Существует 3 основных конфигурации атома углерода:
- тетраэдрическая, образуется при смешении одного s- и 3х p-электронов (sp3-гибридизация). Атом углерода находится в центре тетраэдра, связан 4мя эквивалентными σ-связями с атомами углерода или иными расположенными в вершинах тетраэдра. Такой геометрии атома углерода соответствуют аллотропные модификации углерода алмаз и лонсдейлит. Такой гибридизацией обладает углерод, например, в метане и других углеводородах;
- тригональная, образуется при смешении 1й s- и 2х p-электронных орбиталей (sp2-гибридизация). Атом углерода имеет 3 равноценные σ-связи, расположенные в 1й плоскости под углом 120° друг к другу. Не участвующая в гибридизации p-орбиталь, расположенная перпендикулярно плоскости σ-связей, используется для образования π-связи с другими атомами. Такая геометрия углерода характерна для графита, фенола и др.;
- дигональная, образуется при смешении 1го s- и 1го p-электронов (sp-гибридизация). При этом 2 электронных облака вытянуты вдоль одного направления и имеют вид несимметричных гантелей. 2 других р-электрона дают π-связи. Углерод с такой геометрией атома образует особую аллотропную модификацию - карбин.
В природе он встречается:
- в виде простых (алмаз, графит, фуллерены) и сложных веществ – карбонатов природных, горючих ископаемых (уголь, нефть, газ и др.),
- входит в состав растений и животных (около 17,5%).
- в виде соединений с азотом и водородом углерод обнаружен в атмосфере Солнца, планет, найден в каменных и железных метеоритах.
Кругооборот углерода в природе включает:
- выделение CO2 в атмосферу при окислении органических веществ;
- возвращение его в результате фотосинтеза растениями.
По своим физическим свойствам углерод - типичный неметалл.
При этом он образует множество аллотропных модификаций, наиболее популярными из которых являются алмаз, графит, уголь, сажа.
С точки зрения химических свойств углерод в обычных условиях, как правило, инертен.
Однако при высоких температурах он может вступать в химические взаимодействия со многими другими элементами, обычно проявляя сильные восстановительные свойства.
Баланс углерода
Углерод - каркасный элемент органического вещества и потому преобладает в расчете на сухую массу.В фитомассе содержится 45 - 53 % углерода.
Везде, где имеются мощные запасы органического вещества, формируются резервуары углерода.
Если размеры углеродных резервуаров растут, то создается сток CO2 из атмосферы, если уменьшаются, то - образуются источники парниковых газов.
Баланс углерода в последнее время стал важен в связи с климатическими целями декарбонизации и стратегий снижения углеродного следа.
Баланс углерода - чистый баланс парниковых газов, выраженных в эквиваленте CO2, которые были выброшены или поглощены.
Голубой углерод
Синий (голубой) углерод относится к органическому углероду, который захватывается и хранится океаном в растительных прибрежных экосистемах, таких как мангровые леса, солончаки или луга морской травы.В этих экосистемах синего углерода органический углерод накапливается в осадке, где он хранится.
Эти океанические среды обитания распространены вдоль наших побережий, их можно найти на каждом континенте, кроме Антарктиды, и они охватывают приблизительно 50 млн гектаров.
Экосистемы Blue Carbon помогают поддерживать окружающую среду, смягчая изменение климата.
Разрушение и эрозия прибрежных зон, хранящих Blue Carbon, может привести к выбросу больших объемов поглощенного углерода обратно в атмосферу за короткий период времени.
Способность экосистем Blue Carbon поглощать углерод резко сократилась за последние 70 лет в результате вырубки лесов, загрязнения окружающей среды и других разрушительных видов деятельности.
За последние 50 лет площадь прибрежной растительности сократилась на 25–50 %.
