Rychlokurz ekologie
Rychlokurz ekologie (7/9) · 9:23

Koloběh vody a uhlíku: Kdo recykluje, žije! Vše na Zemi běží v cyklech, aby se naše limitované zdroje efektivně využily.

Navazuje na Rychlokurz biologie.
Následuje roztomilý příběh! Koupal jsem se se svým dvouletým bratrancem v moři na Floridě, houpali jsme se nahoru a dolů na vlnách, byla to zábava, pak se ale voda uklidnila a já řekl: "A vlny došly!" protože tak se normálně bavím s dvouletými dětmi. Ale on řekl: "Neboj, přijdou další." Zeptal jsem se: "Jak to víš?", a on na to: "Je to cyklus." Ano! Je to cyklus, Země je plná cyklů! Když to ví můj dvouletý bratranec, měli byste to vědět i vy. Vesmír je velký recyklátor, všechno, co máme na Zemi, každá částice hmoty, každá kalorie existuje od dob velkého třesku. Jen se stále mění jejich účel a postavení. Minimálně z hlediska hmoty je Země uzavřený systém, veškerá hmota koluje v nekonečných biogeochemických cyklech. To jsou dráhy pro molekuly vody nebo prvků jako uhlík, dusík a fosfor. Po nich kolují po všemožných ekologických a geologických prostředích na Zemi. Samozřejmě není možné v jednom videu probrat koloběh veškeré hmoty, protože Země je docela velká. Berte to jako úvod do biogeochemických cyklů. Začneme s mými favority: s uhlíkem a vodou. (Hudba) Vsadím se, že znáte alespoň jeden planetární cyklus, ten, co je nejzřetelnější, koloběh vody. Popisuje pohyby vody na zemském povrchu i pod ním poháněné energií Slunce a větru. Do pojmu koloběhu vody je třeba zahrnovat veškerou vodu na Zemi zadržovanou v řadě zásobníků, třeba v oceánech, v atmosféře ve formě mraků nebo v polárních ledovcích. Voda koluje nejen z místa na místo, ale v různých částech cyklu mění svou formu: tekutá, plynná, pevná. Protože je to koloběh bez konce a začátku, je jedno, kde začneme výklad. Vezmeme to od srážek: déšť, kroupy, sníh, plískanice, to všechno jsou srážky. Dojde k nim, když voda obsažená v atmosféře zkondenzuje, čili přejde z plynné do tekuté fáze a někdy rovnou ve vzduchu zmrzne do fáze pevné. Opakem kondenzace je samozřejmě vypařování, přeměna tekutiny na plyn. Když látka přechází z pevné rovnou do plynné fáze, je to sublimace. A když je to z plynné do pevné fáze, je to desublimace. Teď to znáte. Zpět ke kondenzaci. Má za následek tvorbu mraků. K ní dojde, když vzduch obsahující páru stoupne a ochladí se nebo je stlačen natolik, že voda už nemůže být plyn. Tehdy pára vytváří kapičky. To samé se děje na sklenici ledového čaje za parného dne. Voda ve vzduchu kolem sklenice se ochladí a přejde z plynu na kapalinu. Takže mrak je vlastně shluk kapiček kondenzované vody, v podstatě taková létající nádrž. V koloběhu vody jsou mraky důležité, protože jak se pohybují nad krajinou, přenáší vodu po planetě, takže voda vypařená nad oceánem může dopadnout na jiné místo. Kdyby vždy dopadla tam, odkud se vypařila, pršelo by většinou pouze nad oceány, protože tam probíhá většina vypařování na Zemi. Vítr pohání mraky, které těžknou, jak voda stále kondenzuje, dokud nezasáhne naše stará dobrá gravitace a nestáhne zkondenzované kapky k zemi ve formě deště nebo sněhu, nebo krup, nebo deště se sněhem. Voda je teď na zemi, ale gravitace s ní stále pracuje, žene ji k nějakému klidnějšímu místu, buď po povrchu směřuje do nejnižšího bodu, to je povrchový odtok, nebo je stažena pod povrch země. Voda se může zachytit a nějakou dobu zůstat v místech jako jezera, rybníky a bažiny, ale většina vody ze srážek je stahována stále níž odtokem přes říčky, potůčky a řeky, až dosáhne oceánu. V chladných oblastech samozřejmě zamrzá a zůstává jako led, někde i na tisíce let, jako na pólech nebo v ledovcích na vrcholech hor, když ale rozmrzne, většina z ní odteče do oceánu. Vidíte, že všechno směřuje do oceánů. Oceány jsou hodně důležité, především protože díky nim máme koloběh vody, ale i takové věci jako počasí a život na Zemi. Na oceánech je zvláštní, že jsou slané. Ale to má svůj důvod. Jak voda odtéká, vymílá z půdy minerály a nese je do oceánu. Odtékající voda nemusí chutnat slaně, ale soli v ní jsou. Vtip je v tom, že když se znovu odpařuje, ty soli se neodpaří a zůstanou. Pár miliard let z oceánů odpařujte čistou vodu, a vracejte ji tam s malým množstvím solí, to je recept na miliardu kilometrů krychlových nálevu. To vše naznačuje, že světový oceán je poslední zastávka veškeré vody na Zemi, odkud se dostane jen výparem a přijde o všechny minerály. Organismy v koloběhu vody také hrají roli. Rosliny i živočichové rozkládají uhlovodíky za vzniku energie a vody jako vedlejšího produktu. Všichni vypouštíme vodu výparem kůží, také vydechujeme páru a samozřejmě vylučujeme močí. Většina organismů na Zemi je z větší části z vody, přestože vodní cyklus v těle je docela rychlý. Rostliny sají vodu kořeny, odkud stoupá k listům, kde dochází k výměně plynů a rychlému výparu. Tento proces se jmenuje evapotranspirace, a protože na Zemi je tolik rostlin, vypouští do atmosféry ohromné množství vody. Je to v podstatě opak kondenzace, protože mění vodu na páru. Energie slunce způsobuje výpar, ať už z povrchu oceánů nebo z vrcholků stromů a listů a jakmile se všechna voda odpaří do atmosféry, jsme zpět na začátku. Je to cyklus! Když už teď něco víte o koloběhu vody, lehce pochopíte jak funguje cyklus uhlíku. Uhlík je jeden z nejčastějších prvků ve vesmíru, a tady na Zemi je stále v pohybu, stejně jako voda přechází z jednoho zásobníku do druhého. To je dobrá věc, protože: a) všechny živé organismy potřebují uhlík pro stavbu a fungování svých těl b) je také hlavní součástí mnoha neživých věcí. Je v horninách a oceánech, zachycený v ledu a v atmosféře, kde pomáhá regulovat teplotu. Bez oxidu uhličitého by Země byla jen zmrzlá pustina, máme štěstí, že je tu tolik uhlíku, potřebujeme ho. Začněme s uhlíkem v živých organismech. Kdybyste z vašeho těla odstranili všechno vodu, z té trošky, co by z vás zůstala, by uhlík tvořil polovinu. Rostliny jsou první biologický zásobník. Absorbují oxid uhličitý z atmosféry, protože ho potřebují k fotosyntéze. CO2 je také vedlejší produkt respirace, procesu využití energie. Rostliny berou oxid uhličitý z atmosféry při fotosyntéze a zpět ho vypouštějí během respirace při výrobě ATP pro buněčné funkce. Teď určitě chcete namítnout, že rostliny přeci oxid uhličitý vstřebávají a živočichové ho vydechují. Ano i ne, rostliny vlastně jen berou z atmosféry více CO2 než kolik ho vydechují, a rozdíl si nechávají. Ten tvoří jejich těla. Je to tak, hmota toho starého velkého stromu je pouze z plynu. Nářez. Uhlíkem přijatý rostlinami má tedy tři možnosti: může se vrátit zpět do atmosféry, nebo ho sežere živočich, nebo zůstane v rostlině do její smrti. Když v pralese padne strom a nemůže se normálně rozkládat, protože na něj napadaly další rostliny časem se to všechno umačká a změní v horninu, třeba v uhlí. Vznikne bohatý zásobník uhlíku, fosilní palivo. Později budou lidé trávit volný čas dolováním starého uhlíku ve formě uhlí, ropy a zemního plynu aby s ním poháněli své... v podstatě všechno, ale o tom později. Další velmi důležitý zásobník uhlíku je oceán. Oxid uhličitý se lehce rozpouští ve vodě. Když je ho tam dost, využívá ho fytoplankton, drobné organismy podobné rostlinám tvořící základ mořských potravních řetězců. Používají uhlík k fotosyntéze a stavbě schránek z uhličitanu vápenatého. Když uhynou, jejich schránky se hromadí na dně oceánu, časem se stlačují a tvoří horniny jako je vápenec. Vápenec ovšem moc nehoří, takže to není fosilní palivo, ale když je narušen vodní erozí, uhličitan vápenatý se rozloží na původní složky, mimo jiné na oxid uhličitý a kyselinu uhličitou. Zahříváním vápence se vyrábí vápno a cement, uniká při tom i docela dost oxidu uhličitého. Při spalování fosilních paliv, jako jsou uhlí, ropné produkty a zemní plyn, se také uvolňuje uhlík ve formě oxidu uhličitého, který byl uložen stovky milionů let v geosféře, což je jen takové vědecké jméno pro zemské horniny. Tento proces odstartoval prudký nárůst obsahu oxidu uhličitého před několika sto lety. Nadbytek oxidu uhličitého v atmosféře způsobuje změnu klimatu, protože CO2 v atmosféře brání energii ze Slunce odrazit se zpět do vesmíru. Takže planeta se nám otepluje, protože se propalujeme obrovskými zásobníky uhlíku uzavřených v podzemí. Způsobuje to mnoho současných problémů, a časem tyto problémy budou nejspíš větší a větší. Pomohlo by, kdybychom přestali uvolňovat nahromaděný uhlík a posílat ho do atmosféry, ale už poněkud nemáme situaci pod kontrolou, kvůli ledu. Vzpomeňte, řekl jsem, že uhlík je zachycený v ledu, v takových místech jako Sibiř, severní Kanada, Aljaška, a chladné oblasti, kde rostou rostliny mají také velké zásoby uhlíku zachyceného v permafrostu, v celoročně zamrzlé půdě. Jsou to v podstatě zamrzlé mokřady, kde každoročně přibývá vrstva mrtvé rostlinné hmoty. Když permafrost roztaje, mrtvé rostliny se začnou rozkládat a uvolní velké množství CO2 a metanu do atmosféry, čímž vzniká pozitivní zpětná vazba. Naše spalování uhlíku uvolňuje obrovské zásobníky uhlíku, který pak, ať děláme co děláme, posiluje skleníkový efekt. Promiňte, že končím takovým depresivním tématem, ale globální klima není tak stabilní, jak bychom si přáli, a to, že v tom máme prsty, je jeden z hlavních důvodů, proč studovat ekologii.
video