o κύκλος του άνθρακα στα οικοσυστήματα

Ο κύκλος του άνθρακα είναι άμεσα συνδεδεμένος με τη ροή ενέργειας, αφού η ενέργεια μεταβιβάζεται από το ένα τροφικό επίπεδο στο άλλο μέσω των οργανικών ενώσεων, των οποίων κύριο συστατικό αποτελεί ο άνθρακας. Οι βασικές διαδικασίες που συμμετέχουν στο βιογεωχημικό κύκλο του άνθρακα είναι η φωτοσύνθεση (από τους παραγωγούς) και η αναπνοή (από παραγωγούς, καταναλωτές και αποικοδομητές): 

• ο κύκλος του άνθρακα ,ακολουθεί τη ροή της ενέργειας διότι η χημική ενέργεια που μεταβιβάζεται από το ένα τροφικό επίπεδο στο άλλο βρίσκεται δεσμευμένη στις οργανικές ενώσεις.
• ο άνθρακας εισέρχται στα οικοσυστήματα με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα,το οποίο βρίσκεται στην ατμόσφαιρα.Το διοξειδίο του άνθρακα προσλαμβάνεται από τους παραγωγούς για να μετατραπεί με τη φωτοσύνθεση σε γλυκόζη΄ή και σε άλλες οργανικες ενώσεις.
• 
  Το CO2, το οποίο χρησιμοποιείται στη φωτοσύνθεση,παράγεται από την κυτταρική αναπνοή. Αυτές οι δύο διαδικασίες είναι πολύ σημαντικές για τη διατήρηση της ζωής, επειδή διατηρούν σταθερή την περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε CO2. Η κυτταρική αναπνοή και η φωτοσύνθεση αποτελούν το κυριότερο μέρος του κύκλου του άνθρακα.
• Η θερμοκρασία της βιόσφαιρας ρυθμίζεται από το διοξείδιο του άνθρακα και από τους υδρατμούς της ατμόσφαιρας.
• Ένα μεγάλο πρόβλημα που έχει δημιουργηθεί τα τελευταία χρόνια στον πλανήτη είναι η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.
  Την αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα προκαλούν:
  
  • οι συνεχώς αυξανόμενες καύσεις για την παραγωγή ενέργειας,
  • η μείωση της φωτοσύνθεσης.
  Εκτιμάται ότι, αν η μέση θερμοκρασία του πλανήτη εξακολουθήσει να ανεβαίνει, θα αυξηθούν τα ακραία καιρικά φαινόμενα όπως καύσωνες, τυφώνες και έντονες βροχοπτώσεις. Παράλληλα, το λιώσιμο των πάγων θα έχει απρόβλεπτες συνέπειες.
• ΠΗΓΕΣ:
  
  http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/ebook/show.php/DSGYM-B202/11/55,324/
  http://www.arnos.gr/dmdocuments/lykeio/lykeioC/biologia.genikhs/viologia.genikis.paideias.8eoxari.euaggelia/8ewria/viol.C.Lyk.8ewr.012.pdf

Το ταξίδι του άνθρακα (Β')

Ο κύκλος του Άνθρακα είναι ένας ΒΙΟΧΗΜΙΚΟΣ κύκλος με τον οποίο o ΑΝΘΡΑΚΑΣ  «κυκλοφορεί»  ανάμεσα στη ΒΙΟΣΦΑΙΡΑ, στη ΛΙΘΟΣΦΑΙΡΑ στην ΥΔΡΟΣΦΑΙΡΑ και στην ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ του πλανήτη Γη. Ο κύκλος θεωρείται σαν τέσσερεις μεγάλες δεξαμενές  που επικοινωνούν  μεταξυ τους μέσα από μονοπάτια ανταλλαγής. Οι δεξαμενές αυτές είναι

 η ατμόσφαιρα,

 η  βιόσφαιρα ( θεωρούμενη ότι εμπεριέχει και τη νεκρή οργανική ύλη )

 οι ωκεανοί   ( που εμπεριέχουν διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα και ζωντανούς και νεκρούς οργανισμούς ) και  η λιθόσφαιρα( που εμπεριέχει και την καύσιμη ύλη )

Οι ΓΑΛΛΟΙ  λένε ότι

οι ποσότητες ΑΝΘΡΑΚΑ ,στον πλανήτη, σε γιγατόνους -10⁹ τόνους- είναι:

ατμόσφαιρα:750 GTN

βιόσφαιρα:2000 GTN

υδρόσφαιρα:39000 GTN

 

Οι ωκεανοί περιέχουν  τον περισσότερο άνθρακα αλλά το μεγαλύτερο ποσοστό βρίσκεται σε μεγάλο βάθος και δεν ανταλλάσσεται με την Ατμόσφαιρα

Η « κυκλοφορία» του Άνθρακα ανάμεσα στις τέσσερεις δεξαμενές συντελείται μέσα από ποικίλες χημικές φυσικές γεωλογικές και βιολογικές διεργασίες.

ο κύκλος του άνθρακα

Το ταξίδι του άνθρακα.

       Τα χημικά στοιχεία όπως ο άνθρακας, το άζωτο ο φώσφορος, που αποτελούν τα βασικά θρεπτικά συστατικά των έμβιων οργανισμών ανακυκλώνονται συνεχώς. Όταν οι οργανισμοί πεθαίνουν οι αποικοδομητές μετατρέπουν τα συστατικά τους σε μορφή κατάλληλη για το περιβάλλον μέσω κατάλληλων διεργασιών.  
    Ο άνθρακας βρίσκεται τόσο στην ατμόσφαιρα, συχνά με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα, όσο και στο έδαφος ( μέταλλα)  και γενικότερα στο περιβάλλον το οποίο ζούμε με ποικίλες μορφές.
      Ο άνθρακας είναι ένα από τα 27 απαραίτητα χημικά στοιχεία για τη ζωή. Ο άνθρακας, το υδρογόνο, το οξυγόνο και το άζωτο μαζί αποτελούν το 96% (κατά μέσο όρο και κατά βάρος) των ζωντανών οργανισμών. Η χρησιμότητα και η σημασία του είναι αξιοσημείωτες μιας και με αυτόν σχηματίζονται όλες οι οργανικές ενώσεις που είναι απαραίτητες για την ύπαρξη και την συνέχιση της ζωής στη γη.

Ένωση άνθρακα

Διαμάντι

Μετάλλευμα Άνθρακα

Εργοστάσια παράγουν διοξείδιο του άνθρακα

      Επιπλέον, στο περιβάλλον το διοξείδιο του άνθρακα αποτελεί βασικό και επιβλαβή ρύπο, ενώ στον οργανισμό των έμβιων οργανισμών συμμετέχει τόσο στους αυτότροφους οργανισμούς κατά την φωτοσύνθεση - όπου ανόργανες χημικές ενώσεις μετατρέπονται σε οργανικές -  όσο και σε όλους γενικότερα κατά την αναπνοή κατά την οποία οργανικές ενώσεις μετατρέπονται σε ανόργανες.
   Αποτελεί χημικό στοιχείο το οποίο κάνει τον κύκλο του στο περιβάλλον, την ατμόσφαιρα και τους έμβιους οργανισμούς χωρίς να χάνεται αλλά μέσω της μεταφοράς του από ένα σημείο σε ένα άλλο κατά τις αλληλεπιδράσεις τους.

Ερώτημα 2, α-β.

 Οι οργανισμοί ενός οικοσυστήματος αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με ποικίλους τρόπους.  Συγκεκριμένα σε ένα οικοσύστημα όπως αυτό της παραπάνω φωτογραφίας διακρίνουμε οργανισμούς αυτότροφους, ετερότροφους και καταναλωτές οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους μέσω τροφικών σχέσεων και διακρίνονται ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο τρέφονται. Έτσι επιτυγχάνεται ο σωστότερος καταμερισμός της ενέργειας για την ομαλή ανάπτυξη αλλά και επιβίωση όλων των έμβιων όντων.

   Επιπλέον οι διάφοροι οργανισμοί διακρίνονται σε φυτοφάγους, σαρκοφάγους και παμφάγους ανάλογα με την τροφή την οποία καταναλώνουν.
   Οι τροφικές αυτές σχέσεις οι οποίες προκαλούν και τις παραπάνω κατατάξεις δημιουργούν ένα τροφικό πλέγμα, το οποίο είναι υπεύθυνο για την εξισσορόπηση της ενέργειας σε κάθε οικοσύστημα έτσι ώστε να υπάρχει τάξη, επιβίωση και ανάπτυξη των ατόμων και να αποφεύγονται κάθε είδους διαταρραχές.


  Όλα τα χημικά στοιχεία που απαντώνται στους οργανισμούς λαμβάνουν μέρος σε βιογεωχημικούς κύκλους.

  Ο ήλιος δίνει συνεχώς ενέργεια στον πλανήτη με τη μορφή φωτός που τελικά καταναλώνεται και χάνεται με τη μορφή θερμότητας στα τροφικά επίπεδα ενός τροφικού πλέγματος. Ο άνθρακας χρησιμοποιείται στη σύνθεση υδατανθράκων, λίπους και πρωτεϊνών, τις κύριες πηγές τροφικής ενέργειας. Αυτά τα συστατικά οξειδώνονται για να απελευθερώσουν διοξείδιο του άνθρακα, που συλλαμβάνονται από τα φυτά για να συνθέσουν οργανικές ενώσεις. Αυτή η χημική αντίδραση αξιοποιεί την ενέργεια που παρέχει ο ήλιος. 

  Έτσι παρατηρείται γενικά μια ισορροπία ενέργειας που διατηρείται μέσω του τροφικού πλέγματος, μιας αλυσίδας απαραίτητης για την ομαλή λειτουργία όλου του οικοσυστήματος.

Τροφική αλυσίδα και διατήρηση ενέργειας.

                                                                                     Πτηνό που τρέφεται.

Ερώτημα 1, α.

   Φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία κατά την οποία ένας (φωτοσυνθετικός) οργανισμός, με τη βοήθεια του φωτός, μετατρέπει ανόργανες ουσίες σε οργανικές θρεπτικές. Κατά τη διαδικασία αυτή τα φυτά, όπως επίσης και κάποιοι μικροοργανισμοί, το φυτοπλαγκτόν, παρασκευάζουν την τροφή τους.

    Η φωτοσύνθεση είναι μια σημαντικότατη βιολογική διεργασία, με την οποία οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί προμηθεύονται τον άνθρακα και το οξυγόνο, που είναι απαραίτητα για τη θρέψη τους. Τα χλωροφυλλούχα φυτά έχουν την ικανότητα να μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε οργανικές ουσίες, όπως γλυκόζη, απαραίτητες για την ανάπτυξη και τη συντήρησή τους. Η φωτοσυνθετική αυτή διεργασία γίνεται με την ενέργεια του ηλιακού φωτός.
  

    Η φωτοσύνθεση γίνεται σε στάδια και με μια σειρά από πολύπλοκες χημικές αντιδράσεις, που συνοψίζονται στο πιο πάνω σχήμα. Το σημείο του κυττάρου, στο οποίο γίνονται οι αντιδράσεις αυτές, είναι οι χλωροπλάστες.

Φωτοσύνθεση.

                       
                                                                                                                    Φωτοσύνθεση.

2γ) Τι θα συμβεί εάν για κάποιο λόγο εξαφανιστεί ο πληθυσμός των αετών από το οικοσύστημα;

Εάν ο πληθυσμός των αετών εξαφανιζόταν από το οικοσύστημα, τότε θα αυξανόταν υπερβολικά ο αριθμός των οργανισμών με τους οποίους τρέφονται οι αετοί ( π.χ. χελώνες,ποντίκια,φίδια).Έπειτα θα μειωνόταν κατά μεγάλο αριθμό ο πληθυσμός των εντόμων και γενικά των οργανισμών με τους οποίους τρέφονται οι πληθυσμοί που αυξήθηκαν.Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι αν διαταραχθεί η τάξη και η ισορροπία στην τροφική αλυσίδα,τότε όλοι οι πληθυσμοί θα αντιμετωπίζουν προβλήματα επιβίωσης.

τροφική αλυσίδα του αετού

 



1β) Με δεδομένο ότι η ενέργεια δε χάνεται αλλά μεταρέπεται από μια μορφή σε άλλη, εξηγείστε στον κύριο της φωτογραφίας γιατί την επόμενη ημέρα που ζυγίστηκε, χωρίς να μεσολαβήσει άλλο γεύμα, δεν παρατήρησε αύξηση του βάρους του, μολονότι κατά τη διάρκεια της βόλτας του στη λίμνη κατανάλωσε 0,5 Kg τροφής.

Ο κύριος της φωτογρφίας έτρωγε το γεύμα του καθώς έκανε μία βόλτα στη λίμνη άρα η ενέργεια που πήρε μέσω της τρόφης χρησιμοποιήθηκε από τον οργανισμό για την ανάγκη του να κινηθεί και η χημική ενέργεια της τροφής μετατράπηκε σε κινητική (εφόσον ο κύριος περπατούσε) για αυτό το λόγο ο κύριος δεν παρατήρησε καμία μεταβολή του βάρους του.



οι μετατροπές της χημικής ενέργειας των τροφών μετά την κατανάλωση τους από τον οργανισμό.