички тях въглеродният атом е в тъмносив цвят. Това тук – тази молекула – това е глюкоза. Глюкозата е вид проста захар. От нея получаваме голяма част от енергията си. Това е АТФ, което можем да разглеждаме като запас на енергия в биологичните системи. Това тук е една от многото аминокиселини. Аминокиселините изграждат белтъците. Тук това е ДНК. Виждаш, че във всички тях присъства въглерод. Понякога въглеродът се забелязва трудно, защото е в центъра на тези молекули, защото въглеродът често изгражда основната структура. Ето защо въглеродът е много интересен елемент, много интересен атом, който може да изгражда четири химични връзки. Може да изгражда тези наистина много интересни структури. Но въпросът е : Какъв е кръговратът на въглерода в нашата биосфера? Можем да го обясним по-просто или по-сложно по време на дискусията. По-простичко казано, ето как си представям кръговрата на въглерода: Представи си, че въглеродът в атмосферата съществува основно под формата на молекули въглероден диоксид. Това тук отляво е молекула въглероден диоксид. Въглеродът е по средата в тази молекула, свързан с два атома кислород. Колкото и да говорим за СО2, колкото и важен да е въглеродът за живите организми, всъщност, в телата ни има 18 до 19 тегловни процента въглерод, така че въглеродът е много важен за биологичните системи. Колкото и важен да е въглеродът за биологичните системи, въглеродният диоксид играе важна роля и за глобалното затопляне, но всъщност въглеродът представлява много малък процент от атмосферата на Земята. Делът му е едва 0,04 % от газовете в атмосферата. По-голямата част от атмосферата се състои от азот – 78%, но ние не говорим много за него. А кислородът е 21%. Има и други елементи и вещества. Най-простият вариант на кръговрата на въглерода е: имаме въглероден диоксид в атмосферата – молекулярен въглероден диоксид във въздуха. Имаме автотрофни организми, каквито са растенията. Да кажем, че това е почвата и имаме засадено растение. Това тук е растение. Това е неговото листо, ето още едно листо. Растенията израстват, като поглъщат слънчева енергия. Това е енергията, идваща от Слънцето, и те използват тази енергия, за да фиксират въглерода. Преработването на въглерода звучи много сложно, но всъщност представлява улавянето на молекулярния въглероден диоксид от въздуха и извличането на въглерода от него, за да се образуват тези различни вещества в растението, които го изграждат и му дават енергия. И затова това растение, в стаята, където се намирам, до мен има стайно растение, което не израства от нищото. Вероятно си казваш, че то е пораснало просто от въздуха, но тази негова маса не се появява с магическа пръчка. Растението извлича тази маса от въздуха. Ето това позволява на растението да продължава своя растеж. Ще повторя отново, че част от тази маса е под формата на протеини, аминокиселини и може да образува структурни компоненти. Това може да са мазнини или пък енергия. Досещаш се че има други живи същества които не могат да фотосинтезират, и се хранят с тези растения, за да си набавят енергия. В други видеа разглеждаме хранителните вериги. Това може да съм аз, докато си хапвам салата, и аз може да искам да изям това растение. Може да искам да го изям заради захарта в него. Може да е дори някакъв сорт ябълка и това дава на тялото ми енергия да живее и расте. Докато глюкозата преминава през обмяна на веществата, глюкозата например е едно от веществата, които растението може да изгради, когато извлича въглерод от въздуха. И тогава моят организъм може да преработи глюкозата, от растението, което току-що изядох, и ще се отдели въглероден диоксид. Аз ще отделя СО2 обратно във въздуха. По този начин ти участваш в кръговрата на въглерода. СО2 се отделя при преработката на тези органични вещества, а после може отново да се улови от автотрофите, които са способни да складират енергия, идваща от слънцето, в тези химични връзки, като фиксират въглерода. Има и други начини за описване на кръговрата на въглерода. Например част от СО2 може да се абсорбира в океана. Може да образува карбонати в океана, и можеш отново да видиш въглерода ето тук, който е свързан с три кислородни атома, а калциевият карбонат е основна част от черупките на миди и раковини. След известно време, когато те се разпаднат и се раздробят под натиска на водното налягане, те могат да се превърнат във варовик. Това тук е варовик. Пак повтарям, че той се образува след като въглеродният диоксид се абсорбира в океана, а живите организми използват този калций, този калциев карбонат, карбонатът, който е свързан с калций, за да образуват тези черупки, които се раздробяват и така образуват тези скални структури. В някои случаи живите организми, без значение дали говорим за автотрофи като растенията или за такива като мен, хранещи се с растения, щом тези организми загинат, има органична материя, която още не е разградена. Тя остава в почвата. Ще нарисувам растението, защото не е толкова зловещо, колкото да нарисувам себе си мъртъв. Да кажем, че това е растението. След достатъчно време и под налягане... Понякога в процеса на разграждането се отделя част от въглерода, но след известно време може да се компресира и да се превърне в изкопаеми горива. Когато видиш петрол или когато се изгаря бензин, който всъщност е рафиниран петрол, това е органична материя, която е складирала енергия, която растенията са складирали от слънчевата енергия отпреди милиони или десетки милиони години. Но после, ако извлечем изкопаемите горива от почвата, както днес правим доста активно, за да захранваме всичко, което се нуждае от енергия, и ги изгорим – да видим какво ще се получи! Нека нарисувам един пример. Да кажем, че имаме варел с петрол. Няма да рисувам петрола в черно, защото няма да го виждаш. След като бъде изгорен – при процеса на горене, каквото и да изгорим, не е задължително да е петрол, може да изгорим парче дърво – вземаме тази органична материя, съдържаща връзки въглерод-въглерод, и този процес е обратен на фотосинтезата. При горенето разрушаваме органичната материя, освобождаваме въглерода под формата на въглероден диоксид. Този въглерод после отново може да бъде усвоен. Автотрофите, каквито са растенията, улавят въглерода в процеса на фотосинтеза. После може или да бъде изгорен, при което се освобождава въглерод обратно в атмосферата, или други животни могат да изядат това растение и при обмяната на веществата в техните организми те разграждат тези връзки въглерод-въглерод, за да извлекат енергия за техните собствени нужди. При това отново се отделя въглероден диоксид.