ما هما خزانان من الكربون؟

قليل من العناصر ، إن وجدت ، متعددة الاستخدامات مثل الكربون. تحتوي ذرة الكربون على أربعة إلكترونات تكافؤ ، مما يجعلها قادرة على تكوين مركبات أكثر من أي عنصر آخر ، وهذه الحقيقة تجعلها لا غنى عنها في تطوير الكائنات الحية. يدور هذا العنصر متعدد الاستخدامات والوفير بانتظام عبر الغلاف الجوي للأرض والغلاف المائي والغلاف الأرضي والمحيط الحيوي ، والتي تشكل أساسًا قائمة خزانات الكربون.

الغلاف الجوي مهم بشكل خاص في دورة الكربون لأنه خزان لثاني أكسيد الكربون. ثاني أكسيد الكربون هو غاز ، وتعتمد عليه نباتات البناء الضوئي في المحيط الحيوي ، والتي تشكل خزانًا مهمًا آخر في دورة الكربون ، من أجل التنفس. ومع ذلك ، يمكن القول إن الغلاف المائي ، الذي يشمل جميع محيطات العالم ، له تأثير أكبر ، نظرًا لأن المحيطات تغطي 70 في المائة من مساحة سطح الكوكب. من جانبه ، يحبس الغلاف الأرضي الكربون في هياكل صلبة تدوم لآلاف السنين وتطلقه من خلال النشاط البركاني.

إن محاولة تحديد المكان الذي تبدأ منه دورة الكربون تشبه إلى حد ما محاولة تحديد أيهما جاء أولاً ، الدجاجة أم البيضة ، ولكن لنبدأ مع الغلاف الأرضي. يتم إطلاق الكربون المحتجز منذ زمن طويل في الصخور الرسوبية في الغلاف الجوي بواسطة البراكين على شكل ثاني أكسيد الكربون. تستخدم النباتات بعضها للتنفس ، ويذوب البعض الآخر في المحيطات. يعود البعض أيضًا إلى الأرض حيث تشكلت الرواسب على مدى دهور من التعرية والعمليات الطبيعية الأخرى.

الكائنات الحية التي تفرز ثاني أكسيد الكربون كجزء من عملية التنفس تساعد في الحفاظ على تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم امتصاص معظم - وليس كل - ثاني أكسيد الكربون الذي يذوب في مياه البحر في الغلاف الجوي. بهذه الطريقة ، يدور الكربون بلا انقطاع عبر النظم البيئية للأرض.

يمثل ثاني أكسيد الكربون حوالي 0.04 في المائة فقط من الغازات في الغلاف الجوي. على مدى 800000 سنة الماضية ، ظل تركيز ثاني أكسيد الكربون أقل من 300 جزء في المليون. ومع ذلك ، فقد بدأ في الارتفاع خلال الثورة الصناعية ، وفي الخمسين عامًا الماضية ارتفع بمعدل 0.6 جزء في المليون كل عام. في عام 2018 ، أفاد العلماء في مرصد ماونا لوا في هاواي أن التركيز بلغ 410.79 جزء في المليون (انظر الموارد). يعزو العلماء الارتفاع إلى النشاط البشري.

الارتفاع السريع يزعج دورة الكربون. يتم امتصاص بعض من ثاني أكسيد الكربون الزائد في المحيطات أو استخدامه للتنفس ، ولكن معظمه يبقى في الغلاف الجوي ، حيث يتحد مع الغازات النزرة الأخرى لإحداث تأثير الاحترار على كوكب. إنه غاز دفيئة ، والارتفاع السريع في تركيزه في الغلاف الجوي أثار قلق العلماء.

تمتص المحيطات حوالي 25٪ من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي. الكائنات البحرية قادرة على تحويلها إلى أصداف لأجسامها التي تسقط في النهاية في قاع المحيط على شكل رواسب. علاوة على ذلك ، تستخدم الطحالب ونباتات البحر الأخرى التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي ثاني أكسيد الكربون مباشرة للتنفس.

عندما يذوب ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر ، فإنه ينتج حمض الكربونيك. وبالتالي ينتج عن الكميات المتزايدة من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي زيادة مقابلة في تحمض المحيطات. وهذا له تأثير ضار على الكائنات البحرية ، لأنه يجعل أصدافها أضعف وأكثر هشاشة. والأسوأ من ذلك ، أن المحيطات ستصبح في مرحلة ما حمضية للغاية بحيث لا يمكنها امتصاص المزيد من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. وهذا يمكن أن يدفع الارتفاع المتسارع في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى سرعة زائدة ويسبب ارتفاعًا نيزكيًا في درجة حرارة سطح الأرض.