PARALELNI CIKLUSI UGLJENDIOKSIDA NA ZEMLJIhelix.chem.bg.ac.rs/~grzetic/predavanja/Osnovi hemije... · 2007-11-19 · • metamorfne stene • sedimentne stene razgradnja zemljine

PARALELNI CIKLUSI PARALELNI CIKLUSI UGLJENDIOKSIDA NA UGLJENDIOKSIDA NA

ZEMLJIZEMLJIProf. Prof. drdr Ivan Ivan GrGržžetietićć,,

Univerzitet u Beogradu Univerzitet u Beogradu –– Hemijski fakultetHemijski fakultet

grzeticgrzetic@@chemchem..bgbg.ac..ac.yuyu & & www.chem.bg.ac.yuwww.chem.bg.ac.yu

BeleBelešške za predavanjake za predavanja:: httphttp://://helixhelix..chemchem..bgbg.ac..ac.yuyu/~/~grzeticgrzetic/predavanja//predavanja/

mailto:[email protected]://www.chem.bg.ac.yu/http://helix.chem.bg.ac.yu/~grzetic/predavanja/

GrGržžetietićć 22

SADRSADRŽŽAJAJUVODNE INFORMACIJEUVODNE INFORMACIJEPRVI CIKLUS: CIKLUS STENAPRVI CIKLUS: CIKLUS STENAFIKSACIJA FIKSACIJA COCO22 IZ ATMOSFERE IZ ATMOSFEREOSLOBAĐANJE COOSLOBAĐANJE CO22 IZ UTROBE ZEMLJEIZ UTROBE ZEMLJETEKTONIKA, SUBDUKCIJA I VULKANIZAMTEKTONIKA, SUBDUKCIJA I VULKANIZAMDRUGI CIKLUS: DRUGI CIKLUS: ŽŽIVOT NA ZEMLJIIVOT NA ZEMLJIFOTOSINTEZA, RESPIRACIJA I FOSILNA GORIVAFOTOSINTEZA, RESPIRACIJA I FOSILNA GORIVAVEZA CIKLUSA STENA I FOTOSINTEZEVEZA CIKLUSA STENA I FOTOSINTEZEKAKO KAKO ČČOVEK UTIOVEK UTIČČE NA RAVNOTEE NA RAVNOTEŽŽU U COCO22POVRATNE SPREGE ILI UZAJAMNOPOVRATNE SPREGE ILI UZAJAMNO--POSLEDIPOSLEDIČČNI ODNOSI NI ODNOSI ZAKLJUZAKLJUČČCICI


UVODNE INFORMACIJEUVODNE INFORMACIJE


Nastanak Nastanak ZZemljeemlje i i žživotivotaa na njojna njoj

Zemlja je pre svega nastala Zemlja je pre svega nastala diferencijacijomdiferencijacijommaterije koja traje od njenog nastanka,materije koja traje od njenog nastanka, dakledakle,,poslednjih 4,5 milijardi godinaposlednjih 4,5 milijardi godina,, pa do danaspa do danas..Pretpostavlja se da se prvi Pretpostavlja se da se prvi žživotivot na Zemlji na Zemlji pojavio pre oko 3,5 milijardi godina. pojavio pre oko 3,5 milijardi godina. NNa Zemlji postojia Zemlji postoji,, tesna veza tesna veza izmeđuizmeđu žživogivog i i nenežživogivog sveta sveta –– od momenta nastanka od momenta nastanka žživotaivotana Zemlji pa do danas evolucija Zemlje i na Zemlji pa do danas evolucija Zemlje i evolucija evolucija žživogivog sveta neprekidno sveta neprekidno trajtrajuu. .


Presek ZemljePresek Zemlje

Zemljina kora, debela oko 40 kmOmotač, pretežno silikatnog sastava, debeo oko 2900 km, Stopljeno gvozdeno jezgro i čvrsto metalno jezgro, debeli oko 5000 km.


SASTAV ATMOSFERESASTAV ATMOSFERE


NekiNeki osnovniosnovni podacipodaci

–– PrePreččniknik ZemljeZemlje = 12740 km= 12740 km–– Masa ZemljeMasa Zemlje ~ 6 * 10~ 6 * 102424 kgkg–– Masa atmosfereMasa atmosfere ~ 5.1 * 10~ 5.1 * 101818 kgkg–– 99% 99% od celokupne mase od celokupne mase atmosfere nalazi se ispodatmosfere nalazi se ispod ~ 50 km~ 50 km


Globalni Globalni ciklus ciklus

ugljenika ugljenika na Zemljina Zemlji

GeoloGeološški rezervoarki rezervoar (u(uččestvuje u veoma sporom ciklusu, ima oko estvuje u veoma sporom ciklusu, ima oko 1,000,000 puta vi1,000,000 puta višše C nego atmosfera) e C nego atmosfera) 75.000.000 tona C je zarobljeno u ugljenim hidratima75.000.000 tona C je zarobljeno u ugljenim hidratima5.000 tona u fosilnim gorivima5.000 tona u fosilnim gorivimaOkeanski rezervoarOkeanski rezervoar600 tona C na povr600 tona C na površšini okeana i oko 36000 tona C u dubinama okeanaini okeana i oko 36000 tona C u dubinama okeanaZemljiZemljiššte kao rezervoarte kao rezervoar1.500 tona C u zemlji1.500 tona C u zemljišštu i tresetitu i tresetišštima tima Atmosferski rezervoarAtmosferski rezervoar775 tona C u atmosferi (0.037 % =775 tona C u atmosferi (0.037 % = 370 370 ppmvppmv))BioloBiološški rezervoarki rezervoar560 tona C u 560 tona C u biotabiota


Globalni Globalni ciklus ciklus

ugljenika na ugljenika na ZemljiZemlji

Doprinos industrijalizacije atmosferiDoprinos industrijalizacije atmosferi5 tona C godi5 tona C godiššnje Od sagorevanja fosilnih goriva nje Od sagorevanja fosilnih goriva 1 tona C godi1 tona C godiššnje usled nje usled prenameneprenamene prerijskogprerijskog zemljizemljiššta i spaljivanja tropskih ta i spaljivanja tropskih ššumaumaPotroPotroššnja C iz atmosferenja C iz atmosfere (ovim se uklanja (ovim se uklanja ½½ ukupne koliukupne količčine C u atmosferi)ine C u atmosferi)2 tone C godi2 tone C godiššnje se potronje se potrošše za e za žživot u povrivot u površšinskom delu okeanainskom delu okeana1 ton C godi1 ton C godiššnje se potronje se potrošši za biljke i i za biljke i žžive organizme u zemljiive organizme u zemljišštutuGodiGodiššnji ciklusnji ciklus (Potro(Potroššnja za biljni svet)nja za biljni svet)122 tona C godi122 tona C godiššnje za potrebe nje za potrebe žživota u okeanima (da nije ovoga koncetracija C ivota u okeanima (da nije ovoga koncetracija C u atmosferi bi dostigla 700 ppmu atmosferi bi dostigla 700 ppmvv))100 tona C godi100 tona C godiššnje za nje za zivotzivot na kopnuna kopnu


Prvi ciklusPrvi ciklus–– CIKLUS STENA CIKLUS STENA ––ciklusciklus neorganskog neorganskog

ugljenikaugljenikaTRAJE POSLEDNJIH 4,5 MILIJARDI GODINA


CIKLUS STENA NA ZEMLJICIKLUS STENA NA ZEMLJIAko se pođe od Ako se pođe od ““HatonovogHatonovog ciklusaciklusa””Zemlje koji globalno Zemlje koji globalno opisuje uticaj toplote na opisuje uticaj toplote na evoluciji Zemlje evoluciji Zemlje momožžee se se rerećći da i da jeje dominantan dominantan proces koji proces koji karakterikarakteriššeepromene na promene na ZZemljiemlji„„ciklus stenaciklus stena““. Ovaj . Ovaj ciklus ciklus utiutiččee na nastanak na nastanak svih tipova stena na svih tipova stena na Zemlji:Zemlji:•• Magmatske steneMagmatske stene•• Metamorfne steneMetamorfne stene•• Sedimentne steneSedimentne stene

RAZGRADNJAZEMLJINE KORE

EROZIJA I PRENOSDO MORA

STVARANJESEDIMENATA

STVARANJE STENA I ZEMLJINE KORE

KRETANJE KA POVRŠINI ZEMLJE

TEKTONSKI PROCESISUBDUKCIJA

TOPLJENJE

VULKANIZAM TOPLOTA


RAZGRADNJA ZEMLJINE KORERAZGRADNJA ZEMLJINE KORE--ULOGA ULOGA COCO22 NA POVRNA POVRŠŠINI ZEMLJEINI ZEMLJE--

Fiksacija Fiksacija COCO22 iz atmosfere:iz atmosfere: Jedan deo Jedan deo COCO22 iz atmosfere se iz atmosfere se rastvara u vodi i urastvara u vodi i uččestvuje u procesima degradacije (estvuje u procesima degradacije (razgradnjerazgradnjeiliili alteracije) stena na kopnu. Ugljendioksid sa vodom daje alteracije) stena na kopnu. Ugljendioksid sa vodom daje ugljenu kiselinu (ugljenu kiselinu (HH22COCO33), ), koja reaguje sa stenama (magkoja reaguje sa stenama (magmatskim matskim i drugim)i drugim) koje između koje između ostalog sadrostalog sadržže e CaCa i i MgMg pri pri ččemu, tokom emu, tokom degradacije stena u prisustvu ugljene kiseline, pored ostalih, degradacije stena u prisustvu ugljene kiseline, pored ostalih, nastaju krenastaju kreččnjaci njaci CaCOCaCO33, , MgCOMgCO33 i/ili i/ili ((CaCa,,MgMg)CO)CO33 i silicijum i silicijum dioksid (dioksid (SiOSiO22). To se mo). To se možže opisati veoma uproe opisati veoma uproššććenim enim jednajednaččinama:inama:

COCO22 + CaSiO+ CaSiO33 = CaCO= CaCO33 + SiO+ SiO22

COCO22 + MgSiO+ MgSiO33 = MgCO= MgCO33 + SiO+ SiO22


Fiksacije COFiksacije CO22 iz atmosfereiz atmosfere

Fiksacija Fiksacija COCO22 iz atmosfere:iz atmosfere:Degradacija stena Degradacija stena uz pomouz pomoćć COCO22 je jedan od znaje jedan od značčajnih procesa ajnih procesa fiksacije fiksacije COCO22 iz atmosfere, iz atmosfere, ččija je znaija je značčajna ajna posledica smanjenje sadrposledica smanjenje sadržžaja aja COCO22 u atmosferiu atmosferi..Sedimenti koji sadrSedimenti koji sadržže e CaCOCaCO33, , MgCOMgCO33 i i SiOSiO22dospevaju vremenom erozijom i redospevaju vremenom erozijom i reččnim nim tokovima do okeanskih basena i tu se talotokovima do okeanskih basena i tu se taložže.e.


PRENOS DO PRENOS DO MORA MORA -- REREČČNI NI

NANOSNANOS

U delovima U delovima morskog/okeanskog morskog/okeanskog priobaljapriobalja nana morskommorskomdnudnu nagomilavaju se nagomilavaju se nanosi i nanosi i sedimentni sedimentni materijalimaterijali nastali nastali erozijom i degradacijom erozijom i degradacijom kontinentalne kore koji kontinentalne kore koji su tu dospeli su tu dospeli rereččnimnimprenosom i prenosom i bubujijicamacama..

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://earth.rice.edu/mtpe/bio/biosphere/hot/humanimpacts/delta.jpg&imgrefurl=http://earth.rice.edu/mtpe/bio/biosphere/hot/humanimpacts/delta.html&h=400&w=540&sz=98&tbnid=h8iEOTbG2I3uuM:&tbnh=98&tbnw=132&prev=/images%3Fq%3Driver%2Bdelta&start=3&sa=X&oi=images&ct=image&cd=3http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.umesc.usgs.gov/reports_publications/ltrmp/2002/summary_findings/black_river_delta.jpg&imgrefurl=http://www.umesc.usgs.gov/reports_publications/ltrmp/2002/summary_findings/contents.html&h=319&w=620&sz=58&tbnid=XIVM93PwmEX4xM:&tbnh=70&tbnw=136&prev=/images%3Fq%3Driver%2Bdelta&start=1&sa=X&oi=images&ct=image&cd=1


ErozijaErozija

Morski sedimentiMorski sedimenti


TEKTONIKA PLOTEKTONIKA PLOČČAARazlog da ciklus Razlog da ciklus stena postoji stena postoji susuneprekidnneprekidneeaktivnosti u i naaktivnosti u i nazemljinzemljinojoj korkori, kao i, kao i njeno kretanjei njeno kretanjekoje je poznato kao koje je poznato kao „„tektonikatektonika ploploččaa““..

PloPloččee plivaju na usijanoj maplivaju na usijanoj magmgmii, a, a tokom tog procesa se tokom tog procesa se susuččeljavajueljavaju i i međusobnomeđusobno udaljavaju. Posledica udaljavaju. Posledica ovih procesa ovih procesa jeje da da povrpovrššinaina Zemlje nije uvek izgledala kao danas, niti su Zemlje nije uvek izgledala kao danas, niti su kontinenti bili kontinenti bili raspoređeniraspoređeni kako su sada kako su sada raspoređeniraspoređeni. . Stalne Stalne turbulencijeturbulencije magmagmme ispod e ispod povrpovrššineine Zemlje pomeraZemlje pomerajuju s s vremenom vremenom ploploččee tako da setako da se izgled izgled ZZemljeemlje stalnostalno menja.menja.


TEKTONIKA PLOTEKTONIKA PLOČČAA

Vreme u milionima godina od pre 600 mio do danas


PROCES SUBDUKCIJEPROCES SUBDUKCIJE

Tokom pomeranja Tokom pomeranja ploploččaaneki delovi zemljine kore, neki delovi zemljine kore, kao kao specifispecifiččnono tetežži, i, najnajččeeššććee morsko dno, morsko dno, ponirponiruu pod kontinentalne pod kontinentalne ploploččee (proces (proces nazvannazvansubdukcijsubdukcijaa) i nos) i nosee sa sa sobom sve materijale sobom sve materijale kaokaoi sedimente i sedimente koji su se koji su se zatekli na njihovoj zatekli na njihovoj povrpovrššiniini.

SUBDUKCSUBDUKCJA JA –– PONIPONIRANJERANJE STARSTAREEOKEANSKOKEANSKEE KORKORE E POD POD KONTINENTALNE PLOKONTINENTALNE PLOČČEE((specifispecifiččnono tetežži pod specifii pod specifiččno lakno lakšši i materijalmaterijal). )


VULKANIZAMVULKANIZAMSSubdukcijomubdukcijom u utrobu u utrobu Zemlje dospevaju i stara Zemlje dospevaju i stara okeanska kora i okeanska kora i sedimentni materijali. U sedimentni materijali. U dubini Zemlje ovi dubini Zemlje ovi materijali se ponovo tope, materijali se ponovo tope, tako stopljeni tako stopljeni sadrsadržžee dosta dosta vode i gasova kojivode i gasova koji kao kao specifispecifiččno lakno lakšši i ređi i i ređi tetežže e da prodru na da prodru na povrpovrššinuinuZemlje kroz Zemlje kroz vulkankavulkankagrotla.grotla. Kako se to odvija?

CO2

CO2 CO2H2O

H2O

Kako se to odvija?


TOPLJENJETOPLJENJEOslobađanje COOslobađanje CO22 iz utrobe Zemljeiz utrobe ZemljeOslobađanje Oslobađanje COCO22:: Ugljendioksid se, generalno govoreUgljendioksid se, generalno govorećći, i, razvio iz utrobe Zemlje i oslobođen je tokom intenzivnih razvio iz utrobe Zemlje i oslobođen je tokom intenzivnih vulkanskih aktivnosti u provulkanskih aktivnosti u proššlosti Zemlje. I dlosti Zemlje. I danas se oslobađa anas se oslobađa kroz vulkanska grotla, na mestima kroz vulkanska grotla, na mestima subdukcijesubdukcije ili u okeanskim ili u okeanskim rifovimarifovima –– na mestima nastanka nove okeanske kore. na mestima nastanka nove okeanske kore. Procenjuje se da se Procenjuje se da se COCO22 najvinajvišše razvija na mestima e razvija na mestima subdukcijesubdukcije((podvlapodvlaččenjaenja stare okeanske kore pod kontinentalnu koru) stare okeanske kore pod kontinentalnu koru) tokom metamorfnih procesa koji su tokom metamorfnih procesa koji su posledica poveposledica poveććanog anog pritiska i temperaturepritiska i temperature gde se gde se karbonatikarbonati ponovo jedine sa ponovo jedine sa kvarcomkvarcom i gde se odvija proces upravo suprotan razgradnji i gde se odvija proces upravo suprotan razgradnji (alteraciji) stena.(alteraciji) stena.

CaCOCaCO33 + SiO+ SiO22 = CO= CO22 + + CaSiOCaSiO33


VULKANIZAMVULKANIZAMVraVraććanje COanje CO22 u atmosferuu atmosferu

Oslobađanje Oslobađanje COCO22:: Silikati Silikati kalcijumakalcijuma ((CaSiOCaSiO33) se ) se vravraććaju na povraju na površšinu zemlje kroz vulkane, a inu zemlje kroz vulkane, a COCO22 se se vravraćća u atmosferu kao eksplozivno oslobađanje a u atmosferu kao eksplozivno oslobađanje gasova iz lave. Dakle gasova iz lave. Dakle COCO22 uuččestvuje u velikom estvuje u velikom ciklusu na Zemlji koji traje milionima godina. ciklusu na Zemlji koji traje milionima godina.


SMENA STARE KONTINENTALNE SMENA STARE KONTINENTALNE KORE NOVOMKORE NOVOM

Proces nastajanja nove Proces nastajanja nove okeanske kore, na mestima okeanske kore, na mestima oznaoznaččenimenim sa Csa C.. MMaterijalaterijalzguljezguljenn sa stare okeanske sa stare okeanske kore pridodat kontinentalnoj kore pridodat kontinentalnoj kori, na mestima kori, na mestima oznaoznaččenimenimsa D, i materijal koji je sa D, i materijal koji je pridodat kontinentalnoj kori pridodat kontinentalnoj kori vulkanskim aktivnostima, na vulkanskim aktivnostima, na mestima mestima oznaoznaččenimenim sa 6 i D, sa 6 i D, nadoknađujenadoknađuje gubitke gubitke kontinentalne kore koja kontinentalne kore koja nestaje nestaje subdukcijomsubdukcijom.. TTime ime se stalno se stalno odrodržžavaavakomplikovana komplikovana ravnoteravnotežžaaznaznaččajnaajna za opstanak za opstanak zzemljineemljine kore.kore.

1. Astenosfera2. Litosfera3. Kontinentalna kora4. Okeansko dno5. Sedimenti okeakskih basena6. Stopljena magma7. Okeanska vodaA,B,C i D ukazuju na kretanje tektonskih ploča.


SMENA STARE OKEANSKE SMENA STARE OKEANSKE KORE NOVOMKORE NOVOM

Ovim procesomOvim procesom se stalno se stalno odrodržžavaava komplikovana komplikovana ravnoteravnotežžaa znaznaččajnaajna za za opstanak opstanak okeanske/zokeanske/zemljineemljine kore.kore.


Ciklus stena Ciklus stena utiutiččee na sastav na sastav zzemljineemljineatmosfereatmosfere

Vrlo bitna Vrlo bitna ččinjenicainjenica je je da su procesi da su procesi vezani vezani za ciklus stena za ciklus stena uticali uticali i i utiutiččuu na na sastav sastav zemljine zemljine atmosferatmosfere.e.Gledano kroz milione Gledano kroz milione godina godina koncentracija koncentracija COCO22 u atmosferi u atmosferi opadaopada iako se u iako se u ciklusu stena ciklusu stena COCO22 prvo fiksira, a prvo fiksira, a potom potom oslobađaoslobađa. . Ko se umeKo se umeššao?ao?


Prethodna priPrethodna pričča o ciklusu a o ciklusu COCO22 na Zemlji koja na Zemlji koja ukljuuključčuje uje ciklus stenaciklus stena momožže se povezati sa e se povezati sa pripriččom o ciklusu om o ciklusu COCO22 u u žživom svetu.ivom svetu.


Dugi ciklusDugi ciklus–– ŽŽIVOT NA ZEMLJI IVOT NA ZEMLJI ––

ciklus organskog ugljenikaciklus organskog ugljenika

TRAJE POSLEDNJIH 3,5 MILIJARDI GODINA


ŽŽIVOT NA ZEMLJIIVOT NA ZEMLJICH2O

Fiksacija Fiksacija COCO22 iz atmosfere:iz atmosfere:AutotrofniAutotrofni organizmi (alge i organizmi (alge i biljke) zahvaljujubiljke) zahvaljujućći i fotosintezifotosintezitokom dana transformitokom dana transformiššu u ugljendioksid (ugljendioksid (COCO22) i vodu uz ) i vodu uz pomopomoćć energije sunenergije sunččeve eve svetlosti (svetlosti (hhνν) u ugljene hidrate ) u ugljene hidrate ((CHCH22OO) i kiseonik. ) i kiseonik.

COCO22 + H+ H22O + O + hhνν = CH= CH22O + OO + O22


ŽŽIVOT NA ZEMLJIIVOT NA ZEMLJIŽivot na Zemlji značajno utiče na sastav zemljine atmosfere kroz milenijume. Sadržaj kiseonika raste.

Promena sadržaja kiseonika kroz milenijume


ŽŽIVOT NA ZEMLJIIVOT NA ZEMLJI

Oslobađanje Oslobađanje COCO22:: Suprotan proces Suprotan proces fotosintezifotosintezi je je respiracija ili disanje (biljaka i respiracija ili disanje (biljaka i žživotinja) tokom kojeg ivotinja) tokom kojeg se ugljeni hidrati transformise ugljeni hidrati transformiššu u vodu i ugljendioksid u u vodu i ugljendioksid pri pri ččemu se oslobađa energijaemu se oslobađa energija..

CHCH22O + OO + O22 = CO= CO22 + H+ H22O + O + EE

SliSliččna reakcija se odvija i na reakcija se odvija i tokom potokom požžara kada sagoreva ara kada sagoreva organska supstanca.organska supstanca.


SUDBINA ORGANSKOG UGLJENIKA NA SUDBINA ORGANSKOG UGLJENIKA NA POVRPOVRŠŠINI ZEMLJEINI ZEMLJE

Fotosinteza na kopnu i u vodi je veoma znaFotosinteza na kopnu i u vodi je veoma značčajan ajan proces. Globalno posmatrano na Zemlji svaki proces. Globalno posmatrano na Zemlji svaki ugljenikov atom fiksiran ugljenikov atom fiksiran fotosintetskimfotosintetskim procesom, a procesom, a koji nije potrokoji nije potroššen kao hrana en kao hrana žživotinja, gljiva ili ivotinja, gljiva ili bakterija, dospe kat tad umiranjem bakterija, dospe kat tad umiranjem žživih jedinki do ivih jedinki do sedimenata.sedimenata.Dugotrajnim i sloDugotrajnim i složženim procesima od ove enim procesima od ove istaloistaložženeeneorganske supstance mogu da nastanu organske supstance mogu da nastanu fosilnafosilna goriva goriva (ugalj, nafta i zemni gas). (ugalj, nafta i zemni gas). Svaki ugljenikov atom koji je deponovan u zemljinu Svaki ugljenikov atom koji je deponovan u zemljinu koru predstavlja gubitak koru predstavlja gubitak COCO22 za atmosferu, ali u isto za atmosferu, ali u isto vreme dobitak vreme dobitak OO22..


FOSILNA FOSILNA GORIVAGORIVA

Ovaj deo organske supstance je sklonjen i ne Ovaj deo organske supstance je sklonjen i ne trotrošši se na ishranu i se na ishranu žživotinja ili ivotinja ili saprofitnihsaprofitnihorganizama, dakle, ne uorganizama, dakle, ne uččestvuje u respiraciji i estvuje u respiraciji i krukružženju COenju CO22 u prirodi.u prirodi.


VEZA CIKLUSA STENA I VEZA CIKLUSA STENA I FOTOSINTEZEFOTOSINTEZE


∆∆[[COCO22]] I VEZA CIKLUSA STENA I I VEZA CIKLUSA STENA I FOTOSINTEZEFOTOSINTEZE

Iz svega proizilazi da je danas Iz svega proizilazi da je danas atmosferski atmosferski COCO22 rezultat rezultat razlikerazlike koja se pojavila između koja se pojavila između kolikoliččine ine COCO22 koji je koji je oslobođenoslobođen tokom magmatskih i metamorfnih procesa iz tokom magmatskih i metamorfnih procesa iz ciklusa stena, odnosno respiracije organizama i ciklusa stena, odnosno respiracije organizama i kolikoliččine ine COCO22 koji je koji je potropotroššenen za procese za procese fotosintezefotosinteze i i alteracijealteracije--degradacije stena koja se odvijala uz pomodegradacije stena koja se odvijala uz pomoććrastvorenog rastvorenog COCO22 u vodi.u vodi.

∆∆[[COCO22]], atmosferski , atmosferski = O= Oslobođen COslobođen CO2, 2, magmatizammagmatizam i respiracijai respiracija-- Fiksiran COFiksiran CO2, fotosinteza i alteracije2, fotosinteza i alteracije


Podela COPodela CO22Celokupan ugljendioksid na i u Zemlji moCelokupan ugljendioksid na i u Zemlji možže se e se

podeliti na tri dela:podeliti na tri dela:

Fiksirani Fiksirani COCO22Oslobođeni Oslobođeni COCO22Atmosferski Atmosferski COCO22


KAKO KAKO ČČOVEK UTIOVEK UTIČČE NA E NA RAVNOTERAVNOTEŽŽU U COCO22

Celokupna ravnoteCelokupna ravnotežža koja je odavno uspostavljena u a koja je odavno uspostavljena u prirodi između oslobođenogprirodi između oslobođenog, potro, potroššenog i enog i atmosferskog atmosferskog COCO22 danas najvidanas najvišše zavisi od dva e zavisi od dva procesa: fiksacije procesa: fiksacije –– potropotroššnje nje COCO22 tokom degradacije tokom degradacije stena i stvaranja krestena i stvaranja kreččnjaka i oslobađanja njaka i oslobađanja COCO2 2 usled usled antropogenogantropogenog uticaja koje se ogleda u sagorevanju uticaja koje se ogleda u sagorevanju fosilnih goriva koje ima za posledicu stvaranje fosilnih goriva koje ima za posledicu stvaranje COCO22 i i dobitak dobitak energijeenergije::

CHCH22O + OO + O22 = = COCO22 + H+ H22O + O + EE


POVRATNE SPREGEPOVRATNE SPREGE

Sveobuhvatni ciklus Sveobuhvatni ciklus ugljenika traje, on ugljenika traje, on objedinjava paralelne objedinjava paralelne cikluse COcikluse CO22 koji su koji su vezani za ciklus stena i vezani za ciklus stena i žživot na Zemljiivot na Zemlji. O. Ovavadva ciklusa su tesno dva ciklusa su tesno spregnutispregnuti i bitno utii bitno utičču u na bilans na bilans COCO22 na nana naššoj oj planeti. planeti.


UzajamnoUzajamno--poslediposlediččni ni odnosi odnosi -- 11

Ako biAko bi se procesi vezani za se procesi vezani za tektonske plotektonske ploččee ubrzaliubrzali proces proces oslobađanja oslobađanja COCO22 u atmosferu bi se ubrzao, a ako bi se brzina u atmosferu bi se ubrzao, a ako bi se brzina procesa potroprocesa potroššnje nje COCO22 kroz kroz fotosintezufotosintezu i alteracijei alteracije--degradacije degradacije stena zadrstena zadržžala na istom nivou, doala na istom nivou, doššlo bi do nagomilavanja lo bi do nagomilavanja COCO22u atmosferi. u atmosferi. PosledicaPosledica ovog nagomilavanja bi uticalo na klimu ovog nagomilavanja bi uticalo na klimu –– dodoššlo bi lo bi do postepenog otopljavanje na Zemlji. Usdo postepenog otopljavanje na Zemlji. Uslleded otopljavanja otopljavanja hemijske reakcije bi s porastom temperature postajale hemijske reakcije bi s porastom temperature postajale srazmerno brsrazmerno bržže. Sa porastom temperature na Zemlji rasle bi e. Sa porastom temperature na Zemlji rasle bi brzine brzine alteracijonihalteracijonih--degradacijonihdegradacijonih procesa na Zemlji koji procesa na Zemlji koji inainačče fiksiraju/troe fiksiraju/trošše e COCO22, a njegova koncentracija u atmosferi , a njegova koncentracija u atmosferi time opada. time opada. Ovakav sled događaja kontrolisan jeOvakav sled događaja kontrolisan je, dakle, negativnom , dakle, negativnom povratnom spregom. povratnom spregom. Kod neoKod neoččekivanog porasta sadrekivanog porasta sadržžaja COaja CO22procesi na Zemlji teprocesi na Zemlji težže da ga smanje.e da ga smanje.


UzajamnoUzajamno--poslediposlediččni odnosi ni odnosi -- 22Ukoliko biUkoliko bi se procesi vezani za se procesi vezani za tektonske plotektonske ploččee usporiliusporili i i proces oslobađanja proces oslobađanja COCO22 u atmosferu bi se usporili. u atmosferu bi se usporili. Ukupan sadrUkupan sadržžaj aj COCO22 u atmosferi bi se smanjio, srazmerno u atmosferi bi se smanjio, srazmerno bi se smanjila temperatura na Zemlji, a samim tim bi se bi se smanjila temperatura na Zemlji, a samim tim bi se smanjile i brzine smanjile i brzine alteracijonihalteracijonih--degradacijonihdegradacijonih procesa koji procesa koji srazmerno tome manje fiksiraju/trosrazmerno tome manje fiksiraju/trošše e COCO22 iz atmosfere. iz atmosfere. PosledicaPosledica hlađenja povr hlađenja površšine Zemlje bi bila postepeno ine Zemlje bi bila postepeno povepoveććanje sadranje sadržžaja aja COCO22 u atmosferi jer se sa padom u atmosferi jer se sa padom temperature svi procesi usporavaju, a time temperature svi procesi usporavaju, a time COCO22 slabije slabije trotrošši.i.Kod neoKod neoččekivanog smanjena sadrekivanog smanjena sadržžaja COaja CO22procesi na Zemlji teprocesi na Zemlji težže da ga povee da ga poveććaju.aju.


UzajamnoUzajamno--poslediposlediččni odnosi ni odnosi -- 33Isti uzajamnoIsti uzajamno--poslediposlediččni odnosi vani odnosi važže i za e i za fotosintezufotosintezu..

Ako seAko se potropotrošši previi previšše e COCO22 za za fotosintezufotosintezu i i alteracijualteraciju--degradaciju stena, klima na degradaciju stena, klima na globalnom nivou postaje globalnom nivou postaje hladnijahladnija jer nema jer nema dovoljno dovoljno COCO22 u atmosferi da zadru atmosferi da zadržži toplotu. i toplotu. PosledicaPosledica je da se procesi je da se procesi fotosintezefotosinteze i i alteracijualteraciju--degradaciju stena se usporavaju i degradaciju stena se usporavaju i sadrsadržžaj aj COCO22 u atmosferi Zemlje postepeno raste. u atmosferi Zemlje postepeno raste. Ovo se tumaOvo se tumačči kao posledica sprege između i kao posledica sprege između ciklusa stena i ciklusa stena i žživota na Zemlji u ivota na Zemlji u sveobuhvatnom ciklusu sveobuhvatnom ciklusu COCO22 na Zemlji. Ma na Zemlji. Ma kakav efekat se pojavio u prirodi koji utikakav efekat se pojavio u prirodi koji utičče da e da sadrsadržžaj aj COCO22 u atmosferi, u velikim vremenskim u atmosferi, u velikim vremenskim razmerama biljke, odnosno razmerama biljke, odnosno žživi svet, tivi svet, takođe akođe bitno utibitno utičče na sadre na sadržžaj aj COCO22 u atmosferi.u atmosferi.

http://images.amazon.com/images/P/0520239229.01.LZZZZZZZ.jpg


UzajamnoUzajamno--poslediposlediččni odnosi ni odnosi -- 44

Ukoliko biUkoliko bi se se fotosintetskifotosintetski procesiprocesi ubrzaliubrzali iz nekih iz nekih razloga (na primer, razloga (na primer, zbog porasta temperaturezbog porasta temperature) vi) višše e COCO22 bi se fiksiralo i vibi se fiksiralo i višše kiseonika bi se nagomilavao e kiseonika bi se nagomilavao u atmosferi. Ubrzanom fiksacijom u atmosferi. Ubrzanom fiksacijom COCO22 vivišše organske e organske supstance bi se stvaralo, a samim tim bi se visupstance bi se stvaralo, a samim tim bi se višše e organskog ugljenika s vremenom deponovalo u organskog ugljenika s vremenom deponovalo u sedimente od kojih inasedimente od kojih inačče nastaju e nastaju fosilnafosilna goriva.goriva.Fiksacija i deponovanje ugljenika u zemljinu koru Fiksacija i deponovanje ugljenika u zemljinu koru ima za posledicu zaostajanje viima za posledicu zaostajanje višše raspoloe raspoložživog ivog kiseonika u atmosferi jer su ga biljke proizvele.kiseonika u atmosferi jer su ga biljke proizvele.


UzajamnoUzajamno--poslediposlediččni ni odnosi odnosi -- 44

Sa porastom sadrSa porastom sadržžaja aja OO22 opasnost od poopasnost od požžara u prirodi ara u prirodi rasteraste11. Vi. Viššak stvorene organske supstance u obliku ak stvorene organske supstance u obliku ššuma i rastinja sklonom uma i rastinja sklonom samozapaljivanjusamozapaljivanju popoččinje da inje da se smanjuje kroz use smanjuje kroz uččestale poestale požžare are ššto u krajnjoj liniji to u krajnjoj liniji utiutičče na obim e na obim fotosintetskihfotosintetskih procesa, jer manje biljaka procesa, jer manje biljaka znaznačči i manje i i manje fotosintezefotosinteze..Kod neoKod neoččekivanog porasta ekivanog porasta fotosintetskihfotosintetskih procesa na procesa na Zemlji zbivanja za Zemlji teZemlji zbivanja za Zemlji težže da ih e da ih suzbijusuzbiju..____________________________________1: Kada bi koncentracija O1: Kada bi koncentracija O22 u atmosferi bila 25% u atmosferi bila 25% procesi procesi samozapaljivanjasamozapaljivanja bi postali spontani.bi postali spontani.


UzajamnoUzajamno--poslediposlediččni odnosi ni odnosi –– 55--11Biljke ujedno i Biljke ujedno i pospepospeššujuujuprocese alteracijeprocese alteracije--degradacije degradacije stena, kako? stena, kako? Ugljena kiselina ne nastaje samo Ugljena kiselina ne nastaje samo u interakciji atmosferskog u interakciji atmosferskog ugljendioksida i vode, veugljendioksida i vode, većć i u i u zemljizemljišštu. Sadrtu. Sadržžaj aj COCO22 u u zemljizemljišštu je daleko vetu je daleko većći nego u i nego u atmosferi. Respiratorni procesi atmosferi. Respiratorni procesi tokom degradacije organske tokom degradacije organske supstance dejstvom supstance dejstvom mikroorganizama, gljiva i mikroorganizama, gljiva i zemljizemljiššne faune znane faune značčajno ajno doprinose stvaranju doprinose stvaranju COCO22 u u zemljizemljišštu.

CO2CO2 CO2

tu.


UzajamnoUzajamno--poslediposlediččni odnosi ni odnosi –– 55--22

ŠŠto je vito je višše kopnenih e kopnenih fotosintetskihfotosintetskihorganizama, veorganizama, većća je aktivnost u zemljia je aktivnost u zemljišštu, tu, samim tim visamim tim višše je e je COCO22 u zemljiu zemljišštu, a to znatu, a to značči i i i HH22COCO33, procesi alteracije, procesi alteracije--degradacije stena su degradacije stena su zastupljenijizastupljeniji i potroi potroššnja nja COCO22 raste raste. . I ovaj sled događaja jeI ovaj sled događaja je, dakle, kontrolisan , dakle, kontrolisan negativnom povratnom spregom. negativnom povratnom spregom. Kod Kod neoneoččekivanog poveekivanog poveććanja sadranja sadržžaja aja COCO22 u u zemljizemljišštu procesi u zemljitu procesi u zemljišštu tetu težže da ga e da ga smanje.smanje.


PRVI ZAKLJUPRVI ZAKLJUČČAKAKKonaKonaččno, dolazi se do prvog zakljuno, dolazi se do prvog zaključčka da od ka da od žživota na Zemlji zavisi ivota na Zemlji zavisi i i njena atmosfera. njena atmosfera.

MoMožžda je sada jasnije da je sada jasnije ššto neki smatraju da je to neki smatraju da je žživot poseban sistem koji je aktivan, koji je ivot poseban sistem koji je aktivan, koji je izdvojen od svoje sredine time izdvojen od svoje sredine time ššto to nije nije ukljuuključčenen u hemijske ravnoteu hemijske ravnotežže koje e koje preovladavajupreovladavaju u u žživotnoj sredini. ivotnoj sredini. ZivotZivot se se suprotstavlja ravnotesuprotstavlja ravnotežžnim stanjima nim stanjima ““u okviru u okviru kojih se nikojih se niššta ne menjata ne menja””. . ŽŽivot tj. fotosinteza ivot tj. fotosinteza je suprotan proces svim procesima koji se je suprotan proces svim procesima koji se odvijaju u neodvijaju u nežživoj prirodi.ivoj prirodi.


DRUGI ZAKLJUDRUGI ZAKLJUČČAKAKDa nDa nemaema fotosintezefotosinteze, sav kiseonik bi se ve, sav kiseonik bi se veććodavno potroodavno potroššio na oksidaciju mineralnih i io na oksidaciju mineralnih i organskih supstanci na zemljinoj kori. organskih supstanci na zemljinoj kori. SadrSadržžajaj COCO22 u atmosferi bi bio tau atmosferi bi bio taččno no srazmeran onoj kolisrazmeran onoj količčini ini COCO22 koji je oslobođen koji je oslobođen u magmatskim procesima umanjen za onu u magmatskim procesima umanjen za onu kolikoliččinu koja je potroinu koja je potroššena za procese ena za procese alteracijealteracije--degradacije stena. Ovakve ravnotedegradacije stena. Ovakve ravnotežže e su vladale na Zemlji do pre 3,5 milijardi su vladale na Zemlji do pre 3,5 milijardi godina, sve dok se nije pojavio godina, sve dok se nije pojavio žživot na ivot na Zemlji. Zemlji. Bez Bez žživota na Zemlji ona bi ivota na Zemlji ona bi verovatno izgledala kao Venera, verovatno izgledala kao Venera, s obzirom da je njena atmosfera s obzirom da je njena atmosfera prepuna prepuna COCO22. .


ULOGA ULOGA ČČOVEKAOVEKAKako Kako antropogeniantropogeni uticaji mogu da se odraze na uticaji mogu da se odraze na dugorodugoroččni ciklus ugljenika na Zemlji? ni ciklus ugljenika na Zemlji? Trenutno proizvedeni organski ugljenik Trenutno proizvedeni organski ugljenik fotosintezomfotosintezom se najvese najveććim delom troim delom trošši za i za žživot ivot raznih organizama na Zemlji. Troraznih organizama na Zemlji. Troššen je kroz en je kroz respiraciju respiraciju žživotinja, gljiva i mikroorganizama. ivotinja, gljiva i mikroorganizama. JoJošš uvek se neznatan deo tog ugljenika deponuje u uvek se neznatan deo tog ugljenika deponuje u zemljinu koru. I to je za sada dovoljno jer to zemljinu koru. I to je za sada dovoljno jer to ukazuje da se nivo ukazuje da se nivo OO22 u atmosferi odru atmosferi održžava na ava na postojepostojeććem nivou i da se u sveukupnom em nivou i da se u sveukupnom geologeološškom vremenu jokom vremenu jošš uvek formiraju uvek formiraju fosilnafosilnagoriva. goriva. Ali, Ali, ččovek se drznuo da ovek se drznuo da fosilnafosilna goriva prekomerno goriva prekomerno trotrošši i –– sagoreva, a to stvara dodatne kolisagoreva, a to stvara dodatne količčine ine COCO22..

http://www.emsc.nysed.gov/nysatl/Technology/cleaning/html/lcont.html


Promena koncentracije COPromena koncentracije CO22 kao kao posledica ljudske aktivnostiposledica ljudske aktivnosti

Zemljina atmosfera se Zemljina atmosfera se pretepretežžnono sastoji od: azota (78%), sastoji od: azota (78%), kiseonika (21%) i ugljendioksida (0,kiseonika (21%) i ugljendioksida (0,??? ??? %). %).

Evidentno je da se sEvidentno je da se sadradržžajaj COCO22 menjao kroz vekovemenjao kroz vekove::u XIX veku bilo ga jeu XIX veku bilo ga je u proseku u proseku 0,0250 %, 0,0250 %, u XX dostigao je koncentraciju od 0,0355 %, a u XX dostigao je koncentraciju od 0,0355 %, a u XXI u XXI dostidostiććii ćće koncentraciju od 0,0500 %. e koncentraciju od 0,0500 %.


Ugljendioksid je između Ugljendioksid je između ostalog nazvan i kao ostalog nazvan i kao gas gas staklene bastaklene bašštete, jer zadr, jer zadržžava ava toplotu toplotu SSunca i ne unca i ne dozvoljava joj da napusti dozvoljava joj da napusti Zemlju. Ovo iz jednog Zemlju. Ovo iz jednog veoma prostog razloga, veoma prostog razloga, molekuli COmolekuli CO22 imaju imaju apsorpcioniapsorpcioni maksimum u maksimum u infracrvenoj oblasti infracrvenoj oblasti ––apsorbuju toplotu.

COCO22

apsorbuju toplotu.


OooOoo... ... ČČOVEOVEČČE !E !

Sa porastom temperature usled porasta Sa porastom temperature usled porasta koncentraciojekoncentracioje COCO22 u atmosferi ubrzavaju se u atmosferi ubrzavaju se procesi na Zemlji procesi na Zemlji –– ima viima višše e fotosintezefotosinteze, vi, višše e degradacije stena ... scenario iz uzajamno degradacije stena ... scenario iz uzajamno poslediposlediččnih odnosa 4 i 5 se obistinjava. nih odnosa 4 i 5 se obistinjava.


KONAKONAČČNI ZAKLJUNI ZAKLJUČČAKAKZahvaljujuZahvaljujućći prethodnim i prethodnim saznanjima sve visaznanjima sve višše se veruje e se veruje u nauu nauččnu hipotezu da na nu hipotezu da na Zemlji postoji toliko znaZemlji postoji toliko značčajnih ajnih i snai snažžnih povratnih sprega nih povratnih sprega koje regulikoje reguliššu odnose između u odnose između žžive i neive i nežžive prirode ive prirode ččime se ime se obezbeđuju svi potrebni uslovi obezbeđuju svi potrebni uslovi za za žživot na Zemlji koje ivot na Zemlji koje ččovek ovek momožže samo kratkotrajno da e samo kratkotrajno da narunarušši, ali ne moi, ali ne možže da savlada e da savlada ili ili kontrolokontrološšee..


KONAKONAČČNI ZAKLJUNI ZAKLJUČČAKAK

Svi ovi Svi ovi procesiprocesi vezani za povratne sprege u vezani za povratne sprege u evoluciji Zemlje i njen opstanak su vrloevoluciji Zemlje i njen opstanak su vrlo vrlovrlodugidugi i pitanje je da li i pitanje je da li ćće ljudska vrsta uspeti sve e ljudska vrsta uspeti sve da ih doda ih doččeka i preeka i prežživi. ivi.

Ova istina postaje predmet novih velikih Ova istina postaje predmet novih velikih naunauččnih istranih istražživanja koja se tek zapoivanja koja se tek započčinju, a inju, a zbog svoje nesumnjive vazbog svoje nesumnjive važžnosti venosti većć ima, ima, uticaja ne samo na politiku, veuticaja ne samo na politiku, većć i na religiju.i na religiju.


HVALA NA PAHVALA NA PAŽŽNJI !NJI !

PARALELNI CIKLUSI UGLJENDIOKSIDA NA ZEMLJISADRŽAJUVODNE INFORMACIJENastanak Zemlje i života na njojPresek ZemljeSASTAV ATMOSFERENeki osnovni podaciGlobalni ciklus ugljenika na ZemljiGlobalni ciklus ugljenika na ZemljiPrvi ciklus – CIKLUS STENA –ciklus neorganskog ugljenikaCIKLUS STENA NA ZEMLJIRAZGRADNJA ZEMLJINE KORE-ULOGA CO2 NA POVRŠINI ZEMLJE-Fiksacije CO2 iz atmosferePRENOS DO MORA - REČNI NANOSErozijaTEKTONIKA PLOČATEKTONIKA PLOČAPROCES SUBDUKCIJEVULKANIZAMTOPLJENJEOslobađanje CO2 iz utrobe ZemljeVULKANIZAMVraćanje CO2 u atmosferuSMENA STARE KONTINENTALNE KORE NOVOMSMENA STARE OKEANSKE KORE NOVOMCiklus stena utiče na sastav zemljine atmosfereDugi ciklus – ŽIVOT NA ZEMLJI –ciklus organskog ugljenikaŽIVOT NA ZEMLJIŽIVOT NA ZEMLJIŽIVOT NA ZEMLJISUDBINA ORGANSKOG UGLJENIKA NA POVRŠINI ZEMLJEFOSILNA GORIVAVEZA CIKLUSA STENA I FOTOSINTEZEΔ[CO2] I VEZA CIKLUSA STENA I FOTOSINTEZEPodela CO2KAKO ČOVEK UTIČE NA RAVNOTEŽU CO2POVRATNE SPREGEUzajamno-posledični odnosi - 1Uzajamno-posledični odnosi - 2Uzajamno-posledični odnosi - 3Uzajamno-posledični odnosi - 4Uzajamno-posledični odnosi - 4Uzajamno-posledični odnosi – 5-1Uzajamno-posledični odnosi – 5-2PRVI ZAKLJUČAKDRUGI ZAKLJUČAKULOGA ČOVEKAPromena koncentracije CO2 kao posledica ljudske aktivnostiCO2Ooo... ČOVEČE !KONAČNI ZAKLJUČAKKONAČNI ZAKLJUČAKHVALA NA PAŽNJI !

Documents

PARALELNI CIKLUSI UGLJENDIOKSIDA NA ZEMLJIhelix.chem.bg.ac.rs/~grzetic/predavanja/Osnovi hemije... · 2007-11-19 · • metamorfne stene • sedimentne stene razgradnja zemljine