1. Chu trình cacbon hoạt động như thế nào?
Trong tự nhiên luôn có sự chuyển hóa carbon từ dạng này sang dạng khác. Sự chuyển hóa này diễn ra thường xuyên, liên tục và tạo thành chu trình khép kín được gọi là chu trình carbon. Chu trình carbon trong tự nhiên là một quá trình phức tạp, liên quan đến sự chuyển động và trao đổi carbon giữa khí quyển, đại dương, đất đai và các hệ sinh thái. Trong chu trình này, CO2 đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng carbon trong hệ sinh thái và khí quyển của Trái Đất, thông qua các quá trình sau:
- Quá trình phát thải carbon ở dạng khí CO2: CO2 được chuyển vào khí quyển thông qua nhiều quá trình khác nhau như quá trình hô hấp của sinh vật, quá trình đốt cháy nhiên liệu hoá thạch, cháy rừng,...
- Quá trình hấp thụ carbon ở dạng khí CO2: CO2 được cây xanh sử dụng trong quá trình quang hợp để tạo ra các hợp chất hữu cơ. Các chất này sẽ được chuyển hoá thành hợp chất hữu cơ trong động vật khi động vật sử dụng thực vật làm nguồn dinh dưỡng. Khi thực vật, động vật bị vùi lấp, các hợp chất của carbon trong chúng phân huỷ thành muối carbonate, nhiên liệu hoá thạch,... Ngoài ra, CO2 còn được hoà tan vào nước biển, sông, hồ,...
2. Ví dụ về chu trình cacbon
Chu trình cacbon là quá trình mà cacbon di chuyển qua các bể chứa tự nhiên trên Trái Đất, giúp duy trì sự cân bằng giữa lượng cacbon trong khí quyển, đất, đại dương và sinh quyển (các sinh vật sống). Dưới đây là các ví dụ về các bể chứa cacbon và cách chúng tham gia vào chu trình cacbon:
Khí quyển
- Khí quyển đóng vai trò là nơi chứa cacbon, cụ thể là khí carbon dioxide (CO2). CO2 là dạng cacbon chính trong khí quyển, được thải ra qua quá trình hô hấp của sinh vật sống, đốt cháy nhiên liệu và các hoạt động tự nhiên như núi lửa.
- Khí quyển là một bể chứa cacbon thụ động, có thể hấp thụ cacbon từ các hệ thống khác và cũng có thể giải phóng cacbon vào các bể chứa khác. CO2 từ khí quyển di chuyển vào đại dương hoặc được thực vật hấp thụ để tham gia vào chu trình quang hợp. Mặc dù lượng CO2 trong khí quyển có thể thay đổi nhanh chóng, nhưng nó đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng lượng cacbon trên toàn cầu.
Sinh quyển
- Sinh quyển bao gồm tất cả các sinh vật sống trên Trái Đất, từ thực vật, động vật đến vi khuẩn và nấm. Sinh quyển là một bể chứa quan trọng trong chu trình cacbon vì thực vật hấp thụ CO2 từ khí quyển trong quá trình quang hợp để sản xuất năng lượng và tạo ra các hợp chất hữu cơ.
- Các sinh vật tiêu thụ (động vật) ăn thực vật và nhận được cacbon từ các hợp chất này. Sau đó, động vật thải CO2 trở lại khí quyển qua quá trình hô hấp. Khi thực vật và động vật chết đi, các vi sinh vật phân hủy sẽ chuyển hóa các hợp chất hữu cơ này thành cacbon vô cơ, và CO2 được giải phóng trở lại khí quyển.
- Sinh quyển cũng bao gồm các sinh vật sống trong đại dương, nơi cacbon hữu cơ được sản xuất và luân chuyển tương tự như trên đất liền. Đại dương có khả năng hấp thụ CO2 từ khí quyển và chứa nhiều cacbon dưới dạng muối bicacbonat và cacbonat hòa tan.
Thạch quyển
- Thạch quyển, hay lớp vỏ Trái Đất, là nơi lưu trữ lượng lớn cacbon trong đá và trầm tích. Đặc biệt, các loại đá vôi và đá phiến sét là những bể chứa cacbon lớn, nơi cacbon được giữ dưới dạng hợp chất vô cơ.
- Cacbon trong thạch quyển di chuyển rất chậm và tham gia vào chu trình cacbon chậm qua hàng triệu năm. Hoạt động núi lửa giúp giải phóng CO2 từ các loại đá vào khí quyển. Đồng thời, khi sinh vật chết đi, các xác chết của chúng có thể bị chôn vùi trong lòng đất, tạo thành nhiên liệu hóa thạch như than đá hoặc dầu mỏ, góp phần vào quá trình chu trình cacbon.
3. Ý nghĩa của chu trình cacbon
- Chu trình cacbon ổn định là điều cần thiết cho sự sống trên Trái Đất. Duy trì sự cân bằng cacbon cho phép hành tinh này duy trì sự sống. Nếu không có nó, sự sống trên Trái Đất như chúng ta biết sẽ có nguy cơ bị hủy diệt.
- Carbon là nguyên tố thiết yếu cho mọi sự sống, vì vậy việc hiểu cách di chuyển của nó giúp chúng ta hiểu được các quá trình sinh học và các yếu tố ảnh hưởng đến chúng.
- Một dạng carbon là khí nhà kính carbon dioxide, CO2. Nồng độ carbon dioxide tăng cao cách nhiệt Trái đất, khiến nhiệt độ tăng. Hiểu được cách carbon dioxide được hấp thụ và giải phóng giúp chúng ta hiểu được khí hậu và dự đoán sự nóng lên toàn cầu .
- Carbon không cân bằng, vì vậy điều quan trọng là phải tìm hiểu nơi nó được lưu trữ và giải phóng. Tốc độ carbon được lắng đọng vào các sinh vật sống không giống với tốc độ nó được trả lại Trái đất. Có lượng carbon trong vật chất sống nhiều hơn khoảng 100 lần so với trong Trái đất. Đốt nhiên liệu hóa thạch giải phóng một lượng lớn carbon vào khí quyển và Trái đất. Cây lưu trữ carbon, loại bỏ nó khỏi quá trình lưu thông trong suốt vòng đời của chúng.
- Chu trình cacbon gắn liền với sự sẵn có của các nguyên tố và hợp chất khác. Ví dụ, chu trình cacbon gắn liền với sự sẵn có của oxy trong khí quyển. Trong quá trình quang hợp, thực vật lấy carbon dioxide từ không khí và sử dụng nó để tạo ra glucose (carbon dự trữ), đồng thời giải phóng oxy. Các loại khí chứa carbon khác nhau như carbon dioxide và methane cũng ảnh hưởng đến khí hậu Trái Đất.
- Chu trình cacbon cho phép năng lượng lưu thông qua chuỗi thức ăn. Hợp chất cacbon mang năng lượng mặt trời được giữ lại từ sinh vật sản xuất đến sinh vật tiêu thụ rồi đến sinh vật phân hủy.