کربن (C)

کربن (C)، یک عنصر نافلز چند ظرفیتی، جزء گروه 14 جدول تناوبی، با عدد اتمی 6 و جرم مولی g/mol 12/011 است. کربن، بیش از هر عنصر دیگری در ترکیبات مختلف معدنی و آلی حضور دارد و از نظر جرمی، چهارمین عنصر فراوان جهان، بعد از هیدروژن، هلیم و اکسیژن و دهمین عنصر فراوان پوستۀ زمین است. منابع اصلی کربن عبارت اند از: کربن دیو اکسید جوّ، کربن دیو اکسید محلول در منابع آب، زیست کره، هیدروکربن ها (همچون ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی) و ذخایر معدنی (همچون سنگ آهک، دولومیت و مرمر). کربن، ماده کلان مغذی برای تمام جانداران است.

کربن در آب در گونه های معدنی (کربن دیوکسید محلول، کربنیک اسید، کربنات و بی کربنات) و مواد آلی حضور دارد. در اکوسیستم های آبی، گونه های مختلف کربن، به طور طبیعی به یکدیگر تبدیل شده و چرخۀ کربن را تشکیل می دهند.

چرخۀ کربن

از فرایندهای اصلی و مهم چرخۀ کربن، فوتوسنتز است که در آن، به طور بیولوژیکی، انرژی نوری به انرژی شیمیایی تبدیل می شود. مواد اولیه برای فوتوسنتز عبارت اند از: کربن دیوکسید، مواد مغذی، آب و انرژی نوری. فراورده های نهایی فوتوسنتز عبارت اند از: کربوهیدارات ها (همچون سوکروز، گلوکوز و نشاسته) و اکسیژن مولکولی. در فوتوسنتز، معمولاً نور خورشید، منیع انرژی است؛ به طوری که کلروفیل و دیگر رنگ دانه های موجودات فوتوسنتزی، انرژی نوری را جذب و آن را برای کاهیدن (احیا) کربن دیوکسید به کربن آلی به کار می برند. به فرایند بیولوژیکی تبدیل کربن معدنی به کربن آلی، تثبیت کربن گفته می شود. موجودات فوتوسنتزی، کربن آلی حاصل از تثبیت کربن را برای سنتز زیست توده یا برای سوخت در تنفس به کار می برند. در نتیجۀ تنفس موجودات فوتوسنتزی، CO₂ تولید می شود. موجودات فوتوسنتزی، همگی خودپرود و شامل گیاهان، جلبک ها و باکتری های فوتوسنتزی هستند. واکنش زیر شکل ساده شدۀ فرایند فوتوسنتز را نشان می دهد:

در پیکره های آبی، تولید اولیه به تولید مواد آلی، که کرن آنها از کربن دیوکسید کسب شده باشد، گفته می شود. تولید اولیه، به طور عمده توسط فرایند فوتوسنتز و به طور جزئی توسط فرایند شیمی سنتز صورت می گیرد. موجوات عامل تولید اولیه، موسوم به تولید کنندگان اولیه همگی خودپرورد هستند.

کربن آلی گیاهانی که توسط حیوانات خورده می شوند، در سنتز زیست تودۀ حیوانی مصرف، یا از طریق فضولات حیوانات دفع، یا در نتیجۀ تنفس حیوانات مجدداً به CO₂ تبدیل می شود.

از واپاشی لاشه های گیاهی و حیوانی، مواد آلی در آب رها شده که مورد مصرف میکروب ها قرار می گیرند. میکروب های شیمی دگرپرورد، بخشی از کربن آلی را برای زیست توده و باقی مانده را در شرایط هوازی به CO₂ و در شرایط بی هوازی لجن و ته رسوب به CO₂ و CH₄ تبدیل می کنند. به مجموعۀ فرایندهای زیستیِ تبدیل کربن آلی به CO₂، فرایند کانی سازی کربن گفته می شود. در شکل 1 چرخه کربن در اکوسیستم های آبی نشان داده شده است.

در اکوسیستم های آبی، بین کربن و اکسیژن یک چرخه طبیعی برقرار است (شکل 2). در فرایند فوتوسنتز، CO₂ به کربن آلی تبدیل و اکسیژن تولید می شود (فرایند تثبیت کربن). بنابراین یک رابطه همزیستی بین موجودات فوتوسنتز (گیاهان آبزی و جلبک ها) و دگرپروردهای هوازی (حیوانات و باکتری های دگرپرورد هوازی) برقرار است؛ زیرا هر گروه، نیاز گروه دیگر را تأمین کرده است و در ضمن تولید آن گروه را نیز مصرف می کند. برای مثال، در استخر تثبیت از نوع دو گونه زی (اختیاری)، همزیستی بین جلبک ها و باکتری های دگرپرورد هوازی برقرار است؛ از این رو در این استخرها، اکسیژن مورد نیاز باکتری های تجزیه گر مواد آلی فاضلاب را به طور عمده جلبک ها تأمین می کنند.

شکل 1- چرخۀ کربن در اکوسیستم آبی

شکل 2- چرخۀ کربن – اکسیژن بین موجودات فوتوسنتزی و دگرپرورهای هوازی  در اکوسیستم آبی.

در آزمایشگاه آب شرکت آب راهبر محاسب (آبرام) کلیه پارامترهای مربوط به آزمایش آب و پساب آزمایش می شود. این آزمایشگاه در پارک علم و فناوری دانشگاه شهید بهشتی – پردیس فنی مهندسی شهید عباسپور واقع شده است. برای گرفتن مشاوره و ارسال نمونه با کارشناس های ما تماس بگیرید.

منبع:

• تائبی، امیر (1398). کیفیت آب (مبانی و محاسبات)