يعتبر الكربون عنصرا مهما في بناء الكائنات الحية، فهو عنصر بيئي حيوي في المقام الأول، إلى جانب أهميته الاقتصادية العالمية، حيث يستخدم كوقود في الأنشطة اليومية للإنسان الحديث. وأثبت العلم أن ثاني أكسيد الكربون هو أحد أشكال الكربون الأساسية في الطبيعة، حيث يدخل في عملية البناء الضوئي للنباتات والطحالب الخضراء لتكوين المواد العضوية اللازمة لتلك الكائنات، ويبدأ بعد ذلك مراحل مختلفة في دورة الكربون في الطبيعة .
أهمية عنصر الكربون
ذرات عنصر الكربون تشكل ما يقرب من 18% من كتلة جسم الكائن الحي، فهذا العنصر هو أساس وجود الكائن الحي قيد الحياة لأنه يعتبر وحدة البناء الرئيسية لأغشية البلازما و جزيئات السكر التي تعتبر وقود الكائن الحي، والدراسات العلمية أثبتت أن عنصر الكربون يدخل أيضاً في بناء الحمض النووي والذي له دور في حمل كافة البيانات والمعلومات الوراثية الخاصة بجسم الكائن الحي.
دورة عنصر الكربون الحيوية
يدخل الكربون إلى جميع شبكات الغذاء على سطح الأرض من خلال الكائنات التي تحتوي على صفات تؤهلها للتغذية الذاتية والتي تعتمد على البناء الضوئي في عملية الحصول على الغذاء، وتشمل هذه الكائنات الطحالب الخضراء ومختلف أنواع النباتات.
تسعى الكائنات ذاتية التغذية لالتقاط غاز ثاني أكسيد الكربون من أيونات بيكربونات الصوديوم أو الهواء الطلق وتقوم باستخدامها في صنع المركبات العضوية اللازمة لإتمام عملية التغذية مثل مادة الجلوكوز، يأتي بعد ذلك دور الكائنات غير ذاتية التغذية والتي تعمل على تفكيك تلك الجزيئات بعملية حيوية يطلق عليها اسم “التنفس الخلوي”.
تطلق في تلك العملية جزيئات مركب ثاني أكسيد الكربون تحتوي على عنصر الكربون الموجود في المركبات الحيوية، تلي ذلك عملية التحلل التي يقوم بها الكائنات المحللة لتحويل المركبات العضوية المعقدة إلى عنصر الكربون العضوي المصاحب لغاز ثاني أكسيد الكربون الناتج عن تحلل الكائنات الميتة والنفايات العضوية المتبقية.
يتميز دورة الكربون في هذه السنة بنقل الكربون بسرعة، وخاصة في النظام المائي. وتشير الدراسات العلمية العالمية إلى أن نسبة كبيرة من الكربون، تتراوح بين ألف ومائة ألف مليون طن، تدخل في دورة الكربون الحيوية كل عام. ويجب الإشارة إلى أن الطن يقارب كتلة سيارة أو حيوان كبير مثل الفيل.
دورة عنصر الكربون الجيولوجية
تستغرق الدورة الجيولوجية وقتا طويلا إذا تم ربطها بالدورة الحيوية للكربون، حيث قد يستغرق التحول الكامل للكربون واكتمال الدورة الجيولوجية ملايين السنين. خلال هذه الدورة، يتم تخزين الكربون لفترات طويلة نسبيا في البحار والمحيطات والهواء الطلق والتربة والوقود الأحفوري والصخور والأعماق الأرضية.
في الدورة الجيولوجية نلاحظ أن نسبة غاز ثاني أكسيد الكربون بالغلاف الجوي تتأثر بشكل كبير بنسبة عنصر الكربون المخزن في أعماق المحيطات، والعكس أيضاَ صحيح، فغاز ثاني أكسيد الكربون العالق بالهواء الجوي يذوب في التيارات المائية ليتفاعل مع جزيئات الماء في معادلات كيميائية معقدة.
تتكون مجموعة من كربونات جديدة من التفاعل السابق التي تتحد مع أيونات الكالسيوم، وتشكل بذلك مركبًا جديدًا من كربونات الكالسيوم، وهو المكون الرئيسي لأصداف الكائنات البحرية.
بعد وفاة الكائنات، تتراكم رفاتها في قاع المحيطات لتشكل تكتلًا من الرواسب. ومع مرور الوقت وتأثير العوامل الجيولوجية المختلفة، يبدأ هذا التراكم في التحول إلى صخور الحجر الجيري، الذي يعد أكبر مستودع للكربون على سطح الأرض.