Екосистемата включва животни, растения, микроби и неживи компоненти на местообитанията около тях, като вода, въздух и почва. Всеки жив организъм изисква определена форма на производство на енергия. Всички животни се нуждаят от дишане, обмен на кислород за въглероден диоксид, за да останат живи. Растенията също се нуждаят от дишане и кислород, но те също така фиксират или отстраняват въглерода от околната среда и произвеждат животворен кислород, използван от животните, подхранван от слънчева енергия, която те събират, използвайки специализирани органели, наречени хлоропласти. Нетният обмен на екосистеми се изчислява по формула, която показва колко въглерод се влага в околната среда в сравнение с това колко се отстранява. Нетният обмен на екосистеми се нарича понякога и „производство на нетна екосистема“.
Въглеродният цикъл
За да се поддържа животът на земята такъв, какъвто е сега, въглеродът в атмосферата и въглеродът, фиксиран в биологичните организми, трябва да бъдат балансирани. Ако не, ще се получат климатични промени. Животните и хората добавят повече въглерод към екосистемата, като просто дишат. Атмосферният въглерод също се получава чрез разпадане, тъй като мъртвите животни и растителните вещества отделят въглерод, съхраняван в техните тъкани, и чрез изгарянето на дървета, растения и изкопаеми горива, като:
- масло
- въглища
За да се противодействат на тези ефекти, живите растения се наричат "въглеродни мивки", тъй като те премахват въглеродния диоксид от околната среда и го трансформират в кислород и хранителна енергия.
Основни фактори и условия
Няколко фактора са необходими за определяне на нетния обмен на екосистеми. Първото е нетно първично производство, което е нето количество органичен въглерод, отстранен от екосистемата от растенията. Растенията са автотрофи, което означава, че те са способни да образуват хранителни вещества и енергия от неорганични вещества и слънчева светлина по време на процес, наречен фотосинтеза. Общото количество фиксиран въглерод - отстранен от екосистемата - по време на фотосинтезата се нарича брутно първично производство. Растенията обаче отделят и въглерод по време на дишането. Следователно нетното първично производство се изчислява чрез изваждане на количеството въглерод, отделено от растенията по време на дишането, от количеството въглерод, фиксирано по време на брутното първично производство.
Определяне на обмен на нетна екосистема
Докато растенията са автотрофи, хората и животните са хетеротрофи, което означава, че те се нуждаят от органични хранителни вещества - храна - от околната среда и трябва да използват кислород, за да произвеждат енергия от усвоената храна. Хетеротрофното дишане произвежда големи количества въглерод, който се влага в екосистемата. Следователно нетният обмен на екосистемите се определя чрез изваждане на количеството въглерод, произведен чрез хетеротрофно дишане, от нетното първично производство.
Свойства на екосистемите
Въглеродният баланс е основно свойство, което гарантира, че екосистемите са устойчиви и здрави. Нетният обмен на екосистеми помага да се измери балансът на въглеродния цикъл. Тъй като се изчислява чрез изваждане на това колко въглеродни растения фиксират или отстраняват, от това колко въглерод се влага в екосистемата, най-добрият резултат би бил отрицателна стойност. Например данните от 1992 до 2000 г. показват, че горите в източната част на Съединените щати имат нетен обмен на екосистеми, вариращ от -84 до -740. Това показва, че се отделя повече въглерод, отколкото се отделя. Ако въглеродът не бъде отстранен ефективно, качеството на въздуха и животът в една екосистема ще пострадат. Други фактори, които трябва да се вземат предвид за въглеродния баланс в една екосистема, е замърсяването от фабрики и превозни средства, докато океаните също премахват въглерода от атмосферата.