Carbon

碳循環(Carbon cycle)

碳循環(Carbon cycle)
國立臺灣大學森林學系王家玲學士

生物地質化學循環(biogeochemical cycle)為各個元素在大氣層(氣圈)、海洋(水圈)、地殼(岩石圈)以及生物體(生物圈)這四個「庫」(pool)之間的循環。依照貯存後參與循環的程度可將「庫」區分成「貯藏庫」(reservoir)和「交換庫」(exchangeable pool)。保留在貯藏庫的物質,通常以不能被生物直接利用的型式存在,而須藉由某些化學作用才能進入交換庫被生物利用,例如碳以碳酸鈣形式貯存在海底泥層或岩層中,岩石圈是碳的貯藏庫。碳酸鈣被溶解後轉成二氧化碳才能被生物利用,所以水圈和大氣圈才是碳的交換庫。

地球上的碳(carbon)會以不同型式存在於生物和環境中,這不同的型式便是不同的化合物。大氣中的二氧化碳從無機物的形式經過植物或藻類的光合作用,合成有機化合物(簡稱「有機物」),有機物大多為碳水化合物,是生命產生的物質基礎,因此植物或藻類稱為生產者。牛、羊等草食性動物從植物獲取養分(例如澱粉、蔗糖、果糖…等等),稱為消費者。而獅子、老虎等肉食動物若以捕食草食動物攝取養分,則稱為次級消費者。

碳元素的發現

碳元素的發現
國立臺灣大學化學系陳竹亭教授責任編輯

人類發現炭灰 (soot) 的歷史已不可考,先人極早就會利用木炭 (wood charcoal) 生火,北京人距今約五十萬年,已有用火的跡象。焦炭 (charcoal) 的歷史應該和智人 (homo sapiens) 的文明一樣長。更貼切的說,我們是炭火之子,不懂用火的話,我們可能也度不過一萬多年前的全球大冰河時期。但是有記載的焦炭製造歷史應該是在羅馬時代,他們把木材堆成金字塔形,覆上黏土隔絕空氣後煅燒,就產生焦炭。 英文的碳字carbon,法文是charbon,都是源自拉丁文的carbonum,還有德文或其他文字也都是源於煤或焦炭的意思。但是煤炭的歷史大概也是從羅馬人開始,十三世紀的僧侶萊里耳 (Reinier of Liège) 曾記載用「黑土」鍛燒金屬,到十八世紀歐洲工業革命,瓦特發明蒸汽機後,煤 (coal) 才成為主要的燃料。煤製成的焦炭多用於金屬冶鍊,煉鋼廠以煤焦作燃料及還原劑,煤燃燒到800度以上的高溫,同時產生一氧化碳,可使鐵礦 (氧化鐵)還原成金屬鐵。1722年雷歐姆 (René A. F. de Réaumur, 1683-1757) 證明煉鋼是鐵中滲入了一些物質,後來才知道就是碳元素。