کربن یک عنصر ضروری است که در همه موجودات زنده یافت می شود. این عنصر چهارمین عنصر فراوان در کیهان است و جزء کلیدی بسیاری از ترکیبات شیمیایی از جمله دی اکسید کربن ( \(CO_2\) )، متان ( \(CH_4\) ) و مولکول های آلی است که اساس حیات در جهان هستند. زمین.
کربن می تواند به اشکال مختلف از جمله جامد، مایع و گاز وجود داشته باشد. کربن در حالت گازی خود بیشتر در ترکیباتی مانند دی اکسید کربن ( \(CO_2\) ) و متان ( \(CH_4\) ) یافت می شود. این گازها نقش مهمی در جو زمین و آب و هوای جهانی دارند.
دی اکسید کربن گازی بی رنگ با طعم و بوی کمی اسیدی است. از احتراق مواد حاوی کربن مانند سوخت های فسیلی و چوب و همچنین از طریق تنفس موجودات زنده تولید می شود. \(CO_2\) نیز محصول تخمیر و سایر واکنش های شیمیایی است.
\(CO_2\) نقش مهمی در اثر گلخانه ای زمین دارد و گرما را در جو به دام می اندازد و در نتیجه دمای سیاره را حفظ می کند. با این حال، انتشار بیش از حد \(CO_2\) ناشی از فعالیت های انسانی منجر به گرم شدن کره زمین و تغییرات آب و هوایی می شود.
متان یک گاز گلخانه ای قوی است که تقریباً 25 برابر قدرتمندتر از \(CO_2\) در یک دوره 100 ساله است. در هنگام تولید و حمل و نقل زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی آزاد می شود. متان همچنین از دام ها و سایر روش های کشاورزی و از طریق تجزیه زباله های آلی در محل های دفن زباله های جامد شهری منتشر می شود.
چرخه کربن مجموعه ای از فرآیندهایی است که توسط آن ترکیبات کربن در محیط به یکدیگر تبدیل می شوند. این چرخه شامل ادغام \(CO_2\) از جو به موجودات زنده از طریق فتوسنتز است. هنگامی که گیاهان و حیوانات می میرند، تجزیه کننده ها بدن آنها را تجزیه می کنند و کربن را به شکل \(CO_2\) از طریق فرآیندهای تنفس و پوسیدگی به اتمسفر آزاد می کنند. بخشی از کربن نیز در خاک و اقیانوس ها ذخیره می شود و به عنوان غرق کربن عمل می کند.
فتوسنتز فرآیندی است که طی آن گیاهان سبز و برخی موجودات دیگر از نور خورشید برای سنتز مواد غذایی از \(CO_2\) و آب استفاده می کنند. این شامل تبدیل دی اکسید کربن به گلوکز و اکسیژن در حضور نور خورشید و کلروفیل است. معادله شیمیایی کلی برای فتوسنتز را می توان به صورت زیر نشان داد:
\(6CO_2 + 6H_2O + \textrm{انرژی نور} \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2\)
از سوی دیگر، تنفس فرآیندی است که در آن موجودات زنده اکسیژن و گلوکز را به آب، \(CO_2\) و انرژی تبدیل می کنند. معادله تنفس سلولی اساساً معکوس فتوسنتز است:
\(C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \textrm{انرژی}\)
فعالیت های انسانی، به ویژه سوزاندن سوخت های فسیلی و جنگل زدایی، سطح دی اکسید کربن را در جو زمین به طور قابل توجهی افزایش داده است. این افزایش سطح \(CO_2\) عامل اصلی گرمایش جهانی و تغییرات آب و هوایی است. تلاش برای کاهش انتشار کربن شامل افزایش استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر، بهبود بهره وری انرژی و کاشت درختان برای جذب \(CO_2\) است.
آزمایشی برای نشان دادن تولید \(CO_2\) می توان با مخلوط کردن سرکه (اسید استیک) با جوش شیرین (بی کربنات سدیم) انجام داد. واکنش شیمیایی بین این مواد باعث تولید گاز دی اکسید کربن می شود:
\(CH_3COOH + NaHCO_3 \rightarrow CH_3COONa + H_2O + CO_2\)
این آزمایش به صورت بصری نشان می‌دهد که چگونه \(CO_2\) از طریق یک واکنش شیمیایی ساده تولید می‌شود و می‌توان آن را با استفاده از یک بالون یا روش دیگری ضبط کرد.
کاهش ردپای کربنکاهش ردپای کربن، که به کل انتشار دی اکسید کربن تولید شده به طور مستقیم یا غیرمستقیم توسط یک فرد، سازمان یا محصول اشاره دارد، برای کاهش تغییرات آب و هوایی بسیار مهم است. گام‌های ساده‌ای مانند کاهش مصرف انرژی، استفاده از حمل‌ونقل عمومی، بازیافت و مصرف کمتر گوشت می‌تواند به کاهش انتشار \(CO_2\) کمک کند.
ترسیب کربن فرآیند جذب و ذخیره اتمسفر \(CO_2\) است. این می تواند از طریق فرآیندهای طبیعی، مانند فتوسنتز در جنگل ها و اقیانوس ها، یا با ابزارهای مصنوعی، مانند فناوری جذب و ذخیره کربن (CCS) به دست آید. CCS شامل جمع‌آوری گازهای \(CO_2\) از منابع صنعتی و مرتبط با انرژی، انتقال آن به یک مکان ذخیره‌سازی، و رسوب آن در جایی است که وارد اتمسفر نمی‌شود، معمولاً در سازندهای زمین‌شناسی عمیق.
کربن در اشکال مختلف خود نقش مهمی در اکوسیستم زمین به ویژه در حالت گازی آن به صورت \(CO_2\) و \(CH_4\) دارد. این گازها جزء جدایی ناپذیر اثر گلخانه ای زمین هستند که سیاره را به اندازه کافی گرم نگه می دارد تا حیات را حفظ کند. با این حال، فعالیت های انسانی به طور قابل توجهی چرخه کربن طبیعی را تغییر داده است و به سطوح بیش از حد گازهای گلخانه ای و گرم شدن کره زمین کمک می کند. درک نقش کربن در محیط زیست و برداشتن گام هایی برای کاهش انتشار کربن برای حفظ آب و هوای زمین و اطمینان از رفاه نسل های آینده حیاتی است.
