Ефектите от човешката дейност върху въглеродния цикъл

Въглеродният цикъл е един от няколкото биогеохимични цикли, чрез които различните съединения, необходими за живота, като вода, азот, сяра, въглерод и фосфор, се рециклират непрекъснато чрез метаболитни, геоложки и метеорологични процеси. Въглеродът съществува като въглероден диоксид в атмосферата и се разтваря в океаните, като органичен въглерод в живите организми и като част от минерални утайки като калциев карбонат. Обикновено движенията на въглерод между тези различни резервоари ефективно балансират, така че количеството въглерод във всеки от тях е относително постоянно или се променя само в продължение на хилядолетия. След индустриалната революция обаче хората изгарят изкопаеми горива и изпускат огромни количества въглерод в атмосферата, което може да има далечни последици за климата и екосистемите.

Въглеродът е един от най-важните елементи за живота и по дефиниция е част от всички органични молекули. Въглеродният диоксид в атмосферата се превръща в органичен въглерод от фотосинтетични растения, водорасли и фитопланктон, известни още като „производители“. Почти всички други организми, включително всички животни, в крайна сметка получават своя въглерод от тези производители. Всички организми, включително производителите, отделят въглероден диоксид в резултат на клетъчното дишане, процесът, чрез който въглехидратите се метаболизират, за да освободят енергията, необходима за живота. Между ефектите на фотосинтезата и клетъчното дишане, въглеродните цикли между атмосферата и биосферата. Най-важните изключения са тези организми, най-вече фитопланктон и други животни с черупки от калций карбонати, които са погребани под утайки на дъното на океана, преди въглеродът им да може да бъде освободен разлагане. Този въглерод се отстранява ефективно от биологичните и атмосферните части на въглеродния цикъл, като в крайна сметка приема формата на варовик или, при определени условия, нефт, въглища или природен газ.

В същото време, когато бавно се образуват повече минерали, съдържащи варовик и въглерод, съществуващите утайки бавно се ерозират от силите на вятъра и валежите. Варовикът и други утайки се разтварят от дъждовната вода, освобождавайки въглерод обратно в биосферата. Субдукцията, която се случва, когато една тектонична плоча се принуди под друга, също е важна част от въглеродния цикъл. Утайките, съдържащи въглерод, се избутват достатъчно далеч под повърхността, за да се стопят, като в крайна сметка освобождават въглерода си. Този въглерод се отделя внезапно, като част от вулканични изригвания и постепенно, като изтича през горещи извори, пукнатини и отвори.

Основното въздействие на хората върху въглеродния цикъл е чрез изгарянето на изкопаеми горива, което освобождава иначе погребания въглерод в атмосферата. Изкопаемите горива, които включват нефт, природен газ и въглища, се използват в почти всички аспекти на световната икономика. Автомобилите са най-видимият пример, но всъщност повече въглероден диоксид се произвежда от инсталации за въглища и природен газ, които произвеждат електричество както за промишлена, така и за битова употреба. Индустриалното земеделие също работи с енергия от изкопаеми горива. Всички изкуствени торове се синтезират чрез процес, който изгаря изкопаеми горива - обикновено природен газ. Различни изследвания проследяват промените в въглеродния диоксид през последния половин век. Най-продължителното проучване е започнато през 1958 г. от Чарлз Кийлинг на Хаваите и показва бързо покачване на нивата на въглерод в атмосферата. Данните от ледените ядра сочат, че нивата на въглерод са по-високи от тези от половин милион години

Широко разпространеното обезлесяване, особено в тропическите райони, води до отделяне на повече въглерод чрез разлагане и по-малко въглерод да бъде отделен чрез фотосинтеза, процесът, при който растенията и някои бактерии използват енергията на слънчевата светлина за изграждане на въглехидрати от въглеродния диоксид от атмосфера. Въпреки че някои зони са заделени за запазване на дивата природа, много повече са уязвими от изгаряне и изсичане за целите на дърводобива и разчистването на земеделските земи.

Основната загриженост относно увеличаването на нивата на въглероден диоксид идва от факта, че въглеродният диоксид е парников газ. Той улавя инфрачервеното лъчение от повърхността на Земята, което иначе би избягало в космоса, ефективно изолирайки планетата и повишавайки нейната температура. Международният панел на ООН по изменението на климата, заедно с много хора от научната общност, вярва, че хората нарушават въглеродния цикъл достатъчно, за да драстично да промени глобалния климат, с потенциално огромни последици за биологичното разнообразие, земеделието, времето и цялостното здраве на всяка екосистема в планета.