A szén és az üvegházhatás

 


Előfordulása:

Föld 350 ppm; földkéreg 200 ppm; óceán 28 ppm (szervetlen), 2 ppm (szerves); atmoszféra 372 ppm CO2, 1,4 ppm CH4.

 

 

 

Részlet az előadásból

(A képre kattintva a dia megnyitható és az egérgombokkal vagy a kurzormozgató nyilakkal a képek, ábrák folyamatosan behívhatók, illetve, ha szükséges, ezekkel az ábrán belül vissza is lehet lépni.

 

 

 

 

 

Részlet az előadásból

(A képre kattintva a dia megnyitható és az egérgombokkal vagy a kurzormozgató nyilakkal a képek, ábrák folyamatosan behívhatók, illetve, ha szükséges, ezekkel az ábrán belül vissza is lehet lépni.

 

 

Mi a magyarázata annak, hogy a szén harmadik leggyakoribb (harmadik legfontosabb) eleme az élő szervezetnek? Az élet alapvető sajátossága az anyag és energia be- és kiáramlása az élő szervezetben. Ehhez szükséges a magas szervezettségű élő anyag elhatárolása alacsonyabb szervezettségű környezetétől. A határoló anyagnak stabilnak és speciális áteresztő képességűnek kell lennie, továbbá az energiaszállító molekula, vagy molekulák vizes közegben oldhatók és ugyanakkor kellően stabilak kell hogy legyenek.

Mindezeknek a követelményeknek a szén megfelel, hiszen rendelkezik az alábbi tulajdonságokkal:

1. A 126C izotóp kellően stabil.

2. Képes kettőskötés kialakítására.

3. Képes hosszú, egyenes, elágazó láncú vagy gyűrűs molekulákat létrehozni, amely tulajdonság alapja a rendkívül változatos térbeli elrendezésű molekulák létének.

4. A hidrogénnel és oxigénnel alkotott HxOyCz összetételű vegyületei kellően stabilak vizes oldatban, ugyanakkor az alacsonyabb molekulatömegűek jól oldódnak vízben, és képesek az energia tárolására és szállítására.

 

A szén körforgása

A szén mind az élő, mind az élettelen természet jelentős alkotóeleme.(72.abra, 31.táblázat). Körforgásának két legfontosabb folyamata a fázisátmenettel járó reakciók és a redoxi reakciók.

 

72.ábra. A szén biogeokémiai körforgása

Részlet az előadásból

(A képre kattintva a dia megnyitható és az egérgombokkal vagy a kurzormozgató nyilakkal a képek, ábrák folyamatosan behívhatók, illetve, ha szükséges, ezekkel az ábrán belül vissza is lehet lépni.

 

 

Lelőhely Mennyiség
Mt C
Tartózkodási idő
(év)
  Litoszféra
  Hidroszféra (CO2/HCO3-)
  Atmoszféra(CO2)
  Biomassza
72.109
38.106
0,7.106
3.106
108
300
4
20

31.táblázat. A szén előfordulása és tartózkodási ideje a különböző szférákban

 

A szén körforgásának kémiája

A fotoszintézis. (73.ábra).

                        6 CO2 + 6 H2O      hv ® C6 H12 O6 + 6 O2

 

73.ábra. A fotoszintézis

 

Részlet az előadásból

(A képre kattintva a dia megnyitható és az egérgombokkal vagy a kurzormozgató nyilakkal a képek, ábrák folyamatosan behívhatók, illetve, ha szükséges, ezekkel az ábrán belül vissza is lehet lépni.

 

 

A biomassza lebomlása

                      C6 H12 O6 + 6 O2  ® 6 H2O + 6 CO2 (+ energia)

A CH4 - CO2 ciklus

A metán az atmoszféra széntartalmának megközelítőleg 1 %-át teszi ki.

 

A metán - szén-dioxid ciklus
 

Az emberi tevékenység hatása a szén körforgására

A körforgásban résztvevő szén több mint 10 %-a (!) antropogén eredetű. Az atmoszféra CO2-tartalma az 1860-as 270 ppm értékről 2000-ig 372 ppm-re emelkedett. A CO2-tartalom növekedését a fotoszintézis, egyéb korlátozó tényezők miatt nem tudja ellensúlyozni.

 

A megnövekedett CO2-tartalom hatásai

                2 H CO3-  = CO2 + CO32- + H2O

A légkör szén-dioxid-tartalmával egyensúlyt tartó tiszta víz pH-ja, a

                CO2 + H2O D H2CO3  D  H + + HCO3- 

egyensúly miatt nem 7,0. Ha a levegő CO2-tartalma ugyanis c ~ 0,03 %, parciális nyomása p (CO2)= 30,39 Pa, így a gázoldhatóságra vonatkozó Henry - Dalton törvény szerint a légkörrel egyensúlyban lévő vízben az oldott szén-dioxid (azaz szénsav) koncentrációja

[H2CO3] = k · p = 3,79 · 10-7 mol · dm -3·Pa-1· 30,39 Pa = 1,15 · 10-5 mol · dm-3 .

A szénsav disszociációjának egyensúlyi állandója:

  

Ebből [H+] = 2,19 . 10-6 mol/dm3, azaz pH = 5,6 adódik. A nyitott edényben lévő víz tehát körülbelül 25-ször savasabb, mint a tiszta H2O. Ezt az értéket kell a csapadékok semlegességi pontjának tekinteni, a savas eső tehát pH < 5,6-os csapadék.

A CO2-nak az elektromágneses sugárzás infravörös tartományában van elnyelése (74.ábra), ezért a Nap által felmelegített földfelszínről a hőmérsékleti sugárzás nem tud a világűrbe távozni, így a légkör a CO2 (és más üvegház hatású gázok, mint pl. a CH4) koncentráció növekedésével párhuzamosan melegszik.

74.ábra. Az elektromágneses sugárzás különböző tartományainak elnyelődése az atmoszférában

Forrás: http://www.windows.umich.edu

Előrejelzések szerint 80-100 éven belül a légkör CO2-tartalma elérheti az 1000 ppm-et, amely 2 - 5 °C-os hőmérsékletemelkedéssel járhat. Ennek következményei katasztrofálisak is lehetnek. Ha a Föld teljes fosszilis energiahordozó készletét elégetnénk, akkor a légkör CO2 - tartalma elérné a 2000 ppm-et és az átlaghőmérséklet 6 °C-kal emelkedne.

 

75.ábra. A CO2 infravörös abszorpciós spektruma

 

 

Ajánlott Web oldalak: