Carbon cycle

कार्बन चक्र

कार्बन से जुड़े थर्मोन्यूक्लियर रिएक्शन के लिए जो कुछ तारों को शक्ति देता है, CNO चक्र देखें । कार्बनिक रासायनिक अंगूठी के आकार की संरचनाओं के लिए, चक्रीय यौगिक देखें ।

प्रति वर्ष अरबों टन में भूमि, वायुमंडल और महासागर के बीच कार्बन का आंदोलन। पीले रंग की संख्या प्राकृतिक प्रवाह हैं, लाल मानव योगदान हैं, सफेद संग्रहीत कार्बन हैं। ज्वालामुखी और टेक्टोनिक गतिविधि के प्रभाव शामिल नहीं हैं
कार्बन चक्र है भूजैवरसायन चक्र है जिसके द्वारा कार्बन के बीच लेन-देन हो जीवमंडल , pedosphere , भूमंडल , जलमंडल , और वातावरण पृथ्वी के । कार्बन जैविक यौगिकों का मुख्य घटक होने के साथ-साथ चूना पत्थर जैसे कई खनिजों का एक प्रमुख घटक है। साथ ही नाइट्रोजन चक्र और जल चक्र , कार्बन चक्र की घटनाओं है कि पृथ्वी जीवन बनाए रखने में सक्षम बनाने के लिए महत्वपूर्ण हैं की एक श्रृंखला के शामिल हैं। यह कार्बन की गति का वर्णन करता है क्योंकि यह पूरे जैवमंडल में पुनर्नवीनीकरण और पुन: उपयोग किया जाता है, साथ ही साथ दीर्घकालिक प्रक्रियाएं भीकार्बन सिंक और कार्बन सिंक से रिलीज ।

कार्बन चक्र की खोज जोसेफ प्रीस्टले और एंटोनी लावोईसियर द्वारा की गई थी , और हम्फ्री डेवी द्वारा लोकप्रिय थी ।

डीप कार्बन चक्र

हालाँकि गहरी कार्बन साइकलिंग को वायुमंडल, स्थलीय जीवमंडल, महासागर और भू-मंडल के माध्यम से कार्बन आंदोलन के रूप में अच्छी तरह से समझा नहीं गया है, लेकिन फिर भी यह एक अविश्वसनीय रूप से महत्वपूर्ण प्रक्रिया है। गहरी कार्बन चक्र पृथ्वी की सतह और वायुमंडल में कार्बन की गति से जुड़ा हुआ है। यदि प्रक्रिया मौजूद नहीं होती है, तो कार्बन वायुमंडल में बना रहेगा, जहां यह लंबे समय तक अत्यधिक उच्च स्तर पर जमा होता है। इसलिए, कार्बन को पृथ्वी पर लौटने की अनुमति देकर, गहरे कार्बन चक्र जीवन के अस्तित्व के लिए आवश्यक स्थलीय स्थितियों को बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

चित्रा महासागरीय प्लेटों के संचलन का चित्रण करता है - जो कि कार्बन यौगिकों को - मेंटल के माध्यम से ले जाते हैं
इसके अलावा, प्रक्रिया भी महत्वपूर्ण है क्योंकि कार्बन की भारी मात्रा के कारण यह ग्रह के माध्यम से स्थानांतरित होता है। वास्तव में, बेसाल्टिक मैग्मा की संरचना का अध्ययन करना और ज्वालामुखियों से कार्बन डाइऑक्साइड प्रवाह को मापने से पता चलता है कि मेंटल में कार्बन की मात्रा वास्तव में पृथ्वी की सतह पर एक हजार से अधिक है।गहरी-कार्बन कार्बन प्रक्रियाओं को पूरा करना और शारीरिक रूप से निरीक्षण करना निहायत ही मुश्किल है, जैसा कि निचले मेंटल और कोर के रूप मेंक्रमशः पृथ्वी में 660 से 2,891 किमी और 2,891 से 6,371 किमी तक गहरा है। तदनुसार, गहरी पृथ्वी में कार्बन की भूमिका के बारे में बहुत कुछ ज्ञात नहीं है। बहरहाल, सबूत के कई टुकड़े-जिनमें से कई गहरी पृथ्वी की स्थितियों की प्रयोगशाला सिमुलेशन से आते हैं - ने तत्व के आंदोलन के लिए निचले मेंटल में तंत्र को इंगित किया है, साथ ही उन रूपों को भी बताया है जो कार्बन अत्यधिक तापमान और उक्त परत के दबाव में लेता है। इसके अलावा, भूकंप विज्ञान जैसी तकनीकों ने पृथ्वी के मूल में कार्बन की संभावित उपस्थिति की अधिक समझ पैदा की है।

लोअर मेंटल में कार्बन

कार्बन मुख्यतः के रूप में विरासत में प्रवेश करती है कार्बोनेट पर अमीर अवसादों विवर्तनिक प्लेटों सागर परत की है, जो दौर से गुजर रहा पर ऊपरी आवरण में कार्बन खींच सबडक्शन । मंटल में कार्बन परिसंचरण के बारे में बहुत कुछ नहीं जाना जाता है, विशेष रूप से गहरी पृथ्वी में, लेकिन कई अध्ययनों ने कहा कि इस क्षेत्र के भीतर तत्व की गति और रूपों के बारे में हमारी समझ को बढ़ाने का प्रयास किया है। उदाहरण के लिए, 2011 के एक अध्ययन से पता चला है कि कार्बन साइकल सभी तरह के निचले हिस्से तक फैली हुई है । अध्ययन ने जूना, ब्राजील में एक साइट पर दुर्लभ, सुपर-डीप हीरे का विश्लेषण किया , यह निर्धारित करते हुए कि हीरे के कुछ निष्कर्षों की थोक रचना बेसाल्ट पिघलने के अपेक्षित परिणाम से मेल खाती है।निचले मेंटल तापमान और दबाव के तहत क्रायटैलिसाइजेशन ।इस प्रकार, जांच के निष्कर्षों से संकेत मिलता है कि बेसाल्टिक महासागरीय लिथोस्फीयर के टुकड़े कार्बन से पृथ्वी के गहरे इंटीरियर के लिए सिद्धांत परिवहन तंत्र के रूप में कार्य करते हैं। ये अवक्षेपित कार्बोनेट निचले मेंटल सिलिकेट्स के साथ अंतःक्रिया कर सकते हैं , अंत में पाए जाने वाले सुपर-डीप हीरे जैसे।

कार्बन टेट्राहेड्रियम के आरेख ऑक्सीजन से बंधे हैं
हालांकि, हीरे को बनाने के अलावा, निचले मेंटल एनकाउंटर में अन्य कार्बेट्स उतरते हैं। 2011 में, कार्बोनेट्स पृथ्वी के 1800 किमी की गहराई वाले वातावरण के समान थे, जो कि निचली केंचुली के भीतर थे। ऐसा करने से मैग्नेसाइट , साइडराइट और ग्रेफाइट की कई किस्में तैयार हुईं ।अन्य प्रयोग-साथ ही पेट्रोलॉजिकल अवलोकन-इस दावे का समर्थन करते हैं, यह दर्शाता है कि मैग्नेसाइट वास्तव में मेंटल के अधिकांश भाग में सबसे स्थिर कार्बोनेट चरण है। यह काफी हद तक इसके उच्च पिघलने वाले तापमान का परिणाम है।नतीजतन, वैज्ञानिकों ने निष्कर्ष निकाला है कि कार्बोनेट्स की कमी से गुजरना पड़ता हैचूंकि वे ऑक्सीजन की कम तीव्रता वाले वातावरण से गहराई पर स्थिर होने से पहले मेंटल में उतरते हैं। मैग्नीशियम, लोहा और अन्य धातु यौगिक पूरी प्रक्रिया में बफर के रूप में कार्य करते हैं। ग्रेफाइट जैसे कार्बन के कम, प्राथमिक रूपों की उपस्थिति से संकेत मिलता है कि कार्बन यौगिक कम हो गए हैं क्योंकि वे मेंटल में उतरते हैं।

बहरहाल, यह उल्लेखनीय है कि बहुरूपता पृथ्वी के भीतर विभिन्न गहराई पर कार्बोनेट यौगिकों की स्थिरता को बदल देता है। वर्णन करने के लिए, प्रयोगशाला सिमुलेशन और घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत गणनाओं से पता चलता है कि कोर-मेंटल सीमा के निकट गहराई तक टेट्राहेड्रली समन्वित कार्बोनेट सबसे अधिक स्थिर हैं ।२०१५ के एक अध्ययन से संकेत मिलता है कि निम्न मेंटल के उच्च दबाव के कारण कार्बन बॉन्ड २ से लेकर ३ हाइब्रिड ऑर्बिटल्स में परिवर्तित हो जाते हैं , जिसके परिणामस्वरूप कार्बन टेट्राहेड्रली ऑक्सीजन से जुड़ जाता है। सीओ ३ त्रिकोणीय समूह पॉलीमरसेबल नेटवर्क नहीं बना सकते हैं, जबकि टेट्राहेड्रल सीओ 4 कार्बन के समन्वय संख्या में वृद्धि का संकेत दे सकता है , और इसलिए निचले मेंटल में कार्बोनेट यौगिकों के गुणों में भारी बदलाव होता है। एक उदाहरण के रूप में, प्रारंभिक सैद्धांतिक अध्ययनों से पता चलता है कि उच्च दबाव कार्बोनेट पिघल चिपचिपाहट को बढ़ाने का कारण बनता है; इसकी बढ़ी हुई चिपचिपाहट के परिणामस्वरूप मेल्ट्स की कम गतिशीलता पिघल में कार्बन की बड़ी मात्रा का कारण बनती है।

तदनुसार, कार्बन लंबे समय तक निचले मेंटल में रह सकता है, लेकिन कार्बन की बड़ी सांद्रता अक्सर लिथोस्फीयर में अपना रास्ता खोज लेती है। कार्बन आउटगैसिंग नामक यह प्रक्रिया, विघटित पिघलने के साथ-साथ कार्बोनेटेड मेंटल का परिणाम है, साथ ही मेंटल प्लम्स कार्बन यौगिकों को क्रस्ट की ओर ले जाते हैं।कार्बन अपने ज्वालामुखीय हॉटस्पॉट्स की ओर चढ़ाई पर ऑक्सीकृत होता है, जहां बाद में इसे सीओ २ के रूप में छोड़ा जाता है । ऐसा इसलिए होता है कि कार्बन परमाणु ऐसे क्षेत्रों में क्षरण के आधार पर ऑक्सीकरण अवस्था से मेल खाता है।

कोर

कतरनी तरंग के विश्लेषण ने कोर में कार्बन के अस्तित्व के बारे में ज्ञान के विकास में एक अभिन्न भूमिका निभाई है

यद्यपि पृथ्वी के कोर में कार्बन की उपस्थिति अच्छी तरह से विवश है, हाल के अध्ययनों का सुझाव है कि इस क्षेत्र में कार्बन के बड़े आविष्कार संग्रहीत किए जा सकते हैं। भीतरी कोर से गुजरने वाली शियर (एस) तरंगें लौह-युक्त मिश्र धातुओं के लिए अपेक्षित वेग के लगभग पचास प्रतिशत पर पहुंचती हैं। क्योंकि कोर की संरचना को क्रिस्टलीय लोहे की मिश्र धातु और निकेल की एक छोटी मात्रा माना जाता है, यह भूकंपीय विसंगति कोर में कार्बन सहित प्रकाश तत्वों की उपस्थिति को इंगित करता है।वास्तव में, का उपयोग करते हुए पढ़ाई हीरा निहाई कोशिकाओं पृथ्वी के केंद्र में स्थिति को दोहराने के लिए संकेत मिलता है कि लोहे कार्बाइड (Fe 7 सी 3) आंतरिक कोर की तरंग गति और घनत्व से मेल खाता है। इसलिए, आयरन कार्बाइड मॉडल एक सबूत के रूप में काम कर सकता है कि कोर पृथ्वी के कार्बन का 67% हिस्सा है।इसके अलावा, एक अन्य अध्ययन में पाया गया कि पृथ्वी के आंतरिक कोर के दबाव और तापमान की स्थिति में, कार्बन लोहे में घुल गया और उसी Fe 3 C ३ रचना के साथ एक स्थिर चरण का गठन किया गया - जो पहले बताई गई एक अलग संरचना के साथ था।संक्षेप में, हालांकि पृथ्वी के कोर में संग्रहीत कार्बन की मात्रा ज्ञात नहीं है, हाल के अध्ययनों से संकेत मिलता है कि लोहे के कार्बाइड की उपस्थिति कुछ भूभौतिकीय टिप्पणियों की व्याख्या कर सकती है।