Малко, ако има такива, елементи са толкова гъвкави като въглерода. Въглеродният атом има четири валентни електрона, което го прави способен да образува повече съединения от всеки друг елемент и това го прави незаменим в развитието на живите организми. Този многостранен и обилен елемент редовно циклира земната атмосфера, хидросферата, геосферата и биосферата, които по същество съставят списък с резервоари за въглерод.
Атмосферата е особено важна при въглеродния цикъл, тъй като представлява резервоар за въглероден диоксид. Въглеродният диоксид е газ и фотосинтезиращите растения в биосферата, които включват друг важен резервоар във въглеродния цикъл, зависят от него за дишане. Въпреки това, хидросферата, която включва всички световни океани, може би има по-значително въздействие, поради факта, че океаните покриват 70 процента от повърхността на планетата. Геосферата от своя страна заключва въглерода в твърди структури, които продължават хилядолетия, и го освобождава чрез вулканична дейност.
Определение на въглеродния цикъл
Опитът да определите къде започва въглеродният цикъл е малко като да се опитате да определите кое е първо, пилето или яйцето, но нека започнем с геосферата. Въглеродът, който е бил заключен от векове в седиментните скали, се изпуска в атмосферата от вулканите като въглероден диоксид. Някои от тях се използват от растенията за дишане, а други се разтварят в океаните. Някои също се връщат обратно на земята като утайка, образувана в продължение на еони от ерозия и други природни процеси.
Живите същества, които отделят въглероден диоксид като част от дихателния си процес, помагат да се поддържа концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата. Освен това повечето - но не всички - от въглероден диоксид, който се разтваря в морската вода, се реабсорбират в атмосферата. По този начин въглеродните цикли непрекъснато преминават през земните екосистеми.
Атмосферата като резервоар във въглеродния цикъл
Въглеродният диоксид представлява само около 0,04% от газовете в атмосферата. През последните 800 000 години концентрацията на въглероден диоксид остава под 300 части на милион. Въпреки това, той започна да се увеличава по време на индустриалната революция и през последните 50 години нараства средно с 0,6 ppm всяка година. През 2018 г. учените от обсерваторията Мауна Лоа на Хавай съобщиха, че концентрацията е 410,79 ppm (вж. Ресурси). Учените отдават възхода на човешката дейност.
Бързото покачване нарушава въглеродния цикъл. Част от излишния въглероден диоксид се абсорбира в океаните или се използва за дишане, но по-голямата част от него остава в атмосферата, където се комбинира с други следи от газове, за да създаде затоплящ ефект върху планета. Това е парников газ и бързото покачване на атмосферната му концентрация притеснява учените.
Океаните са друг ключов резервоар за въглероден диоксид
Океаните поглъщат около 25 процента от атмосферния въглероден диоксид. Морските същества са в състояние да го превърнат в черупки за телата си, които в крайна сметка падат на океанското дъно като утайка. Освен това водораслите и друга фотосинтезираща морска флора използват въглероден диоксид директно за дишане.
Когато въглеродният диоксид се разтваря в морска вода, той произвежда въглеродна киселина. По този начин нарастващите количества атмосферен въглероден диоксид водят до съответно увеличаване на подкисляването на океана. Това има вредно въздействие върху морските същества, защото прави черупките им по-слаби и по-чупливи. Още по-лошо, в един момент океаните ще станат твърде кисели, за да абсорбират повече въглероден диоксид от атмосферата. Това може да ускори ускоряващото се покачване на атмосферния въглероден диоксид в свръхдвижение и да доведе до метеоритно покачване на температурата на земната повърхност.