[순환] 탄소의 순환 / 질소의 순환

 

[순환] 탄소의 순환

 

 

 

탄소가 대기 중에서는 이산화탄소로, 지각 내에서는 석유나 석탄 또는 탄산칼슘으로, 해수 중에서는 탄산 이온으로, 생태계에서는 고분자 화합물 등으로 존재하면서 대기 해수 지각 생태계를 순환하는 것을 일컫는다.

탄소는 지구상 모든 생물의 중심 구성 원소이다. 탄소는 생물이 호흡할 때 이산화탄소 상태로 대기에 방출되기도 하며, 화산 폭발로 인해 지각에 묻혀 있던 탄소가 방출되기도 하며 화석 연료가 탈 때 혹은 다른 경로에서 탄소가 대기로 방출된다. 

식물은 흡수한 빛에너지를 이용하여 이산화탄소를 유기 분자로 고정시킨다. 이들 유기 분자들은 먹이로 이용되거나 구조물을 이루는데 이용된다. 해양 동물이 식물을 먹으면 탄소와 관련된 세 가지 일이 일어난다. 즉, 성장하는 동물의 몸이 되고, 에너지를 얻기 위해 호흡으로 쓰여지고 용존 유기 탄소의 형태로 해수에 버려진다. 일반적으로 성장에 45% 쓰이고, 호흡에 45% 쓰이며 10%가 용존 유기 탄소로 빠져 나간다. 호흡의 최종 산물은 이산화탄소이며 궁극적으로 대기로 방출된다. 용존 유기 탄소는 박테리아가 이용하고 이들은 원생 생물의 먹이가 되면서 이러한 먹이 고리가 거슬러 올라가 동물플랑크톤과 물고기로 이어지는 미생물 먹이 고리가 형성된다. 탄산칼슘으로 구성된 껍질은 바닥에 떨어지기 전에 박테리아 호흡으로 이산화탄소로 되돌아가지만 1% 정도가 가라앉아  묻혀 석회암이 되어 지각 변동으로 융기해 풍화되고 탄소는 다시 해수로 녹아 들어간다.





탄소는 화석 연료의 연소와 같은 인간의 활동에 의해 대기 중으로 들어가며, 식물은 광합성을 통해 이산화탄소를 대기 중에서 흡수하여 유기물로 만들고 있다. 또한 땅속으로 들어간 생물의 유해는 화석 연료를 생성하며, 지층에 포함된 탄소는 지각 변동 과정에서 맨틀로 들어가고, 또 화산 활동을 거쳐 다시 대기 중으로 되돌아 오며, 해수에서는 이산화탄소의 용해와 방출이 일어나면서 탄소가 순환한다. 식물은 가장 중요한 탄소 순환의 한 축이다

 

 

 

질소의 순환

일반적으로 오염된 지하수 또는 하천수에는 질소성분이 많이 나오기 마련입니다.

자연계에서 진행되는 질소의 순환과정 중, 수중에서는 동식물체에서 유래되는 유기성질소와 무기성질소(암모니아성 질소, 아질산성 질소. 질산성 질소) 의 형태로 존재한다. 유기성질소인 단백질 또는 그 분해산물인 폴리펩티드 등은 수중의 미생물에 의해서 분해되어 암모니아성 질소를 생성한다.

암모니아성 질소는 니트로소모나스(nitrosomonas)라는 질화균에 의해서 아질산성질소(NO₂^-)로 산화되고,  다시 니트로박터(nitrobacter)라는 질화균에 의해 질산성질소(NO₃^-)로 산화되는 과정(질산화 ; Nitrification)을 거치게 되는데, 이 질산화반응의 최종생성물이 질산성질소이다.

이 질산성질소는 식물에 의해 이용되거나, 미생물에 의한 탈질소 과정(Denitrification)을 통해 질소가스로 대기 중으로 순환된다.