Ekosystém zahrnuje zvířata, rostliny, mikroby a složky nežijících stanovišť kolem nich, jako je voda, vzduch a půda. Každý živý organismus vyžaduje určitou formu výroby energie. Všechna zvířata potřebují pro přežití dýchání, výměnu kyslíku za oxid uhličitý. Rostliny také vyžadují dýchání a kyslík, ale také fixují nebo odstraňují uhlík z prostředí a produkují životodárný kyslík používaný zvířaty, poháněný sluneční energií, kterou sklízejí pomocí specializovaných organel zvaných chloroplasty. Čistá výměna ekosystému se vypočítá podle vzorce, který ukazuje, kolik uhlíku je vloženo do životního prostředí ve srovnání s tím, kolik je odstraněno. Čistá výměna ekosystémů se také někdy nazývá „výroba čistého ekosystému“.
Uhlíkový cyklus
K udržení života na Zemi, jak je nyní, je třeba vyvážit uhlík v atmosféře a uhlík fixovaný v biologických organismech. Pokud ne, dojde ke změně klimatu. Zvířata a lidé přidávají do uhlíku více uhlíku pouhým dýcháním. Atmosférický uhlík je také produkován rozpadem, protože mrtvá zvířata a rostlinná hmota uvolňují uhlík uložený v jejich tkáních a spalováním stromů, rostlin a fosilních paliv, jako jsou:
- olej
- uhlí
Aby se těmto účinkům zabránilo, živé rostliny se označují jako „uhlíkové jímky“, protože odstraňují oxid uhličitý z prostředí a transformují jej na kyslík a energii jídla.
Klíčové faktory a podmínky
K určení čisté výměny ekosystémů je zapotřebí několik faktorů. První je čistá primární produkce, což je čisté množství organického uhlíku odstraněného z ekosystému rostlinami. Rostliny jsou autotrofy, což znamená, že jsou schopné tvořit živiny a energii z anorganických látek a slunečního světla během procesu zvaného fotosyntéza. Celkové množství uhlíku fixovaného - odstraněného z ekosystému - během fotosyntézy se nazývá hrubá primární produkce. Rostliny však také vydávají uhlík během dýchání. Čistá primární produkce se tedy počítá odečtením množství uhlíku vydávaného rostlinami během dýchání od množství uhlíku fixovaného během hrubé primární produkce.
Stanovení čisté ekosystémové výměny
Zatímco rostliny jsou autotrofy, lidé a zvířata jsou heterotrofi, což znamená, že vyžadují organické živiny - jídlo - z prostředí a k výrobě energie z natráveného jídla musí používat kyslík. Heterotrofní dýchání produkuje velké množství uhlíku, který se vnáší do ekosystému. Čistá výměna ekosystémů je tedy určena odečtením množství uhlíku produkovaného heterotrofní respirací od čisté primární produkce.
Vlastnosti ekosystémů
Uhlíková bilance je základní vlastností, která zajišťuje, že ekosystémy jsou udržitelné a zdravé. Čistá výměna ekosystémů pomáhá měřit rovnováhu uhlíkového cyklu. Protože se to počítá odečtením toho, kolik uhlíku rostliny opraví nebo odeberou, od toho, kolik uhlíku je vloženo do ekosystému, bude nejlepším výsledkem záporná hodnota. Například údaje z let 1992 až 2000 ukázaly, že lesy ve východních Spojených státech měly čistou výměnu ekosystémů v rozmezí od -84 do -740. To znamená, že je odstraněno více uhlíku, než je uvolněno. Pokud nebude uhlík účinně odstraněn, utrpí kvalita vzduchu - a života - v ekosystému. Dalšími faktory, které je třeba vzít v úvahu pro uhlíkovou rovnováhu v ekosystému, je znečištění z továren a vozidel, zatímco oceány také odstraňují uhlík z atmosféry.