Karbonát -szilikát ciklus - Carbonate–silicate cycle
.jpg)
A karbonát-szilikát geokémiai ciklus , más néven szervetlen szénciklus , leírja a szilikát kőzetek hosszú távú átalakulását karbonátos kőzetté időjárás és ülepedés útján , valamint a karbonátos kőzetek átalakítását szilikátkőzetekké metamorfizmus és vulkanizmus révén . A széndioxidot a viharvert ásványok temetése során eltávolítják a légkörből, és a vulkanizmus révén visszakerülnek a légkörbe . Millió éves skálán a karbonát-szilikát ciklus kulcsfontosságú tényező a Föld éghajlatának szabályozásában, mivel szabályozza a szén-dioxid szintjét és ezáltal a globális hőmérsékletet.
Az időjárási viszonyok azonban érzékenyek azokra a tényezőkre, amelyek befolyásolják, hogy mennyi terület van kitéve. Ezek közé tartoznak a tengerszint , a domborzat , a kőzettan és a növényzet változásai. Ezenkívül ezek a geomorf és kémiai változások a napkényszerrel párhuzamosan működtek, akár a pálya változásai, akár a csillagok fejlődése miatt, hogy meghatározzák a globális felszíni hőmérsékletet. Ezenkívül a karbonát-szilikát ciklust egy lehetséges megoldásnak tekintették a halvány fiatal Nap paradoxonra .
A ciklus áttekintése
A karbonát-szilikát ciklus a szén-dioxid- szint elsődleges szabályozása hosszú időn keresztül. A szénciklus egyik ágának tekinthető , amely magában foglalja a szerves szén -ciklust is , amelyben a biológiai folyamatok fotoszintézis révén a szén -dioxidot és a vizet szerves anyaggá és oxigénné alakítják át .
Fizikai és kémiai folyamatok
| Egy sorozat része a |
| Szénciklus |
|---|
 |
A szervetlen ciklus az esővízből és gáznemű szén -dioxidból szénsav (H 2 CO 3 ) előállításával kezdődik . A szénsav gyenge sav , de hosszú időn keresztül képes feloldani a szilikát kőzeteket (valamint a karbonátos kőzeteket). A földkéreg (és köpeny) nagy része szilikátokból áll. Ezek az anyagok oldott ionokra bomlanak. Például, a kalcium-szilikát CaSiO 3 , vagy wollastonit , reagál a szén-dioxid és víz, így a kalcium-ion, Ca 2 + , a hidrogén-karbonát-ion, HCO 3 - , és az oldott szilícium-dioxid. Ez a reakciószerkezet reprezentálja a kalcium -szilikát ásványok általános szilikát mállását. A kémiai út a következő:
River lefolyás hordozza ezeket a termékeket, hogy az óceán, ahol a tengeri meszesedő organizmus használ Ca 2+ és a HCO 3 - építeni a kagyló és csontvázak, a folyamatot nevezzük -karbonát csapadék :
A szilikát kőzet mállásához két CO 2 molekula szükséges; a tengeri meszesedés egy molekulát enged vissza a légkörbe. A kagylókban és csontvázakban található kalcium -karbonát (CaCO 3 ) a tengeri élőlény elpusztulása után elsüllyed és lerakódik az óceán fenekére.
A folyamat utolsó szakasza magában foglalja a tengerfenék mozgását. A szubdukciós zónákban a karbonátos üledékeket eltemetik, és visszaszorítják a köpenybe . Néhány karbonát mélyen a köpenybe kerülhet, ahol a magas nyomás és a hőmérsékleti viszonyok lehetővé teszik, hogy metamorfikusan SiO 2 -val egyesüljön, és CaSiO 3 -ot és CO 2 -t képezzen , amely a belső térből a légkörbe jut a vulkanizmus, az óceán termikus szellőzőnyílásai vagy szódaforrások , amelyek természetes források, amelyek szén -dioxid gázt vagy szódavizet tartalmaznak:
Ez az utolsó lépés visszaadja a második CO 2 molekulát a légkörbe, és lezárja a szervetlen szén költségvetést . A Földön lévő összes szén 99,6% -a (ami nagyjából 10 8 milliárd tonna szénnek felel meg ) a hosszú távú kőzettartályban van megkötve. És lényegében minden szén karbonát formájában töltött időt. Ezzel szemben a bioszférában csak 0,002% szén található.
Visszajelzések
A bolygó felszínén bekövetkező változások, például a vulkánok hiánya vagy a magasabb tengerszint, amelyek csökkentenék az időjárásnak kitett talajfelszínt, megváltoztathatják a ciklus különböző folyamatainak sebességét. Több tíz -száz millió év alatt a légkör szén -dioxid -szintje a ciklus természetes zavarai miatt változhat, de még általánosabban kritikus negatív visszacsatolási hurokként szolgál a szén -dioxid -szint és az éghajlatváltozás között. Például, ha a CO 2 felhalmozódik a légkörben, az üvegházhatás a felszíni hőmérséklet növelését fogja szolgálni, ami viszont növeli a csapadék mennyiségét és a szilikát mállást, ami eltávolítja a szenet a légkörből. Ily módon hosszú időn keresztül a karbonát-szilikát ciklus stabilizáló hatással van a Föld éghajlatára, ezért is nevezték a Föld termosztátjának.
Változások a Föld történetében
| Egy sorozat része |
| Biogeokémiai ciklusok |
|---|
 |
A karbonát-szilikát ciklus szempontjai megváltoztak a Föld történetében a biológiai fejlődés és a tektonikus változások következtében. Általában a karbonátok képződése meghaladta a szilikátokét, hatékonyan eltávolítva a szén -dioxidot a légkörből. Az advent a karbonát biomineralization közelében prekambriumtól - kambriumi határ lehetővé tette volna hatékonyabb eltávolítását időjárással termékek az óceán. A talajban zajló biológiai folyamatok jelentősen növelhetik az időjárási viszonyokat. A növények szerves savakat termelnek , amelyek fokozzák az időjárást . Ezeket a savakat a gyökér- és mikorrhiza -gombák , valamint a mikrobiális növények bomlása választja ki . A gyökérlégzés és a szerves talajanyag oxidációja szén -dioxidot is termel , amely szénsavvá alakul , ami növeli az időjárást.
A tektonika változásokat idézhet elő a karbonát-szilikát ciklusban. Például a főbb hegyvonulatok, például a Himalája és az Andok felemelkedése vélhetően elindította a késő cenozoikum jégkorszakát a megnövekedett szilikát mállás és a szén -dioxid felszívódása miatt . A tengerfenéki időjárás összefügg a nap fényességével és a szén -dioxid koncentrációjával. Mindazonáltal kihívást jelentett azoknak a modellezőknek, akik megpróbálták összekapcsolni a kipufogógáz és a lecsökkentés mértékét a tengerfenék változásával. A megfelelő, bonyolult proxyadatokat nehéz elérni ilyen kérdések esetén. Például az üledékmagok, amelyekből a tudósok a múltbeli tengerszintre tudnak következtetni, nem ideálisak, mert a tengerszint nem csak a tengerfenék kiigazítása következtében változik. A legújabb modellezési tanulmányok a tengerfenék mállásának szerepét vizsgálták az élet korai fejlődésében, és azt mutatták, hogy a viszonylag gyors tengerfenék -keletkezési arány mérsékelt mértékben csökkentette a szén -dioxid -szintet.
Az úgynevezett mély idő megfigyelései azt mutatják, hogy a Föld viszonylag érzéketlen kőzet-időjárási visszajelzéssel rendelkezik, ami nagy hőmérsékletingadozásokat tesz lehetővé. Körülbelül kétszer annyi szén -dioxid van a légkörben, a paleoklíma rekordjai azt mutatják, hogy a globális hőmérséklet akár 5-6 ° C -kal is magasabb volt, mint a jelenlegi. Azonban más tényezők, mint például a pálya/ napkényszer változásai hozzájárulnak a paleo-rekord globális hőmérsékletváltozásához.
Az emberi CO 2 -kibocsátás folyamatosan nőtt, és ennek következtében a CO 2 -koncentráció a Föld rendszerében soha nem látott szintet ért el nagyon rövid idő alatt. A légkörben lévő, tengervízben oldott szén-dioxid-felesleg megváltoztathatja a karbonát-szilikát ciklus sebességét. Oldott CO 2 reagálhatnak, vízzel reagáltatjuk, hidrogén-karbonát-ionok, HCO 3 - , és a hidrogén ionokat, H + . Ezek a hidrogénionok gyorsan reagálnak a karbonáttal, CO 3 2- , és több bikarbonát iont termelnek, és csökkentik a rendelkezésre álló karbonát ionokat, ami akadályozza a szén-karbonát kicsapódási folyamatot. Másképp fogalmazva, a légkörbe kibocsátott felesleges szén 30% -át elnyelik az óceánok. Az óceánokban a magasabb szén -dioxid -koncentráció a karbonátos kicsapódás folyamatát az ellenkező irányba (balra) tolja, és kevesebb CaCO 3 -ot termel . Ezt a folyamatot, amely károsítja a héjépítő szervezeteket, az óceán elsavasodásának nevezik .
A ciklus más bolygókon
Nem szabad feltételezni, hogy karbonát-szilikát ciklus minden földi bolygón megjelenik . Először is, a karbonát-szilikát ciklushoz vízciklus szükséges. Ezért a Naprendszer lakható zónájának belső szélén lebomlik . Még akkor is, ha egy bolygó folyékony vízzel indul a felszínen, ha túl meleg lesz, akkor elszabaduló üvegházba kerül , elveszítve a felszíni vizet. A szükséges esővíz nélkül nem lesz időjárás, hogy szénsav keletkezzen gáznemű CO 2 -ből . Továbbá a külső szélén a CO 2 kondenzálódhat, következésképpen csökkentve az üvegházhatást és csökkentve a felületi hőmérsékletet. Ennek eredményeként a légkör sarki sapkákká omlik össze.
A Mars ilyen bolygó. A Naprendszer lakható zónájának szélén elhelyezkedő felülete túl hideg ahhoz, hogy a folyékony víz üvegházhatás nélkül képződhessen. Vékony légkörével a Mars átlagos felszíni hőmérséklete 210 K (-63 ° C). A folyóvízi csatornákra emlékeztető topográfiai jellemzők magyarázatának megkísérelése során a látszólag elégtelen bejövő napsugárzás ellenére egyesek azt sugallták, hogy a Föld karbonát-szilikát ciklusához hasonló ciklus létezhetett-hasonlóan a Hógolyó földi időszakokból való visszavonuláshoz. Modellező vizsgálatok segítségével kimutatták, hogy az üvegházhatást okozó gázokként működő gáz halmazállapotú CO 2 és H 2 O nem tarthatta melegen a Marsot a korai története során, amikor a nap halványabb volt, mert a CO 2 felhőkké sűrűsödik. Annak ellenére, hogy a CO 2 felhők nem ugyanúgy tükröződnek, mint a víz felhői a Földön, a múltban nem lehetett sok karbonát-szilikát ciklusa.
Ezzel szemben a Vénusz a lakható zóna belső szélén található, átlagos felületi hőmérséklete 737 K (464 ° C). Miután a Vénusz elvesztette vízét a fotodiszociáció és a hidrogénszökés következtében , abbahagyta a szén -dioxid eltávolítását a légköréből, és inkább felépítésébe kezdett, és elszabadult üvegházhatást tapasztalt.
A gondosan lezárt exobolygókon a szubsztelláris pont elhelyezkedése határozza meg a szén -dioxid felszabadulását a litoszférából .
Lásd még
- Szénciklus
- Fordított időjárás
- Daisyworld
- Gaia hipotézis
- Kifutó üvegházhatás
- Főbb jégkorszakok
- Hógolyó föld
- Nyos -tó
- Az óceán savasodása
- Halvány fiatal Nap -paradoxon
Hivatkozások
Külső linkek
- A hosszú távú szénciklus megértése: a kőzetek mállása-létfontosságú szénelnyelő John Mason, Skeptical Science