موضوع مقاله: چرخه کربن در زیست‌کره زمینی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # چرخه کربن در زیست‌کره زمینی | مقدمه: چرخهٔ کربن در زیست‌کرهٔ زمینی نقش مهمی در ساختار، زیست‌شیمی و تغذیهٔ سلول‌های زنده دارد و بخشی از چرخهٔ جهانی کربن را همراه با چرخه کربن در جو زمین و در آب‌کرهٔ زمین تشکیل می‌دهد. | ## بخش 1: چرخه کربن در زیست‌کره زمینی | کربن بخشی اساسی از حیات بر روی زمین است و حدود نیمی از وزن خشک بسیاری از موجودات زنده را تشکیل می‌دهد. زیست‌توده‌ها بین ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ گیگاتن از کربن را ذخیره می‌کنند، که بیشتر آن چوب است. حدود ۱.۲۰۰ گیگاتن کربن در زیست‌کرهٔ زمینی به عنوان زیست‌تودهٔ مرده ذخیره شده‌اند. بیشتر کربن موجود در زیست‌کرهٔ زمینی در جنگل‌ها ذخیره شده‌است: آن‌ها ۸۶ درصد کربن موجود در بالای سطح زمین را در بر دارند و خاک جنگل نیز ۷۳ درصد کربن زمین را در خود دارد. زمانی که حیوانات گیاهی را می‌خورند، به عنوان مثال، کربن آلی ذخیره‌شده در گیاهان به اشکال دیگر تبدیل شده و داخل حیوانات مورد استفاده قرارمی‌گیرد. در حدود ۵۰۰ گیگاتن کربن در گیاهان و موجودات زندهٔ دیگر روی زمین ذخیره شده‌است و خاک دارای حدود ۱۵۰۰ گیگاتن کربن است. بیشتر کربن موجود در زیست‌کرهٔ زمینی، کربن آلی است، و حدود یک سوم از کربن ذخیره شده در خاک به اشکال معدنی مانند کلسیم کربنات ذخیره شده‌است. اتوتروفها آن را از هوا در شکل دی‌اکسید کربن استخراج کرده و آن را به کربن آلی تبدیل می‌کند، در حالی که هتروتروفها برای تأمین انرژی و رفع نیازهای غذایی خود از مواد ساخته‌شده سایر موجوات زنده استفاده می‌کنند. | ## بخش 2: چرخه کربن در زیست‌کره زمینی | مرگ گیاهان و حیوانات اعم از گوشت‌خوار و گیاه‌خوار باعث رهاسازی کربن در سطح زمین و اتمسفر می‌گردد، به همین دلیل حجم قابل توجه‌ای از کربن که حدود یک‌هزار تا صدهزار میلیون تن تخمین‌زده می‌شود، هر روز راهی را از برگ گیاهان آغاز می‌کند و بخشی از آن طی یک دوره چند ساله دوباره به جو زمین باز می‌گردد. کربن در جهان و بر روی زمین یک عنصر نسبتاً نادر به حساب می‌آید: بیشترین عناصر در جهان: هیدروژن (۹۲٫۷٪) و هلیم (۷٫۲٪)، (کربن فقط ۰٫۰۰۸٪) بیشترین عناصر در پوسته زمین: اکسیژن ۴۹٪، آهن ۱۹٪، سیلیکون ۱۴٪، منیزیم ۱۲٫۵٪ (در مقابل کربن فقط ۰٫۰۹۹٪) بیشترین عناصر در بدن انسان: هیدروژن (۶۰٫۶٪)، اکسیژن (۲۵٫۷٪) و کربن (۱۰٫۷٪) بنابراین توسعهٔ زندگی مبتنی بر کربن تنها در صورتی ممکن است که موجودات زنده تمام چرخه‌های جهانی کربن را استفاده کرده و دوباره چرخه‌ای بسته ایجاد کنند. فرم‌های ذخیره‌سازی کربن در زیست‌کره توسط مواد آلی و کربنات دیگر (معمولاً کربنات کلسیمCaCO3) انجام می‌شود. استخوان‌بندیها و اسکلت‌های خارجی از مواد آلی (کیتین در بندپایان (سخت‌پوستان، عنکبوتیان و حشرات)، اسکلت‌های خارجی از جنس کربنات در نرم‌تنان، روزن‌داران و هپتوفایتاHaptophyta و اسکلت‌های داخلی از کربنات در مرجانها در این میان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند. اکوسیستمهای زمینی حاوی حدود ۸۰۰ گیگاتن کربن، و دریایی حاوی ۳ گیگاتن در زیست‌کره هستند که معادل سهم ۰٫۰۰۱٪ از کل کربن جهانی است. بنابراین، بیوسفر نیز همانند اتمسفر به یکی از کوچکترین ذخیره‌سازهای کربن می‌پیوندد اما موتورهای چرخه‌های کوتاه مدت هستند. سنگ‌کره سنگ‌کره یا لیتوسفر با داشتن ۹۹٫۹۵٪ از کربن، به عنوان بزرگ‌ترین ذخیره‌کنندهٔ آن محسوب می‌شود. با این‌حال سرعت جریان آن کم است و از این رو بخشی از چرخه دراز مدت کربن محسوب می‌شود. | ## بخش 3: چرخه کربن در زیست‌کره زمینی | رسوبات و سنگ‌های کربناته: کربناتها: کلسیت و دولومیت حدود ۶۰ میلیون گیگاتن کروژن (مواد آلی فسیلی مانند نفت شیل) ۱۵ میلیون گیگاتن گاز هیدرات ۱۰٫۰۰۰ گیگاتن زغال سنگ، گاز طبیعی، نفت ۴٫۱۰۰ گیگاتن پدوسفر با گیاخاک، تورب، رسوبات و مواد معدنی ۱٫۵۰۰ گیگاتن گرافیت گازهای هیدرات تحت شرایط «عادی» به صورت گازهایی هستند که مولکول‌هایش با مولکول‌های ضعیف آب متصل هستند. ذخیره‌سازی مولکول‌های آب تحت شرایط خاصی رخ می‌دهد: محلول در آب، دمای پایین و فشار بالا. هیدرات متان برای چرخهٔ کربن بسیار مهم است، مولکول‌های متان توسط آن‌ها در حفره‌هایی از شبکه کریستال قرار دارند. از اشباع آب با متان و در دماهای بالاتر از انجماد و در فشار بالا (از ۵۰۰ متر عمق در دریا) هیدرات متان تشکیل می‌شود. با تغییر در شرایط فشار و درجهٔ حرارت، می‌توانند مقادیر بیشتری از متان منتشر و آزاد شده و وارد اتمسفر شوند. متان آزادشده از رسوبات می‌تواند تحت شرایطی در آب‌های بی‌اکسیژن (مناطقی در آب دریا یا آب شیرین که تهی از اکسیژن محلول هستند) توسط باستانیان مورد استفاده قرارگیرد: اسید استیک ساخته‌شده از متان در طول این جریان به شکل زیر تشکیل می‌شود. این اسید استیک توسط باکتری دسولفوسارجیناDesulfosarcina برای تولید انرژی در تنفس سولفاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد: مصرف ۳۰۰ میلیون تن متان به صورت سالانه توسط این همزیستی تخمین زده می‌شود، که بیش از ۸۰٪ از متان تولید شده توسط باستانیان در رسوبات است. تحت شرایط اکسیژ می‌توان متان را به طور کامل با استفاده از باکتری‌های هوازی و اکسیژن به دی اکسید کربن و آب اکسیده کرد. | ## جمع‌بندی | این مقدار دو برابر مقدار موجود در گیاهان زنده (۵۶۰ پنتوگرم) و موجود در جو (۷۵۰ پنتوگرم) می‌باشد.