معلومة

هل من الممكن أن يكون لدينا آلية لاستخدام ثاني أكسيد الكربون كمصدر للأكسجين في جسم الإنسان؟

هل من الممكن أن يكون لدينا آلية لاستخدام ثاني أكسيد الكربون كمصدر للأكسجين في جسم الإنسان؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هل من الممكن فصل O2 من CO2 واستخدامه للطاقة في الإنسان؟ لماذا يمكن للنباتات وليس البشر أن يفعلوا ذلك؟


يتم توليد معظم الطاقة لدى البشر عن طريق تقليل O2 إلى الماء وثاني أكسيد الكربون2باستخدام شيء مثل السكر أو الدهون. تحويل CO2 إلى أكسجين يتطلب طاقة ، وليس توليدها.

النباتات لديها آليات لتحويل ثاني أكسيد الكربون2 إلى أكسجين ، لكنهم يستخدمون الضوء كمدخل طاقة إضافي لدفع عملية تكلفة الطاقة هذه.


دورة الكربون

دورة الكربون هي العملية التي يتم فيها إعادة تدوير ذرات الكربون مرارًا وتكرارًا على الأرض. تتم إعادة تدوير الكربون داخل المحيط الحيوي لـ Earth & # x0027s وبين الكائنات الحية والبيئة غير الحية. نظرًا لأن الإمداد المستمر بالكربون ضروري لجميع الكائنات الحية ، فإن دورة الكربون هي الاسم الذي يطلق على العمليات المختلفة التي تنقل الكربون من واحد إلى آخر. تتكون الدورة الكاملة من & # x0022sources & # x0022 التي تعيد الكربون إلى البيئة و & # x0022sinks & # x0022 التي تمتص الكربون وتخزنه.


الدورات البيوجيوكيميائية

هناك أنواع قليلة من الذرات التي يمكن أن تكون جزءًا من نبات يومًا ما ، وحيوانًا في اليوم التالي ، ثم تنتقل في اتجاه مجرى النهر كجزء من مياه النهر في اليوم التالي. يمكن أن تكون هذه الذرات جزءًا من الكائنات الحية مثل النباتات والحيوانات ، وكذلك الكائنات غير الحية مثل الماء والهواء وحتى الصخور. يتم إعادة تدوير نفس الذرات مرارًا وتكرارًا في أجزاء مختلفة من الأرض. يُعرف هذا النوع من دورة الذرات بين الكائنات الحية وغير الحية بالدورة البيوجيوكيميائية.

كل الذرات التي تشكل اللبنات الأساسية للكائنات الحية هي جزء من الدورات البيوجيوكيميائية. أكثر هذه الدورات شيوعًا هي دورات الكربون والنيتروجين.

يمكن لذرات الكربون والنيتروجين الصغيرة أن تتحرك حول الكوكب من خلال هذه الدورات. على سبيل المثال ، يتم امتصاص ذرة من الكربون من الهواء إلى مياه المحيط حيث يتم استخدامها بواسطة القليل من العوالق العائمة التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي للحصول على التغذية التي تحتاجها. هناك احتمال أن تصبح ذرة الكربون الصغيرة جزءًا من الهيكل العظمي للعوالق ، أو جزءًا من الهيكل العظمي للحيوان الأكبر الذي يأكلها ، ثم جزءًا من صخرة رسوبية عندما تموت الكائنات الحية وتُترك العظام فقط. قد يتم الاحتفاظ بالكربون الذي هو جزء من الصخور وأنواع الوقود الأحفوري مثل النفط والفحم والغاز الطبيعي بعيدًا عن بقية دورة الكربون لفترة طويلة. تسمى أماكن التخزين طويلة الأجل هذه "أحواض". عندما يتم حرق الوقود الأحفوري ، يتم إرسال الكربون الموجود تحت الأرض إلى الهواء كثاني أكسيد الكربون ، وهو غاز دفيئة.

في الآونة الأخيرة ، تسبب الناس في تغيير هذه الدورات البيوجيوكيميائية. عندما نقطع الغابات ، ونصنع المزيد من المصانع ، ونقود المزيد من السيارات التي تحرق الوقود الأحفوري ، تتغير الطريقة التي يتحرك بها الكربون والنيتروجين حول الأرض. تضيف هذه التغييرات المزيد من غازات الاحتباس الحراري في غلافنا الجوي وهذا يسبب تغير المناخ.

دورة الكربون

عنصر الكربون هو جزء من مياه البحر والغلاف الجوي والصخور مثل الحجر الجيري والفحم والتربة وكذلك جميع الكائنات الحية. على كوكبنا الديناميكي ، يمكن للكربون الانتقال من أحد هذه العوالم إلى أخرى كجزء من دورة الكربون.

  • ينتقل الكربون من الغلاف الجوي إلى النباتات. في الغلاف الجوي ، يرتبط الكربون بالأكسجين في غاز يسمى ثاني أكسيد الكربون (CO2). من خلال عملية التمثيل الضوئي ، يتم سحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء لإنتاج الغذاء المصنوع من الكربون لنمو النبات.
  • ينتقل الكربون من النباتات إلى الحيوانات. من خلال سلاسل الغذاء ، ينتقل الكربون الموجود في النباتات إلى الحيوانات التي تأكلها. الحيوانات التي تأكل حيوانات أخرى تحصل على الكربون من طعامها أيضًا.
  • ينتقل الكربون من النباتات والحيوانات إلى التربة. عندما تموت النباتات والحيوانات ، تتحلل أجسامها وأخشابها وأوراقها مما يؤدي إلى وصول الكربون إلى الأرض. البعض مدفون وسيصبح وقودًا أحفوريًا في ملايين وملايين السنين.
  • ينتقل الكربون من الكائنات الحية إلى الغلاف الجوي. في كل مرة تقوم فيها بالزفير ، تقوم بإطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) في الغلاف الجوي. تحتاج الحيوانات والنباتات إلى التخلص من غاز ثاني أكسيد الكربون من خلال عملية تسمى التنفس.
  • ينتقل الكربون من الوقود الأحفوري إلى الغلاف الجوي عند حرق الوقود. عندما يحرق البشر الوقود الأحفوري في مصانع الطاقة ومحطات الطاقة والسيارات والشاحنات ، فإن معظم الكربون يدخل بسرعة إلى الغلاف الجوي كغاز ثاني أكسيد الكربون. كل عام ، يتم إطلاق خمسة مليارات ونصف مليار طن من الكربون عن طريق حرق الوقود الأحفوري. من هذه الكمية الهائلة ، يبقى 3.3 مليار طن في الغلاف الجوي. يذوب معظم الباقي في مياه البحر.
  • ينتقل الكربون من الغلاف الجوي إلى المحيطات. تمتص المحيطات والمسطحات المائية الأخرى بعض الكربون من الغلاف الجوي. يذوب الكربون في الماء.

ثاني أكسيد الكربون هو أحد غازات الدفيئة ويحبس الحرارة في الغلاف الجوي. بدونها وغيرها من غازات الدفيئة ، ستكون الأرض عالمًا متجمدًا. ولكن منذ بداية الثورة الصناعية قبل حوالي 150 عامًا ، أحرق البشر الكثير من الوقود وأطلقوا الكثير من ثاني أكسيد الكربون في الهواء ، مما أدى إلى ارتفاع المناخ العالمي أكثر من درجة فهرنهايت. لم يحتفظ الغلاف الجوي بهذا القدر من الكربون لما لا يقل عن 420 ألف عام وفقًا لبيانات من قلب الجليد. إن الزيادة الأخيرة في كميات غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون لها تأثير كبير على ارتفاع درجة حرارة كوكبنا.

يتحرك الكربون عبر كوكبنا على مدى فترات زمنية أطول أيضًا. على سبيل المثال ، على مدى ملايين السنين تجوية الصخور على الأرض يمكن أن تضيف الكربون إلى المياه السطحية التي تتدفق في النهاية إلى المحيط. على مدى فترات زمنية طويلة ، تتم إزالة الكربون من مياه البحر عندما تتجمع أصداف وعظام الحيوانات البحرية والعوالق في قاع البحر. هذه الأصداف والعظام مصنوعة من الحجر الجيري الذي يحتوي على الكربون. عندما تترسب في قاع البحر ، يتم تخزين الكربون من بقية دورة الكربون لبعض الوقت. تعتمد كمية الحجر الجيري المودعة في المحيط إلى حد ما على كمية المحيطات الدافئة والاستوائية والضحلة على الكوكب لأن هذا هو المكان الذي تعيش فيه الكائنات الحية المنتجة للحجر الجيري مثل الشعاب المرجانية. يمكن إطلاق الكربون مرة أخرى إلى الغلاف الجوي إذا انصهر الحجر الجيري أو تحول في منطقة الاندساس.

دورة النيتروجين

النيتروجين عنصر موجود في كل من الجزء الحي من كوكبنا والأجزاء غير العضوية من نظام الأرض. يتحرك النيتروجين ببطء خلال الدورة ويتم تخزينه في الخزانات مثل الغلاف الجوي والكائنات الحية والتربة والمحيطات على طول الطريق.

معظم النيتروجين الموجود على الأرض موجود في الغلاف الجوي. ما يقرب من 80٪ من الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي للأرض تتكون من ذرتين من النيتروجين مرتبطة ببعضها البعض (N2). تحتاج جميع النباتات والحيوانات إلى النيتروجين لصنع الأحماض الأمينية والبروتينات والحمض النووي ، لكن النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي ليس بالشكل الذي يمكنهم استخدامه. يمكن أن تصبح جزيئات النيتروجين الموجودة في الغلاف الجوي قابلة للاستخدام للكائنات الحية عندما تتفكك أثناء ضربات الصواعق أو الحرائق ، أو بسبب أنواع معينة من البكتيريا ، أو بسبب البكتيريا المرتبطة بالنباتات البقولية. تحصل النباتات الأخرى على النيتروجين الذي تحتاجه من التربة أو الماء الذي تعيش فيه في الغالب على شكل نترات غير عضوية (NO3-). النيتروجين عامل مقيد لنمو النبات. تحصل الحيوانات على النيتروجين الذي تحتاجه عن طريق استهلاك النباتات أو الحيوانات الأخرى التي تحتوي على جزيئات عضوية تتكون جزئيًا من النيتروجين. عندما تموت الكائنات الحية ، تتحلل أجسامها مما يجلب النيتروجين إلى التربة على الأرض أو في المحيطات. عندما تتحلل النباتات والحيوانات الميتة ، يتم تحويل النيتروجين إلى أشكال غير عضوية مثل أملاح الأمونيوم (NH4 +) من خلال عملية تسمى التمعدن. يتم امتصاص أملاح الأمونيوم على الطين في التربة ثم يتم تغييرها كيميائيًا بواسطة البكتيريا إلى نتريت (NO2-) ثم نترات (NO3-). النترات هو الشكل الذي تستخدمه النباتات بشكل شائع. يذوب بسهولة في الماء ويتسرب من نظام التربة. يمكن إرجاع النترات المذابة إلى الغلاف الجوي بواسطة بكتيريا معينة من خلال عملية تسمى نزع النتروجين.

تسبب بعض الإجراءات التي يقوم بها البشر تغييرات في دورة النيتروجين وكمية النيتروجين المخزنة في الخزانات. يمكن أن يؤدي استخدام الأسمدة الغنية بالنيتروجين إلى تحميل المغذيات في المجاري المائية القريبة حيث تغسل النترات من الأسمدة في الجداول والأحواض. تؤدي مستويات النترات المتزايدة إلى نمو النباتات بسرعة حتى تستهلك إمدادات النترات وتموت. سيزداد عدد العواشب عندما يزداد إمداد النبات ثم تُترك العواشب بدون مصدر غذاء عندما تموت النباتات. بهذه الطريقة ، ستؤثر التغييرات في إمدادات المغذيات على السلسلة الغذائية بأكملها. بالإضافة إلى ذلك ، يقوم البشر بتغيير دورة النيتروجين عن طريق حرق الوقود الأحفوري والغابات ، مما يؤدي إلى إطلاق أشكال صلبة مختلفة من النيتروجين. تؤثر الزراعة أيضًا على دورة النيتروجين. تطلق النفايات المرتبطة بتربية الماشية كمية كبيرة من النيتروجين في التربة والمياه. بنفس الطريقة ، تضيف نفايات الصرف الصحي النيتروجين إلى التربة والمياه.

النيتروجين وتلوث الهواء

ضباب دخان قبيح ، مرئي من مختبر ميسا التابع لـ NCAR ، يقع فوق وادي بولدر. (الصورة: UCAR)

يُعرف أكسيد النيتريك (NO) وثاني أكسيد النيتروجين (NO2) معًا باسم أكاسيد النيتروجين. تساهم أكاسيد النيتروجين في مشكلة تلوث الهواء ، حيث تلعب دورًا في تكوين كل من الضباب الدخاني والأمطار الحمضية. يتم إطلاقها في الغلاف الجوي للأرض عن طريق المصادر الطبيعية والتي من صنع الإنسان.

أكسيد النيتريك غاز عديم اللون وقابل للاشتعال وله رائحة خفيفة. ثاني أكسيد النيتروجين هو غاز أحمر برتقالي عميق سام ولكنه غير قابل للاشتعال. إنه ، إلى جانب الهباء الجوي ، مسؤول عن اللون البني المحمر للضباب الدخاني. في حالة التركيزات العالية يكون شديد السمية ويمكن أن يسبب تلفًا خطيرًا في الرئة. ثاني أكسيد النيتروجين عامل مؤكسد قوي ، وبالتالي فهو شديد التفاعل مع المركبات الأخرى.

يقدر العلماء أن ما بين 20 و 90 مليون طن من أكاسيد النيتروجين تنتج بشكل طبيعي كل عام من مصادر مثل البراكين والمحيطات والانحلال البيولوجي وضربات الصواعق. تضيف الأنشطة البشرية 24 مليون طن أخرى من أكاسيد النيتروجين إلى غلافنا الجوي سنويًا.

يتكون كل من NO و NO2 أثناء الاحتراق بدرجة حرارة عالية في الغلاف الجوي ، عندما يتحد الأكسجين مع النيتروجين. تعتبر غازات عوادم السيارات والشاحنات من المصادر الرئيسية لأكاسيد النيتروجين ، وكذلك الانبعاثات من محطات توليد الطاقة الكهربائية. يحتوي عادم السيارات على NO أكثر من NO2 ، ولكن بمجرد إطلاق NO في الغلاف الجوي ، فإنه يتحد بسرعة مع الأكسجين في الهواء لتكوين NO2.

أكاسيد النيتروجين مسؤولة جزئيًا على الأقل عن عدة أنواع من تلوث الهواء. يضفي ثاني أكسيد النيتروجين لونه على الضباب البني المحمر الذي نسميه الضباب الدخاني. ينتج التفكك الضوئي لثاني أكسيد النيتروجين عن طريق أشعة الشمس أكسيد النيتريك والأوزون في طبقة التروبوسفير ، وهو عنصر آخر من مكونات الضباب الدخاني. تقوم سلسلة من التفاعلات الكيميائية بتحويل المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) إلى مواد تتحد مع ثاني أكسيد النيتروجين لإنتاج PAN (نترات البيروكسياتيل) ، وهو عنصر آخر في الضباب الدخاني. يتفاعل ثاني أكسيد النيتروجين الموجود في الهواء أيضًا مع بخار الماء لتكوين حمض النيتريك ، وهو أحد أنواع الحمض في المطر الحمضي. تركيز أكسيد النيتريك في الهواء غير الملوث حوالي 0.01 جزء في المليون. في الضباب الدخاني ، يرتفع التركيز عشرين ضعفًا إلى حوالي 0.2 جزء في المليون.

على الرغم من أن أكاسيد النيتروجين قد اكتسبت تمييزًا مشكوكًا فيه كملوثات ، إلا أنها تستخدم أيضًا بشكل مفيد في بعض العمليات الصناعية. يتم تصنيع أكسيد النيتريك على نطاق واسع ، ويستخدم لاحقًا في صنع حمض النيتريك (HNO3). لإنشاء أكسيد النيتريك للاستخدامات الصناعية ، يقوم الكيميائيون بدمج الأمونيا (NH3) مع الأكسجين (O2) ، وإطلاق الماء (H2O) كمنتج ثانوي. تُستخدم مركبات النيتروجين المشتقة من حمض النيتريك في إنتاج الأسمدة الكيماوية والمتفجرات والمواد المفيدة الأخرى.


كيف يتم إخراج ثاني أكسيد الكربون من الجسم؟

قد تعلم بالفعل أن ثاني أكسيد الكربون بتركيزات عالية سام بالنسبة لنا. لذلك ، يجب إزالته / إفرازه بشكل مناسب من داخل الجسم.

يتم تحقيق ذلك من خلال ثلاث عمليات بيولوجية رئيسية: تذوب جزيئات ثاني أكسيد الكربون مباشرة في الدم ، أو ترتبط بالبروتينات (خاصة الهيموجلوبين في الدم) ، أو يتم تخزينها بالماء مثل حمض الكربونيك (جزء من نظام عازلة البيكربونات). بالنسبة لنطاق هذه المقالة ، نحن مهتمون أكثر بالطريقتين الأوليين.


ما هو التخثث؟

يبدو أن متصفحك لا يدعم فيديو HTML5. إليك رابط مباشر للفيديو بدلاً من ذلك.

فيديو: ما هو التخثث؟ هذه نظرة عامة في دقيقة واحدة. كشف الدرجات

التخثث كلمة كبيرة تصف مشكلة كبيرة في مصبات الأنهار في البلاد. إن تكاثر الطحالب الضارة والمناطق الميتة ونفوق الأسماك هي نتائج عملية تسمى التخثث - والتي تحدث عندما تصبح البيئة غنية بالمغذيات ، مما يزيد من كمية نمو النباتات والطحالب في مصبات الأنهار والمياه الساحلية.

خمسة وستون في المائة من مصبات الأنهار والمياه الساحلية في الولايات المتحدة المتاخمة التي تمت دراستها من قبل الباحثين تتدهور بشكل معتدل إلى شديد بسبب مدخلات المغذيات المفرطة. تؤدي المغذيات الزائدة إلى تكاثر الطحالب والمياه منخفضة الأكسجين (نقص الأكسجين) التي يمكن أن تقتل الأسماك والأعشاب البحرية وتقليل موائل الأسماك الأساسية. العديد من مصبات الأنهار هذه تدعم أيضًا تجمعات الرخويات ذات الصدفتين (مثل المحار والبطلينوس والاسقلوب) ، مما يقلل بشكل طبيعي من العناصر الغذائية من خلال أنشطة التغذية بالترشيح.

يؤدي التخثث إلى حدوث تفاعل متسلسل في النظام البيئي ، يبدأ بوفرة من الطحالب والنباتات. تتحلل الطحالب الزائدة والمواد النباتية في النهاية ، وتنتج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. هذا يقلل من الرقم الهيدروجيني لمياه البحر ، وهي عملية تعرف باسم تحمض المحيطات. يؤدي التحمض إلى إبطاء نمو الأسماك والمحار ويمكن أن يمنع تكوين الصدفة في الرخويات ذات الصدفتين. هذا يؤدي إلى انخفاض المصيد لمصايد الأسماك التجارية والترفيهية ، مما يعني محاصيل أصغر ومأكولات بحرية باهظة الثمن.

هل كنت تعلم؟

في سبتمبر 2017 ، أعلن حاكم نيويورك أندرو م. كومو عن جهود بقيمة 10.4 مليون دولار لتحسين جودة المياه في لونغ آيلاند وتعزيز اقتصادات ومرونة المجتمعات الساحلية من خلال استعادة مجموعات المحار الأصلية إلى المياه الساحلية. تخطط الولاية لإنشاء خمسة مواقع محميات جديدة في مقاطعتي سوفولك وناساو لزرع بذور المحار والمحار ، وتوسيع مفرخات المحار العامة في المقاطعتين من خلال برنامج منح مخصص. كان للتغذيات تأثيرات اقتصادية كبيرة على لونج آيلاند ساوند ، حيث خسرت مصايد القواقع التجارية ملايين الدولارات سنويًا منذ عام 1985. وتشير التوقعات الأخيرة إلى أنه بدون تدخل ، يمكن أن يفقد الصوت جميع أعشابه البحرية بحلول عام 2030 ، وأن ثلثي الصوت يمكن أن تفتقر إلى ما يكفي من الأوكسجين للأسماك للبقاء على قيد الحياة.

في السنوات الأخيرة ، قامت المراكز الوطنية لعلوم المحيطات الساحلية (NCCOS) التابعة للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) ، بالتعاون مع مركز علوم شمال شرق مصايد الأسماك التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) ، بتجنيد السكان الأصليين في مصبات الأنهار ، أي الرخويات ذات الصدفتين ، للمساعدة في إبطاء عملية التخثث ، وفي بعض الحالات ، عكسها. ، لأنها تزيل العناصر الغذائية بكفاءة من الماء لأنها تتغذى على العوالق النباتية والمخلفات.

أظهر مشروع نمذجة رائد في Long Island Sound أن صناعة تربية الأحياء المائية للمحار في ولاية كونيتيكت توفر 8.5 - 23 مليون دولار سنويًا من فوائد تقليل المغذيات. أظهر المشروع أيضًا أن التوسع المعقول في تربية الأحياء المائية للمحار يمكن أن يوفر قدرًا كبيرًا من تقليل المغذيات مثل الاستثمار المماثل البالغ 470 مليون دولار في تدابير تقليل المغذيات التقليدية ، مثل تحسين معالجة مياه الصرف الصحي وأفضل ممارسات الإدارة الزراعية.

استخدم علماء الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) أدوات نمذجة الاستزراع المائي لإثبات أن تربية المحار المائية تُقارن بشكل إيجابي مع استراتيجيات إدارة المغذيات الحالية من حيث كفاءة إزالة المغذيات وتكلفة التنفيذ. وقد أدى توثيق فوائد جودة المياه التي يوفرها استزراع المحار إلى زيادة قبول المجتمعات والهيئات التنظيمية لاستزراع المحار ، ليس فقط في ولاية كونيتيكت ولكن في جميع أنحاء البلاد. في خليج تشيسابيك ، على سبيل المثال ، تشمل سياسات إزالة المغذيات حصاد أنسجة المحار كطريقة معتمدة ، وفي خليج ماشبي بولاية ماساتشوستس ، تعتبر زراعة المحار والمحار والحصاد جزءًا من خطة إدارة المغذيات الرسمية.


تتحدى التوقعات

لمحاولة فهم حدود الكربون في المحيطات ، يقيس Feely وبقية مجتمع علم المحيطات الكربون الذائب ودرجة الحموضة في المحيطات. يقومون بفحص درجة الحرارة والقلوية والملوحة ، ويسجلون وجود مواد التتبع مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية أو الهيليوم لمعرفة آخر مرة تعرضت فيها المياه للغلاف الجوي. بحلول نهاية الرحلة البحرية النموذجية ، سيكونون قد جمعوا 50000 قياس أو أكثر. وبعد ذلك يخرجون في العام التالي ليكرروه مرة أخرى ، وقد فعلوا ذلك لأكثر من ثلاثة عقود.

& # 8220 عندما بدأنا في السبعينيات والثمانينيات ، كان لدينا هذا المفهوم: نحن & # 8217 سنقيس [تركيزات ثاني أكسيد الكربون في المحيط] بعد 10 سنوات ، وسنرى المدخلات البشرية ، & # 8221 يقول Feely. & # 8220 كانت لدينا أفكار مبسطة للغاية مفادها أن التغييرات البشرية ستكون هي التغييرات الوحيدة التي سنراها ، & # 8221 يضيف بعض الأسف.

رأى Feely وزملاؤه تغييرات ، لكنهم لم يكونوا & # 8217t على الإطلاق التغييرات التي توقعوها. لقد ارتفعت تركيزات الكربون في المحيط مع الارتفاع الصاروخي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، ولكن في عام 2006 ، أعلن فيلي والعديد من الزملاء أن المحيط الهادئ الاستوائي بدا وكأنه ينفث ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بين عامي 1997 و 2004 أكثر مما كان عليه في السنوات السابقة. وفي عام 2007 ، أفاد أوت شوستر وأندرو واتسون ، عالما المحيطات من جامعة إيست أنجليا ، أن كمية الكربون التي امتصها شمال المحيط الأطلسي قد انخفضت بمقدار ضعفين بين عامي 1994 و 2005. يبدو أن المحيط ، أو أجزاء منه ، أن تمتص كمية أقل وليس أكثر من الكربون.

هل كان المحيط مقسمًا إلى طبقات بالفعل ، مما يؤدي إلى إبطاء معدل امتصاصه للكربون؟ اعتقد شوستر وواتسون أنهما رأيا التقسيم الطبقي في العمل في شمال المحيط الأطلسي ، لكن الانخفاض في كمية الكربون الذي يتم امتصاصه كان أكبر من أن يعمل الاحترار العالمي بمفرده. خلال العقد الذي قام فيه شوستر وواتسون بملاحظاتهما ، تغير نمط طقس واسع النطاق ، يسمى تذبذب شمال الأطلسي.

مثل El Ni & ntildeo في المحيط الهادئ ، يغير تذبذب شمال الأطلسي (NAO) الطقس على نطاق واسع. يقول واطسون إنه في أوائل التسعينيات ، جلب تذبذب شمال الأطلسي رياحًا أقوى وأكثر تواترًا إلى المناطق الشمالية من شمال المحيط الأطلسي خلال فصل الشتاء. حركت الرياح المحيط ، ودسّت المياه السطحية المحملة بثاني أكسيد الكربون وسحب المياه غير المشبعة إلى السطح ، مما أدى في الواقع إلى زيادة معدل امتصاص شمال الأطلسي للكربون. بحلول عام 2000 ، تحول تذبذب شمال الأطلسي ، مما أدى إلى تهدئة الرياح والسماح للمياه الدافئة بالتوسع شمالًا. أدى هذان التغييران إلى زيادة التقسيم الطبقي في شمال المحيط الأطلسي وأبطأ امتصاص الكربون بين عامي 1994 و 2005 ، كما يقول واطسون.

عالم يستخدم شعلة لإغلاق أمبولات زجاجية تحتوي على غازات مذابة مستخرجة من مياه البحر. تم جمع عشرات الآلاف من العينات خلال رحلات تقلب المناخ والتنبؤ به. فوجئ العلماء عندما كشفت عقود من أخذ العينات عن وجود علاقة معقدة بين انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من صنع الإنسان ، والتغيرات الدورية في المناخ ، ودورة الكربون المحيطية. (صورة فوتوغرافية ونسخة 2008 بريت لونغوورث.)

في المحيط الهادئ ، تتبع Feely زيادة التنفيس عند خط الاستواء إلى تحول في نمط طبيعي آخر. التذبذب العقدي للمحيط الهادئ هو نمط مناخي يمتد لعقود طويلة يعمل على تدفئة المحيطات وتبريده بالتناوب. & # 8220 عندما ينتقل التذبذب العقدي للمحيط الهادئ إلى مرحلته الباردة ، تحصل على رياح أقوى ومياه صاعدة أقوى ، & # 8221 يقول Feely.

في أوائل التسعينيات ، كان تذبذب شمال الأطلسي إيجابيًا بقوة (أشرطة خضراء) خلال فصل الشتاء. في منتصف التسعينيات ، أصبح نمط المناخ أكثر تقلبًا ، لكنه كان سالبًا بشكل عام. أدت الرياح المنخفضة وارتفاع درجات الحرارة في شمال المحيط الأطلسي إلى إبطاء امتصاص الكربون. (رسم بياني لروبرت سيمون ، بناءً على بيانات NCAR).

المحيط لا يمتص الكربون بشكل موحد. يتنفس ويستنشق ويزفر ثاني أكسيد الكربون. بالإضافة إلى التيارات التي تحركها الرياح والتي تحرك مركز أحواض المحيطات برفق (المياه التي تكون محدودة للغاية بسبب التقسيم الطبقي) ، فإن المحيط الطبيعي والدوران الواسع النطاق يسحب المياه العميقة إلى السطح هنا وهناك. بعد جمع الكربون على مدى مئات السنين ، تعمل هذه المياه المتدفقة من أعماق المياه على إخراج ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي مثل الدخان المتسرب عبر مدخنة. يبدو أن التدفق الأقوى الناتج عن المرحلة الباردة من التذبذب العقدي للمحيط الهادئ قد عزز حجم المدخنة وسمح لمزيد من الكربون بالهروب إلى الغلاف الجوي.

في منطقة المحيط الهادئ الاستوائية ، زادت تنفيس ثاني أكسيد الكربون بين عامي 1997 و 2004. وتزامن ذلك مع تحول في التذبذب العقدي للمحيط الهادئ (PDO) من الطور الدافئ (الموجب) إلى الطور البارد (السلبي) ، حيث تهب الرياح وتدفق المياه العميقة. أقوى. يوضح الرسم البياني قيم مؤشر PDO كمتوسطات لمدة سنة واحدة (خط) ومتوسط ​​خمس سنوات (مظلل). (رسم بياني لروبرت سيمون ، بناءً على بيانات JIASO.)

بعد 30 عامًا من القياسات ، يدرك مجتمع الكربون في المحيط أن تتبع التغيرات التي يسببها الإنسان في المحيط ليس بالسهولة التي كانوا يعتقدون أنها ستكون. لم يكن الأمر مجرد مسألة قياس التغيرات في تركيزات الكربون في المحيط بمرور الوقت لأن دورة الكربون الطبيعية في المحيط تبين أنها أكثر تنوعًا مما كانوا يتصورون. & # 8220 اكتشفنا أن العمليات الطبيعية تلعب دورًا مهمًا لدرجة أن الإشارات التي تولدها يمكن أن تكون كبيرة أو أكبر من الإشارة البشرية المنشأ ، & # 8221 يقول Feely. & # 8220 الآن نحاول معالجة كيفية تأثير هذه التغييرات العقدية على امتصاص الكربون. بمجرد حساب هذه العمليات ، يمكننا إزالتها من مجموعة البيانات وحساب ثاني أكسيد الكربون البشري المنشأ باعتباره المتبقي. & # 8221 ولكن لتتبع الميزانية الكربونية المعقدة بشكل متزايد ، يحتاج مجتمع المحيطات إلى نماذج ومحاكاة رياضية للعالم الطبيعي .

ترتبط المحيطات العالمية بتيارات عميقة (خطوط زرقاء) وتيارات سطحية (حمراء). يدخل الكربون من الغلاف الجوي إلى أعماق المحيطات في مناطق تكوين المياه العميقة في شمال المحيط الأطلسي وبعيدا عن شواطئ شبه جزيرة أنتاركتيكا. عندما ترتفع التيارات العميقة نحو السطح ، يمكنها إطلاق & # 8220fossil & # 8221 ثاني أكسيد الكربون المخزن منذ قرون. (خريطة روبرت سيمون ، مقتبسة من IPCC 2001 و Rahmstorf 2002.)


دراسة دورة الكربون

تدور العديد من الأسئلة التي لا يزال العلماء بحاجة للإجابة عنها حول دورة الكربون حول كيفية تغيرها. يحتوي الغلاف الجوي الآن على كمية من الكربون أكثر من أي وقت مضى خلال مليوني عام على الأقل. سيتغير كل خزان في الدورة حيث يشق هذا الكربون طريقه خلال الدورة.

كيف ستبدو هذه التغييرات؟ ماذا سيحدث للنباتات مع ارتفاع درجات الحرارة وتغير المناخ؟ هل يزيلون المزيد من الكربون من الغلاف الجوي أكثر مما يعيدونه؟ هل سيصبحون أقل إنتاجية؟ ما مقدار الكربون الإضافي الذي سيضخه الجليد السرمدي الذائب في الغلاف الجوي ، وما مقدار هذا الاحترار؟ هل سيؤدي دوران المحيط أو ارتفاع درجة حرارته إلى تغيير معدل امتصاص المحيط للكربون؟ هل ستصبح حياة المحيطات أقل إنتاجية؟ ما مقدار حموضة المحيطات ، وما الآثار المترتبة على ذلك؟

تسمح السلاسل الزمنية لبيانات الأقمار الصناعية ، مثل الصور المتاحة من الأقمار الصناعية لاندسات ، للعلماء بمراقبة التغيرات في الغطاء الحرجي. يمكن أن تؤدي إزالة الغابات إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، بينما تؤدي إعادة نمو الغابات إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون2. تُظهر هذه الصور ذات الألوان الزائفة قطعًا واضحًا وإعادة نمو للغابات بين عامي 1984 و 2010 في ولاية واشنطن ، شمال شرق جبل رينييه. يتوافق اللون الأخضر الداكن مع الغابات الناضجة ، ويشير اللون الأحمر إلى الأرض العارية أو مادة نباتية ميتة (مناطق مقطوعة حديثًا) ، ويشير اللون الأخضر الفاتح إلى نمو جديد نسبيًا. (صورة ناسا بواسطة روبرت سيمون ، باستخدام بيانات لاندسات من عارض التصور العالمي USGS.)

دور ناسا و rsquos في الإجابة على هذه الأسئلة هو توفير رصدات الأقمار الصناعية العالمية والمراقبة الميدانية ذات الصلة. اعتبارًا من أوائل عام 2011 ، كان هناك نوعان من أجهزة الأقمار الصناعية يجمعان المعلومات ذات الصلة بدورة الكربون.

تقيس أدوات مقياس الطيف التصويري ذي الدقة المعتدلة (MODIS) ، التي تطير على أقمار NASA و rsquos Terra و Aqua ، كمية نباتات الكربون وتتحول العوالق النباتية إلى مادة أثناء نموها ، وهو قياس يسمى صافي الإنتاجية الأولية. تقيس مستشعرات MODIS أيضًا عدد الحرائق التي تحدث وأين تحترق.

يوفر ساتلان من القمر الصناعي لاندسات عرضًا تفصيليًا للشعاب المرجانية في المحيطات ، وما ينمو على الأرض ، وكيف يتغير الغطاء الأرضي. من الممكن رؤية نمو مدينة أو تحولها من غابة إلى مزرعة. هذه المعلومات مهمة لأن استخدام الأراضي يمثل ثلث إجمالي انبعاثات الكربون البشرية.

ستواصل الأقمار الصناعية التابعة لوكالة ناسا في المستقبل هذه الملاحظات ، وكذلك قياس ثاني أكسيد الكربون والميثان في الغلاف الجوي وارتفاع الغطاء النباتي وهيكله.

ستساعدنا كل هذه القياسات في رؤية كيف تتغير دورة الكربون العالمية بمرور الوقت. سوف يساعدوننا في قياس التأثير الذي نحدثه على دورة الكربون عن طريق إطلاق الكربون في الغلاف الجوي أو إيجاد طرق لتخزينه في مكان آخر. سوف يوضحون لنا كيف يغير مناخنا المتغير دورة الكربون ، وكيف تغير دورة الكربون المتغيرة مناخنا.

ومع ذلك ، سوف يلاحظ معظمنا التغيرات في دورة الكربون بطريقة شخصية. بالنسبة لنا ، فإن دورة الكربون هي الطعام الذي نأكله ، والكهرباء في منازلنا ، والغاز في سياراتنا ، والطقس فوق رؤوسنا. نحن جزء من دورة الكربون ، وبالتالي فإن قراراتنا بشأن كيفية عيشنا تتأرجح عبر الدورة. وبالمثل ، فإن التغييرات في دورة الكربون ستؤثر على الطريقة التي نعيش بها. نظرًا لأن كل واحد منا يفهم دوره في دورة الكربون ، فإن المعرفة تمكننا من التحكم في تأثيرنا الشخصي وفهم التغييرات التي نراها في العالم من حولنا.


تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون

تتمثل الوظيفة الأساسية للجهاز التنفسي في امتصاص الأكسجين والتخلص من ثاني أكسيد الكربون. يدخل الأكسجين المستنشق إلى الرئتين ويصل إلى الحويصلات الهوائية. طبقات الخلايا المبطنة للحويصلات الهوائية والشعيرات الدموية المحيطة بها سمك خلية واحدة فقط وتكون على اتصال وثيق مع بعضها البعض. يبلغ متوسط ​​هذا الحاجز بين الهواء والدم حوالي 1 ميكرون (1 /10,000 سم ، أو 0.000039 بوصة) في السماكة. يمر الأكسجين بسرعة عبر هذا الحاجز الهوائي الدموي إلى الدم في الشعيرات الدموية. وبالمثل ، يمر ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الحويصلات الهوائية ثم يتم الزفير.

ينتقل الدم المؤكسج من الرئتين عبر الأوردة الرئوية إلى الجانب الأيسر من القلب ، والذي يضخ الدم إلى باقي الجسم (انظر وظيفة القلب). يعود الدم الغني بثاني أكسيد الكربون الذي يعاني من نقص الأكسجين إلى الجانب الأيمن من القلب من خلال وريدين كبيرين ، الوريد الأجوف العلوي والوريد الأجوف السفلي. ثم يُضخ الدم عبر الشريان الرئوي إلى الرئتين ، حيث يلتقط الأكسجين ويطلق ثاني أكسيد الكربون.

وظيفة الجهاز التنفسي هي إضافة الأكسجين إلى الدم وإزالة ثاني أكسيد الكربون. تسمح الجدران الرقيقة المجهرية للحويصلات الهوائية للأكسجين المستنشق بالتحرك بسرعة وسهولة من الرئتين إلى خلايا الدم الحمراء في الشعيرات الدموية المحيطة. في الوقت نفسه ، ينتقل ثاني أكسيد الكربون من الدم في الشعيرات الدموية إلى الحويصلات الهوائية.

لدعم امتصاص الأكسجين وإطلاق ثاني أكسيد الكربون ، يتم إحضار حوالي 5 إلى 8 لترات (حوالي 1.3 إلى 2.1 جالون) من الهواء في الدقيقة داخل الرئتين وخارجهما ، وحوالي ثلاثة أعشار اللتر (حوالي ثلاثة أعشار من a ربع لتر) من الأكسجين من الحويصلات الهوائية إلى الدم كل دقيقة ، حتى عندما يكون الشخص في حالة راحة. في الوقت نفسه ، ينتقل حجم مماثل من ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الحويصلات الهوائية ويتم الزفير. أثناء التمرين ، من الممكن استنشاق وإخراج أكثر من 100 لتر (حوالي 26 جالونًا) من الهواء في الدقيقة واستخراج 3 لترات (أقل بقليل من 1 جالون) من الأكسجين من هذا الهواء في الدقيقة. معدل استخدام الجسم للأكسجين هو أحد مقاييس معدل الطاقة التي ينفقها الجسم. يتم التنفس والزفير عن طريق عضلات الجهاز التنفسي.

تبادل الغازات بين الفراغات السنخية والشعيرات الدموية

وظيفة الجهاز التنفسي هي تحريك غازين: الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. يحدث تبادل الغازات في ملايين الحويصلات الهوائية في الرئتين والشعيرات الدموية التي تغلفها. كما هو موضح أدناه ، ينتقل الأكسجين المستنشق من الحويصلات الهوائية إلى الدم في الشعيرات الدموية ، وينتقل ثاني أكسيد الكربون من الدم في الشعيرات الدموية إلى الهواء في الحويصلات الهوائية.


كيف يتدفق الدم من خلال رئتيك؟

بمجرد أن ينتقل الدم عبر الصمام الرئوي ، فإنه يدخل إلى رئتيك. وهذا ما يسمى بالدورة الرئوية. من الصمام الرئوي ، ينتقل الدم إلى الشريان الرئوي إلى الأوعية الشعرية الدقيقة في الرئتين.

هنا ، ينتقل الأكسجين من الأكياس الهوائية الدقيقة في الرئتين ، عبر جدران الشعيرات الدموية ، إلى الدم. في الوقت نفسه ، ينتقل ثاني أكسيد الكربون ، وهو نفايات عملية التمثيل الغذائي ، من الدم إلى الأكياس الهوائية. يخرج ثاني أكسيد الكربون من الجسم عند الزفير. بمجرد أن يتأكسج الدم ، فإنه ينتقل مرة أخرى إلى الأذين الأيسر عبر الأوردة الرئوية.


البحث من أجل صحتك

يعد NHLBI جزءًا من المعاهد الوطنية للصحة (NIH) التابعة لوزارة الصحة والخدمات الإنسانية الأمريكية - وهي وكالة أبحاث الطب الحيوي التابعة للأمة والتي تقوم باكتشافات علمية مهمة لتحسين الصحة وإنقاذ الأرواح. نحن ملتزمون بتطوير العلم وترجمة الاكتشافات إلى ممارسة سريرية لتعزيز الوقاية والعلاج من اضطرابات القلب والرئة والدم واضطرابات النوم ، بما في ذلك أمراض القلب. تعرف على جهود NHLBI الحالية والمستقبلية لتحسين الصحة من خلال البحث والاكتشاف العلمي.

تعرف على الطرق التالية التي يستمر بها NHLBI في ترجمة الأبحاث والعلوم الحالية إلى صحة أفضل للأشخاص الذين يعانون من أمراض القلب. يعد البحث حول هذا الموضوع جزءًا من التزام NHLBI الأوسع نطاقًا بتعزيز الاكتشاف العلمي لأمراض القلب والأوعية الدموية.

  • رائد في أبحاث القلب منذ فترة طويلة. لأكثر من 70 عامًا ، قاد NHLBI مكافحة أمراض القلب والأوعية الدموية. خلال هذه الفترة ، أدت الاستثمارات الثابتة وطويلة الأجل في أبحاث القلب إلى فهم أكبر لكيفية عمل القلب. هذه الأفكار الأساسية في البيولوجيا الطبيعية للقلب ضرورية لإجراء الاكتشافات الطبية الحيوية التي تعمل على تحسين صحة الأشخاص الذين يعانون من أمراض القلب والأوعية الدموية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البحث من الجهد التاريخي NHLBI ، دراسة فرامنغهام للقلب ، قد شكلت الأساس لإرشادات الوقاية من أمراض القلب والأوعية الدموية (CVD) وتعزيز الصحة والبرامج التعليمية.
  • مراجعة أدلة NHLBI المنهجية لتدخلات نمط الحياة لتقليل مخاطر القلب والأوعية الدموية. أجرى NHLBI مراجعة منهجية صارمة للأدلة على تأثير الأنماط الغذائية ، وتناول المغذيات ، ومستويات وأنواع النشاط البدني على الحد من مخاطر الأمراض القلبية الوعائية لدى البالغين. تم دمج النتائج في الإرشادات السريرية للتحكم في نسبة الكوليسترول في الدم وضغط الدم في عام 2013. قم بزيارة تدخلات أسلوب الحياة لتقليل مخاطر القلب والأوعية الدموية: مراجعة الأدلة المنهجية من مجموعة عمل لايف ستايل لمزيد من المعلومات.
  • إرشادات NHLBI لصحة القلب والأوعية الدموية والحد من المخاطر لدى الأطفال والمراهقين. نحن ندعم تطوير الدلائل الإرشادية القائمة على أحدث الأبحاث لتقييم وإدارة مخاطر إصابة الأطفال والمراهقين بأمراض القلب ، بما في ذلك زيادة الوزن والسمنة. Visit Expert Panel on Integrated Guidelines for Cardiovascular Health and Risk Reduction in Children and Adolescents: Summary Report for more information.
  • Collaborating to Improve Women's Heart Disease Awareness.The Heart Truth® is a national education program for women that raises awareness about heart disease and its risk factors, including high blood pressure. It also educates and motivates women to take action to prevent the disease. The NHLBI sponsors The Heart Truth in partnership with many national and community organizations.
  • Studying Innovations to Improve Heart and Vascular Disease Outcomes. The Cardiothoracic Surgical Trials Network (CTSN) is an international clinical research enterprise that studies heart valve disease, arrhythmias, heart failure, coronary artery disease, and the complications of surgery. The CTSN's efforts extend from early translational research to the completion of six randomized clinical trials, three large observational studies, and multiple ancillary studies with more than 14,000 participants.

Learn about some of the pioneering research contributions we have made over the years that have improved clinical care.

  • Increased risk of heart disease among American Indians. The Strong Heart Study is the largest and longest study on heart disease and its risk factors in American Indians. The study found that heart disease among American Indians has increased over the past 50 years and is now double the rate of heart disease in the general U.S. population.
  • Pioneered techniques to measure heart function. NHLBI-funded investigators pioneered a technique to measure electrical activity from the sinoatrial (SA) node, also called the pacemaker of the heart. This procedure is now used to look for problems with the SA node and to locate the SA node during surgery to avoid damaging it.
  • Environment contributes to heart disease risk. Over the past 30 years, findings from the NHLBI-funded Coronary Artery Risk Development in Young Adults (CARDIA) study have contributed substantially to our knowledge about the important roles lifestyle and environmental factors play in the development of cardiovascular disease later in life. Research from CARDIA found that living in racially segregated neighborhoods is associated with higher blood pressure among black adults, while moving away from segregated areas is associated with a decrease in blood pressure.
  • The heart helps controls blood pressure. NHLBI-funded researchers found that when blood pressure and the amount of blood in the body rises, the heart makes a hormone that does two things: it causes the blood vessels to widen, and it makes the kidneys remove more water from the blood so that blood pressure returns to normal. This discovery made it possible for doctors to use the hormone as a biomarker to help diagnose patients who have heart failure.
  • Understanding hardening of the arteries.The Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) study is investigating the causes of atherosclerosis, a disease marked by plaque buildup in the arteries, and the clinical outcomes in adults from four U.S. communities. Another goal of the study is to measure how cardiovascular risk factors, medical care, and outcomes vary by race, sex, place, and time.

In support of our mission, we are committed to advancing heart research, in part, through the following ways.

  • نحن نجري البحث. Our Division of Intramural Research (DIR) and its Cardiovascular Branch, which includes investigators from the Cell and Developmental Biology Center and the Cardiac Physiology Laboratory, perform research on the heart.
  • نحن نمول البحث. سيساعد البحث الذي نموله اليوم في تحسين صحتنا في المستقبل. Our Division of Cardiovascular Sciences oversees much of the research on the heart we fund, helping us to understand how the heart normally develops, functions, and repairs itself so that we can better prevent and treat heart conditions. The Center for Translation Research and Implementation Science translates these discoveries into clinical practice. Search the NIH RePORTer to learn about research the NHLBI is funding to improve heart health.
  • نحن نشجع الأبحاث عالية التأثير. Our Trans-Omics for Precision Medicine (TOPMed) program includes participants who have heart conditions, such as coronary artery disease and atrial fibrillation, to help us understand how genes contribute to differences in disease severity and how patients respond to treatment. The NHLBI Strategic Vision highlights ways in which we may support research over the next decade.

Learn about exciting research areas the NHLBI is exploring about the heart.


شاهد الفيديو: 16- لماذا نتنفس أكسجين و نخرج ثاني اكسيد الكربون (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Michele

    الرد السريع ، صفة العقل :)

  2. Taher

    شكرا على الشرح. لم اكن اعرف هذا.

  3. Zulusida

    أحب فكرتك. أقترح أن تأخذ بها للمناقشة العامة.

  4. Nat

    رائع ، هذا رأي مهم للغاية



اكتب رسالة