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碳是地球上和地球内部可以找到的众多自然元素之一 。 它是仅次于氢、氦和氧的最丰富的元素之一 , 是所有人类、动物和植物生命不可分割的一部分 。 碳在生物学中尤其重要 , 因为它可以很容易地在各种有机分子中形成多个键 。 这些键很牢固 , 这意味着它们可以形成环和长连接链 , 这是大多数活细胞的支柱 。
这些碳键也含有大量的能量 , 这些能量可以被储存起来 , 或者在键断裂时释放出来 。 正因为如此 , 碳是生物燃料的重要和常用的来源
碳在哪里被发现?碳在地球的四个圈层中都能找到 。 岩石圈 , 即地球的岩石 , 含有大量的碳 。 事实上 , 它是构成地壳的丰度前15种元素之一 。 碳也可以在大气圈中找到 , 最常见的形式是二氧化碳 , 一种由碳和氧组成的有机化合物 。 水圈包括地球上所有的水体 , 也含有二氧化碳形式的碳 。 生物圈也是如此 , 生物圈是指所有有机生命 。
碳循环
地球上的碳以及地球上的四个圈层 , 都在不断地运动 。 这种碳和碳化合物的交换被称为碳循环 。 有各种各样的过程 , 包括自然的和合成的 , 导致碳从一个圈层到另一个圈层的交换 。 有时碳在地球系统内快速移动 , 有时它可以在一个地方停留多年 , 交换的速度要慢得多 。 因此 , 碳循环有两种不同方式 , 它们被称为快循环和慢循环 。
1 快循环快循环 , 顾名思义 , 包括那些发生得更快的碳交换方面 。 这包括生物有机体之间传递的碳 , 以及生物与大气之间的碳交换 。 通过这种方式 , 快循环是用寿命来衡量的 , 用任何给定生物体的寿命 , 无论是植物还是动物 。
1)光合作用
以二氧化碳(CO2)的形式存在于大气中的碳被植物吸收 。 植物利用二氧化碳、阳光和水 , 将它们转化为糖 , 这一过程被称为光合作用 。 碳是通过植物叶片上的气孔从空气中吸收的 。 然后 , 它与阳光和水相互作用 , 提供植物生长所需的能量 。 氧和糖是这个过程的产物 。 这就是为什么植物对人类生命如此重要 , 因为它们提供氧气 。 如果没有碳 , 这个过程就不可能存在 。
2)消费
当植物被消耗时 , 它也可以将碳转移给动物 。 当一种植物被吃掉时 , 它的能量储备就会被转移到这种生物身上 , 植物内的碳原子也会被转移到这种生物身上 。 这是快循环的第二部分 。 在任何给定的生态系统中 , 碳都会在食物链中转移 , 因为较小的猎物会被食物链上更高的捕食者吃掉 。 碳一直存在于食物链中 , 直到植物或动物死亡后通过分解或呼吸作用释放出来 。
3)呼吸
如上所述 , 植物吸收二氧化碳并释放氧气(O2) 。 动物 , 包括人类 , 呼吸这种氧气 。 人类和动物的呼吸过程包括这些O分子与碳结合 , 产生CO2 。 呼吸过程 , 我们通常认为只是呼吸 , 为我们的血液和身体提供必要的氧气 , 并产生副产物 , 然后我们将其呼出或释放回大气中 。 通过这种方式 , 碳很容易从大气转移到植物、动物身上 , 然后再回到空气中 。 碳在这个快碳循环中不断运动 。 每年大约有10亿到1000亿吨碳在快碳循环中移动 。
4)分解
植物或动物死亡后会发生分解 。 一旦植物或动物死亡 , 细菌就会从这些生物体中分解物质 , 破坏这些强碳化合物之间的键 。 当这些化学键断裂时 , CO2被释放回大气中 。 通过这种方式 , 碳完成了一个完整的循环 , 从空气转移到植物和/或动物 , 然后返回到大气中 。
2 慢循环虽然大量的碳在快循环中循环 , 但碳循环的另一个方面被称为慢循环 。 在这个循环中 , 碳在大气和岩石圈(主要包括地壳)之间的交换速度要慢得多 , 需要数千年甚至数百万年的时间 。 地壳中的大部分岩石和矿物都含有碳或碳化合物 。
1)酸雨
从大气到地球的碳交换有几种不同的方式 。 其中一种方法是通过雨水 。 CO2在空气中积聚 , 使雨水饱和 , 形成一种温和的酸雨 。 这种雨水的酸性性质使其侵蚀坚固的岩石 , 随着时间的推移岩石被溶解和侵蚀 。 随着岩石风化 , 矿物质被释放出来 , 从而产生无机碳 。 碳和酸雨也可以降落在海洋中 。 当含碳量高的水进入海洋时 , 它会溶解并产生碳酸氢盐离子 。 然后 , 它可以与钙结合 , 产生被称为碳酸氢钙的化合物 , 碳酸氢钙是贝壳和许多甲壳类动物组成的基本成分 。 沉入海底底部的贝壳(例如 , 当贝类死亡时)最终会在时间和压力下压缩并合并到海底 , 成为岩石圈的一部分 。
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