تثبیت کربن :فرآیندها، مسیرها و پیامدها

تثبیت کربن نشان دهنده یک پدیده بیولوژیکی است که در آن فتوسنتز دی اکسید کربن اتمسفر (CO2) را به مواد آلی تبدیل می کند.

این فرآیند اتم های کربن را به مولکول های مختلف از جمله کربوهیدرات ها، پروتئین ها و لیپیدها تبدیل می کند.

کربن معدنی ذخیره شده در جو را با کربن آلی موجودات زنده و اکوسیستم ها متصل می کند.

تثبیت کربن در چرخه پیچیده کربن جهانی، که شامل تبادلات پیچیده بین جو زمین، زمین، اقیانوس ها و موجودات زنده است، ضروری است.

تثبیت کربن چیست؟

Carbon fixation یک فرآیند بیولوژیکی و شیمیایی حیاتی است که در آن دی اکسید کربن (CO2) از جو به ترکیبات آلی تبدیل می شود.

این فرآیند پایه و اساس چرخه کربن را تشکیل می دهد. نقش مهمی در حفظ حیات روی زمین و تنظیم آب و هوای آن دارد.

برای تمام زندگی روی زمین ضروری است

تثبیت کربن برای تمام اشکال زندگی روی زمین ضروری است زیرا منبع اصلی کربن آلی را فراهم می کند.

گیاهان، جلبک‌ها و باکتری‌های خاص فتوسنتز را برای تثبیت کربن و تبدیل CO2 اتمسفر به کربوهیدرات و سایر ترکیبات آلی انجام می‌دهند.

گیاهخواران و همه چیز گیاهان را مصرف می کنند و کربن ثابت را از طریق زنجیره غذایی منتقل می کنند. گوشتخواران سپس با مصرف گیاهخواران یا سایر گوشتخواران کربن ثابت را به دست می آورند.

تثبیت کربن مولکول های آلی را ایجاد می کند که تمام سلول ها ، بافت ها و ساختارهای موجودات زنده را تشکیل می دهند.

تثبیت کربن طبیعی

فرآیندهای تثبیت کربن طبیعی نقش اساسی در حفظ یک محیط کربن متعادل بر روی زمین دارند.

فتوسنتز در گیاهان و جلبک ها

این فرآیند برای تثبیت کربن در خشکی و محیط های آبی بسیار مهم است.

گیاهان و جلبک ها از کلروفیل برای جذب دی اکسید کربن اتمسفر (CO2) در طول ساعات روز استفاده می کنند. CO2 از طریق واکنش های شیمیایی به گلوکز (قند) و اکسیژن (O2) تبدیل می شود.

کمولیتوتروفی در برخی از باکتری ها

باکتری های خاص در محیط های شدید مانند دریچه های گرمابی در اعماق دریا یا چشمه های آب گرم اسیدی درگیر کمولیتوتروفی می شوند. این باکتری ها از ترکیبات معدنی مانند گوگرد یا آهن به عنوان منابع انرژی برای تبدیل CO2 به مولکول های آلی استفاده می کنند.

این فرآیند به تثبیت کربن در اکوسیستم هایی که فتوسنتز سنتی امکان پذیر نیست کمک می کند.

نقش اقیانوس ها و موجودات دریایی

اقیانوس ها به عنوان چاهک های کربن طبیعی حیاتی در چرخه جهانی کربن عمل می کنند. گیاهان دریایی میکروسکوپی به نام فیتوپلانکتون فتوسنتز را مشابه گیاهان خشکی انجام می دهند. آنها دی اکسید کربن را از آب دریا گرفته و به مواد آلی تبدیل می کنند.

زئوپلانکتون ها و دیگر موجودات دریایی از فیتوپلانکتون تغذیه می کنند و کربن ثابت را از طریق شبکه غذایی دریایی منتقل می کنند.

تثبیت کربن انسانی

تثبیت کربن انسانی شامل فعالیت های انسانی است که بر تعادل جهانی کربن تأثیر می گذارد:

جنگل زدایی

فعالیت های انسانی مانند پاکسازی جنگل ها برای کشاورزی یا توسعه شهری با از بین بردن درختان که کربن را جذب و ذخیره می کنند، تثبیت کربن طبیعی را کاهش می دهد.

کشاورزی

کشاورزی کربن منتشر می کند و پتانسیل جذب کربن در خاک را دارد. اقداماتی مانند جنگل کاری، زراعت جنگلداری و کشاورزی بدون خاک ورزی می تواند ذخیره کربن در خاک را افزایش داده و انتشار CO2 را کاهش دهد.

فن آوری های جذب و ذخیره کربن (CCS)

این فناوری ها انتشار CO2 را از فرآیندهای صنعتی و نیروگاه ها جذب می کنند. آنها را در زیر زمین ذخیره می کند و از انتشار آنها در جو جلوگیری می کند و انتشار کربن انسانی را کاهش می دهد.

نقش فتوسنتز در تثبیت کربن

فتوسنتز، یک فرآیند محوری، برای تثبیت کربن ضروری است که عمدتاً توسط گیاهان و جلبک ها انجام می شود. در اینجا نگاهی دقیق تر به این مکانیسم قابل توجه است:

جذب و تبدیل کربن

گیاهان و جلبک ها دی اکسید کربن (CO2) را از اتمسفر از طریق دهانه های کوچکی به نام روزنه یا مستقیماً از آب (گیاهان آبزی) جذب می کنند. در ساختارهای تخصصی کلروپلاست، CO2 با آب ترکیب می شود که توسط نور خورشید تسهیل می شود.

نقش کلروفیل و نور خورشید

کلروفیل یک رنگدانه سبز در کلروپلاست است که انرژی نور خورشید را جذب می کند. انرژی تبدیل CO2 و آب به گلوکز (یک کربوهیدرات) و اکسیژن را فراهم می کند.

توانایی منحصر به فرد آن در جذب طول موج های خاص نور، امکان فتوسنتز را فراهم می کند.

انتشار اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی

یکی از جنبه های جالب فتوسنتز آزادسازی اکسیژن (O2) به عنوان یک محصول جانبی است. اکسیژن برای حیات روی زمین حیاتی است و به عنوان منبع اکسیژن برای تنفس در بسیاری از موجودات عمل می کند.

تثبیت کربن در محیط های آبی

در اکوسیستم های دریایی، تثبیت کربن یک فرآیند حیاتی است که به تنظیم آب و هوا کمک می کند:

نقش فیتوپلانکتون ها

فیتوپلانکتون ها ثابت کننده کربن اولیه در اقیانوس ها هستند. آنها مانند همتایان زمینی خود از فتوسنتز برای تبدیل CO2 به مواد آلی استفاده می کنند.

اهمیت اقیانوس های سالم

اقیانوس های سالم در کاهش تغییرات آب و هوایی بسیار مهم هستند. کربن ثابت شده توسط فیتوپلانکتون ها و دیگر موجودات دریایی به کاهش سطح CO2 در جو کمک می کند.

نتیجه

تثبیت کربن، که عمدتاً توسط فتوسنتز در گیاهان و جلبک‌ها انجام می‌شود، برای چرخه کربن زمین ضروری است و از طریق آزاد شدن اکسیژن حیات را حفظ می‌کند.

فرآیندهای طبیعی مانند فتوسنتز و فیتوپلانکتون های دریایی به طور قابل توجهی کمک می کنند، اما تثبیت کربن ناشی از انسان، از جمله جنگل زدایی و کشاورزی، اثرات نامطلوبی دارد.

شناخت اهمیت تثبیت کربن، نیاز به تعادل فرآیندهای طبیعی برای حفظ ثبات آب و هوای جهانی و پایداری محیطی را برجسته می کند.

“کیمیا زیست گستر نوین” در راستای ارتقاء تولیدات و سطح علمی کشور مبادرت به واردات و توزیع مواد شیمیایی و مصرفی آزمایشگاهی کرده است. هدف مجموعه ما تأمين مواد و تجهيزات مورد نياز در بخش هاى مختلف آزمايشگاهى، تحقيقاتى، بيمارستانى، صنعتى و … مي باشد.

مطالب مفید: