CHU TRÌNH CACBON: ĐẶC ĐIỂM, GIAI ĐOẠN, TẦM QUAN TRỌNG - MÔI TRƯỜNG - 2026

Các chu kỳ carbon là quá trình tuần hoàn của nguyên tố hóa học này trong không khí, nước, đất và những sinh vật. Đây là một chu trình sinh địa hóa dạng khí và dạng cacbon nhiều nhất trong khí quyển là cacbon đioxit (CO2).

Các kho dự trữ cacbon lớn nhất là trong đại dương, nhiên liệu hóa thạch, chất hữu cơ và đá trầm tích. Tương tự như vậy, nó rất cần thiết trong cấu trúc cơ thể của các sinh vật sống và đi vào chuỗi dinh dưỡng dưới dạng CO2 thông qua quá trình quang hợp.

Các loài quang hợp (thực vật, thực vật phù du và vi khuẩn lam) hấp thụ cacbon từ CO2 trong khí quyển, và sau đó động vật ăn cỏ lấy nó từ các sinh vật này. Những thứ này được tiêu thụ bởi các loài ăn thịt và cuối cùng tất cả các sinh vật chết được xử lý bởi các chất phân hủy.

Ngoài bầu khí quyển và các sinh vật sống, carbon được tìm thấy trong đất (edaphosphere) và trong nước (hydrosphere). Trong đại dương, thực vật phù du, tảo thực vật và thực vật hạt kín dưới nước lấy CO2 hòa tan trong nước để thực hiện quá trình quang hợp.

Minh họa chu trình cacbon

CO2 được tái hòa nhập vào khí quyển hoặc nước thông qua quá trình hô hấp của các sinh vật sống trên cạn và dưới nước. Sau khi chúng sinh chết, carbon sẽ được tái hòa nhập vào môi trường vật chất dưới dạng CO2 hoặc như một phần của đá trầm tích, than đá hoặc dầu.

Chu trình carbon rất quan trọng vì nó thực hiện các chức năng khác nhau như là một phần của các sinh vật sống, giúp điều chỉnh nhiệt độ hành tinh và độ axit của nước. Tương tự như vậy, nó góp phần vào quá trình ăn mòn đá trầm tích và đóng vai trò như một nguồn năng lượng cho con người.

nét đặc trưng

Carbon

Nguyên tố này đứng thứ sáu về độ phong phú trong Vũ trụ và cấu trúc của nó cho phép nó tạo liên kết với các nguyên tố khác như oxy và hydro. Nó được hình thành bởi bốn điện tử (hóa trị bốn) tạo thành liên kết hóa học cộng hóa trị có khả năng tạo thành các polyme có dạng cấu trúc phức tạp.

Khí quyển

Carbon được tìm thấy trong khí quyển chủ yếu là carbon dioxide (CO2) với tỷ lệ 0,04% thành phần của không khí. Mặc dù nồng độ carbon trong khí quyển đã thay đổi đáng kể trong 170 năm qua do sự phát triển công nghiệp của con người.

Trước thời kỳ công nghiệp, nồng độ dao động từ 180 đến 280 ppm (phần triệu) và ngày nay nó vượt quá 400 ppm. Ngoài ra, còn có mêtan (CH4) với tỷ lệ nhỏ hơn nhiều và cacbon monoxit (CO) ở dạng vết nhỏ.

CO2 và metan (CH4)

Các khí gốc cacbon này có đặc tính hấp thụ và bức xạ năng lượng sóng dài (nhiệt). Vì lý do này, sự hiện diện của nó trong khí quyển điều chỉnh nhiệt độ hành tinh, bằng cách ngăn cản sự thoát ra ngoài không gian của nhiệt do Trái đất tỏa ra.

Trong hai loại khí này, mêtan thu nhiệt nhiều hơn, nhưng CO2 đóng vai trò quyết định nhiều nhất do lượng khí tương đối nhiều.

Thế giới sinh vật

Hầu hết cấu trúc của cơ thể sống được tạo thành từ cacbon, rất cần thiết trong việc hình thành protein, carbohydrate, chất béo và vitamin.

Thạch quyển

Carbon là một phần của chất hữu cơ và không khí trong đất, nó cũng được tìm thấy ở dạng nguyên tố như carbon, than chì và kim cương. Theo cách tương tự, nó là một phần cơ bản của hydrocacbon (dầu, bitum) được tìm thấy trong các trầm tích sâu.

Sự hình thành carbon

Khi thảm thực vật chết trong các lưu vực hồ, đầm lầy hoặc biển nông, các mảnh vụn thực vật tích tụ thành các lớp được bao phủ bởi nước. Sau đó tạo ra quá trình phân hủy kỵ khí chậm do vi khuẩn gây ra.

Các lớp trầm tích đang bao phủ các lớp vật chất hữu cơ đang phân hủy trải qua quá trình làm giàu carbon tiến bộ qua hàng triệu năm. Quá trình này chuyển qua giai đoạn than bùn (50% carbon), than non (55-75%), than đá (75-90%) và cuối cùng là than antraxit (90% hoặc hơn).

Sự hình thành dầu

Nó bắt đầu với sự phân hủy hiếu khí chậm, sau đó là giai đoạn kỵ khí, bao gồm tàn tích của sinh vật phù du, động vật và thực vật biển hoặc hồ. Chất hữu cơ này đã bị chôn vùi bởi các lớp trầm tích và chịu nhiệt độ và áp suất cao bên trong Trái đất.

Tuy nhiên, với mật độ thấp hơn, dầu bốc lên qua các lỗ rỗng của đá trầm tích. Cuối cùng, nó hoặc bị mắc kẹt trong các khu vực không thấm nước hoặc tạo thành các mỏm bitum nông.

Thủy quyển

Thủy quyển duy trì sự trao đổi khí với khí quyển, đặc biệt là oxy và carbon dưới dạng CO2 (hòa tan trong nước). Carbon được tìm thấy trong nước, đặc biệt là trong các đại dương, chủ yếu ở dạng ion bicarbonate.

Các ion bicacbonat đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh độ pH của môi trường biển. Mặt khác, dưới đáy biển có một lượng lớn khí mê-tan bị giữ lại dưới dạng mê-tan hydrat.

Mưa axit

Carbon cũng xâm nhập vào giữa môi trường khí và chất lỏng, khi CO2 phản ứng với hơi nước trong khí quyển và tạo thành H2CO3. Axit này kết tủa với nước mưa và làm chua đất và nước.

Các giai đoạn của chu trình cacbon

Thu giữ và lưu trữ carbon. Nguồn: Carbon_sequestration-2009-10-07. )

Giống như bất kỳ chu trình địa hóa sinh học nào, chu trình carbon là một quá trình phức tạp được tạo thành từ một mạng lưới các mối quan hệ. Việc tách họ thành các giai đoạn xác định chỉ là phương tiện để họ phân tích và hiểu biết.

- Giai đoạn địa chất

Vé

Các nguyên liệu carbon đầu vào cho giai đoạn này đến từ khí quyển với mức độ thấp hơn do mưa axit và không khí được lọc xuống mặt đất. Tuy nhiên, đầu vào chính là sự đóng góp của các sinh vật sống, bằng cả phân và cơ thể của chúng khi chúng chết.

Lưu trữ và lưu thông

Trong giai đoạn này, carbon được lưu trữ và di chuyển trong các lớp sâu của thạch quyển như than, dầu, khí, than chì và kim cương. Nó cũng là một phần của đá cacbonat, bị mắc kẹt trong lớp băng vĩnh cửu (lớp mặt đất đóng băng ở vĩ độ cực) và hòa tan trong nước và không khí trong các lỗ rỗng của đất.

Trong động lực kiến ​​tạo mảng, cacbon cũng đến các lớp sâu hơn của lớp phủ và là một phần của magma.

Khởi hành

Mưa tác động lên đá vôi làm xói mòn chúng và canxi được giải phóng cùng với các nguyên tố khác. Canxi từ sự xói mòn của những tảng đá cacbonat này được rửa trôi vào sông và từ đó ra đại dương.

Tương tự, CO ₂ được giải phóng khi lớp băng vĩnh cửu tan chảy hoặc do cày xới đất quá mức. Tuy nhiên, sản lượng chính do con người thúc đẩy bằng cách khai thác than, dầu và khí đốt từ thạch quyển, để đốt chúng làm nhiên liệu.

Hoạt động của con người, dựa trên việc tiêu thụ hydrocacbon, thải carbon vào khí quyển

- Giai đoạn thủy văn

Vé

Khi CO ₂ trong khí quyển tiếp xúc với bề mặt nước, nó hòa tan tạo thành axit cacbonic và mêtan từ đáy biển đi vào thạch quyển, như đã được phát hiện ở Bắc Cực. Ngoài ra, các ion HCO ₃ đi vào sông và đại dương do sự xói mòn của đá cacbonat trong thạch quyển và rửa trôi đất.

Khi trời mưa, nước mang theo carbon dưới dạng carbon dioxide từ khí quyển và từ đá. Khi đến đại dương, san hô, sinh vật phù du và các động vật thủy sinh khác sử dụng nó để phát triển. Những sinh vật sống này - san hô, sinh vật phù du và động vật thủy sinh - chết và nhập carbon vào đất

Lưu trữ và lưu thông

CO2 hòa tan trong nước tạo thành axit cacbonic (H2CO3), hòa tan canxi cacbonat của vỏ, tạo thành axit canxi cacbonat (Ca (HCO3) 2). Do đó, cacbon được tìm thấy và lưu thông trong nước chủ yếu là CO2, H2CO3 và Ca (HCO3) 2.

Mặt khác, các sinh vật biển duy trì sự trao đổi cacbon liên tục với môi trường nước thông qua quá trình quang hợp và hô hấp. Ngoài ra, trữ lượng lớn các-bon ở dạng hydrat metan dưới đáy biển, bị đóng băng bởi nhiệt độ thấp và áp suất cao.

Khởi hành

Đại dương trao đổi khí với khí quyển, bao gồm CO2 và mêtan, và một phần khí sau đó được thải vào khí quyển. Gần đây, sự gia tăng rò rỉ khí mê-tan trên đại dương đã được phát hiện ở độ sâu dưới 400 m, chẳng hạn như ngoài khơi Na Uy.

Sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu đang làm nóng nước ở độ sâu không quá 400 m và giải phóng các hydrat metan này. Một quá trình tương tự xảy ra trong kỷ Pleistocen, giải phóng một lượng lớn khí mê-tan, làm Trái đất nóng lên nhiều hơn và gây ra sự kết thúc của Kỷ Băng hà.

- Giai đoạn khí quyển

Vé

Carbon xâm nhập vào khí quyển từ quá trình hô hấp của các sinh vật và từ hoạt động gây biến chất của vi khuẩn. Tương tự như vậy, do cháy thảm thực vật (sinh quyển), trao đổi với thủy quyển, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, hoạt động núi lửa và giải phóng khỏi lòng đất (địa chất).

Giải phóng carbon địa chất vào khí quyển do núi lửa phun trào. Tác giả: Ciencia1.com

Lưu trữ và lưu thông

Trong khí quyển, cacbon chủ yếu ở thể khí như CO2, mêtan (CH4) và cacbon monoxit (CO). Tương tự, bạn có thể tìm thấy các hạt cacbon lơ lửng trong không khí.

Khởi hành

Sản lượng carbon chính từ giai đoạn khí quyển là CO2 hòa tan trong nước đại dương và được sử dụng trong quá trình quang hợp.

- Giai đoạn sinh học

Vé

Carbon đi vào giai đoạn sinh học dưới dạng CO2 thông qua quá trình quang hợp do thực vật và vi khuẩn quang hợp thực hiện. Tương tự, các ion Ca2 + và HCO3- đến biển do xói mòn và được các sinh vật khác nhau sử dụng để sản xuất vỏ sò.

Thực vật và vi sinh vật hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển và chuyển đổi nó thành oxy và năng lượng thông qua quá trình quang hợp

Lưu trữ và lưu thông

Mỗi tế bào và do đó cơ thể của các sinh vật được tạo thành từ một tỷ lệ cacbon cao, cấu thành nên protein, carbohydrate và chất béo. Carbon hữu cơ này luân chuyển trong sinh quyển thông qua các lưới dinh dưỡng từ các nhà sản xuất sơ cấp.

Thực vật hạt kín, dương xỉ, các loài giáp xác, rêu, tảo và vi khuẩn lam kết hợp nó bằng cách quang hợp. Sau đó những sinh vật này được tiêu thụ bởi động vật ăn cỏ, chúng sẽ là thức ăn cho động vật ăn thịt.

Động vật ăn cỏ tiêu thụ thực vật và thải khí cacbonic vào khí quyển. Khi những động vật này chết, chúng sẽ tái hòa nhập carbon vào đất. Điều tương tự cũng xảy ra với san hô và sinh vật phù du dưới đáy đại dương

Khởi hành

Sự rò rỉ carbon chính từ giai đoạn này sang giai đoạn khác trong chu trình carbon là cái chết của các sinh vật sống khiến nó tái hòa nhập vào đất, nước và khí quyển. Một hình thức chết và giải phóng carbon lớn và nghiêm trọng là cháy rừng tạo ra một lượng lớn CO2.

Mặt khác, nguồn khí mêtan quan trọng nhất vào khí quyển là các khí thải ra từ vật nuôi trong quá trình tiêu hóa của chúng. Tương tự như vậy, hoạt động của vi khuẩn kỵ khí methanogenic phân hủy chất hữu cơ trong đầm lầy và cây lúa là một nguồn methane.

Tầm quan trọng

Chu trình carbon rất quan trọng do các chức năng liên quan mà nguyên tố này thực hiện trên hành tinh Trái đất. Sự tuần hoàn cân bằng của nó cho phép điều chỉnh tất cả các chức năng liên quan này để duy trì các điều kiện của hành tinh như một chức năng của sự sống.

Trong chúng sinh

Carbon là nguyên tố chính trong cấu trúc của tế bào vì nó là một phần của carbohydrate, protein và chất béo. Nguyên tố này là cơ sở của tất cả các hóa học của sự sống, từ DNA đến màng tế bào và các bào quan, mô và cơ quan.

Sự điều hòa nhiệt độ trái đất

CO2 là khí nhà kính chính, giúp duy trì nhiệt độ thích hợp cho sự sống trên Trái đất. Nếu không có các khí trong khí quyển như CO2, hơi nước và các chất khác, nhiệt lượng tỏa ra từ Trái đất sẽ hoàn toàn thoát ra ngoài không gian và hành tinh sẽ là một khối đông lạnh.

Sự nóng lên toàn cầu

Mặt khác, lượng CO2 dư thừa thải vào bầu khí quyển, chẳng hạn như lượng CO2 do con người gây ra, sẽ phá vỡ sự cân bằng tự nhiên. Điều này khiến hành tinh trở nên quá nóng, làm thay đổi khí hậu toàn cầu và ảnh hưởng tiêu cực đến đa dạng sinh học.

Quy định pH đại dương

CO2 và mêtan hòa tan trong nước là một phần của cơ chế phức tạp để điều chỉnh độ pH của nước trong đại dương. Hàm lượng các chất khí này trong nước càng cao thì độ pH càng trở nên axit, điều này sẽ ảnh hưởng xấu đến đời sống thủy sinh.

Nguồn năng lượng

Than là một phần thiết yếu của nhiên liệu hóa thạch, cả than khoáng, dầu và khí tự nhiên. Mặc dù việc sử dụng nó bị nghi ngờ do những tác động tiêu cực đến môi trường mà nó tạo ra, chẳng hạn như quá nóng toàn cầu và giải phóng kim loại nặng.

Giá trị kinh tế

Than là một loại khoáng sản tạo ra nguồn công việc và lợi nhuận kinh tế để sử dụng làm nhiên liệu và sự phát triển kinh tế của Nhân loại dựa trên việc sử dụng nguồn nguyên liệu thô này. Mặt khác, ở dạng kết tinh của kim cương, hiếm hơn nhiều, nó có giá trị kinh tế lớn vì được sử dụng như một loại đá quý.

Người giới thiệu

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Bộ bách khoa toàn thư về sinh thái và quản lý môi trường.
2. Christopher R. và Fielding, CR (1993). Một đánh giá về nghiên cứu gần đây trong nghiên cứu trầm tích chất lỏng. Địa chất trầm tích.
3. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA và Castro-Romero, T. Chu trình sinh địa hóa. Chương 7. Báo cáo của Mexico về biến đổi khí hậu, Nhóm I, Cơ sở khoa học. Mô hình và mô hình hóa.
4. Margalef, R. (1974). Hệ sinh thái. Phiên bản Omega.
5. Miller, G. và TYLER, JR (1992). Sinh thái và Môi trường. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP và Warrett, GW (2006). Các nguyên tắc cơ bản của sinh thái học. Phiên bản thứ năm. Thomson.