Скотт Стеггенборг, Университет штата Канзас, США

Углерод — основной структурный элемент всего живого. Углерод присутствует в атмосфере, тканях растений и животных, неживом органическом веществе, ископаемом топливе, камнях, он растворен в водах океана. В росте растений, да и вообще в нашей жизни его присутствие занимает не последнее место. Все начинается с корня, а если он растет в почве с недостатком углерода, то ситуацию надо брать под особый контроль, иначе... На количество углерода в почве влияет все, даже обработка почвы.

Почвенный органический углерод

Переход молекул углерода из одной формы в другую известен как круговорот углерода (рис. 1). Растения получают из атмосферы углерод, который участвует в процессе фотосинтеза. Используя энергию солнца и углекислый газ (СО2) из атмосферы, растения преобразуют СО2 в органический углерод, что способствует росту стеблей, листьев и корней. Результатом жизненного цикла и гибели растений является накопление и разложение растительной ткани как на поверхности почвы, так и под ней (корни растений) и производство значительного количества почвенного органического углерода.

Почвы отличаются по количеству содержания в них почвенного органического углерода, спектр варьирования: от менее 1% в песчаных почвах до более 20% в заболоченных почвах. Естественный уровень содержания почвенного органического углерода в почвах Канзаса варьирует в пределах 1-4%. Сегодня в большинстве обрабатываемых земель Канзаса уровень содержания органического углерода составляет 0,5-2%.

Рис.1.Современный круговорот углерода. Все показатели выражены в гигатоннах и гигатоннах в год.

В Канзасе степные травы способствовали формированию толстого плодородного слоя почвы. Корни этих и других видов злаковых волокнистые. Они могут проникать на большую глубину, производя значительную часть своей биомассы под землей. Следовательно, высокий уровень органического углерода в почвах под естественными лугами встречается на глубине до нескольких сантиметров. Черный цвет, который ассоциируется с плодородием почвы — это показатель содержания органического углерода. По мере того как содержание органического углерода снижается, цвет почвы становится более светлым и отражает ее минеральный состав. Так, красный цвет почв на юго-востоке Канзаса и северо-востоке Оклахомы является индикатором более высокой концентрации железа и более низкого содержания почвенного углерода. В почвах, которые формируются под лесами, высокий уровень почвенного органического углерода, как правило, наблюдается в верхнем слое, в более глубоких слоях этот уровень ниже. Такое отличие обусловлено, прежде всего, накоплением опавших листьев, а также веток кустарников и деревьев на поверхности почвы.

Атмосферный углерод

Используя данные, полученные в результате исследования ледяного керна, а также данные, накопленные в ходе продолжительного отслеживания уровня содержания СО2 в атмосфере, ученые обнаружили существенные колебания уровня содержания его в атмосфере в течение 200 000 лет. В последние 1000 лет атмосферное содержание СО2 существенно возросло (рис. 2). В наши дни (2000 г.) уровень содержания СО2 составляет приблизительно 369 мг/л, и этот показатель выше, чем когда-либо в последнее тысячелетие. Что еще самое важное: такие беспрецедентные темпы роста настолько велики, что экосистема может оказаться неспособной адаптироваться к ним. Подобное повышение содержания СО2 объясняется расширением использования ископаемого топлива, расчисткой земель и изменениями в землепользовании, что наблюдается по всему миру. Наиболее существенный фактор, который обуславливает повышение содержания СО2 в атмосфере — это использование ископаемого топлива. При существующих темпах этого процесса, составляющих 1 трлн. кг, запасы ископаемого топлива будут исчерпаны в ближайшие 300-400 лет. По мере роста использования ископаемого топлива углерод, который был вне круговорота миллионы лет, поступает непосредственно в атмосферу. Со временем атмосферный углерод снова преобразуется в органический углерод или же попадет в океан — и будет достигнут новый баланс, но этот процесс может занять тысячи лет. В ближайшее время «новый» углерод будет оставаться в атмосфере в виде СО2. На основании современных атмосферных моделей можно сделать вывод, что полное использование запасов ископаемого топлива приведет к возрастанию концентрации атмосферного СО2 до пикового показателя, составляющего около 1 200 мг/л. Некоторые ученые считают, что эти концентрации будут еще выше. Такой рост уровня содержания СО2 заставил многих ученых предположить, что средние глобальные температуры начнут увеличиваться. В массовой прессе данный процесс называют глобальным потеплением. Так называемые парниковые газы — СО2, метан (СН4) и окись азота (N 2 O), которые содержаться в атмосфере, способствуют удержанию тепла, которое, как правило, отражается от поверхности земли. При более высокой концентрации этих газов тепло может не отдаваться, результатом чего является повышение глобальных температур. На настоящий момент изменения глобальных температур не существенны и не наблюдается никаких определенных тенденций к этому, но изменения уровня содержания СО2 полностью документально подтверждены и признаются большинством ученых.

Что можно сделать, чтобы замедлить процесс увеличения содержания СО2? Если мы задумаемся об источниках, из которых поступает СО2, и о том, куда он девается потом, наиболее очевидным решением будет сокращение его поступления путем снижения использования ископаемого топлива. Это уменьшит попадание СО2 в атмосферу. Со временем потребуются более эффективные и экологически чистые источники энергии, но текущие экономические аспекты использования ископаемого топлива ограничивают внедрение и развитие альтернативных источников. В будущем, когда мы разработаем технологии альтернативной энергии, массовое использование стоков углерода, возможно, поможет стабилизировать уровень содержания СО2 в атмосфере. Описание мировых резервов углерода (рис. 1) демонстрирует, что скопления углерода в глубинах океана — основной резерв, но его изменения могут занять миллионы лет. Помимо этого, наши возможности управлять этим резервом ограничены. Следующий по размерам резерв — почвенный органический углерод. Количество почвенного органического углерода в два раза превышает количество углерода, содержащегося в растительной биомассе (растения, деревья, сельскохозяйственные культуры, травы и т.д.). Одним из способов стабилизации атмосферного углерода могло бы быть внедрение по всему миру технологий, которые способствуют увеличению содержания почвенного углерода. Сколько углерода может удерживаться в почве Канзаса? Вопрос прост, но на него нет простого ответа. Потенциал накопления для этого вида почвы зависит от уровня содержания почвенного углерода на данный момент, концентрации СО2 в атмосфере и применяемых агротехнических приемов. Во многих почвах Канзаса результатом значительных потерь верхнего слоя, обусловленных эрозией и проведением многочисленных механических обработок, стало сокращение уровня содержания углерода более чем в два раза по сравнению с исходными показателями. При правильном управлении содержание органического углерода во многих почвах можно повысить. Потери почвенного углерода, которые произошли в первой половине ХХ столетия, были частично компенсированы во второй половине с усовершенствованием сберегающих технологий и интенсификацией систем земледелия (рис. 3). Правильное внесение удобрений и возделывание улучшенных гибридов и сортов также сыграли свою роль в накоплении почвенного органического углерода. Более высокая урожайность и интенсивность возделывания способствуют увеличению объема биомассы, которая проникает в почву, обеспечивая поступление большего объема материала, который может быть преобразован в почвенный углерод. На рис. 3 отображены прогнозы по уровням содержания почвенного углерода в зависимости от уровня использования технологии no-till на 1990 год. В почвах, которые обрабатываются по технологии no-till и на которых используются интенсифицированные системы возделывания, содержание почвенного углерода может увеличиваться на 1% в год. В настоящее время в штате Канзас с применением технологии no-till обрабатывается 10% сельскохозяйственных земель (общая площадь 8,2 млн. га), и на этих площадях дополнительно должно секвестрироваться 19 000 т углерода в год. При расширении использования технологии no-till и использования интенсифицированных систем возделывания углерод секвестрировался бы в больших объемах. В мире не существует потенциальной возможности использовать почву в качестве стока углерода, этот вариант остается кратковременным решением. Через какой-то период времени, возможно, через 30-50 лет, будет достигнут новый уровень баланса почвенного СО2, при котором будет сложно достигнуть дальнейшего накопления углерода. Более долгосрочным решением для стабилизации уровня атмосферного СО2 может стать снижение нашей зависимости от ископаемого топлива для получения энергии.

Секвестрация углерода: 9 наиболее задаваемых вопросов

1. Что подразумевается под секвестрацией углерода?

Секвестрация углерода — это, как правило, процесс трансформации углерода в воздухе (углекислый газ или ТО2) в почвенный углерод. Углекислый газ поглощается растениями в процессе фотосинтеза, а также впитывается живыми растениями. Когда растение отмирает, углерод, находившийся в листьях, стебле, а также корнях, попадает в почву и становится почвенным органическим веществом.

2. Как секвестрация углерода может помочь избавиться от проблемы глобального потепления?

Атмосферный углекислый газ и другие газы, вызывающие парниковый эффект, являются ловушкой для тепла, которое отходит от поверхности земли. Это накопление тепла может привести к глобальному потеплению. Посредством секвестрации углерода уровень атмосферного углекислого газа снижается, а уровень почвенных органических веществ повышается. Если почвенный органический углерод не трогать, он может оставаться в земле многие годы как стабильное органическое вещество. Этот углерод секвестрируется позже или перемещается в хранилища, чтобы стать доступным для рециркулирования в атмосферу. Данный процесс снижает уровень СО2, а также возможность глобального потепления.

3. Какое воздействие секвестрация углерода может оказывать на газы, вызывающие парниковый эффект?

Было установлено, что сократить выбросы СО2 на 20% и более можно путем сельскохозяйственной почвенной секвестрации углерода.

4. Что сельхозпроизводители могут предпринять, чтобы повысить уровень секвестрации углерода?

Существует несколько способов достичь этого:

— no-till или минимальная обработка почвы;

— интенсивное повышение севооборотов и исключение летнего пара;

— буферные зоны;

— мероприятия по охране природы, которые будут способствовать снижению эрозии;

— использование культур, дающих много остатков (кукуруза, сорго обыкновенное, а также пшеница);

— использование покровных культур;

— выбор таких видов и гибридов, которые сохраняют больше углерода.

5. Что могут сделать фермеры для повышения секвестрации углерода?

Фермеры могут повысить секвестрацию углерода посредством:

— улучшения качества фуража;

— сохранения достаточного количества пожнивных остатков;

— сокращения чрезмерного выпаса.

6. Получат ли сельскохозяйственные работники вознаграждение за секвестрацию углерода?

Возможно, будет налажена коммерческая система предоставления кредитов фермерам, повышающим секвестрацию углерода. Также возможно, что правительство будет применять некоторые меры поощрения для производителей, чтобы стимулировать секвестрацию углерода. Но даже если бы не было никаких выплат, сельхозпроизводители увидели бы положительный эффект от внедрения методов повышения почвенных органических веществ:

— улучшение структуры и качества почвы;

— повышение плодородности почвы путем увеличения органических веществ;

— сокращение эрозии вследствие улучшения структуры почвы;

— улучшение качества воды из-за снижения эрозии.

7. Что такое почвенные органические вещества, откуда они берутся и куда уходят?

Почвенные органические вещества состоят из перегнивших растений и животных отходов. Они позволяют соединять почвенные минеральные частицы в комочки, которые называются почвенными агрегатами. Повышение уровней почвенных органических веществ ведет к установлению более стабильных почвенных агрегатов, более устойчивых к ветровой эрозии, лучшей инфильтрации и аэрации, снижению вероятности уплотнений, а также повышению плодородности. Органические вещества помогают содержать почвенные питательные вещества вместе, таким образом, они не вымываются и не выщелачиваются. Если их не трогать, почвенные органические вещества могут перерасти в гумус — очень стабильную форму органического вещества. Тем не менее, если почва обрабатывается, почвенные органические вещества будут окисляться, и углерод растворится в атмосфере как СО2. Если почва эродируется, почвенные органические вещества будут вымываться водой.

8. Что влияет на уровень почвенных органических веществ?

Природные уровни почвенных органических веществ для любого определенного места в большинстве случаев определяются географической широтой, а также ежегодным уровнем выпадения осадков. Природные уровни почвенных органических веществ будут повышаться при передвижении с севера на юг от экватора. На Великих Равнинах уровень органических веществ растет от запада к востоку с учетом количества выпавших осадков. Управление может изменить уровень почвенных органических веществ. В общем, с повышением интенсивности возделывания культур повышается уровень почвенных органических веществ. С увеличением частоты использования механической обработки почвы уровень почвенных органических веществ снижается. Для производителей из Канзаса использование технологии no-till и отказ от пара предоставили самый большой потенциал в достижении этой цели.

9. Что делает штат Канзас, чтобы увеличить секвестрацию углерода?

Ученые из штата Канзас работают над созданием лучших управленческих методов, которые будут способствовать повышению секвестрации углерода. Чтобы проверить результаты механической обработки почвы, различных севооборотов, методов сбережения почвы и методов управления почвенным углеродом, проводятся исследования.

(a. organic carbon; н. organischer Kohlenstoff; ф. carbone organique; и. carbono organico) - углерод, входящий в состав органич. вещества атмосферы, гидросферы и горн. пород. Имеет биогенную природу. Macca Cорг в земной коре достигает 7В·* 1015 т, в т.ч. в осадочных породах - 5В·* 1015 т. Кол-во Cорг определяется хим., газометрич. и кулонометрич. (автоматич. анализаторами) методами. B процессе катагенеза содержание Cорг в породах снижается (на 30-40% к концу апокатагенеза), a доля его в органич. веществе возрастает (от 70% на стадии протокатагенеза до 80% в мезокатагенезе и 90% - в апокатагенезе). B графите и графитизированном органич. веществе она достигает 99%. B пределах одной стадии катагенеза содержание C в составе органич. вещества и величина параметра H/Cат служат показателями типа органич. вещества, в однотипном органич. веществе - уровня его зрелости. Количество Cорг - важный показатель неф-тегазоматеринского потенциала пород. B составе концентрированного органич. в-ва O. y, содержится в кол-ве 85-87% (в нефтях), 58-90% (в углях). Кол-во O. y. в углях является одним из показателей степени их метаморфизма.

E. C. Ларская.

Смотреть значение Органический углерод в других словарях

Углерод — и пр. см. уголь.
Толковый словарь Даля

Углерод — углерода, м. (хим.). Химический элемент, являющийся важнейшей составной частью всех органических веществ в природе.
Толковый словарь Ушакова

Органический Прил. — 1. Соотносящийся по знач. с сущ.: организм (1), связанный с ним. // Обладающий живым началом. 2. Принадлежащий растительному или животному миру. 3. Соотносящийся по знач. с........
Толковый словарь Ефремовой

Углерод М. — 1. Химический элемент, важнейшая составная часть всех органических веществ в природе.
Толковый словарь Ефремовой

Органический — органическая, органическое (от греч. organikos) (книжн.). 1. Прил. к организм в 1 знач.; обладающий живым началом (науч.). Органическая жизнь на земле. 2. Принадлежащий к растительному........
Толковый словарь Ушакова

Углерод — -а; м. Химический элемент (C), важнейшая составная часть всех органических веществ в природе. Атомы углерода. Процент содержания углерода. Без углерода невозможна жизнь.........
Толковый словарь Кузнецова

Углерод — Название этого химического элемента связано с тем, что он в больших количествах присутствует в высококачественных углях, этот признак и положен в основу его именования........
Этимологический словарь Крылова

Органический Закон (органическое Законодательство) — - 1) в ряде стран романской системы права (Франция, Испания, Португалия) закон, имеющий особый статус, который занимает пограничное положение между конституционными и........
Юридический словарь

Гиперкинез Органический — (h. organica) Г. с изменением мышечного тонуса, наблюдающийся при органических поражениях головного мозга, преимущественно стриопаллидарной системы.
Большой медицинский словарь

Углерод — (символ С), широко распространенный неметаллический элемент четвертой группы периодической таблицы. образует огромное количество соединений, которые вместе с углеводородами........
Научно-технический энциклопедический словарь

Паралич Органический — (р. organica) П., обусловленный морфологическими изменениями в нервной системе.
Большой медицинский словарь

Психоз Органический — (р. organica) П., обусловленный поражением тканей головного мозга; проявляется преимущественно экзогенными типами реакций, переходными синдромами, снижением уровня личности или деменцией.
Большой медицинский словарь

Психосиндром Органический — (psychosyndromum organicum; син.: психосиндром мозговой диффузный, синдром психоорганический) совокупность психических расстройств (снижение памяти, нарушения ориентировки, мышления........
Большой медицинский словарь

Синдром Амнестико-органический — (syndromum amnesticum organicum) сочетание грубого нарушения памяти, преимущественно на текущие события, с дезориентировкой во времени и окружающей обстановке, а так же с конфабуляциями;........
Большой медицинский словарь

Углерод — (Carboneum; О химический элемент IV группы периодической системы Д. И. Менделеева; ат. номер 6, ат. вес (масса) 12,011; является структурной основой органических соединений, участвующих........
Большой медицинский словарь

Углерод Радиоактивный — общее название группы радиоактивных изотопов углерода с массовыми числами от 9 до 15 и периодом полураспада от 0,46 сек. до 5730 лет; отдельные изотопы используются в медико-биологических........
Большой медицинский словарь

Органический Мир — совокупность организмов, населяющих биосферу Земли.

Основной Органический Синтез — (тяжелый органический синтез) - промышленноемноготоннажное производство органических веществ. Основные источникисырья: нефть, природные горючие газы, нефтяные попутные........
Большой энциклопедический словарь

Шум Сердца Органический — (m. cardiacum organicum) Ш. с., обусловленный наличием морфологических изменений створок его клапанов, сухожильных хорд, сосочковых мышц, наличием в полостях сердца тромбов, аневризматическим........
Большой медицинский словарь

Технический Углерод — (сажа) - дисперсный продукт черного цвета,образующийся в результате неполного сгорания или термического разложенияуглеводородов. Состоит из сферических частиц (размер........
Большой энциклопедический словарь

Тонкий Органический Синтез — промышленное многостадийное малотоннажноепроизводство органических веществ. Продукты тонкого органического синтеза:лекарственные препараты, пестициды и другие........
Большой энциклопедический словарь

Тяжелый Органический Синтез — то же, что основной органический синтез.
Большой энциклопедический словарь

Углерод — (лат. Carboneum) - С, химический. элемент IV группы периодическойсистемы Менделеева, атомный номер 6, атомная масса 12,011. Основныекристаллические модификации - алмаз и графит.........
Большой энциклопедический словарь

Четыреххлористый Углерод — (тетрахлорметан - перхлорметан), CCl4, бесцветнаяжидкость, tкип 76,8 .С. Растворитель жиров, восков, лаков, полимеров,сырье для получения хладонов.
Большой энциклопедический словарь

Органический Регламент 1831-32 — конституц. акты, почти идентичные, введенные в Дунайских кн-вах (в 1831 - в кн-ве Валахия, а в 1832 - в Молдавском кн-ве) после русско-тур. войны 1828-29. О. р. определил обществ.-политич.........

— свод законов, определявших политич. положение Восточной Румелии. Разработан (в сент. 1878 - апр. 1879) представителями великих европ. держав и Турции на основании ст. 18 Берлинского........
Советская историческая энциклопедия

— конституц. статут для Королевства Польского, введенный в связи с подавлением Польского восстания 1830-31 вместо конституции 1815. Изд. 14(26) февр. 1832 в Петербурге Николаем........

Справочник химика 21

Общий органический углерод

Сосу Общий органический углерод (800° С) 200 35  

Фирмой Дюпон (Канада) для производства полупродуктов получения найлона - адипиновой кислоты и гексаметилен-диамина - разработан новый процесс очистки концентрированных сточных вод, богатых азотсодержащими соединениями. путем биологической нитрификации - деиитрификациц. В разработанном процессе предусматривается сочетание аэробного и анаэробного окисления. Нитрификация протекает в аэробных условиях в присутствии диоксида углерода. причем аминный и аммиачный азот биоокисляется до нитритов и нитратов. Денитрификация протекает в анаэробных условиях в среде биораз-лагаемого продукта (обычно метанола). При этом нитраты восстанавливаются до нитритов и в конечном счете до газообразного азота. Поступающие на очистку стоки имеют следующую характеристику содержание общего органического углерода - 3000 мг/л NO2. N0 3, NH4+ в пересчете на азот соответственно 800, 90 и 230 мг/л органического азота в пересчете на азот -240 мг/л, БПК -6000 мг/л. Процесс позволяет удалять 98% органических веществ и 80-90% общего азота сточных вод. 

Обратим внимание на значения символов в уравнении (4.2) С - это концентрация (в единицах ХПК, БПК, азота, общего органического углерода и т. д.), Гу,з или Гх,з - скорость реакции. единицы измерения этой величины определяются единицами концентрации и объема Уа. Если мы пользуемся параметром Гх,я, то Х2-это концентрация активного ила. 

В разработанном процессе предусматривается сочетание аэробного и анаэробного окисления. Нитрификация протекает в аэробных условиях в присутствии двуокиси углерода, причём амин-ный и аммиачный азот биоокисляется до нитритов и нитратов. Денитрификация протекает в анаэробных условиях в среде био-разлагаемого продукта (обычно метанола). При этом происходит восстановление нитратов до нитритов и, в конечном счёте, до газообразного азота. Поступающие на очистку стоки имеют следующую характеристику общий органический углерод - 3000 мг/л БПК - 6000 мг/л N0. N03, NH в пересчёте на азот соответственно 800, 90 и 230 мг/л органический азот в пересчёте на азот - 240 мг/л. Процесс позволяет удалять 98% БПК и 80-90% общего азота сточных вод. 

Поэтому необходимыми величинами при определении общесанитарного показателя вредности. по которым нормируется примерно 15 % от общего количества нормируемых веществ , являют р такие общие показатели качества вод, как биохимическое и химическое потребление кислорода и содержание общего органического углерода. 

Общий органический углерод (ООУ) 

Летучие органические вещества. такие как бензол, толуол, циклогексан и хлороформ могут испаряться при десорбции диоксида углерода. Общий органический углерод в этом случае должен определяться отдельно, если это невозможно, следует применять другой метод. 

Общий органический углерод, мг/л 1ЛЗ 2,5 

Общий органический углерод в мг/я 

ИСЭ - пон-селективные электроды ААС - атомно-адсорбцпонная спектрометрия ООУ -общий органический углерод ИХ - ионная хроматография. 

Общий органический углерод, г С/м Сооу 250 180 110 70 

Например, очистные сооружения на озере Тахо состоят нз химического смесителя, флокулятора и отстойника, башни от-дувки аммиака, бассейна рекарбонизатора и отстойника, фильтров со смешанной загрузкой. адсорбционной установки. заполненной углем, и установки для хлорирования. Данные о качестве воды. исследованной в течение 18 месяцев, представлены ь табл. 8.4 . Соотношение содержаний органического азота и общего органического углерода составляет 0,22-0,25 при pH = 8 и равновесной концентрации от 1 до 6 мг/л. При сопоставлении этих данных с графиками зависимости величины адсорбции от отношения органического азота к ООУ (см. рис. 8.4), становится очевидным, что адсорбция активным углем достаточно эффективна для очистки вод от органических веществ. Для сравнения в табл. 8.4 представлены аналитические параметры вод, обеспечиваемые очисткой станцией Виндхук в юго-западной Африке. которая предназначена для повторного использования промышленных сточных вод с последующей их физикохимической очисткой. Сточные воды. поступающие на адсорбционную установку. были качественно такими же, как и на станции Южное Тахо в обоих случаях активным углем из сточных вод практически полностью удалялся органический азот. Другие данные, приведенные в табл. 8.4, могут быть скоррелированы с результатами по очистке от органических веществ из-за отсутствия необходимых сведений о ХПК и ООУ. Поэтому 

Готовые химические реактивы высокого класса чистоты получали от снабжающих торговых фирм и использовали без дальнейшей очистки. Исходные растворы адсорбатов готовили с дистиллированной водой, которую предварительно пропустили через деионизатор и фильтр с активным углем. Исходные растворы периодически анализировали с помощью анализатора общего органического углерода Бекман-915. Адсорбционные эксперименты начинали через 4 ч после приготовлеиия исходных растворов. В большинстве экспериментов в исходные растворы был введен 0,05 М раствор фосфатного буфера для уменьшения колебаний pH. 

В неочищенной сточной воде (органических веществ 300- 400 мг/л Б пересчете на общии органическии углерод) испытания проводили при pH - 4-6 и температуре 70-90°С. Испытания показали, что углеродистая сталь Ст-З не стойка, она подвергается язвенной коррозии со скоростью 1,95 г/м час. 

Установлено, что содержащийся в сточных водах производств СК дилим (диэтиловый э р диэтилевгликоля) мохет быть обезврежен озоном до нору ЦДК . Несмотря на то, что после озонирования ХПК вода снижается незначительно, вода легко подвергается биологической очистке (табл. 10). Исходная вода имеет следующие показатели ХПК - 225 мг/л БИКц дц ХПК - 26 рН - 5 общий органический углерод (ООУ) - 67 мг/л. 

Общий органический углерод (ТОС) - количество углерода. црисзпг-ствующее в воде в той части органического вещества, которая растворена или взвешена в воде. 

Влияние повышенных температур на переход органических веществ из горных пород в водные растворы было изучено также И. Г. Киссиным. Е. А. Барс и др. . Эксперименты выполнялись в течение 7 часов при температурах 20, 100, 150, 200 и 250° С с глиной и аргиллитом из глубоких скважин Центрального Предкавказья. Породы обрабатывали дистиллированной водой и хлоридно-натриевым раствором с концентрацией соли 97 г/л. Опыты показали, что при температуре 20° С в воду из глины переходит 11 мг Сорг. на 100 г породы, а в соленый раствор 24 мг Сорг. на 100 г породы. В то же время углерода битумной фракции и в бидистиллят, и в раствор перешло очень мало (менее 1 мг на 100 г породы). При повышении температуры от 20 до 150° С содержание органического углерода на 100 г породы изменялось в небольшой степени и существенно увеличивалось лишь при температуре 200° С - в воде до 20,8 мг и в растворе до 33,8 мг. Содержание углерода битумной фракции последовательно росло для дистиллированной воды до 7 мг на 100 г породы (при 250°С), а для раствора до 4 мг на 100 г породы (при 150° С). Опыты с аргиллитом показали, что повышение температуры не влияет на выход общего органического углерода, а увеличение количества углерода битумной фракции наблюдается лишь после 150° С. 

Его называют основой жизни. Он есть во всех органических соединениях. Только он способен формировать молекулы из миллионов атомов, такие, как ДНК.

Узнали героя ? Это углерод . Число его соединений, известных науке, приближается к 10 000 000.

Столько не наберется у всех остальных, вместе взятых элементов. Не удивительно, что один из двух разделов химии изучает исключительно соединения углерода и проходится в старших классах.

Предлагаем вспомнить школьную программу, а так же, дополнить ее новыми фактами.

Что такое углерод

Во-первых, элемент углерод – составная . В ее новом стандарте, вещество располагается в 14-ой группе.

В устаревшем варианте системы, углерод стоит в главной подгруппе 4-ой группы.

Обозначение элемента – буква С. Порядковый номер вещества – 6, относится к группе неметаллов.

Органический углерод соседствует в природе с минеральным. Так, , и камень фуллерен – 6-ой элемент в чистом виде.

Различия во внешности обусловлены несколькими типами строения кристаллической решетки. От нее зависят и полярные характеристики минерального углерода.

Графит, к примеру, мягок, не зря же добавляется в пишущие карандаши, а всех остальных на Земле. Поэтому, логично рассмотреть свойства самого углерода, а не его модификаций.

Свойства углерода

Начнем со свойств, общих для всех неметаллов. Они электроотрицательны, то есть, оттягивают на себя общие электронные пары, образованные с другими элементами.

Получается, углерод может восстановить оксиды неметаллов до состояния металлов.

Однако, делает это 6-ой элемент лишь при нагреве. В обычных условиях вещество химически инертно.

На внешних электронных уровнях неметаллов больше электронов, чем у металлов.

Именно поэтому, атомы 6-го элемента стремятся достроить толику собственных орбиталей, чем отдавать свои частицы кому-то.

Металлам же, с минимумом электронов на внешних оболочках проще отдать отдаленные частицы, чем перетягивать на себя чужие.

Главная форма 6-го вещества – атом. По идее, речь должна идти о молекуле углерода . Из молекул составлено большинство неметаллов.

Однако, углерод с и – исключения, имеют атомную структуру. Именно за счет нее соединения элементов отличаются высокими температурами плавления.

Еще одно отличительное свойство многих форм углерода – . У того же она максимальна, равна 10-ти баллам по .

Раз разговор зашел о формах 6-го вещества, укажем, что кристаллическая – лишь одна из.

Атомы углерода не всегда выстраиваются в кристаллическую решетку. Встречается аморфная разновидность.

Примеры таковой: — древесный , кокс, стеклоуглерод. Это соединения, но не имеющие упорядоченной структуры.

Если же вещество соединено с другими, могут получиться и газы. Кристаллический углерод переходит в них при температуре в 3700 градусов.

В обычных условиях элемент газообразен, если это, к примеру, оксид углерода .

В народе его именуют угарным газом. Однако, реакция его образования активнее и быстрее, если, все же, поддать жару.

Газообразных соединений углерода с кислородом несколько. Есть еще, к примеру, монооксид.

Этот газ бесцветный и ядовитый, причем, при обычных условиях. Такая окись углерода имеет тройную связь в молекуле.

Но, вернемся к чистому элементу. Будучи довольно инертным в химическом плане, он, все же, может взаимодействовать не только с металлами, но и их оксидами, , и как видно из разговора про газы, с кислородом.

Реакция возможна и с водородом. Углерод вступит во взаимодействие, если «сыграет» один из факторов, или все вместе: температура, аллотропное состояние, дисперсность.

Под последней, подразумевается отношение площади поверхности частиц вещества к занимаемому ими объему.

Аллотропия – возможность нескольких форм одного и того же вещества, то есть, имеется в виду кристаллический, аморфный, или газообразный углерод .

Однако, как не совпадай факторы, с кислотами и щелочами элемент не реагирует вовсе. Игнорирует углерод и почти все галогены.

Чаще всего, 6-ое вещество связывается само с собой, образовывая те самые масштабные молекулы из сотен и миллионов атомов.

Сформированные молекулы, углерода реагируют с еще меньшим числом элементов и соединений.

Применение углерода

Применение элемента и его производных столь же обширно, как их число. Содержание углерода в жизни человека больше, чем может казаться.

Активированный уголь из аптеки – 6-е вещество. в из – он же.

Графит в карандашах – тоже углерод, нужный, так же, в ядерных реакторах и контактах электрических машин.

Метановое топливо тоже в списке. Диоксид углерода нужен для производства и может быть сухим льдом, то есть, хладагентом.

Углекислый газ служит консервантом, заполняя овощные хранилища, а еще, нужен для получения карбонатов.

Последние, используют в строительстве, к примеру, . А карбонат пригождается в мыловарении и стекольном производстве.

Формула углерода соответствует еще и коксу. Он пригождается металлургам.

Кокс служит восстановителем во время переплавки руды, извлечения из нее металлов.

Даже обычная сажа – углерод, используемый в качестве удобрения и наполнителя .

Не задумывались, почему автомобильные шины цвета? Это сажа. Она придает резине прочность.

Сажа, так же, входит в крема для обуви, краски для печати, туши для ресниц. Народное название употребляется не всегда. Промышленники зовут сажу техническим углеродом .

Масса углерода начинает использоваться в сфере нанотехнологий. Сделаны сверхмалые транзисторы, а еще трубки, которые в 6-7 раз прочнее .

Вот вам и неметалл. К наноизысканиям, кстати, подключились ученые из . Из углеродных трубок и графена они создали аэрогель.

Это и прочный материал. Звучит увесисто. Но, на самом деле, аэрогель легче воздуха.

В железо углерод добавляют, чтобы получить так называемую углеродистую сталь. Она тверже обычной.

Однако, массовая доля 6-го элемента в не должна превышать пары, тройки процентов. Иначе, свойства стали идут на спад.

Список можно продолжать бесконечно. Но, где бесконечно брать углерод? Добывают его или синтезируют? На эти вопросы ответим в отдельной главе.

Добыча углерода

Двуокись углерода , метан, отдельно углерод, можно получать химическим путем, то есть, намеренным синтезом. Однако, это не выгодно.

Газ углерод и его твердые модификации проще и дешевле добывать попутно с каменным углем.

Из земных недр этого ископаемого извлекают примерно 2 миллиарда тонн ежегодно. Хватает, чтобы обеспечить мир техническим углеродом.

Что касается , их извлекают из кимбирлитовых трубок. Это вертикальные геологические тела, сцементированные лавой осколки породы.

Именно в таких встречаются . Поэтому, ученые предполагают, что минерал формируется на глубинах в тысячи километров, там же, где и магма.

Месторождения графита, напротив, горизонтальны, располагаются у поверхности.

Поэтому, добыча минерала довольно проста и не затратна. В год из недр извлекают около 500 000 тонн графита.

Чтобы получить активированный уголь, приходится нагреть каменный уголь и обработать струей водяного пара.

Ученые даже разобрались, как воссоздать белки человеческого тела. Их основа – тоже углерод. Азот и водород – аминогруппа, к нему примыкающая.

Нужен, так же, кислород. То есть, белки построены на аминокислоте. Она не у всех на слуху, но для жизни куда важнее остальных.

Популярные серная, азотная, соляная кислоты, к примеру, организму нужны куда меньше.

Так что, углерод – то, за что стоит платить. Узнаем, на сколько велик разброс цен на разные товары из 6-го элемента.

Цена углерода

Для жизни, как несложно понять, углерод бесценен. Что же касается остальных сфер бытия, ценник зависит от наименования продукции и ее качества.

За , к примеру, платят больше, если не содержат сторонних включений.

Образцы аэрогеля, пока, стоят десятки долларов за несколько квадратных сантиметров.

Но, в будущем, производители обещают поставлять материал рулонами и просить недорого.

Технический углерод, то есть, сажа, реализуется по 5-7 рублей за кило. За тонну, соответственно, отдают около 5000-7000 рублей.

Однако, углеродный налог, вводимый в большинстве развитых стран, может обеспечить рост цен.

Углеродную промышленность считают причиной парникового эффекта. Предприятия обязывают платить за выбросы, в частности, CO 2 .

Это главный парниковый газ и, одновременно, индикатор загрязнения атмосферы. Эта информация – ложка дегтя в бочке меда.

Она позволяет понять, что у углерода, как и всего в мире, есть обратная сторона, а не только плюсы.