If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

თუ ვებფილტრს იყენებთ, დარწმუნდით, რომ *.kastatic.org და *.kasandbox.org დომენები არ არის დაბლოკილი.

ძირითადი მასალა

ნახშირბადის წრებრუნვა

გაიგეთ, როგორ მოძრაობს ნახშირბადი დედამიწის ეკოსისტემებში და როგორ ცვლის ადამიანთა აქტივობები ნახშირბადის წრებრუნვას.

საკვანძო საკითხები

  • ნახშირბადი ცოცხალი ორგანიზმების სხეულების აუცილებელი ელემენტია. იგი აგრეთვე ეკონომიკურადაა მნიშვნელოვანი თანამედროვე ადამიანებისთვის, წიაღისეული საწვავების ფორმით.
  • ნახშირორჟანგს — CO2-ს — ატმოსფეროდან იღებენ ფოტოსინთეზური ორგანიზმები და მას იმ ორგანული მოლეკულების საწარმოებლად იყენებენ, რომლებიც შემდეგ კვებით ჯაჭვებში მოძრაობს. საბოლოოდ, ნახშირბადის ატომები სუნთქვის დროს გამოთავისუფლდება  CO2-ის სახით.
  • ნელი გეოლოგიური პროცესები, მათ შორის დანალექი ქანებისა და წიაღისეული საწვავების ფორმაცია, დროის ხანგრძლივი მონაკვეთების განმავლობაში უწყობს ხელს ნახშირბადის წრებრუნვას.
  • ადამიანის ზოგიერთი აქტივობა, მაგალითად, წიაღისეული საწვავების წვა და გაუტყეურება (ტყის გაჩეხა), ზრდის ატმოსფერულ CO2-ს და ზემოქმედებს დედამიწის კლიმატსა და ოკეანეებზე.

ნახშირბადი: საშენი ბლოკებისა და საწვავის წყარო

თქვენი სხეულის მასის დაახლოებით 18%-ს ნახშირბადის ატომები ქმნის და ეს ატომები საკმაოდ მნიშვნელოვანია თქვენი არსებობისთვის!1 ნახშირბადის გარეშე არ გექნებოდათ უჯრედების პლაზმური მემბრანები, შაქრის მოლეკულები, რომლებსაც საწვავად იყენებთ, და თვით დნმ-იც კი, რომელიც ატარებს ინფორმაციას თქვენი სხეულის აგებულებისა და მართვის შესახებ.
ნახშირბადი ჩვენი სხეულების ნაწილია, თუმცა იგი აგრეთვე თანამედროვე ინდუსტრიების ნაწილიცაა. დიდი ხნის წინანდელ მცენარეებსა და წყალმცენარეებში არსებული ნახშირბადის ნაერთები ქმნის წიაღისეულ საწვავს, მაგალითად, ქვანახშირსა და ბუნებრივ აირს, რომლებსაც დღეს ენერგიის წყაროდ ვიყენებთ. ამ წიაღისეულების წვისას ჰაერში გამოთავისუფლდება ნახშირორჟანგი — CO2 — რაც უფრო და უფრო ზრდის ატმოსფერული  CO2-ის რაოდენობას.  CO2-ის დონის ზრდა მოქმედებს დედამიწის კლიმატზე და იგი ერთ-ერთი მთავარი ეკოლოგიური პრობლემაა.
მოდით, შევხედოთ ნახშირბადის წრებრუნვას და გავიგოთ, თუ როგორ ავსებს სრულ სურათს ცოცხალი ორგანიზმების მიერ ატმოსფერული CO2-ისა და ნახშირბადის გამოყენება.

ნახშირბადის წრებრუნვა

ნახშირბადის წრებრუნვის შესწავლის საუკეთესო გზაა მისი დაყოფა ორ ურთიერთდაკავშირებულ ქვეციკლად:
  • ის, რომელიც უზრუნველყოფს ცოცხალ ორგანიზმებს შორის ნახშირბადის სწრაფ მიმოცვლას.
  • ის, რომელიც უზრუნველყოფს გეოლოგიური პროცესების დროს ნახშირბადის ხანგრძლივ წრებრუნვას.
მართალია, მათ ცალ-ცალკე განვიხილავთ, მაგრამ მნიშვნელოვანია, გვესმოდეს, რომ ეს ციკლები ერთმანეთთანაა დაკავშირებული. მაგალითად, ატმოსფერული და ოკეანური CO2-ის ერთი და იგივე მარაგები, რომლებსაც ორგანიზმები გადაამუშავებენ, გეოლოგიურ პროცესებშიც გამოიყენება.
მოკლე მიმოხილვის სახით უნდა ითქვას, რომ ნახშირბადი ჰაერში დიდწილად ნახშირორჟანგის სახით არსებობს — CO2 — იმ აირის, რომელიც იხსნება წყალში და წყლის მოლეკულებთან ურთიერთქმედებისას წარმოქმნის ბიკარბონატს —  HCO3-ს. ხმელეთის მცენარეების, ბაქტერიებისა და წყალმცენარეების ფოტოსინთეზის დროს ნახშირორჟანგი ან ბიკარბონატი ორგანულ მოლეკულებად გარდაიქმნება. ფოტოსინთეზის უნარის მქონე ორგანიზმების მიერ წარმოქმნილი ორგანული მოლეკულები გადაიცემა კვებით ჯაჭვებში, უჯრედული სუნთქვა კი ორგანულ ნახშირბადს კვლავ აირად ნახშირორჟანგად გარდაქმნის.
სურათის წყარო: ბიოგეოქიმიური ციკლები: სურათი 3 ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია, CC BY 4,0; ჯონ მ. ევანსისა და ჰოვარდ პერლმანის ნამუშევარზე დაყრდნობით, USGS
ორგანული ნახშირბადი ხანგრძლივად მაშინ ინახება, როდესაც ცოცხალი ორგანიზმი ღრმად იმარხება მიწაში ან ოკეანის ფსკერზე იძირება და წარმოქმნის დანალექ ქანებს. ვულკანური აქტივობა და, შედარებით უფრო ბოლო დროს, ადამიანის მიერ წიაღისეული საწვავის გამოყენება ამ შენახულ ნახშირბადს ნახშირბადის წრებრუნვაში აბრუნებს. მართალია, წიაღისეული საწვავების ფორმირება ნელი, გეოლოგიური პროცესია, მაგრამ ადამიანის მიერ მათში არსებული ნახშირბადის — CO2-ის სახით — გამოთავისუფლება საკმაოდ სწრაფად ხდება.

ნახშირბადის ბიოლოგიური წრებრუნვა

ავტოტროფების, ანუ თვითმკვებავების, მეშვეობით ნახშირბადი ყველა კვებით ქსელში აღწევს, როგორც ხმელეთის, ისე წყლის ქსელშიც. ამ ავტოტროფთაგან თითქმის ყველას, მაგალითად, მცენარეებსა და წყალმცენარეებს, აქვს ფოტოსინთეზის უნარი.
ავტოტროფები ჰაერიდან იტაცებენ ნახშირორჟანგს ან ბიკარბონატის იონებს — წყლიდან, და მათ ორგანული ნაერთების, მაგალითად გლუკოზას, წარმოსაქმნელად იყენებენ. ჰეტეროტროფები, ანუ „სხვათამჭამელები“, მაგალითად ადამიანები, მოიხმარენ ორგანულ მოლეკულებს და ორგანული ნახშირბადი კვებით ჯაჭვებსა და კვებით ქსელებში გადაიცემა.
როგორ უბრუნდება ნახშირბადი ატმოსფეროსა თუ ოკეანეს? ნახშირბადის შემცველ მოლეკულებში, მაგალითად, შაქრებში, შენახული ენერგიის გამოსათავისუფლებლად ავტოტროფები და ჰეტეროტროფები შლიან ამ მოლეკულებს პროცესში, რომელსაც უჯრედული სუნთქვა ეწოდება. ამ პროცესის დროს მოლეკულის ნახშირბადები ნახშირორჟანგის სახით გამოთავისუფლდება. ორგანულ ნაერთებსა და ნახშირორჟანგს რედუცენტებიც ათავისუფლებენ, როდესაც ისინი შლიან მკვდარი ორგანიზმების სხეულებსა და ნარჩენ პროდუქტებს.
ნახშირბადი სწრაფად მიმოიქცევა ამ ბიოლოგიური გზის დროს, განსაკუთრებით წყლის ეკოსისტემებში. ჯამში ყოველწლიურად დაახლოებით 1,000-დან 100,000 მილიონ ტონამდე ნახშირბადი მოძრაობს ამ ბიოლოგიურ გზაზე. მასშტაბის უკეთ აღსაქმელად, ერთი ტონა წარმოადგენს სპილოს ან მანქანის წონას!2,3,4

ნახშირბადის გეოლოგიური წრებრუნვა

ნახშირბადის წრებრუნვის გეოლოგიური გზა გაცილებით უფრო ხანგრძლივია, ვიდრე ზემოთ აღწერილი ბიოლოგიური გზა. მეტიც, ნახშირბადს, როგორც წესი, მილიონობით წელი სჭირდება იმისთვის, რომ ეს გეოლოგიური გზა გაიაროს. ნახშირბადი შეიძლება, დიდხანს შეინახოს ატმოსფეროში, თხიერი ფორმის წყალსატევებში — დიდწილად ოკეანეებში — ოკეანურ დანალექებში, ნიადაგში, ქანებში, წიაღისეულსა და დედამიწის ინტერიერში.
ატმოსფეროში ნახშირორჟანგის დონეზე ზემოქმედებს ოკეანეებში არსებული ნახშირბადის რეზერვუარი და პირიქით. ატმოსფეროში არსებული ნახშირორჟანგი წყალში იხსნება და შემდეგ რეაქციებში ურთიერთქმედებს წყლის მოლეკულებთან:
CO2+H2OH2CO3HCO3+H+CO32+2H+
ამ პროცესის დროს გამოთავისუფლებული კარბონატი —CO32— უერთდება  Ca2+-ის იონებს და წარმოქმნის კალციუმის კარბონატს — CaCO3-ს — ზღვის ორგანიზმების ჯავშნის საკვანძო კომპონენტს.5 როდესაც ორგანიზმები იხოცებიან, მათი ნარჩენები ზოგჯერ იძირება და, საბოლოოდ, ოკეანის ფსკერზე არსებული დანალექი ქანების ნაწილი ხდება. გეოლოგიური დროის განმავლობაში დანალექი ქანები კირქვად გარდაიქმნება, რომელიც ნახშირბადის უდიდესი რეზერვუარია დედამიწაზე.
ხმელეთზე ნახშირბადი ნიადაგში ინახება ორგანული ნახშირბადის სახით, რომელიც ცოცხალი ორგანიზმების დაშლით მიიღება, ან არაორგანული ნახშირბადის სახით, რომელიც ხმელეთის ქანებისა და მინერალების გამოფიტვის შედეგია. ღრმად მიწისქვეშ არის წიაღისეული საწვავები, მაგალითად, ნავთობი, ქვანახშირი და ბუნებრივი აირი, რომლებიც იმ მცენარეების ნარჩენებია, რომლებიც ანაერობულ — უჟანგბადო — პირობებში დაიშალნენ. წიაღისეული საწვავების წარმოსაქმნელად მილიონობით წელია საჭირო. როდესაც ადამიანები მათ წვავენ, ნახშირბადი ნახშირორჟანგის სახით თავისუფლდება ატმოსფეროში.
ნახშირბადისთვის ატმოსფეროში აღმოჩენის კიდევ ერთი გზა არის ვულკანების ამოფრქვევა. ოკეანის ფსკერზე არსებული ნახშირბადის შემცველი დანალექი ქანები ღრმად ჩაიტანება დედამიწის შიგნით იმ პროცესში, რომელსაც სუბდუქცია ეწოდება და რომელიც გულისხმობს ერთი ტექტონიკური ფილის მოძრაობას მეორის ქვემოთ. ამ პროცესის დროს წარმოიქმნება ნახშირორჟანგი, რომელიც ვულკანური ამოფრქვევებისა თუ ჰიდროთერმული წყაროების გზით თავისუფლდება ატმოსფეროში.

ადამიანის ზემოქმედება ნახშირბადის წრებრუნვაზე

დედამიწის წიაღისეული საწვავის შეზღუდულ მარაგზე გლობალური მოთხოვნა ინდუსტრიული რევოლუციის დაწყების შემდეგ გაიზარდა. წიაღისეული საწვავები აღუდგენელი რესურსებია, რადგან ისინი გაცილებით უფრო სწრაფად გამოიყენება, ვიდრე წარმოიქმნება გეოლოგიური პროცესების მეშვეობით.
წიაღისეულის წვისას ნახშირორჟანგი — CO2 — ჰაერში გამოთავისუფლდება. წიაღისეული საწვავების გახშირებულმა გამოყენებამ მნიშვნელოვნად გაზარდა ატმოსფერული  CO2-ის დონე. გაუტყეურებაც — ტყეების ჩეხვა — ერთ-ერთი მთავარი მიზეზია  CO2-ის დონის ზრდისა. ხეები და ტყის ეკოსისტემის სხვა ნაწილები იტაცებენ ნახშირბადს, ტყის საფარის განადგურებისას კი ამ ნახშირბადის დიდი ნაწილი  CO2-ის სახით გამოთავისუფლდება.6
ადამიანთა აქტივობებით წარმოქმნილი ჭარბი CO2-ის ნაწილს იღებენ მცენარეები ან შთანთქავენ ოკეანეები, თუმცა ეს პროცესები მაინცდამაინც არ უშლის ხელს ატმოსფეროში CO2-ის დონის ზრდას. ეს მაჩვენებელი იზრდებოდა და ახლაც აგრძელებს ზრდას. CO2-ის დონე ბუნებრივადაც იზრდება და მცირდება ხანგრძლივი ციკლების დროს, მაგრამ მისი ამჟამინდელი მაჩვენებელი იმაზე დიდია, ვიდრე ბოლო 400,000 წლის განმავლობაში, როგორც ეს ქვემოთ მოცემულ გრაფიკზეა ნაჩვენები:
სურათის წყარო: „ბიომრავალფეროვნების საფრთხეები: სურათი 1", მესაკუთრე ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია, CC BY 4,0
მერე რა, თუ ატმოსფეროში ბევრი CO2-ია? CO2 სათბურის აირია. ატმოსფეროში ყოფნისას იგი იჭერს სითბოს და კოსმოსში გასხივების საშუალებას არ აძლევს. რიგ მტკიცებულებებზე დაყრდნობით, მეცნიერები ფიქრობენ, რომ CO2-ისა და სათბურის სხვა აირების გაზრდილი დონეები დედამიწის კლიმატის აშკარა ცვლილებებს იწვევს. სითბოს გამოყოფის შემცირების მიზნით დამაჯერებელი ცვლილებები თუ არ განხორციელდა, ვარაუდობენ, რომ 2100 წლისთვის დედამიწის ტემპერატურა 1-5C-ით გაიზრდება.8
გარდა ამისა, შეიძლება, სათბურის აირის გადმოსახედიდან კარგი მოგვეჩვენოს ჭარბი ნახშირორჟანგის ოკეანეებში შთანთქმა, მაგრამ ეს სულაც არაა კარგი წყალქვეშა სიცოცხლისთვის. როგორც ზემოთ ვიხილეთ, ზღვის წყალში გახსნილი CO2 ურთიერთქმედებს წყლის მოლეკულებთან და გამოყოფს H+ იონებს. ამგვარად, რაც მეტი CO2 იხსნება წყალში, მით უფრო იზრდება წყლის მჟავიანობა. უფრო მჟავიანი წყალი, თავის მხრივ, ამცირებს CO32-ის კონცენტრაციებს და ზღვის ორგანიზმებს ურთულებს CaCO3-ით თავიანთი ჯავშნების აგებასა და უზრუნველყოფას.9 გაზრდილი ტემპერატურაც და მაღალი მჟავიანობაც აზიანებს წყალქვეშა სიცოცხლეს და უკავშირდება მარჯნების გაუფერულებას.
გაუფერულებული მარჯანი ჯანმრთელი, ყავისფერი მარჯნის ფონზე. სურათის წყარო: Keppelbleaching, Acropora, CC BY 3,0
ზრდადი ატმოსფერული ნახშირბადის კლიმატურ ცვლილებებზე ზემოქმედების დებატები წიაღისეულ საწვავებზე კონცენტრირდება. მიუხედავად ამისა, ამ ზრდის სამომავლო ეფექტების მოდელირებისა და განჭვრეტის მცდელობისას მეცნიერებმა აუცილებლად უნდა გაითვალისწინონ ბუნებრივი პროცესები, როგორებიცაა ვულკანების ამოფრქვევები, მცენარეების ზრდა, ნიადაგის ნახშირბადის დონეები და სუნთქვა.

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

პოსტები ჯერ არ არის.
გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.