Автор Вован задал вопрос в разделе Наука, Техника, Языки
Что такое углеродный цикл? и получил лучший ответ
Ответ от Еня[мастер]
Углеродный цикл
- последовательность термоядерных реакций в звездах, приводящая к образованию гелия из водорода с участием углерода, азота, кислорода и фтора в качестве катализаторов. У.ц. - осн. источник энергии массивных звезд () на начальных стадиях их существования (см. Эволюция звезд). Вблизи центра таких звезд темп-ра достаточно высока для того, чтобы У.ц. был эффективнее водородного цикла. Реакции У.ц. образуют четыре переплетающихся цикла (I-IV), направления обхода к-рых на рис. указаны изогнутыми стрелками. В сокращенной записи (см. Ядерные реакции) эти циклы выглядят след. обр.:
I. 12C(p,)13N(e+)13C(p,)14N(p,)15O(e+)15N(p,)12C
II. 14N(p,)15O(e+)15N(p,)16O(p,)17F(e+)17O(p,)14N
III. 15N(p,)16O(p,)17F(e+)17O(p,)18F(e+)18O(p,)15N
IV. 16O(p,)17F(e+)17O(p,)18F(e+)18O(p,)19F(p,)16O
Скорость превращения водорода в гелий и пропорциональная ей мощность выделения энергии определяются в основном циклом I: ядро 12C захватывает протон (p) и после испускания -фотона переходит в неустойчивое ядро 13N, распадающееся с испусканием позитрона (e+) и нейтрино () и образованием ядра 13C; затем после двух последовательных радиац. захватов протонов и распада неустойчивого ядра 15O образуется ядро 15N. Это ядро примечательно тем, что для него реакция (p,) (захват протона с выбросом -частицы) протекает с выделением энергии, т.е. явл. беспороговой и поэтому эффективной при характерных для звездного вещества низких энергиях частиц (для аналогичных реакций с участием др. изотопов из цикла I потребовались бы протоны с энергиями неск. МэВ, к-рые отсутствуют в звездном веществе). Реакция 15N(p,)12C замыкает цикл I. В итоге четыре протона превращаются в -частицу - ядро 4He. К такому же результату приводят и циклы II-IV.
Взаимодействие протона с ядром 15N иногда заканчивается образованием ядра 16O [примернона 1000 реакций (p,) приходится один радиац. захват протона], что приводит к двум дополнительным циклам, II и III. Эти циклы протекают прибл. в одинаковом темпе, т.к.. сравнимы скорости реакций 17O(p,)14N и 17O(p,)18F , от к-рых зависит их относительная частота. Цикл IV оказывается еще более редким вследствие того, что скорость реакции 18O(p,)19F по крайней мере на три порядка меньше скорости реакции 18O(p,)15N. В установившемся У.ц. на каждую реализацию цикла IV приходится более 1000 циклов II и III и более 106 циклов I. Хотя циклы II-IV играют второстепенную роль в скорости выделения энергии, они определяют концентрации изотопов 17O и 18O, к-рые на более поздних стадиях эволюции звезды могут вступать в термоядерные реакции с выделением нейтронов, имеющих существенное значение для теории нуклеосинтеза. Цикл IV может быть важен для объяснения происхождения 19F.
В У.ц. участвуют все стабильные изотопы C, N, O и F, а также неск. нестабильных изотопов этих элементов (на схеме они отмечены штриховкой). Поэтому в совр. астрофизич. литературе У.ц. часто наз. CNO-циклом (изотопы F имеют очень малые концентрации, и их вклад в общее число изотопов У.ц. мал). Через нек-рое время после начала эволюции массивной звезды У.ц. приходит в равновесное состояние когда концентрации всех указанных на схеме изотопов принимают практически не зависящие от времени значения. При этом полное число всех изотопов C, N, O и F остается равным их начальному числу. Каково бы ни было начальное распределение изотопов этих элементов, У.ц. вывырабатывает вполне определенные (зависящие от темп-ры в недрах звезды) концентрации изотопов. Т.о., изотопы C, N, O и F не явл. в с трогом смысле катализаторами - их отношения, вообще говоря, изменяются в процессе установления У.ц., не изменяется лишь их полное число [утечкой этих изотопов через реакцию 19F(p,)20Ne обычно можно пренебречь].
В таблице приведены параметры реакций осн. цикла I: Q - полное энерговыделение в реакции, - характерное время протекания реакций (время, за к-рое концентрация вступающего в реакцию изотопа C, N или O уменьшилась бы в e раз, если этот изотоп не восполнялся бы за счет др. реакций), средня
Источник: ссылка
ЦИКЛ УГЛЕРОДА
ЦИКЛ УГЛЕРОДА круговорот углерода, - циклическое перемещение углерода между миром живых существ и неорганическим миром атмосферы, морей, пресных вод, почвы и скал. Это один из важнейших биогеохимических циклов, включающий множество сложных реакций, в ходе которых углерод переходит из воздуха и водной среды в ткани растений и животных, а затем возвращается в атмосферу, воду и почву, становясь снова доступным для использования организмами. Поскольку углерод необходим для поддержания любой формы жизни, всякое вмешательство в круговорот этого элемента влияет на количество и разнообразие живых организмов, способных существовать на Земле. Источники и резервы углерода. Основной источник углерода для живых организмов - это атмосфера Земли, где данный элемент присутствует в виде диоксида углерода (углекислого газа, СО2). В течение многих миллионов лет концентрация СО2 в атмосфере, по-видимому, существенно не менялась, составляя ок. 0,03% веса сухого воздуха на уровне моря. Хотя доля СО2 невелика, его абсолютное количество поистине огромно - ок. 750 млрд. т. В атмосфере СО2 переносится ветрами как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Диоксид углерода присутствует в воде, где он легко растворяется, образуя слабую угольную кислоту Н2СО3. Эта кислота вступает в реакции с кальцием и другими элементами, образуя минералы, называемые карбонатами. Карбонатные породы, например известняк, находятся в равновесии с диоксидом углерода, который содержится в контактирующей с ними воде. Аналогичным образом количество СО2, растворенного в океанах и пресных водах, определяется его концентрацией в атмосфере. Общее количество растворенных и осадочных углеродсодержащих веществ оценивается примерно в 1,8 трлн. т. Углерод в соединении с водородом и другими элементами является одним из основных компонентов клеток растений и животных. Например, в организме человека он составляет ок. 18% массы тела. Многочисленность и очень широкое распространение живых организмов не позволяют удовлетворительно оценить общее содержание в них углерода. Можно, однако, приблизительно оценить суммарное количество углерода, связываемого растениями, а также выделяемого в процессе дыхания растений, животных и микроорганизмов. Установлено, что зеленые растения поглощают в год ок. 220 млрд. т CO2. Почти такое же количество этого вещества выделяется в неорганическую среду в процессе дыхания всех живых организмов, а также в результате разложения и сгорания органических веществ. При определенных условиях разложения и сгорания созданных живыми организмами веществ не происходит, что ведет к накоплению углеродсодержащих соединений. Так, например, древесина живых деревьев может быть на 3-4 тысячелетия надежно защищена от микробного разложения и от пожара корой, способной противостоять действию микробов и огня. Древесина же, попавшая в торфяное болото, сохраняется еще дольше. В обоих случаях связанный в ней углерод оказывается как бы в ловушке и надолго выводится из круговорота. В условиях, когда органическое вещество оказывается захороненным и изолированным от воздействия воздуха, оно разлагается только частично и содержащийся в нем углерод сохраняется. Если впоследствии в течение миллионов лет эти органические остатки подвергаются давлению вышележащих отложений и нагреванию за счет земного тепла, значительная часть его превращается в ископаемое топливо, например в каменный уголь или нефть. Ископаемое топливо образует природный резерв углерода. Несмотря на интенсивное его сжигание, начавшееся с 1700-х годов, неизрасходованными еще остаются примерно 4,5 трлн. т. Фотосинтез. Основной путь, посредством которого углерод из мира неорганического перемещается в мир живого, - это осуществляемый зелеными растениями фотосинтез. Данный процесс представляет собой цепь реакций, в ходе которых растения поглощают из атмосферы или воды диоксид углерода, связывая его молекулы с молекулами специального вещества - акцептора СО2. В ходе других реакций, идущих с потреблением солнечной
Углеродный цикл
- последовательность термоядерных реакций в звездах, приводящая к образованию гелия из водорода с участием углерода, азота, кислорода и фтора в качестве катализаторов. У. ц. - осн. источник энергии массивных звезд () на начальных стадиях их существования (см. Эволюция звезд) . Вблизи центра таких звезд темп-ра достаточно высока для того, чтобы У. ц. был эффективнее водородного цикла. Реакции У. ц. образуют четыре переплетающихся цикла (I-IV), направления обхода к-рых на рис. указаны изогнутыми стрелками. В сокращенной записи (см. Ядерные реакции) эти циклы выглядят след. обр. :
I. 12C(p,)13N(e+)13C(p,)14N(p,)15O(e+)15N(p,)12C
II. 14N(p,)15O(e+)15N(p,)16O(p,)17F(e+)17O(p,)14N
III. 15N(p,)16O(p,)17F(e+)17O(p,)18F(e+)18O(p,)15N
IV. 16O(p,)17F(e+)17O(p,)18F(e+)18O(p,)19F(p,)16O
Возможно, углерод — наиболее интересное вещество из всех известных человеку химических
элементов. Знаете ли вы, что в кристаллической
форме, например, он встречается нам как один из
наиболее драгоценных камней -•—' алмаз? В виде
графита углерод используется для изготовления
карандашей. А уголь, источник значительной части тепла и энергии в наш век техники, тоже в основном состоит из углерода. Но еще более важно то, что углерод необходим для поддержания жизни. Тела всех живых существ состоят из соединений, в которые входит углерод. Ученые с основанием полагают, что везде, где в любых количествах найден углерод, там, вероятно, существовала жизнь.
Углеродный цикл — это процесс, в ходе которого углерод непрерывно удаляется, используется
и замещается живыми существами. Вот как это
происходит. В воздухе есть двуокись углерода.
Растения выделяют из этого газа углерод и используют его для строительства своих корней, стволов и листьев. Животные получают углерод в пищу от растений в виде овощей, фруктов или почек. В то же время двуокись углерода возвращается в воздух, в частности за счет дыхания животных и сгорания или гниения растений. Углеродный цикл замыкается.
При сочетании элементов мы получаем соединения. Число известных нам углеродных соединений невероятно — их больше 200 000! Все остальные элементы, вместе взятые, не образуютстолько соединений, сколько один углерод. Причина этого состоит в том, что атом углерода может самыми разнообразными способами соединяться с атомами других элементов и образовывать кольца и цепи в сочетании с другими атомами углерода. Вы соприкасаетесь с углеродными соединениямиили пользуетесь ими в своей повседневной жизнипостоянно. Вы вдыхаете небольшое количество
двуокиси углерода и выдыхаете большее количество. А большинство горючих веществ, пищевых
продуктов, медикаментов, пластмасс, парфюмерии
(и многие десятки и сотни других изделий) представляют из себя углеродные соединения!