Все элементы на Земле, включая углерод, движутся циклично, как часть замкнутой системы. Никаких потерь или поступления углерода из космоса не происходит. Диаграмма углеродного цикла показывает различные этапы переработки углерода в 21 веке.
Диаграмма
Глобальная углеродная диаграмма Университета Нью-Гэмпшира отображает резервуары и потоки, составляющие углеродный цикл. Углеродные пулы хранят большое количество углерода в течение длительного периода времени и отмечены синим цветом. Потоки - это процессы, которые перемещают углерод из одного пула в другой. Они выделены красным цветом. Флюсы состоят из двух частей: одна удаляет углерод из воздуха, а другая высвобождает фиксированный углерод обратно в атмосферу в виде CO2.
Пулоны углерода
Количество углерода, хранимого в бассейнах, указано в петаграмме углерода (PgC). Один Pg равен одному миллиарду тонн и также называется гигатоннами (Gt).
- Камни:Большая часть углерода заключена в осадочных породах.
- Дно океана: Второй по величине запас углерода находится под океанами в виде углекислого газа (CO2), растворенного в воде.
- Ископаемое топливо: Третий по величине пул углерода - это ископаемое топливо, такое как уголь, бурый уголь, природный газ и нефть, которые образуются из остатков суши и морских растений. и животные, находящиеся под особой температурой и давлением.
- Поверхность океана: Углерод на короткое время сохраняется в поверхностных водах в виде растворенного в воде CO2 или в телах живых морских растений и животных.
- Наземные бассейны: Весь углерод, который накапливается в деревьях и почвах, образует еще один кратковременный резервуар и высвобождается через несколько десятилетий или столетий, например, когда деревья вырубаются. или умрешь.
- Углекислый газ: Углерод, присутствующий в воздухе в газообразной форме, CO2, помогает сохранять землю теплой. Без этой жизни на земле была бы невозможна такая, какая она есть. Этот пул углерода постоянно пополняется и поглощается.
Удаление углерода во флюсах
Количество углерода, перемещаемого каждый год, показано на диаграмме в виде ПгС в год. CO2 удаляется из воздуха и фиксируется быстрыми ежедневными процессами. Формирование органических веществ и поглотителей углерода происходит медленнее и требует времени.
- Фотосинтез - Зеленые растения используют CO2, а также воду и солнечную энергию в процессе, называемом фотосинтезом, для образования простых сахаров, а затем и питательных веществ, необходимых растениям.
- Поглощение океанами - Атмосферный CO2 поглощается и используется для фотосинтеза также в океанах. Здесь фитопланктоны являются эквивалентами растений, от которых зависит вся жизнь в океанах. Кроме того, растворенный в воде CO2 превращается в карбонат кальция и используется в панцирях и скелетах морских животных.
- Пищевая цепь - Когда травоядные животные едят растения, а плотоядные и всеядные животные поедают других животных, этот углерод передается по пищевой цепи, помогая животным расти, жить и размножаться.
- Добавление органических веществ и мусора - Когда растения и животные умирают, они разлагаются микробами с образованием перегноя или органических веществ, которые становятся частью почвы. Подстилка, образующаяся каждый год, когда деревья сбрасывают ветки и листья, и постоянно перерабатывает углерод в почву. Частично он используется для роста растений и поддерживает циркуляцию углерода, а остальная часть образует углерод почвы.
Образование углеродных пулов
Количество используемого CO2 и продолжительность времени, в течение которого он сохраняется в виде фиксированного углерода, варьируется в зависимости от разных организмов и процессов.
- Поскольку деревья долгоживущие и накапливают углерод в своих стеблях, листьях и корнях, они действуют как поглотители углерода.
- Почвы накапливают углерод в виде органических веществ и отмерших корней, которые остаются в почве еще долгое время после гибели растения или дерева; в почве содержится огромное количество биомассы в виде растущих живых корней деревьев и лугов. Почвы являются еще одним важным поглотителем углерода.
- Некоторые раковины и скелеты морских животных накапливаются на дне океанов, образуя известняк.
Поглотители углерода представляют собой важный поток или процесс, который в конечном итоге приводит к образованию скоплений углерода. В краткосрочной перспективе они производят земные запасы углерода, а в долгосрочной перспективе – ископаемое топливо и горные породы.
Поток от суши к океану
Когда реки впадают в океаны, они несут с собой отложения, богатые органическими веществами. Болота и приливные наводнения также ежегодно переносят углерод в форме органического вещества в океаны.
Естественное выделение углекислого газа
В естественном углеродном цикле углерод выбрасывается обратно в атмосферу в основном в результате дыхания и разложения.
- Дыхание растений - Большинство живых существ, микробов, растений и животных на суше, дышат. Они вдыхают кислород и выдыхают CO2, расщепляя съеденную пищу. Это один из самых коротких циклов углерода.
- Разложение и дыхание почвы - Все разлагающиеся вещества на суше не преобразуются в органические вещества. Часть углерода выбрасывается непосредственно в воздух в виде CO2. Микробы и мелкие аминалы, живущие в почве, также выделяют CO2 каждый день при дыхании.
- Утрата океана - Дыхание и разложение морских растений и животных также выделяют CO2 в углеродный пул в атмосфере.
- Вулканы - Небольшое количество углерода выбрасывается в атмосферу в результате вулканической активности.
Деятельность человека, приводящая к выбросу углекислого газа
Помимо естественных потоков, существует множество видов деятельности человека, которые выбрасывают фиксированный углерод обратно в атмосферу в виде CO2.
- Сжигание ископаемого топлива- Сжигание углерода, поглощающего древесину, уголь, природный газ, бензин для производства электроэнергии, отопления, приготовления пищи или транспорта, является одним из основных способов выделения углерода. обратно в воздух. Многие виды ископаемого топлива также используются в промышленных целях и дополнительно добавляют CO2 в атмосферу.
- Изменения в землепользовании - Вырубка лесов, вырубка лугов для создания поселений, фермы, заменяющие естественный рост, и использование техники, приводящее к выбросам, имеют долгосрочные последствия. Это приводит к добавлению CO2 в пул углерода в атмосфере.
Различные точки зрения на дополнительных диаграммах
Существует много типов диаграмм углеродного цикла, и они предоставляют различную информацию об этом жизненном цикле.
- Простой цикл: Диаграмма BBC изображает простой углеродный цикл. Именно так выглядел углеродный цикл в доиндустриальные времена, вплоть до 150 лет назад, когда количество перемещения углерода не было проблемой.
- Изменение климата: Углеродный цикл, подготовленный Университетом Калгари, представляет собой графический анализ того, как современная человеческая деятельность изменила хрупкий баланс в углеродном цикле.
- Химические процессы: Углеродный цикл Британники фокусируется на различных химических реакциях, которые влияют на потоки и пулы углерода, а не на количество рециркуляции углерода. Этот цикл интересен людям, которые хотят знать различные формы существования углерода и то, как он изменяется.
Использование углеродного цикла
За последние 150 лет содержание CO2 в атмосфере увеличилось на 30% из-за деятельности человека. Поскольку CO2 в воздухе вызывает потепление, добавление большего количества CO2 в атмосферу также увеличивает его эффект потепления. Это привело к глобальному потеплению и изменению климата. Понимание углеродного цикла, а также того, как и где деятельность человека меняет его, может помочь в поиске эффективных способов и методов решения проблемы изменения климата.