Süsinikuringe (1)

Looduse aineringe: süsinik
MÕISTE
Üks olulisemaid aineringeid biosfääris.
Vastutab kõigi elusorganismide poolt eritatava CO2 taaskasutamise eest.
Süsinikuringe on süsiniku liikumine ökosüsteemis erinevate ökosüsteemi komponentide vahel (atmosfäär, produtsendid , konsumendid, lagundajad, varis, huumus ). Süsiniku koguhulk tasakaalulises ökosüsteemis (ehk suletud süsinikuringe korral) seejuures ei muutu.
Süsinikuringe tähtsad protsessid on fotosüntees (mil anorgaaniline süsinik saab orgaaniliste ühendite koostisosaks) ja hingamine (mil orgaaniline süsinik vabaneb õhku või vette süsihappegaasina). Tasakaalulises ökosüsteemis on kogufotosüntees võrdne koguhingamisega.
SÃœSINIKURINGE JAOTUB KAHEKS
Kiire- süsinik seotakse fotosünteesi vahendusel elusainesse

• Kiire süsinikuringe: süsiniku sidumine elusainesse toimub fotosünteesi vahendusel. Rohelised taimed sünteesivad atmosfääris olevast CO2 orgaanilisi ühendeid. Osa fotosünteesil seotud süsinikust läheb tagasi atmosfääri CO2 -na rakuhingamise kaudu, osa aga taimtoidulistesse organismidesse. Taimtoidulised organismid omakorda hingavad osa süsinikku ja osa seovad organismi kudedesse. Enamus orgaanilisest ainest lõpuks lagundatakse ja süsinik jõuab tagasi atmosfääri CO2-na.
  

Aeglane- selle süsinikuringe käigus tekivad fossiilsed kütused
-kütuste põletamisel jõuab süsinik tagasi atmosfääri
Aeglane süsinikuringe: lubjakivi ja fossiilsete kütuste teke. Molluskid seovad vees lahustunud CO2 ja tekib CaCO3 ,millest koosnevad molluskite karbid . Surnud molluskite karbid sadenevad ja selle tulemusena tekkis lubjakivi. Lubjakivi võib vees lahustuda ja CO2 vabaneb. Fossiilsed kütused (kivisüsi, nafta , maagaas) tekkisid iidsete taimede ja loomade jäänustest kõrge temperatuuri ja rõhu toimel maakoores. Fossiilsete kütuste kasutamisel vabaneb CO2 atmosfääri.
PEAMISED ELUSORGANISMIDEGA SEOTUD SÃœSINIKURINGE PROTSESSID

• Süsiniku sidumine (foto- või kemosüntees):
  
  • CO2 + H2O + energia → ( CH2O )n + O2
    
• Aeroobne hingamine
  
  • (CH2O)n + O2 → CO2 + H2O + energia
    
• Anaeroobne hingamine
  
  • (CH2O)n + Xox → CO2 + Xred
    
  • "Xox" võib olla nitraat (NO3-), sulfaat ( SO42 -), väävel (S0), rauaioonid (Fe3+)
    

(*Kemosüntees- orgaaniliste ainete moodustumine anorgaanilistest bakterite elutegevuse tulemusena)
Süsinikuringe toimub nii aeroobses kui ka anaeroobses keskkonnas.

• Aeroobsetes tingimustes vabaneb CO2 orgaanilistest ainetest loomade, taimede, inimeste ja mikroorganismide hingamise tulemusena. CO2 arvel moodustavad orgaanilist ainet taimed, vetikad , tsüanobakterid ja kemolitotroofsed bakterid .
  

• Anaeroobsetes tingimustes vabaneb CO2 orgaanilistest ainetest kääritajate ja anaeroobsete hingajate vahendusel. CO2 arvel sünteesivad orgaanilist ainet fotosünteesivad purpur - ja rohevetikad. Metaan moodustub anaeroobsetes tingimustes metanogeenide vahendusel.
  

Süsinikuringe esimene osa on fotosüntees - taimed võtavad õhust süsihappegaasi ja muudavad selle päikeseenergia toimel süsivesikuteks. Süsinikuringe produktid on seega orgaanilised molekulid ja hapnik.
Põlemisel, hingamisel ja kõdunemisel moodustunud CO 2 läheb õhku. Sealt seovad seda rohelised taimed, mis fotosünteesil muundub CO 2 orgaanilisteks ühenditeks (suhkrud, tselluloos , tärklis) ning eraldavad seejuures õhku O 2 . Taimedest toituvad inimesed ja loomad. Nii satuvad nende organismi orgaanilisi aineid, mida kasutatakse organismi ülesehituseks ja energiaallikana

• Taimede ja loomade hukkumise järel jäänused kõdunevad ja lagunevad maapõues ilma õhu juurdepääsuta. Miljonite aastate vältel on sellest kujunenud pruun- ja kivisüsi. Põletamisel tekib taas CO2, mis läheb õhu koostisesse.
  

• Vees tekivad aja jooksul looduslikud karbonaatsed mineraalid ja kivimid (lubjakivi jt) ning maismaal kriit, dolomiit jt
  

Süsinikuringe on võrrelduna teiste oluliste ainete ringetega ebatavaline sest ei vaja ilmtingimata lagundajate olemasolu. Taimsesse massi seotud süsiniku saavad CO2-ks teha kõik aeroobselt hingavad organismid. Tegelikkuses on lagundajad muidugi esindatud ka süsiniku ringluses, ka neil on süsinikku vaja.
Osa süsinikust võib aktiivsest ringest kõrvalduda. Nii moodustub näiteks turvas ja on tekkinud fossiilsed kütused ja lubjakivi. Talletunud süsinik pääseb kaasajal uuesti ringlusesse tänu inimtegevusele, tänu fossiilsete kütuste põletamisele ja turba kaevandamisele. Suures koguses CO2 vabaneb ka vulkaanipursetel. U. 99% süsinikust ei osale süsinikuringes vaid paikneb maakoore kivimites .
Ökosüsteemi süsinikuringe on avatud ehk mittetasakaaluline, kui süsinikku lisandub aineringesse ringevälistest allikatest (näiteks fossiilsete kütuste põletamisel), või kui süsinikühendeid väljub aineringest organismidele kättesaamatusse vormi (nt. orgaaniliste setete või turba moodustumisel).
Kui kõik oksüdeerijad (peamiselt O2) on keskkonnas juba kasutatud (redutseeritud), saab ka süsinikku kasutada elektroni aktseptorina (teda redutseerida). Seda kasutavad mõned bakterid (metanogeensed) anaeroobsetes tingimustes (elavad ka kõrgemate loomade, sealhulgas inimeste, soolestikus), moodustub metaan CH4 (nimetatakse ka soogaasiks, biogaasiks, prügilagaasiks). Bakteriaalselt toodetud metaan on viimasel ajal palju kõneainet tekitanud. Nimelt on metaan oluline kasvuhoonegaas, mida vabaneb suurtes kogustes prügilatest (toidujäätmete anorgaanilisel lagunemisel), loomapidamisel (sõnniku anaeroobne lagunemine , loomade kõhugaasid), heitvee puhastusjaamadest jpm. Teisest küljest on metaan põlev gaas ja kasutatav energiatootmisel. Mõnedes prügilates (näiteks Pääsküla) ja põllumajandusettevõtetes (Saarema seakasvatusettevõtetes näiteks) seda energiasaamisviisi juba kasutatakse.
Bioloogiline süsinikuringe on seotud ka hapnikuringe ning veeringega.
INIMKONNA MÕJU
Inimtegevus mõjustab süsinikuringet peamiselt kolme protsessi kaudu.

• Fossiilsete kütuste põletamisel tuuakse süsinikuringesse süsinikku juurde.
  

Fossiilsete kütuste põletamise läbi toodab inimkond rohkem süsinikdioksiidi, kui loodus seda fotosünteesi abil taaskasutada suudab. Samuti hävitatakse inimtegevuse läbi fotosünteesivaid organisme (näiteks metsade maharaiumine).

• Taimestunud alade vähendamise kaudu vähendatakse süsiniku fotosünteetilise assimilatsiooni voogu.
  
• Kuivendamise ja muldade õhustamise kaudu intensiivistatakse orgaanilise aine mineraliseerumist ja süsihappegaasi eraldumist atmosfääri.
  

METSADES TOIMIV SÃœSINIKURINGE
Selleks, et pidurdada kliimamuutusi, on esmatähtis tasakaalustada globaalne süsinikubilanss. Puittaimed seovad atmosfäärist süsinikku, mis fotosünteesi järel akumuleerub biomassis. Üldiselt talletavad metsad 20–100 korda rohkem süsinikku pindalaühiku kohta kui näiteks põllumaa ning mängivad ülitähtsat osa atmosfääris sisalduva süsiniku kontsentratsiooni reguleerimisel. Metsades, peamiselt puutüvedes, okstes ja lehtedes sisaldub 80% maismaal paiknevast ja 40% maa- alusest (sh. juurtes ) orgaaniliselt seotud süsinikust.
Enamjaolt tugineb meie energiamajandus fossiilsetele kütustele: inimkond
kasutab miljonite aastate vältel fotosünteesis salvestatud energiat, mistõttu süsihappegaasi hulk aina kasvab.
Ulatuslik uute metsade rajamine, sealhulgas eriti seni metsata territooriumide uuendamine kiirekasvuliste puuliikidega mõjutaks kindlasti ka üldist süsinikubilanssi, kuna aitaks vähemalt mõnel määral siduda fossiilsete kütuste põletamisel õhku paisatavat süsinikuheidet.
Puidu kasutamise mõju süsinikuringele on seda parem, mida kauemaks
puidu lagunemist edasi lükatakse
Siiski on näiteks 3,7 miljardi tonni atmosfäärse süsiniku sidumiseks vaja rajada 528 miljonit hektarit kiirekasvulisi troopilisi metsakultuure.
Nii suuri vabu pindasid metsastamiseks pole ilmselt olemas. Ühtlasi peab pidama silmas, et kui rakendada metsastamisprogramme sellises mahus, tingiks see ilmselt konflikte teiste maakasutusviisidega, süvendaks veelgi haritava põllumaa puudust.
Seega on mis tahes metsakasvatusmahtude abil võimatu siduda süsinikku koguses, mis tagaks kogu antropogeense süsinikuemissiooni tasakaalustamise. Põhiliselt tuleb siiski loota fossiilsete energiakandjate tarvituse piirangutele.