Jen málo prvků, pokud existují, je stejně univerzálních jako uhlík. Atom uhlíku má čtyři valenční elektrony, díky nimž je schopen tvořit více sloučenin než jakýkoli jiný prvek, a tato skutečnost ho činí nepostradatelným pro vývoj živých organismů. Tento všestranný a hojný prvek pravidelně cykluje zemskou atmosférou, hydrosférou, geosférou a biosférou, které v podstatě zahrnují seznam zásobníků uhlíku.
Atmosféra je zvláště důležitá v uhlíkovém cyklu, protože je zásobníkem oxidu uhličitého. Oxid uhličitý je plyn a fotosyntetizující rostliny v biosféře, které tvoří další důležitý rezervoár v uhlíkovém cyklu, na něm závisí dýchání. Hydrosféra, která zahrnuje všechny světové oceány, má však pravděpodobně významnější dopad, a to díky skutečnosti, že oceány pokrývají 70 procent povrchu planety. Geosféra sama o sobě blokuje uhlík do pevných struktur, které trvají tisíciletí, a uvolňuje ho vulkanickou činností.
Definice uhlíkového cyklu
Pokusit se určit, kde uhlíkový cyklus začíná, je něco jako zkoušet zjistit, co bylo dřív, kuře nebo vejce, ale pojďme začít geosférou. Uhlík, který byl věky uzamčen v sedimentární hornině, se uvolňuje do atmosféry sopkami jako oxid uhličitý. Část z nich je používána rostlinami k dýchání a část se rozpouští v oceánech. Někteří se také vracejí zpět na Zemi jako sediment vytvářený po celé věky erozí a jinými přírodními procesy.
Živé bytosti, které vylučují oxid uhličitý jako součást svého dýchacího procesu, pomáhají udržovat koncentraci oxidu uhličitého v atmosféře. Kromě toho se většina - ale ne všechny - oxidu uhličitého, který se rozpouští v mořské vodě, znovu vstřebává do atmosféry. Tímto způsobem uhlík nepřetržitě cykluje v zemských ekosystémech.
Atmosféra jako nádrž v uhlíkovém cyklu
Oxid uhličitý představuje pouze asi 0,04 procenta plynů v atmosféře. Za posledních 800 000 let koncentrace oxidu uhličitého zůstala pod 300 ppm. Během průmyslové revoluce však začal růst a za posledních 50 let každý rok vzrostl v průměru o 0,6 ppm. V roce 2018 uvedli vědci na observatoři Mauna Loa na Havaji koncentraci 410,79 ppm (viz zdroje). Vědci připisují vzestup lidské činnosti.
Rychlý vzestup narušuje uhlíkový cyklus. Část přebytečného oxidu uhličitého se absorbuje do oceánů nebo se používá k dýchání, ale většina z toho zůstává v atmosféře, kde se kombinuje s dalšími stopovými plyny a vytváří tak oteplovací účinek na planeta. Je to skleníkový plyn a vědci se obávají rychlého nárůstu jeho atmosférické koncentrace.
Oceány jsou dalším klíčovým rezervoárem oxidu uhličitého
Oceány absorbují asi 25 procent atmosférického oxidu uhličitého. Mořští tvorové jsou schopni jej přeměnit na skořápky pro svá těla, která nakonec spadnou na dno oceánu jako sediment. Řasy a další fotosyntetizující mořská flóra navíc používají k dýchání přímo oxid uhličitý.
Když se oxid uhličitý rozpouští do mořské vody, produkuje kyselinu uhličitou. Rostoucí množství atmosférického oxidu uhličitého tak produkuje odpovídající zvýšení okyselování oceánů. To má škodlivý účinek na mořské tvory, protože jejich skořápky jsou slabší a křehčí. Ještě horší je, že v určitém okamžiku budou oceány příliš kyselé na to, aby absorbovaly další oxid uhličitý z atmosféry. To by mohlo urychlit vzestup atmosférického oxidu uhličitého na vyšší rychlost a způsobit meteorický vzestup teploty zemského povrchu.