കാർബൺ ചക്രം

ജീവജാലങ്ങളുടെ ശരീരധർമ്മങ്ങൾക്കും ശരീരകലകളുടെ നിർമ്മിതിയ്ക്കും അത്യന്താപേക്ഷിതമായ മൂലകമാണ് കാർബൺ. പ്രപഞ്ചത്തിൽ ഏറ്റവും സുലഭമായ നാലാമത്തെ വാതകമാണ് കാർബൺ.കാർബൺ സസ്യശരീരത്തിലേയ്ക്ക് എത്തിയ ശേഷം ഭക്ഷ്യശൃംഖലയിലൂടെ മനുഷ്യരിലും മറ്റ് ജീവജാലങ്ങളിലുമെത്തുന്നു. ഈ ജൈവഭൗമരാസചംക്രമണം വഴി കാർബൺ ജൈവമണ്ഡലം, ഭൗമമണ്ഡലം, ജലമണ്ഡലം, സ്ഥലമണ്ടണ്ഡലം എന്നിവയിലൂടെ സദാ ചാംക്രികചലനംനടത്തിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു. ജോസഫ് പ്രീസ്റ്റിലിയും ലവോസിയറുമാണ് കാർബൺ ചക്രം ആദ്യമായി കണ്ടെത്തുന്നത്. രണ്ട് കാർബൺ ഉറവിടങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള കാർബൺ കൈമാറ്റസംതുലനമാണ് കാർബൺ ബഡ്ജറ്റ്.

പ്രതിവർഷം മണ്ണ്, അന്തരീക്ഷം, സമുദ്രം എന്നിവിടങ്ങളിൽ കോടിക്കണക്കിന് ടൺ അളവിൽ അതിവേഗത്തിൽ നടക്കുന്ന കാർബൺ ചക്രത്തിന്റെ ചിത്രീകരണം. വെള്ളനിറത്തിൽ നൽകിയിരിക്കുന്നത് കാർബണിന്റെ ശേഖരമാണ്. മഞ്ഞനിറത്തിൽ പ്രകൃതിദത്ത കാർബൺ, ചുവപ്പുനിറത്തിൽ മനുഷ്യന്റെ സംഭാവന എന്നിവ ജിഗാടൺ കണക്കിൽ നൽകിയിരിക്കുന്നു

പരിസ്ഥിതിപ്രാധാന്യം

കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് ഭാഗികമായെങ്കിലും ആഗോളതാപനം അഥവാ ഹരിതഗൃഹപ്രഭാവത്തിന് കാരണമാകുന്നു എന്നതിനാൽ കാർബൺ ചക്രത്തിന് വലിയ പരിസ്ഥിതി പ്രാധാന്യമുണ്ട്. മനുഷ്യനുൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട ഗ്രീൻ ഹൗസ് വാതകമാണിത്. 1970 മുതൽ 2004 വരെയുള്ള കാലയളവിൽ അന്തരീക്ഷ കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിന്റെ അളവ് 80 ശതമാനം കണ്ട് വർദ്ധിച്ചിട്ടുണ്ട്.

ഉറവിടങ്ങൾ

കാർബൺ ചക്രത്തിന്റെ പ്രധാന ഉറവിടം അന്തരീക്ഷമാണ്. അന്തരീക്ഷത്തിൽ 0.03 ശതമാനം കാർബൺ ആണ്. ഹരിതസസ്യങ്ങൾ പ്രകാശസംശ്ലേഷണം വഴി ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് അന്തരീക്ഷകാർബണിന്റെ മുഖ്യഉറവിടങ്ങളിലൊന്നാണ്. ജന്തുക്കൾ ജന്തുകലകളാക്കി മാറ്റുന്ന ശരീരഭാഗങ്ങൾ, ശ്വസനം വഴി പുറത്തുവിടുന്ന കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് എന്നിവയും ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളും കാർബൺ ഉറവിടമായി വർത്തിക്കുന്നു. ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളായ കൽക്കരി, പെട്രോളിയം, പ്രകൃതിവാതകം എന്നിവ ജൈവസമ്പത്തിൽ നിന്ന് രൂപപ്പെട്ടവയാണ്. സമുദ്രങ്ങളിൽ ലേയരൂപത്തിലുള്ള കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡും ജന്തുക്കളുടെ പുറംതോടിന്റെ രൂപത്തിലുള്ള ചുണ്ണാമ്പുകല്ലും കാർബൺ അളവ് കൂട്ടുന്നു. ഭൂമിയുടെ ഉള്ളറകളിലെ കാർബൺ പോലും അന്തരീക്ഷത്തിലെ കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിന്റെ അളവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്ന ഉറവിടങ്ങളാണ്. ഭൂതലബാഹ്യകാർബണിന്റെ 86%വും വനങ്ങളാണുൾക്കൊള്ളുന്നത്.

പ്രക്രിയ

കാർബൺ ചാംക്രികപ്രവാഹം നടക്കുന്നത് രണ്ടുരീതിയിലാവാം. ജൈവികരീതിയിൽ കാർബൺ പ്രവഹിക്കുന്നത് ശ്വസനം, വിഘടനം എന്നിവ വഴിയാണ്. അജൈവികരീതിയിൽ കാർബൺ പ്രവാഹം ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളുടെ ജ്വലനം വഴിയാണ് നടക്കുന്നത്.

ഘട്ടങ്ങൾ

അന്തരീക്ഷത്തിലെ കാർബൺ

2011 കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിന്റെ അന്തരീക്ഷത്തിലെ മോൾ ഫ്രാക്ഷൻ.

കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിന്റേയും മീഥേയിനിന്റേയും രൂപത്തിലാണ് അന്തരീക്ഷത്തിൽ കാർബൺ നിലനിൽക്കുന്നത്. മനുഷ്യന്റെ ഇടപെടൽ വഴി ജൈവിക ആവാസങ്ങൾ നശിപ്പിക്കപ്പെട്ടതോടെ അന്തരീക്ഷകാർബണിനെ ആഗിരണം ചെയ്യാനുള്ള ആവാസവ്യവസ്ഥയുടെ കഴിവ് നഷ്ടപ്പെട്ടതും ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളുടേയും ജ്വലനം പോലുള്ള മനുഷ്യനിർമ്മിതപ്രക്രിയകളിലൂടെയും സ്വാധീനത്താലും അന്തരീക്ഷകാർബണിന്റെ അളവ് വർദ്ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. ഇത് ഹരിതഗൃഹപ്രഭാവത്തിന് കാരണമാകുന്നു.

ഭക്ഷ്യശൃംഖലയും കാർബണും

അന്തരീക്ഷത്തിലെ കാർബൺ നേരിട്ട് ഹരിതസസ്യങ്ങളിലെത്തുന്നത് പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിലൂടെയാണ്. സൗരോർജ്ജം, കാർബൺ, ജലം എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് ഹരിതകത്തിന്റെ സാന്നിദ്ധ്യത്തിൽ നടക്കുന്ന ഈ പ്രക്രിയ ഭൗമോപരിതലത്തിൽ പ്രധാനമായും സസ്യങ്ങളാണ് നടത്തുന്നത്. കൂടാതെ സമുദ്രത്തിലെ ഫൈറ്റോപ്ലാങ്ടണുകളും ഈ ധർമ്മം നിർവ്വഹിക്കുന്നു. 6CO2 + 6H2O + സൗരോർജ്ജം → C6H12O6 + 6O2 എന്ന് ഈ രാസപ്രവർത്തനത്തെ സൂചിപ്പിക്കാം. രാസസംശ്ലേഷണബാക്ടീരിയങ്ങൾക്കും അന്തരീക്ഷകാർബണിനെ ആഗിരണം ചെയ്ത് ഊർജ്ജം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള കഴിവുണ്ട്. പരപോഷികൾ ആഹാരത്തിനായി ഉത്പാദകരായ ഹരിതസസ്യങ്ങളെ ആശ്രയിക്കുമ്പോൾ ഹരിതസസ്യങ്ങളുടെ ജൈവകലകളെയാണ് ഭക്ഷണമാക്കുന്നത്. ഈ പ്രക്രിയയിലൂടെ ശരീരത്തിലെത്തുന്ന ധാന്യകവും മറ്റ് കാർബണികവസ്തുക്കളായ മാംസ്യം, കൊഴുപ്പ് ഇവയിലൂടെ ജന്തുക്കളിലേയ്ക്ക് കാർബൺ പ്രവേശിക്കുന്നു.
ഫംഗസ്സുകളും ബാക്ടീരിയങ്ങളും വിഘാടകപ്രവർത്തനങ്ങളിലൂടെ കുറേ കാർബണിനെ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു. അന്തരീക്ഷകാർബൺ അന്തർവ്യാപനം വഴി സമുദ്രജലത്തിൽ ലയിക്കുന്നതുമൂലവും അന്തരീക്ഷകാർബൺ നീക്കം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. ജന്തുക്കളുടെ പുറംതോട് ക്രമേണ ചുണ്ണാമ്പുകല്ലുകളായിത്തീരുന്നതും കാർബണിന്റെ ഉറവിടശേഖരം കൂടാൻ കാരണമാണ്. വെതറിംഗ് പ്രക്രിയ വഴി കാലക്രമേണ ഇവ അന്തരീക്ഷത്തിലേയ്ക്ക് തിരിച്ചെത്തുന്നു.

ശ്വസനം

സസ്യങ്ങളിലും ജന്തുക്കളിലും സൂക്ഷ്മജീവികളിലും വായുശ്വസനം നടക്കുന്നതുവഴി ഗ്ളൂക്കോസ് പോലെയുള്ള ഊർജ്ജകണികകൾ വിഘടിപ്പിക്കപ്പെടുകയും കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് സ്വതന്ത്രമാകുകയും ചെയ്യുന്നു. C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O എന്ന് ഈ രാസപ്രവർത്തനത്തെ ചുരുക്കിയെഴുതാം. സാധാരണസാഹചര്യങ്ങളിൽ അവായുശ്വസനം വഴി മീഥേയ്ൻ ആണ് അന്തരീക്ഷത്തിലെത്തുന്നത്.

ജ്വലനം

കാട്ടുതീ, വിറക് കത്തിക്കൽ എന്നിവ വഴിയും കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് അന്തരീക്ഷത്തിലെത്തുന്നു. ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളുടെ ജ്വലനമാണ് കാർബണിന്റെ അന്തരീക്ഷത്തിലെ അളവ് വർദ്ധിക്കനുള്ള മറ്റൊരു കാരണം. ഇത്തരത്തിൽ അമിതമായുത്പാദിപ്പിക്കുന്ന കാർബണാണ് ഹരിതഗൃഹപ്രഭാവത്തിനുകാരണം.

സമുദ്രത്തിലെ കാർബൺ

"Present day" (1990s) sea surface dissolved inorganic carbon concentration (from the GLODAP climatology)

അന്തരീക്ഷകാർബണിന്റെ അളവ് 10% കണ്ട് വർദ്ധിക്കുമ്പോൾ സമുദ്രങ്ങളിൽ 1% കണ്ട് കാർബൺശേഖരണം വർദ്ധിക്കുന്നു. ഇത് റെവല്ലേ ഘടകം എന്നറിയപ്പെടുന്നു.(റോഗർ റെവല്ലേയുടെ പഠനാർത്ഥം) ലേയരൂപത്തിൽ സമുദ്രങ്ങളിലുള്ള ബൈകാർബണേറ്റുകൾ ഭൂമിയിലെ 36000 ജിഗാടൺ കാർബൺ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. അന്തരീക്ഷവും സമുദ്രവും തമ്മിൽ ഫലപ്രദമായ കാർബൺ വിനിമയമുണ്ട്. അന്തരീക്ഷകാർബൺ സമുദ്രജലത്തിൽ ലയിക്കുമ്പോൾ അത് കാർബോണിക്കാസിഡായി മാറുന്നു. കാർബോണിക്കമ്ളത്തിന് വിഘടനം സംഭവിച്ച് ബൈകാർബണേറ്റ് അയോണുകളും പിന്നീട് കാർബണേറ്റ് അയോണുകളുമായി മാറുന്നു. സമുദ്രത്തിൽ രൂപപ്പെട്ട കാർബണേറ്റ് സമുദ്രത്തിലെ കാൽസ്യവുമായി പ്രവർത്തിച്ച് കാൽസ്യം കാർബണേറ്റ് ഉണ്ടാകുന്നു. ഇത് ക്രമേണ സൂക്ഷ്മജീവികളുടെ പുറംതോടായി അവക്ഷിപ്തപ്പെടുന്നു. വെതറിംഗ് പ്രക്രിയ വഴി കാലക്രമേണ ഇവ അന്തരീക്ഷത്തിലേയ്ക്ക് തിരിച്ചെത്തുന്നു.