Всички елементи на земята, включително въглеродът, се движат в цикли, като част от затворена система. Няма загуба или въвеждане на въглерод от космоса. Диаграмата на въглеродния цикъл показва различни стъпки в рециклирането на въглерод през 21 век.
Диаграмата
Глобалната въглеродна диаграма от университета в Ню Хамсфир изобразява басейни и потоци, които съставляват въглеродния цикъл. Въглеродните басейни съхраняват големи количества въглерод за дълги периоди от време и са в синьо. Потоците са процесите, които преместват въглерода от един басейн в следващия и са в червено. Потоците имат две части: една, която премахва въглерода от въздуха, и една, която освобождава фиксирания въглерод обратно като CO2 в атмосферата.
Въглеродни басейни
Количествата въглерод, които басейните съхраняват, са споменати в петаграма на въглерод (PgC). Един Pg е равен на един милиард тона и се нарича още гигатони (Gt).
- Скали:По-голямата част от въглерода е заключен като седиментни скали.
- Океанско легло: Вторият по големина въглероден басейн е под океаните под формата на въглероден диоксид (CO2), разтворен във вода.
- Изкопаеми горива: Третият по големина въглероден запас са изкопаемите горива, като въглища, лигнитни въглища, природен газ и нефт, които се образуват от останки от земни и морски растения и животни под специална температура и налягане.
- Океанска повърхност: Въглеродът се съхранява за кратко време в повърхностните води като CO2, разтворен във вода или в телата на живи морски растения и животни.
- Наземни басейни: Целият въглерод, който се натрупва в дърветата и почвите, образува друг краткотраен резервоар и се освобождава след няколко десетилетия или векове, например, когато дърветата се изсичат или умри.
- Въглероден диоксид: Въглеродът, присъстващ във въздуха в неговата газообразна форма, CO2, помага да се поддържа топлината на земята. Без този живот, какъвто съществува, не би бил възможен на земята. Има постоянно добавяне и усвояване от този въглероден запас.
Отстраняване на въглерод в потоци
Количествата въглерод, които се пренасят всяка година, са показани като PgC на година в диаграмата. CO2 се отстранява от въздуха и се фиксира чрез бързи ежедневни процеси. Образуването на органична материя и поглъщането на въглерод са по-бавни и изискват време.
- Фотосинтеза - Зелените растения използват CO2, заедно с вода и енергия от слънцето в процес, наречен фотосинтеза, за да образуват прости захари и след това хранителните вещества, от които се нуждаят растенията.
- Поглъщане от океаните - Атмосферният CO2 се поема и използва за фотосинтеза и в океаните. Тук фитопланктоните са еквиваленти на растенията, от които зависи целият живот в океаните. В допълнение, CO2, разтворен във вода, се превръща в калциев карбонат и се използва в черупки и скелети на морски животни.
- Хранителна верига - Когато тревопасните ядат растения или месоядните и всеядните ядат други животни, този въглерод се предава по хранителната верига, за да помогне на животните да растат, да живеят и да се размножават.
- Добавяне на органична материя и постеля - Когато растенията и животните умират, те се разлагат от микроби, за да образуват хумус или органична материя, която става част от почвата. Отпадък, който се образува всяка година, когато дърветата хвърлят клонки и листа, и рециклират въглерода постоянно в почвата. Това се използва отчасти за растежа на растенията и поддържа циркулацията на въглерода, докато останалата част образува въглерод в почвата.
Образуване на въглеродни басейни
Количествата CO2, които се използват, и продължителността на времето, през което те остават съхранявани като фиксиран въглерод, варират в зависимост от различните организми и процеси.
- Тъй като дърветата са дълголетни и натрупват въглерод в стъблото, листата и корените си, те действат като поглътители на въглерод.
- Почвите натрупват въглерод като органична материя и мъртви корени, които остават в почвата дълго след като растение или дърво умре; в почвата има огромни количества биомаса под формата на растящи живи корени на дървета и пасища. Почвите образуват друг важен въглероден поглътител.
- Някои черупки и скелети на морски животни се натрупват на дъното на океаните, за да произвеждат варовик.
Въглеродните поглътители са важен поток или процес, който в крайна сметка води до въглеродни резервоари. В краткосрочен план те произвеждат земни въглеродни резервоари, а в дългосрочен план изкопаеми горива и скали.
Поток от земя към океана
Когато реките се вливат в океани, те носят със себе си утайки, богати на органични вещества. Блатата и приливните наводнения също пренасят въглерод под формата на органична материя в океаните всяка година.
Естествено отделяне на въглероден диоксид
В естествения въглероден цикъл въглеродът се освобождава обратно в атмосферата главно чрез дишане и разлагане.
- Дишане на растенията - Повечето от живите същества микроби, растения и животни на сушата дишат. Те вдишват кислород и издишват CO2, като разграждат храната, която са изяли. Това е един от най-кратките цикли на въглерод.
- Разлагане и дишане на почвата - Цялата разлагаща се материя на сушата не се превръща в органична материя. Част от въглерода се отделя директно във въздуха като CO2. Микробите и малките животни, живеещи в почвата, също отделят CO2 всеки ден, когато дишат.
- Загуба на океан - Дишането и гниенето на морските растения и животни също отделят CO2 към въглеродния басейн в атмосферата.
- Вулкани - Малко количество въглерод се освобождава в атмосферата от вулканична дейност.
Човешки дейности, отделящи въглероден диоксид
В допълнение към естествените потоци, има много човешки дейности, които освобождават фиксиран въглерод обратно в атмосферата като CO2.
- Изгаряне на изкопаеми горива- Изгарянето на въглерод поглъща дърва, въглища, природен газ, бензин за електричество, отопление, готвене или транспорт е един от основните начини за освобождаване на въглерод обратно във въздуха. Много от изкопаемите горива се използват и за промишлени цели и допълнително добавят CO2 в атмосферата.
- Промени в земеползването - Обезлесяването, изсичането на тревни площи за създаване на селища, стопанствата, заместващи естествения растеж, и използването на машини, което води до емисии, имат дългосрочни последици. Това води до добавяне на CO2 към атмосферния въглероден басейн.
Различни гледни точки от допълнителни диаграми
Има много видове диаграми на въглеродния цикъл и те предоставят различна информация за този жизненоважен цикъл.
- Прост цикъл: Диаграмата от BBC изобразява прост въглероден цикъл. Така е изглеждал въглеродният цикъл в прединдустриалните времена, до преди 150 години, когато количествата на въглеродното движение не са били проблем.
- Промяна на климата: Въглеродният цикъл от университета в Калгари е картинен анализ на това как съвременните човешки дейности са променили деликатния баланс в цикъла на въглерода.
- Химични процеси: Въглеродният цикъл от Британика се фокусира върху различните химични реакции, които влияят върху въглеродните потоци и запаси, а не върху количествата рециклиране на въглерод. Този цикъл е интересен за хора, които искат да знаят различните форми, в които въглеродът съществува и как се променя.
Използване на въглероден цикъл
Има 30% увеличение на CO2 в атмосферата поради човешката дейност през последните 150 години. Тъй като CO2 във въздуха причинява затопляне, добавянето на повече CO2 към атмосферата също увеличава нейния затоплящ ефект. Това доведе до глобално затопляне и изменение на климата. Разбирането на въглеродния цикъл и как и къде човешките дейности го променят, може да помогне в намирането на ефективни начини и методи за справяне с проблема с изменението на климата.
