Vznik Uhlíku v Přírodě: Procesy a Koloběh

Uhlík, jeden z nejrozšířenějších chemických prvků na Zemi, se na naší planetě vyskytuje v mnoha podobách, většinou ve sloučeninách s jinými prvky. V čisté podobě pak vytváří pouze tři nerosty, jednak grafit (obyčejnou, měkkou, černou tuhu), šungit (je elektricky vodivý) a jednak naopak jeden z nejcennějších drahých kamenů na světě, diamant.

Klíčový je život v půdě, který je závislý na organické hmotě v půdách. Lidstvo je vlastně produktem půdy. Zdravá půda představuje významné úložiště uhlíku. Uhlík ve formě humusu zadržuje nejen vodu, ale i živiny. Nese největší zodpovědnost za ochranu našich spodních vod, přispívá rozhodující mírou k ochraně proti erozi. Při tom hraje hlavní roli půdní mikrobiologie.

Globální Cyklus Uhlíku

Globální cyklus uhlíku má hlavní rezervoáry na Zemi: atmosféra, oceán, půda a litosféra. Pro cyklus uhlíku je charakteristický významný přenos mezi suchozemskými ekosystémy a oceány na jedné straně a atmosférou na straně druhé. Uhlík v suchozemských ekosystémech je nahromaděn v opadu a jiných zbytcích rostlin a živočichů, v biomase mikroorganizmů, a hlavně v půdě.

Největším zásobníkem uhlíku na Zemi je litosféra. Množství uhlíku v zemské kůře ve formě prvku se odhaduje na 20 milionů Pg, což je o několik řádů víc než v ostatních rezervoárech dohromady. Přesto je to jen asi čtvrtina veškerého uhlíku - tři čtvrtiny jsou vázány v uhličitanech. Ve srovnání s jinými toky uhlíku v globálním systému je však přenos mezi litosférou a ostatními složkami prostředí poměrně malý.

Zásobníky uhlíku na Zemi:

• Atmosféra: Uhlík existuje v atmosféře hlavně jako plyn oxid uhličitý (CO2). Přestože tvoří velmi malý podíl atmosféry (asi 0,04 %), je zásadní pro život na Zemi. K ostatním atmosférickým plynům, které obsahují uhlík, patří metan a antropogenní uhlovodíky.
• Hydrosféra: (rozpuštěný oxid uhličitý a organická hmota - fytoplankton). 38 000 GtC je obsaženo ve vodách moří a oceánů. Pouze 1 000 GtC se nachází ve svrchních vrstvách moří a oceánů, které se účastní výměny s atmosférou. Uhlík v moři je ve velké míře součástí CO2 rozpuštěného ve vodě, podobně jako v minerálce.
• Biosféra: (organická živá a neživá hmota). Drtivý podíl uhlíku v ní je uložen v rostlinách, obzvláště ve stromové vegetaci.
• Půda: Půdy obsahují celkově obrovské množství organického uhlíku (1100-2400 Pg) i uhlíku vázaného v anorganických látkách, zejména v uhličitanech (zhruba 700 Pg). V půdním humusu jsou uložena velká množství uhlíku. Z globálního pohledu tvoří půda větší zásobník CO2 než atmosféra a veškeré živé organismy (rostliny, zvířata a mikroorganismy). 2300 GtC se nachází v půdě a to jak v anorganické podobě, tak v organické podobě jako např. humus.
• Sedimenty: (uhličitany, látky s obsahem uhlíku včetně fosilních paliv).
• Litosféra: Největším zásobníkem uhlíku na Zemi je litosféra. Množství uhlíku v zemské kůře ve formě prvku se odhaduje na 20 milionů Pg, což je o několik řádů víc než v ostatních rezervoárech dohromady. Přesto je to jen asi čtvrtina veškerého uhlíku - tři čtvrtiny jsou vázány v uhličitanech. Ve srovnání s jinými toky uhlíku v globálním systému je však přenos mezi litosférou a ostatními složkami prostředí poměrně malý.

Uhlík se vyskytuje jako volný prvek ve dvou formách, jako grafit a diamant. Údaje o celkovém průměrném výskytu uhlíku v horninách se velmi liší, ale typické odhady jsou kolem 180 ppm C.

Čtěte také: Glukóza: Přírodní vznik

Toky Uhlíku

Toky uhlíku mezi jednotlivými zásobníky se dají dělit podle různých hledisek, ale nám se bude hodit dělení na pomalé a rychlé toky. Vynecháme pomalé toky, které zahrnují horninové pochody - vznik vápence a procesy související s pohybem pevninských desek. Pro cyklus uhlíku je charakteristický významný přenos mezi suchozemskými ekosystémy a oceány na jedné straně a atmosférou na straně druhé.

Fotosyntézu provádějí zejména řasy/rostliny. Využívá (spotřebovává) se při ní oxid uhličitý a voda. Za účasti světla vznikají organické látky bohaté na energii a kyslík. Fotosyntéza tedy vede k odstraňování uhlíku z atmosféry a jeho ukládání do organické hmoty. Podle současných odhadů odstraňuje fotosyntéza z atmosféry 120 Pg C/rok.

Rostliny vypouštějí CO2 zpět do atmosféry při dýchání. Kromě odumírání celých rostlin dochází každým rokem také k opadu listů, kořenů a větví. Tím dochází k přesunu organické hmoty směrem od rostlin do půdy. Rozklad organických látek a tvorba humusu je proces, při kterém se uvolňuje oxid uhličitý. Oxid uhličitý je klíčovou sloučeninou koloběhu uhlíku v biosféře. Nejprve je odčerpán fotosyntézou z atmosféry a fixován v biomase. Odtud se buď vrací zpět do atmosféry, nebo se dočasně váže v humusu.

V některých suchozemských ekosystémech je mineralizace organických látek zpomalena, organická hmota se zde hromadí. Typickým příkladem jsou mokřady a jiné ekosystémy s nedostatkem kyslíku. Kromě CO2 mohou při rozkladu organických látek bez přístupu kyslíku vznikat i další uhlíkaté plyny, zejména metan a sirouhlík.

Vliv Lidské Činnosti

V historii člověk pro rozvoj své civilizace potřeboval více a více jídla a energie, které získával zemědělstvím a odlesňováním. Spalováním fosilních paliv a výrobou cementu člověk vzal uhlík, který by jinak zůstal uložený v zemi a ve formě CO2 jej vypustil do atmosféry.

Čtěte také: Vznik přírody a filozofie

Obděláváním půdy „otevřel“ cyklus uhlíku tak, že intenzivně využívané půdy mohou být čistým zdrojem skleníkových plynů. Z půdy se více uhlíku uvolňuje, než se ho do ní ukládá. Problém je hlavně v disproporci časových měřítek. Ukládání probíhalo po tisíciletí, uvolňování je záležitostí roků či desetiletí. Stejný princip známe i u fosilních paliv - utvářela se postupně a dlouho, vytěžena a spálena jsou velmi rychle.

Veškeré antropogenní emise CO2 dnes činí asi 8-9 Pg uhlíku za rok, avšak nárůst CO2 v atmosféře odpovídá množství pouze 3,2-3,5 Pg uhlíku. Zbytek, vlastně víc než polovina emitovaného CO2, se ukládá v suchozemských a vodních ekosystémech a většina uhlíku skončí v oceánech jako uhličitany a hydrogenuhličitany. Člověk vypustí ročně cca 11 gigatun uhlíku, na což už příroda nestačí, a stabilita celého klimatického systému je narušena. Polovina CO2 zůstává v atmosféře a ohřívá ji. Průměrná doba setrvání CO2 ve vzduchu se pohybuje v rozpětí od čtyř do 200 let.

Spalování fosilních paliv tedy jako jediný uhlíkový zásobník odpovídá oběma podmínkám - izotopové složení uhlíku a schopnost odebírat kyslík z atmosféry. Sopky sice vypouštějí CO2, nejsou však schopny snižovat množství kyslíku v atmosféře. Navíc sopky v současnosti emitují mezi 130-380 milionů tun CO2 ročně oproti více než 36 miliardám tun CO2 vypuštěných lidskou civilizací, tedy méně než 1 %.

Izotopy Uhlíku

Uhlík na Zemi se nachází ve třech formách: C-12, C-13, C-14. Uhlík má vždy 6 protonů a může mít v jádru k tomu 6, 7 nebo 8 neutronů. Číslo za písmenem C vždy značí součet protonů a neutronů v jádru uhlíku. Důležitý je pro nás izotop C-14. Uhlík C-14 je radioaktivní, má poločas rozpadu zhruba 5 700 let, tzn. že za tuto dobu se jej polovina rozpadne na jiný prvek. Uhlík C-14 vzniká přeměnou z plynného dusíku díky záření z kosmu ve vyšších vrstvách atmosféry. Vzniká tedy v malém množství, zato ale stále.

Čtěte také: O fosforu a jeho vzniku

tags: #vznik #uhlíku #v #přírodě #procesy

Oblíbené příspěvky:

• Význam křemíku
• Návod na výrobu kompostéru z plechu
• Indikátory fekálního znečištění
• Odpadkový koš s deodorizérem – recenze
• Vše o délce hadice u pračky