Ostatnim razem jedna z posłanek umieściła stal w układzie okresowym, a lit, nikiel i mangan wśród metali ziem rzadkich. Tym razem usłyszeliśmy, jakoby zeroemisyjność miała spowodować zagłodzenie roślin, które przecież potrzebują dwutlenku węgla do życia.

Myślę, iż fakt istnienia roślinności na tej planecie jeszcze przed pojawieniem się naszego gatunku doskonale udowadnia absurdalność takiej tezy. Porozmawiajmy jednak o samym węglu i o jego roli w przyrodzie, bo jest to rola niebagatelna!

Na myśl o węglu zapewne przychodzi nam odruchowo do głowy węgiel kamienny, czyli skała powstała ze szczątków roślin porastających naszą planetę około 350 milionów lat temu.

Taka skała zawiera od 75 do 97% węgla pierwiastkowego, a jej struktura w ogromnym uproszczeniu wygląda tak jak na ilustracji. Sam węgiel jako pierwiastek możemy znaleźć w układzie okresowym w 14 grupie, w drugim okresie pod liczbą atomową 6. Oznacza to, że ma zawsze 6 protonów w jądrze i 4 elektrony na ostatniej powłoce. W naturze występują jego trzy izotopy ¹²C, ¹³C i ¹⁴C, Dwa pierwsze są stabilne, a ostatni ulega rozpadowi z czasem połowicznego rozpadu ok. 5700 lat. Nazwa „węgiel” została przypisana do tego pierwiastka przez twórcę polskiego nazewnictwa chemicznego tj. wybitnego Filipa Waltera.

Jak pewnie kojarzycie, węgiel może występować w różnych odmianach, takich jak diament, grafit, grafen itd. Zwracam uwagę, iż każda z tych odmian jest w tym samym stanie skupienia, a jednak totalnie różnią się właściwościami chemicznymi i fizycznymi. Diament jest jedną z najtwardszych znanych nam substancji, jest przezroczysty i bardzo kiepsko przewodzi prąd, zaś grafit to jego totalne przeciwieństwo. Każdy wie, że ołówkiem można narysować kreskę na papierze. Faktem jest również to, że grafit jest nieprzezroczysty i prąd przewodzi. Takie zjawisko występowania różnych odmian tego samego pierwiastka w tym samym stanie skupienia nazywa się alotropią, a takie odmiany formami alotropowymi. Najczęściej takie różnice wynikają z innego ułożenia atomów w sieci krystalicznej lub różnicy w ilości atomów w cząsteczce.

Nie wchodząc w mechanikę kwantową – konfiguracja elektronowa węgla sprawia, że bardzo łatwo tworzy wiązania kowalencyjne z innymi „małymi” jądrami w tym z innymi atomami węgla. Tu przypominam, że wiązania kowalencyjne to takie w których jądra mają elektrony „na spółkę”. Węgiel ma również tendencje do tworzenia związków o długich łańcuchach, co w połączeniu z trwałością wiązań powoduje, że liczba potencjalnych związków go zawierających jest praktycznie nieskończona. Na chwilę obecną znane jest około 10 milionów różnych związków tego rodzaju. Jest to czwarty pod względem ilości pierwiastek we Wszechświecie. To rozpowszechnienie, wraz z różnorodnością jego związków sprawia, że jest na nim oparta cała chemia organiczna w której znajdziemy związki zawierające węgiel tworzący różne „węże”, pierścienie i bardzo rozbudowane szkielety w których węgiel oprócz przyłączania innych atomów węgla posiada jeszcze tlen, siarkę, azot i różne grupy je zawierające.

Skąd wziął się sam węgiel we Wszechświecie? Spójrzmy na tą przyjazną tabelkę:

Jak widać, na początku powstały wodór, hel i drobne ilości litu, a wszystkie pozostałe to efekt późniejszej fuzji we wnętrzach gwiazd czy zderzeń gwiazd neutronowych. Jak pamiętamy, sama fuzja polega na „sklejaniu” ze sobą lżejszych jąder w cięższe, co wymaga ogromnej energii aby przełamać opór elektromagnetyzmu (bo dodatnie jądra się odpychają). Cały istniejący węgiel powstał najpewniej w procesie nazwanym „trzy razy alfa”.

Cząstki alfa biorące w nim udział składają się z dwóch protonów i dwóch neutronów, czyli są tożsame z jądrem jednego z izotopów helu, które łącząc się dają jądro izotopu berylu, a to łącząc się z kolejną cząstką alfa daje węgiel. Skoro to takie proste, to dlaczego węgiel nie powstał w pierwszych chwilach Wszechświata razem z wodorem i helem? Głównie z tego samego powodu, dla którego sam beryl powstał również później. Z jakiegoś powodu jądra o liczbie masowej 5 i 8 są niestabilne i ulegają błyskawicznemu rozpadowi. Cząstka alfa mogąca trafić w takie nietrwałe jądro ma na to około 10⁻¹⁶ s! Szanse na zajście takiego procesu są dramatycznie małe, a czas gdy Wszechświat był na tyle gęsty i gorący by mógł on zajść, zbyt krótki. Dopiero gdy powstały gwiazdy, we wnętrzach których odpowiednie warunki panują odpowiednio długo mógł on powstać – gwiazdy są gęste, co oznacza dużą ilość materii upakowanej na małym obszarze, a czas ich istnienia liczymy w miliardach lat.

Węgiel na naszej planecie wstępuje praktycznie wszędzie. W atmosferze znajdziemy go głównie jako dwutlenek węgla, który jest pobierany przez rośliny oraz różne bakterie, a następnie używany do budowy cząsteczek glukozy, która ulega dalszym procesom ,w których służy albo do budowy tkanek, albo jako „paliwo”. Taka roślina może albo obumrzeć, co spowoduje że trafi do gleby, albo zostać zjedzona przez inny organizm, który wykorzysta taki węgiel do budowy np. białek. Proces pozyskiwania energii z takich związków to oczywiście utlenianie, co oznacza że taki węgiel zostanie usunięty z organizmu w postaci dwutlenku węgla w wyniku oddychania. Oczywiście gdy taki organizm obumrze, to zawarty w nim węgiel również trafi do gleby, skąd w wyniku różnych procesów wróci do atmosfery lub oceanu. Przypominam również, że istnieją organizmy, które chętnie spożywają taką martwą materię, a więc koniec końców wszystko, co zostało przez rośliny pobrane z atmosfery, gleby lub wody, trafia tam z powrotem, a cały cykl pozostaje w równowadze. Węgiel, który uwalniamy tam dodatkowo był wcześniej niejako poza głównym obiegiem i jego emisja jedynie zaburza istniejące procesy, a więc jeśli przestaniemy spalać paliwa takie jak węgiel, gaz czy ropa, w których był związany, naprawdę nie zagłodzimy żadnego z trawników.

(c) by Lucas Bergowsky
Jeśli chcesz wykorzystać ten tekst lub jego fragmenty, skontaktuj się z autorem.